(57)【要約】スプリングプローブを支持する極めて低い曲げ強度の基板の支持を増大させるために、ウェハテストシステムのプローブカードのための機械的支持構造が提供される。機械的支持の増大は、（１）基板の表面上に伸びるサイズを増大した水平延長部を有する基板の周辺の周囲のフレーム；（２）板バネを垂直に伸ばし、スプリングプローブのより近くにインナーフレームを係合させることができる湾曲部を持つ板バネ；（３）低曲げ強度基板をその端からさらに離れて係合させるための、可撓性絶縁膜またはインナーフレームに機械加工された荷重支持部材；（４）スペース変圧基板の中央付近でのプローブ荷重への支持を提供するために追加された、支持ピンなどの支持構造；および／または（５）非常に硬い界面により提供される。
2007520702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置をテストするためのプローブカードアセンブリであって、
第１の表面上にプローブ接点を持つ基板と、
前記プローブ接点をテストシステムに電気的に接続するためのプローブカードと、
前記プローブ接点を前記プローブカードに接続するための電気的接続手段と、
前記プローブ接点がテストされる前記装置上の対応する接点に対し促された際に導入されたプローブ力を伝達するため、前記プローブ接点と実質的に反対側にある前記基板の第２の表面に対し配置された支持手段と、
を備える、装置をテストするためのプローブカードアセンブリ。
【請求項２】
前記基板がセラミック材料を含む、請求項１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項３】
前記基板が有機材料を含む、請求項１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項４】
前記支持手段がねじ要素を含む、請求項１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項５】
前記支持手段がエラストマーパッドを含む、請求項１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項６】
前記支持手段がねじ錐を含む、請求項１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項７】
前記支持手段が、前記プローブ接点と反対側の基板に取り付けられた固定支持部材を含む、請求項１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項８】
前記支持手段が、前記基板に取り付けられた固定支持部材と取り外し可能なように接触しているねじ錐を含む、請求項１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項９】
前記電気的接続手段がインターポーザーを含む、請求項１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項１０】
前記電気的接続手段がポゴピンを含む、請求項１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項１１】
前記基板の周辺端部の周囲に設けられたフレームであって、前記基板の表面上に伸びる水平延長部を含むフレームをさらに含み、前記プローブ力が前記支持手段により前記フレームへ伝達される、請求項１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項１２】
前記フレームの前記水平延長部が、前記基板の前記周辺端部から分離した領域で前記基板の前記第１の表面を係合するよう、前記水平延長部の表面から垂直に伸びる荷重支持部材を含む、請求項１１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項１３】
前記フレームの前記水平延長部の表面と前記第１の基板表面との間に設けられた第１の膜と、
前記基板の前記周辺端部から分離した領域で前記基板を係合するよう、前記第１の膜と前記基板との間に設けられた第２の膜と、
をさらに備える、請求項１１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項１４】
前記プローブカードが、第１の面にあるテストヘッドと接続するためのコネクタおよび反対の第２の面にある前記電気的接続手段に接続するための電気的接続パッドを有するプリント回路基板（ＰＣＢ）を備える、請求項１１に記載のプローブカードアセンブリであって、
前記ＰＣＢの前記第２の面に固定して取り付けられたブラケットであって、前記フレームの前記周辺端部の周囲に設けられるブラケットと、
板バネであって、前記板バネによって加えられた力および支持手段が前記フレーム内の前記基板を支持するように、前記ブラケットに取り付けられた第１端および前記フレームに接触する第２端を有する、板バネと、
をさらに備える、プローブカードアセンブリ。
【請求項１５】
前記プローブカードが、第１の面にある前記テストヘッドと接続するためのコネクタおよび反対側にある電気的接続パッドを有するプリント回路基板（ＰＣＢ）であって、前記ねじ要素が貫通する開口部を含むＰＣＢと、
前記ＰＣＢの前記パッドを前記基板の前記第２の面上の前記電気的接点に接続するために各面に導電性バネ接点を有するインターポーザーであって、前記ねじ要素が貫通する開口部を含むインターポーザーと、
を備える、請求項８に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項１６】
前記基板が、
第１の表面に接触するプローブ接点を有する第１の基板層であって、第１の材料を備える第１の基板と、
前記第１の基板の第２の表面に取り付けられた第２の基板であって、前記プローブ接点を電気的に接続する経路を含む第２の基板と、を備え、前記経路が前記プローブカードへの接続をさらに提供し、前記第２の基板が前記第１の材料よりも低い曲げ強度を有する第２の材料を備える、請求項１に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項１７】
装置をテストするためのプローブカードアセンブリであって、
第１の面にはプローブ接点を有し、前記第１の面とは反対の前記基板の第２の面には、電気的接点であって、前記プローブ接点に接続された電気的接点の列を有する基板と、
前記電気的接点の列によって実質的に囲まれた領域内の前記基板の前記第２の面に取り外し可能なように接触する支持と、
を備える、プローブカードアセンブリ。
【請求項１８】
前記支持が、ねじ錐であって、前記基板の前記第２の面に接触するねじ錐に接触するピンを備える、請求項１７に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項１９】
前記支持が、金属板に対してねじ錐を接触させるピンを備え、前記金属板がエラストマーパッドに接触し、前記エラストマーパッドが前記基板に取り付けられた個別素子に接触する、請求項１７に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項２０】
前記支持が、前記基板に対してエラストマーパッドを支持するピンを備える、請求項１７に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項２１】
前記ピンが、前記エラストマーパッドに取り付けられた金属板に接触するねじ錐を支持する、請求項２０に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項２２】
前記支持が、前記基板の前記第２の面に取り付けられた固定支持部材に対してねじ錐を接触させるピンを備える、請求項１７に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項２３】
前記固定支持部材が、前記基板の前記第２の面に取り付けられた個別電気素子のために設けられた開口部を有する、請求項２２に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項２４】
前記個別電気素子がアイソレーションコンデンサを備える、請求項２３に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項２５】
前記支持が、前記電気的接点の列の外側で前記基板にさらに接触し、前記支持が、
前記基板に移動可能なように接続されたバックプレートと、
前記基板の端部付近に接触するための第１の球体および前記基板の中心付近に接触するための少なくとも１つの第２の球体を含む球体と、
前記バックプレートを通してねじ込まれるピンであって、前記基板の前記第１の表面の平滑化を可能にするために各ピンが前記球体の１つに係合するよう配置されているピンと、
を備える、請求項１７に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項２６】
ウェハをテストするためのプローブカードアセンブリであって、
プローブ接点を支持する表面を有する基板と、
前記基板の周辺端部の周囲に設けられたフレームであって、前記プローブ接点を支持する前記基板の前記表面上に伸びる水平延長部を含むフレームとを備え、前記水平延長部が、前記基板の前記周辺端部から分離した領域にある前記プローブ接点を支持する前記基板の前記表面を係合するために、前記水平延長部の表面から垂直に伸びる荷重支持部材を含む、ウェハをテストするためのプローブカードアセンブリ。
【請求項２７】
前記荷重支持部材が前記フレームに機械加工される、請求項２６に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項２８】
前記荷重支持部材が可撓性膜を含む、請求項２６に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項２９】
前記可撓性膜が、
前記フレームの前記水平延長部の表面と前記基板表面との間に設けられた第１の膜と、
前記基板の前記周辺端部から分離した領域で、前記プローブ接点を支持する前記基板の前記表面を係合するために、前記第１の膜と前記基板との間に設けられた第２の膜と、
を含む、請求項２８に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項３０】
前記第１の膜および前記第２の膜が、電気絶縁材料を含む、請求項２９に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項３１】
前記水平延長部が、前記プローブ接点を支持する前記基板の前記表面の７０％以上を含む領域に及ぶ、請求項２６に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項３２】
ウェハをテストするためのプローブカードアセンブリであって、
プローブ接点を支持する第１の表面および電気的接続パッドのランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）を有する第２の表面を有する基板と、
一方の面にあるテストヘッドと接続するためのコネクタおよび前記ＬＧＡの前記パッドと接続するために第２の面に設けられた電気的接続を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢに固定して接続されたブラケットと、
前記基板の周辺端部の周囲に設けられたフレームであって、前記基板の前記第１の表面上に伸びる水平延長部を含むフレームと、
前記ブラケットに取り付けられた第１端および前記フレームの表面を係合するための第２端を有する板バネであって、前記フレームの前記周辺端部が前記ブラケットから垂直に伸びるのを可能にするために前記第１端と前記第２端との間に湾曲部を含む板バネと、
を備える、プローブカードアセンブリ。
【請求項３３】
前記板バネの前記第１端がねじによって取り付けられ、前記板バネの前記第１端と前記第２端との間の前記湾曲部は、前記ねじ山が前記プローブ接点を越えて垂直に伸びるのを防止する、請求項３２に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項３４】
前記ＰＣＢの前記パッドを前記基板の前記ＬＧＡの前記パッドに接続するため、両側に導電性バネ接点を有するインターポーザーをさらに備える、請求項３２に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項３５】
フレームと、ウェハ上の集積回路をテストするためにウェハに接触するためのプローブ接点を含む基板との間の最適接触領域を決定するための方法であって、
水平延長部と前記プローブ接点を含む前記基板の表面との間の前記フレームの水平延長部上に異なる膜を提供するステップであって、前記異なる膜はそれぞれ異なる領域において前記基板に接触するステップと、
前記基板の最小屈曲を可能にする膜のうち１つの選択を可能にするために各膜を持つ前記基板の可撓性を決定するステップと、
を含む方法。
【請求項３６】
第１の表面上にプローブ接点を持つ基板であって、第１の材料を含む基板と、
前記第１の基板の第２の表面に取り付けられた第２の基板であって、前記プローブ接点に電気的に接続する経路であって、テストシステムへの接続をさらに提供するする経路を含み、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む第２の基板と、
を備える、装置をテストするためのプローブカードアセンブリ。
【請求項３７】
前記第１の材料が前記第２の材料より硬い、請求項３６に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項３８】
前記第１の基板が高温同時焼成セラミック材料を含み、前記第２の基板が低温同時焼成セラミック材料を含む、請求項３６に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項３９】
前記第１の基板が高温同時焼成セラミック材料であり、前記第２の基板が有機材料である、請求項３６に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項４０】
前記第１の基板が、前記プローブ接点を前記第２の基板の前記経路に接続する直接貫通接続バイアを含む、請求項３６に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項４１】
前記第２の基板が、前記第１の基板の前記バイアを前記第２の前記経路に電気的に接続する役割をさらに果たすはんだ接合によって前記第１の基板に取り付けられる、請求項３６に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項４２】
ウェハが、
一方の面にあるテストヘッドと接続するためのコネクタおよび前記第２の基板の前記経路と接続するために第２の面に設けられた電気的接続を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢに固定して接続されたブラケットと、
前記第２の基板の周辺端部の周囲に設けられたフレームであって、前記第２の基板の前記第１の表面上に伸びる水平延長部を含むフレームと、
前記ブラケットに取り付けられた第１端および前記フレームの表面を係合するための第２端を有する板バネと、
を備える、請求項３６に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項４３】
前記水平延長部が、前記第２の基板の前記周辺端部から分離した領域で、前記プローブ接点を支持する前記第２の基板の前記表面を係合するために、前記水平延長部の表面から垂直に伸びる荷重支持部材を含む、請求項４２に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項４４】
前記荷重支持部材が前記フレームに機械加工される、請求項４３に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項４５】
前記荷重支持部材が可撓性膜を含む、請求項４３に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項４６】
前記板バネが、前記フレームの前記周辺端部が前記ブラケットから垂直に伸びるのを可能にするために前記第１端と前記第２端との間に湾曲部を含む、請求項４２に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項４７】
前記第２の基板の前記経路を前記ＰＣＢのパッドに接続するため、各面に導電性バネ接点を有するインターポーザーをさらに備える、請求項４２に記載のプローブカードアセンブリ。
【請求項４８】
第１の表面にプローブ接点を持つ第１の基板であって、直線状のバイアが前記プローブ接点を前記第１の表面と反対側の第２の表面に接続する基板と、
前記第１の基板の第２の表面に取り付けられた第２の基板であって、前記バイアに電気的に接続する経路を含み、前記経路がテストシステムへの接続を提供するために前記第２の基板内に水平および垂直両方のルーティングを提供する第２の基板と、
を備える、装置をテストするためのプローブカードアセンブリ。
【請求項４９】
前記第２の基板が、前記第１の基板の前記バイアを前記第２の基板の前記経路に電気的に接続する役割をさらに果たすはんだ接合によって前記第１の基板に取り付けられた、請求項４８に記載のプローブカードアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してウェハ上の集積回路をテストするためのテストシステムの構造に関する。より具体的には、本発明は、低い機械的曲げ強度の電気的回路基板を持つプローブカードのためのプローブカード機械的支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハのサイズが大きくなるにつれ、それに対応してウェハをテストするためのテストシステムプローブカードのサイズおよび複雑性も増す。ウェハが大きくなると、ウェハテストシステム内のプローブカード基板は一般に大きくなり、ウェハ上のより多くの集積回路（ＩＣ）に接続しそれらをテストするため、より多くのプローブまたはバネ接点を支持するよう設計される。プローブを追加したより大きなプローブカードは、一般にプローブカードおける曲げ荷重が大きくなるという結果をもたらす。
【０００３】
増大したウェハサイズにより高プローブ密度のより大きなプローブカード構造を駆動しているが、プローブカードにおいて低曲げ強度材料を使用する方向にも同様の動きがある。低曲げ強度材料への動きは、半導体素子における複雑性が増したこと、およびテストされるウェハの単位面積あたりのＩＣ密度が増大したことにより要求されるプローブカードの電気的性能改良の必要性の結果である。電気的性能要件を満たすため、プローブを支持するスペース変圧基板用に選択された材料および製造技術は、より薄く低強度の構造となる。プローブカード基板の屈曲は、プローブカードの追加のバネ接点がテストされるウェハに接触する際にＩＣ密度の増大に伴って作成されるプローブ数（荷重）が増大することによってさらに大きくなる。
【０００４】
参考までに、図１は、半導体ウェハ上のＩＣをテストするためのプローブカードを使用するテストシステムの簡略化したブロック図を示す。テストシステムは、通信ケーブル６によりテストヘッド８に接続されたテストコントローラ４を含む。テストシステムは、テストされるウェハ１４を搭載するためのステージ１２であって、ウェハ１４をプローブカード１８上のプローブ１６に接触させるために移動可能であるステージ１２からなるプローバ１０をさらに含む。プローバ１０は、ウェハ１４上に形成されるＩＣに接触するプローブ１６を支持するプローブカード１８を含む。
【０００５】
テストシステムにおいて、テストデータはコントローラ４により生成され、通信ケーブル６、テストヘッド８、プローブ１６を通り、最終的にはウェハ１４上のＩＣへ伝達される。そしてテスト結果はウェハ上のＩＣから、もとのテストコントローラ４へ伝達し返すため、プローブカード１８を遡ってテストヘッド１８へ提供される。テストが完了すると、ウェハはカットされＩＣが分離される。
【０００６】
テストコントローラ４から提供されたテストデータは、ケーブル６を通じて提供される個別のテストチャネルに分割され、テストヘッド８において各チャネルがプローブ１６の分離した１つに届くように分離される。テストヘッド８からのチャネルは、コネクタ２４によってプローブカード１８に連結される。コネクタ２４は、ｚｅｒｏ  ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ  ｆｏｒｃｅ（ＺＩＦ，ゼロ挿入力）フレキシブルケーブルコネクタ、ポゴピン、またはその他のコネクタタイプであってよい。プローブカード１８は、その後各チャネルをプローブ１６の分離した１つに連結する。
【０００７】
図２は、プローブカード１８の構成要素の断面図を示す。プローブカード１８は、ウェハに直接接触することとなるスプリングプローブ１６のための電気経路および機械的支持の両方を提供するよう構成されている。プローブカード電気経路は、プリント回路基板（ＰＣＢ）３０、インターポーザー３２、およびスペース変圧器３４を通じて提供される。テストヘッド８からのテストデータは、一般にＰＣＢ３０の周辺の周囲に接続されたフレキシブルケーブルコネクタ２４を通じて提供される。チャネル伝達線路４０は、スペース変圧器３４上のパッドの経路ピッチと一致するようにＰＣＢ３０上のパッドに接触するため、コネクタ２４からの信号をＰＣＢ３０において水平に分配する。インターポーザー３２は、両側に配置されたスプリングプローブ電気接点４４を持つ基板４２を含む。インターポーザー３２は、ＰＣＢ３０上の個別のパッドをスペース変圧器３４上にランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）を形成するパッドと電気的に接続する。ＬＧＡパッド接続は一般に規則的多列パターンで配置される。スペース変圧器３４の基板４５内の伝送線路４６は、ＬＧＡからの信号線を配列に構成されたスプリングプローブ１６に分配する。回路、プローブおよび接続点が埋め込まれたスペース変圧基板４５をプローブヘッドと称する。
【０００８】
テストされるウェハ上の構成要素は一般に極めて高周波で動作するため、電気経路に支持を提供する構成要素の機械的特性は電気的要件により左右される。そのような基板への機械的支持は、以下：
１．スペース変圧基板４５の偏向および応力の制御
２．スペース変圧基板４５の横位置の制御
３．スペース変圧基板４５の精密な平滑化
４．スペース変圧基板（４５）とＰＣＢ（３０）との間に電気的接続を確立するインターポーザー（３２）電気的接点の機械的圧縮の制御
５．独特およびバス型の電気的回路構造すべての電気的隔離
を提供すべきである。
【０００９】
電気的構成要素の機械的指示は、ドライブプレート５０、ブラケット（プローブヘッドブラケット）５２、インナーフレーム（プローブヘッドフレーム）５４、インターポーザー３２、および板バネ５６によって提供される。ドライブプレート５０はＰＣＢ３０の片側に設けられ、一方ブラケット５２は反対側に設けられ、ねじ５９によって取り付けられている。板バネ５６は、ねじ５８によってブラケット５２に取り付けられている。インターポーザー３２は、向かい合った角の対角線上に位置するアライメントピン４１および４３の２対を含む。インターポーザーの下側のピン４３は、フレーム５４内の精密なアライメント穴に揃えられており、一方上側のピンはＰＣＢ３０内の精密な穴に揃えられている。インターポーザーピン４１および４３ならびにＰＣＢ３０およびフレーム５４のアライメント穴の位置は横移動を制御し、したがってインターポーザーバネ４４を介する基板４５上のＬＧＡ導体パッドの、ＰＣＢ３０上のそれらへの位置合わせを制御する。フレーム５４は、スペース変圧器３４をその内壁内で支持するための水平延長部６０をさらに含む。スペース変圧器３４の縁端の周囲に設けられたブラケット５２およびフレーム５４は、横位置制御を維持する。次いでインターポーザー３２のプローブスプリング４４は、フレーム５４を板バネ５６に対して保持しながらＰＣＢ３０とスペース変圧器３４を分離するための機械力を提供する。
【００１０】
平滑化のための機械的構成要素は、各角付近でスペース変圧器３４に接触する４つの真ちゅう製の球体（うち２つを６６および６８として示す）を含む。真ちゅう製の支持球体は、電気的構成要素からの隔離を維持するため、スペース変圧器３４のＬＧＡの周辺以外で点接触を提供する。基板の平滑化は、平滑化ピンと称される進みねじ（２つのねじ６２および６４を示す）を使用してこれらの球体を調整することにより実現される。平滑化ピン６２および６４は、支持６５を通ってドライブプレート５０およびＰＣＢ３０の両側にねじ込まれる。
【００１１】
平滑化ピン６２および６４は、スペース変圧基板の両方の平滑化のためにスペース変圧器３４に押し付けるため、また場合によっては平面でも湾曲でもない基板を補正するため、調整可能である。平滑化する場合、平滑化ピン６２および６４によって提供された基板４５上に押し付けることによって、スプリングプローブ１６と反対側のウェハとの間に過度な力が加えられると同時に、水平からのわずかな偏向がスペース変圧基板４５の片側にあるスプリングプローブがウェハに接触するのを防止するであろう。平面でない、湾曲または奇形の基板の場合、平滑化ピン６２および６４によって押すことは、奇形を補正する役割を果たすことができる。互いに平行でも平面でもない表面を有するスペース変圧器の場合、平滑化ピン６２および６４はプローブを含む表面がウェハ表面に対して平行になるように調整される。湾曲したスペース変圧基板の場合、基板の端部において平滑化ピン６２および６４により押されることにより、湾曲した形状をある程度まっすぐにするのを助けることができる。より湾曲しやすい大きな基板の場合には、参照することにより本明細書に組み込まれる、「Ｐｌａｎａｒｉｚｅｒ  ｆｏｒ  ａ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ」と題された特許文献１に記載されているように、湾曲を補正するためのより多くの支持構造を提供することが望ましい。
【００１２】
過去、ウェハはもっと小さく、スペース変圧器上のスプリングプローブの数は限られていた。したがって、「プローバ」は、ウェハ上のすべてのＩＣをテストできるようにプローブカードへの複数の接点を作るため、ウェハを再配置することを必要とした。ウェハプロービングカードの構造において使用される典型的なスペース変圧基板は、比較的硬く（高曲げ強度）、図２に示すプローブカード構造を使用して偏向および応力を制御することが可能になった。
【００１３】
より大きな表面積および接地が少ないことが求められるより大きなウェハをテストするためのより多くのピンを有するスペース変圧器を使用すると、スペース変圧基板は、インターポーザーから与えられた力またはプロービングから結果として生じた湾曲力のいずれかによって水平な平面形状から離れ、亀裂が入ったり屈曲したりすることがある。典型的なスペース変圧基板４５は比較的硬い多層セラミックで構成される。インターポーザー３２、平滑化ピン６２および６４、ならびに図２に示されるような構成のフレーム５４などの構成要素を使用することにより、応力に限界のあるこれらの硬いセラミック基板を使用した平滑化が提供されている。フレーム５４はインポーザー３２に応えて基板の屈曲を防止するが、スペース変圧基板４５はウェハをプロービングする際にフレーム５４から押しのけられるため、プロービングによる曲げ力を処理するためには役立たない。より可撓性基板の場合、プロービング中に与えられる曲げ力に加えて、インポーザー力による屈曲を防止するように改良された支持を提供することが望ましいであろう。
【００１４】
将来、極めて低いまたは比較的屈曲のない硬さを有するプローブカードにおいて、有機ベースの薄型ラミネートまたは膜などのより柔らかく可撓性のある基板を使用することができる。これらの極めて低い屈曲の剛性／強度の基板が過度の偏向または応力を受けることなく支持されることができるよう、プローブカード基板のための機械的支持構造を提供することが望ましいであろう。
【特許文献１】米国特許第６，５０９，７５１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によると、低い屈曲の剛性／強度の基板のための支持を増大するプローブカードのための機械的支持構造が提供される。
【００１６】
本発明に従って、低い屈曲の剛性／強度の基板の１つを使用可能にする、さらなる機械的支持およびプローブヘッドの平滑化を提供するために５つの構成要素が修正される。５つの構成要素は、（１）長さを増大した水平延長部を有するフレーム；（２）板バネを垂直に伸ばし、スプリングプローブの近くにフレームを係合させることができる湾曲部を持つ板バネ；（３）スペース変圧器基板をその端からさらに離して係合させるために追加される可撓性絶縁膜またはプローブヘッドフレームに機械加工された荷重支持部材；（４）スペース変圧基板の中央付近での支持を提供するために平滑化ピンが追加されるなどの、さらなる支持構造；および（５）プローブと低曲げ強度スペース変圧基板との間に提供される非常に硬い界面、を含む。
【００１７】
第１の修正は、フレームからの水平延長部の長さの増大であって、前のフレーム延長部よりスペース変圧基板にずっと広がる金属支持を提供する長さの増大である。増大した水平延長部は、スペース変圧基板の端部が持つ力の量を削減し、大きな基板の亀裂または屈曲を防止するためにスペース変圧基板上に力を分配する。
【００１８】
第２の修正は板バネに対するものであり、ブラケットから垂直に伸びることができるように板バネにおいて湾曲部を提供することを含む。そのような湾曲部によって、板バネはねじによって片側のブラケットに取り付けられ、湾曲部は板バネの反対側の端がスプリングプローブに垂直に近い地点にバネ接点を作れるようにする。湾曲部は、板バネを保持しているねじがプローブスプリングの付近に垂直に伸びないよう、ブラケットをフレームからはめ込めるようにする。板バネを垂直に伸ばすための湾曲部は、より大きなスペース変圧基板の屈曲または亀裂を防止するため、バネ力がスペース変圧器の端部からさらに離れ、基板の中央に向けて加えられるようにする。
【００１９】
第３の修正は、可撓性膜の使用、または、大きな基板の屈曲または亀裂を防止するために力がスペース変圧基板の端部から離れて加えられる地点でフレームがスペース変圧基板と係合できるようにする、フレームの水平延長部における荷重支持部材の提供を含む。水平延長部の目的は、インターポーザーバネがプローブヘッドの下側に力を加える主要な領域の真上の基板に支持を提供することである。これは結果として、インターポーザーバネと固定支持との間に挟まれた、フレームの延長部を提供するスペース変圧基板を生じさせる。フレームがその周辺端部から離れた地点でスペース変圧基板に接触するように可変荷重支持部材を効果的に作成するため、可撓性膜がスペース変圧基板とフレームとの間に提供される。異なるサイズの膜を使用することで、荷重支持の接触位置を容易に移動または調整し、スペース変圧基板に対する屈曲力が最小となる基板上の地点に荷重支持接触領域を置くことができる。可撓性膜はさらに、スペース変圧基板上の金属フレームと電気的構成要素との間に電気的隔離を提供するポリマー材料から作られる。荷重支持部材はフレームに機械加工されてよいが、電気絶縁性、および可撓性膜を使用して荷重支持を変更する可撓性は提供されないであろう。
【００２０】
第４の修正としては、基板中央におけるさらなる支持が屈曲または曲げを防止するためのものであるという条件で、スペース変圧基板の中央付近に接触するためのさらなる支持構造が追加される。追加された支持構造は、平滑化ピンなどの支持ピンを使用して、あるいは、エラストマーパッドを基板に対して保持する同様の支持ピン、またはスペース変圧基板に取り付けられた高強度金属支持部材に接触する支持ピンによって、基板に直接接触するねじ錐球体とともに提供されることができる。スペース変圧基板上の中央支持構造とＬＧＡパッドとの間の電気的接触を防止するため、スペース変圧器においてルーティングは、中央支持がスペース変圧器に接触する領域にＬＧＡパッドがあるように修正される。一実施形態において、ＬＧＡパッドが除去された場所にアイソレーションコンデンサなどの個別構成要素が提供される。除去されたＬＧＡパッドに適合するため、インターポーザーは、スペース変圧基板上の新しいＬＧＡパッド位置に一致するように再配置されたバネ接点を有するよう修正される。インターポーザーは、中央支持ピンがスペース変圧基板に接触するためにインターポーザーを通過することができるように、開口部を含むようさらに修正される。中央支持構造は、スペース変圧基板の胴曲がりを補正する役割を果たすことができる。中央支持は、ウェハテスト中にスペースプローブ力によって変圧器が屈曲したり亀裂が入ったりするのを防止するため、基板の後方における支持をさらに提供する。
【００２１】
第５の修正は、プローブと低曲げ強度スペース変圧基板との間に非常に硬い界面タイルを提供するものである。硬い界面タイルがない場合、過度なプローブ荷重がプローブを基板へ押圧する際に、「浮き」接点が作成される。非常に硬いタイルは、プローブ荷重を分配し、そのような低曲げ強度スペース変圧基板への機械的損傷を防止する。硬いタイルはプローブをスペース変圧器に接続する直接貫通接続バイアを含み、一方であまり硬くないスペース変圧器において水平経路が提供される。
【００２２】
付随する図面を用いて、本発明をさらに詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図３は、低い屈曲の剛性／強度の基板にさらなる機械的支持を提供するように、本発明に従って修正を施したウェハテストシステムの断面図である。図３のプローブカードは、図２の従来のプローブカードと同様に、プリント回路基板（ＰＣＢ）３０Ａ、インターポーザー３２Ａ、およびスペース変圧器３４Ａを含む電気経路を提供する構成要素を含む。図３のプローブカードは、図２の従来のプローブカードと同様に、ドライブプレート５０Ａ、フレーム（プローブヘッドフレーム）５４Ａ、ブラケット（プローブヘッドブラケット）５２、および板バネ５６Ａを含む電気的構成要素のための機械的支持をさらに含む。図２から持ち越された構成要素は、図３においても、参照番号の後に「Ａ」の文字を含む修正された構成要素を含み、同様の番号が付けられている。
【００２４】
本発明のプローブカードへの修正は、限られた曲げ強度を所有するスペース変圧基板を考慮したものである。特に興味深い基板は、検査時には硬いがプローブ荷重に応じて変形するものであると考えられている。プロービングプロセスには繰り返し荷重が必要であり、基板内でトレースが疲労するに従い、電気的不全が引き起こされることがある。適合する配線基板は、ポリイミド、ＢＲ樹脂、ＦＲ‐４、ＢＣＢ、エポキシ、または当該技術分野で公知であるその他の有機材料などのポリマー材料を含む。基板は、アルミナ、窒化ケイ素、低温同時焼成セラミック材料から構成されるセラミック、また、銅‐アンバー‐銅などの絶縁金属核材料を含んでもよい。
【００２５】
第１の修正は、図３に示すように、水平延長部６０に対してフレーム５４Ａの水平延長部６０Ａの長さを増大させることを含む。長さを増大した水平延長部６０Ａは、前のフレーム５４を使用した場合よりずっとスペース変圧基板４５Ａに広がる金属支持を提供する。増大した水平延長部は、スペース変圧基板４５Ａ上で提供される力の量を削減し、大きな基板の亀裂または屈曲を防止するために力をスペース変圧基板４５Ａ上に分配する。従来の水平延長部は、スペース変圧基板の領域の１０％未満しかカバーしていなかった。図３の修正された水平延長部６０Ａは、好ましくはスペース変圧基板の領域の７０％以上をカバーする。
【００２６】
第２の修正は、板バネ５６Ａに対し湾曲部７１および７３を含むようにするものである。湾曲部７１および７３は、板バネ５６Ａがブラケット５２から水平であると同時に垂直に伸びることができるようにする。そのような湾曲部７１および７３によって、板バネ５６Ａはねじ５８によって片側のブラケット５２に取り付けられ、湾曲部は板バネ５６Ａの反対側の端が図２の構造において使用されている接触領域７７よりもスプリングプローブ１６に垂直に近いフレーム５４Ａの地点７５にバネ接点を作れるようにする。湾曲部７１および７３は、板バネ５６Ａを保持しているねじ５８がプローブスプリング１６の付近で垂直に伸びないよう、ブラケット５２がフレーム５４Ａからはめ込めるようにする。湾曲部７１および７３は、大きな基板の屈曲または亀裂を防止するために力がスペース変圧基板４５Ａから遠く離れて加えられるよう、フレーム５４Ａに与えられるバネ力をさらに高めるため、板バネ５６Ａを垂直に伸ばす。
【００２７】
第３の修正は、一実施形態において、フレーム５４Ａにおける荷重支持部材７０の機械加工を含む。荷重支持部材７０は、大きな基板の屈曲または亀裂を防止するために力が基板４５Ａの周辺端部から離れて加えられる地点でスペース変圧基板４５Ａに接触するため、フレーム５４Ａの水平延長部６０Ａから垂直に伸びる。
【００２８】
第３の修正は、別の実施形態において、図４に示すように、スペース変圧基板４５Ａとフレーム５４Ｂとの間に設けられた可撓性膜８０および８２の使用を含む。図３から図４へ持ち越されたその他の構成要素は、図４において同様に称される。可撓性膜８０および８２は、フレーム５４Ｂがその端から離れた地点でスペース変圧基板４５Ａに接触するよう、図３の荷重支持部材７０を効果的に作成する。第１の膜８０はフレーム５４Ｂの水平延長部６０Ａの形状と一致し、第２の膜８２は図３の荷重支持部材７０を効果的に提供するために、より限られたサイズとなっている。第２の膜８２は、支持のため第１の膜８０に接着するであろう。膜８２に異なるサイズを使用することで、荷重支持の位置を容易に移動または調整し、基板上でスペース変圧器３４Ａを屈曲させる力が最小となる領域に荷重支持を置くことができる。
【００２９】
本発明の実施形態によると、可撓性膜８０および８２は、金属フレーム５４Ｂとスペース変圧基板４５Ａ上の電気的構成要素との間に電気的隔離を提供するため、ポリマーフィルム材料からなる。分離膜の代替として、膜表面の内側部分が外側部分より厚くなるよう２つのより薄いポリマー膜層８０および８２を単一の膜として接着させることにより、単一の膜を形成することができる。さらなる代替として、単一の膜８２を膜８０なしに使用することができる。
【００３０】
ポリマーフィルムの使用により、金属フレーム５４Ｂからの基板４５Ａの電気的隔離が提供される。金属フレーム５４Ｂに機械加工された図３の荷重支持部材７０の場合、電気絶縁性、および異なるサイズの可撓性膜８２を使用して荷重支持領域を変更する可撓性は提供されないであろう。しかしながら、膜が望ましくない場合、一実施形態において、可撓性膜８０および８２は図３の金属荷重支持部材７０の位置を決定するために使用される。金属荷重支持部材の最適位置を決定するためには、異なるサイズの可撓性膜８２が使用され、それぞれについて基板４５Ａの可撓性が測定される。最適な膜８２が選択されると、金属荷重支持部材７０が図３のフレーム５４Ａに機械加工される位置を見つけるためにその位置が使用される。
【００３１】
第４の修正としては、基板中央におけるさらなる支持が屈曲または曲げを防止するためのものであるという条件で、スペース変圧基板の中央付近に接触するためさらなる支持構造が追加される。一実施形態において、スペース変圧基板４５Ａの中央付近に接触する２つのさらなる支持ピン７２および７４ならびに球体７６および７８（多くの場合、真ちゅう製）を使用してさらなる支持が提供される。支持ピン７２および７４ならびに球体７６および７８は分離したものとして示されているが、一実施形態においては、これらを組み合わせて丸い端の支持ピンが形成される。さらなる代替として、支持ピン７２および７４には、スペース変圧基板とのねじ錐点接触が問題にならない場合、平らな端を設けてもよい。
【００３２】
球体７６および７８とスペース変圧基板４５Ａ上のＬＧＡのパッドとの間の電気的接触を防止するため、２つの追加された球体７６および７８が接触する領域にはパッドが設けられないよう、線４６Ａのルーティングは図２に関連してスペース変圧器３４Ａにおいて修正される。同様に、インターポーザー３２Ａは、スペース変圧基板上の新しいパッド位置に一致するように再配置されたバネ接点４４Ａを有するよう修正される。インターポーザー３２Ａは、２つのピン７２および７４がスペース変圧基板４５Ａに対して球体７６および７８を接触させるためインターポーザー３２Ａの中央を通過できるように、開口部を含むようさらに修正される。
【００３３】
実際には、周辺平滑化ピンねじ６２および６４を使用してスペース変圧器３４Ａの平面性をまず調整することによって、プローブカードが組み立てられ平滑化されるであろう。スペース変圧基板４５Ａが平面になれば、中央支持ピンねじ７２および７４は、プローブ荷重に応じてスペース変圧器３４Ａを安定させるために基板４５Ａとの接触へと進む。ねじ７２および７４を調整することで、さらに基板のいかなる胴曲がりの補正も可能になる。
【００３４】
中央支持ピン７２および７４を提供するためにスペース変圧器の中央付近にあるＬＧＡパッドを除去することで、基板に個別構成要素７５を追加することが可能になる。プローブカードアセンブリの性能を向上させるためには、個別構成要素７５はデカップリングコンデンサであることが好ましい。デカップリングコンデンサは、テスターとプローブとの間の線間容量を補正する役割を果たす。線間容量は、プローブ１６を通じてウェハとの間でやりとりされるテスト信号におけるノイズに加え、信号遅延を引き起こす。
【００３５】
デカップリングコンデンサを使用して、コンデンサからプローブへの設定距離を最小化することにより、性能は向上される。図７は、デカップリングコンデンサ７５とスペース変圧基板３４上のプローブ１６との間の距離「ｄ」を最小化することにより性能は向上するが、場合によっては基板が弱くなるであろうことを説明している。プローブ１６への荷重中に中央支持ピン７２および７４によって提供される後方支持は、距離「ｄ」が小さくなった場合に必要となる。
【００３６】
図５は、図３のプローブカードの構成要素を示す分解組立図である。図６は、図４のプローブカードの構成要素を示す分解組立図である。図６の構造は、２つの膜８０および８２を含むことによって図５を修正したものである。図５のプローブカードアセンブリは、膜８０および８２ではなく、フレーム５４Ａに機械加工された荷重支持部材７０（図５では伏せてあり示されず）を使用している。
【００３７】
図５および図６の両方を参照すると、示されているとおり、バックプレート５０Ａは２つのねじ５９を使用してＰＣＢ３０Ａおよびブラケット５２に取り付けられる。ねじ６２および６４を含む４つの平滑化ねじが、バックプレート５０ＡおよびＰＣＢ３０Ａを通じて球体６６および６８を含む、スペース変圧基板３４Ａの角付近にある４つの球体に提供される。図３および図４の断面図は、スペース変圧基板３４Ａの中央付近にある球体７６および７８に接触するために提供された、新しく追加された中央支持ねじ７２および７４に加えて、２つの角平滑化ねじ６２および６４を説明するための図５および図６による線形平面よりも不均等に切断されていることに留意されたい。図５および図６に示すように、中央支持ねじ７２および７４は、バックプレート５０Ａ、ＰＣＢ３０Ａ、および、ねじ６２および６４とは違ってインターポーザー３２Ａの開口部を通過する。図５において、フレーム３４Ａはスペース変圧基板３４Ａ上に直接設けられており、フレーム３４はブラケット５２にすっぽり収まっている。板バネ５６Ａはねじ５８によってブラケット５２に取り付けられている。板バネ５６Ａに取り付けるために周辺全体にさらなるねじ５８（図示せず）が設けられているが、参考のため２つのねじ５８が示されている。図６において、フレーム３４は膜８０および８２によってスペース変圧基板から分離されている。
【００３８】
図３〜６は１つ以上の支持ピンねじ７２および７４により後方支持が提供される一実施形態を説明しているが、図８Ａおよび８Ｂに示すようにその他の実施形態も可能である。図８Ａの実施形態は、バックプレート５０およびＰＣＢ３０における支持を通じてねじ錐球体８６にねじ込まれることができる支持ピン８４を含む。次いで球体８６は、高密度エラストマーパッド９０上に設けられた金属プレート８８とのスイベル接触を形成する。エラストマーパッド９０は次いでスペース変圧器３４上に設けられた個別素子７５に接触する。エラストマーパッド９０は、金属プレート８８からの素子７５の電気的隔離を提供する。図８Ａに示す支持構造を使用して、単一の平滑化ピン８４は、スペース変圧器３４の大きな領域にわたって平滑化力を提供するために、プレート８４を通じて力を転送することができる。さらに、個別素子７５が望ましくない場合にはスペース変圧基板に直接接触するエラストマーパッドの使用が提供され得るが、図８Ａのエラストマー支持構造は、個別素子７５からの電気的隔離を確実にする。
【００３９】
図８Ｂは、バックプレート５０およびＰＣＢ３０における支持を通じてねじ錐球体８６にねじ込まれることができ、次いでスペース変圧器３４の後方に取り付けられた固体支持部材９２に接触する支持ピン８４を含む支持構造を表す別の実施形態を説明している。固体支持構造９２は、コンデンサなどの個別素子７５を提供するために図示するような開口部を有してよく、またはそのような開口部のない平面として提供されてもよい。非常に硬い構造９２は、金属またはセラミック材料であってよい。高強度部材９２は、ウェハに接触するスプリングプローブ１６により生み出される過大荷重が曲げ強度を低減した材料からなるスペース変圧器に機械的損傷を生じさせることを防止する役割を果たすことができる。支持ピン８４は、プローブ１６がウェハに接触する際に支持部材９２におけるスプリングプローブ荷重をさらに補正するために調整してもよい。
【００４０】
図３〜６もバネ接点を持つインターポーザー３２の使用を説明しているが、図９および１０に示すように、インポーザー以外の構造を使用してスペース変圧器３４をＰＣＢ３０に電気的に接続することもできる。図９は、ポゴピン９４がＰＣＢ３０をスペース変圧器３４に接続する代替を示す。ポゴピン９４は、前の図に示したインターポーザー３２と同様に機能するために荷重され基板９６の両側に設けられたバネである。両側に示されているが、ポゴピン９４は、反対側には可撓性のないコネクタを持つ基板９６の片側に設けてもよく、あるいはポゴピンはその他の構造において提供されてもよい。例えば、図１０は、介在する基板なしにＰＣＢ３０をスペース変圧器３４に直接接続するポゴピン９６を持つ代替を示す。
【００４１】
図１１は、本発明に係る第５の修正を説明している。第５の修正は、プローブ１６と低曲げ強度スペース変圧基板４５Ｂとの間に硬い界面タイル１００を含むように図４のプローブカード構造を変更するものである。界面タイル１００がない場合、過度なプローブ荷重が発生した際には、プローブ１６を効果的にスペース変圧基板４５Ｂに押し込む「浮き」接点が作成される。非常に硬い界面タイル１００は、プローブ荷重を分配し、そのような低曲げ強度スペース変圧基板への機械的損傷を防止する。低曲げ強度スペース変圧基板を作る材料の例としては、ＦＲ４などの有機材料、または低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）が挙げられる。硬い界面タイルインターフェイス１００の高曲げ強度材料の例としては、高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）が挙げられる。
【００４２】
非常に硬い界面タイル１００は、プローブをスペース変圧器に電気的に接続する直接貫通接続バイア１０２を含む。バイア１０２は、はんだくず１０４によってスペース変圧基板４５Ｂ内にある同様のバイア線に取り付けられる。はんだくず１０４によって、さらに界面タイル１００をスペース変圧基板４５Ｂに取り付ける。次いで、インターポーザー３２Ａに接続するため、線４６Ａによってあまり硬くないスペース変圧基板４５Ｂ内に水平経路が提供される。図４のプローブカード構造の非常に硬い界面タイル１００が示されているが、硬い界面タイル１００は、図３の構造や本明細書に記載されているその他の構造を同様に使用してもよい。
【００４３】
以上、本発明を詳細に説明したが、これは当業者が本発明を作成および使用する手法の１つを教示したものに過ぎない。以下の特許請求の範囲によって本発明の範囲を定義するとおり、さらに多くの修正が当該範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、典型的なウェハテストシステムの構成要素のブロック図を示す。
【図２】図２は、図１のウェハテストシステム用の、従来のプローブカードの断面図である。
【図３】図３は、本発明によるウェハテストシステム用のプローブカードの断面図である。
【図４】図４は、可撓性支持膜を追加するように図３を修正した、本発明によるウェハテストシステム用のプローブカードの断面図である。
【図５】図５は、図３のプローブカードの構成要素を示す分解組立図である。
【図６】図６は、図４のプローブカードの構成要素を示す分解組立図である。
【図７】図７は、スペース変圧基板厚さ「ｄ」が隔離にどのように影響するかを説明するアイソレーションコンデンサを持つプローブカードの一部の断面図を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、エラストマーパッドを使用してスペース変圧器に中央支持が提供される代替のプローブカード構造を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、スペース変圧器に取り付けられた固定中央支持構造によって中央支持が提供される代替のプローブカード構造を示す。
【図９】図９は、インポーザーの代わりに基板の両側にポゴピンを使用する代替的なプローブカード構造の断面図である。
【図１０】図１０は、ＰＣＢをスペース変圧器に直接接続するポゴピンを持つ、さらなる代替的なプローブカード構造を示す。
【図１１】図１１は、プローブと低曲げ強度スペース変圧器との間に硬い界面タイルを含むように図４を修正したプローブカードの断面図を示す。
【図１】
2007520702.tif 000003
【図２】
2007520702.tif 000004
【図３】
2007520702.tif 000005
【図４】
2007520702.tif 000006
【図５】
2007520702.tif 000007
【図６】
2007520702.tif 000008
【図７】
2007520702.tif 000009
【図８Ａ】
2007520702.tif 000010
【図８Ｂ】
2007520702.tif 000011
【図９】
2007520702.tif 000012
【図１０】
2007520702.tif 000013
【図１１】
2007520702.tif 000014
【国際調査報告】
2007520702.tif 000015
2007520702.tif 000016