(57)【要約】先端部の突出長が可動する可動ピン（１１）を有し、金属ブロック（１）の一面側に可動ピンの先端部が突出するように、信号用プローブ（３）、電源用プローブ（４）など複数のプローブが、金属ブロックを貫通して設けられている。この金属ブロック１の一面側に被検査デバイス（２０）が押し付けられ、その被検査デバイスの各電極端子（２１〜２４）とそれぞれプローブの先端部とを接触させて被検査デバイスの特性検査がなされる。この複数のプローブのうちの少なくとも一部のプローブは、そのプローブの外周に誘電体層と金属膜が設けられることによりキャパシタが形成された容量装荷型プローブからなっている。その結果、ノイズの除去を確実に行えると共に、電源プローブに用いられることにより、出力の変化によっても電源端子における電圧の降下を抑制することができる。
2003067268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属パイプと、該金属パイプ内に該金属パイプと電気的に接続して設けられ、少なくとも前記金属パイプの一端部から突出する突出長を可変とし得る可動ピンと、前記金属パイプの外周に設けられる誘電体層と、該誘電体層の外周面に設けられる第１の金属膜とからなり、前記可動ピンと前記第１の金属膜との間にキャパシタンスが形成されてなる容量装荷型プローブ。
【請求項２】
前記誘電体層が誘電体筒からなり、該誘電体筒の外周面に前記第１の金属膜が形成され、該誘電体筒の内周面に第２の金属膜が設けられ、該第２の金属膜を介して前記金属パイプと電気的に接続されてなる請求項１記載の容量装荷型プローブ。
【請求項３】
前記誘電体層が、前記金属パイプの外周面に直接成膜された薄膜からなり、該薄膜上に前記第１の金属膜が形成されてなる請求項１記載の容量装荷型プローブ。
【請求項４】
前記金属パイプの外周に設けられるキャパシタが、２種類以上の容量を有するように形成されてなる請求項１記載の容量装荷型プローブ。
【請求項５】
金属ブロックと、先端部の突出長が可動する可動ピンを有し、前記金属ブロックの一面側に前記可動ピンの先端部が突出するように、該金属ブロックを貫通して設けられる電源用および信号用の複数のプローブとを具備し、前記金属ブロックの前記一面側に被検査デバイスが押し付けられ、該被検査デバイスの各電極端子と前記プローブの先端部とを接触させて前記被検査デバイスの特性検査をする検査治具であって、前記複数のプローブのうちの少なくとも一部のプローブは、該プローブの外周に誘電体層と金属膜が設けられることによりキャパシタが形成された容量装荷型プローブからなる検査治具。
【請求項６】
前記被検査デバイスの信号入力端子と接続される信号用プローブのうち少なくとも一部のプローブには、該入力端子に印加される信号の正弦波またはパルスの繰返しに応じて、該繰返しの信号に対しては減衰が小さく、該繰返しより大きい周波数のノイズを減衰させる容量を有するキャパシタが形成された容量装荷型プローブが用いられてなる請求項５記載の検査治具。
【請求項７】
前記被検査デバイスの電源端子に接続される電源用プローブに、容量が５０ｐＦ以上のキャパシタが接続された容量装荷型プローブが用いられてなる請求項５記載の検査治具。
【請求項８】
前記被検査デバイスの電源端子に接続される電源用プローブに、容量が１００ｐＦ以上のキャパシタが接続された容量装荷型プローブが用いられてなる請求項７記載の検査治具。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、たとえば携帯電話機に組み込まれる増幅回路やミキサ回路など、高周波・高速用（アナログで周波数の高いものを高周波といい、デジタルでパルス幅およびパルス間隔が非常に小さいものを高速という、以下同じ）の半導体ウェハ、ＩＣ、またはモジュールなどを検査する高周波・高速用デバイスを検査する場合などに、その被検査デバイスと検査装置との接続を確実にしながら、外来ノイズの影響を極力小さくすることができる容量装荷型プローブおよびそれを用いた検査治具に関する。
背景技術
たとえば、半導体ウェハ、ＩＣあるいはモジュールなどの高周波や高速のデバイスを検査する場合、リードなどが露出しているとその部分でノイズを拾いやすいため、たとえば特開２００１−９９８８９号公報にも開示され、図１２（ａ）に示されるように、金属ブロック１内に設けられるスプリング入りのＲＦ信号用（高周波および高速の両方を含む意味で使用）プローブ３、電源用プローブ４および接地用プローブ５を有する検査治具を介して被検査デバイス２０の各電極端子２１〜２３と接続されるように構成されている。このような検査治具で、ＲＦ信号は同軸ケーブル７を介して、ＲＦ信号用プローブ３に接続され、スプリングの縮みにより被検査デバイス２０と金属ブロック１上の薄い押え板８との間に間隙が生じないようにすると共に、スプリングによりＲＦ信号用プローブ３と被検査デバイス２０の電極端子との接触を確実にして信号を入出力させることにより、できるだけノイズを拾わないような構成になっている。なお、図１２（ａ）において、６はプリント基板などからなり、入力側の電源配線を形成する配線基板を示している。
このような構造にしても、高周波または高速用では、ノイズを拾いやすく、金属ブロック１内のスプリング入りプローブの部分でノイズを拾うことがあり、前述の特開２００１−９９８８９号公報では、ＲＦ信号用プローブ３を同軸構造にすることを開示し、ノイズを拾う余地のない構造が考えられている。一方、電源端子２３に高周波や高速のノイズが乗っても、電源電圧がそのノイズにより振られることになり、増幅器などは発振したりして正確な測定をすることができない。そのため、電源用プローブ４の入力側の配線基板（プリント基板）６に、たとえば図１２（ｂ）に示されるようなコイルＬとキャパシタＣのＬＣ回路からなるローパスフィルタ６１を形成したり、電源用プローブ４の入力側と配線基板（プリント基板）６上のアースとの間にチップコンデンサ（バイパスコンデンサ）を接続することにより、電源配線に乗った高周波・高速のノイズを除去する方法が用いられている。
一方、入力信号端子には、ＲＦ信号に限らず、端子によって、ＤＣレベルに近い信号から１００ＭＨｚにおよぶ種々の中低周波の信号が入力されて検査がなされる。これらの中低周波の信号端子に対してＲＦノイズが入力されても、正確な検査をすることができない。これらの中低周波入力信号用プローブを同軸構造に形成しても、デバイス側または検査装置側で混入したＲＦノイズは、そのまま被検査デバイスの端子に入力されてしまうことになるため、前述のように、正確な検査をすることができなくなる。
前述のように、高周波用や高速用のデバイスを検査する検査治具では、そのデバイスに接続される配線などにより拾うノイズの影響を受け難くするため、被検査デバイスとの接続部を、スプリングを介して伸縮する可動ピンを有するコンタクトプローブを金属ブロック内に設けて接触させる構造とされている。これにより、被検査デバイスと金属ブロックとの間隙をなくして確実に接続することができ、ノイズを拾い難くなる。さらには、ＲＦ信号用プローブは、前述のように、金属ブロック内においても同軸構造にすることが試みられている。一方で、近年の高周波および高速化の進展と共に、回路の高集積化およびパッケージの小型化は目覚しいものがあり、端子数（電極数）の増加および端子間ピッチの縮小化により、金属ブロックを使用していない構造では影響を受けやすいのは当然としても、金属ブロック内の電源プローブであっても非常にノイズが重畳されやすい状況になり、金属ブロック内の電源プローブへの入力側にローパスフィルタやチップコンデンサを設ける構造では、完全には、ノイズの影響を受けない正確な検査をすることができないという問題がある。
さらに、近年の高周波・高速用デバイスの進化により、入力信号の変化により出力がローからハイになったり、ハイからローになったりする過渡期にデバイスの演算エラーや強制リセットを引き起こすなど検査に異常が出やすいことを見出し、本発明者らはその原因を鋭意検討を重ねて調べた結果、出力電圧が変化する過渡時間が早くなり、それに伴い、その電圧変化によって発生する電源電流の瞬時的変化が電源端子の電圧降下を引き起こすことに基づいていることを見出した。すなわち、電源電流がステップ状に増加すると、前述の図１２（ａ）に示されるような構造で、長さが４ｍｍ程度の電源用プローブ４では、プローブが細いため２ｎＨ程度のインダクタンスＬ１を有しており、また、プローブ周辺の浮遊容量として、Ｃ２＝０．５ｐＦを想定すると、図１１（ａ）に示されるような等価回路になる（図１１（ａ）で、Ｃ２は、キャパシタが接続されている訳ではないが、浮遊容量を等価回路で示している）。その結果、たとえば図１１（ｂ）に示されるように、電流Ｉ１がＡ１＝１０ｍＡから、Ａ２＝５０ｍＡにステップ状（立上り時間０の理想的状態）に変化すると、電圧は、図１１（ｃ）に示されるように、３Ｖから１．７Ｖ程度まで低下しており、それが原因で検査データに支障が生じることを見出した。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、高周波・高速化と共に高集積化、パッケージの小型化による電極プローブ間ピッチの縮小化が図られるデバイスを検査する場合でも、電源端子への接続に細いプローブを用いながら、インダクタンスによる電源端子での電圧降下の影響を殆ど受けることのない容量装荷型プローブを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、高周波・高速化と共に高集積化されるデバイスでも、その端子に入力される信号に応じてノイズを低減させることにより、ノイズの影響を受けることなく正確な検査をすることができる容量装荷型プローブおよびそれを用いた高周波・高速用デバイスなどの検査装置用の検査治具を提供することにある。
発明の開示
本発明による容量装荷型プローブは、金属パイプと、該金属パイプ内に該金属パイプと電気的に接続して設けられ、少なくとも前記金属パイプの一端部から突出する突出長を可変とし得る可動ピンと、前記金属パイプの外周に設けられる誘電体層と、該誘電体層の外周面に設けられる第１の金属膜とからなり、前記可動ピンと前記第１の金属膜との間にキャパシタンスが形成されている。
ここに可動ピンとは、たとえばリード線がスプリングなどにより保持されて押し付ければスプリングなどによりその先端が縮むような、先端が軸方向に沿って移動し得るピンを意味する。
このようなコンタクトプローブの外周面にキャパシタが形成されていることにより、電源端子や信号端子に接続するプローブとして使用する場合に、電源端子での電圧の降下を防止したり、ノイズを除去することができる。すなわち、被検査デバイスが、ＲＦ（アナログの周波数が高い高周波やデジタルのショートパルスでパルス間隔が小さい高速の両方を含む意味であり、アナログまたはパルスの繰返しが１ＧＨｚ程度以上のものを意味する、以下同じ）用であると、電源用プローブのインダクタンスにより、たとえば出力がローからハイなどの電流の切替り時に電圧降下が生じるが、このキャパシタによりその電圧降下を支障がない程度に小さくすることができる。これは、キャパシタが付加されることにより、インダクタとキャパシタとの充放電による補償がなされることに基づいている。
さらに、電源端子や、入力信号でＤＣレベルに近い信号もしくはサイン波やパルスの繰返しの小さい中低周波信号の信号端子に接続する場合に、電源用プローブや信号用プローブにキャパシタが形成されていることにより、電源ラインや信号ラインに混入したＲＦノイズをキャパシタにより確実に落すことができ、ノイズの影響を受けないで、信頼性の高い検査をすることができる。
具体的には、前記誘電体層が誘電体筒からなり、該誘電体筒の外周面に前記第１の金属膜が形成され、該誘電体筒の内周面に第２の金属膜が設けられ、該第２の金属膜を介して前記金属パイプと電気的に接続されたり、前記誘電体層が、前記金属パイプの外周面に直接成膜された薄膜からなり、該薄膜上に前記第１の金属膜が形成される構造でもよい。なお、誘電体筒の内壁および外壁に設けられる金属膜は、たとえば無電解メッキなどにより形成される。また、薄膜で誘電体層を形成するには、たとえば金属パイプを回転させながらスパッタリングや真空蒸着などによっても形成することができるし、誘電体材料を有機溶媒などに溶解した液を金属パイプの外周に塗布して乾燥、焼成させるゾルゲル法によっても形成することができる。
前記金属パイプの外周に設けられるキャパシタは、２種類以上の容量を有するように形成することもできる。
本発明による検査治具は、金属ブロックと、先端部の突出長が可動する可動ピンを有し、前記金属ブロックの一面側に前記可動ピンの先端部が突出するように、該金属ブロックを貫通して設けられる電源用および信号用の複数のプローブとを具備し、前記金属ブロックの前記一面側に被検査デバイスが押し付けられ、該被検査デバイスの各電極端子と前記プローブの先端部とを接触させて前記被検査デバイスの特性検査をする検査治具であって、前記複数のプローブのうちの少なくとも一部のプローブは、該プローブの外周に誘電体層と金属膜が設けられることによりキャパシタが形成された容量装荷型プローブからなっている。
この構造にすることにより、電源用プローブや信号用プローブの少なくとも一部の周囲にＲＦノイズをバイパスするキャパシタが形成されているため、被検査デバイスの電源端子や信号端子の直前で、ＲＦノイズをバイパスさせることができ、電源用や信号用のプローブにノイズが乗るどころか、配線基板（プリント基板）側で完全に除去しきれなかったＲＦノイズが残っていても、バイパス用キャパシタを介して完全に除去される。その結果、可動ピンを介してデバイスに接続される電源用や中低周波の信号用のプローブからのノイズの侵入は完全になくなり、ノイズの影響を受けない正確な検査をすることができる。さらに、電源用プローブに容量装荷型プローブが用いられることにより、デバイス内部の電流変化によって発生する電源端子における電圧の降下を抑えることができ、一般的な電源電圧許容範囲の１０％以内に抑えることができる。
前記被検査デバイスの信号入力端子と接続される信号用プローブのうち少なくとも一部のプローブには、該入力端子に印加される信号の正弦波またはパルスの繰返しに応じて、該繰返しの信号に対しては減衰が小さく、該繰返しより大きい周波数のノイズを減衰させる容量を有するキャパシタが形成された容量装荷型プローブが用いられることにより、信号入力にＤＣレベルからＲＦまで種々の信号が入力されるデバイスであっても、その入力信号に応じて、入力信号を減衰させることなく、ＲＦノイズを除去することができるため、非常に精度の高い検査をすることができる。ここに正弦波またはパルスの繰返しとは、アナログ信号の場合にはその周波数を、デジタル信号の場合には、そのハイ、ローの繰返し早さを意味する。
前記被検査デバイスの電源端子に接続される電源用プローブに、容量が５０ｐＦ以上、さらに好ましくは１００ｐＦ以上のキャパシタが接続された容量装荷型プローブが用いられることにより、入力信号の変化に対しても電源電圧が１０％以上降下することは殆どなく、また、４００ＭＨｚ以上（１００ｐＦ以上であれば、２００ＭＨｚ以上）の高周波ノイズを１０ｄＢ以上減衰させることができ、高いＲＦノイズはさらに大きく減衰させることができ、殆ど完全にノイズを除去することができるため好ましい。
発明を実施するための最良の形態
つぎに、図面を参照しながら本発明の容量装荷型プローブおよびそれを用いた検査治具について説明をする。本発明による検査治具は、被検査デバイス２０と図示しない検査装置とを接続するもので、図１（ａ）および１（ｂ）にその平面および一部断面の側面説明図が示されるように、先端部の突出長が可動する可動ピン１１を有し、金属ブロック１の一面側に可動ピン１１の先端部が突出するように、信号用プローブ３、電源用プローブ４および接地用プローブ５など複数のプローブが、金属ブロック１を貫通して設けられている。そして、この金属ブロック１の一面側に被検査デバイス２０が押し付けられ、その被検査デバイス２０の各電極端子２１〜２４とそれぞれプローブ３〜５の先端部とを接触させて被検査デバイス２０の特性検査がなされる。本発明では、この複数のプローブのうちの少なくとも一部のプローブは、そのプローブの外周に誘電体層と金属膜が設けられることによりキャパシタが形成された容量装荷型プローブからなっている。
この容量装荷型プローブ１０は、図２（ａ）にその一実施形態の断面説明図が示されるように、金属パイプ１３内に、その金属パイプ１３の少なくとも一端部から突出する先端部の突出長を可変とし得るように、可動ピン１１、１２がその金属パイプ１３と電気的に接続して設けられ、その金属パイプ１３の外周に誘電体層１５が設けられ、誘電体層１５の外周面に第１の金属膜１７が設けられることにより、可動ピン１１と第１の金属膜１７との間にキャパシタンスが形成されている。
このキャパシタ１８を形成するための誘電体層として、図２に示される例では、誘電体を筒状に形成した誘電体筒１５が用いられている。そして、誘電体筒１５の内周壁および外周壁に第２および第１の金属膜１６、１７が無電解メッキなどにより設けられることにより、キャパシタ１８が形成されている。この誘電体筒１５の両面に第１および第２の金属膜１７、１６が設けられることにより、誘電体の両面に空隙が生じなくなり、キャパシタンスの機能を充分に奏するようになっている。第２の金属膜１６は、金属パイプ１３と電気的に接続されている。
誘電体筒１５は、図２（ｂ）にその斜視説明図が示されるように、たとえば内径Ｄ１が０．３ｍｍ程度、外径Ｄ２が０．６ｍｍ程度、長さＬが６ｍｍ程度の大きさに形成される。これは、前述のように、ＩＣなどの高集積化に伴い、電極端子数が増大し、最近では、チップの周囲のみに電極端子を設けるのではなく、ＢＧＡ（ｂａｌｌ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ）パッケージによりチップ全面に形成されるようになり、しかも電極端子数が多い場合には、１ｃｍ２当り４００個程度の電極端子数が設けられるため、プローブの間隔も非常に小さくなるからである。これらの電極端子数のうち、電源端子が１／４程度、接地端子が１／４程度、残りがＲＦ信号など、信号の入出力端子とされている。
このキャパシタ１８の効果を調べるため、本発明者らは、この構造のプローブ外周面にキャパシタを形成した容量装荷型プローブを接続した場合の周波数に対する挿入損失、すなわちノイズ除去程度をシミュレーションにより調べた。その結果を図３に示す。図３は、図２（ａ）に示されるキャパシタの容量を種々変えたときの周波数に対する挿入損失を縦軸（下向き）に示したもので、キャパシタの容量を１０ｐＦ、５０ｐＦ、１００ｐＦ、５３０ｐＦ、および１０６０ｐＦとした場合をそれぞれ示している。なお、キャパシタなしは、容量装荷型プローブではない従来のプローブの周波数特性を示している。
一般に、１０ｄＢ程度の挿入損失があれば、ノイズ除去に大きな効果があり、２０ｄＢ程度の挿入損失があれば、ノイズの影響を殆ど完全に除去することができることから、図３から明らかなように、１０６０ｐＦあれば、２５ＭＨｚ程度以上の周波数のノイズを除去することができ、５０ＭＨｚ以上であれば、殆ど完全に除去することができる。また、１ＧＨｚ以上のＲＦノイズに対しては、１００ｐＦあれば、完全にノイズの影響をなくすることができ、５０ｐＦ以上あれば、充分にノイズを減衰させることができることが分る。これに対して、従来のキャパシタなし（浮遊容量は０．５ｐＦ程度あると考えられる）のプローブでは、２０ＧＨｚまでの挿入損失は、２ｄＢ以下であり、殆どＲＦノイズの除去効果がないことが分る。
一方、たとえば容量が５０ｐＦであれば、数十ＭＨｚ帯では殆ど減衰せず、１ＧＨｚ以上では大幅な減衰が見られ、たとえば信号を入力する信号用プローブで、入力信号の周波数が数十ＭＨｚ以下の信号であれば、５０ｐＦ程度の容量を有するキャパシタが装荷されたプローブを用いることにより、ＲＦノイズを除去した信号を入力して信頼性のある検査をすることができることを、本発明者らは見出した。すなわち、信号用プローブには、その入力信号の周波数に応じて、同軸構造のプローブにするよりも、信号は減衰しないで、それより高い周波数のノイズのみを減衰させる大きさの容量のキャパシタを装荷したプローブを用いる方が好ましいことを、本発明者らは見出した。
このような容量を変化させるには、誘電体層１５の材料を変えて、比誘電率の異なるものを使用したり、誘電体層１５の厚さまたはプローブの長さを変えることにより、容量を変化させることができる。たとえば、セラミックスとしてよく用いられているチタン酸バリウム（比誘電率２２００）と高誘電率セラミックスと称されている比誘電率が３８程度のセラミックスを用いれば、図２（ａ）および２（ｂ）に示される構造で、表１に示されるような寸法のプローブを形成することにより、上記容量のプローブを形成することができる。しかし、さらに誘電体の材質や厚さを変えることにより、容量を自由に調整することができる。とくに、後述するように誘電体を薄膜により形成することにより、その厚さを非常に薄くすることができ、容量を大きくすることができる。
2003067268.tif 000003
実際に、表１に示される５３０ｐＦのキャパシタの寸法で容量装荷型プローブを形成して、周波数に対する挿入損失を測定した。その結果が図４に示されている。なお、表１に示される寸法で形成した結果、実際の容量は４７０ｐＦであった。図４から、図３と同様に、５０ＭＨｚで既に１５ｄＢ程度挿入損失が得られ、２００ＭＨｚ以上ではほぼ２０ｄＢ以上の挿入損失が得られ、ノイズを殆ど完全に除去できることを示している。なお、図４で、指示１は１ＧＨｚ、２７．５９５ｄＢを、指示２は５ＧＨｚ、３３．８７７ｄＢを、指示３は１０ＧＨｚ、２７．６６１ｄＢを、指示４は１５ＧＨｚ、３４．２７６ｄＢを、指示５は２０ＧＨｚ、３９．０６０ｄＢをそれぞれ示している。
このように、５００ｐＦ程度あれば、充分低い周波数から高い周波数まで大きな挿入損失を得られるため、電源用プローブやＤＣレベルに近い繰返しの小さい（低い周波数）入力信号に対しては、充分である。しかし、前述の図３に示されるように、１００ｐＦあれば、２００ＭＨｚ以上で、十分の挿入損失があり、電源用プローブとして実用的である。
一方、前述のように、本発明者らは、電源用プローブのインダクタンス成分により、信号変化により出力の過渡時間に、電源端子における電圧の降下が生じて、正確な検査を行えない場合があることを見出した。そして、この電源用プローブに容量装荷型プローブを用いることにより、電圧降下を問題とならない１０％以下に抑えることができた。この容量装荷型プローブを電源用プローブに用いた場合に、電源端子における電圧降下を防止することができる効果について説明をする。
容量装荷型プローブを電源用プローブとして用いた場合、被検査デバイスとの接続部の等価回路は図５に示されるようになる。この電源電圧Ｖ１を３Ｖｄｃ（直流）とし、Ｒ１＝０．１Ω、Ｌ１＝２ｎＨとし、Ｃ１を１０００ｐＦと１００ｐＦとした場合に、前述の図１１（ｂ）に示されるように、電流を１０ｍＡから、５０ｍＡにステップ状（立上り時間０の理想的状態）に変化させたときの電源端子における電圧Ｖ２をシミュレーションにより調べた。その結果を図６（ａ）および図６（ｂ）にそれぞれ示す。なお、図６（ｃ）は、キャパシタが装荷されない（０．５ｐＦの浮遊容量を想定している）従来のプローブを用いたときの電圧降下を示す図で、図１１（ｃ）に示したものを、図６（ａ）および６（ｂ）と同じスケールで示したもので、シミュレーションの条件は同じである。
図６（ａ）〜６（ｃ）から明らかなように、キャパシタなし（浮遊容量０．５ｐＦを想定）の従来のプローブを用いた場合には、１．３２Ｖ（４４％）という大幅な電圧降下が現れるのに対して、１０００ｐＦの容量のキャパシタが装荷されることにより、電圧が安定するまでの時間は長くなるものの、電圧の変化量は０．０６Ｖ程度で、２％程度と非常に変化量を小さくすることができる。なお、長時間電圧が脈動しても、その変化量が小さいため、何ら影響を受けない。また、１００ｐＦのキャパシタを装荷した場合でも、図６（ｂ）に示されるように、電源端子における電圧の変動は１０００ｐＦの場合に比べれば大きくなるが、それでも０．１８Ｖ程度で、６％程度と小さく、一般に変動の限度とされる１０％を充分にクリアすることができる。すなわち、電源用プローブに１００ｐＦ以上の容量を装荷したプローブを用いることにより、非常に急激な電流の変化に対しても、電圧変動を支障がない程度に抑えることができる。
このように、容量装荷型プローブを電源用プローブとして用いることにより、電源端子における電圧の変動を防止することができるのは、たとえば一つの見方として、電源用プローブの有するインダクタンスと、装荷された容量との充放電の作用により電圧が補償されるためと考えられる。その結果、信号により被検査デバイスの出力が瞬時的にローからハイ、あるいはハイからローに変化しても、電源端子における電圧の変動を抑制することができるため、被検査デバイスの演算エラーや強制リセットを引き起こす可能性を皆無にすることができ、非常に安定した検査をすることができる。なお、高周波・高速用デバイスでは、配線による引き回しをできるだけ少なくするため、前述のように、１個のデバイスに対しても、電源端子は非常に沢山形成される。そのため、１個の電源用プローブでこの大きさの容量が確保されなくても、並列となる沢山の電源プローブにより、装荷される容量を大きくすることができる。また、逆に全ての電源用プローブに容量装荷型プローブを用いなくても、電源用プローブによる電圧の降下抑制およびノイズ除去の効果を奏することができる。
前述のように、このような容量装荷型プローブ１０を電源用プローブ４として用い、電源ライン上のノイズを落としたり、電源電圧の変動を防止するためには、容量が大きいほど低い周波数のノイズでも挿入損失が大きくて減衰させることができ、さらに高い周波数での挿入損失はより大きくなると共に、電源端子における電圧の変動を小さくすることができるため好ましい。しかし、前述のように、ノイズ除去および電圧変動のいずれの目的にも、１００ｐＦ以上の容量があれば全く問題はないが、５０ｐＦ程度以上あれば充分である。なお、プローブ自身は、前述のように、高集積化に伴い太さを余り大きくすることはできず、むしろ細くすることが要求され、キャパシタの面積を余り増やすことはできない。そのため、誘電体層１５として、比誘電率ができるだけ大きい誘電体を用いることが好ましい。
一方、信号用プローブでは、種々の信号ラインがあり、ＤＣレベルに近いものから、１ＧＨｚ以上のＲＦ信号まで種々あり、１００ＭＨｚ程度以下の中低周波信号ラインにも１ＧＨｚ以上のＲＦノイズが重畳される場合があり、選択的にこれらのノイズを除去することが望まれる。そのため、印加される信号の周波数に応じて、信号端子ごとに容量を選定した容量装荷型プローブを用いることにより、確実にノイズを除去することができて、信頼性の高い検査をすることができる。
このような容量装荷型キャパシタに用いる誘電体としては、たとえば前述の誘電体筒を用いる場合には、チタン酸バリウム（比誘電率７００〜２００００程度）、チタン酸ストロンチウム（比誘電率１５００〜４０００程度）のような比誘電率の大きいものの他に、高誘電率セラミックス（比誘電率１０〜５０程度）や、アルミナ（比誘電率９〜１０）のような焼成したセラミックス類を用いることができる。チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムなど比誘電率の大きい材料により形成されることにより、内外径がそれぞれ０．３ｍｍ、０．６ｍｍで長さが６ｍｍ程度の非常に小さな電源用プローブでも、高周波ノイズを殆ど完全にバイパスさせる１０００ｐＦ程度以上の大きな容量を形成することができ、低い周波数のノイズでも容易に除去することができるため好ましい。
また、後述するように、誘電体筒を用いないで、たとえば金属パイプ１３の外表面に直接薄膜を成膜することもできる。このような成膜材料としては、前述の材料の他にも、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ；比誘電率７００〜１０００程度）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ；比誘電率１０００〜３０００程度）、タンタル酸ビスマスストロンチウム（ＳＢＴ）、ビスマスチタネート（ＢＩＴ；比誘電率１５０〜２２０）などのビスマス系化合物などを用いることができる。これらの材料は比誘電率も大きく、５〜２０μｍ程度の薄膜で形成し得るため、より容量の大きいキャパシタを形成しやすい。
前述の誘電体筒タイプで形成する場合、キャパシタは、電流が流れないため、電極の導電率はあまり問題にならないが、誘電体と電極用金属とが密着していないと誘電率の小さい空隙部が形成され、容量を下げることになるため、誘電体筒１５の内周面および外周面には金属膜が密着して設けられることが好ましい。そのため、誘電体筒１５の内部にも無電解メッキなどによりＮｉなどをメッキをし、さらに必要によりその上に銀や金などをメッキすることにより第２の導電膜１６が設けられ、外周面にも同様に無電解メッキなどにより第１の導電膜１７が形成されている。内周面は、直径が０．３ｍｍ程度と非常に小さいため、メッキ液が浸透しにくいが、たとえば真空引きをしたり、超音波によりメッキ液を撹拌したりすることにより、内壁にもメッキ液が毛細管現象により吸い上がり、メッキをすることができる。
キャパシタの誘電体層として、誘電体筒を用いないで、金属パイプ１３の表面に直接誘電体薄膜１５ａを形成した例が、図７に示されている。すなわち、この例では、金属パイプ１３の外表面に直接誘電体材料をスパッタリング、真空蒸着、レーザアブレーションなどにより付着させたり、誘電体材料を有機溶媒に溶解して金属パイプ１３の外表面に塗布し、焼成するゾルゲル法などにより、金属パイプ１３の外表面に直接成膜するものである。このような直接成膜する方法によれば、５〜２０μｍ程度の非常に薄い膜を形成することができるため、非常に大きな容量のキャパシタを形成することができる。しかもその絶縁膜の耐圧は、たとえばＰＺＴで１０μｍ厚の場合でも、５０Ｖ程度あり、実用上全く問題がない。たとえば長さが１ｍｍで、外径がφ０．３ｍｍの金属パイプ１３を用いて、比誘電率が７３０のＰＺＴを１０μｍ厚形成した結果、プローブが前述の例の１／６の長さでありながら、１２４０ｐＦの大容量のキャパシタが得られた。
スパッタリング法または真空蒸着法などにより成膜する場合には、金属パイプ１３を回転させながら成膜すれば全面に形成することができる。また、ゾルゲル法であれば、誘電体用溶液を塗布して乾燥、焼成すれば誘電体膜を形成することができる。
可動ピン１１、１２は、図２（ａ）に示されるように、先端部の開口部が細くされた金属パイプ１３内にスプリング１４により保持され、その先端部が押えられることにより、スプリング１４の縮みにより引っ込む構造になっている。図２（ａ）に示される例では、両側に可動ピン１１、１２が設けられ、配線基板６側と被検査デバイス２０側の両方ともスプリング１４により押し付けられる構造になっているが、図８に示されるように、配線基板６側は、金属体１９による固定として、直接ハンダ付けなどにより配線基板６と確実に接触させておけば、被検査デバイス２０側のみに可動ピン１１が設けられる構造でもよい。
また、可動ピン１１、１２は、図２（ａ）に示されるように、そのスプリング１４側端部が斜めに切断された構造にしておくことにより、可動ピン１１、１２が押されてスプリング１４が縮む状態では、斜めに傾いて金属パイプ１３の細い開口部に押しつけられて接触し、可動ピン１１に伝わる電気信号は、細いスプリング１４ではなく電気抵抗が小さい金属パイプ１３を介して伝達するため、インピーダンスを少しでも低減させることができ、ＲＦノイズを乗りにくくすることができる。さらに、図２（ａ）には図示されていないが、金属パイプ１３の端部側には、くびれ部が設けられ、可動ピン１１、１２が抜け落ちない構造に形成することができる。なお、信号用プローブ３、接地用プローブ５の可動ピン１１も同様に形成される。
金属ブロック１は、信号用や電源用などのプローブ３〜５を保持するもので、たとえばアルミニウムや真鍮などの金属板からなっており、その金属板に貫通孔を形成して、その貫通孔内にこれらのプローブが挿入されている。
信号用プローブ３は、たとえば１００ＭＨｚ以下の中低周波信号用であれば、図２（ａ）に示されるのと同様に、容量装荷型プローブを用い、入力信号の周波数に応じて、その容量を調整して使用することができる。一方、１ＧＨｚ以上のＲＦ信号用では、図２（ａ）に示されるのと同様に、金属パイプとその内部に設けられるスプリングおよび可動ピンとからなるスプリング入り可動ピンだけの構造でもよいが、その周囲に誘電体を介して金属ブロック１の貫通孔内に金属パイプが挿入される構造にすると共に、その金属パイプの外径と金属ブロック１の貫通孔内径との関係が同軸構造を構成する寸法に形成することにより、ＲＦ信号を減衰させることなく、可動ピンを介してＲＦノイズが乗るのを防止することができるため好ましい。このＲＦ信号用プローブ３の被検査デバイス２０との接続端部と反対側は、セミリジッドなどの同軸ケーブル７に接続されている。
配線基板６は、被検査デバイス２０に電源の供給などを行うもので、基板上に配線が形成されて、その端子が被検査デバイスの端子と対応する場所に、適切に形成されている。この場合、前述のように、配線基板６上の電源端子と接地端子間に、ローパスフィルタが形成されたり、チップコンデンサが接続されたりしている。また、前述の信号用プローブ３の他端部側に同軸ケーブル７が直接接続される代りに、この配線基板６に信号用配線を形成しておき、その配線を介して同軸ケーブルに接続してもよい。
押え板８は、アクリル板などからなり、０．１〜０．２ｍｍ程度の薄い電気的絶縁性材料からなり、各プローブの可動ピン１１が突出する貫通孔が設けられ、図示しないビスにより固定されている。これにより、各プローブの金属パイプや絶縁体が金属ブロック１から飛び出ないように固定されている。図１（ａ）に示される例では、この押え板８から突出する可動ピン１１がＢＧＡタイプの被検査デバイス２０に対応するように、マトリクス状に形成された例で示されているが、信号用プローブ、電源用プローブ、接地用プローブの数やその配置は、検査をしようとする被検査デバイス２０の電源端子に応じて形成され、たとえば入出力用のＲＦ信号用プローブ、電源用プローブおよび接地用プローブが各１本づつで形成される場合もある。
図１（ｂ）に示される例では、プローブの一端部を押え板８により固定する構造であったが、必ずしも押え板を使用する必要はない。すなわち、図９に示されるように、金属ブロック１のプローブが挿入される貫通孔にプローブの端部を固定する段差部を設け、同様に段差部を形成した第２の金属ブロック１ａによりプローブを両側から挟み込み、第２の金属ブロック１ａ側から図示しないネジなどにより金属ブロック１に固定することにより、プローブ１０を固定しながら、可動ピン１１を可動させることもできる。
また、前述の例では、金属パイプ１３の外周に形成されるキャパシタは１種類のキャパシタであったが、たとえば図１０（ａ）に示されるように、第１の金属膜を分断して長さがＭ１、Ｍ２、Ｍ３の異なる長さの金属膜１７ａ、１７ｂ、１７ｃとすることにより、図１０（ｂ）に示されるように、異なる容量のキャパシタ１８ａ、１８ｂ、１８ｃを形成することができる。それぞれのキャパシタＣ１１〜Ｃ１３の容量は、全体の長さＭでの容量をそれぞれの長さＭ１〜Ｍ３の長さに比例した大きさの容量に分配される。その結果、前述の信号用プローブとして、信号の周波数に応じた容量が要求される場合に、長さの異なる金属膜１７ａ〜１７ｃのうち、所望の容量の金属膜のみを金属ブロック１と接触させるようにすることにより所望の容量のキャパシタとして使用することもできる。キャパシタを形成する誘電体の材質や厚さにより、その高周波特性は異なってくるので、信号周波数に応じた所望の容量を選ぶときに、その周波数特性も変化してくる。あるいは、全ての金属膜を金属ブロックと接触させることにより、一つの誘電体材質では成し得なかった周波数特性を得ることもできる。
本発明によれば、可動ピンにより被検査デバイスに接触させているため、被検査デバイスの電極端子との接触部分にリードの露出部分がない上に、被検査デバイスの電源電極端子に接触させる電源用プローブの周囲にキャパシタが形成されているため、被検査デバイスの電源端子に入力される直前のところでＲＦノイズを除去することができ、ノイズフリーの状態で検査をすることができる。すなわち、高周波・高速用デバイスを検査する場合、僅かな長さのリードでもノイズを拾いやすいため、できるだけ被検査デバイスの近くでノイズを落す必要があるが、本発明では、被検査デバイスと接触する直前の電源用プローブにキャパシタが形成されているため、非常に効果的にノイズを解消することができると共に、高速スイッチング波形出力時に発生する電源端子における電圧降下を最小限に抑えることができる。
さらに、信号端子においても、信号の周波数に応じて、その入力前の信号用プローブに信号を減衰させず、ＲＦノイズを減衰させる容量のキャパシタが装荷されたプローブを用いることにより、信号成分に重畳されたノイズを、被検査デバイスの端子に入る前に有効に除去することもできる。
その結果、高周波・高速デバイスの増幅器を発振させたり、正確なデバイスの検査を行えないという問題を解決し、電源用端子および信号用端子からも完全にノイズを除去することができ、非常に安定した正確な検査をすることができる。
なお、前述のように、電源用プローブは被検査デバイスと接触する側のみを可動ピンとして、他端側は直接ハンダ付けなどにより接続する構造にしてもよいが、接地用プローブも同様に被検査デバイスとの接触側のみに可動ピンを設ける構造にして、他端側は固定する構造でもよい。また、接地用プローブは設けられないで、たとえば細い金属細線が多数ゴム内に植立されて縦方向のみに導電し、横方向には絶縁される異方性の導電性ゴムなどを介して、金属ブロック１と被検査デバイスの接地端子とを直接接続する構造にすることもできる。
本発明によれば、被検査デバイスの電極端子などに押圧のみで確実に接触させることができる可動ピンを有するコンタクト用のプローブに、直接キャパシタが設けられているため、高周波・高速用デバイスの特性検査をする場合に、被検査デバイスとの接触を確実にしながら、電源端子の電圧降下を防止することができると共に、電源端子や信号端子からのノイズの侵入を防止することができる。しかも、信号端子でも、その容量を調整することにより、信号を劣化させず、ノイズのみを減衰させることができる。その結果、非常に安定した検査を正確にすることができ、高周波・高速用デバイスの検査の信頼性を大幅に向上させることができる。
産業上の利用の可能性
本発明は、携帯電話機などの電気機器などに組み込まれる増幅回路やミキサ回路、フィルタ回路、ＩＣ、モジュール、高速デジタル処理ＩＣ（ＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ））、高速メモリ、シリアルパラレル変換ＩＣ（ＳＥＲ／ＤＥＳ（ｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ／ｄｅ−ｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ））など、とくに高周波・高速用デバイスの検査を、プローブを接触させることにより行う分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）および１（ｂ）は、本発明による検査治具の一実施形態を示す平面説明図および一部断面の側面説明図である。
図２（ａ）および２（ｂ）は、図１に示される容量装荷型プローブの断面説明図およびその誘電体筒の斜視説明図である。
図３は、プローブに装荷するキャパシタの容量を変化させたときの、シミュレーションによる挿入損失の周波数特性である。
図４は、一例として４７０ｐＦの場合の実測による挿入損失の周波数特性である。
図５は、電源用プローブに容量装荷型プローブを用いたときの等価回路図である。
図６（ａ）〜６（ｃ）は、容量が１０００ｐＦと１００ｐＦの場合の電源端子における電圧降下の状態を、キャパシタがなく浮遊容量０．５ｐＦ程度だけの場合と比較して示したシミュレーションの結果である。
図７は、容量装荷型プローブの他の実施形態を示す断面説明図である。
図８は、容量装荷型プローブのさらに他の例を示す断面説明図である。
図９は、プローブを金属ブロックに固定する他の構造例を示す部分断面説明図である。
図１０（ａ）および１０（ｂ）は、容量装荷型プローブのさらに他の実施形態を示す断面説明図および等価回路図である。
図１１（ａ）〜１１（ｃ）は、スイッチング波形出力時に発生する電源端子における電圧の降下を説明する図である。
図１２（ａ）および１２（ｂ）は、従来の高周波・高速用デバイスの検査治具の構成例を示す図である。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図６（ｃ）】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１１（ａ）】
2003067268.tif 000019
【図１１（ｂ）】
2003067268.tif 000020
【図１１（ｃ）】
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【図１２（ａ）】
2003067268.tif 000022
【図１２（ｂ）】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月11日(2004.3.11)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】金属パイプと、該金属パイプ内に該金属パイプと電気的に接続して設けられ、少なくとも前記金属パイプの一端部から突出する突出長を可変とし得る可動ピンと、前記金属パイプの外周に設けられる誘電体層と、該誘電体層の外周面に設けられる第１の金属膜とからなり、前記可動ピンと前記第１の金属膜との間に５０ｐＦ以上のキャパシタンスが形成されてなる電源用の容量装荷型プローブ。


【手続補正００２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】前記誘電体層が誘電体筒からなり、該誘電体筒の外周面に前記第１の金属膜が形成され、該誘電体筒の内周面に第２の金属膜が設けられ、該第２の金属膜が前記金属パイプと電気的に接続されてなる請求項１記載の容量装荷型プローブ。


【手続補正００３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】金属ブロックと、先端部の突出長が可動する可動ピンを有し、前記金属ブロックの一面側に前記可動ピンの先端部が突出するように、該金属ブロックを貫通して設けられる電源用および信号用の複数のプローブとを具備し、前記金属ブロックの前記一面側に被検査デバイスが押し付けられ、該被検査デバイスの各電極端子と前記プローブの先端部とを接触させて前記被検査デバイスの特性検査をする検査治具であって、前記複数のプローブのうちの少なくとも一部の電源端子に接続される電源用プローブは、該プローブの外周に誘電体層と金属膜が設けられることによりキャパシタが形成された容量装荷型プローブからなる検査治具。




【国際調査報告】
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