(57)【要約】【課題】配線基板に接続される微小寸法のプローブの電気的、機械的な接続・固定を補助し、かつプローブ針先の位置精度を維持できるプローブ用ガイド板を用いたプローブカードを提供する。【解決手段】測定対象物の電極に接触される先端部と固定されるための針元部を備えたプローブ、上記針元部が嵌合されるとともに上記針元部と電気的に接続される導電部材が設けられたガイド穴を備えるガイド板、および端子を片面に備えた配線基板、を備え、上記針元部が上記端子に上記導電部材を介して電気的に接続されることを特徴とするプローブカード。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の電極に接触される先端部と固定されるための針元部を備えたプローブ、上記針元部が嵌合されるとともに上記針元部と電気的に接続される導電部材が設けられたガイド穴を備えるガイド板、および端子を片面に備えた配線基板、を備え、上記針元部が上記端子に上記導電部材を介して電気的に接続されることを特徴とするプローブカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度に集積された半導体デバイスの電気的特性検査に使用されるプローブカードの配線基板に実装されるプローブを固定するプローブ用ガイド板を備えたプローブカードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウエハの大型化と、チップデバイスの高密度・高機能化に伴い、チップデバイスの電極配置間隔（電極ピッチ）はますます小さくなって電極密度が高くなると共に、電極面積は縮小されて来ている。高密度に集積された半導体（以下、ＬＳＩ）検査用プローブカードにおいて、プローブの足元を基板に固定するための専有面積は、電極密度が高くなると共に縮小し、特にロジック用ＬＳＩにおいて、プローブの足元を回路基板又は電極の配置の間隔を変換するスペーストランスフォーマ基板（以下、配線基板）に固定するための専有面積は、電極密度がより高くなると共に、より縮小するし、エリアアレイ配置の場合には、さらに縮小する。これらに対応するためのプローブは、微小寸法のプローブが要求されるので、垂直形状のプローブが採用される。前記垂直型プローブは、微小寸法に対応するため、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されている。
【０００３】
前記垂直型プローブを垂直または少し傾斜をもって保持するには、一般に垂直型プローブの根元を固定し、先端の位置決めを行うために、２枚のガイド板を用いるプローブカードがよく知られている。また、最近、垂直型プローブの根元だけを固定するものが提案されており、垂直型プローブの根元を配線基板に固定すると共に、プローブ基板の貫通孔にプローブを通して、貫通孔の壁部で支持する構造を持ったプローブカードが先行技術として開示されている（文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−４２３２９号公報〔０００８−００１２、図１〕
【０００５】
文献１は、各プローブの根元をプローブ基板の貫通穴に通して該穴の壁部に固定すると共に、根元端部において配線基板の接合部に固定するから、プローブはプローブ基板に安定して接続され、プローブ針先の相対的位置関係が安定するとしている。また、プローブ根元端部に凹所を設け、導電接合材による配線基板の接合部との接合強度が大になるとしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の先行技術は、各プローブをプローブ基板に固定した後、各プローブの根元端部を一括して配線基板に重ね合わせてリフロー接合する組立て工程を採用している。この場合、プローブ根元部の導電部材が溶融して隣接する電極と接続するようなことが発生すれば、構造体を取外すなど大掛かりな補修作業を必要とする問題があった。本発明は、これらの課題を解決するものであって、微小寸法のプローブの固定と電気的接続を確保するための新しい構造のプローブカードを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係るプローブカードは、測定対象物の電極に接触される先端部と固定されるための針元部を備えたプローブ、上記針元部が嵌合されるとともに上記針元部と電気的に接続される導電部材が設けられたガイド穴を備えるガイド板、および端子を片面に備えた配線基板、を備え、上記針元部が上記端子に上記導電部材を介して電気的に接続されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るプローブカードは、前記導電部材が、半田合金に代表される低融点金属材または金若しくは金合金の低温接合金属材で形成される。
【０００９】
これらの構成は、複数のＭＥＭＳタイプの径数十μｍオーダの微小寸法のプローブをプローブのピッチが１００μｍ以下の複数行、複数列にわたり配線基板に実装する場合に、前記プローブの針先位置精度がプローブの針元をガイド板のガイド穴に固定して規制することにより実現でき、またプローブ群の針先の高さとプラナリティをプローブ針元のストッパにより実現したもので、また各プローブの針元と対応するガイド穴内壁との間および配線基板の端子と対応するガイド穴端面との間を低融点の導電部材で接合することによりＭＥＭＳタイプのプローブと配線基板とを本発明に係るプローブ用ガイド板を介して電気的・機械的に接続固定したものである。
【００１０】
これらの構成によれば、一枚のプローブ用ガイド板のプローブのピッチが１００μｍ以下に対応する複数のガイド穴によりそれぞれ対応するプローブの針元を固定できるので、プローブの針先方向を適正に固定することができ、またプローブのストッパをガイド穴端面、即ちガイド板表面で当接固定することによりプローブの針先の高さとプラナリティ（平行度）を規定することができる。また、ガイド板を介してのプローブと配線基板の端子との間の電気的・機械的接続は、ガイド穴内壁及びガイド穴の配線基板側端面において導電部材を介して確立するので、電気的・機械的接続の信頼性は非常に高くすることができる。
【００１１】
また、各プローブと対応するガイド穴内壁との間の電気的・機械的接続及びガイド板の配線基板側のガイド穴端面と配線基板の対応する端子との間の電気的・機械的接続は、金又は金合金から形成される導電部材を用いて、２００℃程度の比較的低温での金属接合による場合と、半田合金等の低融点金属から形成される導電部材を用いて、レーザー又は加熱炉を用いた加熱溶着により電気的・機械的接続を確実にすることができる。
【００１２】
本発明のプローブ用ガイド板を用いたプローブカードによれば、高密度に集積された半導体ウエハのチップデバイスの電気的検査において、高密度に集積された微細なプローブ群の針先の高さ及びプラナリティを精度よく保持でき、またプローブの針元のストッパによる作用で確実にオーバードライブのスクラブを掛けることができるから、前記電気的検査を十分信頼性あるものとして実施できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る請求項１に記載のプローブカードによれば、ＭＥＭＳタイプの径数十μｍ以下の微小寸法のプローブを用いてプローブピッチ１００μｍ以下の複数行、複数列に形成されたプローブ群を本プローブ用ガイド板を介して配線基板に電気的・機械的に確実に接続できる。また、この接続が各プローブの針元と対応するガイド板のガイド穴内壁との間において、低融点の接続用導電部材により実現できるので、プローブの針先の位置精度（針先高さ、方向性）と針先のプラナリティを確実に得ることができる。本発明によれば、ＭＥＭＳタイプのプローブ群の基板への電気的・機械的接続が、針先をガイドする従来の構造ではなくて、針元の接続固定構造でガイドする点において、従来のガイド構造で起こり得るガイド歪の悪影響を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を実施するための形態に係るプローブ用ガイド板を用いたプローブカードの模式的断面図である。
【図２】図１のＡ部の詳細図である。
【図３】本発明を実施するための形態に係るプローブ用ガイド板の図であって、（ａ）はプローブ側から見た模式的斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視の模式的平面図、（ｃ）は（ａ）のＢ矢視の模式的平面図、（ｄ）は（ｂ）のＣ矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１、２を用いて、本発明の実施の形態であるプローブ用ガイド板２を用いたプローブカード１について説明すると、プローブカード１は、メイン基板６と、メイン基板６の一方の面側に配置されたインターポーザ５と、インターポーザ５に接続された配線基板４と、配線基板４の他方の面側と接続されたプローブ用ガイド板２と、プローブ用ガイド板２の複数行・複数列に配置されたガイド穴２−１に嵌合した複数のプローブ３と、から構成される。なお、この配線基板４は、電極の配置の間隔を変換するスペーストランスフォーマ（Ｓｐａｃｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：ＳＴ基板と略称されている）である。
【００１６】
本発明に係るプローブ用ガイド板２は、図３に示すように、プローブピッチ１００μｍ以下の複数行・複数列に配置されたプローブ用のガイド穴２−１を配置している。ガイド穴２−１の平面形状は長方形又は円形が望ましく、長方形の場合には、嵌合するプローブ３の方向性を規定するために、正方形より長方形の方が好適である。また、軸方向に屈曲形状を有するプローブ３については、長方形状の断面を有するガイド穴２−１がプローブ３の軸周りの方向性を規定できるので好適である。また、プローブ用ガイド板２の厚さは、ガイド穴２−１の長さを規定するので、ガイド穴２−１に嵌め合うプローブ３の直立度と機械的・電気的接続を確実にするために数十μｍオーダの穴径に対して２５０μｍ程度が好適である。本発明の場合は、プローブ用ガイド板２と配線基板４とを一体化してからプローブ３をガイド穴２−１に挿入するので、プローブ３を誤った方向に挿入しない為にも、ガイド穴２の形状は重要になる。
【００１７】
また、プローブ用ガイド板２のガイド穴２−１は、相互に電気的に絶縁を確保することが必要であり、プローブ用ガイド板２の材質は、セラミック等の電気的絶縁物を用いる。ガイド穴２−１は、機械的な加工やレーザ加工によって形成することができる。長方形のガイド穴２−１の場合に、その穴２−１の角の部分の形状は、応力集中によるひび割れの防止のためプローブ針元部３−１の角の曲率半径をＲ１、ガイド穴２−１の曲率半径Ｒ２とした場合、Ｒ１＞Ｒ２であって、Ｒ２は５μｍ以上が好ましい。
【００１８】
プローブ用ガイド板２にアルミナ等のセラミック材を採用した場合のガイド穴２−１の形成には、レーザ穿孔加工を用いることができる。また、ガイド穴２−１の微細な加工精度を実現するために、プローブ用ガイド板２にシリコンウェハを用いた場合には、写真製版とか深堀プラズマエッチングを用いた高精度な加工によりガイド穴２−１を寸法的に精密に開口後、ウェハを表面酸化させて熱酸化被膜の絶縁物を形成したものをガイド板２として適用することができる。また、プローブ用ガイド板２に低膨張率金属、例えばＦｅ−Ｎｉ系のインバー合金を用いた場合には、写真製版とか選択メッキ（電鋳）を用いた高精度な加工によりガイド穴２−１を精密に開口後、酸化させて金属表面に絶縁膜を形成したものも適用することができる。前述したように、プローブ用ガイド板２に所定のガイド穴２−１を複数個形成した後、ガイド穴２−１の内壁２−２およびガイド穴２−１の配線基板４側の端面２−３にガイド穴２−１間の絶縁を確保しながら接続用導電部材２−２、２−３を配設する。また、プローブ用ガイド板２にシリコンウェハのように被検査ウエハと熱膨張の等しい材質を用いる場合には、加温検査時のガイド板２の熱歪を被検査ウエハと等しくすることができ、バーンイン評価等が精度良く行なうことができる。
【００１９】
本発明では、プローブ用ガイド板２を配線基板４に接続した後、各プローブ３をプローブ用ガイド板２に接続固定する。これらの接続固定は、接続用導電部材２−２，２−３を介して行なうが、配線基板４側のガイド穴２−１の端面部には配線基板接続用導電部材２−３を設けて、配線基板４の配線基板接続端子４−１と接続固定する。また、プローブ用ガイド板２のガイド穴２−１の内壁には、プローブ接続用導電部材２−２を設けて、プローブ３を接続固定する。これらの導電部材２−２，２−３は、一体的に形成されるのが好ましく、半田合金等の低融点金属または金若しくは金合金等の低温接合可能な材料で形成される。
【００２０】
先ず配線基板４とプローブ用ガイド板２とを導電部材２−３により接続固定するには、例えば、導電部材２−３の材質をＡｕとした場合には、配線基板４の接続端子４−１をＡｕ層として、２００℃程度の比較的低温で圧着することにより接続固定することができる。また、プローブ用ガイド板２へのプローブ３の接続は、例えば、接続用導電部材２−２に半田合金等の低融点金属を用いた場合には、プローブ３の針元部３−１を挿入時に一本毎にレーザ等で加熱溶着するか、複数若しくは全数のプローブ３の針元部３−１を挿入後、加熱炉を用いて溶着することにより接続する。この際、プローブ３の針元部３−１にも半田層があると接続がより確実なって好適である。
【００２１】
プローブ３は、針元部３−１と、ストッパ３−２と、本体部３−３とからなる。針元部３−１は、対応するガイド穴２−１と嵌め合い、ガイド穴２−１の内壁の導電部材２−２を介して電気的・機械的に接続固定する。プローブ３のストッパ３−２は、針元部３−１と本体部３−３の境界において、ガイド穴２−１の内径より大きい寸法の鍔状に形成されており、プローブ３がガイド穴２−１に嵌合した時に、ストッパ３−２はプローブ用ガイド穴２−１のプローブ３側の表面に当接して、ストッパ３−２からプローブ３の針先までの寸法と方向性を規定する。これによりプローブ用ガイド板２からのプローブ３群の高さ及びプラナリティを規定することができる。また、ストッパ３−２は、プローブ３がチップデバイスの電極に接触してオーバードライブを掛けた時の応力をプローブ用ガイド板２に伝達して負担させる役目をする。また、ストッパ３−２がプローブ用ガイド板２の表面と当接するので、プローブ３を所定の角度、図２の場合の垂直方向に保持することが容易にできる。
【００２２】
プローブ３の本体部３−３は、軸方向に弾力性が付与された形状又は構造を有する。すなわち、プローブ本体部３−３が、図１に示すような屈曲させた全体形状で軸方向に弾力性を付与することができる。また、プローブ３の本体部３−３を弾性係数の異なる二種類の金属から構成することにより弾力性を持たせることも可能である。プローブ３は、プローブ用ガイド板２のガイド穴２−１の内壁のプローブ接続用導電部材２−２にその針元部３−１を固着してプローブ３を固定保持することで、弾性体としての機能を有し、その先端にチップデバイスの電極（図示せず）と接触する針先を備えた一体構造のものである。このプローブ３の弾力性により、プローブ３にオーバードライブを掛けたときにチップデバイスの電極に対してスクラブを惹起させて電極との電気的接続が確保できる。プローブ３は数十μｍオーダの微小寸法のプローブで、数百から数万本を超える規模である。プローブ３の材料としては、通常、Ｎｉ合金が用いられ、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ―ｅｌｅｃｔｒｏ―ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−ｓｙｓｔｅｍｓの略）技術で製造される。
【００２３】
本プローブ用ガイド板２を用いて、プローブ３と配線基板４との組立て方法を簡単に説明すると、プローブ用ガイド板２と配線基板４とを位置決めボルト（図示しない）等で位置決めをし、次いでプローブ用ガイド板２と配線基板４とを一体に機械的・電気的に接続し、それぞれのガイド穴２−１の配線基板接続用導電部材２−３が正しく配線基板４の配線基板接続端子４−１に電気的に接続されていることを検査する。その後、各プローブ３をプローブ用ガイド板２のガイド穴２−１に挿入して機械的・電気的接続を行う。この組立て方法により、プローブ３と配線基板４との電気的接続の信頼性を確保できる。
【００２４】
前述した実施の形態において、プローブ用ガイド板２を配線基板４に接続した場合について説明したが、プローブ用ガイド板２をプローブカード１のメイン基板６に直接機械的・電気的に接続することにより、プローブカード１の製造において、低コストと製造工期の短縮を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
ＭＥＭＳ構造の微小寸法のプローブを用いた場合において、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｕｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅ）の実装分野に利用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１：プローブカード      ２：プローブ用ガイド板    ２−１：ガイド穴
２−２：プローブ接続用導電部材    ２−３：配線基板接続用導電部材        ３：プローブ      ３−１：針元部    ３−２：ストッパ    ３−３：本体部
４：配線基板      ４−１：配線基板接続端子        ５：インターポーザ
６：メイン基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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