(57)【要約】両面プロービング試験構造体は、被験デバイスを第１の方向に固定するホルダと、第２の方向に固定された較正基板と、較正基板を使用し、被験デバイスをプロービングする較正が可能なプローブを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１の方向に向いた被験デバイスのホルダと、
（ｂ）第２の方向に向いた較正基板と、
（ｃ）前記基板を使用し、前記被験デバイスをプロービングする較正が可能なプローブを備えることを特徴とする試験構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願についての相互参照）
本出願は、２００４年９月１３日に出願した米国仮特許出願第６０／６０９，６０５号の利益を主張する。
【０００２】
本願は、プロービングに関するものである。
【０００３】
高速の集積回路から成るシステムの実際の性能を特徴づけるには、集積回路を形成するウエハの電気的特性、集積回路自体の特性、集積回路を配置したパッケージの特性、回路基板又は集積回路を支持する支持体の特性、並びに集積回路とパッケージ及びパッケージと回路基板の双方を接合する相互接続構造の特性についての正確な知識が必要である。しばしば測定の対象となるこれらの電気特性の中には、隣接する配線のクロスカップリング、スペクトル分散、電気共振及び周囲の誘電体への放射による損失が含まれる。
【０００４】
従来の測定台は、例えば集積回路の基板やパッケージのような被験デバイスを水平に支持するように構成される。この配置では、プロービング装置は、パッケージの片側のみから直接物理的なアクセスができる。したがって、回路基板又はパッケージの両側から同時にアクセスすることは、このような試験機器の構造では不可能である。特別仕様の取付けカードが往々にして用いられが、これは、パッケージを保持するだけでなく、プロービングが物理的にアクセスできるように、全ての接続をカードの上部に設けている。パッケージ取付けカードを用いると、パッケージ又はその相互接続に起因しない効果が測定データに含まれてしまう。これらの影響自体を確定し、データの最終的な分析では補償するか、又はモデル化しなければならない。その影響をどのように処理したかに関わらず、これらの影響により、得られるパッケージの電気的特性の効率及び精度は損なわれる。
【０００５】
ギガテストラブ（ＧｉｇａＴｅｓｔ  Ｌａｂｓ）は、プリント基板の両面でのプロービングを容易するＧＴＬ  ５０５０  プローブステーションを提供する。較正基板は、水平支持体によって水平方向に支持されている。プローブは、水平支持体によって支持され、較正基板に関して対向する関係に並べられる。その後、較正基板を使用してプローブを較正し、一組のＳパラメータ等の較正パラメータを求める。較正パラメータをさらなる測定に用いて、主にケーブルやプローブの効果を較正するので、被験デバイスの特性が決定できる。次に、複数のクランプのうちの１つを、回路基板の片側を検査するのに適した位置で、水平支持体に固定する。その後、固定されたプローブを含む水平支持体を反転する。次いで、もう1つのクランプを、回路基板の他方の側を検査するのに適した位置で、水平支持体のその時点での上側に固定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これは機能的である一方、位置決め及び台の反転に必要なプローブの大きな動きには長いケーブルが必要で、それにより較正にエラーが導入される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、利用可能な両面プロービングの方法を考慮し、プローブステーションの再構成が最小限で済む両面プロービングを可能とするプロービング方法が、プロービング性能の向上と同時に、較正精度の向上に有利であるとの考えに至った。初期の問題として図１を参照すると、被験デバイス３０が、垂直方向、例えば水平支持体２０に対して実質的に９０°の方向にあるホルダ１０によって支持されることが好ましい。被験デバイス３０は、ポゴピンコンタクター、格子ボールアレイパッケージの入出力及びビア、テストソケット、ビアアレイ、プリント基板、及び直角ボードからボードコネクタへかけての貫通した伝送経路等の任意の適当なデバイスを含むことができる。加えて、差動インピーダンス試験も行うことができる。被験デバイス３０を垂直に向けることで、プロービングシステムの規模を小さくでき、かつ、顕微鏡４０を効果的に使用して被験デバイス３０の両側を見ることが可能となる。
【０００８】
較正試験を行うために、プロービングシステムは較正基板６０のための基板支持体５０を有する。較正基板は１つ以上の較正された構造をその上に含み、１つ以上のプローブによる較正を容易にする。較正基板は、水平支持体２０に実質的に平行であるのが望ましい。一対のプローブポジショナ７０及び８０（図２を参照）を、較正基板６０に並べる。一般に、プローブポジショナ７０及び８０はそれぞれ、端部に個々に接触部分を含むプロービング素子１００及び１０５を含む。プロービングの接触部分には、通常複数の整列したプロービング接点がある。従って、プロービング接点の各組のθ値を、プローブポジショナのθ値の調整を用いて調整することにより、プロービング接点が較正基板の表面と整列される。このようにして、全てのプロービング接点は較正基板と適切に接触する（そうでなければ、１つ以上のプロービング接点が適切な接触をすることができない可能性がある。）。較正は通常、ベクトルネットワークアナライザを使用したベクトル較正である。
【０００９】
プローブポジショナ７０及び８０はその後、水平支持体２０上で被験デバイス３０のそれぞれの側の近傍の位置に再び設置される。望ましい場合には、スタンド７２（又は複数のスタンド）を使うことができる。既存のプローブの中には、異なる位置へプロービング接点を再設置することができるものもあるが、正確にプロービングするために被験デバイス３０と十分に一直線になるようにプロービング接点の方向を調整するには相当な時間がかかる。さらに、ある方向から他の方向への調整は、通常連続した回転軸に沿って行うので、適切にプロービング接点を形成するようにプロービング接点を被験デバイス３０の表面と十分に並べることには問題がある。プローブの接点が配置からわずかでも外れれば、試験は全く機能しないか、適正に機能したように見えても実際には不正確な結果をもたらすだろう。さらには、ユーザーが、プロービング接点を被験デバイス上のパッドに適正に並べるために、何度も同じパッド上で接触を繰り返す必要がある場合には、被験デバイス上のパッドが損傷し、結果として被験デバイスが損傷したり、そうでなければ不正確な測定になったりする可能性が高い。
【００１０】
このプローブ配置の制限を軽減するために、本発明者は、水平なプロービング方向から垂直なプロービング方向に至るまでの確定した動きを実現する構造体を、プローブが含むべきであるとの着想に至った。このようにして、プローブの接点は、第１の方向から第２の方向へ、これらの方向が例えば９０度等の予め定められたプローブの接点間の角度関係を確実に持つように、移動する。
【００１１】
図２を参照し、プローブポジショナ７０（８０）は接触素子を有するプロービング素子１００を含むことができる。一般的にプロービング素子１００は同軸ケーブルを含み、その端部には複数の接触素子が接続されている。プロービング素子１００はプローブ支持体１０２によって支持される。所定の位置にプローブ支持体１０２を固定するために締め付けることのできるピン等によって、プローブ支持体１０２を支持体取付具１０４へ回転自在に接続１０６できる。この相互接続１０６により、プロービング接点の位置及び被験デバイスに対するプロービング接点の傾斜接触を調節できる。
【００１２】
支持体取付具１０４は、θ値修正構造体１０８に相互接続している。θ値修正構造体１０８はノブ１１０を含み、このノブ１１０を回すことでプロービング素子のθ方向成分を調節することができる。θ値修正構造体１０８は、プレート１１０に固定されている。プレート１１０開口は、旋回ブロック１１２の開口と整合する一組の開口を含み、プレート１１０が旋回ブロック１１２に固定できるようになっている。図２では、プロービング素子１００は、水平方向に向けられている。プロービング素子１００を別の予め定められた方向へ調節することを簡便にするために、旋回ブロック１１２はヒンジ１１４に取り付けられている。ユーザーがプロービング素子１００の向きを変えたい場合には、図３に示すように、ピン１１６を取り外して旋回ブロック１１２が第２の位置へヒンジ１１４周りに回転できるようにし、そこでピン１１６を元の位置に戻して、旋回ブロック１１２を所定の位置へ固定する。ネジ１１６を取り外し旋回ブロック１１２を回転させた結果、プロービング素子１００の方向が、９０度等の予め定められた角度で変わる。同様に、特定の用途及びプローブ台の種々の部分の方向に応じて、他の固定された位置移動も可能である。
【００１３】
図３に示すように、垂直方向に向いたプロービング素子１００を使用すると、プローブは、水平方向にある較正基板上での較正に適したものとなる。較正基板と均一に接触できるように、接触部材を適正に調整できる。その後、９０度調整できるヒンジ１１４によって、プローブを水平方向へ容易に調節できる。被験デバイス３０は垂直方向を有しており、図３に示すように、プローブは回転した後に試験に適した位置にある。被験デバイスの近くにプロービング接点を配置するために、プローブは必要に応じて水平支持体２０上で動かすことができる。較正基板６０と被験デバイス３０との角度関係である、９０度の調節は既知であるので、プロービング接点は、被験デバイス３０の試験のために適切に整列することができる。このようにして、通常プロービング接点のθ方向位置の更なる調節の必要がなく、プロービング接点の適切な整列のために被験デバイス３０上のパッドをすり減らすことはなくなるはずである。更に、各プローブポジショナは他の方向に回転させることができるので、好ましい接点を被験デバイス３０の両側に作ることが出来る。
【００１４】
更に、旋回ブロック１１２の複数の面は面上に一組の穴を含み、必要に応じてプレート１１０を、旋回ブロック１１２の異なる面に固定することができる。このようにして、旋回ブロック１１２の回転により、プローブを異なる方向へ向けることができる。
【００１５】
ヒンジ１１４は、別の支持体１１６に接合される。支持体１１６は、これに画定された一対の対向するグローブ１１８及び１２０を含む。ネジ１２２を緩めることで、支持体１１６をプレート１２４を上下に自在に滑らせることができ、ネジ１２２を締めることで、支持体１１６を所定の位置に固定する。このようにして、容易にプレート１１６の高さを調整できる。対向するグローブ１１８及び１２０により、プレート１１６をプレート１２４から完全に外して、プレート１１６（及びそれに付随するプロービング素子）を９０度、１８０度又は２７０度回転させ、異なる方向でプレート１２４に係合させることができる。これにより、プローブを較正基板及び被験デバイスへ整列するためのプローブ方向の他の調整方法が得られる。
【００１６】
プレート１２４は、それぞれのノブ１３２、１３０及び１２８を使用してプローブを動かすことが出来るｘ−ｙ−ｚ調整機構１２６に固定される。このようにして、被験デバイスをプロービングする際にユーザーがプローブ１００のｘ−ｙ−ｚ方向の微調整を行うことができる。
【００１７】
図４を参照すると、上述したプローブポジショナの有効利用を可能とする、代替的な方向が示されている。較正基板は水平方向に維持され、プローブは較正される。その後、被験デバイスの上面をプローブするため、一方のプローブポジショナが、較正に用いるプローブと同方向に向けられる。他方のプローブポジショナのプロービング接点は１８０度回転し、被験デバイスの下面をプローブする方向に向けられる。このようにして、被験デバイスを効果的にプローブすることができる。
【００１８】
図５を参照すると、上述したプローブポジショナの有効利用を可能とする、他の代替的な方向が示されている。較正基板６０’は支持体５０’上で垂直方向に維持され、プローブは較正される。その後、被験デバイスの側面をプローブするため、一方のプローブポジショナが、較正に用いるプローブと同方向に向けられる。他方のプローブポジショナのプロービング接点は、１８０度回転し、被験デバイスのもう一方の側をプローブする方向に向けられる。このようにして、被験デバイスを効果的にプローブすることができる。
【００１９】
図６を参照すると、上述したプローブポジショナの有効利用を可能とする、他の代替的な方向が示されている。較正基板６０’’は支持体５０’’上で垂直方向に維持され、プローブは較正される。その後、被験デバイスの上面をプローブするため、一方のプローブポジショナが適切な方向に向けられる。他方のプローブポジショナのプロービング接点は、１８０度回転し、被験デバイスのもう一方の側をプローブする方向に向けられる。上記のようにして、被験デバイスを効果的にプローブすることができる。
【００２０】
プロービング素子、較正基板、被験デバイスを含むプローブポジショナの、それぞれに対する方向及び次のプロービングのために配置された際のプローブポジショナの方向に対する方向に応じて、プロービング素子の方向の修正は（修正する場合には）、変えることができる。
【００２１】
従来は、垂直に向いた構造体の二面を同時に試験するために用いられる方法では、望ましい結果が十分得られていた。しかし、特に低ノイズ特性の特徴づけを試みる場合に、場合によりノイズレベルが大きくなることが確認されている。このような場合、垂直に向いたプロービングデバイスの周囲にガード構造体を追加することが有利に働くことが確認されている。ガード構造体は、信号路内の電位を探知又は近似する電位を備えた導電部材である。このようにして、信号路からの漏れは減少する。図７を参照すると、改善された垂直支持構造体は、信号路のガード電位を備えた外部リング２００を含む。リングの外側は、他の導電部材から絶縁されるのが望ましい。更に外側のリングは、被験デバイスの１つ以上の側面上で、被験デバイスの大部分を取り囲むことが望ましい。図８を参照すると、被験デバイスの外部表面の一方または両方に、その内部でプローブが被験デバイスの試験を行う導電プレートアセンブリ２１０を設置することができる。導電プレートはそれぞれ信号路のガード電位に接続できる。例えば、それぞれのプローブに近接する導電プレートの電位を、それぞれのプローブの信号路を代表するガードに相互接続することができる。
【００２２】
図９を参照すると、改善された構造体は、プローブが被験デバイスを試験する際に貫く開口部２４０を画定する、一組の垂直に向けられ相互連結された摺動プレート２３０を含む。プレート２３０は、被験デバイスの片側または両側に設置できる。被験デバイスの他の領域を試験できるように、開口部２４０を移動することができる。このようにして、被験デバイスはガード電位である重要な領域を持つ。
【００２３】
図１０Ａ−ＮＮを参照すると、他の実施形態が示されている。
【００２４】
本明細書において使用した用語及び表現は、ここでは、限定するための用語ではなく、説明のための用語として用いた。従って、そのような用語や表現の使用により、図示し説明した特徴及びその一部の均等物を除外することを意図してはない。従って本発明の適用範囲は、特許請求の範囲のみにより画定され限定されることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】水平な較正基板及び垂直な被験デバイスを示す。
【図２】プローブポジショナを示す。
【図３】別方向から見た図２のプローブポジショナを示す。
【図４】水平な較正基板及び水平な被験デバイスを示す。
【図５】垂直な較正基板及び垂直な被検デバイスを示す。
【図６】垂直な較正基板及び水平な被検デバイスを示す。
【図７】ガード電位に相互接続している側板アセンブリを示す。
【図８】ガード電位に相互接続している一対の板アセンブリを示す。
【図９】ガード電位に（被検デバイスの両側を）相互接続している垂直摺動板アセンブリを示す。
【図１０】Ａ−ＮＮは更なる実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１０Ｉ】
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【図１０Ｊ】
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【図１０Ｋ】
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【図１０Ｌ】
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【図１０Ｍ】
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【図１０Ｎ】
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【図１０Ｏ】
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【図１０Ｐ】
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【図１０Ｑ】
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【図１０Ｒ】
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【図１０Ｓ】
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【図１０Ｔ】
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【図１０Ｕ】
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【図１０Ｖ】
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【図１０Ｗ】
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【図１０Ｘ】
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【図１０Ｙ】
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【図１０Ｚ】
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【図１０ＡＡ】
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【図１０ＢＢ】
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【図１０ＣＣ】
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【図１０ＤＤ】
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【図１０ＥＥ】
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【図１０ＦＦ】
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【図１０ＧＧ】
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【図１０ＨＨ】
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【図１０ＩＩ】
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【図１０ＪＪ】
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【図１０ＫＫ】
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【図１０ＬＬ】
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【図１０ＭＭ】
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【図１０ＮＮ】
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【国際調査報告】
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