(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物である高周波デバイスの信号電極およびグラウンド電極とそれぞれ接触し、信号伝送路およびその終端に接続されたコネクタにより外部計測器へ高周波信号を伝送する高周波プローブにおいて、
上記信号伝送路となる信号線を可撓性の絶縁材料で覆い該絶縁材料で構成される突出基板を上記高周波プローブ本体から突出させて備え、該突出基板が、裏面をグラウンド面とし、上記高周波デバイスの上記信号電極、上記グラウンド電極にそれぞれ接触する信号用電極部、グラウンド用電極部を該突出基板先端部の表面に配するマイクロストリップ構造であり、
上記信号用電極部、上記グラウンド用電極部を上記信号線、上記グラウンド面に、それぞれ上記突出基板に設けたスルーホールを介して接続し、
上記突出基板の裏面の上記グラウンド面上に、先端部に配した所定の厚さの弾性体を介して補強金属板を設け、上記突出基板先端部にて、該突出基板表面の信号用電極部、グラウンド用電極部を上記高周波デバイスの信号電極、グラウンド電極にそれぞれ同時に接触させる際に発生する上記突出基板の撓みを、上記弾性体で吸収させるようにしたことを特徴とする高周波プローブ。
【請求項２】
補強金属板に該補強金属板のひずみを検出する抵抗体からなるひずみゲージを設けたことを特徴とする請求項１記載の高周波プローブ。
【請求項３】
補強金属板の突出基板と反対側に、上記補強金属板先端部の変位を検出するレーザ変位計を、上記補強金属板と離間させて設けたことを特徴とする請求項１記載の高周波プローブ。
【請求項４】
信号用電極部およびグラウンド用電極部を突起電極で構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波プローブ。
【請求項５】
グラウンド用電極部を、突起電極で構成された信号用電極部およびその周囲領域を除く突出基板表面全体に形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波プローブ。
【請求項６】
突出基板表面に形成された突起電極の表面を、ビッカーズ硬度（Ｈｖ）４０を下らない金属膜でコーティングしたことを特徴とする請求項４または５記載の高周波プローブ。
【請求項７】
スルーホール内に金属材料からなる接触端子を、突出基板表面から突出させて設け、該接触端子で突起電極を構成したことを特徴とする請求項４または５記載の高周波プローブ。
【請求項８】
突出基板の先端部に表面から裏面のグラウンド面に貫通するスリットを設け、該スリットにより分断された一片の表面に信号用電極部を配し、該信号用電極部と他片の表面に形成されたグラウンド用電極部とを、高周波デバイスの上記信号電極、上記グラウンド電極にそれぞれ接触させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の高周波プローブ。
【請求項９】
信号線を、スリットと所定の距離を有して配設したことを特徴とする請求項８記載の高周波プローブ。
【請求項１０】
高周波デバイスのグラウンド電極と電気的に導通したデバイスステージを該高周波デバイスのグラウンド電極として、突出基板に形成されたグラウンド用電極部を上記デバイスステージに接触させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の高周波プローブ。
【請求項１１】
突出基板は高周波プローブの本体側に向かって徐々に幅が太くなる等応力構造であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の高周波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波電気信号の計測に使用するプローブに関し、特に半導体集積回路などの高周波デバイスの電気的特性の測定に使用する高周波プローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、例えば特開平１１―１５３６１８号公報に記載される従来の高周波プローブの構造を示す断面図である。なおこの場合、被測定物である高周波デバイス１の信号電極とグラウンド電極とは同一平面上になく、グラウンド電極はデバイス１の裏面全体に形成されたものとし、デバイス１を載置するデバイスステージ８を高周波デバイス１のグラウンド電極として機能させる。
図に示すように、高周波デバイス１の信号電極パッドにコンタクトする針２からの高周波信号をコネクタ３により取り出し、外部の計測器に伝送するための信号線としてマイクロストリップライン４を用い、このマイクロストリップライン４が表面に形成されたプリント基板５は裏面のベタグラウンド面を金属ブロック６に電気的に接触させた上で固定される。金属ブロック６にはスプリングプローブ７が設けられ、デバイスステージ８にスプリングプローブ７を押し当てる構造となる。また、信号線のインピーダンス不整合、特にマイクロストリップライン４と針２との間の不整合を無くすために、マイクロストリップライン４および針２上を、金属ブロック６に接続された金属板９で囲いキャビティ構造が形成される。これにより、このキャビティ全体でグラウンド電極８に接続される構造となる。
また、針２が信号電極パッドとコンタクトしたとき、即ちたわませた状態の針２と、金属板９および金属ブロック６とが平行になるよう、金属板９および金属ブロック６は曲線形状に形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように構成される従来の高周波プローブでは、被測定物である高周波デバイス１の信号電極とグラウンド電極とが同一平面上でない場合に適用でき、インピーダンス整合を取り良好な高周波伝送特性が得られる。しかしながら、針２の先端位置と金属ブロック６に設けられたスプリングプローブ７の位置との距離がある程度以上必要であるため、高周波デバイスの信号電極とグラウンド電極とが近接して配置されている場合には適用できなかった。また、プローブと電極との接触時に確実に接触しているかどうかの確認が、上方からの画像確認だけでは困難であるという問題点もあった。
【０００４】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、高周波デバイスの信号電極とグラウンド電極とが近接して、かつ同一平面上にない場合でも、信号電極、グラウンド電極への良好で安定したコンタクトを得て高周波デバイスの正確な高周波特性を測定できる高周波プローブの構造を提供することを目的とする。また、高周波デバイスの信号電極、グラウンド電極へのコンタクトが確実に為されていることを容易に確認できることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る高周波プローブは、信号伝送路となる信号線を可撓性の絶縁材料で覆い該絶縁材料で構成される突出基板を上記高周波プローブ本体から突出させて備え、該突出基板が、裏面をグラウンド面とし、上記高周波デバイスの上記信号電極、上記グラウンド電極にそれぞれ接触する信号用電極部、グラウンド用電極部を該突出基板先端部の表面に配するマイクロストリップ構造であり、上記信号用電極部、上記グラウンド用電極部を上記信号線、上記グラウンド面に、それぞれ上記突出基板に設けたスルーホールを介して接続し、上記突出基板の裏面の上記グラウンド面上に、先端部に配した所定の厚さの弾性体を介して補強金属板を設け、上記突出基板先端部にて、該突出基板表面の信号用電極部、グラウンド用電極部を上記高周波デバイスの信号電極、グラウンド電極にそれぞれ同時に接触させる際に発生する上記突出基板の撓みを、上記弾性体で吸収させるようにしたものである。
【０００６】
この発明の請求項２に係る高周波プローブは、請求項１において、補強金属板に該補強金属板のひずみを検出する抵抗体からなるひずみゲージを設けたものである。
【０００７】
この発明の請求項３に係る高周波プローブは、請求項１において、補強金属板の突出基板と反対側に、上記補強金属板先端部の変位を検出するレーザ変位計を、上記補強金属板と離間させて設けたものである。
【０００８】
この発明の請求項４に係る高周波プローブは、請求項１〜３のいずれか１項において、信号用電極部およびグラウンド用電極部を突起電極で構成したものである。
【０００９】
この発明の請求項５に係る高周波プローブは、請求項１〜３のいずれか１項において、グラウンド用電極部を、突起電極で構成された信号用電極部およびその周囲領域を除く突出基板表面全体に形成したものである。
【００１０】
この発明の請求項６に係る高周波プローブは、請求項４または５において、突出基板表面に形成された突起電極の表面を、ビッカーズ硬度（Ｈｖ）４０を下らない金属膜でコーティングしたものである。
【００１１】
この発明の請求項７に係る高周波プローブは、請求項４または５において、スルーホール内に金属材料からなる接触端子を、突出基板表面から突出させて設け、該接触端子で突起電極を構成したものである。
【００１２】
この発明の請求項８に係る高周波プローブは、請求項１〜７のいずれか１項において、突出基板の先端部に表面から裏面のグランド面に貫通するスリットを設け、該スリットにより分断された一片の表面に信号用電極部を配し、該信号用電極部と他片の表面に形成されたグラウンド用電極部とを、高周波デバイスの上記信号電極、上記グラウンド電極にそれぞれ接触させるものである。
【００１３】
この発明の請求項９に係る高周波プローブは、請求項８において、信号線を、スリットと所定の距離を有して配設したものである。
【００１４】
この発明の請求項１０に係る高周波プローブは、請求項１〜９のいずれか１項において、高周波デバイスのグラウンド電極と電気的に導通したデバイスステージを該高周波デバイスのグラウンド電極として、突出基板に形成されたグラウンド用電極部を上記デバイスステージに接触させるものである。
【００１５】
この発明の請求項１１に係る高周波プローブは、請求項１〜１０のいずれか１項において、突出基板は高周波プローブの本体側に向かって徐々に幅が太くなる等応力構造である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による高周波プローブの全体構成を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線による断面図である。
図において、１１はプローブ本体側の固定箇所から先端に向けて突出した突出基板、１１ａは図示しない高周波デバイスの電極に押し当てる突出基板先端部、１２は外部測定器への接続部分となるコネクタ、１３はプローブをテスタに固定する部材、１４は突出基板先端部１１ａからコネクタ１２まで配設された信号線、１５はプローブ自体の特性インピーダンスを被測定物であるデバイスに合わせて測定器とのインピーダンスを整合するための抵抗、１６は突出基板先端部１１ａ上に設けられた弾性体、１７は空洞、１８は突出基板１１を補強する補強金属板で、突出基板先端部１１ａでは弾性体１６を介してその上に設けられる。
【００１７】
図１で示す突出基板先端部１１ａの詳細を図２に示す。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は斜視図（イメージ図）である。また、プローブ先端部分と被検査物である高周波デバイスとのテスト時の接触状態のイメージ図を図３に示す。なお、図３では、高周波デバイス１の裏面のグラウンド電極と電気的に導通したデバイスステージ８を高周波デバイス１のグラウンド電極として機能させ、突出基板に形成されたグラウンド用電極部２２をデバイスステージ８に接触させるものである。
図１〜図３に示すように、突出基板１１はプローブの本体側に向かって徐々に幅が太くなる形状で形成され、信号線１４をポリミドフィルム等の可撓性の絶縁材料１９で覆って構成すると共に、被検査物と接触しない裏面側が金属薄板から成るベタグラウンド面２０であるマイクロストリップ構造をしている。この絶縁材料１９の厚さ、誘電率および信号線１４の幅は被検査物である高周波デバイスの特性インピーダンスによって決定される。
また、突出基板先端部１１ａの表面（被検査物と接触側）には、信号用電極部としてのバンプ電極２１（以下、信号用突起電極２１と称す）およびグラウンド用電極部としてのバンプ電極２２（以下、グラウンド用突起電極２２と称す）が形成され、これらはベタグラウンド面２０および信号線１４からスルーホール２３ａ、２３ｂを介してそれぞれ接続される。なお、図２（ｂ）および図３では、図示の便宜上、スルーホール２３ａ、２３ｂが突出基板１１の先端面に露出するように形成されているが、若干内側に形成される方が、スルーホール２３ａ、２３ｂおよび突起電極２１、２２の形成の信頼性が高く、望ましい。
【００１８】
また図３に示すように、測定時には、高周波デバイス１の信号電極としての信号パッド２４、グラウンド電極となるデバイスステージ８に、それぞれ信号用突起電極２１、グラウンド用突起電極２２を押し当てて接触させる。このとき、信号パッド２４とデバイスステージ８とが同一平面上でなく段差を有する場合、可撓性の絶縁材料１９で構成される突出基板先端部１１ａは、補強金属板１８により弾性体１６を介して上方から押圧されることにより上記段差に沿って撓み、弾性体１６が収縮してその撓みが吸収される。これにより、信号用突起電極２１およびグラウンド用突起電極２２は、確実に信号パッド２４およびデバイスステージ８に接触して、安定した電気的導通が得られ、高周波デバイス１の高周波特性を信頼性良く測定できる。
【００１９】
以上のようにこの実施の形態では、高周波デバイス１の信号電極（信号パッド２４）とグラウンド電極（デバイスステージ８）とが近接して配置された場合に、これらの電極が同一平面上でなくても、プローブと良好な接触状態が得られ、高周波デバイス１の高周波特性を信頼性良く測定できる。また、可撓性の絶縁材料１９で構成される突出基板先端部１１ａを高周波デバイス１の電極間の段差に沿って撓ませ、その上に設けられた弾性体１６を収縮させるため、小さい押圧力で確実な接触状態が得られ、高周波デバイス１側へのダメージも低減できる。
またこの実施の形態では、突出基板１１をプローブの本体側に向かって徐々に幅が太くなる形状とすることにより、先端部１１ａが高周波デバイス１と接触する際に根元部で大きくなる応力を分散することができ、突出基板１１全体で等応力構造とすることができる。これにより、先端部１１ａが繰り返し高周波デバイス１と接触する突出基板１１を、応力に対して強い構造とすることができる。
【００２０】
なお、弾性体１６に隣接する部分は空洞１７としたが、弾性体１６に比べて十分ヤング率の小さな弾性体を挿入しても良い。
また、信号用突起電極２および１グラウンド用突起電極２２は、その表面をＰｔなどビッカーズ硬度（Ｈｖ）が４０を下らない硬質の金属膜でコーティングしても良く、これにより、摩耗しにくくなり耐久性が増す。
【００２１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、突出基板先端部１１ａ表面にグラウンド用突起電極２２を設けたが、図４に示すように、高周波デバイス１との接触側である突出基板１１表面全体にグラウンド用電極部としての金属薄板２５（以下、グラウンド用電極膜２５と称す）を形成しても良い。この場合、信号用突起電極２１およびその周囲領域には切り欠き部２６を設けて、グラウンド用電極膜２５と信号用突起電極２１とを絶縁する。なおこの場合、グラウンド用電極膜２５と裏面のベタグラウンド面２０とは、２つまたはそれ以上のスルーホールにより接続しても良い。
これにより、信号線１４は上下のグラウンド線（ベタグラウンド面２０、グラウンド用電極膜２５）で挟まれ、高周波伝送特性が向上する。
【００２２】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による突出基板先端部１１ａの平面図および斜視図（イメージ図）である。図に示すように、突出基板先端部１１ａに、表面から裏面に貫通するスリット２７を設け、このスリット２７により分断された一片の表面に信号用突起電極２１を配設する。また信号線１４は、突出基板先端部１１ａではスリットと所定の距離を保って平行に配設する。このようにスリット２７を設け、分断された一片の表面に信号用突起電極２１を配し、この信号用突起電極２１と他片の表面に形成されたグラウンド用電極膜２５とを、高周波デバイス１の信号パッド２４とデバイスステージ８とにそれぞれ接触させる。これにより、高周波デバイス側の信号パッド２４とデバイスステージ８とに段差を有しても、プローブ側の電極２１、２５はスリット２７により分離されているため、信号パッド２４とデバイスステージ８とのそれぞれの高さに容易に合わせることができ、良好な接触状態が容易で確実に得られる。
また、上記実施の形態２では、グラウンド用電極膜２５に切り欠き部２６を設けて信号用突起電極２１と絶縁したが、図５（ｂ）に示すように、全面に形成したグラウンド用電極膜２５表面の、信号用突起電極２１形成領域およびその周囲領域を絶縁膜２８で覆った後、この絶縁膜２８上に信号用突起電極２１を形成するようにしても良い。
【００２３】
なお、スリット２７は１本のみでなく、図６に示すように２本設けても良い。また図６に示すように、例えばタングステン等、摩耗しにくい金属材料からなる接触端子２９をスルーホール２３ａ内に突出基板表面から突出させて設けても良く、通常のバンプ電極２１と共に突起電極を構成することで、突起電極２１、２９の摩耗に対する耐久性がさらに向上し、高周波デバイス側とプローブ側とのさらに安定した接触状態が得られる。なお、接触端子２９のみで突起電極を構成することもできる。
【００２４】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４による高周波プローブの先端部分を示したもので、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の先端側（左側）から見た側断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図である。
図に示すように、補強金属板１８上に抵抗体で構成されるひずみゲージ３０を設ける。これにより、測定時に突出基板先端部１１ａが高周波デバイス１と接触した際に発生する補強金属板１８のひずみ（撓み）が、ひずみゲージ３０の抵抗の変化により検出できる。
突出基板先端部１１ａが高周波デバイス１と接触する際、ほとんどスクラブしないため、上方からの画像確認だけでは接触状態の確認は困難であるが、ひずみゲージ３０を設けて補強金属板１８のひずみを検出することにより、確実に接触しているかどうかの確認が容易に可能になる。
【００２５】
なお、接触状態の確認は、図８（ａ）に示すように、補強金属板１８上方に補強金属板先端部の変位を検出するレーザ変位計３１を設けても良く、突出基板先端部１１ａが高周波デバイス１と接触した際に発生する補強金属板先端部のひずみによる変位が容易に検出できて、接触状態の確認が容易に可能になる。
また、レーザ変位計３１は設置空間に余裕がない場合は、図８（ｂ）に示すように、ミラーなどの反射物３２ａ、３２ｂを設けて、照射したレーザー光の反射光を検出するようにしても良く、同様の効果が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明の請求項１に係る高周波プローブは、信号伝送路となる信号線を可撓性の絶縁材料で覆い該絶縁材料で構成される突出基板を上記高周波プローブ本体から突出させて備え、該突出基板が、裏面をグラウンド面とし、高周波デバイスの信号電極、グラウンド電極にそれぞれ接触する信号用電極部、グラウンド用電極部を該突出基板先端部の表面に配するマイクロストリップ構造であり、上記信号用電極部、上記グラウンド用電極部を上記信号線、上記グラウンド面に、それぞれ上記突出基板に設けたスルーホールを介して接続したため、高周波デバイスの信号電極とグラウンド電極とが近接して配置された場合に、これらの電極が同一平面上でなくても、突出基板先端部がその段差に沿って撓んで高周波デバイスと良好な接触状態が得られ高周波特性を信頼性良く測定できる。また、突出基板の裏面のグラウンド面上に、先端部に配した所定の厚さの弾性体を介して補強金属板を設け、上記突出基板先端部にて、該突出基板表面の信号用電極部、グラウンド用電極部を高周波デバイスの信号電極、グラウンド電極にそれぞれ同時に接触させる際に発生する上記突出基板の撓みを、上記弾性体で吸収させるようにしたため、高周波デバイスとの良好な接触状態が安定して容易に得ることができ、安定した電気的導通により高周波特性を信頼性良く測定できる。
【００２７】
またこの発明の請求項２に係る高周波プローブは、請求項１において、補強金属板に該補強金属板のひずみを検出する抵抗体からなるひずみゲージを設けたため、高周波デバイスとの接触状態を容易に確認できる。
【００２８】
またこの発明の請求項３に係る高周波プローブは、請求項１において、補強金属板の突出基板と反対側に、上記補強金属板先端部の変位を検出するレーザ変位計を、上記補強金属板と離間させて設けたため、高周波デバイスとの接触状態を容易に確認できる。
【００２９】
またこの発明の請求項４に係る高周波プローブは、請求項１〜３のいずれか１項において、信号用電極部およびグラウンド用電極部を突起電極で構成したため、高周波デバイスと良好な接触状態が確実に得られる。
【００３０】
またこの発明の請求項５に係る高周波プローブは、請求項１〜３のいずれか１項において、グラウンド用電極部を、突起電極で構成された信号用電極部およびその周囲領域を除く突出基板表面全体に形成したため、高周波デバイスと良好な接触状態が確実に得られると共に、高周波伝送特性が向上し、高周波特性をさらに信頼性良く測定できる。
【００３１】
またこの発明の請求項６に係る高周波プローブは、請求項４または５において、突出基板表面に形成された突起電極の表面を、ビッカーズ硬度（Ｈｖ）４０を下らない金属膜でコーティングしたため、突起電極が摩耗しにくくなり耐久性が向上する。
【００３２】
またこの発明の請求項７に係る高周波プローブは、請求項４または５において、スルーホール内に金属材料からなる接触端子を、突出基板表面から突出させて設け、該接触端子で突起電極を構成したため、突起電極が摩耗しにくくなり耐久性が向上する。
【００３３】
またこの発明の請求項８に係る高周波プローブは、請求項１〜７のいずれか１項において、突出基板の先端部に表面から裏面のグランド面に貫通するスリットを設け、該スリットにより分断された一片の表面に信号用電極部を配し、該信号用電極部と他片の表面に形成されたグラウンド用電極部とを、高周波デバイスの上記信号電極、上記グラウンド電極にそれぞれ接触させるため、高周波デバイスの信号電極とグラウンド電極との段差に沿って突出基板先端部を容易に撓ませることができ、良好な接触状態が容易で確実に得られる。
【００３４】
またこの発明の請求項９に係る高周波プローブは、請求項８において、信号線を、スリットと所定の距離を有して配設したため、高周波信号を信頼性良く伝送できる。
【００３５】
またこの発明の請求項１０に係る高周波プローブは、請求項１〜９のいずれか１項において、高周波デバイスのグラウンド電極と電気的に導通したデバイスステージを該高周波デバイスのグラウンド電極として、突出基板に形成されたグラウンド用電極部を上記デバイスステージに接触させるため、グラウンド電極との安定した接触状態が得られる。
【００３６】
またこの発明の請求項１１に係る高周波プローブは、請求項１〜１０のいずれか１項において、突出基板は高周波プローブの本体側に向かって徐々に幅が太くなる等応力構造であるため、繰り返し高周波デバイスと接触する突出基板を、応力に対して強い構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による高周波プローブの全体構成を示す平面図および断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による高周波プローブの突出基板先端部の詳細を示す平面図および斜視図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による高周波プローブ先端部分と高周波デバイスとの接触状態のイメージ図である。
【図４】  この発明の実施の形態２による高周波プローブの突出基板先端部の詳細を示す斜視図である。
【図５】  この発明の実施の形態３による高周波プローブの突出基板先端部の詳細を示す平面図および斜視図である。
【図６】  この発明の実施の形態３の別例による高周波プローブの突出基板先端部の詳細を示す斜視図である。
【図７】  この発明の実施の形態４による高周波プローブの先端部分を示す平面図および断面図である。
【図８】  この発明の実施の形態４の別例による高周波プローブの先端部分を示す断面図である。
【図９】  従来の高周波プローブの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  高周波デバイス、８  デバイスステージ、１１  突出基板、
１１ａ  突出基板先端部、１２  コネクタ、１４  信号線、１６  弾性体、
１８  補強金属板、１９  絶縁材料、２０  ベタグラウンド面、
２１  信号用電極部としての信号用突起電極、
２２  グラウンド用電極部としてのグラウンド用突起電極、
２３ａ，２３ｂ  スルーホール、２４  信号電極としての電極パッド、
２５  グラウンド用電極部としてのグラウンド用電極膜、２６  切り欠き部、
２７  スリット、２８  絶縁膜、２９  接触端子、３０  ひずみゲージ、
３１，３１ａ  レーザ変位計。
【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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