平成8年度 研究報告 大分県産♯科学技術センター‡C検査用電子ボ帥ドの熟変形の評価に関する研究
大塚裕俊
機械電子部
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要旨
プローブボー

ドは検査用触針（プローブ）を配置した電子ボードであり．ICの性能検査の二言二程に用いられる。このプローブボードの作動時の問題として，対向する熱源からの熱による基板の熱変形かある．ニれはウェハと触針の援頗関係及び検査精度に微妙に影響するためァ この熱変形を事前に評価して製品設計に生かせればより合埋的である．

本研究では流体（空気）解析による熱移動とボード（固体）中の温度分布による変形解析の2段憫モデルにより，この熱変形を評価することを試みた，変形解析（構造解析）ではプローブポ鮒ドの材質（ガラス繊維強化プラスチック）を異方俊樹料としてモデル化した，その結果，部分によって差ほあるものプローブボードの熱変形は測定値と計算結果では同じような変化を示すことかわかった。てシリコンウエハ側のヒータによる熱影響（対泳熱伝温

1．はじめに熱鮨射）を受ける．このためプローブボードの熱変形にIC産業に関連して各種の機器・装置か利用されてし、る．とりわけiCの製造。検査の工程に用いられる各種のiC検査機器や電子ボード類には多くの種類かあり；それらの設計魯 製造が多く行われている．
なかでもICの性能検査には†プローブボードと呼ばれる多数の検査用触針（プローブ）か中央に密集した形で配置された特殊な電子ボードか用いられる。その外観を摘パに示す．検査の概略をF岳9．2に示す．
現在このプローブボードに関連する作動時の問題としてチ 対向する熱源（ヒ一夕）から発生する熱によるプロ叫ブボードの熱変形かある．この熱変形のため触針位置か上下方向に変化するため，定められたプローブボwド全体の接触下降量に対してウェハと触針の接触関係か微−‥・ト ・妙に変化する，そのため確実なコンタクト状態の確保という点からしばしば検査の不安定な要寓となる．
もちろん発生した熱を効果的に排除する装置の併設や子製品枢体の排熱空間の確保なども不可欠である．しかし
現危 険査機器の高精度化やコンパクト化の要請か大きいため，上記の熱影響を事前に評価して製品設計に生かせればより合理的である￠
本研究ではこのプ⊂卜】ブボードを対象に，上記のような稼働時の熱影響による変形を設計時に評価する方法について検討した。
2，研究内容・−・・‥ ・ いとiSl呈1ga壬）言■0！）Cboaj−d

iC検査腐プローブボードほ，稼働時に空気層を祷て−1C0−平成愚考慶 研究報禽 充分興産薬科学頗審センタ血
よってプローブ郎のZ方向変位か生じ各 触針の接触圧が変化するなど検査時の不安定要懐となっている。そのため設計時にシミュレーションでこの変位量などを事前に二∴評価できれば合理的である．

：∴∴・Jるのは，対象となる熱移動現象か複雑なことである．それは気体と固体及びその相互間の熱移動現象を含んでい

ヒ円でじさq

プローブボ山ドの作動時の状況において最も問題となることに起野する。さらに結果としてプローブボード（固体）中の温匿上昇とその部分的な偏差が，熱膨張と変形を引き起こすと考えられる，∴・・二：・一・−．●t・＼．

そこで本研究では対象を（l）流体（空気）解析によ：・・・る熱移弘（2）ボード（固体）ヰの温度分布による変‥ −．・・・ミ．・・

形解軋 の2段階モデルにより検討した．なお今回対象．−．一−一．′一ノ21流体角掌析′ポ｝ドの変形予測のためには，まずボード（宮体）中／′の温度分布を求める必要かある，そのためポ山ドまわりの空気の流れと熱移動についての予測を行う．

＼＼11・▼；・丁・〜！′∴∴・りりmでありチ ヒ山夕一との距離は2mmとした．

＼︐︑・l・・i・・▼・．・▲．・・．！′′．∵⁚としたプローブポ←−ドほ内径i2mm，外径ii2mm，厚さ3．抽＿■一一一−・一一一一・ノノノ■一、■一一一一一一一一ノ′／／、 ■ − ■● ■− −− − 一一一一一−▲一■ ′プ⊂トーブボード本体は，ガラス繊維強化プラスチック製の凝視日二銅のプリント配線を配常したものである。
しかし榛観的にはガラス簸附酎ヒプラスチックか大部分
F喜g・4 Vc呈oci阜′与γ＼′CC仁0亘一Sであるため旨 その熱的物性値はガラス繊維強化プラスチック単体の場合と同じとする．

また対象か円形ポ−ドのため2次元相対称モデルとする．モデルの上郡空眉スケールは対象となる検査装置の内部空間程度としたか，形状は簡単のためシンプルなものとする．なお熱端境罪条件についてはぎ 外気との接触部分冬ヒータ部分についてほ温定一走条軋 境界空でほ断熱条件とする，解析に用いたメッシュとその境界条件をF邑9．3に示す．これによりプローブボードまわりの空気の自然対流による流れを解析する．そして対流熱伝達及び熱緒射による熱の移動と，結果としての笹体（ボ仙ド）中の温度分布を求める。

F≦g−5 Te互叩C‡−舶用でC樹1も01げ

2．2 変形解析
畏eaとe㌻を二記で得られたプロー州ブボードF〉言盲の混監分布を熱的拘T＝4器 ≡璧≡≡≡憲ご慧束条件として与えることで†ボ∴ド全体の変形予測を行︵リ︻㌧3滅ノ○・・− −∴ ●︵＝U︑↓3

プこぃ一ブポ【ドの基板はガラス繊維強北プラスチックか何層か賛層した横道をしているヶ すなわち基板の積層︑∴

2︹ l−なお掛象か円形ボー鵬ドのため軸対称モデルとする．そ0した材料の鰍牲値を7議b号穏1に示すゝ

0

異なる薬方性材料としてモデル化する必要かある．利用

3

方向〔厚さ方向）と平行な方向（半径方鞘の物性値か一・∴・● ．l ・∴．・・・．、・
3亜Ⅲ昏＝こ正ニFig・6 ′Tcl苫1Pe呈八離1けCOF琶）0竜王iSi（宣cso㌻

して野坂より磯小な位相角分牒瀬川用し，対称条件で両と亘Ie P三｛Oi）Cモ）Oa冨て享−10］鵬平成愚考鹿 研究報告 大分熟慮薬科単線術センタ山側を拘束する．同時に端部を固定端とするとともに上記（4）プローブボードの変位測定については，これからの熱的拘束条件を与える．

測定精度や測定方法について改善していく必要かある．

3．結果

TablelMateria旦pl￣Oi光1七esusedわ且一
theanaiysis（FEⅣ‡）

流体解析による結果をF庵．4〜イ庵．6に示す。Fig．6のプローブボード上面の表面温度はサーモグラフィによZって測定したものである．ヒータ温度か高くなるほどボードの上面と下面の間の温度差（計算結果）は大きくな35×109る傾向にある．表面温度の計算結果は概ね測定値に合致
妻柚1uso＝F 室elaSt軌 （睨する傾向にある．そのためこの計算結果（表面温度と上下の温度差）を次の変形解析の熱的拘束条件として利用

T【1ermalexparlSi＿0†1 rate

した．
変形解析による結果をF⑪7〜F墓9．8に示す．Fig。8のプローブボード上面のZ方向変位はレーザ変位計によって測定したものである。ヒータ温度か高くなるほどボードのZ方向変位は＋方向（ヒータ側と反対方向）に大U呈）壬）erSi（icきくなっている．計算結果によるボード上面の変形は，熱膨張による全体の膨らみと上下面温度差による曲げ変形の加算されたものになっている。
ボードしi二面）中心部（プローブ部）のZ方向変位量
Lowc貫・sidc

及びボード（上面）全体の変形状態については，部分によって大きく差はあるか測定値と計算結果ほ概ね同様な三！川Cl・（呈≦且▲cc緑川 一→変化を示す傾向にある，この結果から，適切な物性値の決定により本研究の方法はプローブボードの稼働時の変Fig・7 Dek）1¶−atiol−S‡柑pe

形評価に利用できる可能性かあると考えられる．
測定値のばらつきは用いたレーザ変位計の最小測定単位か十分でないことか関係している．これから測定精度−−−【−Ca−cll王aとe〔璽や測定方法について改善していく必要かある．またプローブボード（下面）についても，その温度変化。変位を測定する方法を考慮していく必要かある．
4，緒言（1）IC検査用電子ボード（プローブボード）の稼働時の変形を設計時に評価する方法について検討し，対象を流体（空気）解析による熱移動とボード（固体）中の温度分布による変形解析の2段階モデルとして解析することを試みた，‡ヱⅢerd童recもion→（2）流体解析では空気の自然対流による対流熱俺達及び熱幅射による熱の移動の評Ⅷか主眼である。変形解析

Figヶ8 Deね㌻三11ation（Z）oftiietlp王）e王・（構造解析）でほプローブボードの材質（ガラス繊維強Sideoぎt苫1ePi−Obeboard化プラスチック）を異方便材料としてモデル化することが必要である。

文献（3）プローブボードの変形は 部分によって差はある
ものの測定値と計算結果ほ同じような変化を示した．こ1）浅野，熱工学，（こj（〕74）†啓学出版の結果から，本研究の方法はプローブボードの変形評価

2）伊藤編，プラスチックデータハンドブック，（用80），工業調査会に利用できると考えられる．

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