JP4267796B2

JP4267796B2 - コンタクトプローブの位置調整装置

Info

Publication number: JP4267796B2
Application number: JP2000079127A
Authority: JP
Inventors: 達雄杉山; 秀昭吉田
Original assignee: Yokowo Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: JP2001264392A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブピンやソケットピン等として用いられ、半導体ＩＣチップや液晶デバイス等の各端子に接触して電気的なテストを行うコンタクトプローブを、プローブカードに組み立てる際等に用いるコンタクトプローブの位置調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＩＣチップやＬＳＩチップ等の半導体チップ又はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）の各端子に接触させて電気的なテストを行うために、コンタクトピンが用いられている。
近年、ＩＣチップ等の高集積化および微細化に伴って電極であるコンタクトパッドが狭ピッチ化されるとともに、コンタクトピンの多ピン狭ピッチ化が要望されている。しかしながら、コンタクトピンとして用いられていたタングステン針のコンタクトプローブでは、タングステン針の径の限界から多ピン狭ピッチへの対応が困難になっていた。
【０００３】
これに対して、例えば、特公平７−８２０２７号公報に、複数のパターン配線が樹脂フィルム上に形成されこれらのパターン配線の各先端部が前記樹脂フィルムから突出状態に配されてコンタクトピンとされる技術が提案されている。この技術例では、複数のパターン配線の先端部をコンタクトピンとすることによって、多ピン狭ピッチ化を図るとともに、複雑な多数の部品を不要とするものである。
【０００４】
この種のコンタクトプローブ１は、図８に示すように、ポリイミド樹脂フィルム２の片面にＮｉ（ニッケル）またはＮｉ合金で形成されるパターン配線３を張り付けた構造となっており、前記樹脂フィルム２の端部から前記パターン配線３の先端部が突出してコンタクトピン３ａとされている。
このコンタクトプローブ１は、パターン配線３の後端側をプリント基板の電極に接触させ、パターン配線３から得られた信号をプリント基板の電極を通して外部の検査装置等に伝えることができるようになっている。
なお、符号４は、位置合わせ穴である。
【０００５】
このコンタクトプローブ１をプローブカード等のプローブ装置に組み立てる場合、一定の寸法の中に数十本〜数千本のコンタクトピンの針先をＸ、Ｙ、Ｚ方向の３方向において正確に位置合わせする必要がある。
従来、コンタクトプローブの位置合わせ手段は、図９に示すように、プローブカード７０にコンタクトプローブ１を仮止め状態で組み込み、プローブカード７０の開口部Ａを介して顕微鏡１００を覗きながら基準となるマスクＭのマスクパターンに対してコンタクトピン３ａのＸ、Ｙ方向の位置を合わせるとともに、別の顕微鏡（図示略）で観察しながらＺ（針高さ）方向の調整を繰り返してコンタクトプローブ１の位置調整を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のコンタクトプローブの位置調整技術では、以下の課題が残されている。すなわち、コンタクトピン３ａとマスクパターンとが重なった形で観察するため、実際にコンタクトピン３ａがコンタクトする位置を判断しずらく、正確に位置調整することが難しいと共に、ある程度の熟練度が作業者に要求されていた。また、顕微鏡１００で観察しながらマスクＭとコンタクトピン３ａの針先とを合わせるために、プローブカード７０には開口部Ａが必要であり、開口部Ａを持たない構造のプローブカード、例えば、コンタクトピンを垂直に配置した方式のプローブカード等では組立が困難であった。さらに、コンタクトピン３ａの針先をＸ−Ｙ−Ｚ調整するため、コンタクトピン３ａの上下からの観察が必要であり、作業は煩雑であった。また、コンタクトピン３ａの針先と同時に、コンタクトプローブ１とＰＣＢ基板との接続が行えるように調整する必要があり、基準となるＰＣＢ基板の面がプローブカード７０の開口部Ａから覗く場合と逆方向にあり調整する際に観察が不可能であって、コンタクトプローブ１が４辺あるプローブカードを組み立てる場合、最後の辺でＰＣＢ基板との接続部が合わないといった不具合が発生するおそれがあった。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、コンタクトピンをマスクパターンに接触させることなくコンタクトピンの位置を容易に調整することができ、開口部の無いプローブカード等に対しても位置調整および組立ができるコンタクトプローブの位置調整装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、請求項１記載のコンタクトプローブの位置調整装置では、複数のパターン配線がフィルムの片面に張り付けられ、前記パターン配線の先端がフィルムの先端部から突出状態に配されてコンタクトピンとされ、設けられた窓部において後端側のパターン配線をプローブ装置のプリント基板の電極に接触させるコンタクトプローブを、前記プローブ装置に組み込む際に、前記コンタクトプローブの位置調整を行い、かつ、前記窓部の前記パターン配線と前記プリント基板の位置関係を調整する装置であって、前記コンタクトプローブの位置が調整可能な前記プローブ装置を保持するプローブ装置保持部と、前記位置調整の基準となる基準マークが表面に設けられた基準板を設置した基準板設置部と、平面上の任意な位置に移動可能にＸ−Ｙステージ上の観察光学系に設けられ、前記プローブ装置保持部の前記プローブ装置に組み込まれた前記コンタクトプローブのコンタクトピンと、前記窓部の前記パターン配線とを観察可能なピン側光学系と、前記観察光学系に設けられ、前記基準板の基準マークを観察可能なパターン側光学系と、前記ピン側光学系で観察された前記コンタクトピンの画像と前記パターン側光学系で観察された前記基準マークの画像とを重ね合わせて同時に表示し、かつ、前記窓部の前記パターン配線を表示する画像表示部とを備えている技術が採用される。
【０００９】
このコンタクトプローブの位置調整装置では、ピン側光学系で観察されたコンタクトピンの画像とパターン側光学系で観察された基準マークの画像とを重ね合わせて同時に表示する画像表示部を備えているので、コンタクトピンを実際に基準マークに接触させることなく、画像表示部で表示されたコンタクトピンと基準マークとの位置を見ながらプローブ装置に組み込まれたコンタクトプローブの位置を調整すれば、容易に位置合わせをすることができる。また、コンタクトピンとマスクパターンとを別々の光学系で観察するので、プローブ装置に開口部が無くても容易に位置調整が可能である。
このコンタクトプローブの位置調整装置では、ピン側光学系が、接続部も観察可能に設けられているので、接続部と他の基板（例えば、ＰＣＢ基板）との位置関係も確認しながら位置調整や組立調整が可能になり、接続部での位置ずれによる調整し直しや組み直し等の問題が解消される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコンタクトプローブの位置調整装置の一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。
これらの図にあって、符号３１は架台、３２はマスク載台、３３はカードホルダー、３４は観察光学系、３５はモニタを示している。
【００１５】
本実施形態の位置調整装置は、プローブカード（プローブ装置）７０を組み立てるためのものであって、コンタクトプローブ１をメカニカルパーツ１０に位置合わせして組み込むものである。この位置調整装置は、図１から図３に示すように、架台３１の上に、マスクパターン（基準マーク）Ｐが表面に形成されたマスク（基準板）Ｍを載置するマスク載台（基準板設置部）３２と、該マスク載台３２の上方に配置されプローブカード７０を保持するカードホルダー（プローブ装置保持部）３３と、プローブカード７０に移動可能に保持されたコンタクトプローブ１のコンタクトピン３ａとマスクＭのマスクパターンＰとを観察するための観察光学系３４と、該観察光学系３４で観察されたコンタクトピン３ａおよびマスクパターンＰの画像を重ねて同時に表示するモニタ（画像表示部）３５とが設置されて構成されている。
【００１６】
前記マスクＭは、図３に示すように、コンタクトプローブ１の検査対象であるＩＣ（電子部品）等の電極パターンと同じパターン（同一サイズかつ同一配置）のマスクパターンＰが表面に形成された位置調整用のマスク基板である。
前記観察光学系３４は、図４に示すように、カードホルダー３３におけるプローブカード７０に移動可能に保持されたコンタクトプローブ１のコンタクトピン３ａを観察可能なピン側光学系３６と、マスク載台３２上におけるマスクＭのマスクパターンＰを観察可能なパターン側光学系３７と、これらの光学系３６、３７によるコンタクトピン３ａおよびマスクパターンＰの画像を同時に撮像するＣＣＤカメラ３８とを備えている。
【００１７】
また、観察光学系３４は、架台３１上に設置されたＸ−Ｙステージ３９上に設けられ、該Ｘ−Ｙステージ３９を駆動制御する制御部４０によって水平面上の任意な位置に移動可能になっている。
前記パターン側光学系３７は、マスク載台３２の上方に配置可能なマスク観察用対物レンズ４１を備え、図４に示すように、該マスク観察用対物レンズ４１はレンズ支持部４２に上下動可能に支持されている。すなわち、マスク観察用対物レンズ４１は、レンズ支持部４２に設けられたマスク観察用対物レンズ４１の移動機構（図示略）により任意の高さに設定可能とされている。
【００１８】
一方、前記ピン側光学系３６は、カードホルダー３３の下方に配置可能なピン観察用対物レンズ４３を備え、図４に示すように、該ピン観察用対物レンズ４３はレンズ支持部４２に上下動可能に支持されている。すなわち、ピン観察用対物レンズ４３は、レンズ支持部４２に設けられたピン観察用対物レンズ４３の移動機構（図示略）により任意の高さに設定可能とされている。なお、マスク観察用対物レンズ４１およびピン観察用対物レンズ４３の各移動機構には、図示しないエンコーダが内蔵されている。
【００１９】
また、パターン側光学系３７では、マスクパターンＰの画像がマスク観察用対物レンズ４１、ミラー４４、４５および光結合器４６を介してＣＣＤカメラ３８に取り込まれるように設定されている。さらに、ピン側光学系３６では、コンタクトピン３ａの画像がピン観察用対物レンズ４３、ミラー４７、４８、４９および光結合器４６を介してＣＣＤカメラ３８に取り込まれるように設定されている。すなわち、ＣＣＤカメラ３８では、マスクパターンＰおよびコンタクトピン３ａの画像が重なった状態で同時に取り込まれ、この画像がモニタ３５に映し出されるようになっている。
【００２０】
パターン側光学系３７のミラー４４とミラー４５との間およびピン側光学系３６のミラー４７とミラー４８との間には、光ファイバ照明の光源４９および光路を遮断するシャッター５０がそれぞれ設置され、マスクパターンＰおよびコンタクトピン３ａを照明すると共に、シャッター５０により光路を遮断することにより一方の画像のみをＣＣＤカメラ３８に取り込めるようになっている。
【００２１】
次に、コンタクトプローブ１をメカニカルパーツ１０に組み込んで、プローブカード１１にする構成について、図５、図６および図９を参照して説明する。
【００２２】
前記メカニカルパーツ１０は、図５に示すように、マウンティングベース１２と、トップクランプ１３と、ボトムクランプ１４とからなっている。
まず、プリント基板１５の上にトップクランプ１３を取付け、次に、４枚のコンタクトプローブ１を取り付けたマウンティングベース１２をトップクランプ１３にボルト穴１６にボルト１７を螺合させて取り付ける（図６参照）。
そして、ボトムクランプ１４でコンタクトプローブ１を押さえ込むことにより、パターン配線３を一定の傾斜状態に保つ。
【００２３】
前記マウンティングベース１２には、図９に示すように、各コンタクトプローブ１の位置を調整するための位置決めピン１８が設けられており、この位置決めピン１８を各コンタクトプローブ１の位置合わせ穴４に挿入することにより、ある程度の位置合わせをすることができるようになっている。コンタクトプローブ１に設けられた窓部１９の部分のパターン配線（接続部）３に、ボトムクランプ１４の弾性体２０を押しつけて、前記窓部１９のパターン配線３をプリント基板（ＰＣＢ基板）１５の電極２１に接触させ、パターン配線３から得られた信号をプリント基板１５の電極２１を通して外部に伝えることができるようになっている。
【００２４】
次に、本実施形態の位置調整装置によってコンタクトプローブ１を位置調整してプローブカード７０を組み込む方法について、説明する。
【００２５】
まず、カードホルダー３３にコンタクトプローブ１を仮止めした状態のプローブカード７０を取り付ける。また、マスク載台３２上の所定位置にマスクＭを載置する。
そして、ピン観察用対物レンズ４３およびマスク観察用対物レンズ４１がそれぞれコンタクトピン３ａおよびマスクパターンＰに対向してこれらを観察可能な位置にくるように、Ｘ−Ｙステージ３９を制御部４０で駆動して観察光学系３４を移動させる。
【００２６】
次に、ピン観察用対物レンズ４３およびマスク観察用対物レンズ４１をレンズ支持部４２の各移動機構により上下動させて、それぞれの焦点位置に移動させる。
このとき、コンタクトピン３ａの画像は、ピン観察用対物レンズ４３、ミラー４７、４８、４９および光結合器４６を介してＣＣＤカメラ３８に取り込まれるとともに、マスクパターンＰの画像は、パターン観察用対物レンズ４１、ミラー４４、４５および光結合器４６を介してＣＣＤカメラ３８に取り込まれ、これらの画像は重ね合わされて同時にモニタ３５に表示される。
【００２７】
この状態で、モニタ３５でコンタクトピン３ａおよびマスクパターンＰの位置関係を確認しながら、コンタクトピン３ａの針先位置がマスクパターンＰに一致するように、仮止めしていたコンタクトプローブ１の位置調整を行う。
なお、コンタクトピン３ａの針先高さは、ピン観察用対物レンズ４３を上下動させて針先に焦点を合わせ、このときのエンコーダの値から測定することができ、これに基づいて高さ調整を行う。
【００２８】
また、コンタクトピン３ａの針先位置の調整とともに、窓部１９の部分のパターン配線３とプリント基板１５との位置調整も適宜行う。
まず、窓部１９のパターン配線３を観察可能な位置までピン観察用対物レンズ４３をＸ−Ｙステージ３９により移動するとともに、パターン側光学系３７側のシャッター５０を閉じることにより窓部１９のパターン配線３の画像のみがＣＣＤカメラ３８に取り込まれるようにする。
【００２９】
この状態で、モニタ３５で窓部１９のパターン配線３を観察しながら、その位置を調整する。
これらの位置調整後、仮止めしていたコンタクトプローブ１をプローブカード７０に固定することにより、組立が終了する。
【００３０】
このように本実施形態では、ピン側光学系３６で観察されたコンタクトピン３ａの画像とパターン側光学系３７で観察されたマスクパターンＰの画像とを重ね合わせて同時にモニタ３５に表示するので、コンタクトピン３ａを実際にマスクパターンＰに接触させることなく、モニタ３５で表示されたコンタクトピン３ａとマスクパターンＰとの位置を見ながらモニタ３５上で互いが重なるように、プローブカード７０のコンタクトプローブ１の位置を調整すれば容易にコンタクトピン３ａの位置を調整することができる。
また、ピン側光学系３６が、窓部１９のパターン配線３も観察可能な位置に移動可能に設けられているので、窓部１９のパターン配線３とプリント基板１５との位置関係も確認しながら位置調整が可能になり、調整し直しや組み直し等を減らすことができる。
【００３１】
なお、本発明は、次のような実施形態をも含むものである。
（１）上記実施形態におけるプローブカード７０は、中央に開口部Ａが形成されているとともにコンタクトピン３ａが斜め下方に向けて延出されたカンチレバー状のものであるが、プローブカードの他の例として、図７に示すように、コンタクトプローブ１を略垂直となるように複数並設したプローブカード（プローブ装置）８０の組立に適用しても構わない。
【００３２】
すなわち、このプローブカード８０は、コンタクトプローブ１を、ＩＣチップ等の測定対象物の電極面に対して略垂直となるように複数配設し、且つそれらの樹脂フィルム２の各面間にセラミックス等の非導電性材からなるスペーサ２ｅを介して並設したものである。そして、このプローブカード８０は、コンタクトプローブ１のパターン配線３がフレキシブル基板（ＦＰＣ）９の一端部に接続され、該フレキシブル基板９の他端部がプリント基板２０に接続されて構成されている。
したがって、上記位置調整装置によれば、コンタクトピンとマスクパターンとを別々の光学系で観察するとともに重ね合わせて表示するので、このプローブカード８０のように、中央に開口部が無いタイプでも容易にコンタクトピンを位置調整して組み立てることができる。
【００３３】
（２）上記実施形態においては、プローブ装置としてＩＣ測定用のプローブカードを組み立てたが、他のプローブ装置の組立に採用しても構わない。例えば、ＩＣチップを内側に保持して保護し、ＩＣチップのバーンインテスト用装置等に搭載されるＩＣチップテスト用ソケット等に適用してもよい。また、ＬＣＤのテスト用プローブ装置に適用してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明におけるコンタクトプローブの位置調整装置によれば、ピン側光学系で観察されたコンタクトピンの画像とパターン側光学系で観察された基準マークの画像とを重ね合わせて同時に表示する画像表示部を備えているので、コンタクトピンを実際に基準マークに接触させることなく、画像表示部を見ながらプローブ装置におけるコンタクトプローブの位置を調整することにより、容易にかつ正確に位置合わせをすることができるとともに、コンタクトピンとマスクパターンとを別々の光学系で観察するので、プローブ装置に開口部が無くても容易に位置調整が可能になり、種々のプローブ装置における組立作業性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンタクトプローブの位置調整装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】本発明に係るコンタクトプローブの位置調整装置の一実施形態を示す側面図である。
【図３】本発明に係るコンタクトプローブの位置調整装置の一実施形態におけるマスクパターンを示す平面図である。
【図４】本発明に係るコンタクトプローブの位置調整装置の一実施形態における観察光学系の構成を示す配置図である。
【図５】本発明に係るコンタクトプローブの位置調整装置の一実施形態において、コンタクトプローブを組み込んだプローブカードの一例を示す分解斜視図である。
【図６】本発明に係るコンタクトプローブの位置調整装置の一実施形態において、コンタクトプローブを組み込んだプローブカードの一例を示す要部斜視図である。
【図７】本発明に係るコンタクトプローブの位置調整装置の一実施形態において、コンタクトプローブを組み込んだプローブカードの他の例を示す平面図および断面図である。
【図８】本発明に係るコンタクトプローブを示す要部斜視図である。
【図９】本発明に係るコンタクトプローブの位置調整装置の従来例において、プローブカードにコンタクトプローブを組み込む際の位置調整手段を説明するための位置関係を示す断面配置図である。
【符号の説明】
１コンタクトプローブ
２樹脂フィルム
３パターン配線
３ａコンタクトピン
１５プリント基板
３２マスク載台（基準板設置部）
３３カードホルダー（プローブ装置保持部）
３５モニタ（画像表示部）
３６ピン側光学系
３７パターン側光学系
７０、８０プローブカード（プローブ装置）
Ｍマスク（基準板）
Ｐマスクパターン

Claims

複数のパターン配線がフィルムの片面に張り付けられ、前記パターン配線の先端がフィルムの先端部から突出状態に配されてコンタクトピンとされ、設けられた窓部において後端側のパターン配線をプローブ装置のプリント基板の電極に接触させるコンタクトプローブを、前記プローブ装置に組み込む際に、前記コンタクトプローブの位置調整を行い、かつ、前記窓部の前記パターン配線と前記プリント基板の位置関係を調整する装置であって、
前記コンタクトプローブの位置が調整可能な前記プローブ装置を保持するプローブ装置保持部と、
前記位置調整の基準となる基準マークが表面に設けられた基準板を設置した基準板設置部と、
平面上の任意な位置に移動可能にＸ−Ｙステージ上の観察光学系に設けられ、前記プローブ装置保持部の前記プローブ装置に組み込まれた前記コンタクトプローブのコンタクトピンと、前記窓部の前記パターン配線とを観察可能なピン側光学系と、
前記観察光学系に設けられ、前記基準板の基準マークを観察可能なパターン側光学系と、
前記ピン側光学系で観察された前記コンタクトピンの画像と前記パターン側光学系で観察された前記基準マークの画像とを重ね合わせて同時に表示し、かつ、前記窓部の前記パターン配線を表示する画像表示部とを備えていることを特徴とするコンタクトプローブの位置調整装置。