JPH02187666A - マイクロ波ウェーハプローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はマイクロ波ウェーハプローブ、特に取換え自在
のプローブチップを有している斯種のプローブに関する
ものである。

（従来の技術） マイクロ波ウェーハプローブは、アメリカ合衆国オレゴ
ン州ビーバートン所在のテクトロニクス社により市販さ
れているプローブカード及びアメリカ合衆国オレゴン州
ビーバートン所在のカスケード　マイクロチック社によ
り市販され、米国特許第４．６９７．１４３号に開示さ
れたいる片持プローブにより例証されるように当業者に
周知である。既存のウェーハプローブの殆どは試験装置
にリンクさせる外部伝送ラインに着脱自在に接続するコ
ネクタアセンブリに永久的に接続する伝送ラインプロー
ブチップが取換えられなくなっている。しかし、斯様な
コネクタアセンブリに着脱自在に接続する片持チップを
有し、これによりプローブヘッド全体を取換えなくても
損傷したり、又は使い古したプローブチップを交換でき
るようにしだウェーハプローブも既知である。従来の交
換自在のプローブチップは、例えば米国のカリフォルニ
ア州チャッツワース所在のデザイン　テクニーク　イン
ターナショナル社により市販されているプローブに同軸
コネクタアセンブリと着脱自在に相互接続される同一平
面上のプローブチップを具えている。又、上記カスケー
ド　マイクロチック社は、米国特許第４．７６４．７２
３号に開示されているように、多数の同軸コネクタにも
接続するマイクロストリップ「ファンアウト」アセンブ
リに着脱自在に接続する同一平面上のプローブチップを
有している幅広のプローブを以前市販していた。

（発明が解決しようとする課題） ウェーハプローブにコンデンサの如き受動電気回路部品
及び／又は増幅器の如き能動回路部品を装備させて、予
め定めたプローブ機能をさせることが屡々所望されてい
る。以前は斯種の回路部品を固定式か、又は交換自在式
のプローブチップに直接取付けていた。不運にもプロー
ブチップが破損したり、又は使い古されたりした場合に
は、チップだけではなく、これらの高価な回路部品まで
も同じように取換える必要がある。この代価は回路部品
をプローブチップに対して離れた個所に置くことによっ
て回避し得ることではない。その理由は、斯様な回路部
品をプローブチップから離れた所に置くと、不所望な位
相偏移及び信号損失をまねくことになるからである。

従って本発明の目的は前述した受動又は能動電気回路部
品を取換える必要はなく、破損したり、又は使い古した
プローブチップを経済的に取換えることができると共に
、回路部品をプローブチップに極めて接近させて矛盾な
く接続することのできるプローブチップ系を有するウェ
ーハプローブを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、上述した回路部品
を設けるか、又はこれらの回路部品を接近して接続する
平坦な制御インピーダンス伝送ライン回路板をプローブ
の外部コネクタアセンブリと交換自在の平坦な制御イン
ピーダンス伝送ラインプローブチップとの間に介挿する
。好ましくは、回路板とプローブチップの双方にそれぞ
れ同一平面上の伝送ライン又は導波路を設け、これら双
方の伝送ラインのオーバラップ部分を強制的に一緒に保
持する選択的に釈放自在の圧縮部材によって固着される
オーバラップ相互接続により前記伝送ラインを着脱自在
に一緒に接合し得るようにする。

プローブチップ及び／又は回路板にはマイクロストリッ
プ又はストリップライン構体の如きマルチプレーナの印
刷伝送ラインを用いることもできる。

斯種の交換自在の平坦な伝送ラインプローブチップの場
合に克服すべき重要な問題は回路板とチップとが一直線
に整列しなくなる（即ち、心狂いを生ずる）と云う問題
である。回路板とプローブチップの双方の伝送ラインの
整列に何等かの変化があると、これらの伝送ラインの界
面の特性インピーダンスに変化を来たし、一定の特性イ
ンピーダンスを損ねて、高周波信号を不所望に反射させ
、歪ませることになる。本発明ではこのような問題をつ
ぎのようにして首尾良く解決することができる。即ち、
回路板及びプローブチップの対応する導体がオーバラッ
プする端部の形状を、横方向及び／又は長平方向の整列
に変動があっても界面の特性インピーダンスに殆ど変化
を来さないような形状とする。

克服すべき他の問題は、平坦なプローブチップの長さを
チップと外部コネクタとの間に伝送ライン回路を介挿さ
せるのに必要な長さに短くすることにある。チップの誘
電体基板を弾性としても、チップの長さが短くなり、ス
チフネスが大きくなって、チップの平面が試験下にある
デバイスの平面に殆ど順応しないため、デバイスの幾本
かのピンとの接触が不十分となる恐れがある。本発明で
は、このような問題を解決するために、チップ基板の剛
性と回路基板の剛性とを相違させたり、及び／又はチッ
プの先端に弾性圧縮部材を設けてチップの平面を試験下
にあるデバイスの平面に強制的に順応させる。

（実施例） 以下図面を参照して実施例につき説明するに、第１図の
実施例に示す本発明によるウェーハプローブはプローブ
本体１０を具えてふり、この本体に取付けるコネクタア
センブリ１２は外部同軸ケーブル又は他の種類の外部伝
送ライン（図示せず〉によってプローブをネットワーク
アナライザ（図示せず）の如き適当な試験デバイスに接
続する。カプトン（商標名：　Ｋａｐｔｏｎ）のような
適当な誘電体材料製の弾性基板２０上に下向きに取付け
た接地ライン１６及び中央の信号ラインによって試験下
のデバイスに一時的に接続するための台形状の同一平面
伝送ラインプローブチップ１４を設ける。プローブ接地
ラインに沿って伝搬するエネルギーを吸収するためにマ
イクロ波吸収体２２及び２４を設けるのが好適であるが
、電気回路部品用のスペースを設けるために吸収体２４
は省くこともできる。上述した限りのプローブは、参考
までにここに挙げる米国特許第４．６９７．１４３号に
開示されているものと大体において類似している。

本発明と上述した米国特許に開示されているものとの顕
著な相違点は、コネクタアセンブリ１２とプローブチッ
プ１４との間を作動的に相互接続する同一平面の伝送ラ
イン回路板２６を設ける点にあり、この回路板２６は誘
電体基板２７の上に上向きに取付けた同一平面上の接地
ライン２８及び中央の信号ライン３０を有している。こ
れらのライン２８及び３０は、プローブチップ１４の上
にある下向きの同一平面上の接地ライン１６及び信号ラ
イン１８と長手方向にオーバラップする関係で接合する
。このような相互接続はつぎのようなことからして容易
に着脱し得るものである。つまり、回路板２６及びプロ
ーブチップ１４をプローブ本体１０のレセプタクル３６
内に整列してオーバラップさせて、きっちりと着座させ
た際に、プローブ本体１０におけるねじ込ソケント３４
に係合する一対のねじ３２（１個のみを図示）の如き適
当な着脱自在の構体によってプローブチップ１４と回路
板２６のオーバラップ部分がプローブ本体１０とチップ
のマイクロ波吸収体２２との間にて一緒にクランプされ
るようにする。弾性ポロン（商標名：　Ｐｏｒｏｎ）又
は他の適当な誘電体圧相棒３８は、ねじ３２を締め付け
ると、プローブチップ及び回路板のオーバラップ部分の
間をきつく圧縮して電気的に接触させる。プローブ本体
から突出しているスタッド４０はチップ吸収体２２の底
部における整列させる目的の嵌め合いソケット（図示せ
ず）に挿入させることができる。回路板２６のプローブ
チップ１４とは反対側の端部は同軸コネクタアセンブリ
１２に慣例の方法で永久的か、又は着脱自在に接続する
。

プローブチップ１４の誘電体基板２０の剛性は回路板２
６の基板２７のそれ以下として、プローブチップの長さ
が短くてもチップのコンブライアント弾性接触能力を保
有させるのが好適である。回路板とチップとの間の相互
接続を可動自在の構成とする場合に、もっと剛性のチッ
プが必要とされ、チップのコンプライアンスも同様に大
きくする場合には、剛性がもっと低い回路板用の基板を
用いることもできる。チップのマイクロ波吸収体２２の
剛性延長部２２ａは弾性ゴム、又は他の誘電体圧縮部材
４２の上にのせ、又この延長部はその前方先端部をチッ
プ１４の上に位置させることもできる。第６図に示すよ
うに、圧縮部材４２は試験下にあるデバイスにチップを
接触させる際にチップの平面をデバイスの平面に順応さ
せて、適切に接触させる。

コネクタアセンブリ１２と着脱自在のプローブチップ１
４との間に平坦な回路板２６を介挿することの利点を第
２及び第３図に示した他の例の回路板によって説明する
。例えば、第２図の回路板２６ａは信号ライン３０にお
けるギツプの切れ目を橋絡するコンデンサ４４と、接地
ライン２８（これはバイアス電源にも接続する）に取付
けたコンデンサチップ４８に信号ライン３０を相互接続
する誘導子４６とから成る慣例のバイアス・ティー・ア
センブリを具えている。これに対し、第３図に示す例の
他の回路板２６ｂは、一方の接地ライン２８と他方の接
地ラインとを導体５２を介して相互接続して、接地ライ
ン２８を低インピーダンスの電力ラインとして機能させ
ることのできる一連のコンデンサ５０を有している。回
路板に組込むことのできる他の受動又は能動電気回路部
品には、方向性結合器、方向性ブリッジ、増幅器、分布
マイクロ−ボロメータ、バラクク装荷マルチプライヤ・
ライン、同調整合回路網、ランジェ結合器等がある。こ
れらの部品は回路板に加えるか、又はプリント回路の一
部とした最初から回路板に組込むことができる。いずれ
の場合にも、プローブチップ１４が損傷して、それを取
換える必要があっても斯様な高価の受動及び能動電気回
路部品を同じように取換える必要はない。

それにも拘らず、斯様な部品をプローブチップに極めて
接近して取付けるため、通常斯様な部品をプローブチッ
プに直接取付けることによってしか得ることができない
最小位相偏移及び低信号損失の恩恵は、斯様な直接取付
けによらなくても得られる。

第４Ａ、　第４Ｂ及び第４Ｃ図は、同一平面上の伝送ラ
イン回路板２ｆｌｉｃ及びプローブチップ１４ａの導電
性ラインの端部に対する模範的な構成を示すものであり
、これは回路板及びプローブチップが横方向に心狂いし
ても、（即ち、これらが各軸線方向に対して垂直の方向
にずれたとしても）、オーバラップする界面の特性イン
ピーダンスに何隻目立った変化を来すことなく回路板と
プローブチップをオーバラップする形態で着脱自在に相
互接続させることができる。通常は、接合させる同一平
面上の伝送ラインの対応する導体のオーバラップする端
部の横方向寸法を同じとし、信号ラインの場合には正規
の信号ライン幅に対して多少幅狭にして、オーバラップ
界面における信号線対接地線のキャパシタンスを低減さ
せるようにする。これにより通常は２つの誘電体基板を
長手方向にオーバラップさせることにより生ずる界面に
おけるキャパシタンスの増加を補償して、２つの伝送ラ
インが横方向又は長手方向に整列していなくても界面に
おける伝送ラインの特性インピーダンスを一定に維持す
るようにする。しかし、横方向の心狂いがある場合には
、信号ラインのオーバラップする端部の全横方向寸法が
大きくなり、又、オーバラップする信号ラインの端部と
オーバラップする接地ラインの端部との間の横方向の空
所が狭くなる。これら双方の寸法変化によって界面のキ
ャパシタンスが大きくなり、これにより界面のインピー
ダンスが低下するため、最早相互接続した伝送ラインの
インピーダンスに整合しなくなる。しかし、導体の端部
の構成を第４Ａ図に示すようにすることによりプローブ
チップと回路板との横方向の心狂い（のみならず、長手
方向の心狂いも）許容することができる。この横方向心
狂いに対する許容性は、プローブチップの接地ライン及
び信号ライン１６ａ。

１８ａの各端部のそれぞれの横方向寸法を回路板２６ｃ
の接地ライン及び信号ライン２８ｃ、　３Ｑｃの対応す
る端部のそれよりも大きくすることによって達成される
。従って、プローブチップのラインの各端部は、これら
を回路板のラインの幅狭の対応する端部にオーバラップ
させた場合に、この幅狭の対応するオーバラップ端部の
導電材料を越してプローブチップの平面に対して平行に
過剰導電材料が延在することになる。これがため、プロ
ーブチップと回路板とが横方向に心狂いする場合でも、
オーバラップして結合させた信号ライン端部の横方向寸
法５６（第４Ｃ図）及びオーバラップさせた信号ライン
端部と接地ライン端部との間の横方向空所５８は心狂い
の妥当な限度内で一定のままである。

従って、プローブチップと回路板との界面におけるイン
ピーダンス変動は、これらの横方向の整列がずれても最
小となる。

プローブチップと回路板との長手方向の心狂いによって
も同様に界面のインピーダンスに変化を来すことになる
。長手方向に過度なオーバラップを生ぜしめる方向の心
狂いは、誘電体基板同士のオーバラップを増やすことに
より界面のキャパシタンスを高めることになり、又長手
方向の不十分なオーバラップは界面のキャパシタンスを
低下させる（又はインダクタンスを高める）ことになる
。

これかため、第５Ａ図には回路板２６ｂとプローブチッ
プ１４ｂとを具えている他の例を示してあり、この例は
プローブチップと回路板との横方向及び長手方向の双方
の整列の変量によるインピーダンスの変動を最小とする
のに有効である。この例ではプローブチップ１４ｂの接
地ライン１６ｂ及び信号ライン１８ｂの各端部の横方向
寸法を回路板２６ｄの対応するライン２８ｄ、　３０ｄ
の端部よりも大きくして、第４ａ、　第４ｂ及び第４Ｃ
図の例の原理による横方向整列の変量による界面のイン
ピーダンス変動が最小となるようにする。プローブチッ
プにおけるラインの幅広端部の過剰導電材料はオーバラ
ップした信号ラインの端部の横方向寸法５６（第５Ｃ図
）を維持し、又オーバラップした信号ラインの端部と、
オーバラップした接地ラインの端部との間の横方向の空
所５８は、回路板とプローブチップとの横方向整列に変
量があっても一定である。これと同時に、信号ラインの
オーバラップしている各端部の横方向寸法の大きさは他
方の伝送ラインの方向に大きくなっており、又上記信号
ラインの各端部はそれぞれの誘電体基板２０又は２７に
対して短くなる。

従って、各伝送ラインの平面に対して平行で、しかも両
誘電体基板のオーバラップ部分内におけるこれら基板の
結合個所は、回路板とプローブチップとが互いに別々に
引っ張られると大きくなり、これによる信号ライン端部
と接地ライン端部との間のキャパシタンスの増加はプロ
ーブチップ及び回路板を別々に引っ張ることによるキャ
パシタンスの低下を補償する。これに相当する反対方向
の補償はプローブチップと回路板とを一緒に押す場合に
行われる。

前述した各側の幾何学的配置の正確な寸法及び形状は伝
送ラインの特性インピーダンス及びそれぞれオーバラッ
プする基板の誘電定数に応じて変化する。図面では誘電
定数が同じような基板をオバラノプさせる場合を示して
いるが、斯様な誘電定数は相違させることができる。一
般に長手方向の心狂いに対する構成上の最大許容度、従
って最小の幾何学的補償の必要性は誘電定数を最小にす
ることである。又、このような幾何学的配置は異なる本
数の接地ライン及び信号ラインを有している平坦な伝送
ラインにも同等に適用することができる。なふ、本明細
書中にて用いた「接地ライン」とは他の目的に用いられ
る同等のラインをも意味するものである。

又、「ウェーハプローブ」とはＩＣパッケージ、薄膜又
は厚膜ハイブリッド回路、相互接続構体、チップ及び他
の平坦又は平坦でないデバイスをプローブするような他
の目的に用いられるプローブも意味するものとする。

本発明は上述した例のみに限定されるものでなく、幾多
の変更を加え得ること勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成したウェーハプローブの一例
を展開して示す斜視図、 第２及び第３図は第１図のプローブに用いることのでき
る平坦な回路板の異なる例を拡大して示す頂面図、 第４Ａ図は回路板と交換自在のプローブチップの相互接
続端部を相互接続する前の状態で、これら画部分の横方
向の心狂いを許容する模範的な構成を拡大して示す頂面
図、 第４Ｂ図及び第４Ｃ図は第４Ａ図の回路板とプローブチ
ップとをオーバラップ関係で相互接続した側面及び頂面
図、 第５Ａ図は横方向及び長手方向の双方の心狂いを許容し
得る回路板とプローブチップの相互接続端部の模範的な
構成の他の例を拡大して示す頂面図、第５Ｂ図及び第５
Ｃ図は第５Ａ図の回路板とプローブチップとをオーバラ
ップ関係で相互接続した側面及び頂面図、 第６図は試験下のデバイスに接触させたプローブチップ
の前方先端部を拡大して示す側面図である。 １０・・・プローブ本体 １２・・・コネクタアセンブリ １４・・・プローブチップ　　　１６・・・接地ライン
１８・・・信号ライン　　　　　２０・・・誘電体基板
２２、２４・・・マイクロ波吸収体 ２６・・・回路基板　　　　　　２７・・・誘電体基板
２８・・・接地ライン ３２・・・ねじ ３６・・・レセプタクル ４０・・・スタッド ４４・・・コンデンサ ４８・・・コンデンサチップ ５２・・・導体 ３０・・・信号ライン ３４・・・ソケット ３９・・・圧縮枠 ４２・・・圧縮部材 ４６・・・誘導子 ５０・・・コンデンサ 特 許 出 願 人 カスケード　マイクロチック インコーホレーテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）プローブを外部の第１伝送ラインに接続する
   ためのコネクタアセンブリと； （ｂ）第２伝送ラインを形成するために誘電体基板上に
   取付けられ、試験下にあるデバイスに着脱自在に接触さ
   せる多数の平坦な導体を備えている平坦なプローブチッ
   プ； とを具えているマイクロ波ウェーハプロー ブにおいて、 （ｃ）前記コネクタアセンブリと前記プローブチップと
   の間に平坦な回路板を作動的に相互接続し、該回路板の
   誘電体基板上に前記コネクタアセンブリと前記プローブ
   チップとの間にて信号を伝える第３伝送ラインを形成す
   る多数の平坦な導体を取付け； （ｄ）前記回路板に前記第３伝送ライン以外に少なくと
   も１個の電気回路部品を取付け；且つ （ｅ）前記プローブチップを前記回路板に着脱自在に接
   続すると共に、前記第２及び第３伝送ラインを作動的に
   着脱自在に相互接続する選択的釈放自在の手段を設ける
   ようにしたことを特徴とするマイクロ波ウェーハプロー
   ブ。 ２、前記電気回路部品が前記第３伝送ライン以外に少な
   くとも１個の受動電気回路部品を含むことを特徴とする
   請求項１に記載のプローブ。 ３、前記電気回路部品が少なくとも１個の能動回路部品
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のプローブ。 ４、前記プローブチップの誘電体基板の剛性を前記回路
   板の誘電体基板の剛性と相違させたことを特徴とする請
   求項１に記載のプローブ。 ５、前記プローブチップが前記試験下のデバイスに接触
   する際に該デバイスに降伏自在に順応させるべく前記平
   坦なプローブチップの平面に対向させて該プローブチッ
   プに接触させる弾性手段も具えていることを特徴とする
   請求項１に記載のプローブ。 ６、前記プローブチップの多数の導体及び前記回路板の
   多数の導体のそれぞれが、前記プローブチップ及び前記
   回路板の互いの位置の変化に拘らず前記プローブチップ
   と前記回路板との間の界面のインピーダンスをほぼ一定
   に維持するために共働的に作動する形状にした相互接続
   手段を含むようにしたことを特徴とする請求項１に記載
   のプローブ。 ７、前記プローブチップの多数の導体を同一平面上に位
   置させ、且つ前記回路板の多数の導体も同一平面上に位
   置させたことを特徴とする請求項１に記載のプローブ。 ８、前記選択的に釈放自在の手段が、前記プローブチッ
   プの多数の導体及び前記回路板の多数の導体の各部分を
   これら導体の平面に対して垂直の方向に一緒に釈放自在
   に圧縮して互いにオーバラップする接触関係で保持する
   手段を含むようにしたことを特徴とする請求項７に記載
   のプローブ。 ９、前記多数の導体の前記各部分が、前記プローブチッ
   プ及び前記回路板の互いの位置の変化に拘らず前記プロ
   ーブチップと前記回路板との間の界面のインピーダンス
   をほぼ一定に維持する手段を含むようにしたことを特徴
   とする請求項８に記載のプローブ。 １０、（ａ）プローブを外部の第１伝送ラインに接続す
   るためのコネクタアセンブリと； （ｂ）第２伝送ラインを形成するために誘電体基板上に
   取付けられ、試験下にあるデバイスに着脱自在に接触さ
   せる多数の平坦な導体を備えている平坦なプローブチッ
   プ； とを具えているマイクロ波ウェーハプロー ブにおいて、 （ｃ）前記コネクタアセンブリと前記プローブチップと
   の間に平坦な回路板を作動的に相互接続し、該回路板の
   誘電体基板上に前記コネクタアセンブリと前記プローブ
   チップとの間にて信号を伝える第３伝送ラインを形成す
   る多数の平坦な導体を取付け； （ｄ）前記プローブチップ及び前記回路板が、前記第２
   及び第３伝送ラインをそれぞれ構成するそれぞれ同一平
   面上の制御インピーダンス伝送ラインを有し；且つ （ｅ）前記プローブチップを前記回路板に着脱自在に接
   続すると共に、前記第２及び第３伝送ラインを作動的に
   着脱自在に相互接続する選択的釈放自在の手段を設ける
   ようにしたことを特徴とするマイクロ波ウェーハプロー
   ブ。 １１、前記プローブチップの多数の導体及び前記回路板
   の多数の導体のそれぞれが、前記プローブチップ及び前
   記回路板の互いの位置の変化に拘らず前記プローブチッ
   プと前記回路板との間の界面のインピーダンスをほぼ一
   定に維持するために共働的に作動する形状にした相互接
   続手段を含むようにしたことを特徴とする請求項１０に
   記載のプローブ。 １２、前記選択的に釈放自在の手段が、前記プローブチ
   ップの多数の導体及び前記回路板の多数の導体の各部分
   をこれら導体の平面に対して垂直の方向に一緒に釈放自
   在に圧縮して互いにオーバラップする接触関係で保持す
   る手段を含むようにしたことを特徴とする請求項１０に
   記載のプローブ。