JPH087234B2 - 試験プローブ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試験プローブ装置に関
し、特に隆起したコンタクトを有する回路カードを備え
ている試験プローブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】印刷回路の応用範囲は拡大しており、特
定の応用に応じて構造を変化させながら開発が進められ
ている。柔軟な回路基板および剛性の回路基板を使用し
た印刷回路は種々のタイプの接続装置により他の回路お
よび構成部品に接続されている。集積回路等の半導体ウ
エハの試験に使用されている試験プローブ装置の多くは
試験薄膜の周囲に複数のコンタクトを備えており、この
コンタクトは試験装置に取付けられた試験プロ−ブカ−
ドに電気的に接続されている。平坦でフレキシブルな接
続ケ−ブルが接続装置を使用してこのような印刷回路ケ
−ブルと回路との間の接続が複数の突出した金属相互接
続部で形成される地点まで延ばされており、この金属相
互接続部は他の回路の構成部分上の同様の部分または結
合金属接続パッドのいずれかに押付けられる。このタイ
プのフレキシブル回路端子または接続ウェ−ハは米国特
許第4,125,310 号明細書（発明者：Patrick A. Reardo
n, II他）、米国特許第4,116,517 号明細書（発明者：G
erald J. Selvin他）、米国特許第4,453,795 号明細書
（発明者：Norbert L. Moulin 他）に記載されている。
これらの米国特許明細書の接続装置は隆起した複数の金
属部分を化学的に加工して形成した回路トレ−スを有す
る基体を使用し、この隆起した複数の金属部分は後に回
路トレ−スの平面から突出するように形成されている。
従って、位置合せされている隆起部分を備えたこのよう
な２つのコネクタが向い合わせに配置され、互いに接触
するとき、エッチングした電気回路の平面は部品の突出
のために互いに適切に分離される。２つの回路は物理的
に互いにクランプされており、互いに圧縮しあってい
る。従って、２つの回路の間に強固で緊密な電気的接続
が形成される。化学的加工なしで電着技術によるこのよ
うな隆起したコンタクトを備えた回路を製造する方法も
提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような隆起したコ
ンタクト（隆起部の金メッキは「金ドット接続装置」と
も呼ばれる）により接続された回路の使用においては、
１群の隆起した金属ボタン部分が向い合った回路の接続
パッドまたは類似の構造物に対して圧接され、それらが
回路の平面から突出した高さを有するため２つの向い合
った回路は互いに分離される。装置の全ての隆起部にお
ける最適な接続をするためには、両回路上の全ての接続
部またはパッドは共通の平面に位置しなければならな
い。そのようにすれば２つの回路を共に押付けるときに
各接続点において均等な接触圧力を効率的に生じさせる
ことができる。しかしながら、このような接続部を全て
完全に共通の平面を維持することが難しいので、米国特
許第4,125,310 号明細書（発明者：Reardon ）のような
変形可能のコンタクトまたは米国特許第4,116,517 号明
細書（発明者：Selvin他）のような弾性材料の連続層の
使用が提案されている。しかし、このような構造は比較
的複雑で組立て困難であり、１つ以上の接続部が共通の
平面から実際にずれた場合の対応を考慮していない。さ
らに、このような装置では２つの回路は互いにきわめて
接近し、クランプされており、コンタクトを構成する隆
起部の高さによってのみ分離されており、隆起部が互い
に接触したとき向い合う回路板の間の間隔はそれによっ
て実効的に定められる。これらの隆起部の中にが十分な
高さを有しないものがあると、回路板がその部分で接触
が不完全となる。弾性体のシ−トが使用されている前記
Selvinによる米国特許明細書で示されている装置では、
弾性体が各隆起部分の中空の後部に入るように正確に位
置づけられている突出部分を有し、したがって、組立て
および複数の層を積層して形成するときに正確な位置に
配置することが極めて困難である。さらに従来技術の装
置の問題は、そのような構造を試験プロ−ブ装置に適合
させることが困難なことである。

【０００４】従って、本発明の目的は、試験プロ−ブの
試験薄膜の接続パッドと接続される回路カードが表面か
ら突出した簡単な構造のコンタクトを具備し、しかもコ
ンタクトと試験薄膜の接続パッドとの接触部の中に共通
の平面からずれたものがあった場合にも確実な接触を可
能にする多層回路カードを備えた試験プローブ装置を提
供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の試験プローブ装
置は、複数の薄膜トレ−スを有する試験薄膜と、この薄
膜を支持し、薄膜トレ−スと接続された複数の接続パッ
ドを有する環状薄膜支持体と、試験薄膜に対して分離可
能な接続を行う多層回路カードとを備え、この多層回路
カ−ドは、第１の厚さを有し、弾性体ガスケットの支持
部分を構成する環状の切取られた段部によって形成され
た厚さの薄くされた環状の縁部を有する剛性の誘電体層
と、この剛性の誘電体層の環状の縁部に位置して支持さ
れている弾性体ガスケットと、剛性の誘電体層の表面に
固定され、この剛性の誘電体層の段部を越えて弾性体ガ
スケット上に延在してそれに固定されているフレキシブ
ルな誘電体層と、剛性の誘電体層および弾性体ガスケッ
ト上のフレキシブルな誘電体層に設けられている複数の
回路トレ−スとの積層体として構成され、回路トレ−ス
は弾性体ガスケット上に位置する接続部を有し、この接
続部はその表面から突出するコンタクトを具備し、弾性
体ガスケットの圧力を加えない状態の厚さは剛性の誘電
体層の第１の厚さよりも大きく、フレキシブルな誘電体
層と剛性の誘電体層の環状の縁部との間で弾性的に圧縮
されており、さらに、突出するコンタクトが環状薄膜支
持体の接続パッドに対して圧力を加えるように回路カ−
ドを環状薄膜支持体に対して押し付ける手段を備えてい
ることを特徴とする。

【０００６】

【実施例】以下説明する本発明の実施例は回路ウェ−ハ
試験プロ−ブの特定の形式のものとして示されている
が、他のタイプの試験プローブ装置に対しても本発明が
容易に適用できることが理解されるべきである。

【０００７】簡単な断面図の図１および分解図の図２で
示されているように、ほぼ円形の試験プロ−ブ10は薄く
てフレキシブルで透明な薄膜14を支持する剛性の薄膜環
状支持体12を備えている。薄膜14はその下面（図１で示
されている方向で下方）上に複数の回路トレ−ス80（図
３）を装着しており、この回路トレ−ス80は薄膜の中心
区域16に設けられた接続パッド（図１では図示せず）ま
で延在している。回路トレ−ス80の反対側は薄膜14の下
面に沿って外側へ剛性の薄膜環状支持体12の下面まで延
在し、さらに薄膜環状支持体12を貫通してこの環状支持
体12の上部表面に設けられている接続パッド82（図３参
照）に接続されている。図１に示されている試験される
ウェ−ハ18はその上面に複数の集積回路チップを含んで
おり、これらの各チップは薄膜の中心区域16の下面上の
接続パッドと適合するパタ−ンで形成されている試験さ
れる接続パッドを備えている。試験プロ−ブ10は剛性の
薄膜環状支持体12の上面の内側部分に固定されている薄
膜クランプリング20を備えており、この薄膜クランプリ
ング20の上面にはボルト22を受けるねじを切った複数の
孔が円周方向に間隔を有して設けられている。

【０００８】ほぼ環状のプロ−ブカ−ド24はその外側部
分でボルト26により試験プローブ装置の固定フレ−ム28
に固定されている。環状のプロ−ブカ−ド24の内側部分
の上面は薄膜クランプリング20上に固定されたプロ−ブ
カ−ドクランプリング30の外側部分の下面に当接して位
置され、このプロ−ブカ−ドクランプリング30はそれを
通ってボルト22を薄膜クランプリング20の孔に螺合する
ことによって薄膜クランプリング20に結合されて一体に
固定され、薄膜環状支持体12とプロ−ブカ−ドクランプ
リング30の間に環状体状プロ−ブカ−ド24の内側端縁部
が分離可能の状態で保持されている。プロ−ブカ−ドク
ランプリング30の薄膜クランプリング20に接触する表面
にはＯリング36を収容する環状の溝が設けられてそれに
より薄膜クランプリング20とプロ−ブカ−ドクランプリ
ング30の境界面は気密に封止されている。プロ−ブカ−
ドクランプリング30の内周縁にはガラス窓38が気密状態
で固定され、このガラス窓38を通して透明な薄膜14上の
試験用の接続パッドと試験される回路チップ上の接続パ
ッドとの整合を容易に観察することができる。空気導入
装置40がプロ−ブカ−ドクランプリング30に取付けら
れ、それを通って加圧空気をガラス窓38と薄膜14の間に
形成された密封空間へ導入し、その空気圧力によってフ
レキシブルな透明の薄膜14を試験される回路の接続パッ
ドに押付けてそれらの間の適切な接続を確実にさせてい
る。

【０００９】図３に示すようにプロ−ブカ−ド24の電気
回路トレ−ス52はプロ−ブカ−ド24の下面に沿ってその
内部端付近まで延在し、その端部の薄膜環状支持体12上
の接続パッド82と対向する位置には接続パッド82に対す
る接続部を構成している接続パッド56およびそこから隆
起して突出したコンタクト58が設けられており、突出し
たコンタクト58は薄膜環状支持体12上の接続パッド82と
接触している。プロ−ブカ−ド24の下面上の回路トレ−
ス52はプロ−ブカ−ド24に設けられた接続貫通孔53を経
て、他の試験回路（図示せず）に接続されている。

【００１０】本発明によると、弾性体ガスケット44が多
層のプロ−ブカ−ド24の構成の一部として設けられ、プ
ロ−ブカ−ド24の下面に設けられた隆起したコンタクト
58とプロ−ブカ−ド24の基体を構成している剛性の誘電
体層50の周縁部との間に位置し、これは円周に沿って配
置されている突出したコンタクト58に対応して環状体と
して形成されている。なお、この明細書で「下に位置す
る」「上に位置する」「上に」「下に」という語は示さ
れた図面における相対的な位置を示すために使用される
ものであって、絶対的な方向ではなく、また、プロ−ブ
カ−ド24と薄膜環状支持体12の関係位置は上下が反対の
位置や、水平方向等で並んだ位置等の任意の位置で使用
されることができる。

【００１１】図３はプロ−ブカ−ド24の構造および突出
したコンタクト58が薄膜環状支持体12の接続パッド82に
接続される方法を詳細に示している。プロ−ブカ−ド24
は基板として実質上剛性の環状の誘電体層50を具備する
剛性の多層回路板である。誘電体層50はカ−ドの内周端
部分において切取られて環状の段部が形成され、その薄
くなった部分が環状弾性体ガスケット44の支持部70を構
成しており、図３においてその下面に環状弾性体ガスケ
ット44が配置されている。回路トレ−ス52の層は誘電体
層50上に形成されるが、まず、誘電体層50と環状の弾性
体ガスケット44の下方に面した表面にはカプトン、アク
リルのような絶縁体よりなる接着力のある薄手のフレキ
シブルな層（全体を54で示す）が固定され、それに回路
トレ−ス52の層が固定される。回路トレ−ス52は内側端
部近辺において接続パッド56および隆起して突出したコ
ンタクト58が一体に形成されており、これは接続パッド
82に対する接続部を構成している。この突出したコンタ
クト58の１形態では、コンタクト58は中空の導体として
形成されその中空の部分は硬化されて固体の形態のエポ
キシ60で充鎮されて補強されている（図４参照）。回路
トレ−ス52の層および接続パッド56はコンタクト58の自
由端が突出する状態で絶縁体被覆層62によって覆われて
いる。所望に応じてコンタクト58の自由端は金でメッキ
されることができる。

【００１２】弾性体ガスケット44の支持部70について説
明すると、剛性の誘電体層50は周辺部分に段部または溝
を形成されて剛性の弾性体ガスケットの支持部70が構成
されており、この弾性体ガスケットの支持部70は弾性体
ガスケット44の端面まで延在してこれを支持している。
弾性体ガスケット44は剛性の誘電体層50の内側の延長部
分として接続パッド56およびコンタクト58を支持してい
る。銅の接地層74は剛性の誘電体層50の反対側の表面
（図３では上面）に形成され、絶縁体層76により被覆さ
れている。

【００１３】弾性体ガスケット44は圧縮されていない状
態では剛性の誘電体層50より大きい厚みを有し、後述す
るように積層過程中に圧縮される。積層過程の圧縮を緩
めると、弾性体ガスケットは膨脹するが、カプトン／ア
クリル層54の可撓性によって決定される範囲まで膨脹す
る。このような膨脹は回路トレ−スの接続パッド56を回
路トレ−ス52の平面から外方へ向けて押出す力を与え
る。接続パッド56の外方（図３では下方）への変位はコ
ンタクト58が誘電体層50上に位置する回路トレ−ス52の
平面から十分な距離で突出することを確実にする。さら
に、突出したコンタクト58の基体となる接続パッド56の
表面自体が隆起しているため、突出部は回路トレ−ス全
体の高さをたの構造に比較して低くすることができる。

【００１４】図３は薄膜14の最外部面上の回路トレ−ス
80を示しており、この薄膜は環状支持体12の内側面（上
面）上の接続パッド82まで延在する。ボルト22によるク
ランプリング20,30 の結合によりプロ−ブカ−ド24はク
ランプリング30の外側縁部の下面と接続パッド82との間
に挟持され、突出したコンタクト58の自由端が接続パッ
ド82と圧力接触される。ここで示しているタイプの試験
プロ−ブではプロ−ブカ−ド24上の各接続パッド56およ
び突出したコンタクト58は環状薄膜支持体12の外周およ
びプロ−ブカ−ドの内周に近い位置で円形の列として配
置されている。図面を明瞭にするため図３ではこのよう
な列は１つのみを示しているが複数の列として配置され
ることも可能である。接続パッド56と突出したコンタク
ト58の形状は対応する突出したコンタクトのパタ−ンに
整合した接続パッドパタ−ンであれば任意の形状を選択
することができる。

【００１５】隆起した接続パッド56とそれから突出した
コンタクト58を有するプロ−ブカ−ド24は当業者に明白
なように多くの異なった方法で形成される。回路トレ−
スおよび接続部は米国特許第4,125,310 号明細書（発明
者：Reardon IIその他）、米国特許第4,453,795 号明細
書（発明者：Moulin）に示されている過程により形成さ
れ、ここでは化学的に加工された回路トレースはメッキ
された隆起部またはボタンを有する。

【００１６】プロ−ブカ−ドを形成する方法の別の例と
して回路トレ−スと突出したコンタクトの形成方法の一
例が図４に段階的に示されている。まず、図４のａに示
されるようにステンレス鋼マンドレル90に凹部92が形成
され、テフロン（図示せず）のような非導電性材料のパ
タ−ンのマスク層で被覆される。パタ−ン化されたテフ
ロン被覆によってステンレス鋼マンドレルの露出した部
分の形状を所望の回路トレ−スの形状に限定し、このマ
ンドレルの露出した部分上に回路トレ−スがメッキによ
り付着される。すなわち、マンドレルは図４のｂに示す
ように電気メッキされ、銅52のような導電性材料の層が
テフロンパタ−ンで被覆されていないマンドレル表面の
領域に付着される。銅メッキは凹部92に入り、中空のコ
ンタクト58のための突出部を形成する。その後、この突
出部はエポキシ60で満たされ固化されて補強される。回
路カードは剛性の誘電体層50から形成され、弾性体ガス
ケット44を有し、この弾性体ガスケットは図４のｃで示
されているように誘電体層50の端部に形成された段部ま
たは溝に位置している。図４のｃで示されているように
圧縮されていない状態の弾性体ガスケット44は例えば約
3.18mm（0.125 インチ）の厚さの誘電体層50より約0.01
27mm（５ミル）厚い。それぞれ１〜２ミルの厚さのカプ
トンのようなポリイミド層とアクリル接着層（集合的に
54で示されている）は剛性の誘電体層50の表面に配置さ
れる。弾性体ガスケット44を支持部70上に位置させ、剛
性の誘電体層と、弾性体ガスケットと、カプトン／アク
リル層とよりなる部分的構造は加熱状態で圧力を加えて
マンドレル上の銅トレ−ス52に対して押付けられて弾性
体ガスケット44が圧縮され、弾性体ガスケット44の表面
55が剛性の誘電体層50の表面51と同一平面になる。それ
から、ポリイミドおよび接着剤は硬化されてフレキシブ
ルな誘電体層54が煙い制される。この積層過程によって
誘電体層50と銅の回路トレ−ス52および接続パッド56が
一体に固定され、誘電体層50の支持部70とマンドレルの
間で弾性体ガスケット44を圧縮する。圧力を緩めると
き、弾性体ガスケット44には或程度の圧縮状態が残り、
弾性体ガスケット44の表面55を剛性の誘電体層50の表面
51と同一平面に近い位置にする。弾性体ガスケットは完
全に圧縮された位置（剛性の誘電体層50と同一平面）か
ら僅かに膨脹しているが、この膨脹は薄くてフレキシブ
ルなカプトン／アクリル層54によりある程度抑制され、
この層は弾性体ガスケット44が完全に圧縮されない状態
に戻ることを防止するが、弾性体ガスケット44の膨脹
は、接続パッド56および突出したコンタクト58を含む回
路トレ−スの部分が剛性の誘電体上に直接存在するトレ
−ス52の平面より突出して図３に示されるように変位さ
せて接続パッド82に確実に接触させる。

【００１７】銅接地面74およびカバ−用の絶縁体76はプ
ロ−ブカ−ドの反対側の表面に設けられる。下面に回路
トレ−ス52を有するプロ−ブカ−ド24はマンドレル90か
ら分離され、回路トレ−ス52とコンタクト58を支持する
プロ−ブカ−ドの表面が露出される。回路トレ−ス52と
接続パッド56は絶縁体カバ−層62（図３）によって覆わ
れ、多層回路カ−ド24の組立てが完成する。

【００１８】完成したプロ−ブカ−ド24は固定フレ−ム
28に固定される。ウェ−ハ18上の所定の集積回路チップ
を試験するための試験コンタクトの適切な構造を有する
試験プローブ10はねじ22によりクランプリング30に固定
され、それによってプロ−ブカ−ド24と試験装置固定フ
レーム28に固定され、接続パッド82が突出したコンタク
ト58の先端に対して圧力を加えさせる。接触圧力は弾性
体ガスケット44の僅かな圧縮により弾性的に吸収され、
したがって、各コンタクト58の異なった高さに適応し、
また薄膜支持体12の各接続パッド82の位置が共通の平面
に位置せず、ずれている場合にも適応することができ
る。

【００１９】２つの接続された回路、すなわち薄膜14の
接続パッド82とプロ−ブカ−ド24が異なった平面に位置
し、接続パッド56より高い突出したコンタクト58の高さ
により定められた距離で離れていることが明らかであ
る。図３に示されている実施例ではこの離れた距離は回
路トレ−ス52の平面からの接続パッド56と突出したコン
タクト58の両者の付加的変位により増加される。予め形
成されたモ−ルドされた弾性体ガスケット44はカ−ドの
積層中に、多層回路カ−ド中に統合されて一体構造の多
層回路カ−ドを形成し、剛性の誘電体層50の表面より上
部に十分に高く突出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した試験プロ−ブの簡単化した断
面図。

【図２】図１の試験プロ−ブの分解斜視図。

【図３】プロ−ブカ−ドと薄膜の間の電気接続を示して
いる部分的拡大断面図。

【図４】プロ−ブカ−ド製造の１実施態様の複数の段階
における断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブレイク・エフ・ウォイス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92669、オーレンジ、サウス・カスリー ン・レーン 237 (56)参考文献 特開 平１−4042（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−184349（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−120838（ＪＰ，Ａ) 米国特許4116517（ＵＳ，Ａ)

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の薄膜トレ−スを有する試験薄膜
   と、 前記薄膜を支持し、前記薄膜トレ−スと接続された複数
   の接続パッドを有する環状薄膜支持体と、 前記試験薄膜に対して分離可能な接続を行う多層回路カ
   ードとを備え、 前記多層回路カ−ドは、第１の厚さを有し、弾性体ガスケットの支持部分を構成
   する環状の切取られた段部によって形成された厚さの薄
   くされた環状の縁部を有する 剛性の誘電体層と、この剛性の誘電体層の前記環状の縁部に位置して支持さ
   れている弾性体ガスケットと、 前記剛性の誘電体層の表面に固定され、この剛性の誘電
   体層の前記段部を越えて前記弾性体ガスケット上に延在
   してそれに固定されているフレキシブルな誘電体層と、 前記剛性の誘電体層および弾性体ガスケット上の前記フ
   レキシブルな誘電体層に設けられている 複数の回路トレ
   −スとの積層体として構成され、 前記回路トレ−スは前記弾性体ガスケット上に位置する
   接続部を有し、この接続部はその表面から突出するコン
   タクトを具備し、 前記弾性体ガスケットの圧力を加えない状態の厚さは前
   記剛性の誘電体層の第１の厚さよりも大きく、前記フレ
   キシブルな誘電体層と剛性の誘電体層の環状の縁部との
   間で弾性的に圧縮されており、 さらに、 前記突出するコンタクトが前記環状薄膜支持体
   の接続パッドに対して圧力を加えるように前記回路カ−
   ドを前記環状薄膜支持体に対して押し付ける手段を備え
   ていることを特徴とする試験プローブ装置。
2. 【請求項２】 前記回路トレ−スが共通平面に位置し、
   前記接続部は前記弾性体ガスケットにより前記共通平面
   から外方に変位される請求項１記載のプロ−ブ装置。
3. 【請求項３】 前記剛性の誘電体層と前記弾性体ガスケ
   ットはフレキシブルな誘電体層の下に位置し、前記弾性
   体ガスケットは剛性の誘電体層上の回路トレ−スの位置
   する共通平面の外方へ前記接続部を押付けている請求項
   １記載のプロ−ブ装置。
4. 【請求項４】 前記環状薄膜支持体の接続パッドが定め
   られた線に沿って相互に間隔を隔てられており、前記突
   出したコンタクトは前記線に一致している回路カ−ド上
   の線に沿って位置しており、前記弾性体ガスケットは前
   記回路カ−ド上の線に沿って延在するモ−ルドされた弾
   性体のストリップから構成されている請求項１記載のプ
   ロ−ブ装置。
5. 【請求項５】 前記多層回路カ−ドがさらに、前記弾性
   体ガスケットと前記回路トレ−スとの間に位置されてい
   る接着層を備えている請求項１記載のプロ−ブ装置。
6. 【請求項６】 前記多層回路カ−ドがさらに前記回路ト
   レ−スを覆う誘電体被覆層を備えている請求項５記載の
   プロ−ブ装置。
7. 【請求項７】 前記多層回路カ−ドがさらに前記剛性の
   誘電体層の反対面に形成された導電体層と前記導電体層
   上の絶縁体層とを備えている請求項６記載のプロ−ブ装
   置。
8. 【請求項８】 前記多層回路カ−ド上の接続部は前記回
   路トレ−スの端部に近接して前記回路トレ−ス平面上に
   延在する線に沿って相互に間隔を隔てられて位置してお
   り、前記弾性体ガスケットは前記接続部およびそこから
   突出したコンタクトの下の前記線に沿って延在するモ−
   ルドされた弾性体材料の狭いストリップから構成されて
   いる請求項１記載のプロ−ブ装置。
9. 【請求項９】 前記弾性体ガスケットが前記剛性の誘電
   体層より大きい厚さを有している請求項８記載のプロ−
   ブ装置。