JPH11190748A - プローブカード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】配線作業が簡単で、プローブピンに破損等の不
都合が生じたときに、補修が可能なプローブカードを提
供する。 【解決手段】配線回路を有する基板と、プローブピンと
回路とを有し、前記基板表面上に固定されているコンタ
クターとからなるプローブカードであって、コンタクタ
ー上の回路と基板上の配線回路とがコネクターを介して
電気的に接続されていることを特徴とするプローブカー
ドであり、コネクターがコンタクターに隣接して基板に
固定されているフレキシブル配線用コネクターであるこ
とを特徴とする前記のプローブカード。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ,ＬＳＩ,ＶＬ
ＳＩなどの半導体素子の電気的な導通試験や動作試験、
不良検出などに用いるプローブ装置用プローブカードに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プローブカードとしては、プローブピン
にタングステン線を用いたものが知られている。これ
は、タングステン線の先端をくの字に曲げて半導体の評
価用電極部に接触させるようにした構造であるが、タン
グステン線の線径が太く、急速な半導体の微細化傾向に
追従できないという問題がある。

【０００３】そこで、基板上に略垂直に微細ピンを植え
付けた垂直ピン型のプローブカードが考案されている。
例えば、シリコン基板上に棒状単結晶をＶＬＳ法（Ｖａ
ｐｏｕｒ Ｌｑｕｉｄ Ｓｏｌｉｄ）で作成し、棒状単
結晶をプローブカードのプローブピンに用いる方法が提
案されている（特開平５−１９８６３６号公報、特開平
５−２１８１５６号公報）。

【０００４】この方法では、例えば、ＳＯＩウエハーを
利用して、配線パターンと該配線上の所定位置にＶＬＳ
法で成長した棒状単結晶とを有する基板を得て、その後
前記配線と棒状単結晶とに導電性を付与することで、Ｉ
Ｃの電極に対応した数百〜千本ものプローブピンを位置
精度高く有するコンタクターが得ることができる。

【０００５】コンタクターは、実使用において、電気的
な導通試験や動作試験、不良検出などに用いるプローブ
装置本体に設置されるテスター部に結線させるととも
に、半導体素子の電極部とプローブピン先端部でコンタ
クトさせるために、配線回路を有する基板上に搭載され
る。

【０００６】しかし、コンタクターを基板上に搭載する
場合、プローブピンの膨大な数に対応して、配線が必然
的に超ファインピッチの配線パターンとなり、コンタク
ター上の配線部から基板上の配線回路部にハンダ付けな
どで直接に配線することはできない。そこで、扇状に配
線回路を形成したフレキシブル配線回路（以下、ＦＰＣ
という）を用いることで、配線パターンの拡大が図られ
たり、超ファインピッチの配線回路部分には異方導電接
着フィルムで接合することが図られている（図２参
照）。

【０００７】上記の工夫を採用することで、コンタクタ
ー上の回路は、拡大された配線回路となり、該拡大され
た配線回路を基板上の配線回路に導線をハンダ付けする
ことができる。しかし、上記工夫をしても、超ファイン
ピッチの回路を拡大した配線回路部は広がり幅が大きく
なり、実用上一枚では不可能となるため、多数枚に分割
したＦＰＣの拡大部を重ね合わせる構造となる。

【０００８】従って、コンタクターの基板への搭載作業
においては、コンタクターへ異方導電接着フィルムでＦ
ＰＣを接合する前に、ＦＰＣの拡大パターン部に線を付
けておき、しかるのちに、コンタクターへ接合すること
になる。次いで、基板の貫通孔などを経由させ裏面で所
定の位置（テスター部への結線が容易である位置）に配
線する。

【０００９】上記搭載作業において、配線はランダムに
重なり合っているので、ＦＰＣと配線のハンダ部を外
し、配線部を再利用することはハンダ付けを実施するス
ペースがないこと、例えスペースがあったとしてもハン
ダによる短絡などが回避できないため、実質上不可能に
近い。また、膨大な配線の結線作業には多くの時間と労
力、ことに、わずかな接触などでピンが破損したりゴミ
が付着するため、慎重な取扱いが必要であり、大きな問
題となっている。

【００１０】このように従来のプローブカードは、複雑
な配線構造を有するがために、プローブカードの実使用
におけるトラブル、例えば一部のプローブピンに破損を
生じたりして、コンタクターのみを交換したい場合で
も、プローブカード単位で交換しなければならないとい
う問題点を抱えているし、実質的に破損等の不都合を生
じたプローブカードの再生は困難であった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プ
ローブカードの組立、特に、配線に関わる重労働を簡略
化することにあり、他の目的としては、プローブピンに
破損等の不都合が生じたときに、コンタクターとその周
辺部のみを交換することで、補修が可能なプローブカー
ドを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を解決するために鋭意検討した結果、基板上に脱着可能
なコネクターを設け、該コネクターを介してＦＰＣで拡
大した配線導体と基板上の配線回路とを結線するとき、
コネクター近傍部が着脱可能であり、従って、コンタク
ター側の結線作業と、基板側の配線回路の結線作業とが
分離でき、結線作業の作業性が非常に良くなるというこ
とを見いだし、本発明に至ったものである。

【００１３】即ち、本発明は、配線回路を有する基板
と、基板表面上に固定され、プローブピンと回路とを有
するコンタクターとからなるプローブカードであって、
コンタクターの回路と基板上の配線回路とがコネクター
を介して電気的に接続されていることを特徴とするプロ
ーブカードであり、好ましくは、コネクターがコンタク
ターに隣接して基板に固定され、コネクターがフレキシ
ブル配線用コネクターである前記のプローブカードであ
り、特に好ましくは、プローブピンがＶＬＳ法で成長し
た単結晶からなることを特徴とする前記のプローブカー
ドである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図を用いて詳細に
説明する。図１は、本発明のプローブカードの一例を示
す断面図である。配線回路１２を有する基板７の一主面
上に、略垂直のプローブピン１が基板（コンタクター基
板）３上の回路２上に設けられてなるコンタクターが、
台座６を介して設けられている。図示されていないが、
コンタクターと台座６、並びに台座６と基板７とは、一
般的に、ネジ固定されているが、嵌合されていたり、或
いは、前者及び／又は後者の接合のいずれか一方で分割
することが可能である限り、接着剤により固定していて
も構わない。

【００１５】コンタクター上の回路２は、異方導電性接
着剤４を介してＦＰＣ５に電気的に接続され、ＦＰＣ５
は更に基板７上に設けられているコネクター１０に接続
される。コネクター１０の端子は、基板７上の端子８、
更に配線回路１２を経由して外部結線用の端子９へと接
続されている。前記コネクター１０は、コンタクターに
近接して設けることが、後述のプローブカードの分割に
際して、作業し易く、更にコンパクトなプローブカード
を得ることができるので好ましい。また、コネクター１
０としては、いろいろな種類のものが知られているが、
フレキシブル配線用コネクターを選択するとき、前記Ｆ
ＰＣ５によりフレキシブルなものが選択でき、しかも回
路接続、並びに回路切断が容易に行えることから、好ま
しい。

【００１６】本発明のプローブカードは、上記の構造を
有するので、プローブカードから、コンタクター、異方
導電性接着接着剤４、ＰＦＣ５、必要に応じて台座６
（以下、コンタクターとその関連部分といい、前記部分
を除く他の部分を、配線回路基板部分という）を一体に
取り外すことができるという特徴を有する。そして、こ
の特徴故に、プローブカードの使用時に万一プローブピ
ンが破損した場合には、前記コンタクターとその関連部
分を交換することで容易に修理することができるし、配
線作業自体についても、前記コンタクターとその関連部
分と、配線回路基板部分とに分割して別々に作業するこ
とができ、作業性が著しく改善され、安価にプローブカ
ードを製造できるという効果をも得ることができる。

【００１７】本発明に用いるコンタクターはどの様な方
法で製造してもよいが、ＶＬＳ法で位置を制御して多数
本の棒状単結晶を基板に略垂直に成長させ、該棒状単結
晶をプローブピンとしたコンタクターが、多ピン化に対
応できることや位置制御性が容易であることなどから好
ましい方法である。

【００１８】本発明において、基板に搭載されるコネク
ターの大きさについて、その高さは、半導体素子等の検
査をする際にプローブピン先端が被検査体に接触する以
前にコネクターが被検査体と接触しないようにするため
に、搭載されるプローブピン先端よりも低いことが必要
である。上記の理由で、コネクターの厚さは薄いほど有
利であるが、一方で、脱着可能なコネクターとして機能
するための機械的強度を確保する等の理由からその厚さ
には最小限度が存在し、本発明者らの検討によれば、そ
の最小限度の厚さは１．５ｍｍ程度である。一方、コネ
クターの厚さの最大限度については、プローブピン先端
部の平行度制御の観点から５ｍｍ以下であることが好ま
しい。

【００１９】本発明のプローブカードの作製する方法
を、ＶＬＳ法で得られるコンタクターを用いる場合で例
示するが、本発明は下記例示にのみに限定されるもので
はない。

【００２０】まず、プローブピンと回路とを有するコン
タクターに用いる基板については、得られるコンタクタ
ーの熱膨張率が、被検査体の半導体素子と位置精度高く
相対する必要から、半導体素子の熱膨張率近いことが望
まれ、シリコンの単結晶基板が重用される。特に、酸化
膜を形成した２枚のシリコン単結晶を熱融着させ、一方
の単結晶層を研磨などで薄膜化した、いわゆるＳＯＩ基
板は、薄膜Ｓi単結晶層、酸化膜ＳiＯ2層、Ｓi単結晶
層、酸化膜ＳiＯ2層の多層構造を有し、この構造を利用
して、薄膜Ｓｉ単結晶層からなる回路を容易に形成で
き、好ましい。

【００２１】即ち、ＳＯＩ基板の薄膜Ｓi単結晶層をホ
トリソグラフイやエッチングなどの方法を用いて加工し
て、外部引出し用回路（以下、単結晶回路という）を形
成し、該単結晶回路上の所定の位置に金バンプを設け
る。次に、例えば、四塩化珪素と水素などのガスを加熱
条件下で導入する方法で珪素を供給し、前記金バンプの
位置にシリコンの棒状単結晶を基板に対し略垂直に成長
させる、即ち、ＶＬＳ法にて棒状単結晶を有する基板を
製造する。

【００２２】次いで、研磨により棒状単結晶の長さを揃
え、更に、棒状単結晶および単結晶回路のそれぞれの表
面に導電性物質を被覆する等の方法で導電化して、コン
タクターを得る。上記の方法で得られるコンタクター
は、プローブピンの位置精度が高く、かつ、熱膨張係数
などの特性などが半導体素子と同じＳi単結晶でできて
いることから、高密度、高集積度の半導体用のプローブ
カード用のコンタクターとして好適である。

【００２３】次に、上記操作で作製されたコンタクター
をプローブカードとして用いるために配線回路を有する
基板に搭載し、プローブピン毎に結線されている単結晶
回路を該基板上の配線回路とを結線する。基板として
は、プローブピンの数に対応する配線が必要であり、そ
の数は数百〜数千回線にものぼるので、通常多層のプリ
ント配線基板が用いられる。

【００２４】しかし、回線数が数百〜数千にものぼる配
線を結線する場合、配線は必然的に超ファインパターン
となるので、直接的に結線することは困難である。そこ
で、扇状に導体パターンを拡大したＦＰＣを利用するこ
とが好ましい。この場合においても、拡大された部分の
幅が大きくなり、ＦＰＣ自身のサイズが大きくなり、基
板上に実質的に搭載できなくなることがある。このとき
には、複数のＦＰＣを用い、配線を群別として分割し、
ＦＰＣの配線拡大部を空間的に重ね合わせる構造を採用
すれば良い。尚、単結晶回路とＦＰＣ上の超ファインパ
ターンとの結線については、市販のフィルム状の異方導
電性接着剤を用いて結線することができる。

【００２５】ＦＰＣの拡大された回路を基板上の配線回
路に結線する場合、ＦＰＣ上の回路が拡大しているとは
言え、０．４〜０．６ｍｍピッチの微細なパターンであ
ること、又、基板からの配線は多重に重なり合っている
ことから、所望の位置に結線することは容易でない。こ
のため、従来は、ＦＰＣ上の拡大された回路に、顕微鏡
下で、ハンダを用いて導線を接合しておき、該導線のそ
れぞれに番号をマークした後、ＦＰＣとコンタクターと
を異方導電性接着剤を用いて接合し、ボードに搭載し、
ボードに配線する方法が実施されてきたものである。本
発明では、予め基板の所望の位置に、コネクターを搭載
しておくことで、配線作業を短時間に容易に行うことが
できる。即ち、ＦＰＣを結線したコンタクターを基板上
に搭載して、ＦＰＣをコネクターに挿入セットすること
のみで組立が終了し、プローブカードを得ることができ
る。尚、コネクターはコンタクター固定位置に隣接する
ように予め基板上に設けられていることが望ましいが、
ＦＰＣの取り付けスペースをも考慮して、一般的にはコ
ンタクターとコネクターとの最短距離が１０〜２０ｍｍ
とすることが好ましい。

【００２６】配線回路を有する基板の外部出力用端子部
は、一般的には接点形状とするが、他の配線回路を有す
る基板に実装しえるような電極形状、或いはこれらに代
えてコネクターを設けること等、どのような形態であっ
ても構わない。

【００２７】以下、実施例にもとづき、本発明を更に詳
細に説明する。

【００２８】

【実施例】〔実施例１〕 ＜コンタクターの作製＞ＳＯＩウエハーを用いて単結晶
回路を形成し該単結晶回路上に、被検査体の半導体素子
の電極位置に対応して、４６０本のシリコン棒状単結晶
をＶＬＳ成長法を用いて成長させた。棒状単結晶は太さ
１８μｍ、長さ約１５００μｍであった。棒状単結晶の
先端を研磨して長さを１３００μｍに揃え、単結晶回路
とともに、無電解ニッケルメッキ後、１．５μｍの厚さ
に金メッキした。更に、プローブピン側面を絶縁処理し
た後、メッキに使用した電極部を切断してコンタクター
を作製した。

【００２９】＜コンタクターへのＦＰＣの結線＞扇状に
拡大した導体ライン数９５本を有するポリイミドフィル
ムベースＦＰＣを４枚、対面に扇状に拡大した導体ライ
ン数４０本を有するＦＰＣ２枚を異方導電接着フィルム
を介して前記コンタクターの単結晶回路に結線した。

【００３０】＜基板上へのＳＭＴ型ＦＰＣ用コネクター
の搭載＞直径２０ｃｍの円盤状多層樹脂基板上のコネク
ター電極に対応した導体端子部にハンダペーストを印刷
した後、ＳＭＴ型ＦＰＣ用コネクター（日本航空電子工
業社製）を搭載し、加熱接合した。

【００３１】＜プローブカードの組立＞コネクターの搭
載してあるボードのほぼ中央部に３ｍｍ厚さのチタン製
台座を介してＦＰＣの接合されたコンタクターを搭載
し、ＦＰＣ端部をコネクターに挿入セットして組立を終
了した。尚、台座は固定ネジにより基板中央部に固定し
た。この組立時間は約１時間で終了した。

【００３２】〔実施例２〕コンタクターへのＦＰＣの結
線までは実施例１と同じ操作であるが、基板上へのＳＭ
Ｔ型ＦＰＣ用コネクターの搭載においては、ＳＭＴ型Ｆ
ＰＣ用コネクターの電極に対応した導体端子部を有する
直径１０ｃｍの円盤状補助基板が搭載してある基板にハ
ンダペーストを印刷し、ＳＭＴ型ＦＰＣ用コネクター
（日本航空電子工業社製）を設置して加熱接合した。
尚、プローブカードの組立は、実施例１と同じ操作とし
た。この時の組立時間は約１時間であった。

【００３３】〔比較例〕実施例１と同じコンタクターを
用い、ＦＰＣの拡大端子部に絶縁被覆線をハンダ付けし
て、配線の順番を１０本単位でマークして結束した。次
に、異方導電接着フィルムを介して超ファイン部をピン
チップに接合した。これらの作業に約８時間を費やし
た。

【００３４】次いで、多数の絶縁被覆線が付いているＦ
ＰＣを接合したピンチップをボード上に搭載して固定し
て、ボードの配線接合位置で１本づつ絶縁被覆線の被覆
を剥しハンダ付けした。これらの作業は微細なピン群が
搭載されているため、接触やゴミ付着など細心の注意を
要し慎重に実施した結果、作業終了まで約３０時間を要
し、作業員の過労から結線位置のエラーが発生した。

【００３５】

【発明の効果】本発明のプローブカードは、コンタクタ
ー上の回路と基板上の配線回路とがコネクターを介して
電気的に接続されているので、コンタクターとその関連
部分と配線回路基板部分とが容易に分割される特徴を有
している。このため、従来のプローブカードでは達成で
きなかった、部分的な修理が可能となったし、また、分
割した状態で配線作業を行うことができ、短時間に安定
してプローブカードを製造できるという格別の効果を有
し、その工業的価値は高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のプローブカードの一例を示す断面図

【図２】 従来公知のプローブカードの断面図

【符号の説明】

１ プローブピン ２ コンタクター上の回路（単結晶回路） ３ コンタクター基板 ４ 異方導電性接着剤 ５ ＦＰＣ ６ 台座 ７ 基板 ８ 基板上の配線回路上の端子 ９ 基板上の配線回路上の端子（外部結線用） １０ コネクター １１ 導線 １２ 基板内部の配線回路 １３ ハンダ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】配線回路を有する基板と、基板表面上に固
   定され、プローブピンと回路とを有するコンタクターと
   からなるプローブカードであって、コンタクター上の回
   路と基板上の配線回路とがコネクターを介して電気的に
   接続されていることを特徴とするプローブカード。
2. 【請求項２】コネクターがコンタクターに隣接して基板
   に固定されていることを特徴とする請求項１記載のプロ
   ーブカード。
3. 【請求項３】コネクターがフレキシブル配線用コネクタ
   ーであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
   プローブカード。
4. 【請求項４】プローブピンがＶＬＳ法で成長した単結晶
   からなることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求
   項３記載のプローブカード。