JPS6219059B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集積回路の電気的特性をテストするた
めのプローブに係り、更に具体的には半導体チツ
プの端子パツドに接触しそしてこれらのパツドと
テスト装置の間のインターフエースとして作用す
るプローブに係る。

VLSI基板は半導体チツプのアレイを用い、こ
れらのチツプは多層の積層基板の上に取付けられ
る。チツプは、個別的領域に配置されそして代表
的には端子パツド、例えばEC（設計変更用）端
子パツドのアレイによつて取り巻かれている。チ
ツプの回路アレイはマトリツクスに形成され、代
表的には３×３或いは10×10に形成され、これに
よりパツドの規則的なパターンが基板の表面上に
規定される。

アレイのECパツド数が多く、このようなパツ
ド間の間隔が非常に小さい場合には、テストせん
とするICとテスト装置自体の間のインターフエ
ースとして作用するプローブが必要となる。通
常、インターフエースは、基板とテスト装置の間
の電気的インターフエースを規定するプローブ・
コンタクター並びにテスト信号のひずみを防止す
るように電気的環境を制御するスペース・トラン
スフオーマーからなる。スペース・トランスフオ
ーマーは、テスターに設けられた多数の電気的コ
ネクターを基板上のパツド密度パターンと同等の
高密度アレイに変換する役目をする。このような
スペース・トランスフオーマーは本技術分野にお
いて、公知であり、例えば米国特許第3911361号
に開示されている。

空間的密度に関する考慮の他に、基板の機械的
特性はスペース・トランスフオーマーとこの基板
の間に満足なインターフエースを達成する場合に
困難をもたらす。例えば、多層セラミツク基板を
処理する時に、1500℃程度の温度が用いられる。
これらの温度により未処理の生シートは縮み、こ
れにより基板の設計寸法が変化する。チツプ領域
の位置は移動しそしてこのチツプ領域の外周に配
置されたECパツド・アレイ間の距離は同様に変
化する。

もしもチツプ領域間のみならずパツド間の設計
距離に相当するように前もつて選択された距離を
有するプローブが用いられたならば、処理によつ
て生じた寸法上の偏差のために夫々のプローブ・
ヘツドがこのチツプ領域において夫々のパツドに
接触することが不可能になる。

更に、高温処理の場合に、パツドの高さが変化
する。十分な力がプローブに作用されなければ、
このプローブと最低の高さを有するパツドの間の
接触を保証することは不可能である。しかしなが
ら、プローブの端部に作用されたこのような力
は、基板からも最も高いパツドに力を発生する。
もしも力が大きすぎるならば、パツドあるいはチ
ツプ自体はテスト処理の際に損傷される。

これらのインターフエースの問題を無くするた
めに、座屈式プローブ・ビームを有するプロー
ブ・コンタクターを用いることが先行技術におい
て提案された。プローブは整列用型を有するハウ
ジングに置かれ、夫々のプローブはパツドに作用
された力が一定になるように予定範囲以上の力に
よつて偏向するように構成される。即ちパツドの
高さが変化すると予定の力以上の力がこのパツド
に作用することを防止するようにこれらのプロー
ブが偏向するから夫々の接触プローブによつて
夫々のパツドに同じ力が作用する。座屈は又接触
点よりも大きい領域を覆うようにこすりつける接
触を生じる。

このようなプローブ構成は米国特許第3806801
号に開示されている。この特許はハウジング１１
と、上下の整列用型１０及び１２を有する金属鋳
造体を示す。米国特許第3806801号の第１図に示
すように、電気的導電性ワイヤ１６を有する複数
個のプローブは整列用型によつて支持される。プ
ローブは、もしもこれらのプローブが偏向の際に
相互接触した時に電気的接触を防止するように絶
縁カバーを有する。代表的には、ワイヤは真空蒸
着法によつて形成されたペリレン（parylene）で
被覆される。

プローブの座屈方向を制御するために、米国特
許第3806801号は下記の３つの技法を提案してい
る。

(a) 上下の整列用型の開口を食い違えること。

(b) ワイヤの縦軸を傾けるために下側の整列用型
の相当する開口に関してある角度に上側の整列
用型の開口を配置すること。

(c) 食い違い（オフセツト）と、角度をつけて傾
けることの組み合せ。

米国特許第3806801号に開示された装置によつ
て与えられた利点にもかかわらず、今だに多数の
欠陥が存在している。第１に、米国特許第
3806801号に開示された形式の整列用型を作る場
合、特にオフセツト及び角度をつけた配向がプロ
ーブの座屈方向を偏倚するために用いられる場合
には多大な精密加工が必要である。第２に、
VLSI構造が用いられ、チツプ領域がアレイ状に
なつている場合には、これらのチツプ領域の夫々
をテストするためにプローブを基板に関して移動
させることが必要である。

先行技術により教授されたような単列のプロー
ブではなく集団化されたプローブが１つの基板を
テストするのに必要な時間を減少するために使用
される方が望ましい。10×10のアレイの場合に
は、プローブの群たとえば２列の20個のプローブ
が集団配列に必要であり、これは先行技術におい
て不可能であつた。更に、ビーム・プローブを偏
倚するやり方で高信頼性の対パツド接触を与える
技術は予定の軸方向の負荷がこのプローブ・ビー
ムに与えられた時に一様な偏向即ち座屈を保証し
ない。即ち、予定の座屈は起るけれども、方向は
変化しそしてワイヤー間の接触が起る。この座屈
方向の角度が予測できないので先行技術のプロー
ブ・ビームは今だに絶縁カバーを用いている。し
かしながら、このような要件は非常に費用がかか
る。

他の先行技術の装置は、連続テスト処理におい
て用いるために集積回路プローブ・アセンブリー
を用いることを提案した。米国特許第3906363号
に提案されたような装置はコンタクター・アツセ
ンブリーを用い、このアツセンブリーはプリント
回路板の開口に摩擦接触する複数個の金属製スプ
リング指片を有する。米国特許第3731191号は多
プローブ・アツセンブリーを示し、このアツセン
ブリーはプローブ・ワイヤーを有する多数のプロ
ーブ案内素子を用いそしてこのプローブ・ワイヤ
ーはこの案内素子に移動可能に入れられ且つ圧縮
可能である。プローブ・ワイヤーは、プローブ案
内素子に挿入される時に、ハウジングの端部を越
えた制御量だけ延びるがこのワイヤーの他方の端
部が圧力板に対して接触するように設計される。
圧縮の際に、案内素子はそこに挿入されたプロー
ブ・ワイヤーにスプリング性質を与えるように処
理される。このような装置は、プローブ・アツセ
ンブリーに関して先行技術における代替手段の代
表であるが、集団化及びコスト等の基本的欠陥を
克服していない。

従つて、本発明の主目的は多層のVLSI構造に
用いる場合に適合する改良されたモジユール型テ
スト・ブローブを提供することである。

本発明の別の目的は、テストされる基板の上の
チツプ領域のマトリツクスを一時にテストするた
めに用いられるように集団化して取付けられるプ
ローブ・ユニツトを有する改良されたモジユール
型テスト・プローブを提供することである。

更に、本発明の目的は、集積回路の電気的短絡
及び電気的開放をテストするように、多層セラミ
ツク基板とテスト装置の間のインターフエースと
して作用する能力があるプローブを提供すること
である。

又、本発明の別の目的は、通常の案内設計を有
し、プローブ構造の全案内位置において使用でき
るモジユーラ型テスト・プローブを提供すること
である。

更に、本発明の目的は、異なるチツプ領域にプ
ローブを再び位置付ける要件を無くすることによ
り装置の全体的なテスト時間を減少するように連
続テスト装置に用いるためのプローブを提供する
ことである。

本発明のこれらの目的及び他の目的はモジユー
ル型構造を有するテスト・プローブを用いること
によつて達成され、このテストプローブは２×
２、３×３等のようなMLCアレイをテストする
ために集団状に取付けることができる。プローブ
は、鋳造された案内素子を用い、これらの案内素
子は、プローブ・ビームを配置するための貫通孔
を有する。案内素子は構造上同一でありそしてス
ペース・トランスフオーマーに対して所定の整列
を達成しあるいはプローブ・ビームに必要な曲げ
を前もつて与えるように底側に突出部を有し且つ
上側に収容用凹所を有する。鋳造された同一の案
内素子を用いることにより、プローブ構成の製造
コストは実質的に減少される。オフセツト・キー
は１対の案内素子を互いに変位させるために用い
られそしてプローブ・ビームがこの２つの案内素
子に通される時にこのプローブ・ビームに必要な
曲げを前もつて与える。

中央の支柱兼セパレータ素子はアツセンブリー
を固定するために用いられそして予定の力で座屈
するようにプローブに自由な長さを与えるように
計算された高さを有する。溝はこれらのプロー
ブ・ビームを別々に分け且つこれらのビームの間
の電気的短絡を防止するように本体に鋳造され
る。従つて、プローブ・ビームが絶縁材料で被覆
されるような先行技術の要件は除かれる。中央の
支柱兼セパレータ素子は、隣接したプローブ部品
を配置するための一連の位置決め耳片及び凹所を
用いている。更に、支柱兼セパレータ素子の耳片
部分はプローブ・ビームが座屈して集団内の隣の
プローブの溝の中に入る時にこのビームを案内す
る。

別の実施例において、移動式“ビーム・セパレ
ータ”が用いられそしてビームが座屈する時にこ
れらのビームと共に横に移動する。ビーム・セパ
レータはビームに必要なオフセツト即ち偏倚を与
えそしてこれらのビーム予定の方向に一様に曲げ
るように中央の支柱素子のまわりに非対称的に配
置される。この実施例の場合に、ビームが座屈で
きしかも隣接したプローブ・アツセンブリー間の
接触可能性が除かれるようにビーム・セパレータ
が横に移動するから、耳片アツセンブリーは不必
要である。

第１図を参照するに、本発明の第１実施例の斜
視図は分解されて示されている。モジユール・テ
スト・プローブは４つの案内素子１０，１２，１
４及び１６を使用している。夫々の案内素子は同
一であり、鋳造された絶縁材料から作られる。
夫々の案内素子は中央の開口１８、一方の表面上
のボス即ち突起部２０及びこの突起部に相当した
反対側の表面上の凹所２２を有する。一連の貫通
孔２４は夫々の案内素子の外周まわりに配置され
る。貫通孔は、プローブ・ビームによつて接触さ
れるECパツドの配向に対応するように配列され
る。第１図は貫通孔２４の１列の周状アレイを示
しているが、もしもチツプ領域が多数のECフレ
ームを有するならば多数の環状アレイが同様に適
用できることがわかる。貫通孔２４は、プロー
ブ・ビーム３４のために且つ挿入を容易にするた
めにテーパをつけられた案内溝を有する。

第１図に示すように、案内素子１０が上側のボ
ス即ち位置決め用突起部２０に関して配置される
時に、スペース・トランスフオーマー（図示せ
ず）に関連するプローブの整列及び公差が保たれ
る。オフセツト・キー２６は案内素子１０及び１
２の間に挿入される。オフセツト・キー２６は中
央の開口２８を有しそして２つの偏平素子３０及
び３２からなる。上側の偏平素子３０は上側の案
内素子１０の位置付け用空洞即ち凹所２２に入
る。下側の偏平素子３２は案内素子２２の位置付
け用空洞即ち凹所に入る。従つて、第１図に示す
ように、案内素子１０及び１２はそれらの位置付
け用空洞２２に関して位置付けられ、これらの空
洞はオフセツト・キー２６の偏平素子即ち表面３
０及び３２を受入れるように互いに隣接する。

第１図に示した構成に関して、案内素子と同じ
材料から鋳造されたオフセツト・キーは、案内素
子１２の貫通孔に関して案内素子１０の貫通孔２
４に積極的なオフセツトを与える。プローブ・ビ
ーム３４が案内素子１０及び１２の貫通孔２４に
挿入される時に、オフセツトが与えられそしてプ
ローブ・ビーム３４は前もつて曲げられる。テー
パをつけられた貫通孔２４の幾何形状はプロー
ブ・ビームのこの偏倚に対して余裕を与える。即
ち、これは第２Ａ図に部分的に拡大されて示され
る。即ち、オフセツト・キーの使用は案内素子１
０及び１２の貫通孔２４が互いに軸方向に整列し
ないことを保証する。

プローブ・ビーム３４は、予定の力が実際にこ
のビームに与えられる時に予定の範囲内の偏向を
許容するように適当な材料から形成される。予定
の力に達した後に、この力はほぼ一定に保たれそ
してプローブ・ビームの偏向が起る。この技法に
より、パツドの異なる高さによつて発生されるプ
ローブ・ビームに与えられた力の不一致はビーム
の偏向と云う形で現れ、これはビームの端部に接
触した半導体チツプのパツドに与えられた力の増
加と云う形で現れるのと対照的である。

種々の材料がプローブ・ビーム３４を形成する
ために使用できる。例えば、BeNi、BeCu、タン
グステン、PALINEY（商標名、J.M.New社によ
つて製造された電気的接点材料）等が使用でき
る。

プローブ・ビームの長さは、本技法において公
知である方法により決定される。プローブ・ビー
ムは下記の公式に従つて設計される。

Ｆ＝（３π）²EI／L² ところで、Ｆはプローブ・ビーム３４の端部上
に作用する軸方向の負荷であり、この負荷はこの
プローブ・ビームに座屈をもたらす。

Ｅはプローブ・ビームの材料の弾性率である。

Ｉはプローブ・ビームの慣性モーメントであ
る。

Ｌはプローブ・ビームの長さである。

プローブ・ビーム３４が円形断面の中空でない
ロツドである場合に、慣性モーメントはπD⁴／
64に等しい。

ところで、Ｄはプローブ・ビームの直径であ
る。

しかしながら、円形断面が図示されているけれ
ども、任意の他の形状例えば矩形あるいは四角形
のプローブ・ビームが使用できることが明らかで
ある。

Ｅが材料の関数であり、Ｄが知られそしてＩが
断面の関数として引き出されるから、プローブ・
ビームの必要な長さが確かめられることが上記公
式から直ちに明らかとなる。これ故に、プロー
ブ・ビームの長さを制御することにより、予定さ
れ且つ選択された力がECパツドに与えられそし
て高レベルの力が作用した時に、プローブ・ビー
ムが曲げ即ち座屈により簡単に偏向するという理
由から大きな力は作用されない。

第１図に示すように、プローブ・ビーム３４の
夫々は、このプローブ・ビームとスペース・トラ
ンスフオーマーの間を係合するようにはんだ等か
ら形成された導電性ボール端を有する。他のボー
ル端構成が使用できる。

第１図の実施例において、中央の支柱兼セパレ
ータ素子３６はアツセンプリーを固定する機能を
果しそして予定の力で座屈するよう自由な長さを
プローブ・ビーム３４の夫々に与えるように計算
された高さを有する。溝３８はプローブ・ビーム
３４を分け且つそれらのプローブ間の電気的短絡
を防止するように本体に鋳造される。中央の支柱
兼セパレータ素子は凹所部分４０を有し、この凹
所部分は案内素子１２の位置付け用突起部２０を
受け入れる。後述するように、貫通孔４２は又固
定用ねじを入れるように設けられている。支柱兼
セパレータ素子の底部はボス即ち突起部４４を有
し、この突起部は案内素子１４の凹部即ち位置付
けよう凹所２２に係合する。

案内素子１４及び１６は案内素子１６の凹所２
２に突起部２０を置くことにより互いに重なる。
この位置において、夫々の案内素子の貫通孔は整
列されそして案内素子１６の上の突起部は積極的
な停止を与え且つプローブ・ビームの過大な座屈
を防止する。

アツセンブリー全体は中空のねじ４６によつて
互いに固定される。プローブ部品を互いに固定す
るために他の連結部材が使用できることが明らか
である。

耳片部分４８はプローブ・ビームが座屈して隣
接のプローブの溝へ入り込む時にこれらのビーム
を案内する機能を果す。第２の機能は、中央の支
柱兼セパレータ素子３６の上の耳片部分４８及び
凹所部分５０が一致することである。プローブが
１回の接触動作で多数のチツプ領域をテストする
ために集団的構成にして取付けられるときに、
夫々の列のプローブはそれらの一致可能素子を用
いて互いに整列される。テストされる領域に関連
してプローブを整列するように夫々のチツプ領域
で光学的整列を行なつても良い。耳片部分４８の
主機能は、プローブが座屈する時にこれらのプロ
ーブが平面的偏向からはずれることを防止するこ
とである。

第２図を参照するに、完成されたプローブ・ア
ツセンブリーが示されている。プローブ・アツセ
ンブリーは移動可能なアーム上に取付けられ、こ
のアームはチツプ領域に配列された夫々のパツド
にプローブ・ビーム３４を接触させる。米国特許
第3911361号に示すようなスペース・トランスフ
オーマーはこのようなプローブ・ビームのアレイ
に関連して使用できた。プローブ・ビームがチツ
プ領域の上に置かれる時に、夫々のパツドへの一
様なこすりつけの接触力が起り、これにより一様
な電気的接触が保証される。パツドの高さの変化
は、個々のプローブ・ビームの偏向角度の変化に
よつて反映される。夫々のパツドに関して接触が
保証されるけれども、基板に対して潜在的に有害
な過大な力は伝達されない。特定な領域あるいは
領域の特定な群においてテストが完了すると、プ
ローブ・アツセンブリーは基板の上の異なるチツ
プ領域へ移動されそして次にテストが開始され
る。

第３図を参照するに、本発明の良好な第２実施
例を示されている。この実施例において、２対の
案内素子は、重ねられて一致する構成で使用され
る。即ち、この実施例と第１図の実施例の間の第
１の重要な相違点は第１実施例のオフセツト・キ
ーが使用されていない点である。第３図に示すよ
うに、案内素子１０は案内素子１２に重なり、一
方案内素子１４は案内素子１６に重なる。これ故
に、２対の案内素子はプローブ・ビームの初期整
列を与えるために用いられる。第３図に示すよう
に、貫通孔２４はプローブ・ビームがそこに通さ
れる時にこれらのビームの偏向を許容するように
テーパをつけられている。

第１図の実施例の場合のように、プローブ、ビ
ーム３４は適当な材料から形成され、この材料は
予定の力が実際にこのビームにかけられた時に予
定の範囲の偏向を許容する。この力レベルに達し
た後に、この力はほぼ一定に保たれそしてビーム
の偏向が起る。第１図の実施例に関して規定され
たのと同じ選択材料が第３図の実施例のプロー
ブ・ビーム３４を形成するために使用できる。

第３図に示すように、夫々の端部に突起部６２
を有する中央支柱６０が使用され、この突起部は
夫々の案内素子の凹所部分２２に合うように寸法
付けられる。案内素子は、第３図に示すように支
柱６０の両端部に重ねられる。これらの部品はブ
ツシユ６４及び６６によつて圧縮方式で互いに固
定される。この技法において、他の固定手段、位
置決め手段及び偏倚手段が当業者によつて使用さ
れることが明らかである。従つて、圧縮的なはめ
合いは中央の支柱の上の突起部６２とプツシユ・
アツセンブリーの間に達成され、４つの案内素子
は第３図に示した位置に固定される。

第３図の実施例は、中央の支柱部材６０をセパ
レータとして働かせていない点で第１図の実施例
と異なる。その代りに、浮動式ビーム・セパレー
タ素子６８が使用される浮動式ビーム・セパレー
タ素子は、プローブ・ビーム３４を前もつて曲げ
を与え且つ離隔させる。セパレータ素子６８は孔
７０のアレイを有し、これらの孔は案内素子の貫
通孔２４に関連した整列に関して対称的である。
しかしながら、浮動式ビーム・セパレータ素子６
８は中央の支柱６０に関して非対称的構成で配置
される。このオフセツトは第３図に示されそして
浮動式ビーム・セパレータ素子に非対称形の中央
の穴７２を設けることによつて達成される。従つ
て、セパレータ素子６８が支柱６０の上に取付け
られる時に、このセパレータ素子は案内素子１
０，１２，１４及び１６に関するプローブ・ビー
ム３４の位置付けに関して非対称的に移動され
る。第３図に示すように、浮動式ビーム・セパレ
ータ素子の孔７０は案内素子の貫通孔２４よりも
大きい。貫通孔は、ビームの余裕を許容しそして
偏向されたプローブ・ビームがセパレータ素子に
通される時にＺ軸方向の変位を許容するように大
きくされている。

一連の離隔部材７４乃至７６は、プローブ・ビ
ームが偏向する時に浮動式ビーム・セパレータ素
子７０が垂直方向に移動しないように、このプロ
ーブの隅地点に配置されたプローブ・ビームの上
に置かれている。

案内素子１６の底表面は積極的な停止を与えそ
してテストによりICの表面への結合及び損傷を
防止するように被覆されてもよい。代りに、第３
図の実施例の幾つかの変形が使用されてもよい。
例えば、浮動式案内素子は、夫々のプローブ、ビ
ームの突出長さを減少するために案内素子１６の
下に配置されてもよい。浮動式案内素子は、アツ
センブリーが曲げにおいて損傷を受けやすくなる
ことを減少するがそれでも依然プローブとともに
移動する。この浮動式案内素子は、エポキシある
いは他の接着材でプローブ・ビームに装着するこ
とにより保持され、あるいは底部の案内素子１６
に機械的に組み込まれてもよい。これ故に、浮動
式案内素子は、案内素子の貫通孔２４に相当する
貫通孔のアレイを有するほぼ偏平な板からなりそ
してプローブ・ビーム３４がその板から減少した
突出長さで突き出るようにプローブ・アツセンブ
リーの底の端部に配置される。別の変形は案内ピ
ンを用いることであり、これらの案内ピンは特定
な角度配向で浮動式案内素子に接触するように案
内素子１４及び１６を通つて配置される。例え
ば、もしも６度のオフセツトが用いられたなら
ば、プローブ・ビームの底部先端は接触点におい
てこのプローブ・ビームの所望のこすりつけ作用
を発生するように一様な角度関係で偏向される。
このような案内ピンは下側の２つの案内素子１４
及び１６並びに浮動式案内板に機械加工された案
内ピン用穴に挿入される。案内ピンは浮動式案内
板の底部に押しこまれ、この浮動式案内板は上側
の案内素子に摺動的に合わされる。従つて、本実
施例の場合に、浮動式セパレータ素子６８を用い
ることによりプローブ・ビームが前もつて曲げら
れることに加えて、更にプローブ・ビーム３４の
底部はプローブ・ビームの所望のこすりつけ作用
が接触表面に起るように所望の角度関係で偏向さ
れる。

例えば、他の偏倚技法は第３図の実施例に第１
図のオフセツト配置を用いるように使用できる。
このように変更された構造において、浮動式セパ
レータの偏倚が使用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプローブ・アツセンブリーを
形成する部品を示す分解された斜視図、第２図は
組立てられたプローブ・アツセンブリーを示す斜
視図、第２Ａ図はプローブ・アツセンブリーの貫
通孔を示す拡大図、第３図は本発明の第２実施例
を示す断面図である。 ３４……プローブ・ビーム、２４……貫通孔、
１０，１２，１４，１６……案内素子、２６……
オフセツト・キー、３６……支柱兼セパレータ素
子、４６……ねじ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ テストされる回路の表面端子配列に対応して
   複数のビーム素子を配列したプローブ・アツセン
   ブリーにおいて、 上記ビーム素子を受け入れる複数個のテーパー
   付き貫通孔を有する部材を少なくとも２枚、上記
   貫通孔が互いに位置がずれるように重ね合せた第
   １の案内手段と、 上記ビーム素子を受け入れる複数個の貫通孔を
   有する第２の案内手段と、 両端部に上記第１及び第２の案内手段が取付け
   られそして上記両案内手段の間に予定の隔たりを
   設定する中央の支柱とを有し、 上記第１の案内部材により、上記ビーム素子が
   上記端子と接触する時に上記ビーム素子が一定の
   方向に偏向するようにした プローブ・アツセンブリー。