JP4031007B2 - 垂直コイルスプリングプローブ及びこれを用いたプローブユニット - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路のような被測定対象物の電気的諸特性を測定する際に用いられる垂直コイルスプリングプローブ及びこれを用いたプローブユニットに関する。

従来、この種の圧縮コイルスプリングを用いたプローブカードとしては、図６に示すように筒体７００の内部に圧縮コイルスプリング７１０を格納し、筒体７００の上下両端に開口７０１、７０２を設け、この開口７０１、７０２を介して上側プローブピン７２０及び下側プローブピン７３０をそれぞれ圧縮コイルスプリング７１０に接触させたものがある。このように、スプリングを筒体内に内蔵したタイプとしては、特開２００４−３４０８６７号公報、特開２００４−２７９１４１号公報、特開２００４−１３８５９２号公報、特開平１０−２５３６６０号公報、特開平９−１７８７７２号公報等がある。

また、筒体を使用せず、基板に対して垂直な貫通孔を開設し、この貫通孔の内部にスプリングを内蔵させたものもある。例えば、特表２００４−５３０８７０号公報等である。

さらに、図７に示すように、筒体を設けず、スプリング７１０を介して上側プローブピン７２０及び下側プローブピン７３０を接続するタイプのものもある。

特開２００４−３４０８６７号公報 特開２００４−２７９１４１号公報 特開２００４−１３８５９２号公報 特開平１０−２５３６６０号公報 特開平９−１７８７７２号公報 特表２００４−５３０８７０号公報

しかしながら、近年では１枚のウエハーからより多くの半導体集積回路を製造する傾向や、半導体集積回路の導電パッドの間の間隔がより狭小になる傾向や、１個の半導体集積回路に設けられる導電パッドがより多くなる傾向や、同時に複数の半導体集積回路の電気的諸特定の測定が要求される傾向がある。

かかる傾向に対応するためには、プローブユニットを構成するプローブの細形成化が必要になってくる。 しかし、図６や特許文献１〜５に記載されたように、スプリングを筒体内に内蔵するタイプのものは、全体の太さが太くなり、要求される狭小ピッチの半導体集積回路の測定には使用することができない。

そこで、筒体を使用しないタイプが創案されたが、このうち基板に貫通孔を開設するタイプのもの、例えば、特表２００４−５３０８７０号公報に記載されたものは、実際に実現不可能である。というのは、数ｍｍの厚さをもった基板に、直径が１００μｍの貫通孔を開設することは技術的に困難だからである。また、この貫通孔は１５０μｍ間隔で開設されなければならないが、このような狭小ピッチでの貫通孔の開設も現実的には困難である。

すると、図７に示すような筒体を使用せずスプリングの上下両端に上側及び下側プローブピンを接続したタイプのものが良好かというと以下の点で問題がある。すなわち、図７（Ｂ）に示すように、オーバードライブ（ＯＤ）を加えた際にスプリングが歪んで横方向（外側）に変位するため、隣接するプローブのスプリングと接触するという問題が生じるのである。なお、図６（Ｂ）に示すように、筒体７００にスプリング７１０を内蔵したものは、スプリング７１０の変位が筒体７００で制限されるため、かかる問題は生じない。

さらに、半導体集積回路の導電パッドに対するある程度の接触圧（約５ｇ以上）も必要となるが、例えば、ワイヤ径が２０μｍ以下のピアノ線材を用いたスプリングでは、この接触圧が確保できない。また、測定の際に、コイルスプリングプローブにはオーバードライブが加えられるが、数万回の測定にも耐えられず、コイルスプリングが変形してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、より細い垂直コイルスプリングプローブであっても確実に接触荷重を確保することができ、数十万回のオーバードライブの使用に耐えることができる垂直コイルスプリングプローブを目的としている。

本発明に係る垂直コイルスプリングプローブは、接触ピンと、この接触ピンが取り付けられる筒体とを具備しており、接触ピンは、測定対象物の導電パッドに接触可能な接触子と、この接触子の一直線上に延設された案内子と、接触子と案内子との間に設けられる鍔部とを有し、筒体は、上側筒部と、下側筒部と、上側筒部と下側筒部との間に設けられるコイル形状のスプリング部とを有しており、鍔部は下側筒部に連結され、案内子は、下側筒部、スプリング部及び上側筒部に挿入されている。

また、本発明に係る他の垂直コイルスプリングプローブは、前記案内子の上端が、オーバードライブが加えられた際に、前記上側筒部の内面に接触するようになっている。

また、前記鍔部は、筒体の内径とほぼ等しい径を有する上鍔部と、筒体の内径より大きくかつ筒体の外径と同じか小さい径を有する下鍔部とが二段になっている。

さらに、前記案内子の長さは、オーバードライブが加えられても、測定機器の接続パッドと接触しないように設定されている。

前記筒体の上端の外周面には、テーパーが形成されているか、前記筒体の上端に、測定機器の接続パッドと接続される錐形状の接続キャップが取り付けられている。

本発明に係る垂直コイルスプリングプローブは、筒体のスプリングの内側に接触ピンの案内子が挿入されているため、オーバードライブを加えてもスプリングが外側に変位して、隣接する垂直コイルスプリングプローブと接触することはない。また、要求される狭小ピッチにも対応することができる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る垂直コイルスプリングプローブの概略的斜視図、図２は本発明の第１の実施の形態に係る垂直コイルスプリングプローブの概略的分解斜視図、図３は本発明の第１の実施の形態に係る垂直コイルスプリングプローブの概略的断面図、図４は本発明の第１の実施の形態に係る垂直コイルスプリングプローブを用いたプローブユニットの概略的構成図、図５は本発明の第２の実施の形態に係る垂直コイルスプリングプローブの概略的斜視図である。

本発明の第１の実施の形態に係る垂直コイルスプリングプローブＡは、測定対象物である半導体集積回路８００の導電パッド８１０に接触する接触子１１０Ａを有する接触ピン１００Ａと、この接触ピン１００Ａの接触子１１０Ａの一直線上に延設された案内子１２０Ａが挿入される筒体２００Ａとを備えており、前記筒体２００Ａは、周壁の一部がスプリング２３０Ａとなっており、前記接触ピン１００Ａは、接触子１１０Ａと案内子１２０Ａとの間には鍔部１３０Ａが設けられており、前記接触ピン１００Ａは案内子１２０Ａが筒体２００Ａに挿入された状態では、鍔部１３０Ａが筒体２００Ａの下端に連結されるようになっている。

前記筒体２００Ａは、上端に円筒形状の上側筒部２１０Ａ（上側に位置する筒部）が、下端に円筒形状の下側筒部２２０Ａがそれぞれ形成され、両筒部２１０Ａ、２２０Ａはスプリング２３０Ａで連結されている。前記筒体の上端、すなわち前記上側筒部２１０Ａの外周面には、テーパー２１１Ａが形成されている。かかるテーパー２１１Ａが形成されていると、測定機器６００の接続パッド６１０と、垂直コイルスプリングプローブＡとの接触面積が小さくなるため、両者間の接触抵抗の低減化に寄与するというメリットがある。

かかる筒体２００Ａは、円筒形状の素材にレーザー加工や機械加工等の適宜な方法により形成される。

一方、前記接触ピン１００Ａは、例えば、パラジウム合金等の導電性を有する素材から構成されており、接触子１１０Ａと、案内子１２０Ａと、両者の間に位置する鍔部１３０Ａとが一体に構成されたものである。

まず、前記接触子１１０Ａは、測定対象物である半導体集積回路８００の導電パッド８１０に接触する部分であって、その先端は半導体集積回路８００の導電パッド８１０等に対応した形状になっている。例えば、先端がアール状に丸くなったもの、先端に４つの突起が形成されたもの、先端がコーン状に先鋭化されたもの、先端に３つの突起が形成されたもの、先端に３つの突起が密接して形成されたもの、先端が三角錐状に形成されたもの、先端が半球状に丸くなったもの、先端が凹んでカップ状になったもの、先端がフラットになったものなどが存在する。なお、図面では、接触子１１０Ａは先端が先鋭化されたものが示されている。

前記鍔部１３０Ａは、筒体２００Ａの内径とほぼ等しい径を有する上鍔部１３１Ａと、筒体２００Ａの内径より大きくかつ筒体２００Ａの外径と同じ径を有する下鍔部１３２Ａとが二段になっている。そして、この鍔部１３０Ａは、前記接触子１１０Ａの上端に連結した状態で形成されている。

前記案内子１２０Ａは、前記接触子１１０Ａの一直線上に延設されている。そして、この案内子１２０Ａは、垂直コイルスプリングプローブＡを用いたプローブユニットにオーバードライブが加えられても、測定機器６００の接続パッド６１０と接触しないような長さに設定されている。すなわち、接触ピン１００Ａを筒体２００Ａに取り付けた状態で、案内子１２０Ａの上端と、筒体２００Ａの上端との間の距離が、オーバードライブ量より大きく設定されているのである。また、この案内子１２０Ａの外径は、筒体２００Ａの内径よりやく５〜２０μｍ小さく設定されている。

このように構成された接触ピン１００Ａは、筒体２００Ａの下側筒部２２０Ａから案内子１２０Ａを挿入し、鍔部１３０Ａの上鍔部１３１Ａを下側筒部２２０Ａの下端に圧入することで筒体２００Ａに取り付けられる。そして、オーバードライブする時に、案内子１２０Ａは上端付近で、上側筒部２１０Ａの内面に接触するようになっている。案内子１２０Ａが、上端付近で上側筒部２１０Ａの内面に接触するため、測定機器６００からの信号は案内子１２０Ａを介して接触子１１０Ａに伝わるので、電気抵抗とインダクタンスが低減する。

このように構成された垂直コイルスプリングプローブＡを用いたプローブユニットは、図４に示すように、前記垂直コイルスプリングプローブＡを収納するケーシング５００を有している。

前記ケーシング５００は、垂直コイルスプリングプローブＡの上側筒部２１０Ａが位置する上側開口５１１が開設された上ガイド板５１０と、垂直コイルスプリングプローブＡの接触子１１０Ａが貫通する下側開口５２１が開設された下ガイド板５２０と、前記上ガイド板５１０と前記下ガイド板５２０との間に所定の空間を形成するスペーサ５３０とを有し、前記上側開口５１１及び下側開口５２１は、同一Ｘ、Ｙ座標に配置されている。

前記上ガイド板５１０は、絶縁性を有する素材から構成された平板であり、その厚さ寸法は上側筒部２１０Ａの長さ寸法より小さく設定されている。そして、この上ガイド板５１０には、被測定対象物である半導体集積回路８００の導電パッド８１０の配置に対応して複数個の上側開口５１１が開設されている。この上側開口５１１は、上側筒部２１０Ａの外径より若干大きく設定されている。

また、前記下ガイド板５２０は、絶縁性を有する素材から構成された平板であり、その厚さ寸法は接触ピン１００Ａの接触子１１０Ａの長さ寸法より小さく設定されている。そして、この下ガイド板５２０には、被測定対象物である半導体集積回路８００の導電パッド８１０の配置に対応して複数個の下側開口５２１が開設されている。この下側開口５２１は、接触ピン１００Ａの下鍔部１３２Ａの外径より小さく、かつ前記接触子１１０Ａの外径より若干大きく設定されている。

前記上ガイド板５１０と下ガイド板５２０との間には、絶縁性を有する素材からなるスペーサ５３０が介在されている。このスペーサ５３０は、前記上ガイド板５１０と前記下ガイド板５２０との間に所定の空間を形成するためのものであり、上側開口５１１及び下側開口５２１を避けた位置に設けられている。

上ガイド板５１０の上側開口５１１及び下ガイド板５２０の下側開口５２１は、すべて被測定対象物である半導体集積回路８００の導電パッド８１０の配置に対応して開設されているので、同一Ｘ、Ｙ座標に配置されていることになる。

このように構成されたプローブカードで半導体集積回路８００の電気的諸特性を測定す る際には、接触ピン１００Ａの接触子１１０Ａを半導体集積回路８００の導電パッド８１０に接触させ、オーバードライブを加える。この垂直コイルスプリングプローブＡを構成する接触ピン１００Ａの案内子１２０Ａは、オーバードライブが加えられても、測定機器６００の接続パッド６１０と接触しないような長さに設定されている。すなわち、接触ピン１００Ａを筒体２００Ａに取り付けた状態で、案内子１２０Ａの上端と、筒体２００Ａの上端との間の距離が、オーバードライブ量より大きく設定されているのである。よって、オーバードライブを加えても、接触ピン１００Ａの案内子１２０Ａの上端が、測定機器６００の接続パッド６１０と接触しない。

また、オーバードライブが加えられた状態でも、上ガイド板５１０の上側開口５１１と、下ガイド板５２０の下側開口５２１と、接触ピン１００Ａが鍔部１３０Ａにおいて筒体２００Ａに固定されていることとから、垂直コイルスプリングプローブＡの直線性は十分に確保される。

測定機器６００からの信号は、前記接続パッド６１０から筒体２００Ａの上側筒部２１０Ａに、上側筒部２１０Ａから接触ピン１００Ａの案内子１２０Ａに、案内子１２０Ａから鍔部１３０Ａを介して接触子１１０Ａへと伝わり、接触子１１０Ａが接触している半導体集積回路８００の導電パッド８１０へと伝わる。

すなわち、測定機器６００からの信号は、筒体２００Ａのスプリング２３０Ａの部分を通過することがない。スプリング２３０Ａの部分を信号が伝わると、スプリング２３０Ａの部分だけ電気抵抗が高くなるとともに、インダクタンスも高くなり、電子のスピードが遅くなる。

また、筒体２００Ａのスプリング２３０Ａの内側には、接触ピン１００Ａの案内子１２０Ａが挿入されているので、図７で示した従来のもののように、オーバードライブを加えた際にスプリングが歪んで横方向（外側）に変位し、隣接するプローブのスプリングと接触するという問題は生じない。

また、接触ピン１００Ａの接触部１１０Ａが導電パッド８１０に繰り返して接触することにより発生する導電パッド８１０の細片が、垂直コイルスプリングプローブＡの内部に侵入すると、ショートや異常抵抗の原因となりかねないが、下側筒部２２０Ａがあるので、垂直コイルスプリングプローブＡの内部への前記細片の侵入のおそれはきわめて小さいものになっている。

上述した垂直コイルスプリングプローブＡの変形例として、本発明の第２の実施の形態に係る垂直コイルスプリングプローブＢについて図５を参照しつつ説明する。
この垂直コイルスプリングプローブＢが、上述した垂直コイルスプリングプローブＡと相違する点は、筒体２００Ｂの上側筒部２１０Ｂにテーパーが設けられず、円錐形状の接続キャップ２４０Ｂが取り付けられている点である。

この接続キャップ２４０Ｂを設けることにより、前記テーパーの場合より、測定機器６００の接続パッド６１０と、垂直コイルスプリングプローブＢとの接触面積がより小さくなるため、両者間の接触抵抗の低減化により寄与するというメリットがある。

この接続キャップ２４０Ｂは、いわば筒体２００Ｂの上端に蓋をつけたのと同じであるから、上述した接触抵抗の低減化の他に、案内子１２０Ｂの脱落を防止するという機能をもっている。

また、この垂直コイルスプリングプローブＢにおける他の点、例えば、オーバードライブを加えた状態で、接触ピン１００Ｂの案内子１２０Ｂの上端が測定機器６００の接続パッド６１０と接触しないような長さに設定されている点は、上述した垂直コイルスプリングプローブＡと同様である。

さらに、このように構成された垂直コイルスプリングプローブＢを用いたプローブユニットは、基本的構成、すなわち上ガイド板５１０、下ガイド板５２０及びスペーサ５３０からなるケーシング５００を有している点、そして、上ガイド板５１０に開設された上側開口５１１には上側筒部２１０Ｃが位置し、下ガイド板５２０に開設された下側開口５２１には接触ピン１００Ｂの接触子１１０Ｂが位置している構成は、上述した垂直コイルスプリングプローブＡを用いたプローブユニットと同一である。

本発明の第１の実施の形態に係る垂直コイルスプリングプローブの概略的斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直コイルスプリングプローブの概略的分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直コイルスプリングプローブの概略的断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直コイルスプリングプローブを用いたプローブユニットの概略的構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直コイルスプリングプローブの概略的斜視図である。 従来の垂直型コイルスプリングプローブのオーバードライブ前及びオーバードライブ後の概略的一部断面図である。 従来の垂直型コイルスプリングプローブのオーバードライブ前及びオーバードライブ後の概略的一部断面図である。

符号の説明

１００Ａ 接触ピン
１１０Ａ 接触子
１２０Ａ 案内子
１３０Ａ 鍔部
２００Ａ 筒体
２１０Ａ 上側筒体
２２０Ａ 下側筒体
２３０Ａ スプリング
Ａ 垂直コイルスプリングプローブ

Claims (8)

1. 接触ピンと、
   この接触ピンが取り付けられる筒体とを具備しており、
   接触ピンは、測定対象物の導電パッドに接触可能な接触子と、この接触子の一直線上に延設された案内子と、接触子と案内子との間に設けられる鍔部とを有し、
   筒体は、上側筒部と、下側筒部と、上側筒部と下側筒部との間に設けられるコイル形状のスプリング部とを有しており、
   鍔部は下側筒部に連結され、
   案内子は、下側筒部、スプリング部及び上側筒部に挿入されていることを特徴とする垂直コイルスプリングプローブ。
2. 前記案内子の上端が、オーバードライブが加えられた際に、前記上側筒部の内面に接触するようになっていることを特徴とする請求項１記載の垂直コイルスプリングプローブ。
3. 前記鍔部は、筒体の内径とほぼ等しい径を有する上鍔部と、筒体の内径より大きくかつ筒体の外径と同じか小さい径を有する下鍔部とが二段になっていることを特徴とする請求項１又は２記載の垂直コイルスプリングプローブ。
4. 前記案内子の長さは、オーバードライブが加えられても、測定機器の接続パッドと接触しないように設定されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の垂直コイルスプリングプローブ。
5. 前記案内子の外径は、筒体の内径より約５〜２０μｍ小さく設定されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の垂直コイルスプリングプローブ。
6. 前記筒体の上端の外周面には、テーパーが形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の垂直コイルスプリングプローブ。
7. 前記筒体の上端に、測定機器の接続パッドと接続される錐形状の接続キャップが取り付けられていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の垂直コイルスプリングプローブ。
8. 請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の垂直コイルスプリングプローブのいずれかを用いたことを特徴とするプローブユニット。

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