特許 7464848 プローブカード及びその設置方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-02

(45)【発行日】2024-04-10

(54)【発明の名称】プローブカード及びその設置方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 1/073 20060101AFI20240403BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

G01R1/073 E

H01L21/66 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020171797

(22)【出願日】2020-10-12

(65)【公開番号】P2022063502

(43)【公開日】2022-04-22

【審査請求日】2023-06-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000177690

【氏名又は名称】山一電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 朋徳

【審査官】島田 保

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１０－５４０９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１７０８１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１１－１２１５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０１６０９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－６９７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９４３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－１８０３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２９３９３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １／０６７

Ｇ０１Ｒ ３１／２６

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プローバに設けられた所定寸法の隙間に挟持されるプローブカードであって、
前記所定寸法よりも大きな厚さ寸法とされている角型のプリント基板と、
該プリント基板の上面に設置され前記プリント基板の縁部に沿って延在している長尺の補強部と、該補強部に接続され、前記プリント基板の前記縁部から側方に向かって突出するとともに下面が前記プリント基板の下面と面一とされ、前記所定寸法に対応した厚さ寸法とされている取付部と、有しているスティフナと、
を備え、
前記取付部が、前記プローバの前記隙間に挟持されるプローブカード。

【請求項2】

前記プリント基板には、前記縁部に沿って複数の凹状の切欠部が形成され、
前記切欠部には、前記スティフナの嵌合部が嵌め込まれている請求項１に記載のプローブカード。

【請求項3】

前記補強部と前記取付部とは、一体に形成されている請求項１又は２に記載のプローブカード。

【請求項4】

請求項１から３のいずれかに記載のプローブカードを設置する方法であって、
前記プローブカードの前記取付部を、前記プローバに設けられた所定寸法の前記隙間に差し込む工程を含むプローブカードの設置方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プローブカード及びその設置方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ウエハの電気的特性の検査に用いられるプローブカードは、プリント基板と、プリント基板に設けられたプローブヘッドとを有している。検査の際、プローブヘッドに保持されたスプリングプローブにウエハが接触すると、ウエハからの押付力によってプリント基板に反りが生じることで電気的に接続が不安定になる可能性がある。この反りを低減するために、従来、プリント基板上に金属製のスティフナ（補強板）が設置される（特許文献１及び特許文献２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－２１４７３２号公報

【文献】特開２０１２－１４５５０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、プリント基板上に設置されたスティフナは、プリント基板の実装面積を縮小させてしまう。そこで、従来のプローブカードからスティフナの一部を取り除き、その代わりにプリント基板を厚くすることで、実装面積を確保しつつプローブカードの強度を維持することが考えられる。

【0005】

角型のプローブカードを使用する場合、プローバと呼ばれる装置に設けられたレール部の隙間にプリント基板の縁部を挟み込むことでプローブカードを保持する。このとき、レール部の隙間の寸法に制約がある場合（例えば、略一定寸法の場合）、前述のようにプリント基板を厚くすると、レール部でプリント基板の縁部を挟み込むことができなくなってしまうので同じプローバが使用できなくなる。また、厚くしたプリント基板の板厚にレール部の隙間の寸法を対応させる場合、プローバの改造や改造に伴う精度出しが必要となり、この方法は現実的ではない。

【0006】

そこで、厚くしたプリント基板の縁部の下面に、レール部の隙間に対応した厚みを持つ板状部品を取り付けて、その板状部品をレール部に挟み込むことでプローブカードを間接的に保持する方法が考えられる。

【0007】

ところが、縁部の下面に取り付けた板状部品でプローブカードを保持する場合、板状部材の厚みの分だけプローブカード自体が持ち上げられることになる。この場合、プローブヘッドがウエハから離間するので、スプリングプローブのセット長を延長する、又は、プリント基板とプローブヘッドとの間に中継基板や中継ピン等の嵩上げ用部品を設けなければならない。しかしながら、スプリングプローブのセット長を延長した場合はスプリングプローブの抵抗が増加してしまい（抵抗率及び断面積は一定とする）、また、嵩上げ用部品を設けた場合は部品点数が増加してしまう。

【0008】

そこで、本発明は、実装面積の拡大と強度の確保を両立しつつ、従来のプローブカードに使用されていたプローバをそのまま利用できて、また、従来のプローブカードと比較してもスプリングプローブのセット長を延長する必要がない、又は、プリント基板とプローブヘッドとの間に中継基板や中継ピン等を設ける必要がないプローブカード及びその設置方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明のプローブカード及びその設置方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様に係るプローブカードは、プローバに設けられた所定寸法の隙間に挟持されるプローブカードであって、前記所定寸法よりも大きな厚さ寸法とされている角型のプリント基板と、該プリント基板の上面に設置され前記プリント基板の縁部に沿って延在している長尺の補強部と、該補強部に接続され、前記プリント基板の前記縁部から側方に向かって突出するとともに下面が前記プリント基板の下面と面一とされ、前記所定寸法に対応した厚さ寸法とされている取付部と、有しているスティフナと、を備え、前記取付部が、前記プローバの前記隙間に挟持される。

【0010】

本態様に係るプローブカードは、プローバに設けられた所定寸法の隙間に挟持されるプローブカードであって、所定寸法よりも大きな厚さ寸法とされているプリント基板と、プリント基板の上面に設置されプリント基板の縁部に沿って延在している長尺の補強部と、補強部に接続され、プリント基板の縁部から側方に向かって突出して、所定寸法に対応した厚さ寸法とされている取付部とを有しているスティフナとを備え、取付部が、プローバの隙間に挟持されるので、プリント基板の厚みに拘わらずプローバに設けられている所定寸法の隙間（取付け用の隙間）にスティフナの取付部を介してプローブカードを取り付けることができる。このため、プリント基板の厚みを従来のプリント基板よりも厚くしたとしても、従来のプローブカードに使用されていたプローバをそのまま利用することができる。これによって、実装面積拡大のためにプリント基板上に設置されたスティフナの一部を取り除いたとしても、プリント基板に厚みを持たせることでプリント基板の強度を維持することができる。すなわち、実装面積の拡大と強度の確保を両立しつつ、従来のプローブカードに使用されていたプローバをそのまま利用してプローブカード（本態様に係るもの）を取り付けることができる。
また、取付部の下面は、プリント基板の下面と面一とされているので、プリント基板（プローブカード）の下面からスプリングプローブ先端までの距離（プローブ高さ）が一定に保たれる。このため、従来のプローブカードと比較してもスプリングプローブのセット長を延長する必要がない、又は、プリント基板とプローブヘッドとの間に中継基板や中継ピン等を設ける必要がない。

【0011】

また、本発明の一態様に係るプローブカードにおいて、前記プリント基板には、前記縁部に沿って複数の凹状の切欠部が形成され、前記切欠部には、前記スティフナの嵌合部が嵌め込まれている。

【0012】

本態様に係るプローブカードにおいて、プリント基板には、縁部に沿って複数の凹状の切欠部が形成され、切欠部には、スティフナの嵌合部が嵌め込まれているので、切欠部が形成されていない縁部をスティフナとの固定用箇所（例えばねじ止め箇所）として利用することができる。また、例えば、従来のプリント基板のねじ止め箇所と同位置の部分（縁部）を残して複数の切欠部をプリント基板に形成することで、ねじ止めの位置やねじの数を変更する必要がなくなる。

【0013】

また、本発明の一態様に係るプローブカードにおいて、前記補強部と前記取付部とは、一体に形成されている。

【0014】

本態様に係るプローブカードにおいて、補強部と取付部とは、一体に形成されているので、補強部と取付部とをひとつの部品（スティフナ）として製作することができる。スティフナは、例えば、切削加工によって製作される。

【0015】

また、本発明の一態様に係るプローブカードの設置方法は、上記のプローブカードを設置する方法であって、前記プローブカードの前記取付部を、前記プローバに設けられた所定寸法の前記隙間に差し込む工程を含む。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、実装面積の拡大と強度の確保を両立しつつ、従来のプローブカードに使用されていたプローバをそのまま利用できて、また、従来のプローブカードと比較してもスプリングプローブのセット長を延長する必要がない、又は、プリント基板とプローブヘッドとの間に中継基板や中継ピン等を設ける必要がない。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係るプローブカードの斜視図（上面側）である。

【図2】本発明の一実施形態に係るプローブカードの斜視図（下面側）である。

【図3】本発明の一実施形態に係るプローブカードの検査時における正面図である。

【図4】図３に示すＸ部の部分拡大図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るプリント基板の斜視図である。

【図6】本発明の一実施形態に係るスティフナの斜視図である。

【図7】本発明の一実施形態に係るスティフナの平面図である。

【図8】本発明の一実施形態に係るスティフナの正面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係るスティフナの右側面図である。

【図10】本発明の一実施形態に係るスティフナの左側面図である。

【図11】従来のプローブカードの斜視図である。

【図12】本発明の一実施形態に係るプローブカード等の検査時における正面図である。

【図13】従来のプローブカードの検査時における正面図である。

【図14】現行のプローブカードの斜視図である。

【図15】現行のプローブカードの検査時における正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態に係るプローブカードについて図面を参照して説明する。
まず、プローブカード１の概要について説明する。
図１及び図２に示すように、プローブカード１は、プリント基板１０と、スティフナ２０と、プローブヘッド３０と、を備えている。

【0019】

このプローブカード１は、例えば、以下のように使用される。
すなわち、図３に示すように、ウエハチャック７１の上面に設置されたウエハ７２（検査対象物）をプリント基板１０に設けられたプローブヘッド３０の下面から突出しているスプリングプローブ３１に接触させることでウエハ７２の電気的特性を検査する。

【0020】

図４に示すように、プローブカード１は、上記検査を実施するにあたって、プローバ６０と呼ばれる装置の取付レール６１に挟持される形態で取り付けられる。
取付レール６１には、制約が伴う所定の高さ寸法ｈｒ（所定寸法）の隙間が設けられており、この隙間にプローブカード１が差し込まれる。高さ寸法ｈｒは、例えば、約２ｍｍ以下とされる。この高さ寸法ｈｒは略一定の寸法であり、例えば、プリント基板１０の厚みの公差を許容する程度の微調整しかできない。

【0021】

一方、ウエハ７２が設置されたウエハチャック７１は、各方向に移動可能・回転可能であり、ウエハチャック７１が図３で示す上方に移動することで、ウエハ７２がスプリングプローブ３１に接触する。

【0022】

次に、プローブカード１の詳細について説明する。

【0023】

［プリント基板について］
図５に示すように、プリント基板１０は、平面視したときの形状が略長方形とされるとともに所定の厚さ寸法ｔｂを有する角型基板である。厚さ寸法ｔｂは、強度を確保するために、従来のプリント基板１１０（図１１参照）の厚さより大きく設定されている。厚さ寸法ｔｂは、例えば、２．４ｍｍ以上（典型的には、３．２ｍｍ）とされている。この厚さ寸法ｔｂは、取付レール６１に設けられた隙間の高さ寸法ｈｒよりも大きい。

【0024】

図１に示すように、プリント基板１０の上面にはコネクタ４０が実装されている。コネクタ４０の他に、プリント基板１０の上面には、図示しない様々な電子部品が実装されている。

【0025】

図５に示すように、プリント基板１０の長手方向に沿った縁部１１には、凹状に窪む切欠部１２が形成されている。

【0026】

切欠部１２は、縁部１１に沿って複数（図５の場合４つ）形成されている。この切欠部１２には、後述するスティフナ２０の嵌合部２２が嵌合される。

【0027】

一の切欠部１２とそれに隣接する他の切欠部１２との間には、プリント基板１０が凸状に存在している（残されている）。この部分には、スティフナ２０を固定する止めねじ５０が挿通される貫通孔１３が設けられている。

【0028】

［スティフナについて］
スティフナ２０は、プリント基板１０を補強することでプリント基板１０の曲げ強度を確保するとともに、取付レール６１に差し込まれて挟持されることでプローブカード１をプローバ６０に取り付けるための部材である。

【0029】

図６から図１０に示すように、スティフナ２０は長尺の板状部材とされており、補強部２１と、嵌合部２２と、取付部２３と、を有している。スティフナ２０は、金属製（例えば、ステンレス鋼やアルミ合金等）とされている。

【0030】

補強部２１は、所定の厚さ寸法ｔｒ（図８参照）を有する長尺の板状部とされている。補強部２１の厚さ寸法ｔｒは、プリント基板１０を補強するために必要な寸法が確保されている。補強部２１には、止めねじ５０が螺合されるねじ穴２４が形成されている。

【0031】

図１及び図２に示すように、補強部２１の長手方向は、プリント基板１０の縁部１１に沿った方向（プリント基板１０の長手方向）に沿う。

【0032】

補強部２１は、プリント基板１０の上面に設置される。このとき、補強部２１の下面とプリント基板１０の上面とが接触する。

【0033】

図６から図１０に示すように、嵌合部２２は、補強部２１の下面から突出寸法ｔｆ（図８参照）だけ突出した部分とされている。突出寸法ｔｆは、プリント基板１０の厚さ寸法ｔｂに対応している。

【0034】

嵌合部２２は、補強部２１の長手方向に沿って複数（例えば図６の場合４つ）形成されている。

【0035】

図２に示すように、嵌合部２２の形状は、プリント基板１０に形成された切欠部１２の形状に対応している。また、嵌合部２２の数は、切欠部１２の数に対応している。また、嵌合部２２の位置は、切欠部１２の位置に対応している。

【0036】

以上のように構成された嵌合部２２は、スティフナ２０をプリント基板１０に設置する際に、プリント基板１０の上面側から切欠部１２に嵌合される。

【0037】

図６から図１０に示すように、取付部２３は、補強部２１の短手方向に沿って嵌合部２２の側面から突出した所定の厚さ寸法ｔａ（図８参照）の板状部とされている。取付部２３の下面は、嵌合部２２の下面と面一とされている。厚さ寸法ｔａは、取付レール６１に設けられた隙間の高さ寸法ｈｒに対応している（例えば、略同一の寸法）。

【0038】

取付部２３は、補強部２１の長手方向に沿って複数（例えば図６の場合４つ）形成されている。
図２に示すように、取付部２３の数は、プリント基板１０に形成された切欠部１２の数に対応している。また、取付部２３の位置は、プリント基板１０に形成された切欠部１２の位置に対応している。

【0039】

スティフナ２０は、それぞれ別体とされた補強部２１、嵌合部２２及び取付部２３が接続されて１つの部材（スティフナ２０）を構成してもよいし、予め一体に形成されてもよい。一体形成される場合、スティフナ２０は、例えば、切削加工によって製作される。

【0040】

なお、プリント基板１０の切欠部１２やスティフナ２０の嵌合部２２及び取付部２３の数はそれぞれ４つに限られず、３以下であっても５以上であってもよい。ただし、切欠部１２の数と嵌合部２２の数とは対応するものとする。
また、複数の嵌合部２２のそれぞれから突出する取付部２３を一体に形成してもよい。すなわち、複数の嵌合部２２に対して１つの取付部２３を有するスティフナ２０であってもよい。

【0041】

プリント基板１０に複数の切欠部１２を設けることで、切欠部１２が形成されていない部分（すなわち、ねじ止め用の貫通孔１３を形成できる部分）が複数形成されることになる。これにより、止めねじ５０による固定箇所が増加して、止めねじ５０によるプリント基板１０とスティフナ２０との締結力を十分に確保することができる。

【0042】

以上のように構成されたスティフナ２０は、図１及び図２に示すように、嵌合部２２がプリント基板１０の切欠部１２に嵌合されるとともに補強部２１がプリント基板１０の上面に設置される形態で、下方から挿入された止めねじ５０によってプリント基板１０に固定されプローブカード１を構成する。

【0043】

スティフナ２０がプリント基板１０に固定されたとき、補強部２１の側面及び嵌合部２２の側面（換言すると、取付部２３が接続されている側面、又は、嵌合部２２と取付部２３との境界面）は、プリント基板１０の縁部１１の側面と面一とされている。このため、取付部２３のみがプリント基板１０の縁部１１から側方に向かって突出した状態となる。

【0044】

また、スティフナ２０がプリント基板１０に固定されたとき、嵌合部２２の下面は、プリント基板１０の下面と面一とされている。また、取付部２３の下面は、嵌合部２２の下面と面一とされている。このため、取付部２３の下面もプリント基板１０の下面と面一とされた状態となる。
なお、取付部２３の下面がプリント基板１０の下面と同じ平面上にあれば、嵌合部２２の下面は必ずしもプリント基板１０の下面と面一である必要はない。この場合、嵌合部２２の下面は、取付部２３の下面と面一ではない。ただし、取付部２３の下面と嵌合部２２の下面とを面一とすることで、切削加工や平面出しが容易となる。

【0045】

以上のように構成されたプローブカード１は、図３及び図４に示すように、プリント基板１０の側面から突出した取付部２３がプローバ６０の取付レール６１に挟持されて使用される。

【0046】

本実施形態では、以下の効果を奏する。
図１２に示すように、取付レール６１に設けられた隙間の高さ寸法ｈｒよりも大きな厚さ寸法ｔｂとされているプリント基板１０と、プリント基板１０の上面に設置されプリント基板１０の縁部１１に沿って延在している長尺の補強部２１と、補強部２１に嵌合部２２を介して接続され、プリント基板１０の縁部１１から側方に向かって突出して、高さ寸法ｈｒに対応した厚さ寸法ｔａとされている取付部２３とを有しているスティフナ２０とを備え、取付部２３が、取付レール６１の隙間に挟持されるので、プリント基板１０の厚さ寸法ｔｂに拘わらず取付レール６１の隙間にスティフナ２０の取付部２３を介してプローブカード１を取り付けることができる。このため、プリント基板１０の厚さ寸法ｔｂを、図１１に示す従来のプリント基板１１０よりも厚くしたとしても、従来のプローブカード１０１に使用されていたプローバ１６０（図１３参照）をそのまま利用することができる。
これによって、実装面積拡大のために、従来のプリント基板１１０上に設置された縦スティフナ１２０及び横スティフナ１２５のうち横スティフナ１２５を取り除いたとしても、プリント基板１１０に厚みを持たせることでプリント基板１０の強度を維持することができる。すなわち、実装面積の拡大と強度の確保を両立しつつ、従来のプローブカード１０１に使用されていたプローバ１６０をそのまま利用してプローブカード１を取り付けることができる。

【0047】

また、図１２及び図１３に示すように、本実施形態に係るプリント基板１０（プローブカード１）の下面からスプリングプローブ３１の先端までの距離をプローブ高さｐ１として、従来のプリント基板１１０（プローブカード１０１）の下面からスプリングプローブ１３１の先端までの距離をプローブ高さｐ２としたとき、プローブカード１の取付部２３の下面はプリント基板１０の下面と面一とされているので、プローブ高さｐ１をプローブ高さｐ２と等しくすることができる。これによって、プリント基板１０（プローブカード１）の下面からウエハ７２までのテスト時における距離をｄ１として、従来のプリント基板１１０（プローブカード１０１）の下面からウエハ１７２までのテスト時における距離をｄ２としたとき、距離ｄ１を距離ｄ２と等しくすることができる。なお、図１３において、符号１６０はプローバ、符号１６１は取付レールである。
図１４及び図１５に示すように、仮に、プリント基板２１０（厚みは本実施形態のプリント基板１０と等しい）の下面に取付レール２６１の隙間の高さ寸法ｈｒに対応した厚みを有する板状部材２２５を設けて、板状部材２２５を介してプローブカード２０１をプローバ２６０（取付レール２６１）に取り付けた場合、板状部材２２５の厚みの分だけプローブカード２０１自体が持ち上げられることになる。本実施形態のプローブカード１（図１２参照）や従来のプローブカード１０１（図１３参照）と同じプローブヘッド３０を搭載した場合、板状部材２２５の下面からスプリングプローブ２３１の先端までの距離であるプローブ高さｐ３は、プローブ高さｐ１及びプローブ高さｐ２よりも小さくなり、プリント基板２１０（プローブカード２０１）の下面からウエハ２７２までのテスト時における距離ｄ３は、距離ｄ１及び距離ｄ２よりも大きくなる。このため、プローブ高さｐ３をプローブ高さｐ１やプローブ高さｐ２と合わせるために、スプリングプローブ２３１のセット長を延長する必要がある、又は、プリント基板２１０とプローブヘッド２３０との間に中継基板や中継ピン等を設ける必要がある。しかしながら、上記の通り、本実施形態の距離ｄ１（図１２参照）は従来の距離ｄ２（図１３参照）と等しいので、スプリングプローブ３１のセット長を延長する必要がない、又は、プリント基板１０とプローブヘッド３０との間に中継基板や中継ピン等を設ける必要がない。

【0048】

また、図５に示すように、プリント基板１０には、縁部１１に沿って複数の凹状の切欠部１２が形成され、切欠部１２には、スティフナ２０の嵌合部２２が嵌め込まれているので、切欠部１２が形成されていない縁部１１をスティフナ２０との固定用箇所（例えばねじ止め箇所）として利用することができる。また、例えば、従来のプリント基板１１０のねじ止め箇所と同位置の部分（縁部）を残して複数の切欠部１２をプリント基板１０に形成することで、ねじ止めの位置や止めねじ５０の数を変更する必要がなくなる。

【0049】

また、図８及び図１２に示すように、突出した取付部２３は、嵌合部２２の側面の一部及び補強部２１の側面に対して段差を形成しているので、当該段差部分で取付レール６１に対して横ずれ（図１２で示す左右方向のずれ）を防止できる。

【符号の説明】

【0050】

１ プローブカード
１０ プリント基板
１１ 縁部
１２ 切欠部
１３ 貫通孔
２０ スティフナ
２１ 補強部
２２ 嵌合部
２３ 取付部
２４ ねじ穴
３０ プローブヘッド
３１ スプリングプローブ
４０ コネクタ
５０ 止めねじ
６０ プローバ
６１ 取付レール
７１ ウエハチャック
７２ ウエハ（検査対象物）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】