WO2010076855A1

WO2010076855A1 - プローブ、プローブが実装されたプローブカード、プローブカードへのプローブ実装方法、およびプローブカードに実装済みのプローブの除去方法

Info

Publication number: WO2010076855A1
Application number: PCT/JP2009/055484
Authority: WO
Inventors: 朋之武田; 親臣森; 一道町田; 芳広古家; 雅敏羽坂
Original assignee: 日本電子材料株式会社
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-07-08
Also published as: US20110291685A1; KR20110111398A; CN102282662A; TWI405972B; TW201024741A; JP2010156632A

Abstract

プローブ交換及び実装の際の熱によって生じる問題を解決し、ハンドリングが容易で、より狭ピッチの配置が可能なプローブとプローブカード、および実装済みプローブの除去方法を提供する。本発明のプローブ（１）は、プローブカードの電極に実装される実装部（３）、上記実装部から延在するアーム部（４）、および上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部（５）から構成される中間層の両側に外層を配置した３層構造であり、上記中間層の実装部は上記プローブカードの電極と接する部分が２つの外層よりも突出している。また、別の発明では、ハンドリングプレート（６）が設けられた未実装プローブを実装済みのプローブへと接合することにより、当該実装済みのプローブの除去に利用している。さらに別の発明では、ハンドリングプレートが設けられた実装プローブをプローブカード基板に実装後、当該ハンドリングプレートを除去している。

Description

プローブ、プローブが実装されたプローブカード、プローブカードへのプローブ実装方法、およびプローブカードに実装済みのプローブの除去方法

本発明は、３層構造のプローブと、プローブが実装されたプローブカード、およびプローブのプローブカードへの実装方法、およびプローブカードに実装済みのプローブの除去方法に関する。

近年、半導体ウエハの検査に用いるプローブカードは、半導体ウエハの高集積化に伴うプローブの微細化が進み、約７０μｍ～８０μｍのピッチで針が並ぶプローブカードが用いられている。

このようなプローブカードを繰り返し使用していると、プローブの破損等により、１本のプローブを交換する必要が生じてくる。そして、プローブを交換するには、交換の対象となるプローブを取り外し、新しいプローブを実装する作業が伴う。

上述のようにプローブの交換のためにプローブを再実装する際に、プローブの配置が上述のように狭ピッチであると、プローブを機械的に掴み位置決めを行うことが難しく、また、隣接するプローブに対して熱による影響を与えることなく、プローブ実装部に供給された、はんだ等の導電性接合剤を融解する熱を加えることも難しいという問題があった。さらに、近年は、プローブの微細化が進み、プローブ自体を機械的にハンドリングすることも課題であった。

また、より狭ピッチでプローブを配置するためには、従来のような接合方法では隣接するプローブに熱による影響を与えずに接合するのが難しいという問題があった。

本発明はこのような従来のプローブの交換および実装の際に、熱によって生じる問題を解決し、さらに、ハンドリングが容易で、より狭ピッチの配置が可能なプローブ、プローブカード、および、プローブカードに実装済みのプローブの除去方法を提供することを目的とする。

本発明のプローブは、プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部から構成されるプローブであって、中間層の両側に外層を配置した３層構造であり、上記中間層の実装部は上記プローブカードの電極と接する部分が２つの外層よりも突出していることを特徴とし、プローブハンド機構を用いてプローブを加熱するためにハンドリングプレートを設けることが好ましい。

上記中間層が上記外層よりも突出している部分を２つの突出部として形成し、２つの突出部が上記プローブカードの電極と接合される、あるいは、１つの突出部を上記プローブカードの電極に接合される接合部とし、残りの１つの突出部を上記プローブカードの電極と接するだけの支持部としてもよく、実装時の突出部の強度を向上させるために、２つ突出部の間に梁を設けてもよい。

上記中間層に、上記ハンドリングプレートから上記突出部まで熱の通り道として、銅ライン、あるいは、ヒートパイプ構造を用いることができる。

さらに、上記先端部の中間層を突出させて被検査対象物の電極と接触させることも可能である。

本発明のプローブカードは、プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部から構成されるプローブを複数実装したプローブカードあって、テスタと接続される外部端子を有するメイン基板と、上記メイン基板に接続され、プローブが実装される電極が設けられたプローブ基板とを備え、上記プローブは中間層の両側に外層を配置した３層構造であり、上記中間層の実装部は上記プローブカードと接する部分が２つの外層よりも突出しており、隣接するプローブの実装部に対し、異なる２箇所に導電性接合剤を設けて上記電極と接合することを特徴とする。

あるいは、上記プローブは上記中間層の実装部は上記プローブカードと接する部分が２つの外層よりも突出した２つの突出部が設けられ、互いに異なる位置に２つの突出部を設けた２種類のプローブを複数実装したプローブカードであって、上記突出部の位置が異なる２種類のプローブを交互に配置して上記電極に接合することを特徴とする。

ハンドリングプレートを設けたプローブを実装した場合、上記プローブの実装部あるいはアーム部には上述のようなハンドリングプレートが破断された跡が残っており、また、上記中間層の２つの突出部の間に梁を設けることも可能である。

プローブカードを構成するプローブ基板の表面にグレーズ処理を行った後、電極を設け、上記電極にプローブを実装する。

さらに、本発明のプローブカードは、テスタと接続される外部端子を有するメイン基板と、上記メイン基板に接続され、プローブが実装される電極が設けられたプローブ基板とを備え、上記プローブは中間層の両側に外層を配置した３層構造であり、上記中間層の実装部は上記プローブカードの電極と接する部分が２つの外層よりも突出しており、上記プローブの突出した中間層および上記外層のいずれか１層の下端部を上記電極に接触させて、隣接するプローブを同じ向きに傾いた状態で接合したことを特徴とする。

本発明の実装済みプローブの除去方法は、プローブカードに実装されたプローブを未実装のプローブを用いて除去する方法であって、実装済みのプローブは、プローブカードの電極に実装された実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部を備え、除去に使用する未実装のプローブは、プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部、およびプローブを加熱するプローブハンド機構に保持されるハンドリングプレートを備え、プローブハンド機構によって、実装部に導電性接合剤を設けた未実装のプローブを保持し、未実装のプローブの実装部をプローブカードに実装済みのプローブのアーム部に接触させ、上記プローブハンド機構によって上記未実装のプローブのハンドリングプレートを加熱して上記未実装のプローブに設けた導電性接合剤を溶融した後、上記ハンドリングプレートの加熱温度を低下させて上記未実装のプローブを上記実装済みのプローブと接合させ、上記未実装のプローブと上記実装済みのプローブが接合された状態で上記プローブハンド機構によって上記未実装のプローブに力を加えることにより、上記未実装のプローブに接合された上記実装済みのプローブをプローブカードから除去することを特徴とする。

さらに、作業性を高めるために、上記未実装のプローブに設ける導電性接合剤は、上記実装済みのプローブをプローブカードに実装する際に用いた導電性接合剤よりも融点が高いことが好ましい。

本発明のプローブ実装方法は、プローブをプローブハンド機構によって保持し、プローブカード基板に実装する方法であって、上記プローブは、プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部、および上記アーム部あるいは上記実装部に連なるハンドリングプレートから構成されるプローブであって、上記プローブを実装する際に、上記ハンドリングプレートを上記プローブハンド機構が保持し、上記プローブ実装後に上記ハンドリングプレートを除去する工程を含むことを特徴とする。

上記プローブハンド機構の上記ハンドリングプレートを保持する面には、上記プローブを吸着保持するための吸着用穴を設け、さらに、上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記プローブの実装部を加熱することも可能である。

上記プローブの実装部が、上記プローブの固定用の導電性接合剤を有する、あるいは、上記プローブを実装する上記プローブカード基板の表面電極が、導電性接合剤を有しており、上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記ハンドリングプレートの熱が上記プローブ実装部を加熱し、さらに、上記プローブ実装部の熱が上記プローブカード基板の表面電極の上記導電性接合剤を加熱する。

また、上記プローブを実装する際に、上記アーム部を局所冷却することも可能である。
[発明の効果]

本発明のプローブは、実装部、アーム部、および先端部から構成され、プローブハンド機構を用いてプローブを加熱するためにハンドリングプレートが設けられ、中間層の両側に外層を配置した３層構造であり、上記中間層の実装部は上記プローブカードの電極と接する部分が２つの外層よりも突出していることにより、プローブ接合時に導電性接合剤のはみ出し量が少なくなり隣接するプローブに影響を与える範囲が小さくなるので、より狭ピッチでプローブを配置することができる。

上記中間層が上記外層よりも突出している部分を２つの突出部として形成し、２つの突出部が上記プローブカードの電極と接合することにより、導電性接合剤のはみ出し量をより少なくすることができ、また、１つの突出部を上記プローブカードの電極に接合される接合部とし、残りの１つの突出部を上記プローブカードの電極と接するだけの支持部とすることで、少量の導電性接合剤で安定して接合することができるようになる。

上記中間層に、上記ハンドリングプレートから上記突出部まで熱の通り道として、銅ライン、あるいは、ヒートパイプ構造を用いることにより、ハンドリングプレートから実装部への熱伝導率が向上し、導電性接合剤に効率よく熱を伝えることが可能となり、プローブの接合強度を高くすることができる。

本発明のプローブカードは、中間層の両側に外層を配置した３層構造で、上記中間層の実装部は上記プローブカードと接する部分が２つの外層よりも突出しているプローブを複数実装したプロカードであって、隣接するプローブの実装部に対し、異なる２箇所に導電性接合剤を設けてプローブカードの電極に接合することにより、プローブが狭ピッチで配置されたプローブカードが実現できる。

あるいは、上記プローブは上記中間層の実装部は上記プローブカードと接する部分が２つの外層よりも突出した２つの突出部が設けられ、互いに異なる位置に２つの突出部を設けた２種類のプローブを複数実装したプローブカードであって、上記突出部の位置が異なる２種類のプローブを交互に配置して上記電極に接合することで、狭ピッチでプローブが配置されたプローブカードが実現する。

プローブカードを構成するプローブ基板の表面にグレーズ処理を行った後、電極を設け、上記電極にプローブを実装することで、プローブ接合時のプローブ基板への熱の逃げを抑制することができ、さらに、プローブ基板の表面を平滑にし、プローバー等のパターン認識を容易にさせる効果がある。

さらに、本発明のプローブカードは、テスタと接続される外部端子を有するメイン基板と、上記メイン基板に接続され、プローブが実装される電極が設けられたプローブ基板とを備え、上記プローブは中間層の両側に外層を配置した３層構造であり、上記中間層の実装部は上記プローブカードの電極と接する部分が２つの外層よりも突出しており、上記プローブの突出した中間層および上記外層のいずれか１層の下端部を上記電極に接触させて、隣接するプローブを同じ向きに傾いた状態で接合したことにより、プローブカードに実装されたプローブの傾く方向や傾く量が一定となり、プローブ先端の位置精度を高めることができる。

本発明の実装済みプローブの除去方法は、プローブカードに実装されたプローブを未実装のプローブを用いて除去する方法であって、除去に使用する未実装のプローブは、プローブを加熱するプローブハンド機構に保持されるハンドリングプレートを備え、プローブハンド機構によって、実装部に導電性接合剤を設けた未実装のプローブを保持し、未実装のプローブの実装部をプローブカードに実装済みのプローブのアーム部に接触させ、上記プローブハンド機構によって上記未実装のプローブのハンドリングプレートを加熱して上記未実装のプローブに設けた導電性接合剤を溶融した後、上記ハンドリングプレートの加熱温度を低下させて上記未実装のプローブを上記実装済みのプローブと接合させ、上記未実装のプローブと上記実装済みのプローブが接合された状態で上記プローブハンド機構によって上記未実装のプローブに力を加えることにより、上記未実装のプローブに接合された上記実装済みのプローブをプローブカードから除去することにより、破損等により交換が必要な実装済みのプローブを、他の実装済みのプローブに影響を与えることなく簡単に除去することが可能となる。

さらに、上記未実装のプローブに設ける導電性接合剤は、上記実装済みのプローブをプローブカードに実装する際に用いた導電性接合剤よりも融点が高いことにより、実装済みのプローブを接合していた導電性接合剤を溶融した状態で除去することができるので、大きな力を加えることなく簡単にプローブを除去することができる。

本発明のプローブ実装方法は、プローブをプローブハンド機構によって保持し、プローブカード基板に実装する方法であって、上記プローブは、アーム部あるいは上記実装部に連なるハンドリングプレートを有しており、上記プローブを実装する際に、上記ハンドリングプレートを上記プローブハンド機構が保持し、上記プローブ実装後に上記ハンドリングプレートを除去する工程を含むことにより、上記プローブを機械的に容易にハンドリングできるようになる。

上記プローブハンド機構の上記ハンドリングプレートを保持する面には、上記プローブを吸着保持するための吸着用穴を設けていることにより、上記プローブを簡単にそして確実に保持することが可能となる。

上記ハンドリングプレートを加熱して、上記プローブの実装部を加熱することにより、隣接するプローブに対する熱の影響を与えることなく、プローブを実装することができる。

上記プローブの実装部が、上記プローブの固定用の導電性接合剤を有する、あるいは、上記プローブを実装する上記プローブカード基板の表面電極が、導電性接合剤を有することにより、より確実にプローブの実装を行うことができる。

上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記ハンドリングプレートの熱が上記プローブ実装部を加熱し、さらに、上記プローブ実装部の熱が上記プローブカード基板の表面電極の上記導電性接合剤を加熱することにより、隣接するプローブに対する熱の影響を抑えながら、より効果的に上記導電性接合剤に熱を加えることが可能となる。

上記プローブを実装する際に、上記アーム部を局所冷却することにより、硬度低下が問題となるプローブのアーム部に対する熱による影響を防ぐことができる。

第１の実施形態のプローブの側面図である。第１の実施形態のプローブの正面図である。プローブハンド機構の側面図である。プローブハンド機構により交換用プローブを保持した状態を示す図であり、（ａ）が側面図であり、（ｂ）が正面図である。本発明のプローブカードの断面図である。第１の実施形態のプローブの配置平面図である。プローブハンド機構によりプローブの位置決めを行っている状態を示す図である。プローブハンド機構によりプローブを電極に押し当てている状態を示す図である。エアブローによりプローブの実装部分を局所冷却している状態を示す図である。プローブハンド機構によるプローブの保持を解除した状態を示す図である。プローブからハンドリングプレートを除去した状態を示す図である。第１の実施形態のプローブを電極に接合した状態の正面図である。第２の実施形態のプローブの側面図であり、異なる位置に突出部を設けた２種類のプローブを示す図である。第２の実施形態のプローブの配置平面図である。第２の実施形態のプローブの突出部の間に梁を設けた場合の側面図である。第３の実施形態のプローブの側面図である。第３の実施形態のプローブを実装したプローブカードの拡大断面図である。第３の実施形態のプローブの突出部の間に梁を設けた場合の側面図である。第４の実施形態のプローブの側面図である。第４の実施形態のプローブの中間層の側面図である。第４の実施形態のプローブを実装したプローブカードの拡大断面図である。第４の実施形態のプローブの中間層に開口を設けた場合の側面図である。第５の実施形態のプローブの中間層の側面図である。第６の実施形態のプローブの側面図である。図２４のＡ－Ａ断面図である。第６の実施形態のプローブを実装したプローブカードの拡大断面図である。実装済みのプローブを除去する際に、プローブハンド機構により未実装のプローブの位置決めを行っている状態を示す図である。実装済みのプローブを除去する際に、プローブハンド機構により未実装のプローブを実装済みのプローブのアーム部に押し当てている状態を示す図である。実装済みのプローブを除去した状態を示す図である。

発明を実施するための形態

図を用いて本発明を以下に詳細に説明する。図１が本発明の第１の実施形態のプローブ１の側面図であり、図２が第１の実施形態のプローブ１の正面図である。

本発明の第１の実施形態のプローブ１は、図１に示すように、プローブカード１４の電極１７に接合される実装部３、上記実装部３から延在しバネ性を有するアーム部４、上記アーム部４の先端に設けられ被検査対象物の電極３５に接触する先端部５、および上記アーム部４から延びているハンドリングプレート６から構成されている。

本発明のプローブ１は、図３に示すようなプローブハンド機構２に保持され、実装するために所定の位置に位置決めされた後、加熱される。このような作業の操作性を向上するために、上記ハンドリングプレート６を設けており、上記ハンドリングプレート６を上記プローブハンド機構２に設けられたプローブ吸着用穴１１により吸着し、上記プローブハンド機構２で保持する。

このように、上記プローブハンド機構２で上記ハンドリングプレート６を吸着することにより上記プローブ１が保持されるので、その際の操作性を重視するために、上記ハンドリングプレート６は、ある程度の大きさが必要であり、上記プローブ１の上記先端部５よりも飛び出した大きさとなっている。そのため、上記プローブ１を実装後、上記ハンドリングプレート６を取除く必要がある。

上記ハンドリングプレート６を簡単に取除くことができるように、上記ハンドリングプレート６の付け根に、切り口となる凹部１３を設けている。上記凹部１３を設けることにより、上記プローブ１を保持する際の操作性を確保すると共に、半導体検査時に邪魔になる上記ハンドリングプレート６を容易に取除くことが可能となる。

上記プローブ１は、図２の正面図に示すように、中間層８を外層９で挟み込んだ３層構造である。上記中間層８および上記外層９は、各々上述の実装部３、アーム部４、先端部５、およびハンドリングプレート６の形状に形成されているが、上記中間層８の実装部３の下端（プローブ１がプローブカード１４に実装される時に電極１７と接する部分）は、上記外層９よりも突出しており、上記プローブ１が接合された時に、図１２に示すように、上記外層９の実装部３は電極１７と接しないで、上記中間層８の実装部３の突出している部分である突出部１０が上記プローブカード１４の電極１７と接する状態となる。

次に、上記プローブ１を実装した本発明のプローブカード１４について説明する。上記プローブカード１４は、図５に示すように、テスタ３３のポゴピン３４と接触して接続される外部端子１８と内部配線１９を有するメイン基板１６と、上記メイン基板１６に固定され、上記プローブ１が実装される電極１７が設けられたプローブ基板１５とを備える。テスタ３３とプローブカード１４は図５の状態では離れているが、測定時にはテスタ３３が下降して、ポゴピン３４に外部端子１８が接触する。そして、被検査対象物の電極３５に上記プローブ１の先端部５が接触して測定する。

本発明のプローブカード１４は、プローブ１を狭ピッチで配置するために、隣接するプローブ１の実装部３に対し、異なる２箇所に導電性接合剤７を設けて上記電極１７に接合する。これにより、プローブ１の平面配置は、図６のようになり、隣接するプローブ１の上記導電性接合剤７は、互い違いに配置され、隣接するプローブ１の上記導電性接合剤７同士が接触することがなくなる。

このように、隣接するプローブ１に異なる２箇所に導電性接合剤７を設けて上記電極１７に接合することで、より狭ピッチにプローブ１を配置することが可能となり、例えば、厚さ４０μｍのプローブを６０μｍのピッチで配置することが可能となる。なお、実施の形態では全て、中間層８が外層９から突出している場合を扱っているが、中間層８が外層９から突出していなくても同様の効果が得られることは言うまでもない。

次に、本発明のプローブ１をプローブカード１４に実装する方法について説明する。まず初めに、プローブ実装の際に使用するプローブハンド機構２について説明する。上記プローブハンド機構２は、ヒーター（図示せず）を内蔵し、図３に示すように、その側面に、上記プローブ１の上記ハンドリングプレート６を吸着するプローブ吸着用穴１１、および上記プローブ１を吸着する際に使用するプローブ位置決めピン１２が設けられている。また、上記プローブ１の加熱温度を管理するための温度センサーを内蔵することも可能である。

上記プローブハンド機構２を用いて、上記プローブ１をプローブカード１４に実装する。初めに、図４に示すように、上記プローブハンド機構２で、上記プローブ１を保持する。この時、上記プローブ位置決めピン１２により、上記プローブハンド機構２において上記プローブ１の位置決めを行い、上記プローブ１の上記ハンドリングプレート６を、上記吸着用穴１１で吸着して、上記プローブハンド機構２で上記プローブ１を保持する。

次に、上記プローブハンド機構２が移動して、図７に示すように、上記プローブ１を、プローブカード１４のプローブ基板１５に設けられた電極１７の上方に移動させ、位置決めを行う。そして、プローブカード１４全体を予備加熱するとともに、上記プローブハンド機構２が内蔵する上記ヒーターにより、上記プローブ１の上記ハンドリングプレート６に熱を加え上記プローブ１を加熱して、上記プローブ１の実装部３の２箇所に設けられた導電性接合剤７を融解した後に、図８に示すように上記プローブ１を上記電極１７に押し当てる。

次に上記プローブ１の加熱条件について説明する。上記導電性接合剤７として鉛フリーはんだを用いると、上記プローブ１を加熱して２８０℃～３５０℃に保つ必要がある。さらに、上記プローブ１の加熱温度は、上記プローブ１の実装部３での温度とする必要があるので、上記プローブハンド機構２の内臓ヒーターにより加熱される上記プローブ１の上記ハンドリングプレート６は、上記温度（２８０℃～３５０℃）以上に加熱する必要がある。その一例として、約５００℃で約３秒間、上記ハンドリングプレート６を加熱すると、上記プローブ１の上記実装部３は３００℃付近まで上昇し、上記加熱温度（２８０℃～３５０℃）の範囲内となり、はんだを溶解するのに適した温度となる。

上述のような温度条件で上記プローブ１を加熱し、上記実装部３に設けられた上記導電性接合剤７を融解する。そして、予備加熱されたプローブカードの上記電極１７に押し当て、上記導電性接合剤７が上記電極１７になじんだ直後に、上記プローブ１への加熱を終了する。このように、実装時に適切な温度管理を行うことにより、周囲のプローブへの影響をできるだけ少なくすることが可能となる。

このようにして、上記プローブ１への加熱が終了した後に、図９に示すように、エアブロー等により再実装部分を局所冷却する。これにより、さらに効果的に周囲のプローブへの熱影響を抑えることが可能となる。局所冷却完了後、図１０に示すように、上記プローブハンド機構２による上記プローブ１の保持を解除し、最後に、図１１に示すように、不要となった上記ハンドリングプレート６を上記プローブ１から取除く。このように上記ハンドリングプレート６を除去すると、プローブ１のアーム部４には、破断された跡が残ることとなる。実装部３にハンドリングプレート６を設けている場合には、実装部３に破断された跡が残ることとなる。上記凹部１３が設けてあることにより、簡単に上記ハンドリングプレート６を上記プローブ１本体から取除くことができる。このようにして、プローブ１の電極１７への接合が完了する。

上記プローブ１の接合時、図１２に示すように、導電性接合剤７は、上記中間層８の上記突出部１０と上記外層９の下端との間に生じた段差に充填され、充填された残りが上記プローブ１の両側へと広がる。従来であれば、上記導電性接合剤７のほとんどが上記プローブ１の両側へと広がっていたが、上述のように本発明のプローブ１は、上記導電性接合剤７の一部が上記突出部１０と上記外層９の下端との間に生じた段差に充填されるので、上記プローブ１の両側に広がる上記導電性接合剤７の量は少なくなり、広がる幅も小さくなり、隣接するプローブの間隔を従来よりも狭くすることができる。

次に、第２の実施形態のプローブ２０について図を用いて詳しく説明する。第２の実施形態のプローブ２０は、第１の実施形態のプローブ１の突出部１０を、独立した２つの突出部１０’としたものである。

図１３（ａ）に示すように、第２の実施形態のプローブ２０は、実装部３、上記実装部３から延在しバネ性を有するアーム部４、上記アーム部４の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部５、および上記実装部３から延びているハンドリングプレート６から構成され、中間層８’を外層９で挟み込んだ３層構造である。

上記中間層８’および上記外層９は、各々上述の実装部３、アーム部４、先端部５、およびハンドリングプレート６の形状に形成されているが、上記中間層８の実装部３の下端（プローブカードに接合時にプローブカードの電極と接する部分）は、上記外層９よりも突出した２箇所の突出部１０’が設けられている。そして、上記２箇所の突出部１０’に導電性接合剤７を設けて、プローブカード１４’に実装する。実装方法については、第１の実施形態で説明したのと同じ手順で行う。

本実施形態では、突出部１０’が２箇所に設けられ、２つの突出部１０’の間は空間が生じているので、上記プローブ２０を実装する際に、加熱された上記導電性接合剤７が上記プローブ２０の両側だけでなく、２つの突出部１０’の間にも流れ出るので、上記導電性接合剤７が上記プローブ２０の両側へ流出する量はさらに少なくなり、隣接するプローブ２０の間隔をより狭くすることが可能となる。

第２の実施形態のプローブ２０を実装したプローブカード１４’について説明する。上記プローブカード１４’は、さらにプローブ２０を狭ピッチで配置するために、上記突出部１０’を異なる２箇所に設けた２種類のプローブ２０，２０’を用いる。第２の実施形態のプローブカード１４’は、第１の実施形態のプローブカード１４と同様に、テスタと接続される外部端子１８と内部配線１９を有するメイン基板１６と、上記メイン基板１６に固定され、上記プローブ１が実装される電極１７が設けられたプローブ基板１５とを備える。

上記プローブカード１４’に実装するプローブとして、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、互いに異なる２箇所に上記突出部１０’を設けたプローブ２０，２０’を用意する。この２種類のプローブ２０，２０’を交互にプローブカード１４’に実装する。そうすると、２種類のプローブ２０，２０’の平面配置は、図１４のようになり、隣接するプローブ２０，２０’の上記導電性接合剤７は、互い違いに配置され、隣接するプローブ２０，２０’の上記導電性接合剤７同士が、接触する範囲が少なくなる。

このように、上記突出部１０’の位置が異なる２種類のプローブ２０，２０’を交互に配置することで、より狭ピッチにプローブ２０，２０’を配置することが可能となる。

２つの突出部１０’を設けた場合に、プローブカード１４’の電極１７とプローブ２０，２０’の実装部３との接触範囲が少なくなり、接合時に加わる荷重に対して強度不足の問題があるので、その場合、図１５に示すように、２つの突出部１０’の間に梁２１を設ける。上記梁２１はプローブ２０を構成する３層の内、２つの外層９および中間層８’のいずれかに設けることができる。このような梁２１を設けることで実装時の強度不足を解消することができる。

次に、第３の実施形態のプローブ２０’’について説明する。図１６に示すのが第３の実施形態のプローブ２０’’の側面図である。第３の実施形態のプローブ２０’’は、第２の実施形態のプローブ２０と同様に２つの突出部２２，２３が設けられているが、１つの突出部２２をプローブカードとの接合に用いる接合部２２とし、もう１つの突出部２３をプローブカードとの接合には用いない単なる支えとして用いる支持部２３とする。その他の構造は第２の実施形態のプローブ２０と同じ構造とする。

従って、本実施形態のプローブ２０’’をプローブカード１４’’に実装する時には、図１７に示すように、導電性接合剤７を上記接合部２２だけに設けてプローブカード１４’’に接合する。１つの接合部２２を固定することでプローブ２０’’をプローブカード１４’’に実装できるが、1つの接合部２２だけだと実装時に不安定で精度が悪くなるので、上記支持部２３を設けることで実装時の安定性を高めている。

また、第２の実施形態のプローブ２０と同様に、実装時に加わる荷重に対して強度不足の問題があるので、その場合、図１８に示すように、接合部２２と支持部２３の間に梁２１’を設ける。上記梁２１’はプローブ２０’’を構成する３層の内、２つの外層９および中間層８’のいずれかに設けることができる。このような梁２１’を設けることで実装時の強度不足を解消することができる。

次に、第４の実施形態のプローブ３０について説明する。本実施形態のプローブ３０は、第３の実施形態のプローブ２０’’の中間層８’に、銅ライン２４を設けて、熱伝導率を高めたものである。

第４の実施形態のプローブ３０は、図１９に示すように、実装部３、上記実装部３から延在しバネ性を有するアーム部４、上記アーム部４の先端に設けられ被検査対象物の電極１７に接触する先端部５、および上記実装部３から延びているハンドリングプレート６から構成され、中間層８’’を外層９で挟み込んだ３層構造である。

さらに、第３の実施形態と同様に、中間層８’’に２つの突出部２２，２３を形成し、プローブカード２５との接合に用いる接合部２２と、プローブカード２５との接合には用いない単なる支えとして用いる支持部２３とする。そして、上記接合部２２に導電性接合剤７を設けてプローブカード２５の電極１７に接合し実装する。

さらに、本実施形態のプローブ３０では、上記中間層８’’に、図２０に示すような、ハンドリングプレート６から実装部３の上記接合部２２へと延びる銅ライン２４を設ける。この時、上記ハンドリングプレート６の部分の銅ライン２４には抜きを設けている。

本実施形態のプローブ３０のプローブカード２５への実装方法は、第３の実施形態のプローブ２０’’と同じ方法で、上記接合部２２に導電性接合剤７を設け、プローブカード２５の電極１７に接合する。この時、上記ハンドリングプレート６に加えられた熱は、上記銅ライン２４を通じて上記接合部２２へと伝えられるので、銅ライン２４を設けていない他の実施形態のプローブよりも効率良く熱が伝えられることとなり、導電性接合剤７のぬれ性が改善され、必要以上に上記ハンドリングプレート６を加熱することなくプローブ３０を実装することができる。

上述のように、上記ハンドリングプレート６の部分の銅ライン２４に抜きを設けるのは、銅ライン２４が膨張係数の異なる銅以外の材質で構成される上記中間層８’’の銅ライン２４以外の部分および上記外層９に囲まれることにより、プローブ３０が変形することを防止するためであり、抜きを設けることで余分な銅ライン２４を省略することで変形をできるだけ少なくしている。また、上記ハンドリングプレート６と実装部３が接続されている首部２６のサイズを変えることで、上記接合部２２への熱供給量を調整することも可能である。

このような銅ライン２４は、上述の第１及び第２の実施形態のプローブにも設けることが可能であり、その場合、実装部３で銅ラインを枝分かれさせて２箇所に熱を伝える構造とする。

続いて、上記プローブ３０を実装したプローブカード２５について説明する。上記プローブ２０はプローブカード２５の電極１７に実装するが、これまで説明してきたプローブカードでは、プローブ基板１５に直接電極１７を設けてプローブを接合していた。

しかし、本実施形態では、図２１に示すように、上記プローブ基板１５に電極１７を設ける際に、上記プローブ基板１５の表面に予めガラスコートうわぐすりであるグレーズ処理を行い、形成されたグレーズ２７の上に電極１７を設ける構造とする。これは、上記プローブ３０を実装する際に加えられる熱が、電極１７を通して上記プローブ基板１５に伝達され、接合部に十分な熱量が確保されないという問題を解消するためである。

例えば、セラミック基板のプローブ基板１５を用いた場合に、プローブ基板１５上に直接設けられた電極１７にプローブ３０を接合する際に、上記セラミック基板の熱伝導率の高さから導電性接合剤７に加えられた熱は電極１７からセラミック基板へと逃げるので、接合に必要な熱量が得られなくなる可能性があった。本実施形態のプローブ３０のように、熱伝導率が低いグレーズ２７をプローブ基板１５と電極１７の間に設けることで、熱の逃げを抑制することができる。

続いて、グレーズ処理の方法について説明する。熱伝導率が高いセラミック基板等のプローブ基板１５の表面にグレーズ２７を塗布する。グレーズ２７の塗布範囲は最低限として電極１７の下を覆う範囲でよいが、プローブ基板１５の全体に塗布しても良い。グレーズ塗布後に６００～７００℃で焼結する。その後、電極１７を形成する。その後のプローブ４０の実装方法は上述のようなこれまでの方法と同じでよい。

このように、グレーズ処理を行うことは、単に熱伝導率を低下させるだけでなく、プローブ基板の表面を平滑にし、プローバー等のパターン認識を容易にさせる効果もある。

また、図２２に示すように上記プローブ３０の中間層８’’の実装部３のアーム部４が接続されている付近に、開口２８を設けて、プローブ３０の接合時の熱が上記アーム部４へと伝わり悪影響を与えるのを防止することもできる。

次に、第５の実施形態のプローブ３０’について説明する。本実施形態のプローブ３０’は、第４の実施形態のプローブ３０の銅ライン２４の変わりに、ヒートパイプ構造を用いるものであり、その他の構造については、第４の実施形態と同じである。

上記ヒートパイプ構造は、中間層８’’’の、図２３に斜線で示す範囲を中空構造として、その中に、ウィック構造と常温では固体の作動流体を設け、超熱伝導構造としたものである。このようなヒートパイプ構造により、銅ライン２４を設けた場合と同じように、ハンドリングプレート６から接合部２２への熱伝導率を向上させ、導電性接合剤のぬれ性が改善される。

このように、本発明のプローブは、従来のプローブの交換および実装の際に、熱によって生じる問題を解決し、さらに、ハンドリングが容易で、より狭ピッチの配置が可能なプローブおよびプローブカードが実現できる。

次に、第６の実施形態のプローブ１’について説明する。本実施形態のプローブ１’は、第１の実施形態のプローブ１の突出部１０の突出量を小さくし、先端部５の中間層も突出させたものである。図２５に示すように、本実施形態のプローブ１’は、中間層８を外層９で挟み込んだ３層構造であり、図２４、２５に示すように、上記中間層８の実装部３の下端は、上記外層９よりも少し突出した突出部３６を形成し、上記中間層８の先端部５の先端は上記外層９よりも突出した突出部３７を形成している。上記先端部５の突出部３７が被検査対象物の電極３５に接触する。

本実施形態のプローブ１’をプローブカード４０に実装する際には、他の実施形態のプローブとは異なり、突出部３６だけをプローブカード４０の電極４１に接触させて接合するのではなく、突出部３６と２つの外層９のどちらかの底面３８を電極４１に接触させて接合する。

このような状態でプローブ１’を電極４１に接合させると、図２６（ａ）に示すように、外層９のどちらかに傾いた状態（本実施形態では右側に傾いた状態）でプローブ１’は接合される。このようにプローブ１’をプローブカード４１に実装する際に、隣接するプローブ１’を、同じ方向に（図２６では右側に）傾くように接合すると、図２６（ｂ）に示すように、隣接する全てのプローブ１’の傾く方向および傾く量が一致するので、プローブ基板１５からプローブ１’の先端部５までの距離が一定となり、先端部５の位置を揃えることが可能となり、プローブ１’の位置精度が高くなり、また、隣接するプローブ１’が傾きにより接触してショートするのを防止することが可能となる。ただし、プローブカード４１に実装する全てのプローブ１’の傾く方向を一致させるのではなく、プローブ１’の配置に合わせて、例えば、各列ごと、あるいは、あるブロックごとにプローブ１’の傾く方向を変えることも可能である。

次に、これまで説明してきたプローブを用いて、プローブカード１４に実装済みのプローブ１を除去する方法について説明する。ここでは、第１の実施形態で説明したプローブ１およびプローブカード１４を用いて説明する。

プローブカード１４を繰り返し使用していると、プローブ１が破損する場合がある。この時、破損したプローブ１を除去し、新たなプローブ１を実装しなければならない。新たなプローブ１を実装する方法は、これまで述べてきたプローブの実装方法を用いればよいが、新たなプローブ１を実装する前に、破損したプローブ１を除去する必要がある。

そこで、破損したプローブ１を除去する時に、未実装のプローブ３１を用いることで、従来よりも簡単に除去することができる。未実装のプローブ３１をプローブハンド機構２によって保持する。この時、プローブ位置決めピン１２により、上記プローブハンド機構２において未実装のプローブ３１の位置決めを行い、未実装のプローブ３１のハンドリングプレート６を吸着用穴１１で吸着して、プローブハンド機構２で未実装のプローブ３１を保持する。

次に、上記プローブハンド機構２が移動して、図２７に示すように、未実装のプローブ３１を、交換が必要となったプローブ１の上方に移動させ、位置決めを行う。そして、図２８に示すように、未実装のプローブ３１の実装部３を、実装済みで交換が必要なプローブ１のアーム部５に押し当てた状態で、上記プローブハンド機構２が内蔵するヒーターにより、未実装のプローブ３１のハンドリングプレート６に熱を加えて未実装のプローブ３１を加熱して、未実装のプローブ３１の実装部３の２箇所に設けられた導電性接合剤３２を融解する。

ここでは、実装済みのプローブ１の導電性接合剤７としてＳｎ－Ｐｂ系半田を用い、未実装のプローブ３１に設けられた導電性接合剤３２として、Ｓｎ－Ｐｂ系半田よりも融点が高い、Ｓｎ－Ａｇ系半田を用いている。これにより、未実装のプローブ３１が加熱されると、その熱は実装済みのプローブ１に伝達され実装済みのプローブ１を接合していた導電性接合剤７も溶融される。

上記ハンドリングプレート６の加熱温度を低下させて未実装のプローブ３１を上記実装済みのプローブ１と接合させる。この時、低下させる加熱温度を上記導電性接合剤７の融点と上記導電性接合剤３２の融点の間の温度にまで低下させると、未実装のプローブ３１と実装済みのプローブ１は、上記導電性接合剤３２によって接合され、上記導電性接合剤７は溶融した状態となっている。

このような状態で、上記プローブハンド機構２によって未実装のプローブ３１に力を加えて捻ると、実装済みのプローブ１も捻られて、図２９に示すように、上記プローブカード１４から実装済みのプローブ１が除去される。この時、上述のように、上記導電性接合剤７が溶融していると簡単に除去することができる。

また、上記導電性接合剤３２と上記導電性接合剤７が同じ融点の場合には、プローブハンド機構２による加熱温度を低下させるときに、加熱を停止して完全に未実装のプローブ３１と実装済みのプローブ１を接合させた状態で、プローブカード１４を加熱しておき、実装済みのプローブ１を除去し易くすることも可能である。

このようにして、実装済みのプローブ１を除去した後に、新たなプローブ１をこれまで説明してきた方法でプローブカード１４に実装すると、プローブ１の交換が完了する。

このように、本発明のプローブカードに実装済みのプローブの除去方法により、実装済みのプローブを従来よりも、他のプローブに与える影響を少なくして、簡単に除去することができる。

符号の説明

１、１’　プローブ
２　　　　プローブハンド機構
３　　　　実装部
４　　　　アーム部
５　　　　先端部
６　　　　ハンドリングプレート
７　　　　導電性接合剤
８、８’、８’’、８’’’　中間層
９　　　　外層
１０、１０’　突出部
１１　　　プローブ吸着用穴
１２　　　プローブ位置決めピン
１３　　　凹部
１４、１４’、１４’’　プローブカード
１５　　　プローブ基板
１６　　　メイン基板
１７　　　電極
１８　　　外部端子
１９　　　内部配線
２０、２０’、２０’’　プローブ
２１、２１’　梁
２２　　　接合部
２３　　　支持部
２４　　　銅ライン
２５　　　プローブカード
２６　　　首部
２７　　　グレーズ
２８　　　開口
３０　　　プローブ
３１　　　未実装のプローブ
３２　　　導電性接合剤
３３　　　テスタ
３４　　　ポゴピン
３５　　　電極
３６　　　突出部
３７　　　突出部
３８　　　底面
４０　　　プローブカード
４１　　　電極

Claims

プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部から構成されるプローブであって、
中間層の両側に外層を配置した３層構造であり、上記中間層の実装部は上記プローブカードの電極と接する部分が２つの外層よりも突出していることを特徴とするプローブ。
プローブを加熱するプローブハンド機構に保持されるハンドリングプレートを設けたことを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
上記中間層が上記外層よりも突出している部分を２つの突出部として形成し、２つの突出部が上記プローブカードの電極と接合されることを特徴とする請求項１または２に記載のプローブ。
上記中間層が上記外層よりも突出している部分を２つの突出部として形成し、１つの突出部を上記プローブカードの電極と接合される接合部とし、残りの１つの突出部を上記プローブカードの電極と接するだけの支持部とすることを特徴とする請求項１または２に記載のプローブ。
上記中間層の２つの突出部の間に梁を設けることを特徴とする請求項３または４に記載のプローブ。
上記中間層に、上記ハンドリングプレートから上記突出部まで、熱の通り道となる銅ラインを設けたことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載のプローブ。
上記中間層に、上記ハンドリングプレートから上記突出部まで、熱の通り道となるヒートパイプ構造を用い、上記ヒートパイプ構造がウィック構造と常温では固体の作動流体から構成されることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載のプローブ。
上記先端部の中間層を突出させて被検査対象物の電極と接触させることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のプローブ。
プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部から構成されるプローブを複数実装したプローブカードあって、
テスタと接続される外部端子を有するメイン基板と、上記メイン基板に接続され、プローブが実装される電極が設けられたプローブ基板とを備え、
上記プローブは中間層の両側に外層を配置した３層構造であり、上記中間層の実装部は上記プローブカードと接する部分が２つの外層よりも突出しており、
隣接するプローブの実装部に対し、異なる２箇所に導電性接合剤を設けて上記電極と接合することを特徴とするプローブカード。
プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部から構成されるプローブを複数実装したプローブカードあって、
テスタと接続される外部端子を有するメイン基板と、上記メイン基板に接続され、プローブが実装される電極が設けられたプローブ基板とを備え、
上記プローブは中間層の両側に外層を配置した３層構造であり、上記中間層の実装部は上記プローブカードと接する部分が２つの外層よりも突出した２つの突出部が設けられ、
上記突出部の位置が異なる２種類のプローブを交互に配置して上記電極に接合したことを特徴とするプローブカード。
上記プローブの実装部あるいはアーム部に、プローブを加熱するプローブハンド機構に保持されるハンドリングプレートが破断された跡が残っていることを特徴とする請求項９または１０に記載のプローブカード。
上記中間層の２つの突出部の間に梁を設けたことを特徴とする請求項９または１０に記載のプローブカード。
上記プローブ基板の表面にグレーズ処理を行った後、電極が設けられていることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載のプローブカード。
プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部から構成されるプローブを複数実装したプローブカードあって、
テスタと接続される外部端子を有するメイン基板と、上記メイン基板に接続され、プローブが実装される電極が設けられたプローブ基板とを備え、
上記プローブは中間層の両側に外層を配置した３層構造であり、上記中間層の実装部は上記プローブカードの電極と接する部分が２つの外層よりも突出しており、
プローブの突出した中間層および上記外層のいずれか１層の下端部を上記電極に接触させて、隣接するプローブを同じ向きに傾いた状態で接合したことを特徴とするプローブカード。
プローブカードに実装されたプローブを未実装のプローブを用いて除去する方法であって、
実装済みのプローブは、プローブカードの電極に実装された実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部を備え、
除去に使用する未実装のプローブは、プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部、およびプローブを加熱するプローブハンド機構に保持されるハンドリングプレートを備え、
プローブハンド機構によって、実装部に導電性接合剤を設けた未実装のプローブを保持し、未実装のプローブの実装部をプローブカードに実装済みのプローブのアーム部に接触させ、上記プローブハンド機構によって上記未実装のプローブのハンドリングプレートを加熱して上記未実装のプローブに設けた導電性接合剤を溶融した後、上記ハンドリングプレートの加熱温度を低下させて上記未実装のプローブを上記実装済みのプローブと接合させ、上記未実装のプローブと上記実装済みのプローブが接合された状態で上記プローブハンド機構によって上記未実装のプローブに力を加えることにより、上記未実装のプローブに接合された上記実装済みのプローブをプローブカードから除去することを特徴とする実装済みプローブの除去方法。
上記未実装のプローブに設ける導電性接合剤は、上記実装済みのプローブをプローブカードに実装する際に用いた導電性接合剤よりも融点が高いことを特徴とする請求項１５に記載のプローブカードに実装済みのプローブの除去方法。
プローブをプローブハンド機構によって保持し、プローブカード基板に実装する方法であって、
上記プローブは、プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部、および上記アーム部あるいは上記実装部に連なるハンドリングプレートから構成されているプローブであって、
上記プローブを実装する際に、上記ハンドリングプレートを上記プローブハンド機構が保持し、
上記プローブ実装後に上記ハンドリングプレートを除去する工程を含むことを特徴とするプローブ実装方法。
上記プローブハンド機構の上記ハンドリングプレートを保持する面には、上記プローブを吸着保持するための吸着用穴を設けていることを特徴とする請求項１７に記載のプローブ実装方法。
上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記プローブの実装部を加熱することを特徴とする請求項１７または１８に記載のプローブ実装方法。
上記プローブの実装部が、上記プローブの固定用の導電性接合剤を有することを特徴とする請求項１９に記載のプローブ実装方法。
上記プローブを実装する上記プローブカード基板の表面電極が、導電性接合剤を有することを特徴とする請求項１９または２０に記載のプローブ実装方法。
上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記ハンドリングプレートの熱が上記プローブ実装部を加熱し、さらに、上記プローブ実装部の熱が上記プローブカード基板の表面電極の上記導電性接合剤を加熱することを特徴とする請求項２１に記載のプローブ実装方法。
上記プローブを実装する際に、上記アーム部を局所冷却することを特徴とする請求項１７から２２のいずれか１項に記載のプローブ実装方法。