CN110050194A - 接触式探针和电连接夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种接触式探针，其降低了在高温环境下进行探测后的收缩量而改善了耐久性。接触式探针1包括具有线圈状弹簧结构11a的Ni管11。Ni管11含有0.5重量％～10重量％的P。

Description

接触式探针和电连接夹具
技术领域
本发明涉及一种接触式探针及电连接夹具。
背景技术
在各个技术领域中会进行通电检查。作为进行通电检查者，例如有半导体集成电路、平板显示器(flat panel display)等电子元件(device)基板、电路配线基板等。所述检查是使用具备多个接触式探针(contact probe)的检查装置，使接触式探针接触至检体的电极来进行。检体的小型化、高密度化、高性能化的推进中，对于接触式探针也要求微细化。
日本专利第4572303号公报中，公开有一种通电检查夹具用接触件的制造方法。所述制造方法是在芯材的外周通过镀敷而形成镀金层之后，在所形成的镀金层的外周通过电铸而形成Ni电铸层。进而，在Ni电铸层的一部分，利用借助光刻(photolithography)的图案化(patterning)而形成弹簧(spring)结构。随后，保持使镀金层残留于Ni电铸层的内周的状态而仅去除芯材。根据所述制造方法，可精度更高、更精密地制造具备电铸制弹簧结构的极细且薄壁的通电检查夹具用接触件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4572303号公报
发明内容
所述通电检查有时会在120℃以上的高温环境下进行。本发明人等明确了，在具有弹簧结构的接触式探针中存在下述问题，即：若在高温环境下进行探测(probing)，则弹簧的全长会收缩至无法容许的程度。其是指：若具有弹簧结构的部分(弹簧部)在高温环境下使用，则当弹簧部从收缩状态解放时，不恢复至原本的弹簧形状，而弹簧长度变短。
本发明的目的在于提供一种接触式探针，即使在高温环境下进行探测的情况下，也可降低探测后的收缩量而改善耐久性。
依据本发明的一实施方式的接触式探针包括具有线圈状弹簧结构的Ni管(pipe)。所述Ni管含有0.5重量％～10重量％的P。
依据本发明的一实施方式的接触式探针优选的是，Ni管的P含有率为1重量％～5重量％。
依据本发明的一实施方式的接触式探针进而优选的是，Ni管的P含有率为2重量％～4重量％。
依据本发明的一实施方式的接触式探针也可还包括连接于Ni管的柱塞(plunger)。
依据本发明的一实施方式的电连接夹具优选的是，包括所述接触式探针中的任一个。
附图说明
图1是利用本发明的一实施方式的接触式探针的侧面图。
图2是表示Ni管的制造方法的一例的流程图。
图3A是用于说明Ni管的制造方法的图。
图3B是用于说明Ni管的制造方法的图。
图3C是用于说明Ni管的制造方法的图。
图3D是用于说明Ni管的制造方法的图。
图4是利用变形例的接触式探针的侧面图。
图5是高温环境下的耐久性评价测试中所用的夹具(壳体)的立体图。
图6是示意性地表示测试中的状态的图。
图7A是沿着图6的VII-VII线的剖面图。
图7B是沿着图6的VII-VII线的剖面图。
图8是表示评价温度与收缩量的关系的图表。
图9是表示具备接触式探针的电连接夹具的一例的图。
具体实施方式
本发明人等对在包括具有线圈状弹簧结构的Ni管的接触式探针中，降低在高温环境下反复进行探测后的收缩量的方法进行了研究。其结果发现，通过使Ni管中含有0.5重量％～10重量％的P(磷)，便可降低收缩量。
本发明是基于所述见解而完成。以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。对于图中相同或相当的部分标注相同的符号并不再重复其说明。各图所示的构成构件间的尺寸比未必表示实际的尺寸比。
[接触式探针的结构]
图1是利用本发明的一实施方式的接触式探针1的侧面图。接触式探针1具备Ni管11与柱塞12。
接触式探针1可适宜地用作电连接夹具的接触式探针，所述电连接夹具将在被检查物上设定的检查点、与对被检查物进行检查的检查装置予以电性连接。电连接夹具例如可例示：可插拔地收容集成电路(Integrated Circuit，IC)或大规模集成电路(LargeScale Integration，LSI)以实施电气检查的IC插座(socket)；或将基板与基板检查装置予以电性连接的基板检查用夹具；或将半导体晶片(wafer)与半导体检查装置予以电性连接的探针卡(probe card)。图9中，作为具备接触式探针1的电连接夹具的一例，表示探针卡100的结构例。所谓探针卡，是指在LSI的检查步骤中，用于形成于硅晶片上的LSI芯片(chip)的电气检查的夹具。探针卡具有如安装于晶片探针(未图示)的，将LSI芯片的电极与作为测定器的LSI测试器(tester)予以连接的连接器那样的作用。使接触式探针1接触至LSI芯片的电极，从而进行电气检查，而进行优劣判定。图9只不过是例示，具备接触式探针1的电连接夹具并不限定于此。
Ni管11例如为大致圆筒形状，其至少一部分具有线圈状弹簧结构11a。本实施方式并不限定于此，但在Ni管11为外径32μm～500μm、壁厚2μm～50μm左右的极细/极薄管的情况下尤其适合。
Ni管11例如是通过电镀而形成。Ni管11含有0.5重量％～10重量％的P(磷)。Ni管11的组成(P含有比率)的详细将后述。
柱塞12是由导电体所形成，例如具有大致圆柱形状。柱塞12的材质例如为铂、铑或他们的合金、或者在镀镍之上实施镀金的钨或者铍-铜合金。
图1所示的示例中，柱塞12的前端为锥形(taper)形状。然而，柱塞12的前端的形状为任意，可根据用途而设为各种形状，例如半圆形状、平坦形状、王冠形状等。
Ni管11与柱塞12在将柱塞12插通至Ni管11的状态下，例如以图1的符号A所示的部分而连接。连接方法例如为铆接、熔接、粘着。
根据所述结构，当检体接触至柱塞12的前端而朝Ni管11方向受到按压时，Ni管11的线圈状弹簧结构11a的部分收缩，通过所述部分的复原力，柱塞12的前端与检体以规定的压力而接触。由此，可使接触式探针1与检体弹性接触。
接触式探针1也可在Ni管11的内周还具备含金层。
[接触式探针1的制造方法]
接触式探针1如上所述，可通过使Ni管11与柱塞12在将柱塞12插通至Ni管11内部的状态下予以连接而制造。以下，参照图2及图3A～图3D来详细说明Ni管11的制造方法的一例。但是，Ni管11的制造方法并不限定于此。
图2是表示Ni管11的制造方法的一例的流程图。所述制造方法具备形成Ni电铸层的步骤(步骤S1)、对Ni电铸层进行图案化的步骤(步骤S2)、及去除芯材的步骤(步骤S3)。
首先，准备芯材15(参照图3A)。芯材15例如是不锈钢或铝等的金属线。在芯材15的外周，通过电镀而形成Ni电铸层10(参照图3B)。Ni电铸层10的厚度并无特别限定，但例如为2μm～50μm。电镀的方法并无特别限定，可使用通常的方法。
Ni电铸层10含有0.5重量％～10重量％的P。要使Ni电铸层10含有P，例如只要在镀敷液中调配磷酸或亚磷酸等磷化合物即可。例如，在后述的实施例中，在镀敷液中调配亚磷酸。可使用例如亚磷酸的调配量以在镀敷液中成为35.0g/L以下的调配量的方式来制备而成者。
对Ni电铸层10进行图案化，以形成具有线圈状弹簧结构11a的Ni管11(参照图3C)。所述图案化例如可使用光刻技术来进行。具体而言，首先，在Ni电铸层10(图3B)的外周形成抗蚀剂层(未图示)。然后，一边使芯材15旋转，一边使激光(laser)进行曝光，在抗蚀剂层上形成螺旋状的槽条。将残留于Ni电铸层10外周的抗蚀剂层作为遮盖(masking)材来对Ni电铸层进行蚀刻(etching)。由此形成线圈状弹簧结构11a。
形成线圈状弹簧结构11a后，去除芯材15(参照图3D)。对于芯材15的去除，例如只要从一侧或两侧拉伸芯材15而使其变形，以使芯材15的剖面积变小，在此状态下抽拉芯材15即可。
通过以上的步骤，可制造Ni管11，所述Ni管11具有线圈状弹簧结构11a，且含有0.5重量％～10重量％的P。
另外，优选的是，在形成Ni电铸层10之前，在芯材15的外周通过镀敷等而薄薄地形成含金层(未图示)。含金层的厚度例如为0.2μm～1μm。即，优选为，在芯材15的外周形成含金层，在含金层的外周形成Ni电铸层10。通过形成含金层，可抑制在进行图案化(步骤S2)时蚀刻液蔓延至Ni电铸层10的内周。而且，可在芯材15为不锈钢制的情况下，利用不锈钢与含金层的密接性差，在去除芯材(步骤S3)时，保持使含金层残留于Ni电铸层10的内表面的状态，而容易抽拉芯材15。
在芯材15的外周形成含金层的情况下，作为芯材15，也可使用尼龙(nylon)、聚乙烯(polyethylene)等的合成树脂线。此时，只要通过无电解电镀来形成含金层即可。而且，芯材15的去除(步骤S3)可通过浸渍于强碱液等中来进行。
以上，对Ni管11的制造方法的一例进行了说明。本例中，对通过电铸来制造Ni管11的情况进行了说明。然而，Ni管11也可通过电铸以外的方法而制造。
[Ni管11的组成]
Ni管11含有0.5重量％～10重量％的P(磷)。通过含有0.5重量％～10重量％的P，可抑制在高温环境下进行探测后的接触式探针1的收缩。
Ni管11中的P含有比率可通过适宜增减镀敷液中所调配的磷化合物(例如，亚磷酸)的量来调整。
Ni管11的P含有量是通过能量分散X射线分析(Energy Dispersive X-rayanalysis，EDX)来测定Ni管11的表面。所述测定方法是设定Ni管11的规定的点(point)，并通过多个点的平均来算出。规定的点并无特别限定，但例如也可设定为沿Ni管11的长度方向等间隔地规定的点。而且，也可如图1所示，从线圈状弹簧结构11a与夹着所述线圈状弹簧结构11a而形成的两个筒状部分别设定一个或一个以上的点。具体而言，在Ni层露出的状态下对表面进行EDX测定。在测定前，对于对象物的表面进行乙醇(ethanol)清洗。对于测定，例如可使用将扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)与EDX组合而成的装置。电子束(beam)设为25kV、80μA。P含有量例如是沿长度方向(管轴方向)测定5点，并作为其平均值而算出。
Ni管11的P含有率优选为0.5重量％～7重量％，更佳为1重量％～5重量％。通过将P含有量设为所述范围，从而可进一步降低收缩量。Ni管11的P含有率进而优选为2重量％～4重量％。
如后所述，Ni管11实质上不含P的接触式探针难以在125℃以上的环境下使用。与此相对，若将Ni管11的P含有率设为0.5重量％～10重量％，则可制成即使在125℃为止的温度环境下也可使用的接触式探针。若将Ni管11的P含有率设为0.5重量％～7重量％，则可制成即使在140℃为止的温度环境下也可使用的接触式探针。若将Ni管11的P含有率设为1重量％～5重量％，则可制成即使在150℃为止的温度环境下也可使用的接触式探针。若将Ni管11的P含有率设为2重量％～4重量％，则可制成即使在220℃为止的温度环境下也可使用的接触式探针。Ni管11的P含有率与接触式探针的可使用温度的关系将在实施例的项目中详述。
在制造步骤中混入的杂质等越少越佳。但是，也可添加追加元素。
以上，对本发明的一实施方式的接触式探针1的结构、制造方法及Ni管11的组成进行了说明。根据具有所述Ni管11的组成的接触式探针1的结构，可降低高温环境下的收缩量。
[接触式探针1的变形例]
图4是接触式探针1的利用变形例的接触式探针2的侧面图。接触式探针2取代接触式探针1的Ni管11(图1)而具备Ni管13。Ni管13也与Ni管11同样，含有0.5重量％～10重量％的P。Ni管13与Ni管11的不同之处在于，具有两个线圈状弹簧结构13a。线圈状弹簧结构13a的数量也可为三个以上。
通过接触式探针2，也可获得与接触式探针1同样的效果。如此，Ni管的线圈状弹簧结构的数量或位置为任意。而且，Ni管的整体也可为线圈状弹簧结构。
实施例
以下，通过实施例来更具体地说明本发明。本发明并不限定于这些实施例。
通过所述[接触式探针1的制造方法]中说明的方法，制造具有线圈状弹簧结构且外径70μm、内径54μm、全长3850μm的Ni管。更具体而言，首先，在不锈钢的芯材的外周形成作为含金层的镀金层。含金层的厚度设为0.2μm。接下来，在含金层的外周通过电镀形成Ni电铸层。在通过光刻对Ni电铸层进行图案化后，保持使含金层残留于Ni电铸层内表面的状态而抽拉出芯材，制成Ni管。线圈状弹簧结构的部分是设于Ni管的长度方向中央。将Ni管的两端部分设为圆筒形状。线圈状弹簧结构的长度为2136μm，设计上的最大行程(stroke)量为330μm，弹簧匝数为24，弹簧的带宽为54μm，弹簧的厚度为8μm。
改变镀敷液中的磷化合物的调配量来制造P含有率不同的Ni管。具体而言，对调配至镀敷液(氨基磺酸镍浴)中的亚磷酸的量进行适当调整，以制造出P含有率分别为1.5重量％、2重量％、3重量％、8重量％的Ni管。而且，作为比较例，使用未调配亚磷酸的镀敷液，制造出P含有量小于检测极限(以下，有时标记为“0重量％”)的实质上为纯Ni的Ni管。另外，在Ni管的P含有量的测定时，使用将SEM(日立高科制SU-1500)与EDX(阿美特克(AMETEK)制爱贝施(APEX)2A10+60)组合而成的装置。比较例的Ni管中，P含有率为0重量％(小于利用EDX的检测极限)。
将外径48μm、全长5800μm的柱塞插入至所述Ni管中。柱塞的其中一个端部设为大致圆锥形状。接下来，将位于靠近柱塞的圆锥形状端部侧的、Ni管的其中一个圆筒部分与柱塞通过电阻熔接予以连接，而制造出接触式探针。所制造出的接触式探针的弹性常数均为约0.125N/mm。
如下述那样评价所制造的接触式探针在高温环境下的耐久性。
图5是高温环境下的耐久性评价测试中所用的夹具(壳体)50的立体图。图6是示意性地表示测试中的状态的图。图7A及图7B是沿着图6的VII-VII线的剖面图。
如图5所示，壳体50为金属制且具有箱形的形状，在一个面上形成有多个用于收容接触式探针1的孔51。如图7A所示，将接触式探针1以柱塞12处于开口侧的方式而收容于孔51中。此时，柱塞12的前端从孔51突出。
将孔51的开口部设为下侧，将壳体50放置于已设定为规定的评价温度的热板(hotplate)60上。从孔51突出的长度被设定为，Ni管11仅收缩大致最大行程量(即330μm)。由此，例如通过将规定重量的重物(未图示)放置于壳体50上，从而可如图7B所示，将接触式探针1保持为仅收缩了最大行程量的状态。
在此状态下保持20小时。保持后，在常温环境下取出接触式探针1，在无负载水平状态下测定接触式探针1的全长。将与保持前的接触式探针的全长之差定义为所述评价温度下的“收缩量”。收缩量越小，意味着高温下的耐久性越高。
各评价温度下的收缩量是对30根接触式探针进行测定，并作为其平均值而求出。本评价测试中，将收缩量为50μm以下(0.05mm以下)设为目标，若收缩量超过50μm，则与通电检查的检体的电极的接触负载下降，电气接触会变得不稳定，因此若收缩量为50μm以下，则判断为可在所述评价温度下使用。
表1示出了针对各评价温度，P含有率不同的收缩量的测定值。另外，表1的空栏表示未实施相应的测定。另外，图8中将这些数值进行绘制，来表示评价温度(横轴)与收缩量(纵轴)的关系。
[表1]
如表1及图8所示，Ni管含有P的接触式探针与不含有P的(P含有率小于利用EDX的检测极限的)接触式探针相比，在进行测定的所有评价温度下，收缩量均小。Ni管含有P的接触式探针可使评价温度125℃下的收缩量为50μm以下。对于不含有P的接触式探针无法设为50μm以下。
含有P的接触式探针与不含有P的接触式探针之间的收缩量之差因评价温度变高而变得更为显著。即，对于不含有P的(P的含有率小于利用EDX的检测极限的)接触式探针而言，随着评价温度变高，收缩量急剧增加。与此相对，对于含有P的接触式探针而言，伴随评价温度上升的收缩量增加平稳。P含有率为8重量％的接触式探针即使在评价温度150℃时，也可使收缩量为50μm以下。P含有率为1.5重量％的接触式探针即使在评价温度160℃时，也可使收缩量为50μm以下。P含有率为2重量％及3重量％的接触式探针即使在评价温度220℃时，也可使收缩量为50μm以下。
根据这些结果可确认：通过使Ni管含有0.5重量％～10重量％的P，优选为含有0.5重量％～7重量％的P，更优选为含有1重量％～5重量％的P，进而更优选为含有2重量％～4重量％的P，从而可提高接触式探针在高温环境下的耐久性。
即，根据本发明的一实施方式，即使在高温环境下进行探测的情况下，也可减少探测后的收缩量，获得耐久性经改善的接触式探针。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。所述实施方式不过是用于实施本发明的例示。因而，本发明并不限定于所述实施方式，可在不脱离其主旨的范围内适当变更所述实施方式而实施。例如，可将接触式探针的外形形状设为棱柱形状。而且，可将柱塞的形状设为棱柱、圆锥、棱锥等形状。
所述申请是以2016年12月16日提出申请的日本专利申请特愿2016-244683为基础的，所述内容包含于本申请中。另外，用于实施发明的实施方式的项目中所实施的具体实施方式或实施例仅为明确本发明的技术内容，本发明不应仅限定于所述具体例来狭义地理解。
符号的说明
1、2：接触式探针
11、13：Ni管
11a、13a：线圈状弹簧结构
12：柱塞
50：壳体
60：热板

Claims (5)

1.一种接触式探针，其包括具有线圈状弹簧结构的Ni管，
所述Ni管含有0.5重量％～10重量％的P。
2.根据权利要求1所述的接触式探针，其中
所述Ni管的P含有率为1重量％～5重量％。
3.根据权利要求1所述的接触式探针，其中
所述Ni管的P含有率为2重量％～4重量％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的接触式探针，还包括：
柱塞，连接于所述Ni管。
5.一种电连接夹具，其包括如权利要求1至4中任一项所述的接触式探针。
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