CN112858744A - 探针 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制筒体与螺旋弹簧的接触的探针。探针(1)具有：筒体(10)，其呈管形状；第1柱塞(20)，其以基端部(21)从筒体(10)的一个开口端插入并且顶端从该一个开口端暴露的状态沿着筒体(10)的轴线方向滑动；以及螺旋弹簧(40)，其配置于筒体(10)的内部，沿筒体(10)的轴线方向对第1柱塞(20)施力。第1柱塞的基端部(21)具有：插入部(211)，其从螺旋弹簧(40)的一端起在螺旋弹簧(40)的内侧延伸；以及头部(212)，其与插入部(211)相连结，该头部(212)的外径比螺旋弹簧(40)的外径大，且抵接于螺旋弹簧(40)的一端。

Description

探针

技术领域

本发明涉及一种用于测量检查对象物的特性的探针。

背景技术

为了在晶圆状态下测量集成电路等检查对象物的特性而使用探针。在使用探针进行的测量中，使探针的一端部与检查对象物的电极相接触，使探针的另一端部与配置于印刷基板等的端子(以下称作“连接盘”)相接触。连接盘与测试器电连接。

探针使用将与检查对象物相接触的小径的柱塞的局部插入到大径的管形状的筒体而成的结构等。例如利用配置于筒体的内部的螺旋弹簧对柱塞施力，使探针以预定的针头压力与检查对象物相接触。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-125903号公报

发明内容

发明要解决的问题

由于检查对象物的电极配置的窄间距化、电极个数的增多，探针进一步细径化、多销化。因此，探针的外径变细，与之相伴随地，需使螺旋弹簧的线径变细。但是，线径越细，螺旋弹簧越容易蜿蜒行进，螺旋弹簧越与筒体的内壁面相接触。其结果是，存在筒体、螺旋弹簧损伤的问题。

鉴于上述问题点，本发明的目的在于提供一种能够抑制筒体与螺旋弹簧的接触的探针。

用于解决问题的方案

根据本发明的一技术方案，提供一种探针，该探针具有：筒体，其呈管形状；第1柱塞，其基端部从筒体的开口端插入，沿着筒体的轴线方向滑动；以及螺旋弹簧，其配置于筒体的内部，沿筒体的轴线方向对第1柱塞施力，第1柱塞的基端部具有：插入部，其从螺旋弹簧的一端起在螺旋弹簧的内侧延伸；以及头部，其与插入部相连结，该头部的外径比螺旋弹簧的外径大，且抵接于螺旋弹簧的一端。

发明的效果

根据本发明，提供一种能够抑制筒体与螺旋弹簧的接触的探针。

附图说明

图1是表示实施方式的探针的结构的示意图。

图2是说明实施方式的探针的保持方法的示意图。

图3是表示测量时的探针的保持状态的示意图(其1)。

图4是表示测量时的探针的保持状态的示意图(其2)。

图5是表示比较例的探针的结构的示意图。

图6是表示在比较例的探针测量时的螺旋弹簧的状态的示意图。

图7是表示在实施方式的探针测量时的螺旋弹簧的状态的示意图。

图8是用于说明实施方式的探针的各部分的直径的示意图。

附图标记说明

1、探针；10、筒体；20、第1柱塞；21、基端部；30、第2柱塞；40、螺旋弹簧；211、插入部；212、头部。

具体实施方式

接着，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的附图的记载中，对于相同或类似的部分标注相同或类似的附图标记。不过，附图是示意性的，应该注意各部分的厚度的比例等与现实不同。另外，在附图相互之间当然也包括彼此的尺寸的关系、比例不同的部分。以下所示的实施方式例示了用于将本发明的技术思想具体化的装置、方法，本发明的实施方式并不将结构零部件的材质、形状、结构、配置等特定为下述的内容。

本发明的实施方式的探针1具有管形状的筒体10、基端部21从筒体10的一个开口端插入的棒形状的第1柱塞20以及配置于筒体10的内部的螺旋弹簧40。第1柱塞20以顶端从筒体10的开口端暴露的状态沿着筒体10的轴线方向滑动。螺旋弹簧40沿筒体10的轴线方向对第1柱塞20施力。

并且，探针1具有基端部31从筒体10的另一个开口端插入的棒形状的第2柱塞30。第2柱塞30以顶端从筒体10的开口端暴露的状态与筒体10相接合。螺旋弹簧40的一端抵接于第1柱塞20的基端部21，另一端抵接于第2柱塞30的基端部31。在图1所示的探针1中，螺旋弹簧40对第1柱塞20和第2柱塞30向使它们彼此远离的方向施力。

图1所示的第1柱塞20为将基端部21、颈部22、第1主体部23、凸缘24以及第2主体部25依次连结起来的结构。第1柱塞20的基端部21具有从螺旋弹簧40的一端在螺旋弹簧40的内侧延伸的插入部211和与插入部211相连结的头部212。外径比螺旋弹簧40的外径大的头部212抵接于螺旋弹簧40的一端。

第1柱塞20以不会从筒体10脱落且基端部21在筒体10的内部没有固定的方式保持于筒体10。例如以第1柱塞20的头部212不会脱落且直径比头部212的直径细的颈部22能够通过的程度的深度，铆接加工出筒体10的第1接合部101。由此，颈部22在第1接合部101中通过，第1柱塞20的基端部21在筒体10的内部滑动，而不会从筒体10脱落。

颈部22在筒体10的内部与直径比颈部22的直径粗的第1主体部23相连结。因此，在筒体10的内部，第1柱塞20借助头部212和第1主体部23这两个点来支承。由此，能够抑制在筒体10的内部的第1柱塞20的倾斜。另外，在第1主体部23与第2主体部25之间配置有直径比第1主体部23和第2主体部25的直径粗的凸缘24。

图1所示的第2柱塞30为将基端部31、颈部32、第1主体部33以及第2主体部34依次连结起来的结构。第2柱塞30的基端部31抵接于配置在筒体10的内部的螺旋弹簧40的一端。

第2柱塞30在第2接合部102与筒体10相接合。例如图1所示那样，通过在直径比基端部31和第1主体部33的直径细的颈部32的位置进行铆接加工，将第2柱塞30固定于筒体10。此外，也可以通过压接、焊接等使第2柱塞30和筒体10接合起来。

如上所述，探针1作为第2柱塞30固定于筒体10并且第1柱塞20在筒体10的内部滑动的一端滑动型的探针发挥功能。

在对测量对象物进行测量时，第1柱塞20的第2主体部25的顶端与测量对象物相连接，第2柱塞30的第2主体部34的顶端与连接盘相连接。并且，在第1柱塞20与第2柱塞30之间，经由筒体10、螺旋弹簧40来传播电信号。因此，筒体10、第1柱塞20、第2柱塞30以及螺旋弹簧40使用传导性的材料。

筒体10使用例如镍(Ni)、镍合金、铜(Cu)、铜合金等导电性的金属材料。此外，也可以对筒体10的内壁面进行镀金处理。另外，第1柱塞20和第2柱塞30使用例如钯(Pd)合金、铜合金等导电性的金属材料。螺旋弹簧40使用硬钢线、钢琴线、不锈钢线等导电性的材料。也可以对螺旋弹簧40的表面进行镀金处理。

探针1例如图2所示那样，由探针头2保持。即，探针1以探针1贯通构成探针头2的多个引导板的状态被保持于探针头2。探针头2的材料使用陶瓷等。

图2例示的探针头2具有底部引导板201、中部引导板202、上部引导板203。第1柱塞20在底部引导板201的引导孔中穿过，第2柱塞30在上部引导板203的引导孔中穿过。并且，筒体10在配置于底部引导板201与上部引导板203之间的中部引导板202的引导孔中穿过。凸缘24的外径比底部引导板201的引导孔的内径粗，凸缘24抵接于底部引导板201。由此，能够防止探针1从探针头2脱落。

在使用探针1进行测量时，如图3所示，第2柱塞30的第2主体部34的顶端与印刷基板3的连接盘301相连接。这时，以第2柱塞30以一定的按压与连接盘301相接触的方式将第2柱塞30按压于连接盘301的预压被施加于探针1。通过预压，第2柱塞30的从探针头2的上表面暴露的部分变短。这时，第1柱塞20的凸缘24被按压于底部引导板201，螺旋弹簧40收缩。

并且，如图4所示，第1柱塞20的第2主体部25的顶端与半导体装置等测量对象物4的电极401相连接。这时，以第1柱塞20以预定的针头压力与电极401相接触的方式将第1柱塞20按压于电极401的过驱动被施加于探针1。通过过驱动，第1柱塞20被向筒体10的内部压入，螺旋弹簧40收缩。

以探针1的最大冲程量大于第1柱塞20通过预压、过驱动而滑动的距离的方式来设定探针1的规格。在此，探针1的“冲程”是指，螺旋弹簧40为自由长度的状态下的探针1的全长与螺旋弹簧40收缩的状态下的探针1的全长之差。例如由预压和过驱动产生的螺旋弹簧40的收缩量的总和为冲程。此外，最大冲程量由螺旋弹簧40的负载维持性(耐久性)决定。螺旋弹簧40即使重复伸缩(例如100万次以上)也没有负载的劣化的冲程量的最大值为最大冲程量。

电信号借助探针1在连接盘301与测量对象物4之间传播。即，来自测试器的电信号经由探针1向测量对象物4发送，从测量对象物4输出的电信号向测试器发送。测量之后使探针1从测量对象物4离开，从而原本收缩的螺旋弹簧40伸长。

此外，由于测量对象物4的电极配置的窄间距化、电极个数的增多等原因，对探针1产生了以下这样的要求。

即，伴随着测量对象物4的电极配置的窄间距化，需要使探针1的外径细径化。例如在电极配置的间距为150μm以下的情况下，探针1的外径为100μm左右。为了将探针1的外径设得较细，也将收纳于筒体10的内部的螺旋弹簧40的外径设得较细。因此，需要将螺旋弹簧40的线径设得较细。例如向外径为100μm左右的筒体10插入的螺旋弹簧40的外径为80μm左右，螺旋弹簧40的线径为20μm左右。

另一方面，螺旋弹簧40的线径越细，螺旋弹簧40的刚性越下降。因此，螺旋弹簧40容易在筒体10的内部弯曲。其结果是，产生螺旋弹簧40与筒体10的内部相接触的弊端。

另外，由于测量对象物4的电极个数的增加和同时检查多个测量对象物4的检查的复数化，探针卡多销化。作为该多销化的弊端，有时配置于探针卡的探针1的总负载变高。在此，“负载”是指，探针1按压于测量对象物4的电极401时的压力。

例如在一根探针1的负载为10gf的情况下，10000根探针1的总负载则为100kgf。探针1的总负载越高，对探针卡、支承探针卡的构件施加的压力越高。因此，当探针1的总负载较高时，在测量对象物4的检查中使用的各种检查设备有可能超过承载而破损。另外，会产生为了提高探针卡的刚性而使结构体的形状复杂化或使用高价的材料的需求。

因而，对于探针1要求兼顾如下两个方面：低负载下的测量对象物4与探针1之间的稳定的接触和足以吸收检查中的不均的高冲程。在此，“不均”是指，测量对象物4的电极401为焊锡等凸块的情况下的凸块的高度不均、由于由探针1的总负载产生的检查设备、探针卡的应变而导致测量对象物4的电极401与探针1之间的间隔的不均等。

如上所述，谋求一种应对测量对象物4的电极配置的窄间距化且在低负载下满足高冲程的要求的探针1。例如，要求探针1可应对150μm以下的间距的电极配置，负载为7gf以下且冲程量为400μm以上的特性。若负载为7gf以下，则能够容易地将对检查设备、探针卡施加的负载抑制在承载的范围内。若冲程量为400μm以上，则能够确保足以为了抑制测量精度的下降而使探针1与测量对象物4的电极401接触的300μm的过驱动量。

在此，为了与图1所示的探针1进行比较，对图5所示的比较例的探针1A进行讨论。图5所示的比较例的探针1A为将螺旋弹簧40A配置于筒体10A的内部的结构，第1柱塞20A的基端部21A和第2柱塞30A的基端部31A在筒体10A的内部抵接于螺旋弹簧40A的端部。第1柱塞20A在筒体10的内部滑动，第2柱塞30A固定于筒体10A。此外，第1柱塞20A的基端部21A不具有向螺旋弹簧40的内部延伸的部分。

作为关于比较例的探针1A实现低负载和高冲程的方法，可以考虑增加螺旋弹簧40A的有效卷绕数。但是，由于将螺旋弹簧40A的直径设得较细且增加有效卷绕数，如图6所示，当螺旋弹簧40A在筒体10A的内部收缩时，螺旋弹簧40大幅度地蜿蜒行进。当螺旋弹簧40A的蜿蜒行进幅度较大时，螺旋弹簧40A与筒体10A的内壁面相接触，产生螺旋弹簧40A、筒体10A损伤的问题。

即，由于螺旋弹簧40A与筒体10A的内壁面强烈地摩擦，螺旋弹簧40A的表面被磨削，或者筒体10A的内壁面剥落。其结果是，探针1A的电阻值增大。

例如将过驱动量设为300μm并使第1柱塞20A的滑动重复50万次的探针耐久试验的结果是，探针1A整体的电阻值从初始状态的数十倍增大至百倍左右。另外，由于螺旋弹簧40A的蜿蜒行进导致螺旋弹簧40A与筒体10A的内壁面强烈地摩擦，从而筒体10A损耗，有时在筒体10A的侧面生成孔。

此外，螺旋弹簧40A的蜿蜒行进所导致的螺旋弹簧40A、筒体10A的损伤容易在螺旋弹簧40A的第1柱塞侧产生。其原因在于以下的螺旋弹簧40A的各部分的滑动量之差。

螺旋弹簧40A的滑动量最大的位置为螺旋弹簧40A的与第1柱塞20A的触点。该触点处的滑动量与过驱动量相同。另一方面，螺旋弹簧40A的滑动量最小的位置为螺旋弹簧40A的与第2柱塞30A的触点，该触点处的滑动量为零。使用过驱动量OD、螺旋弹簧40A的有效卷绕数n，从与第1柱塞20A的触点起第i个卷绕数的位置处的滑动量S(i)大致由以下的式(1)表示(1≤i≤n)：

S(i)＝OD-i×(OD/n)…(1)

这样，由于螺旋弹簧40A的滑动量在第1柱塞侧较大，因此，螺旋弹簧40A、筒体10A的损伤在第1柱塞侧产生。

为了抑制因螺旋弹簧40A的滑动导致的螺旋弹簧40A、筒体10A的损伤，也可以考虑将过驱动量、冲程量设得较小的应对方式。例如对于窄间距(150μm以下)、低负载(7gf以下)的探针1A，将过驱动量设为200μm，将最大冲程量设为300μm。通过将过驱动量、冲程量设得较小，能够使螺旋弹簧40A与筒体10A的内壁面之间的磨耗量(摩擦的距离、摩擦的量)较小。由此，能够抑制螺旋弹簧40A、筒体10A的损伤。但是，当将过驱动量、冲程量设得较小时，不容易在测量对象物4的检查中吸收不均。

与之相对，根据图1所示的探针1，通过在第1柱塞20的基端部21设置插入部211，如图7所示，能够抑制螺旋弹簧40的蜿蜒行进。其结果是，能够抑制螺旋弹簧40、筒体10的损伤。

此外，如图8所示，在将螺旋弹簧40的内径与插入部211的外径之差设为间隙C1，将筒体10的内径与螺旋弹簧40的外径之差设为间隙C2时，优选为以C1<C2的方式设定插入部211的外径。这是为了将间隙C1设得较小来抑制螺旋弹簧40的蜿蜒行进且尽量将间隙C2设得较大来抑制筒体10与螺旋弹簧40的接触。

例如在筒体10的内径与螺旋弹簧40的外径之间的间隙C2为10μm的情况下，若螺旋弹簧40的内径为40μm，则将插入部211的外径设为31μm以上。不过，插入部211的外径设为小于螺旋弹簧40的内径的包含公差的最小径。

另外，为了抑制螺旋弹簧40的蜿蜒行进，插入部211的在螺旋弹簧40的内侧延伸的、沿着筒体10的轴线方向的长度(以下简称为“长度”)越长越好。例如为了覆盖到螺旋弹簧40因过驱动而收缩的范围，优选将插入部211的长度设为过驱动量的最大值以上。

例如在过驱动量的最大值的规格为300μm的探针1的情况中，插入部211的长度设为300μm以上。不过，以防止在最大冲程量施加于探针1时插入部211与第2柱塞30的基端部31相接触的方式设定插入部211的长度。

另外，第1柱塞20的头部212的尺寸设定为，维持头部212与筒体10的稳定的接触阻力，且避免因筒体10与头部212的接触而导致筒体10的内壁面损伤。

具体而言，头部212的外径比螺旋弹簧40的外径粗。例如在螺旋弹簧40的外径为80μm的情况下，头部212的外径设为81μm以上。不过，头部212的外径设为小于筒体10的内径的包含公差的最小值。

此外，存在螺旋弹簧40因过驱动而与筒体10的内壁面摩擦的可能性的范围与过驱动量相当。因此，在头部212的长度比过驱动量短的情况下，也可以认为，头部212仅与筒体10的内壁面的、与螺旋弹簧40摩擦的区域相接触。因而，头部212的长度优选设为过驱动量的最大值以上。由此，头部212也可靠地与筒体10的内壁面的、不与螺旋弹簧40摩擦的区域相接触。其结果是，筒体10与第1柱塞20的接触稳定，接触阻力也稳定。

例如在过驱动量的最大值的规格为300μm的探针1的情况中，头部212的长度设为300μm以上。不过，头部212的长度设为，颈部22的长度能够确保最大冲程量以上的长度的范围。若颈部22的长度不是最大冲程量以上，则有可能第1主体部23与第1接合部101相接触而阻碍冲程。

如以上说明的那样，在本发明的实施方式的探针1中，第1柱塞20的基端部21具有向螺旋弹簧40的内侧插入的插入部211和与插入部211相连结并抵接于螺旋弹簧40的头部212。根据探针1，能够抑制螺旋弹簧40收缩时的蜿蜒行进。并且，通过如上述那样设定插入部211和头部212的尺寸，能够抑制螺旋弹簧40、筒体10的内壁面的损伤。例如对于应对150μm以下的窄间距且7gf以下的低负载的探针1，确保300μm的过驱动量的最大值的最大冲程量能够实现450μm的高冲程。

根据探针1，在使过驱动量为300μm的滑动重复100万次的探针耐久试验中，探针1整体的电阻值从初始状态起没有发生变动。这样，能够实现提高了耐久性的探针1。

(其他实施方式)

如上所述，本发明通过实施方式进行了记载，但不应理解为构成本公开的一部分的论述和附图限定本发明。根据该公开，本领域技术人员能够明确多种替代实施方式、实施例以及运用技术。

例如在以上所述中，示出了在筒体10的两端的开口端插入有柱塞的结构，但也可以是在筒体10中仅插入有第1柱塞20的结构。即，也可以将探针1设为如下的结构：插入到筒体10的一端部的第1柱塞20的顶端与测量对象物4相接触，筒体10的另一端部与连接盘301相接触。

这样，本发明当然也包括未在此记载的多种实施方式等。因而，本发明的技术范围仅由根据上述说明的适当的权利要求书的发明特定事项规定。

Claims (5)

1.一种探针，其特征在于，

该探针具有：

筒体，其呈管形状；

第1柱塞，其以基端部从所述筒体的一个开口端插入并且顶端从该一个开口端暴露的状态沿着所述筒体的轴线方向滑动；以及

螺旋弹簧，其配置于所述筒体的内部，沿所述筒体的轴线方向对所述第1柱塞施力，

所述第1柱塞的基端部具有：

插入部，其从所述螺旋弹簧的一端起在所述螺旋弹簧的内侧延伸；以及

头部，其与所述插入部相连结，该头部的外径比所述螺旋弹簧的外径大，且抵接于所述螺旋弹簧的所述一端。

2.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，

该探针还具有第2柱塞，该第2柱塞以基端部从所述筒体的另一个开口端插入并且顶端从该另一个开口端暴露的状态与所述筒体相接合，

所述螺旋弹簧对所述第1柱塞和所述第2柱塞向使它们彼此远离的方向施力。

3.根据权利要求1或2所述的探针，其特征在于，

所述插入部的在所述螺旋弹簧的内侧延伸的长度为在对测量对象物进行测量时施加的过驱动量的最大值以上。

4.根据权利要求1或2所述的探针，其特征在于，

所述头部的沿着所述筒体的轴线方向的长度为在对测量对象物进行测量时施加的过驱动量的最大值以上。

5.根据权利要求1或2所述的探针，其特征在于，

所述螺旋弹簧的内径与所述插入部的外径之间的间隙比所述筒体的内径与所述螺旋弹簧的外径之间的间隙小。

Images