CN1846138A - 触针、使用该触针的探针卡以及电子零件试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种触针(50)，与晶片的端子接触，用于对该晶片提供信号，包括：由具有比晶片的端子上形成的氧化膜更高的硬度的第一导电性材料构成的第一导电层(51b)、由具有比所述氧化膜更低的硬度的第二导电性材料构成的第二导电层(51c)、在外侧形成第一导电层(51b)以及第二导电层(51c)的母材(51a)，第一导电层(51b)紧贴第二导电层(51c)的外侧形成，在触针(50)的顶端面(50a)上，第一导电层(51b)以及第二导电层(51c)一起露出。

Description

触针、使用该触针的探针卡 以及电子零件试验装置
技术领域
本发明涉及通过与电子零件的端子接触来向该电子零件提供信号的触针、使用该触针的探针板以及电子零件试验装置。
背景技术
当制造具有半导体集成电路的IC器件等电子零件时，不仅经过切片、引线接合以及封装等诸步骤的完成品的阶段(后步骤)，通常在半导体片的阶段(前步骤)中还进行集成电路的动作测试，据此，能提高制造成品率。
在晶片状态的测试中，通过使探针板上设置的多个触针与晶片上制造的端子分别电接触，进行电信号的交换，进行试验。
作为在这样的晶片状态的测试中使用的触针，从以往就知道在由钢材构成的母材的表面电镀金合金等低硬度的金属材料，提高接触时与晶片的端子的紧贴性的触针。
但是，这样的触针因为该金属材料柔软，所以与端子的接触容易产生变形，存在着耐久性差的问题。
而作为耐久性优异的触针，例如以往就知道使用钨合金等高硬度的金属材料而构成的触针。
通常在晶片的端子上形成氧化膜，在接触时触针破坏该氧化膜，到达端子。此时，在所述触针中，作为全体由高硬度材料构成的结果，与氧化膜的接触面积必然增大，所以接触时作用的按压力无法有效地帮助破坏氧化膜，存在着难以确保触针和端子的稳定接触的问题。另外，在具有数千以上触针的探针板中，有时由于与端子的接触时作用的按压力，探针板自身弯曲。此时，容易产生与晶片的端子的接触不良，所以希望能以更小的按压力确保与端子的稳定接触的触针。
发明内容
鉴于上述问题的存在，本发明的目的在于：提供一种耐久性优异，并且能以小的按压力来确保与端子稳定接触的触针、使用该触针的探针板以及电子零件试验装置。
为了实现所述目的，本发明提供一种触针，用于与电子零件的端子接触并向所述电子零件提供信号，它包括：由硬度高的第一导电性材料构成的第一导电层；由比所述第一导电性材料的硬度低的第二导电性材料构成的第二导电层。(参照权利要求1)
在本发明中，通过由高硬度的第一导电性材料构成的第一导电层破坏电子零件的端子上形成的氧化膜。此时，除了第一导电层，还设置由比第一导电性材料的硬度低的第二导电性材料构成的第二导电层，能使接触时作用的按压力集中在第一导电层上，能以小的按压力确保触针与端子的稳定接触。
另外，在本发明中，在触针与端子接触时，通过高硬度的第一导电层能防止由接触引起的第二导电层的变形，所以能确保触针的优异耐久性。
在所述发明中，虽然未特别限定，但是希望所述第一导电性材料对于所述电子零件的端子上形成的氧化膜，具有相对高的硬度(参照权利要求2)。
据此，第一导电层能良好地破坏电子零件的端子上形成的氧化膜，到达该端子表面，电接触。
在所述发明中，虽然未特别限定，但是希望所述第二导电性材料对于所述电子零件的端子上形成的氧化膜，具有相对低的硬度(参照权利要求3)。
据此，第一导电层比第二导电层容易磨损，伴随着与端子的多次按压接触，在触针的顶端部，第一导电层成为突出的形状，所以容易使接触时外加的按压力集中在第一导电层上。
在所述发明中，虽然未特别限定，但是具体而言，在所述触针的晶片一侧的顶端面，所述第一导电层和所述第二导电层一起露出(参照权利要求4)。
在所述发明中，虽然未特别限定，但是所述第一导电层与所述第二导电层相比形成在外侧(参照权利要求5)，所述第一导电层紧贴着所述第二导电层的外侧而形成(参照权利要求6)。
通过采用这样的配置，能小的按压力更有效地确保触针与端子的稳定接触。
在所述发明中，虽然未特别限定，但是希望所述触针形成为顶端变细的锥形(参照权利要求7)。
据此，在触针和端子的接触时，高硬度的第一导电层进入端子，能良好地破坏氧化膜。
在所述发明中，虽然未特别限定，但是还具有所述第一导电层和所述第二导电层形成在外侧的母材，该母材的顶端从所述触针的所述顶端面开始隔开给定间隔，所述母材配置在所述触针的内部(参照权利要求8)。
据此，即使触针的顶端部磨损，也能使新的第一以及第二导电层在顶端面露出，所以能维持触针的顶端部的稳定的形状，能实现长使用寿命。
在所述发明中，虽然未特别限定，但是至少具有多层所述第一导电层或所述第二导电层的一方(参照权利要求9)。
据此，能取得各导电层间的良好的紧贴性和机械强度，所以对于多频度的反复的按压应力，能维持第一导电层的顶端形状，能谋求触针的长使用寿命。
另外，为了实现所述目的，根据本发明，提供一种探针板，包括与电子零件试验装置的测试头电连接的上述的触针、在一主面上设置所述触针的衬底，使所述触针与电子零件的端子接触来试验所述电子零件(参照权利要求10)。
为了实现所述目的，根据本发明，提供一种电子零件试验装置，具有与所述探针板电连接的测试头(参照权利要求11)。
据此，能提供使用耐久性优异，并且能以少的按压力确保与端子的稳定接触的触针的探针板以及电子零件试验装置。
附图说明
下面简要说明附图。
图1是表示本发明实施例1的探针板的平面图。
图2是表示图1所示的探针板的侧视图。
图3是表示图1所示的探针板的背面图。
图4是表示图1所示的探针板的各构成构件的分解立体图。
图5是表示图1所示的探针板的基本构造的分解立体图。
图6是表示触针的单体构造的局部剖视图。
图7是图6的VII部的局部立体图。
图8是沿着图7的VIII-VIII线的剖视图。
图9是表示本发明实施例2的触针的顶端的局部立体图。
图10是沿着图9的X-X线的剖视图。
图11是表示本发明实施例3的触针的顶端的局部立体图。
图12是沿着图11的XII-XII线的剖视图。
具体实施方式
下面根据附图说明本发明实施例。
本发明实施例1的探针板如图1～图5所示，包括：印刷电路板10；设置在印刷电路板10的测试头一侧的加强板(增强构件)20；设置在印刷电路板10的测试头的相反一侧的上下2个探针引导装置30、40；由探针引导装置30、40支撑的多个触针50。
该探针板1如图5所示，与半导体片试验装置100的测试头110电连接，在测试头110上用电缆连接测试器120。而晶片W由半导体片试验装置100的对齐装置130吸附保持，从而与探针板1相对。对齐装置130能使晶片W对于探针板相对移动。而且，半导体片试验装置100由对齐装置130对晶片W定位后，分别使探针板1的各触针50与晶片W上形成的各端子接触，从而能进行半导体片W的试验。
该探针板1的探针引导装置30直接配置在印刷电路板10的测试头的相反一侧的面(表面)上，构成衬底一侧探针引导装置(以下，把探针引导装置也称作衬底一侧探针引导装置30)。
而探针引导装置40重叠固定在探针引导装置30上，构成晶片一侧探针引导装置(以下也把探针引导装置40称作晶片一侧探针引导装置)。
在探针引导装置30、40中形成与被试验半导体片对应的探针区31、41。在探针区31、41中与半导体片的端子的排列对应配置多个触针50。
在衬底一侧探针引导装置30的周缘部分别交替形成多个螺丝61贯通的通孔32、螺丝62贯通的通孔33。另外，在衬底一侧探针引导装置30的中心部形成一个螺丝63贯通的通孔34。
在晶片一侧探针引导装置40的周缘部形成多个螺丝61贯通的通孔42。另外，在晶片一侧探针引导装置40的中心部内侧形成一个与螺丝63螺旋配合的螺丝部43。
两个探针引导装置30、40由陶瓷、硅、玻璃等材料构成，在本实施例中，由具有与被试验半导体片的热膨胀系数实质上相同的热膨胀系数的材料构成。
本实施例的印刷电路板10具有比探针引导装置30、40的直径还大的薄圆盘形状。在印刷电路板10的表面中央部，与半导体片的端子的排列对应形成多个作为连接端子的焊盘13。另外，在印刷电路板10的背面外周部形成用于进行与测试头的电信号交换的连接端子14。
在印刷电路板10中，在探针引导装置30、40的与通孔32、42对应的位置形成螺丝61贯通的通孔11，在探针引导装置30的与通孔33对应的位置形成螺丝62贯通的通孔12，这些通孔11、12分别交替形成。另外，在印刷电路板10的中心部形成一个螺丝63贯通的通孔15。
加强板20设置在印刷电路板10的背面中央部，在本实施例中，作为全体具有盘子的形状，在周缘部形成法兰部23。在法兰部23，在探针引导装置30、40的与螺丝孔32、42对应的位置形成与螺丝61螺旋配合的螺丝孔25，在探针引导装置30的与螺丝孔33对应的位置形成与螺丝62螺旋配合的螺丝孔26，这些螺丝孔25、26分别交替形成。
下面说明2个探针引导装置30、40上支撑的触针50。
作为本实施例的触针50，如图5和图6所示，使用垂直型弹簧触针(弹簧针)。
触针50由圆筒状的管53、收藏在其中的导电性螺旋弹簧54、通过螺旋弹簧54的弹力靠向晶片一侧并且停止在管53的上端部的导电性的晶片一侧活塞51、同样通过螺旋弹簧54的弹力靠向衬底一侧并且停止在管53的下端部的导电性的衬底一侧活塞52构成。
这样的垂直型触针50能以其自身单体进行处理，所以维护性优异。
在衬底一侧探针引导装置30上，贯通衬底一侧探针引导装置30形成支撑触针50的管53，并且用于收藏衬底一侧活塞52的收藏孔30a。另外，在晶片一侧探针引导装置40中，贯通晶片一侧探针引导装置40形成支撑触针50的管53的支撑孔40a、用于引导晶片一侧活塞51的导孔40b。
触针50的晶片一侧活塞51从晶片一侧探针引导装置40的导孔40b空出给定量，通过螺旋弹簧54的弹力，能向下弹性后退。而触针50的衬底一侧活塞52在收藏在衬底一侧探针引导装置30的收藏孔30a中的状态下，通过螺旋弹簧54的弹力，以给定的接触压力与印刷电路板10的焊盘13接触。
在该状态下，触针50的管53的上端部由螺旋弹簧54的弹力付与势能，与晶片一侧探针引导装置40的支撑孔40a的上端面接触。在晶片一侧探针引导装置40，通过触针50作用向上方的负载。
本实施例的触针50的晶片一侧活塞51如图7和图8所示，具有由不锈钢等特殊钢或铜合金构成的母材51a、硬度高的第一导电层51b、比该第一导电层51b硬度低的第二导电层51c，在母材51a的外周面形成第二导电层51c，再与其外侧紧贴把第一导电层51b形成管状。其顶端部通过研磨处理，加工为第二导电层51c露出。
对形成第二导电层51c的母材51a电镀第一导电性材料，形成第一导电层51b。作为构成第一导电层51b的第一导电性材料，例如能列举钌、铱、铑、铬、镍、氧化铝、或它们的合金等比形成在电子零件的端子上的氧化膜的硬度更高的导电性材料。
该第一导电层51b具有威氏硬度400Hv以上的硬度，更希望具有威氏硬度500Hv以上的硬度。第一导电层51b具有这样的硬度，从而能良好地破坏一般的铝合金制的端子表面形成的氧化膜(Al2O3、威氏硬度400Hv左右)，第一导电层51b到达晶片的端子表面，电接触。
须指出的是，用高硬度的材料构成触针自身时，机械加工困难，加工性显著恶劣，但是在本实施例中，母材51a自身由加工性优异的材料构成，用第一导电性材料对其表面进行电镀处理，所以能同时实现加工性和高硬度。
对母材51a的表面电镀第二导电性材料，形成第二导电层51c。作为构成第二导电层51c的第二导电性材料，能列举钯、镍、铜、金、钯镍、锡或它们的合金等比形成在电子零件的端子上的氧化膜的硬度更低的导电性材料。
第二导电层51c具有威氏硬度400Hv以下的硬度。据此，在多次按压接触中，第二导电层51c比第一导电层51b容易磨损，所以在接触面50a上，第一导电层51b突出为环状。即对于小面积的环状的第一导电层51b，按压力容易集中，所以能以更下的按压力容易地破坏氧化膜，第一导电层51b到达晶片的端子表面，电接触。而且即使进行多次按压接触，通过高精度的第一导电层51b能维持触针50的顶端形状，结果能实现使用寿命长、能进行稳定的电接触的触针。
具有这样的层构造的晶片一侧活塞51向着其顶端变细，形成锥形，并且在初始研磨中，使用研磨纸研磨其顶端，第一导电层51b以及第二导电层51c都在触针50的顶端面50a露出。
在本实施例中，通过使触针50的顶端为前头细的锥形，在触针50和端子的接触时，高硬度的第一导电层51b以锐角进入，能良好地破坏该端子上形成的氧化膜。
在本实施例中，厚厚地电镀第二导电层51c，从而母材51a配置在触针50的内部，从触针50的顶端面50a隔开给定间隔L(参照图8)。
一般伴随着与晶片的端子的达数万次的按压接触，触针50的顶端部渐渐磨损，但是在本实施例的触针50中，间隔L的区间能使在顶端面50a露出新的第一以及第二导电层51b、51c，所以能维持触针50的顶端部的稳定的形状，能实现长使用寿命。
以上的结构的触针50与晶片上制作的端子接触时，首先通过高硬度的第一导电层51b破坏该端子上形成的氧化膜。此时，与氧化膜接触的突出为环状的第一导电层51b是小面积，所以能以更小的按压力破坏。与此同时，第二导电层51c接触端子，但是第二导电层51c是低硬度的，所以按压力的大部分集中作用在第一导电层51b上，结果以小按压力就能确保触针和端子的稳定的接触。
另外，在触针50和端子的接触时，通过高硬度的第一导电层51b能防止接触引起的第二导电层51c的变形，所以能确保触针50的优异的耐久性。
图9和图10是表示本发明实施例2的触针的顶端的图。
本发明实施例2的触针中，作为第二导电层，具有第二外侧导电层51c1、第二中间导电层51c2、第二内侧导电层51c3等合计3层。
对形成第二中间导电层51c2和第二内侧导电层51c3的母材51a进行电镀第二导电性材料等处理来形成第二外侧导电层51c1。同样，对形成第二内侧导电层51c3的母材51a进行电镀第二导电性材料等处理来形成第二中间导电层51c2，对母材51a的外周面电镀第二导电性材料，形成第二内侧导电层51c3。
组合由钯、镍、铜、金、钯镍、锡或它们的合金等第二导电性材料中的2种材料构成的层，构成第二外侧导电层51c1和第二中间导电层51c2，具有同一层构造。而第二内侧导电层51c3由所述第二导电性材料中的另一种材料构成。母材51a以及各电镀层可以组合使用紧贴性好的材料。
设置多层第二导电层，取得各电镀层的良好紧贴强度、机械强度，从而位于最外层，突出为环状的第一导电层51b对于多频度的反复按压赢利，能维持其机械的形状。结果能实现触针50的长使用寿命。
图11和图12是表示本发明实施例3的触针的顶端的图。
以上说明的结构并不局限于垂直型弹簧触针(弹簧针)，如同一图所示，也能对悬臂类型的触针(针)应用。
此时的触针70与实施例1同样，具有由不锈钢等特殊钢或铜合金构成的母材70a、由钌、铱、铑、铬、镍、氧化铝、或它们的合金构成的高硬度的第一导电层70b、由钯、镍、铜、金、钯镍、锡或它们的合金构成的低硬度的第二导电层70c，在母材70a的表面，通过电镀处理形成第二导电层70c，再在其上通过电镀处理形成第一导电层70b。
该触针70在初始研磨中，使用研磨纸研磨晶片一侧的面，第一以及第二导电层70b、70c一起露出，在接触时能同时接触第一导电层70b和第二导电层70c。
须指出的是，以上所说明的实施例只是为了便于理解本发明而记载的，并不是为了限定本发明而记载的。因此，所述实施例中公开的各要素包含属于本发明技术范围内的全部设计变更或均等物。

Claims (11)

1.一种触针，通过与电子零件的端子接触来向所述电子零件提供信号，包括：
由硬度高的第一导电性材料构成的第一导电层；和
由比所述第一导电性材料的硬度低的第二导电性材料构成的第二导电层。
2.根据权利要求1所述的触针，其中：
所述第一导电性材料具有比形成在所述电子零件的端子上的氧化膜高的硬度。
3.根据权利要求1所述的触针，其中：
所述第二导电性材料具有比形成在所述电子零件的端子上的氧化膜低的硬度。
4.根据权利要求1所述的触针，其中：
在所述触针的晶片一侧的顶端面上，所述第一导电层和所述第二导电层一起露出。
5.根据权利要求1所述的触针，其中：
所述第一导电层与所述第二导电层相比形成在外侧。
6.根据权利要求1所述的触针，其中：
所述第一导电层紧贴着所述第二导电层的外侧而形成。
7.根据权利要求1所述的触针，其中：
所述触针形成为顶端变细的锥形。
8.根据权利要求1所述的触针，其中：
还具有所述第一导电层和所述第二导电层形成在外侧的母材；
使所述母材的顶端从所述触针的所述顶端面开始隔开给定间隔来把所述母材配置在所述触针的内部。
9.根据权利要求1所述的触针，其中：
具有多层所述第一导电层或所述第二导电层的至少一方。
10.一种探针板，包括与电子零件试验装置的测试头电连接的权利要求1-9中任意一项所述的触针和在一主面上设置有所述触针的衬底，用于使所述触针与电子零件的端子接触来试验所述电子零件。
11.一种电子零件试验装置，具有与权利要求10所述的探针板电连接的测试头。
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