JP2005127997A - プローブピン及びプローブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来よりも細い線径の金属製細線を使用でき、長手方向に沿った形状を所望の形状とすることが容易であると共に、コンタクト部の形状も容易に調製可能なプローブピンを提供する。
【解決手段】 ガラス製細管１０に金属製細線２０を挿通し、ガラス製細管１０の開口部１１から露出している部分をコンタクト部２１として用いている。従って、単独で直線状に自立することができないほど細い金属製細線２０を用いたとしても、ガラス製細管１０内に挿通されることで支持されるため、コンタクト部２１として機能する部分の露出長さを所定の長さに調整すれば、被検査体に当接するのに必要な剛性を備えたプローブピン１を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検査体に接触して電気特性検査を行うために使用されるプローブピン及び該プローブピンを備えたプローブ装置に関する。
に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスの電気特性を検査するために、１本又は複数本のプローブピンをチャックを介してあるいは接着によりプローブ基板などの支持部材に取り付け、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に動作させて、被検査体である半導体デバイスの端子部などにプローブピンのコンタクト部を接触させるプローブ装置が知られている。

例えば、非特許文献１には、タングステンにニッケルめっき等を施した金属線の周囲に、隣接配置されるプローブピンとの電気的絶縁を保つため、プローブピン先端のコンタクト部を除き、フッ素樹脂などの合成樹脂により絶縁性被膜を形成したプローブピン（コンタクトピン）が開示されている。
特開２００１−１９４３８４号公報 特開２００３−２０２３５０号公報 特開平６−２１３９２７号公報 http://www.shibata.co.jp/jtxt/contact-probe.htm、株式会社シバタ ホームページ、「コンタクトプローブ」（インターネット）

一方、半導体デバイスの高密度実装化に伴い、プローブ基板などに複数本支持されるプローブピン間のピッチは、より狭ピッチであることが求められているが、上記した従来のプローブピンは、いずれも合成樹脂により絶縁性被膜を形成する必要があるため、コーティング加工時において、金属線が直線形状を維持できるだけの剛性を備えていなければならない。金属線先端部のコンタクト部は、より細く加工することが可能であるにしても、かかる絶縁性被膜形成時における制約から、コーティング加工される部分は、直線形状を維持するために所定以上の線径であることが要求される。コーティング加工時に具備すべき線径は、絶縁性被膜の長さ、金属線の材質等によっても異なるが、硬度の高いタングステンを用いた場合でも、通常、先端テーパ部を除いた部分で１００μｍを超える線径が必要である。また、プローブピンは、先端テーパ部を直線状ではなく、被検査体に合わせて適宜に折り曲げ加工する場合もあるが、この場合に、数μｍ〜数十μｍ程度の先端テーパ部を精度よく折り曲げるには、煩雑な工程を必要とし、作業が困難であった。さらに、コンタクト部の端末形状は一様ではなく、被検査体により、円錐、半球、フラットなど種々の形状が要求されが、かかる端末形状を所望の形状に加工する工程も煩雑であった。

これに対し、特許文献１のように、フォトリソグラフィーを用いてプローブピンを製造する手段も行われている。より細いものを製作できると共に、折り曲げ加工も不要にできる点で優れているものの、被検査体の種類毎に合わせたパターンを形成するためのマスクが必要であり、大量生産しない限り、コスト的に見合わない。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、フォトリソグラフィー技術を用いていないにも拘わらず、従来よりも細い線径の金属製細線を使用でき、長手方向に沿った形状を所望の形状とすることも容易であり、さらに、コンタクト部の形状も容易に調製可能なプローブピン及びプローブ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明では、ガラス製細管と、
前記ガラス製細管内に挿通されると共に、ガラス製細管の先端付近に形成された開口部から一部が露出するように設けられ、該開口部から露出している部分が、所定の剛性を備えた、被検査体に接触するコンタクト部を構成する金属製細線と
を備えてなることを特徴とするプローブピンを提供する。
請求項２記載の発明では、前記ガラス製細管が、前記金属製細線のコンタクト部を被検査体に当接し易くなる形状に屈曲されて成形されていることを特徴とする請求項１記載のプローブピンを提供する。
請求項３記載の発明では、前記ガラス製細管に形成される開口部から、前記金属製細線のコンタクト部が、直線状に突出していることを特徴とする請求項１又は２記載のプローブピンを提供する。
請求項４記載の発明では、前記ガラス製細管の先端付近が曲成されてなり、その湾曲部外側面の一部に設けた切り欠きが前記開口部を構成し、該開口部から前記金属製細線のコンタクト部が湾曲形状に露出していることを特徴とする請求項１又は２記載のプローブピンを提供する。
請求項５記載の発明では、前記ガラス製細管が、先端部において、外径１０〜２００μｍの範囲、内径５〜１００μｍの範囲に形成され、前記金属製細線が、直径５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のプローブピンを提供する。
請求項６記載の発明では、前記ガラス製細管が、先端部において、外径１０〜１５０μｍの範囲、内径５〜８０μｍの範囲に形成され、前記金属製細線が、直径５〜８０μｍであることを特徴とする請求項５記載のプローブピンを提供する。
請求項７記載の発明では、前記金属製細線のコンタクト部の、前記ガラス製細管の開口部からの露出長さが、１０〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のプローブピンを提供する。
請求項８記載の発明では、請求項１〜７のいずれか１に記載のプローブピンが、プローブ基板に、複数本支持されていることを特徴とするプローブ装置を提供する。
請求項９記載の発明では、隣接するプローブピンの先端部同士の間隔が、１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項８記載のプローブ装置を提供する。
請求項１０記載の発明では、前記プローブ基板が、断面略Ｖ字状の複数の溝部を有し、該溝部に前記プローブピンが支持されていることを特徴とする請求項８又は９記載のプローブ装置を提供する。
請求項１１記載の発明では、前記プローブ基板が、断面略Ｖ字状の複数の溝部を有すると共に、各列の溝部の中途に、所定の幅で、該溝部を横切る凹状部が形成されており、
前記プローブ基板が溝部同士及び凹状部同士が対面するように付け合わせられ、対向する溝部間にプローブピンが支持され、
前記プローブピンが前記凹状部内で曲がることにより、所定のバネ力を発揮可能なスプリングコンタクトプローブ装置として用いられることを特徴とする請求項８又は９記載のプローブ装置を提供する。
請求項１２記載の発明では、前記各列の溝部のうち、前記凹状部を挟んだ基端側に位置する部位のみにプローブピンが固着されていることを特徴とする請求項１１記載のプローブ装置を提供する。
請求項１３記載の発明では、前記プローブ基板が、金属材料を含んでなることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１に記載のプローブ装置を提供する。

本発明によれば、ガラス製細管に金属製細線を挿通し、ガラス製細管の開口部から露出している部分をコンタクト部として用いている。従って、単独で直線状に自立することができないほど細い金属製細線を用いたとしても、ガラス製細管内に挿通されることで支持されるため、コンタクト部として機能する部分の露出長さを所定の長さに調整すれば、被検査体に当接するのに必要な剛性を備えたプローブピンを提供することができる。

もちろん、金属製細線の先端をより細く加工することも可能であるが、従来、所定の太さの金属線の先端を所望の径になるまで細く先端加工する必要があった場合と比べ、例えば、使用する金属製細線の最大径に相当する部分が、従来の先端の径と同じものとすることもでき、その場合には、先端加工が不要となるという利点もある。

また、金属製細線をガラス製細管によって支持しているため、金属製細線の長手方向に沿った形状はガラス製細管の形状に沿った形状となる。ガラス製細管は、種々の形状に形成することが極めて容易であるため、所望形状のプローブピンを容易に得ることができる。また、ガラス製細管の先端開口部から金属製細線を突出させれば、直線状に突出したコンタクト部を形成することができるが、例えば、ガラス製細管の先端付近を曲成し、その湾曲部外側面の一部を切り欠いて開口部を形成することにより、金属製細線が湾曲形状で露出する。すなわち、湾曲状のコンタクト部も容易に形成することができる。

また、ガラス製細管は、容易に細く加工できるため、隣接するプローブピン同士の間隔を極めて狭ピッチで設定することができる。
また、断面略Ｖ字状の複数の溝部を有すると共に、各列の溝部の中途に、所定の幅で、該溝部よりも深い凹状部が形成されたプローブ基板を２個一対用い、プローブ基板同士を、溝部同士及び凹状部同士が対面するように付け合わせ、対向する溝部間にプローブピンを支持する構成とすると、コンタクト部を被検査体に当接した際に、プローブピンが凹状部内で曲がるため、極めて簡易な構造でありながら、所定のバネ力を備えたコンタクトプローブ装置として使用できる。

以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を更に詳しく説明する。図において、１は本実施形態のプローブピンを示す。この図に示したように、プローブピン１は、ガラス製細管１０と金属製細線２０とを備えて構成される。

ガラス製細管１０としては、例えば、ガスクロマトグラフィーカラムや微生物検出装置の容器に用いられるガラス製のキャピラリーチューブを用いることができる。ガラス製細管１０の長さは、所望の長さに設定できるが、通常、５〜２０ｍｍ程度で形成される。半導体デバイスの高密度実装化に対応するため、隣接するプローブピン１間の配設ピッチは、できるだけ狭ピッチとすることが好ましく、ガラス製細管１０の外径もこれに伴い細いほど好ましいが、上記した５〜２０ｍｍ程度の長さに加工した際に直線性を維持できる程度以上の剛性を有する必要がある。このため、ガラス製細管１０は、先端部において外径１０〜２００μｍの範囲、内径５〜１００μｍの範囲で形成されることが好ましく、さらには、先端部における外径が１０〜１５０μｍの範囲、内径が５〜８０μｍの範囲で形成されることがより好ましい。

ガラス製細管１０は、図１に示したように、直線状に均一の太さ（外径）で形成することもできるし、図２に示したように、種々の形状で形成することもできる。図２（ａ）は、中途から先端に向かうに従って外径が細くなるテーパ状に形成したもので、図２（ｂ）は、先端付近を約９０度曲成したものである。また、図２（ｃ）は、先端付近を緩やかなＳ字状に曲成したものである。ガラス製細管１０は、ガラスから形成されるため、このように所望の形状に極めて容易に形成することができる。先端付近を曲成することにより、プローブピン１を支持するチャックに装填した際や、プローブ基板に接着して配置した際に、被検査体である半導体デバイスに当接しやすくなる場合には、被検査体の種類や装着するプローブ基板の形状などに応じて、例えば、被検査体に近接する方向に適宜に曲成することが好ましい。

金属製細線２０の材料は限定されるものではなく、従来使用されているものから適宜選択することができる。例えば、タングステン、ベリリウム銅、銅合金などを用い、周面に、ニッケルめっき、金めっき、銀めっきなどのめっき層を少なくとも１層施したものを用いることができる。

金属製細線２０は、先端付近がガラス製細管１０から露出するように設けられるため、ガラス製細管１０よりも長いものが用いられる一方で、その直径はガラス製細管１０の内径と同等又はそれ以下であり、ガラス製細管１０内に挿通支持されない限りは容易に撓んでしまう。従来のように、金属線の周囲に合成樹脂コーティングを施す場合には、コーティング加工時において、金属線自体が直線状に自立できる程度の剛性を有する必要があったが、本実施形態によれば、ガラス製細管１０内に挿通されて支持され、ガラス製細管１０から短い長さで露出させた部分をコンタクト部２１としているため、該コンタクト部２１がプローブ時に必要とされる剛性を有していればよい。従って、金属製細線２０の直径は、従来よりも細いもの、好ましくは直径５〜１００μｍのもの、より好ましくは直径５〜８０μｍのものを用いることができる。
上記したように、金属製細線２０はガラス製細管１０内に挿通されて支持されるが、より具体的には、金属製細線２０を、該金属製細線２０の直径よりも若干内径の大きいガラス製細管１０内に挿通した後、ガラス製細管１０を延伸し、ガラス製細管１０の内面に金属製細線２０が密着するように形成される。

金属製細線２０の直径がこのように極めて細いため、図１及び図２に示したように、ガラス製細管１０の先端の開口部１１から金属製細線２０の先端付近をそのまま突出させて直線状（針状）のコンタクト部２１として、先端のテーパ加工等を施すことなくそのまま用いることもできる。また、金属製細線２０は、ガラス製細管１０内に挿通されることによって、その内面に沿った形状で支持されるため、図２（ｂ），（ｃ）に示したようにガラス製細管１０が曲成されていれば、金属製細線２０自体を折り曲げ加工することなく、ガラス製細管１０に沿って曲成された形状とすることができる。

金属製細線２０として、直径５〜１００μｍのものを用いた場合、上記したガラス製細管１０内に挿通して、開口部１０から突出するコンタクト部２１が直線状に維持されるような剛性とするためには、材料にもよるが、その突出長さは、１０〜１０００μｍとすることが好ましい。なお、金属製細線２０のコンタクト部２１は、種々の形状に加工することも可能である。図３はその一例を示すものであり、図３（ａ）は、コンタクト部２１をテーパ状に加工して円錐形状にしたもの、図３（ｂ）は、コンタクト部２１を半球状に加工したたもの、図３（ｃ）は、コンタクト部２１を一方の側縁から他方の側縁に斜めに切り欠くようにして一方向に傾斜する形状に加工したものである。

本実施形態のプローブピン１は、ガラス製細管１０内に金属製細線２０を挿通して一部を露出（突出）させることによってコンタクト部２１を形成している。このため、金属製細線２０は、コンタクト部２１のみがプローブの際に必要な剛性を備えていれば良く、従来よりも細い金属製細線２０を用いることができる。しかも、金属製細線２０がガラス製細管１０により支持されるため、ガラス製細管１０を極めて細く加工することが容易であり、本実施形態のプローブピン１を複数本用いて並設した場合には、隣接するプローブピンの先端部同士の間隔を極めて狭ピッチに、好ましくは１５０μｍ以下のピッチにすることが容易である。

図４は、本発明の他の実施形態に係るプローブピン１Ａを示す図である。このプローブピン１Ａは、ガラス製細管１０として、先端付近１２を略環状に曲成して湾曲部１２ａを形成したものを用い、かかるガラス製細管１０に金属製細線２０を挿通している。そして、ガラス製細管１０の湾曲部１２ａの外側面を研磨、切削などにより切除する。これにより、該湾曲部１２ａに略楕円状の開口部１２ｂが形成され、該開口部１２ｂから金属製細線２０の一部が湾曲形状に露出し、その部分が湾曲形状のコンタクト部２１となる。

このように、図４に示した実施形態によれば、ガラス製細管１０の先端付近１２に湾曲部１２ａを形成し、その中途を切除することにより、金属製細線２０のコンタクト部２１の形状を湾曲形状とすることが容易にできる。従って、この湾曲部１２ａの曲率を種々変化させることにより、被検査体の種類に対応した任意の曲率を備えたコンタクト部２１を形成することができる。

図５は、上記した各実施形態に係るプローブピン１（又は１Ａ）を支持したプローブ装置１００を示す図であり、図６は、該プローブ装置１００で用いたプローブ基板１１０を示す図である。これらの図に示したように、プローブピン１を支持するプローブ基板１１０の表面には、断面略Ｖ字状の複数の溝部１１１が形成されている。この断面略Ｖ字状の溝部１１１は、光ファイバの多芯接続部などに用いられる光ファイバアレイなどで既に実現されている構造を応用したもので、好ましくは、溝の最大幅１０〜１００μｍ、溝中心間ピッチ１０〜２５０μｍで互いに平行に正確に形成されるものである。従って、この断面略Ｖ字状の溝部１１１に円筒形のプローブピン１を沿わせて配設した場合には、複数本のプローブピン１が容易かつ正確に平行配置され、各プローブピン１の先端位置合わせも容易に行うことができる。そして、各プローブピン１を正確に整列させた状態で、接着剤などにより溝部１１１に固定する。この結果、各プローブピン１の隣接する先端部同士の間隔を２５０μｍ以下の狭ピッチに、好ましくは１５０μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下とすることも容易である。

また、プローブピン１（又は１Ａ）は、金属製細線２０の周囲がガラス製細管１０により被覆されており、プローブ基板１１０の溝部１１１にはガラス製細管１０が接触する。従って、プローブ基板１１０として、ガラス基板等の絶縁性基板を用いることは必須ではなく、金属材料を含んだ材料を用いて形成することもできる。

具体的には、プローブ基板１１０は、図６に示したように、断面略Ｖ字状の各列の溝部１１１の中途に、所定の幅で、溝部１１１を横切るように、すなわち溝部１１１の形成方向に略直交する方向に形成された凹状部１１２を備えている。そして、図５に示したように、このプローブ基板１１０を２つ用い、溝部１１１同士及び凹状部１１２同士が対面するように付け合わせ、対向する溝部１１１間にプローブピン１（又は１Ａ）を支持した構成としている。また、各溝部１１１のうち、凹状部１１２を挟んで基端側に位置する後方溝部１１１ａのみに接着剤などによりプローブピン１のガラス製細管１０を固定し、前方溝部１１１ｂはガイド溝として用いる。

このような構成とすることにより、図７（ａ），（ｂ）に示したように、プローブピン１の金属製細線２０の各先端（コンタクト部）を略垂直方向から被検査体に接触させると、後方溝部１１１ａの部分のみが固着されているため、プローブピン１のうち、凹状部１１２内に位置する部分１ａが想像線で示したように曲がり、所定のバネ力を発生させることができる。このため、コイルバネなどの他のバネ部材を用いることなく、極めて簡易な構造のスプリングコンタクトプローブ装置として提供することができる。しかも、コイルバネなどの他のバネ部材を用いる必要がないため、断面略Ｖ字状の溝部１１１を上記のように狭ピッチで形成すれば、隣接するプローブピン１の先端部間の間隔が上記したように極めて狭いスプリングコンタクトプローブ装置を提供できる。なお、図７（ａ），（ｂ）では、プローブピン１のうち、凹状部１１２内に位置する部分１ａが該凹状部１１２の深さ方向に撓んでいるが、凹状部１１２の深さなどによっては、図８に示したように、当該部分１ａが、該凹状部１１２において、図８の左右方向に撓んで所定のバネ力を発生する場合もある。この撓み方向は何ら制限されるものではない。また、凹状部１１２は、プローブピン１のこのような撓み動作を許容できる限り、その深さや形状などは限定されるものではない。

本発明の一の実施形態に係るプローブピンを示す図である。 上記実施形態に係るプローブピンの他の態様を示す図である。 上記実施形態に係るプローブピンのコンタクト部の形状の例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るプローブピンを示す図である。 プローブ装置の実施形態を示す斜視図である。 上記プローブ装置で用いたプローブ基板を示す図である。 上記プローブ装置の作用を説明するための図であって、プローブピンが凹状部の深さ方向に撓む場合を示す図である。 上記プローブ装置の作用を説明するための図であって、プローブピンが、凹状部において、図の左右方向に撓む場合を示す図である。

符号の説明

１，１Ａ プローブピン
１０ ガラス製細管
１１ 開口部
１２ 先端付近
１２ａ 湾曲部
１２ｂ 開口部
２０ 金属製細線
２１ コンタクト部
１００ プローブ装置（スプリングコンタクトプローブ装置）
１１０ プローブ基板
１１１ 溝部
１１２ 凹状部

Claims (13)

1. ガラス製細管と、
   前記ガラス製細管内に挿通されると共に、ガラス製細管の先端付近に形成された開口部から一部が露出するように設けられ、該開口部から露出している部分が、所定の剛性を備えた、被検査体に接触するコンタクト部を構成する金属製細線と
   を備えてなることを特徴とするプローブピン。
2. 前記ガラス製細管が、前記金属製細線のコンタクト部を被検査体に当接し易くなる形状に屈曲されて成形されていることを特徴とする請求項１記載のプローブピン。
3. 前記ガラス製細管に形成される開口部から、前記金属製細線のコンタクト部が、直線状に突出していることを特徴とする請求項１又は２記載のプローブピン。
4. 前記ガラス製細管の先端付近が曲成されてなり、その湾曲部外側面の一部に設けた切り欠きが前記開口部を構成し、該開口部から前記金属製細線のコンタクト部が湾曲形状に露出していることを特徴とする請求項１又は２記載のプローブピン。
5. 前記ガラス製細管が、先端部において、外径１０〜２００μｍの範囲、内径５〜１００μｍの範囲に形成され、前記金属製細線が、直径５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のプローブピン。
6. 前記ガラス製細管が、先端部において、外径１０〜１５０μｍの範囲、内径５〜８０μｍの範囲に形成され、前記金属製細線が、直径５〜８０μｍであることを特徴とする請求項５記載のプローブピン。
7. 前記金属製細線のコンタクト部の、前記ガラス製細管の開口部からの露出長さが、１０〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のプローブピン。
8. 請求項１〜７のいずれか１に記載のプローブピンが、プローブ基板に、複数本支持されていることを特徴とするプローブ装置。
9. 隣接するプローブピンの先端部同士の間隔が、１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項８記載のプローブ装置。
10. 前記プローブ基板が、断面略Ｖ字状の複数の溝部を有し、該溝部に前記プローブピンが支持されていることを特徴とする請求項８又は９記載のプローブ装置。
11. 前記プローブ基板が、断面略Ｖ字状の複数の溝部を有すると共に、各列の溝部の中途に、所定の幅で、該溝部を横切る凹状部が形成されており、
    前記プローブ基板が溝部同士及び凹状部同士が対面するように付け合わせられ、対向する溝部間にプローブピンが支持され、
    前記プローブピンが前記凹状部内で曲がることにより、所定のバネ力を発揮可能なスプリングコンタクトプローブ装置として用いられることを特徴とする請求項８又は９記載のプローブ装置。
12. 前記各列の溝部のうち、前記凹状部を挟んだ基端側に位置する部位のみにプローブピンが固着されていることを特徴とする請求項１１記載のプローブ装置。
13. 前記プローブ基板が、金属材料を含んでなることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１に記載のプローブ装置。

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