JP2012145489A - 検査用プローブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異種金属からなる線材をロウ付けして構成される検査用プローブにおける接合箇所の品質を向上した検査用プローブの製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも一方の先端部に検査用接触部が形成される第１の線材１１０及び第２の線材１２０を接合して構成される検査用プローブの製造方法を、第１の線材１１０の接合面及び第２の線材１２０の接合面の一方に凸部１１１を形成するとともに他方に凸部と係合する凹部１２１を形成し、第１の線材の接合面及び第２の線材の接合面の少なくとも一方に金属被膜１３０，１４０を形成し、第１の線材の接合面及び第２の線材の接合面の間にロウ材１５０を配置して第１の線材と第２の線材とを凸部及び凹部が係合するように突合せ、加熱することによってロウ材と金属被膜とをロウ付けする構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体の電気導通検査を行うプローブカード等に用いられる検査用プローブの製造方法に関し、特に異種金属の線材をロウ付けして構成される検査用プローブの接合部の品質を向上したものに関する。

プローブカード、ワイヤプローブ、ゼブラプローブ、コブラ型プローブ等で検査用探針として用いられる検査用プローブ（プローブピン）として、耐食性と対磨耗性に優れたイリジウム、耐食性に優れたプラチナ合金、電気特性に優れたパラジウム合金等を用いることが知られている。
しかし、イリジウム、プラチナ合金、パラジウム合金などの貴金属系の材料は高価であるために、これらの材料を用いて検査用プローブの全体を製作すると、非常に高価なプローブとなってしまう。
さらに、イリジウムは硬く脆い材料であることから、プローブの全体に用いようとした場合、加工が困難である。さらに、プラチナ合金やパラジウム合金をプローブ全体に用いようとした場合は必要な弾力性や強靭性を得ることが困難である。
そこで、検査用プローブの先端部にイリジウム、プラチナ合金、パラジウム合金などの貴金属を用いるとともに、先端部以外の部分（本体部）を、弾力性、強靭性、及び、電気伝導性に優れたタングステン、レニウムタングステン合金、ベリリウム銅などを用いて形成し、これらを接合して検査用プローブを構成することが試みられている。

このような異種金属を接合した検査用プローブに関する従来技術として、例えば特許文献１には、タングステンからなるプローブ本体とパラジウム合金からなる先端部との接合面に大電流を流し、抵抗溶接を行うことが記載されている。
また、特許文献２には、タングステン等のプローブ本体の先端部に異種材料からなる先端部を超音波振動接合し、その後接合部を含む先端部を尖頭加工することが記載されている。
また、特許文献３には、タングステンからなるプローブ部の後端部に、抵抗溶接又はレーザ溶接によって銅線を接合した異種金属接合プローブが記載されている。
また、特許文献４には、タングステン又はレニウムタングステンからなるプローブの先端部に、チタン、ニッケル又はこれらの合金をロウ付けした異種材料プローブピンが記載されている。

特開２０００−１３７０４２号公報 特開２００７−２７１４７２号公報 特開２０００−１８７０４３号公報 特開２００７−１４７４８３号公報

しかし、このような検査用プローブは微細であることから、精度、強度、信頼性など接合部の品質を高めることは困難である。
例えば、近年の半導体検査で用いられる垂直式のプローブカードでは、直径３５ミクロン〜５０ミクロンの検査用プローブが使用されている。
このような微細な異種金属の線材を接合する場合、特許文献１のように大電流を流す必要がある抵抗溶接や、特許文献２のような線材間に強い軸力を作用させて端面を圧着させる必要がある超音波振動接合では良好な接合部の品質を得ることは困難である。

また、特許文献３のようにレーザ溶接とした場合には、線材に大きな電流や圧着力を作用させる必要がなく、また加熱熱量の制御性にも優れているが、融点が異なる異種材料を溶接する場合には、高融点側の材料の溶融不良や、低融点側の材料の溶け過ぎが問題となる。
特許文献４に記載されたようなロウ付けでは、上述した特許文献１乃至３のような問題は生じないが、線材とロウ材との間の界面の面積や、接合強度を十分に確保して必要な継ぎ手強度を得ることが困難である。

上述した問題に鑑み、本発明の課題は、異種金属からなる線材をロウ付けして構成される検査用プローブにおける接合箇所の品質を向上した検査用プローブの製造方法を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、少なくとも一方の先端部に検査用接触部が形成される第１の線材及び第２の線材を接合して構成される検査用プローブの製造方法であって、前記第１の線材の接合面及び前記第２の線材の接合面の一方に凸部を形成するとともに他方に前記凸部と係合する凹部を形成し、前記第１の線材の接合面及び前記第２の線材の接合面の少なくとも一方に金属被膜を形成し、前記第１の線材の接合面及び前記第２の線材の接合面の間にロウ材を配置して前記第１の線材と前記第２の線材とを前記凸部及び前記凹部が係合するように突合せ、加熱することによって前記ロウ材と前記金属被膜とをロウ付けすることを特徴とする検査用プローブの製造方法である。
これによれば、第１の線材、第２の線材がロウ付けの困難な材料である場合であっても、ロウ付けが可能な材料からなる金属被膜を予め線材側に形成し、この金属被膜とロウ材とをロウ付けすることによって、ロウ材と線材との接合強度を確保し、第１の線材と第２の線材とを良好に接合することができる。
また、第１の線材、第２の線材の接合面に凸部及び凹部を形成することによって、線材と金属被膜との界面の面積を大きくでき、同時に金属被膜とロウ材との接合面積も大きくできるため、第１の線材と第２の線材との接合強度を向上することができる。
さらに、凸部及び凹部が第１の線材と第２の線材とを同心に配置するためのガイドとして機能することによって、接合部の精度を確保できる。

請求項２の発明は、前記金属被膜は前記ロウ材の主成分と同族の金属を主成分とし、スパッタリング、メッキ、蒸着のいずれかによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の検査用プローブの製造方法である。
これによれば、上述した効果をより確実に得ることができる。

請求項３の発明は、前記ロウ材は金属ナノ粒子からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の検査用プローブの製造方法である。
請求項４の発明は、前記ロウ材及び前記金属被膜はともにＡｕを主成分とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の検査用プローブの製造方法である。
請求項５の発明は、前記ロウ材はＡｇを主成分とし、前記金属被膜はＡｇ又はＡｕを主成分とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の検査用プローブの製造方法である。
これらの発明によれば、ロウ付け箇所の品質をより向上することができる。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「ナノ粒子」とは、粒径がナノオーダー（例えば１〜１００ナノメートル）の粒子を示すものとする。

請求項６の発明は、前記第１の線材及び前記第２の線材の一方はタングステン合金、銅合金、銀合金、パラジウム合金、金合金のいずれか１つによって形成され、他方はイリジウム又はイリジウム合金によって形成されることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の検査用プローブの製造方法である。
これによれば、検査用プローブの先端部として耐食性、耐摩耗性に優れるが硬く脆いイリジウム又はイリジウム合金を用いた場合であっても、本体部は弾力性、強靭性、電気伝導性に優れたタングステン合金、銅合金、銀合金、パラジウム合金、金合金を用いることによって、検査用プローブ全体としての性能を高めることができる。

以上説明したように、本発明によれば、異種金属からなる線材をロウ付けして構成される検査用プローブにおける接合箇所の品質を向上した検査用プローブの製造方法を提供することができる。

本発明を適用した検査用プローブの製造方法の実施形態を示す図であって、図１（ａ）は線材を突き合わせる前の状態、図１（ｂ）はロウ材を挟んで線材を突き合わせた状態、図１（ｃ）はロウ付け終了後の状態を示している。なお、理解を容易にするために、金属被膜及びロウ材は実際よりも厚く図示している。

以下、本発明を適用した検査用プローブの製造方法の実施形態について、図面等を参照して説明する。

実施形態の検査用プローブ１００は、例えばイリジウムからなる第１の線材１１０を検査用接触部が形成される先端部とし、その端部に例えばタングステンからなる第２の線材１２０を本体部として接合したものである。
この検査用プローブは、例えばプローブカードのプローブピンや、ワイヤプローブ、ゼブラプローブ等の各種プローブピンとして利用される。
検査用プローブ１００は、全長が例えば６０〜１５０ｍｍのカンチレバー式プローブカード用のプローブである場合に、例えば６〜１０ｍｍを先端部とすることができる。この場合、第１の線材１１０と第２の線材１２０との接合部がカンチレバー式プローブカードのプローブ固定用樹脂の内部に埋没する構成とすることができる。

なお、このような材料の組み合わせや用途、形状、寸法は一例であって、これらは適宜変更することができる。
例えば、弾性回復力を持たせるために中央部分をＳの字型に湾曲させ、あるいは、くの字型に屈曲させた垂直用プローブの場合には、銅合金線材からなる本体部の下端部又は上下端部に、先端部として例えば０．５〜２ｍｍ程度のイリジウム線材を接合し、銅合金線材の外周面に、金、ニッケル等の防錆メッキを施した構成とすることができる。

図１（ａ）等に示すように、第１の線材１１０の第２の線材１２０との接合部には、例えば研磨等の機械加工によってテーパ状に尖頭加工された凸部１１１が形成されている。
一方、第２の線材１２０の第１の線材１１０との接合部には、第１の線材１１０の凸部１１１と実質的に同じテーパ角（側面角）を有するテーパ穴状の凹部１２１が形成されている。凹部１２１は、例えば、レーザ加工や放電加工によって形成される。

また、第１の線材１１０の凸部１１１の表面と、第２の線材１２０の凹部１２１の表面には、それぞれ金属被膜１３０，１４０が形成されている。
金属被膜１３０，１４０は、例えば、金（Ａｕ）をメッキすることによって形成されている。金属被膜１３０，１４０は、不可避的不純物を除く主成分の実質全部が金によって構成されている。

第１の線材１１０及び第２の線材１２０は、図１（ｂ）に示すように、金属被膜１３０，１４０の間にロウ材１５０を介在させた状態で、凸部１１１と凹部１２１が係合するよう突き合わせられ、加熱される。
ロウ材１５０としては、金属被膜１３０，１４０の材料と同族の金属あるいはこれらとのロウ付けが容易な金属であることが望ましく、特にナノオーダー（例えば１−１００ナノメートル程度）の粒径を有するナノ粒子を含むことが好ましい。
実施形態においては、ロウ材１５０として、例えば、不可避的不純物を除く主成分の実質全部が金（Ａｕ）であるナノ粒子からなるペーストを用いる。
接合箇所をＡｕの融点（約１０６４℃）以上に加熱することによって、図１（ｃ）に示すように、金属被膜１３０，１４０とロウ材１５０とを溶着させて一体的なロウ接部１６０とし、接合は完了する。

その後、第１の線材１１０の図示しない先端部（接合部とは反対側に設けられ測定対象物と当接する接触部）に、尖頭加工などの必要な加工を施し、さらに、必要な場合には第２の線材１２０に曲げ加工などを施して、検査用プローブは完成する。

なお、検査用プローブのロウ接部１６０を含む外周面に、例えばニッケルメッキ等によって金属被膜を形成すると、これによって接合部の強度を向上することができる。
また、このようなニッケルメッキ等の金属被膜を下地として、金、ロジウム、プラチナなどの金属被膜をメッキ等により形成することができる。
金メッキを施した場合、常温での電気特性を向上することができる。
プラチナメッキを施した場合、高温下での耐食性を向上することができる。
ロジウムメッキを施した場合、高温下での耐食性及び磨耗性を向上することができる。
なお、このようなメッキを検査用プローブの全体に施した後、イリジウム等からなる先端部を針状に研磨すると、このとき先端部からはメッキ膜が除去されるので、先端部の性能に影響が出ることはない。

以上説明した実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）イリジウム及びタングステンのように、金のロウ材で直接ロウ接することが困難であり、かつ融点が大きく異なり溶接が困難な材料であっても、金メッキ膜である金属被膜１３０，１４０を予め各線材１１０，１２０の接合面に形成し、この金属被膜１３０，１４０とロウ材１５０とをロウ付けすることによって、第１の線材１１０と第２の線材１２０とを接合することができる。
（２）第１の線材１１０、第２の線材１２０の接合面に凸部１１１及び凹部１２１を形成することによって、線材１１０，１２０と金属被膜１３０，１４０との界面の面積を大きくでき、同時に金属被膜１３０，１４０とロウ材１５０との接合面積を大きくでき、接合強度を向上することができる。
（３）凸部１１１及び凹部１２１が第１の線材１１０と第２の線材１２０とを同心に配置するためのガイドとして機能することによって、接合部の精度を確保できる。
（４）検査用プローブ１００の先端部として耐食性、耐摩耗性に優れるが硬く脆いイリジウムを用いた場合であっても、本体部は弾力性、強靭性、電気伝導性に優れたタングステンを用いることによって、検査用プローブ１００全体としての性能を高めることができる。
（５）ロウ接部１６０を含む外周面にニッケルメッキを施すことによって、接合部の強度を向上することができる。
（６）ニッケルメッキを下地として、金、ロジウム、プラチナのいずれか１つをメッキすることによって、電気特性、耐食性、耐摩耗性などを向上できる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）実施形態では、第１の線材をイリジウムにより形成し、第２の線材をタングステンによって形成しているが、本発明はこれに限定されず、他の材料からなる線材を接合した検査用プローブの製造にも適用することができる。
例えば、検査用プローブの先端部は、純イリジウムのほか、イリジウムを含有する例えばプラチナ−イリジウム合金、パラジウム−イリジウム等のイリジウム合金や、オスミウム等の他種の金属によって形成してもよい。また、その他のプラチナ合金、パラジウム合金等を用いてもよい。
また、本体部は、純タングステン、レニウムタングステン合金、ベリリウム銅合金のほか、他のタングステン系合金、銀パラジウム銅合金、アルミニウム系合金、その他の銅合金、パラジウム合金、金合金、銀合金や、他種の金属によって形成してもよい。
（２）実施形態においては、ロウ材及び金属被膜をともに金によって形成しているが、これに限らず、ロウ材と金属被膜の材質は適宜変更することができる。例えば、ロウ材を銀（Ａｇ）とし、金属被膜を金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）等によって形成してもよく、さらにこれらの合金や他の金属を用いてもよい。また、実施形態では第１の線材、第２の線材の双方に金属被膜を形成しているが、いずれか一方の線材の材料が直接ロウ付けが可能である場合には、他方の線材にのみ金属被膜を形成してもよい。
（３）各線材の端面に凸部及び凹部を設ける場合、これらの形状は各実施形態のようなテーパ状のものに限定されず、他の形状であってもよい。また、その製法も特に限定されない。また、実施形態では先端部が設けられる側の線材に凸部を形成しているが、これとは逆に他方（本体側）の線材に凸部を形成してもよい。
（４）実施形態において、各線材の接合面にメッキによって金等の金属被膜を形成しているが、このような金属被膜を形成する手法は、メッキに限らず、蒸着やスパッタリング等の他の薄膜形成技術を用いてもよい。

１００ 検査用プローブ
１１０ 第１の線材 １１１ 凸部
１２０ 第２の線材 １２１ 凹部
１３０ 金属被膜 １４０ 金属被膜
１５０ ロウ材 １６０ ロウ接部

Claims (6)

1. 少なくとも一方の先端部に検査用接触部が形成される第１の線材及び第２の線材を接合して構成される検査用プローブの製造方法であって、
   前記第１の線材の接合面及び前記第２の線材の接合面の一方に凸部を形成するとともに他方に前記凸部と係合する凹部を形成し、
   前記第１の線材の接合面及び前記第２の線材の接合面の少なくとも一方に金属被膜を形成し、
   前記第１の線材の接合面及び前記第２の線材の接合面の間にロウ材を配置して前記第１の線材と前記第２の線材とを前記凸部及び前記凹部が係合するように突合せ、加熱することによって前記ロウ材と前記金属被膜とをロウ付けすること
   を特徴とする検査用プローブの製造方法。
2. 前記金属被膜は前記ロウ材の主成分と同族の金属を主成分とし、スパッタリング、メッキ、蒸着のいずれかによって形成されること
   を特徴とする請求項１に記載の検査用プローブの製造方法。
3. 前記ロウ材は金属ナノ粒子からなること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の検査用プローブの製造方法。
4. 前記ロウ材及び前記金属被膜はともにＡｕを主成分とすること
   を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の検査用プローブの製造方法。
5. 前記ロウ材はＡｇを主成分とし、前記金属被膜はＡｇ又はＡｕを主成分とすること
   を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の検査用プローブの製造方法。
6. 前記第１の線材及び前記第２の線材の一方はタングステン合金、銅合金、銀合金、パラジウム合金、金合金のいずれか１つによって形成され、他方はイリジウム又はイリジウム合金によって形成されること
   を特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の検査用プローブの製造方法。

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