JP2014071069A

JP2014071069A - 垂直型プローブ

Info

Publication number: JP2014071069A
Application number: JP2012219389A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Han; 利文樊
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2014-04-21

Abstract

【課題】座屈方向が一定となり狭ピッチで配置可能な垂直型プローブおよび垂直型プローブを用いたプローブカードを提供する。
【解決手段】複数のめっき層が横断方向に積層されて形成された垂直型プローブであって、前記複数のめっき層は、少なくとも、所定の結晶粒径を有する第１金属粒子が積層された第１めっき層と、前記第１金属粒子とは異なる結晶粒径を有する第２金属粒子が積層された第２めっき層からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブカードに用いられる垂直型プローブに関する。

半導体の検査を行うプローブカードに用いられるプローブの１つとして垂直型プローブが用いられており、前記垂直型プローブは、プローブカードにおいて所定の間隔で平行に配置された、垂直型プローブの針元の位置決めを行う針元ガイド板と、垂直型プローブの針先の位置決めを行う針先ガイド板によって位置決めされている。

このような垂直型プローブとしては、丸棒から形成した断面が円形の垂直型プローブ、また、めっきを積層して形成した断面が矩形の垂直型プローブ（特許文献１参照）等が存在する。そして、従来の垂直型プローブは、座屈方向を限定するために、湾曲形状、あるいは、特許文献１に記載されているような折り曲げ形状を有している。

特開２００６−８４４５０号公報

丸い棒材を用いた直線形状のプローブは座屈する方向が一定でないために、座屈する方向を揃えるために予め湾曲部を設ける加工を行わなければ、オーバードライブ時に各プローブが変形する方向が一定とならずに隣接するプローブ同士が接触すると言う問題があった。このような問題を解消するために、特許文献１では、矩形断面を用いることにより、座屈方向を揃えることを可能としている。

しかしながら、プローブに湾曲部あるいは折り曲げ部を設けて座屈方向を限定する場合には、前記湾曲部あるいは折り曲げ部の存在により直線形状ではないために、プローブを２つのガイド板に位置決めする際に、プローブの針元を針元ガイド板にガイド穴に挿入し、針先を針先ガイド板のガイド板に挿入する作業は、非常に手間が掛るという問題が生じている。

そこで、本願発明は、従来の問題点を解決するために、座屈方向が一定となり、かつ、ガイド板のガイド穴への挿入作業を容易に行うことができる垂直型プローブを提供することを目的とする。

本発明の垂直型プローブは、複数のめっき層が横断方向に積層されて形成された垂直型プローブであって、前記複数のめっき層は、少なくとも、所定の結晶粒径を有する第１の金属粒子が積層された第１のめっき層と、前記第１の金属粒子とは異なる結晶粒径を有する第２の金属粒子が積層された第２のめっき層からなることを特徴とし、さらに、側面に凸部が形成される。

本発明の垂直型プローブは、複数のめっき層が横断方向に積層されて形成された垂直型プローブであって、前記複数のめっき層は、少なくとも、所定の結晶粒径を有する第１の金属粒子が積層された第１のめっき層と、前記第１の金属粒子とは異なる結晶粒径を有する第２の金属粒子が積層された第２のめっき層からなることにより、プローブカードにおいて隣接する垂直型プローブの座屈する方向を簡単に統一することが可能となり、また、プローブカードのガイド板への挿入作業が容易になる。そして、側面に突起を設けることでガイド板から抜け落ちるのを防止して簡単に確実にガイド板で保持することが可能となる。

本発明の第１の実施形態のプローブの側面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。プローブカードの概略断面図である。本発明の第２の実施形態のプローブの側面図である。図４のＢ−Ｂ断面図である。

図を用いて本発明の垂直型プローブ１を以下に詳細に説明する。図１が本発明の第１の実施形態の垂直型プローブ１の側面図であり、図２が垂直型プローブ１の断面図である。

本発明の第１の実施形態の垂直型プローブ１は、図１に示すように、針元から針先までほぼ直線形状であるがわずかに座屈変形したものであり、検査対象物と接触する先端部２を有し、図２に示すように長方形の断面を有する。そして、前記垂直型プローブ１の針元の部分を膨らませた突起５が設けられている。

前記垂直型プローブ１は、ＭＥＭＳ電鋳技術を用いて複数の層を積層して形成した積層構造であり、本実施形態では、第１めっき層３と第２めっき層４からなる２層構造である。そして、前記第１めっき層３と前記第２めっき層４は、所定の結晶粒径を有する第１の金属粒子が積層された第１めっき層３と、前記第１の金属粒子とは異なる結晶粒径を有する第２の金属粒子が積層された第２めっき層４を用いる。

前記第１めっき層３および前記第２めっき層４が、互いに結晶粒径の異なる第１の金属粒子および第２の金属粒子を有する構造とする方法として、前記第１めっき層３および第２めっき層４を形成する際に、めっき温度を変化させる方法、そして、電流密度を変化させる方法がある。

めっきによって金属粒子を積層してめっき層を形成する際に、めっき温度を高くすると冷却速度が遅くなり、その結果、めっき層の金属粒子の結晶粒径は大きくなる。また、電流密度を大きくすると、めっき層の金属粒子の結晶粒径は小さくなる。この２つの条件を組み合わせることにより、前記第１めっき層３および前記第２めっき層４が、互いに結晶粒径の異なる第１の金属粒子および第２の金属粒子を有する構造とすることができる。

このような方法を用いて、前記第１めっき層３と前記第２めっき層４を、図２に示すように、前記長方形断面の短辺方向に積層して形成する。この際に、前記第１めっき層３の層厚は、前記第２めっき層４の層厚よりも大きくなるように形成する。

この時、例えば、前記第１めっき層３、前記第２めっき層４の順番でめっき層を積層する場合、前記第２めっき層４を形成する際に、前記第１めっき層３を形成した条件に対して、めっき温度を低くし、電流密度を高くする。これにより、前記第２めっき層４の第２金属粒子の結晶粒径は、前記第１めっき層３の第１金属粒子よりも小さくなる。

前記第１めっき層３および前記第２めっき層４の形成は、ＭＥＭＳ電鋳技術を用いてめっき層を形成する際に、めっき層の形成時間に応じて電流密度（単位面積に垂直な方向に単位時間に流れる電気量）および温度を２段階で変更しながら連続してめっき層を形成する。第１めっき層３から順にめっき層を形成する場合には、まず初めに、第１の電流密度および温度でめっき層の形成を行い、第１めっき層３に相当する厚みのめっき層が形成された時点で、第１の電流密度および温度を第２の電流密度および温度に変更する。ここまでに形成されためっき層が第１めっき層３となる。

次に、第２の電流密度で第２めっき層４に相当する厚みのめっき層を形成する。第２の電流密度および温度で形成された部分のめっき層が第２めっき層４となる。このように、電流密度および温度を変更してめっき層の形成を行うことにより、同一の材質のめっき層であるが、各めっき層を形成する金属粒子の結晶粒径が異なるために、互いに異なる熱応力緩和特性を有するめっき層となる。このようなめっき層の形成の際に、コンピュータプログラム制御による連続電流密度および温度の設定も可能であり、様々な応力の異なる複数のめっき層の形成が制御可能となる。

このように、前記第１めっき層３および前記第２めっき層４が、互いに結晶粒径の異なる第１の金属粒子および第２の金属粒子からなるように形成すると、前記第１めっき層３と前記第２めっき層４とは互いに異なる内部応力を有することになり、その結果、図１に示すように、僅かに座屈した形状となる。

このような座屈はめっきの内部応力を利用したものである。異なる内部応力を有する複数のめっき層からなる場合、めっき構造が形成される際に引張（または圧縮）応力が発生しており、めっき直後にはめっき中の残存水素などの影響で応力が変化し易い状態になることが多い。そのために、ある温度に加熱処理を行うことで水素を抜け出させるとめっきの応力が緩和され、この安定状態において変形量が一定に保持できるようになり座屈変形された状態が保たれる。このような応力変化を利用して座屈変形を行わせている。

このように僅かに座屈した形状について、一例を用いて説明すると、垂直型プローブ１の長さを２ｍｍ、断面形状を６０μｍ×４０μｍとすると、座屈による変形量（図１のｗ）は、１０μｍ程度となり、長さ方向に対して約０．５％の変形量となり、極僅かに変形した状態となる。しかしながら、このような変形量であっても、垂直型プローブ１に垂直方向の力が加わった場合には、予め座屈変形した方向にさらに座屈することとなるので、座屈方向を限定するには十分な変形量である。

よって、前記垂直型プローブ１をプローブカードに配置する際には、変形した方向を揃えて配置すると、複数の垂直型プローブ１を同一方向に座屈させることが可能となる。また、前記突起５によってガイド板から抜け落ちるのを防止することもできる。

本発明の前記垂直型プローブ１は、極僅かに変形しただけで、ほぼ直線形状であることから、プローブカードの２つのガイド板のガイド穴に挿入し配置する作業が簡単に行うことができる。そのため、自動作業によって垂直型プローブ１を配置することも可能である。

次に、前記垂直型プローブ１を配置したプローブカード１０について説明する。図３に示すように、プローブカード１０は、複数の前記垂直型プローブ１、メイン基板１１、針元ガイド板１２、針先ガイド板１３、および前記針元ガイド板１２と前記針先ガイド板１３とを所定の間隔で配置するためのスペーサ１６を含むものである。

前記針元ガイド板１２に設けられた第１ガイド穴１４および前記針先ガイド板１３に設けられた第２ガイド穴１５は、前記垂直型プローブ１の断面形状に合わせて、長方形断面とする。そして、前記針元ガイド板１２と前記針先ガイド板１３は、前記第１ガイド穴１４と前記第２ガイド穴１５が上下に重なるように配置する。

このように配置した前記針元ガイド板１２と前記針先ガイド板１３に前記垂直型プローブ１を配置する作業は、前記垂直型プローブ１を前記第１ガイド穴１４の上方から挿入する。前記垂直型プローブ１は僅かに弾性変形しているだけであるので、前記第１ガイド穴１４から挿入された前記垂直型プローブ１の針先はそのまま前記第２ガイド穴１５へと挿入される。そして、前記凸部５が前記針元ガイド板１２の上面と接触すると、前記垂直型プローブ１は前記針元ガイド板１２に保持され、前記針元ガイド板１２および前記針先ガイド板１３に配置される。

前記垂直型プローブ１の断面形状が、一例として挙げた６０μｍ×４０μｍの場合、前記第１ガイド穴１４および前記第２ガイド穴１５を７０μｍ×５０μｍとすれば、前記垂直型プローブ１を前記第１ガイド穴１４から前記第２ガイド穴１５へと簡単に挿入することができる。このようにして配置された２ｍｍの長さの前記垂直型プローブ１は前記針先ガイド板１３から下方に１００μｍ突出し、前記針元ガイド板１２から上方に１００μｍ突出した状態となる。

前記第１ガイド穴１４および前記第２ガイド穴１５を、それぞれ前記針元ガイド板１２および前記針元ガイド板１３に形成する際に、全てのガイド穴１４，１５が同一方向となるように形成しておき、前記垂直型プローブ１をガイド穴１４，１５に挿入する際に、全ての垂直型プローブ１を変形している方向を揃えた状態で挿入すると、前記垂直型プローブ１はガイド穴１４，１５内で向きを変えることができないので、全ての垂直型プローブ１の向きが固定された状態で配置される。その後、前記針元ガイド板１２と前記針先ガイド板１３を前記メイン基板１１に取り付け、その他の配線等を行うとプローブカード１０が完成する。

このようにして、垂直型プローブ１の前記プローブカード１０への配置は完了するが、前記プローブカード１０に配置された垂直型プローブ１は全て僅かに変形している方向が揃えられているので、半導体装置の検査を行いオーバードライブした時に、隣接する前記垂直型プローブ１は互いに接触することなく同じ方向に座屈変形することとなる。

このように本発明の垂直型プローブ１を用いることによって、簡単に座屈する方向を統一することが可能となり、互いに隣接する垂直型プローブ１同士が接触するという問題は解消される。また、垂直型プローブ１をプローブカード１０に配置する作業も従来よりも容易になり、動作業によって垂直型プローブ１を配置することも可能である。プローブカード１０のその他の構造については、特にここで限定するものではなく、従来のプローブカードを基に、例えば、補強板を用いたり適宜変更、追加することが可能である。

次に、第２の実施形態の垂直型プローブ２１について説明する。図４が本発明の第２の実施形態の垂直型プローブ２１の側面図であり、図５が垂直型プローブ２１の断面図である。本発明の第２の実施形態の垂直型プローブ２１は、第１の実施形態の垂直型プローブ１のめっき層を４層構造としたものであり、形状自体は同じものを用いており、図４に示すように、針元から針先までほぼ直線形状であるがわずかに座屈変形したものであり、検査対象物と接触する先端部２２を有し、図５に示すように長方形の断面を有する。そして、前記垂直型プローブ２１の針元の部分を膨らませた突起２７が設けられている。

前記垂直型プローブ２１は、ＭＥＭＳ電鋳技術を用いて複数の層を積層して形成した積層構造であり、本実施形態では、図５に示すように、第１めっき層２３、第２めっき層２４、第３めっき層２５、第４めっき層２６からなる４層構造である。

前記第１めっき層２３から前記第４めっき層２６までの形成は、ＭＥＭＳ電鋳技術を用いてめっき層を形成する際に、めっき層の形成時間に応じて電流密度（単位面積に垂直な方向に単位時間に流れる電気量）およ微温度を４段階で変更しながら連続してめっき層を形成する。

第１めっき層２３から順にめっき層を形成する場合には、まず初めに、第１の電流密度および温度でめっき層の形成を行い、第１めっき層２３に相当する厚みのめっき層が形成された時点で、第１の電流密度を第２の電流密度および温度に変更する。ここまでにできためっき層が第１めっき層２３となる。

次に、第２の電流密度で第２めっき層２４に相当する厚みのめっき層が形成された時点で、第２の電流密度および温度を第３の電流密度および温度に変更する。第２の電流密度および温度で形成された部分のめっき層が第２めっき層２４となる。このように、電流密度および温度の変更を第４電流密度まで行うことにより、続いて、第３めっき層２５、第４めっき層２６となるめっき層を形成していく。

このようにして形成された第１めっき層２３、第２めっき層２４、第３めっき層２５および第４めっき層２６は同一の材質のめっき層であるが、互いに異なる結晶粒径を有するために、互いに異なる熱応力緩和特性を有するめっき層となる。この時、電流密度は段階的に増加させ、温度は段階的に低下させると、第１めっき層２３、第２めっき層２４、第３めっき層２５および第４めっき層２６は、各めっき層をそれぞれ形成する第１金属粒子〜第４金属粒子の結晶粒径が順に小さくなり、互いに異なる結晶粒径となる。

第１めっき層２３から第４めっき層２６は、図５に示すように、前記長方形断面の短辺方向に順番に形成する。この際に、各層の厚みはほぼ同じものとしている。ここでは、４層構造の場合について説明したが、層数については特に限定するものではなく、材質、また、電流密度および温度の変更度合い等は適宜決定することが可能である。

前記垂直型プローブ２１は、長方形の断面を用いることにより、座屈方向が長方形の短辺方向（２方向）に限定される。さらに、本実施形態では垂直型プローブ２１の断面を異なる電流密度および温度で形成した第１めっき層２３、第２めっき層２４、第３めっき層２５および第４めっき層２６からなる互いに異なる結晶粒径を有する４層構造とすることで、前記垂直型プローブ２１は極僅かに弾性変形した形状を有する形状となる。このような前記垂直型プローブ２１の断面の向きを揃えて、前記垂直型プローブ１と同様にプローブカードに配置すると、複数の垂直型プローブ２１を同一方向に座屈させることが可能となる。

また、前記垂直型プローブ２１は、図４に示すように、極僅かに変形したほぼ直線形状で形成されているために、プローブカードの針元ガイド板および針先ガイド板のガイド穴に挿入し配置する作業が簡単に行うことができる。そのため、自動作業によって垂直型プローブ２１を配置することも可能である。

このように、本発明の垂直型プローブは、断面形状を揃えて配置するだけで、座屈方向を揃えることが可能となる。また、プローブカードへの配置作業も従来よりも容易に行うことが可能となる。

１プローブ
２先端部
３第１めっき層
４第２めっき層
５突起
１０プローブカード
１１メイン基板
１２針元ガイド板
１３針先ガイド板
１４第１ガイド穴
１５第２ガイド穴
１６スペーサー
２１プローブ
２２先端部
２３第１めっき層
２４第２めっき層
２５第３めっき層
２６第４めっき層
２７突起

Claims

複数のめっき層が横断方向に積層されて形成された垂直型プローブであって、
前記複数のめっき層は、少なくとも、所定の結晶粒径を有する第１金属粒子が積層された第１めっき層と、前記第１金属粒子とは異なる結晶粒径を有する第２金属粒子が積層された第２めっき層からなることを特徴とする垂直型プローブ。
側面に凸部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の垂直型プローブ。