JP2017215221A

JP2017215221A - プローブ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2017215221A
Application number: JP2016109694A
Authority: JP
Inventors: 高橋　浩二; Koji Takahashi; 浩二高橋; 輝彦高嶋; Teruhiko Takashima
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-12-07

Abstract

【課題】微細なプリント配線板の導通検査に用いられるプローブ及びプローブの製造方法を提供する。【解決手段】導通検査用のプローブ１０は、導電性の線材１３と、前記線材１３を被覆している絶縁膜２０とからなる。そして、前記絶縁膜２０は無機絶縁体で形成されている。プローブの製造方法は、導電性の線材を準備することと、前記線材を無機絶縁体からなる絶縁膜で被覆することと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は導電性の線材と線材を被覆する絶縁膜とからなるプローブ及びその製造方法に関する。

特許文献１のプローブは、樹脂製の絶縁膜で被覆されている。

特開２００２−９０４１０号公報（段落［００１９］）

特許文献１のプローブでは、絶縁膜を薄くすることが困難であると考えられている。

本発明の導通検査用のプローブは、導電性の線材と、前記線材を被覆している絶縁膜とからなる。そして、前記絶縁膜は無機絶縁体で形成されている。

本発明の導通検査用のプローブの製造方法は、導電性の線材を準備することと、前記線材を無機絶縁体からなる絶縁膜で被覆することと、を含む。

（Ａ）本発明の一実施形態に係るプローブの側面図（Ｂ）変形例に係るプローブの拡大側面図プローブの断面図プローブの製造工程を説明する工程図

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態が図１〜図３に基づいて説明される。図１に、第１実施形態のプローブ１０が示される。図１（Ａ）の左側に示されているように、プローブの形状は略円柱である。もしくは、プローブの形状は線形である。また、プローブ１０は、図１（Ａ）の右側に端部が拡大して示されているように、導電性の線材１３と線材１３の側面を被覆している絶縁膜２０で形成されている。図１（Ａ）に示されるように、プローブ１０は上端部１３ｂと上端部１３ｂと反対側の下端部１３ａを有する。例えば、プローブ１０がプリント配線板等の検査対象の検査に用いられる時、下端部１３ａがプリント配線板と対向する。そして、プローブ１０は上端部１３ｂに形成される上端面１３Ｂと下端部１３ａに形成される下端面１３Ａを有する。検査時、下端面１３Ａの少なくとも一部がプリント配線板に接する。

プローブ１０は上端面１３Ｂから下端面１３Ａに至る中心軸を有している。中心軸は上端面１３Ｂの中心と下端面１３Ａの中心を通る。あるいは、中心軸は上端面１３Ｂの重心と下端面１３Ａの重心を通る。

線材１３は、導電性を有する部材で形成される。例えば、線材１３は、レニウムタングステン、タングステン、ベリリウム銅、ステンレス鋼、高炭素鋼のうちの何れかを主成分として含んでいる。

線材１３の上端面１３Ｂと下端面１３Ａと上端面１３Ｂと下端面１３Ａとの間の側面をめっき層１２（図２参照）で覆うことが可能である。例えば、めっき層１２は、ニッケル、ニッケル銅、ロジウム、パラジウム、金等で形成される。

絶縁膜２０は、無機絶縁体を主成分として含んでいる。その無機絶縁体として、金属酸化物や金属窒化物が挙げられる。例えば、絶縁膜２０はアルミナ、シリカ、ジルコニア、イットリア、ステアタイト、ムライト、チタニア及びマグネシアなどの金属酸化物で形成される。あるいは、絶縁膜２０は窒化アルミニウムやマジナブルセラミックスで形成される。なお、実施形態のプローブ１０の絶縁膜２０は、アルミナからなる無機絶縁膜２０で形成されている。

図２に示されるように、線材１３の直径φ１は、例えば、１５［μｍ］以上、４０［μｍ］以下である。例えば、実施形態のプローブ１０の線材１３の直径φ１は２７［μｍ］である。また、線材１３の長さは、例えば、１０〜５０［ｍｍ］である。めっき層１２の厚みは０．５〜３．０［μｍ］である。例えば、めっき層１２の厚みは１［μｍ］である。

図１（Ａ）に示されるように、線材１３の下端面１３Ａは、例えば中心軸と直交する平坦な面である。また、線材１３の上端面１３Ｂも中心軸と直交する平坦な面である。なお、線材１３の下端面１３Ａ及び上端面１３Ｂを斜めな面、もしくは、曲面にすることができる。図１（Ｂ）に示されるように、曲面は凸状に膨らんでいる。

絶縁膜２０の膜厚ｔは、０．３［μｍ］以上、３．０［μｍ］以下である。また、膜厚ｔと線材１３の半径ｒ（図２参照）との比（ｔ／ｒ）が１／６以下である。なお、膜厚ｔの好ましい範囲は、０．５［μｍ］以上２［μｍ］以下である。第１実施形態では、例えば、膜厚ｔは約１［μｍ］である。

図１（Ａ）に示されるように、線材１３の側面は絶縁膜２０で完全に覆われていない。線材１３のうち上端面１３Ｂと上端面１３Ｂから延びる所定の長さの側面は露出している。その部分は上側の露出部１３Ｕである。上側の露出部１３Ｕと上端部１３ｂはほぼ同じである。上側の露出部１３Ｕは長さｈ２を有し、長さｈ２は、３０［ｍｍ］以下である。線材１３のうち下端面１３Ａと下端面１３Ａから延びる所定の長さの側面は露出している。その部分は下側の露出部１３Ｌである。下側の露出部１３Ｌと下端部１３ａはほぼ同じである。下側の露出部１３Ｌは長さｈ１を有し、長さｈ１は、０［ｍｍ］以上０．０５［ｍｍ］以下である。

絶縁膜２０は上部２１Ｕと下部２１Ｌと上部２１Ｕと下部２１Ｌとの間の中央部２１Ｍで形成されている。上部２１Ｕは上側の露出部１３Ｕに繋がっていて、下部２１Ｌは下側の露出部１３Ｌに繋がっている。上部２１Ｕの絶縁膜２０の厚みは中央部２１Ｍから上側の露出部１３Ｕに向かって徐々に薄くなる。同様に、下部２１Ｌの絶縁膜２０の厚みは中央部２１Ｍから下側の露出部１３Ｌに向かって徐々に薄くなる。上部２１Ｕと下部２１Ｌは長さｍを有し、長さｍは５ｍｍ以下である。中央部２１Ｍの絶縁膜２０の厚みは略等しい。実施形態のプローブ１０で上部２１Ｕのみが上側の露出部１３Ｕに向かって徐々に薄くなってもよい。実施形態のプローブ１０で下部２１Ｌのみが下側の露出部１３Ｌに向かって徐々に薄くなってもよい。実施形態のプローブ１０で上部２１Ｕと下部２１Ｌの両方が上側の露出部１３Ｕ及び下側の露出部１３Ｌに向かって徐々に薄くならなくてもよい。

第１実施形態のプローブ１０の製造方法の例が以下に示される。
（１）図３（Ａ）に示されるように、線材１３が準備される。線材１３の長さは１０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下である。

（２）電解めっき処理により、図３（Ｂ）に示されるように、線材１３全体がめっき層１２で覆われる。

（３）上端面１３Ｂと下端面１３Ａに絶縁膜２０が付着しないように、線材１３の上端面１３Ｂと下端面１３Ａは適当な部材で覆われる。適当な部材の例はテープである。あるいは、上側の露出部１３Ｕが形成されるように、上端面１３Ｂと上端面１３Ｂから延びる線材１３の側壁をフォトレジストで覆うことができる。同様に、下側の露出部１３Ｌが形成されるように、下端面１３Ａと下端面１３Ａから延びる線材１３の側壁をフォトレジストで覆うことができる。

（４）上側の露出部１３Ｕと下側の露出部１３Ｌが形成されるように線材１３がフォトレジストで覆われる。次いで、蒸着法でフォトレジストとフォトレジストから露出する線材１３上に無機絶縁膜２０が形成される。実施形態では、アルミナからなる絶縁膜２０が形成される。なお、蒸着法の例は、イオンプレーティング法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤである。

リフトオフ法により、フォトレジストとフォトレジスト上の絶縁膜２０が除去される。上側の露出部１３Ｕと下側の露出部１３Ｌとを有するプローブが完成する（図１（Ａ））。

第１実施形態のプローブ１０は、例えば、プリント配線板等の回路基板の導通検査に使用される。その例が特開２００６−１７４５５号公報、特開２００２−９０４１０号公報、２０１２−１８１１６号公報に開示されている。

例えば、特開２００６−１７４５５号公報（特許文献２）に開示されている導通検査装置に本実施形態のプローブ１０が使用される。特許文献２と同様に、本実施形態のプローブ１０の下端面１３Ａがプリント配線板の電極に押し当てられる。電極の例は半田バンプである。

プリント配線板の高密度化が進んでいる。そのため、隣接する電極間の間隔（ピッチ）や電極の大きさは小さくなっている。ピッチは１つの電極の中心とその電極に隣接する電極の中心間の距離である。微細な電極を有するプリント配線板の導通検査は精度の観点から、４端子法により行われる。４端子法では、１つの電極に２つのプローブが押し当てられる。一つは電流端子であり、もう一つは電圧端子である。例えば、ピッチが８０μｍ以下になる。あるいは、電極の直径が４０μｍ以下になると、特許文献１のプローブにより４端子法で検査することは難しいと考えられる。なぜなら、特許文献１のプローブは、樹脂製の絶縁膜を有するので、絶縁膜の厚みを５［μｍ］以下にすることが困難であると考えられる。例えば、樹脂製の絶縁膜の摩耗と無機製の絶縁膜の摩耗が比較されると、前者は後者より大きい。そのため、プローブを長期に使用するため、樹脂製の絶縁膜の厚みは厚くなる。線材１３を被覆する絶縁膜２０の厚みが厚いと、電流端子と電圧端子との間の間隔が広い。例えば、電流端子の側壁と電圧端子の側壁間の距離を１０［μｍ］以下にすることが難しい。このため、特許文献１のプローブが検査に用いられると、微細な電極を有するプリント配線板の検査結果の精度が低くなりやすい。特許文献１のプローブを長期に使用することが難しい。

これ対し、第１実施形態のプローブ１０では、絶縁膜２０が無機絶縁体で形成されている。そのため、絶縁膜２０の厚みを薄くすることができる。例えば、絶縁膜２０の厚みを５［μｍ］以下にすることができる。電流端子を形成するプローブ１０の線材１３と電圧端子を形成するプローブ１０の線材１３との間の間隔を１０［μｍ］以下にすることができる。これにより、第１実施形態のプローブ１０が検査に用いられると、微細な電極を有するプリント配線板の検査結果の精度が高くなる。例えば、プリント配線板の電極の直径が２５μｍ以上、４０μｍ以下でも、検査の精度が高い。実施形態のプローブが長期に使用されても、検査の精度が高い。実施形態のプローブ１０は上部２１Ｕや下部２１Ｌを有することができる。その部分の絶縁膜２０の厚みは露出部に向かって薄くなっている。線材１３は金属で形成され、絶縁膜２０はセラミックスで形成されている。金属の物性とセラミックスの物性は異なる。例えば、物性の例はヤング率や機械強度である。従って、例えば、露出部の強度と被覆部の強度は、大きく異なりやすい。そのため、上部２１Ｕや下部２１Ｌが存在しないと、露出部と被覆部の境界でプローブの強度が大きく変化しやすい。その場合、プローブ１０が繰り返し使用されると、露出部と被覆部の境界からプローブが劣化しやすい。それに対し、上部２１Ｕや下部２１Ｌが存在すると、露出部から中央部に向かってプローブの強度が徐々に変化する。その結果、プローブ１０が長期に使用されても、検査の精度が低くなり難い。

特許文献１のプローブの直径と第１実施形態のプローブ１０の直径が同じである場合、第１実施形態のプローブ１０の絶縁膜２０の厚みを特許文献１のプローブの絶縁膜２０の厚みより薄くすることができる。そのため、実施形態のプローブ１０の線材１３を太くすることができる。これにより、実施形態のプローブの線材１３の強度を高くすることができる。線材１３と電極間の接触面積を大きくすることができる。線材１３の電気抵抗を小さくすることができる。また、本実施形態のプローブ１０の絶縁膜２０の主成分は、無機絶縁体なので絶縁膜２０の耐摩耗性を高くすることができる。

第１実施形態のプローブ１０の製造方法では、絶縁膜２０が蒸着処理によって形成される。それに対し、例えば、樹脂製の絶縁膜の製造方法は、線材１３に樹脂を塗布することとその樹脂を乾燥することを含み、それらの処理が複数回繰り返される。そのため、第１実施形態の製造方法の生産性は樹脂製の絶縁膜を有するプローブの製造方法より高い。

線材１３の形状の例は円柱や角柱である。下側の露出部１３Ｌや上側の露出部１３Ｕの線材１３の形状の例は円柱や角柱や円錐や角錐である。

線材１３の側面の全体が絶縁膜２０で覆われる。その後、ブラストやレーザーで上端面１３Ｂ付近の絶縁膜２０や下端面１３Ａ付近の絶縁膜２０を除去することで、上側の露出部１３Ｕや下側の露出部１３Ｌを形成することができる。

［第２実施形態］
第１実施形態のプローブ１０は、下端面１３Ａから延びる線材１３の側面が露出している。それに対し、第２実施形態のプローブ１０では、下端面１３Ａから延びる線材１３の側面は露出しない。下端面１３Ａのみが露出する。第２実施形態のプローブ１０で下部２１Ｌが下端面１３Ａに向かって徐々に薄くなっても、下端面１３Ａに向かって徐々に薄くならなくてもよい。下部２１Ｌが下端面１３Ａに向かって徐々に薄くなることが好ましい。下側の露出部１３Ｌを除き、第２実施形態のプローブ１０と第１実施形態のプローブ１０は同様である。下側の線材１３の側面の露出を無くすことで、電極上で電源端子と電圧端子が接触しても絶縁を保つことができる。

１０プローブ
１２めっき層
１３線材
２０絶縁膜
ｒ半径
ｔ膜厚

Claims

導電性の線材と、
前記線材を被覆している絶縁膜とからなる導通検査用のプローブであって、
前記絶縁膜は無機絶縁体で形成されている。
請求項１に記載のプローブであって、
前記絶縁膜は、金属酸化物で形成されている。
請求項１に記載のプローブであって、
前記絶縁膜は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、イットリア、ステアタイト、ムライト、チタニア及びマグネシアのうちの何れか１つで形成されている。
請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載のプローブであって、
前記線材は、レニウムタングステン又はタングステン又はベリリウム銅のうちの何れか１つで形成されている。
請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載のプローブであって、
前記絶縁膜の膜厚は、０．３μｍ以上である。
請求項１乃至５の何れか１の請求項に記載のプローブであって、
前記絶縁膜の膜厚は、３μｍ以下である。
請求項１乃至６の何れか１の請求項に記載のプローブであって、
前記線材の半径（ｒ）と前記絶縁膜の膜厚（ｔ）との比（ｔ／ｒ）は６分の１以下である。
請求項１乃至７の何れか１の請求項に記載のプローブであって、
前記線材は、上端面と前記上端面と反対側の下端面を有し、前記絶縁膜は前記上端面側に形成される上部と、前記下端面側に形成される下部と、前記上部と前記下部との間に形成される中央部で形成され、前記下部の前記絶縁膜の厚みは前記中央部から前記下端面に向かって薄くなる。
請求項８に記載のプローブであって、
前記下端面と前記下部の間の距離は０．０５［ｍｍ］以下である。
請求項１乃至９の何れか１の請求項に記載のプローブであって、
前記線材は、めっき層で被覆されている。
請求項１０に記載のプローブであって、
前記めっき層は、ニッケル又はニッケル銅を含んでいる。
導電性の線材を準備することと、
前記線材を無機絶縁体からなる絶縁膜で被覆することと、を含む導通検査用のプローブの製造方法。
請求項１２に記載のプローブの製造方法であって、
前記絶縁膜の主成分は金属酸化物である。
請求項１２に記載のプローブの製造方法であって、
前記絶縁膜はアルミナ、シリカ、ジルコニア、イットリア、ステアタイト、ムライト、チタニア及びマグネシアのうちの何れか１つで形成されている。
請求項１２乃至１４の何れか１の請求項に記載のプローブの製造方法であって、
前記被覆することは、蒸着で行われる。
請求項１５に記載のプローブの製造方法であって、
前記蒸着は、真空蒸着法、スパッタリング法又はイオンプレーティング蒸着法である。
請求項１２に記載のプローブの製造方法であって、
さらに、前記線材の端面を覆うことを含み、前記覆うことは前記被覆することより前に行われる。
請求項１２乃至１７の何れか１の請求項に記載のプローブの製造方法であって、
前記線材は、上端面と前記上端面と反対側の下端面を有し、前記絶縁膜は前記上端面側に形成される上部と、前記下端面側に形成される下部と、前記上部と前記下部との間に形成される中央部で形成され、前記下部の前記絶縁膜の厚みは前記中央部から前記下端面に向かって薄くなる。
請求項１２乃至１８のうち何れか１の請求項に記載のプローブの製造方法であって、
さらに、前記線材の表面にめっき層を形成することを含み、前記めっき層を形成することは前記被覆することよりも前に行われる。
請求項１２乃至１９のうち何れか１の請求項に記載のプローブの製造方法であって、
前記線材は、レニウムタングステン又はタングステン又はベリリウム銅のうちの何れか１つで形成されている。