JP2021076486A - 電気的接続装置 - Google Patents

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賢一 鶴田
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孝幸 林崎
孝一郎 得丸
Koichiro Tokumaru
孝一郎 得丸
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Abstract

【課題】プローブと配線基板のランドの癒着を抑制できる電気的接続装置を提供する。
【解決手段】電気的接続装置１は、ランド２１が主面に配置された配線基板２０とプローブ１０とを備える。プローブ１０は、測定対象物２と接触する先端部１２およびランド２１と接触する基端部１１を有する。基端部１１のランド２１と接触する表面膜の材料は、表面膜と接触するランド２１の材料と組成が異なる金属材料である。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物の電気的特性の測定に使用される電気的接続装置に関する。
集積回路などの測定対象物の特性を測定するために、測定対象物に接触させるプローブを有する電気的接続装置が用いられている。電気的接続装置を用いる測定では、プローブの一方の端部を測定対象物に接触させる。そして、プローブの他方の端部を配線基板に配置された電極端子（以下において「ランド」という。）に接触させる。ランドはＩＣテスタなどの測定装置と接続され、プローブおよび配線基板を介して、測定対象物と測定装置との間で電気信号が伝搬する。
プローブには、芯材の表面に下地膜と表面膜を積層した構造などが採用される（特許文献１参照。）。プローブの表面膜には、例えば金（Ａｕ）膜が使用される。
特開２０１１−１１７８８２号公報
プローブとランドの接触箇所の電気抵抗は、低いほど好ましい。このため、配線基板のランドとプローブの表面膜にＡｕ膜が使用される。しかし、ランドのＡｕ膜と表面膜であるＡｕ膜とが癒着することにより問題が生じる。すなわち、ランドからプローブを離すときにプローブの表面膜が剥離したり、プローブを保持するプローブヘッドを配線基板から取り外す際にプローブがプローブヘッドから抜けたりする。
上記問題点に鑑み、本発明は、プローブと配線基板のランドの癒着を抑制できる電気的接続装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、ランドが主面に配置された配線基板と、測定対象物と接触する先端部およびランドと接触する基端部を有し、ランドと接触する基端部の表面膜の材料がランドの材料と組成が異なるプローブとを備える電気的接続装置が提供される。
本発明によれば、プローブと配線基板のランドの癒着を抑制できる電気的接続装置を提供できる。
実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。 実施形態に係る電気的接続装置のプローブの基端部の構造を示す模式的な断面図である。 表面膜の剥離を示す模式図である。 プローブヘッドからプローブが抜けた状態を示す模式図である。 実施形態に係る電気的接続装置のプローブの基端部の他の構造を示す模式的な断面図である。
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。
図１に示す実施形態に係る電気的接続装置１は、測定対象物２の電気的特性の測定に使用される。電気的接続装置１は、プローブ１０と、プローブ１０を保持するプローブヘッド３０と、プローブヘッド３０が取り付けられた配線基板２０とを備える。図示を省略するボルトなどによって、プローブヘッド３０が配線基板２０に固定される。
電気的接続装置１は垂直動作式プローブカードであり、測定対象物２の測定時にプローブ１０の先端部１２が測定対象物２の電極パッド（図示略）と接触する。図１では、プローブ１０が測定対象物２に接触していない状態を示している。測定時には、例えば測定対象物２を搭載したチャック３が上昇して、プローブ１０の先端部１２が測定対象物２に接触する。
配線基板２０のプローブ１０に面する主面には、導電性材料のランド２１が配置されている。ランド２１に、プローブ１０の基端部１１が接続する。一方、配線基板２０の他方の主面に接続端子２２が配置され、ランド２１と接続端子２２とは、配線基板２０に形成された配線パターン（図示略）により電気的に接続されている。接続端子２２は、図示を省略した測定装置に接続される。配線基板２０には、プリント基板などが使用される。
プローブヘッド３０には、複数のガイドプレートを有する構造などが採用される。図１に示したプローブヘッド３０では、トップガイドプレート３１とボトムガイドプレート３２が、プローブ１０の延伸方向に沿ってスペーサ３３によって相互に離間して配置されている。プローブ１０は、トップガイドプレート３１とボトムガイドプレート３２にそれぞれ形成されたガイド穴を貫通した状態で、プローブヘッド３０に保持される。プローブヘッド３０の材料は、例えばセラミックである。
測定対象物２の測定時に、配線基板２０およびプローブ１０を経由して、測定装置と測定対象物２の間で電気信号が伝搬する。例えば、配線基板２０およびプローブ１０を経由して、測定装置から電気信号が測定対象物２に送信され、測定対象物２から出力された電気信号が測定装置に送信される。このため、ランド２１およびプローブ１０には、導電性の材料が使用される。
プローブ１０の基端部１１には、基端部１１とランド２１の接触箇所の電気抵抗を低減する構造を採用する。例えば、図２に示すように、芯材１１１を覆う下地膜１１２および下地膜１１２を覆う表面膜１１３を備える構造を基端部１１に採用する。
芯材１１１に、銅（Ｃｕ）合金、銀パラジウム銅（ＡｇＰｄＣｕ）合金、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）などの導電性の金属が使用される。下地膜１１２は、表面膜１１３や表面膜１１３と下地膜１１２の間に形成するストライクめっき膜と芯材１１１との間での金属原子の拡散を防止するバリア膜などとして機能する。例えば、表面膜１１３やストライクめっき膜にＡｕめっき膜を使用したときに、下地膜１１２としてＮｉ膜を形成することにより、Ｃｕ合金などの芯材１１１からＣｕがＡｕめっき膜に拡散することを防止できる。Ｃｕ／Ａｕ界面でのバリア膜として、チタン（Ｔｉ）膜、クロム（Ｃｒ）膜、パラジウム（Ｐｄ）膜なども下地膜１１２に採用可能である。なお、芯材１１１の材料によっては、下地膜１１２が不要の場合もある。表面膜１１３にも導電性の金属膜が使用され、詳細は後述するが、ランド２１の材料と組成が異なる金属材料が表面膜１１３に使用される。また、芯材１１１に下地膜１１２および表面膜１１３をめっき加工することにより、Ｃｕ合金の芯材１１１の酸化を抑制できる。
プローブ１０とランド２１の接触箇所の電気抵抗を低減するために、表面膜１１３やランド２１の材料にＡｕ膜が使用されている。しかし、ランド２１とプローブ１０の表面膜１１３にそれぞれＡｕ膜を使用した場合には、表面膜１１３であるＡｕ膜とランド２１のＡｕ膜が癒着する問題が生じる。ランド２１のＡｕ膜と表面膜のＡｕ膜が癒着すると、図３に示すように、ランド２１からプローブ１０を離すときにプローブ１０の表面膜１１３の剥離が生じる。プローブ１０から剥離したＡｕ膜１１０は、ランド２１の表面に付着する。
測定対象物２の測定を繰り返し行うと、プローブ１０から剥離したＡｕ膜がランド２１の表面に付着する現象が繰り返される。このため、ランド２１の表面に付着したＡｕ膜の膜厚が次第に増大する。これにより、プローブ１０とランド２１との接触状態が変動し、測定精度が低下するなどの問題が生じる。また、ランド２１の表面にＡｕ膜が付着する現象により、配線基板２０に配置された複数のランド２１の高さにばらつきが生じる。その結果、プローブ１０の先端部１２の位置にばらつきが生じ、測定対象物２に接触するプローブ１０の針圧が不均一になる。
また、ランド２１のＡｕ膜と表面膜１１３のＡｕ膜が癒着すると、図４に示すように、プローブヘッド３０を矢印の方向に配線基板２０から取り外す際に、プローブ１０がプローブヘッド３０から抜けてしまう場合がある。図４に示した例では、紙面の左側から２番目と５番目のプローブ１０がプローブヘッド３０から抜けている。
これに対し、図１に示すプローブ１０では、表面膜１１３のランド２１と接触する部分の材料は、基端部１１と接触する部分のランド２１の材料と組成が異なる金属材料である。このため、プローブ１０の表面膜１１３とランド２１の癒着を抑制することができる。
例えば、ランド２１の材料がＡｕ膜である場合に、プローブ１０の表面膜１１３の材料に導電性を有する貴金属を使用する。ここで、「貴金属」とは、卑金属以外の金属であり、イオン化しにくく、例えば空気中で加熱しても酸化されにくい金属である。このため、表面膜１１３の材料に導電性の貴金属を好適に使用できる。例えば、表面膜１１３の材料に使用する貴金属に、Ｐｄ、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、Ｒｈなどからなる金属群から選択される一種の金属若しく上記の一種の金属を含む合金などを採用可能である。
例えば、芯材１１１に直径が３０μｍ程度のＣｕ合金を使用した場合に、下地膜１１２に膜厚が４．５μｍ程度のＮｉ膜を使用し、表面膜１１３に膜厚が１．０μｍ程度の貴金属膜を使用する。或いは、芯材１１１に直径が３５μｍ程度のＣｕ合金を使用した場合に、下地膜１１２に膜厚が６．５μｍ程度のＮｉ膜を使用し、表面膜１１３に膜厚が１．０μｍ程度の貴金属膜を使用する。下地膜１１２や表面膜１１３は、例えばめっき加工などにより形成される。
なお、下地膜１１２と表面膜１１３の材料の組み合わせによっては、下地膜１１２と表面膜１１３の接触性が低下する場合がある。そのような場合には、図５に示すように、下地膜１１２と表面膜１１３の間にストライクめっき膜１１４を形成してもよい。つまり、表面膜１１３を下地膜１１２の表面に直接形成するのではなく、下地膜１１２の表面を覆うストライクめっき膜１１４を形成する。そして、ストライクめっき膜１１４を覆って表面膜１１３を形成する。
ストライクめっき膜１１４を形成することにより、下地膜１１２の不働態皮膜を除去、活性化して、下地膜１１２と表面膜１１３の密着性を向上させることができる。ストライクめっき膜１１４には、例えばＡｕ膜が使用される。
また、ランド２１の材料に導電性を有する貴金属を使用してもよい。このとき、プローブ１０の表面膜１１３の材料には、ランド２１に使用した貴金属とは組成の異なる貴金属を使用する。或いは、表面膜１１３の材料にＡｕ膜を使用し、ランド２１の材料に導電性を有する貴金属を使用してもよい。ランド２１の材料に使用する貴金属は、表面膜１１３の材料に使用する貴金属と同様に、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈなどからなる金属群から選択される一種の金属若しく上記の一種の金属を含む合金などである。
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る電気的接続装置１では、プローブ１０の基端部１１の表面膜１１３の材料は、基端部１１と接触するランド２１の材料と組成が異なる金属材料である。このため、電気的接続装置１によれば、プローブ１０と配線基板２０のランド２１の癒着を抑制することができる。
（その他の実施形態）
上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、上記では表面膜１１３やランド２１の材料に貴金属を使用する場合を示したが、表面膜１１３の材料とランド２１の材料の組成が異なれば、貴金属以外の金属材料を表面膜１１３やランド２１の材料に使用してもよい。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
１…電気的接続装置
２…測定対象物
１０…プローブ
１１…基端部
１２…先端部
２０…配線基板
２１…ランド
３０…プローブヘッド
１１１…芯材
１１２…下地膜
１１３…表面膜
１１４…ストライクめっき膜

Claims (8)

  1. 測定対象物の電気的特性の測定に使用される電気的接続装置であって、
    導電性材料のランドが主面に配置された配線基板と、
    測定時に前記測定対象物と接触する先端部および前記ランドと接触する基端部を有し、前記基端部の前記ランドと接触する表面膜の材料が、前記表面膜と接触する前記ランドの材料と組成が異なる金属材料であるプローブと
    を備えることを特徴とする電気的接続装置。
  2. 前記表面膜と前記ランドの少なくともいずれかの材料が導電性を有する貴金属であることを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。
  3. 前記貴金属が、パラジウム、イリジウム、白金、ルテニウム、ロジウムからなる金属群から選択される一種の金属若しく前記一種の金属を含む合金であることを特徴とする請求項２に記載の電気的接続装置。
  4. 前記表面膜の材料が前記貴金属であり、前記ランドの材料が金であることを特徴とする請求項２又は３に記載の電気的接続装置。
  5. 前記表面膜の材料が金であり、前記ランドの材料が前記貴金属であることを特徴とする請求項２又は３に記載の電気的接続装置。
  6. 前記表面膜と前記ランドの材料のそれぞれが、相互に組成が異なる前記貴金属であることを特徴とする請求項２又は３に記載の電気的接続装置。
  7. 前記プローブの前記基端部が、芯材を覆う下地膜および前記下地膜を覆う前記表面膜を備える構造であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
  8. 前記下地膜と前記表面膜との間にストライクめっき膜が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の電気的接続装置。
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