JP2022143234A

JP2022143234A - コンタクトプローブおよび電気的特性測定方法

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Publication number: JP2022143234A
Application number: JP2021043654A
Authority: JP
Inventors: 尊博南松; Takahiro Minaminatsu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-03-17
Filing date: 2021-03-17
Publication date: 2022-10-03
Anticipated expiration: 2041-03-17
Also published as: JP7450574B2

Abstract

【課題】コンタクトプローブに対する電極端子の接触可能な面積が小さい場合にも、コンタクトプローブと電極端子との安定した接触状態を得ることが可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】コンタクトプローブ２は、測定対象物である半導体装置の電極端子１に接触するコンタクトプローブである。コンタクトプローブ２は、ばね性を有する線状の導体により構成された基部３と、基部３に形成され、かつ、電極端子１に複数箇所で接触可能なように電極端子１の方へ突出するΩ型形状を有する複数のコンタクト部４とを備えている。【選択図】図１

Description

本開示は、コンタクトプローブおよびこれを用いた電気的特性測定方法に関するものである。

従来、電力用半導体装置の電気的特性測定では、平板状の電極端子にコンタクトプローブを接触させて行われることが多い。

しかし、電極端子の表面の酸化、および電極端子の曲げ加工等の成型時の応力により、電極端子の表面の平坦度にばらつきが生じるため、コンタクトプローブと電極端子との接触面積が小さくなる。そのため、コンタクトプローブから電極端子へ大電流を流すとジュール熱などの発熱によってコンタクトプローブが電極端子に溶着したりコンタクト抵抗が増加することで、測定値が変化し正常な測定が行えない場合があった。

例えば、特許文献１には、基板に形成されたプローブにおいて、中間の少なくとも一部が蛇腹状に湾曲し検体の電極（電極端子に相当する）に接触すると共に両端が基板に固定されたブリッジ部を有する構造が開示されている。ブリッジ部を電極に接触させることにより、大きな荷重を電極に加えることができるため、ブリッジ部と電極とを電気的に接続させる確実性を高めている。

特開２００５－３７１９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ブリッジ部と電極とを電気的に接続させる確実性を高めてはいるものの、ブリッジ部と電極は１箇所で接触するため、コンタクトプローブに対する電極の接触可能な面積が小さい場合に安定した接触状態を得るには不十分であった。

そこで、本開示は、コンタクトプローブに対する電極端子の接触可能な面積が小さい場合にも、コンタクトプローブと電極端子との安定した接触状態を得ることが可能な技術を提供することを目的とする。

本開示に係るコンタクトプローブは、測定対象物の電極端子に接触するコンタクトプローブであって、ばね性を有する線状の導体により構成された基部と、前記基部に形成され、かつ、前記電極端子に複数箇所で接触可能なように前記電極端子の方へ突出するΩ型形状を有する複数のコンタクト部とを備えたものである。

本開示によれば、ばね性を有するコンタクトプローブは電極端子に複数箇所で接触するため、コンタクトプローブに対する電極端子の接触可能な面積が小さい場合にも、コンタクトプローブと電極端子との安定した接触状態を得ることができる。

実施の形態１に係るコンタクトプローブを電極端子の上方（Ｚ方向）に配置した状態を示す正面図である。実施の形態１に係るコンタクトプローブが備える基部とコンタクト部を示す正面図である。図２のＡ－Ａ線断面図である。実施の形態１に係るコンタクトプローブを電極端子に接触させた状態を示す正面図である。実施の形態１に係るコンタクトプローブを電極端子に接触させた状態を示す上面図である。実施の形態２において、複数のコンタクトプローブを電極端子に接触させた状態を示す上面図である。実施の形態２の変形例において、複数のコンタクトプローブ２を電極端子１に接触させた状態を示す上面図である。

＜実施の形態１＞
実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係るコンタクトプローブを電極端子の上方（Ｚ方向）に配置した状態を示す正面図である。図２は、コンタクトプローブが備える基部とコンタクト部を示す正面図である。図３は、図２のＡ－Ａ線断面図である。

図１において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向も、互いに直交する。以下においては、Ｘ方向と、当該Ｘ方向の反対の方向（－Ｘ方向）とを含む方向を「Ｘ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｙ方向と、当該Ｙ方向の反対の方向（－Ｙ方向）とを含む方向を「Ｙ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｚ方向と、当該Ｚ方向の反対の方向（－Ｚ方向）とを含む方向を「Ｚ軸方向」ともいう。

図１に示すように、コンタクトプローブ２は、半導体素子（図示省略）に用いられた複数の半導体装置（図示省略）を評価する評価装置に設けられている。評価装置は、コンタクトプローブ２を測定対象物である半導体装置の電極端子１に接触させて、コンタクトプローブ２と電極端子１とを通電させることにより、半導体装置の電気的特性を測定する。

図１に示すように、コンタクトプローブ２は、基部３と、複数（例えば２つ）のコンタクト部４と、一対のホルダー５とを備えている。基部３は、例えば、０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の厚みを有するベリリウム銅等の銅合金を打ち抜いた導体により構成されている。すなわち、基部３はばね性を有する線状の導体により構成されている。

図１と図２に示すように、各コンタクト部４は、基部３の途中部に形成され、かつ、電極端子１の表面に接触可能なように電極端子１の方へ突出するΩ型形状を有している。すなわち、複数のコンタクト部４もばね性を有する線状の導体により構成されている。ここで、基部３と複数のコンタクト部４の表面には酸化膜が形成されている。

コンタクトプローブ２と電極端子１との接触箇所の個数は、コンタクト部４の個数に応じて決定される。なお、コンタクト部４は２つに限定されることなく、３つ以上設けられていても良い。

各コンタクト部４は、電極端子１に接触する側の部分である円弧状の先端部４ａと、先端部４ａと基部３とをつなぐ接続部４ｂとを備えている。図３に示すように、各コンタクト部４における先端部４ａの断面形状は、Ｖ字溝４ｃと、その両側に形成された平坦面４ｄとを有している。電極端子１の表面の酸化、および電極端子１の曲げ加工等の成型時の応力により、電極端子１の表面の平坦度にばらつきが生じるが、各コンタクト部４では、２つの平坦面４ｄが電極端子１における平坦度の高い部分に接触する。

ここで、Ｖ字溝４ｃの両側とはＶ字溝４ｃの外側である。なお、Ｖ字溝４ｃは、先端部４ａの全域に渡って形成されていても良いし、電極端子１に接触する部分のみに形成されていても良い。

図１に示すように、一対のホルダー５は、例えば金属製であり、複数のコンタクト部４が設けられた基部３を保持すると共に、図示しない評価装置の移動機構に接続されている。一対のホルダー５は、移動機構により上下方向（Ｚ軸方向）に移動することで、基部３および複数のコンタクト部４を電極端子１の上方（Ｚ方向）の位置と、複数のコンタクト部４が電極端子１に接触する位置との間に移動させる。一対のホルダー５における基部３の長手方向両端に対向する位置には、基部３の長手方向両端を保持する保持面５ａが形成されている。

基部３の長手方向両端は半球状の凸形状であり、一方、一対のホルダー５の保持面５ａは半球状の凹形状である。そして、基部３の長手方向両端および一対のホルダー５の保持面５ａは同じ曲率を有している。基部３の長手方向両端および一対のホルダー５の保持面５ａをこのような形状にしたことで、一対のホルダー５の保持面５ａに対して基部３の長手方向両端が摺動しにくくなる。

図４は、コンタクトプローブ２を電極端子１に接触させた状態を示す正面図である。図４に示すように、電気的特性測定時に複数のコンタクト部４の先端部４ａが電極端子１に押し付けられることで、コンタクト部４のΩ型形状が弾性変形し、基部３の長手方向両端が一対のホルダー５の保持面５ａを摺動しようとするが、一対のホルダー５の保持面５ａに対する基部３の長手方向両端の摺動量が抑制されるため、基部３の長手方向両端と一対のホルダー５の保持面５ａとの間の摩耗を大幅に抑制することができる。

次に、図４と図５を用いて、実施の形態１に係るコンタクトプローブ２の作用および効果について説明を行う。図５は、コンタクトプローブ２を電極端子１に接触させた状態を示す上面図である。

図４と図５に示すように、評価装置は、一対のホルダー５を介して、基部３および複数のコンタクト部４を電極端子１の上方（Ｚ方向）の位置から電極端子１に接触する位置に移動させた後、さらに複数のコンタクト部４を電極端子１に加圧して複数のコンタクト部４の先端部４ａを電極端子１に押し付けることで複数のコンタクト部４のΩ型形状が弾性変形する。

複数のコンタクト部４の弾性変形により、複数のコンタクト部４から電極端子１に適切に荷重がかかり、電極端子１に対する複数のコンタクト部４の適切な荷重を持った接触がなされることで、複数のコンタクト部４における電極端子１に接触している箇所に形成されている酸化膜が破壊される。これにより、複数のコンタクト部４と電極端子１との間の接触抵抗が低減し大電流を流すことが可能となる。

特に、電極端子１の表面の平坦度が高い場合、コンタクトプローブ２と電極端子１は、最大で合計４箇所で接触するため、０．１ｍΩ以上３ｍΩ以下程度の低いコンタクト抵抗値を得ることができ、コンタクトプローブ２当たり５０Ａ／ｍｓ以上２５０Ａ／ｍｓ以下程度の大電流を流すことが可能となる。

以上のように、実施の形態１では、コンタクトプローブ２は、ばね性を有する線状の導体により構成された基部３と、基部３に形成され、かつ、電極端子１に複数箇所で接触可能なように電極端子１の方へ突出するΩ型形状を有する複数のコンタクト部４とを備えている。

したがって、ばね性を有するコンタクトプローブ２は電極端子１に複数箇所で接触するため、コンタクトプローブ２に対する電極端子１の接触可能な面積が小さい場合にも、安定した接触状態を得ることができる。

また、各コンタクト部４における先端部４ａの断面形状は、Ｖ字溝４ｃと、その両側に形成された平坦面４ｄとを有している。したがって、各コンタクト部４は電極端子１に２箇所の平坦面４ｄで接触可能なため、コンタクトプローブ２に対する電極端子１の接触可能な面積が小さい場合にも、測定に有効なコンタクトプローブ２と電極端子１との接触面積を確保することができる。

また、電極端子１の表面が、半導体装置の構成に起因して反っている場合がある。このような場合でも、各コンタクト部４における先端部４ａの断面形状が、Ｖ字溝４ｃと２つの平坦面４ｄとを有することにより、Ｖ字溝４ｃの一部が電極端子１に接触するなどしてコンタクトプローブ２と電極端子１との接触面積を確保することができる。

また、コンタクトプローブ２は、基部３の長手方向両端を保持する保持面５ａを有し、かつ、複数のコンタクト部４を電極端子１に接触させるように加圧する一対のホルダー５をさらに備えている。したがって、一対のホルダー５により基部３を保持した状態で複数のコンタクト部４を電極端子１に接触させることができるため、電極端子１に複数のコンタクト部４を安定した状態で接触させることができる。

また、基部３の長手方向両端は半球状の凸形状を有し、一対のホルダー５の保持面５ａは半球状の凹形状を有し、基部３の長手方向両端および一対のホルダー５の保持面５ａは同じ曲率を有している。

したがって、一対のホルダー５の保持面５ａに対して基部３の長手方向両端が摺動しにくくなることで、基部３の長手方向両端と一対のホルダー５の保持面５ａとの間の摩耗を抑制することができるため、コンタクトプローブ２の耐久性が向上する。これにより、電気的特性測定にかかるランニングコストの低減を図ることができる。

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係るコンタクトプローブ２について説明する。図６は、実施の形態２において、複数のコンタクトプローブ２を電極端子１に接触させた状態を示す上面図である。図７は、実施の形態２の変形例において、複数のコンタクトプローブ２を電極端子１に接触させた状態を示す上面図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

実施の形態１では、コンタクトプローブ２を１つ配置し、１つのコンタクトプローブ２と電極端子１とを通電させていた。

これに対して実施の形態２では、コンタクトプローブ２と電極端子１との接触面積をさらに増加させるために、図６に示すように、複数（例えば８つ）のコンタクトプローブ２を互いに対面させた状態で配置し、複数のコンタクトプローブ２と電極端子１とを通電させている。また、隣り合うコンタクトプローブ２が備える一対のホルダー５同士は、接触した状態で配置されている。

なお、コンタクトプローブ２の個数は８つに限定されることなく、２つ以上配置されていれば良い。

以上のように、実施の形態２では、電気的特性測定方法は、コンタクトプローブ２を複数配置し、複数のコンタクトプローブ２と電極端子１とを通電させることにより、半導体装置の電気的特性を測定している。

したがって、コンタクトプローブ２と電極端子１との接触面積をさらに増加させることができるため、半導体装置に必要な大電流での電気的特性測定が可能となる。また、コンタクトプローブ２は個別に交換できるため、電気的特性測定にかかるランニングコストの低減を図ることができる。

また、図７に示すように、複数のコンタクトプローブ２のうち、１つのコンタクトプローブ２はセンス用コンタクトプローブ１２として機能するように構成されても良い。センス用コンタクトプローブ１２が備える一対のホルダー５は、コンタクトプローブ２が備える一対のホルダー５と同じ形状であるが、電気的に絶縁されたセンス用コンタクトプローブ１２に対応するホルダーである。また、センス用コンタクトプローブ１２が備える一対のホルダー５は、隣り合うコンタクトプローブ２が備える一対のホルダー５から離れた位置に配置されている。

以上のように、実施の形態２の変形例では、複数のコンタクトプローブ２のうち、１つのコンタクトプローブ２はセンス用コンタクトプローブ１２として機能している。したがって、センス用コンタクトプローブ１２を電極端子１に接触させることでケルビン接続での接触を容易に行うことができるため、さらに高精度の測定を行うことが可能となる。

なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１電極端子、２コンタクトプローブ、３基部、４コンタクト部、４ｃＶ字溝、４ｄ平坦面、５ホルダー、５ａ保持面、１２センス用コンタクトプローブ。

Claims

測定対象物の電極端子に接触するコンタクトプローブであって、
ばね性を有する線状の導体により構成された基部と、
前記基部に形成され、かつ、前記電極端子に複数箇所で接触可能なように前記電極端子の方へ突出するΩ型形状を有する複数のコンタクト部とを備えた、コンタクトプローブ。
各前記コンタクト部における先端部の断面形状は、Ｖ字溝と、その両側に形成された平坦面とを有する、請求項１に記載のコンタクトプローブ。
前記基部の長手方向両端を保持する保持面を有し、かつ、複数の前記コンタクト部を前記電極端子に接触させるように加圧する一対のホルダーをさらに備えた、請求項１または請求項２に記載のコンタクトプローブ。
前記基部の長手方向両端は半球状の凸形状を有し、
一対の前記ホルダーの前記保持面は半球状の凹形状を有し、
前記基部の長手方向両端および一対の前記ホルダーの前記保持面は同じ曲率を有する、請求項３に記載のコンタクトプローブ。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコンタクトプローブを用いた電気的特性測定方法であって、
前記コンタクトプローブを複数配置し、複数の前記コンタクトプローブと前記電極端子とを通電させることにより、前記測定対象物の電気的特性を測定する、電気的特性測定方法。
複数の前記コンタクトプローブのうち、１つの前記コンタクトプローブはセンス用コンタクトプローブとして機能する、請求項５に記載の電気的特性測定方法。