JP2024070404A - プローブおよび電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランドと安定して接触することが可能なプローブおよび電気的接続装置を提供する。【解決手段】プローブは、第１端部と第２端部を有し、軸方向に垂直な断面が多角形状である柱形状の母材と、第２端部の先端面に接続する複数の側面のうち第１方向を向く側面を除いた第２端部の残余の側面および第２端部の先端面を覆う接触膜を備える。接触膜の第２端部の先端面を覆う端面は、軸方向と直交する平面である。【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象物の電気的特性の検査に使用するプローブおよび電気的接続装置に関する。

半導体集積回路などの検査対象物の電気的特性をウェハ状態で検査するために、プローブを含む電気的接続装置が使用されている。プローブを用いた検査では、プローブの一方の端部を検査対象物の電極に接触させ、プローブの他方の端部をプリント基板などに配置された端子（以下において「ランド」という。）に接触させる。ランドは、テスタなどの検査装置と電気的に接続される。

特開２０１５－１１８０６４号公報

検査対象物の電気的特性を正確に検査するために、プローブとランドの接触が安定している必要がある。本発明は、ランドと安定して接触することが可能なプローブおよび電気的接続装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るプローブは、第１端部と第２端部を有し、軸方向に垂直な断面が多角形状である柱形状の母材と、第２端部の先端面に接続する複数の側面のうち第１方向を向く側面を除いた第２端部の残余の側面および第２端部の先端面を覆う接触膜を備える。接触膜の第２端部の先端面を覆う端面は、軸方向と直交する平面である。

本発明によれば、ランドと安定して接触することが可能なプローブおよび電気的接続装置を提供できる。

本発明の実施形態に係るプローブの構成を示す模式図である。 図１のＩＩ－ＩＩ方向に沿った模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係るプローブの第２端部の構成を示す模式的な斜視図である。 本発明の実施形態に係るプローブの第２端部の構成を示す模式的な斜視図である。 本発明の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。 第１比較例のプローブとランドの接触した状態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るプローブとランドの接触した状態を示す模式図である。 テーパー形状ではないプローブが隣接して配置された状態を示す模式図である。 テーパー形状のプローブが隣接して配置された状態を示す模式図である。 第２比較例のプローブの第２端部の構成を示す模式的な斜視図である。

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、配置及び製造方法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プローブ１は、検査対象物の電気的特性の検査に使用される。プローブ１は、検査において検査対象物（図示略）と接触する一方の端部である第１端部１１と、他方の端部である第２端部１２を有する母材１０と、母材１０の第２端部１２の一部を覆う接触膜１３を備える。母材１０は、軸方向Ｄ３に沿って延伸する柱形状である。検査対象物の検査において、第２端部１２はランドと接触する。

母材１０は、軸方向Ｄ３に垂直な断面（以下において、単に「断面」という。）が多角形状である。以下では、図２に示すように、母材１０の断面が矩形状である場合を例示的に説明する。第２端部１２は、先端面１２１に接続する４つの側面を有する。即ち、第２端部１２は、第１方向Ｄ１を向く第１側面Ｓ１、第１方向Ｄ１の反対を向く第２側面Ｓ２、第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２を向く第３側面Ｓ３、および第２方向Ｄ２の反対を向く第４側面Ｓ４を有する。以下、第１側面Ｓ１から第４側面Ｓ４のそれぞれを限定しない場合には、側面Ｓと表記する。

接触膜１３は、第２端部１２の先端面１２１に接続する複数の側面のうち第１方向Ｄ１を向く側面を除いた第２端部１２の残余の側面、および第２端部１２の先端面１２１を覆う。図２、図３および図４に示すように、接触膜１３は、第１方向Ｄ１を向く第１側面Ｓ１を除いて、先端面１２１に接続する第２端部１２の領域（以下、「先端領域１２２」と称する。）の残余の側面Ｓを覆う。即ち、断面が矩形状であるプローブ１では、接触膜１３は、先端領域１２２の第２側面Ｓ２、第３側面Ｓ３および第４側面Ｓ４を覆っている。更に、図１に示すように、接触膜１３は、第２端部１２の先端面１２１を覆う。第２端部１２の先端面１２１を覆う接触膜１３の端面１３１は、軸方向Ｄ３と直交する平面である。

図３および図４に示すように、接触膜１３の端面１３１の角部は面取りされていることが好ましい。図３および図４に示す接触膜１３は、第１方向Ｄ１から見て外側の側面と端面１３１との接続箇所がＲ面取りされている。

第２端部１２の先端面１２１は、軸方向Ｄ３と直交する平面である。また、接触膜１３に覆われた先端領域１２２は、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２から見た側面視において矩形状である。このため、第２端部１２の先端面１２１を覆う接触膜１３の端面１３１は平面であり、且つ、接触膜１３の第２端部１２の側面Ｓを覆う部分は端面１３１と直交する。

理由を後述するように、接触膜１３の外側に露出し、且つ、先端領域１２２に接続する第２端部１２の領域（以下において、「接続領域」と称する。）が、先端面１２１の方向に向かって母材１０の断面が次第に狭くなるテーパー形状であることが好ましい。図３および図４では、第１方向Ｄ１から見て外側の側面Ｓである接続領域１２３の第３側面Ｓ３および第４側面Ｓ４の延長部が、先端面１２１と鈍角をなして交差している。以下において、延長部が先端面１２１と鈍角をなして交差する接続領域１２３の側面Ｓを「テーパー側面」とも称する。

検査対象物の電極とランドを電気的に接続するために、母材１０および接触膜１３には、金属材などの導電性材料が使用される。例えば、母材１０の表面にメッキ加工により接触膜１３を形成してもよい。

母材１０と接触膜１３の導電性が同等、若しくは、母材１０よりも接触膜１３の導電性が高いように、母材１０と接触膜１３の材料を選択することが好ましい。このように母材１０および接触膜１３の材料を選択することにより、プローブ１とランドの間の電気抵抗を低減することができる。例えば、母材１０に、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、パラジウム合金、ロジウム（Ｒｈ）、ロジウム合金、その他貴金属類などが好適に使用される。接触膜１３に、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、その他貴金属類などが好適に使用される。

プローブ１は、例えば図５に示す電気的接続装置１００に使用される。電気的接続装置１００では、プローブ１はプローブヘッド２０によって保持されている。具体的には、プローブヘッド２０に含まれる第１ガイド板２１、第２ガイド板２２および第３ガイド板２３のガイド穴に挿入されて、複数のプローブ１がプローブヘッド２０に保持される。以下では、第１ガイド板２１、第２ガイド板２２および第３ガイド板２３のそれぞれを限定しない場合には、ガイド板と表記する。プローブヘッド２０は、第１ガイド板２１、第２ガイド板２２、第３ガイド板２３を、ガイド板の主面の面法線方向（Ｚ方向）に相互に離隔して配置した構成を有する。

プローブ１の第１端部１１は、検査対象物２の検査時に、検査対象物２の電極パッド（図示略）と接触する。プローブ１の第２端部１２の先端領域１２２を覆う接触膜１３は、基板３０のランド３１に接触する。ランド３１は、図示を省略するＩＣテスタなどの検査装置と電気的に接続されている。

図５に示すように、同一のプローブ１が貫通するガイド穴について、第２ガイド板２２のガイド穴に対して第１ガイド板２１のガイド穴の位置が、第２ガイド板２２の主面と平行に－Ｘ方向にずらして配置されている。図５は、Ｘ方向とＺ方向のいずれとも直交するＹ方向から見た側面図である。以下において、ガイド穴の位置をずらした配置を「オフセット配置」と称する。また、ガイド穴の位置をずらした方向を「オフセット方向」とも称する。図５で、オフセット方向は－Ｘ方向である。オフセット配置により、プローブヘッド２０の内部でプローブ１の母材１０が湾曲している。すなわち、第１ガイド板２１と第２ガイド板２２の間の中空領域２００で、母材１０は弾性変形により湾曲した状態である。第２ガイド板２２のガイド穴の位置と第３ガイド板２３のガイド穴の位置は、Ｚ方向から見て一致している。

第１ガイド板２１のガイド穴と第２ガイド板２２のガイド穴とがオフセット配置されていることにより、プローブ１の第１端部１１が検査対象物２と接触すると、中空領域２００においてプローブ１が座屈する。即ち、プローブ１が検査対象物２に接触した接触状態において、プローブ１が検査対象物２に接触していない非接触状態における湾曲形状からプローブ１がたわみ変形により更に湾曲する。プローブ１が更に湾曲することにより、所定の圧力でプローブ１が検査対象物２に接触する。したがって、オフセット配置により、プローブ１を用いて検査対象物２の電気的特性を安定して測定することができる。プローブ１は、非接触状態になると、検査対象物２に接触する前の形状に復帰する弾性を有する。

プローブ１は、第１方向Ｄ１がオフセット方向と同じ向きであるように、プローブヘッド２０に装着される。言い換えると、第２端部１２の接触膜１３に覆われていない第１側面Ｓ１は、オフセット方向と同じ向きを向いている。このため、以下に説明するように、プローブ１が所定の接触対象のランド（以下、「対象ランド」と称する。）とは異なるランドに接触することを抑制できる。

以下に、第２端部１２のすべての側面Ｓが接触膜１３で覆われている第１比較例のプローブについて検討する。図６に示すように、オフセット配置のため、第２端部１２は、Ｚ方向に対して斜めに傾きやすい。このとき、第２端部１２のすべての側面Ｓが接触膜１３で覆われている第１比較例のプローブでは、基板３０のランド間隔が狭い場合に、対象ランド３１Ａとオフセット方向に隣接するランド（以下、「隣接ランド」とも称する。）と第２端部１２を覆う接触膜１３が接近する。このため、接触膜１３と隣接ランド３１Ｂが接触する恐れがある。特に、第２端部１２の位置がＸ方向と平行にずれた場合に、接触膜１３と隣接ランド３１Ｂの接触が発生しやすい。

これに対し、第１側面Ｓ１が接触膜１３に覆われていないプローブ１では、図７に示すように、接触膜１３と隣接ランド３１Ｂの間隔を広く確保することができる。このため、プローブ１によれば、プローブ１と隣接ランド３１Ｂとの接触を抑制することができる。

このように、プローブ１は、オフセット配置の影響を受けてＺ方向に対してオフセット方向に傾きやすい。また、プローブ１とガイド穴との間にはＸＹ方向にそれぞれ隙間（クリアランス）が設けられているため、オフセット方向と直交する方向、つまりＹ方向にプローブ１が傾くこともある。図８に示すように、Ｙ方向にプローブ１が傾いた場合に、隣接するプローブ１に接近する。このため、Ｙ方向に向いた第３側面Ｓ３と第４側面Ｓ４をテーパー側面として第２端部１２の接続領域１２３をテーパー形状にすることが好ましい。第２端部１２の接続領域１２３をテーパー形状にすることにより、図９に示すように、隣接するプローブ１同士の接触を抑制することができる。更に、接続領域１２３をテーパー形状にすることで、端面１３１の接触面積が母材１０の断面積よりも小さくできるので、ランド３１を押圧するプローブ１の押力を高め、プローブ１とランド３１の接触安定性を向上させることができる。

上記では、第３側面Ｓ３と第４側面Ｓ４がテーパー側面である場合を例示的に説明した。しかし、接続領域１２３のいずれの側面Ｓをテーパー側面にするかは任意である。例えば、接続領域１２３のすべての側面Ｓをテーパー側面にしてもよい。これにより、いずれの方向にプローブ１が傾いても、プローブ１同士の接触を抑制できる。或いは、プローブ１が傾きやすい方向を向いた１つの側面Ｓのみをテーパー側面にしてもよい。これにより、プローブ１の製造工程を短縮できる。いずれの側面Ｓをテーパー側面にした場合でも、第２端部１２の先端面１２１の面積を小さくすることにより、プローブ１の位置ずれが生じても、隣接するプローブ１同士が接触することを抑制できる。

上記に説明したように、プローブ１では、第２端部１２の先端領域１２２を接触膜１３が覆い、且つ、接触膜１３の端面１３１が平面である。このため、プローブ１によれば、ランドと接触する接触部材１５を第２端部１２に埋め込んだ図１０に示す第２比較例のプローブに比べて、第２端部１２とランドの接触を安定させることができる。即ち、第２比較例のプローブでは、ランドとの接触が点接触である。一方、第２端部１２の先端領域１２２を接触膜１３で覆ったプローブ１では、ランドとの接触が面接触である。このため、プローブ１とランドとの接触が安定する。その結果、検査対象物とランドの間の良好な通電を実現できる。

また、図１０に示す第２比較例のプローブでは、ランドとの接触が繰り返されると、接触部材１５が変形してプローブの全長が短くなる。その結果、プローブとランドの間に隙間が生じ、プローブとランドの接触不良が発生しやすい。これに対し、第２端部１２の先端領域１２２が接触膜１３で覆われているプローブ１を含む電気的接続装置１００では、先端領域１２２の変形を抑制することができる。このため、プローブ１とランドの接触不良を防止できる。加えて、プローブ１では、接触膜１３で母材１０の第２端部１２を覆うことで、膜の組成や膜厚の調整が比較的容易になるので、プローブ１の設計自由度を高めることができる。更に、プローブ１では、端面１３１に接続するすべての側面Ｓが端面１３１と直交している。このため、例えばメッキ加工された接触膜１３は、側面Ｓが端面１３１から離れほど母材の断面が広くなるテーパー形状よりも母材１０からの剥がれが抑制され、プローブ１の耐久性を向上できる。特にプローブ１は、接触膜１３が繰り返しランドに接触するため接触膜１３の耐久性が要求されるが、すべての側面Ｓが端面１３１と直交しているので、接触膜１３が剥がれにくく、プローブ１の耐久性を高めることができる。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係るプローブ１では、第２端部１２の先端領域１２２が、端面１３１が平面の接触膜１３によって覆われている。このため、プローブ１によれば、第２端部１２とランドを安定して接触させることができる。また、プローブ１を含む電気的接続装置１００は、プローブ１のオフセット方向に平行な先端領域１２２の第１側面Ｓ１に、接触膜１３が配置されていない。このため、電気的接続装置１００によれば、隣接ランドにプローブ１が接触することを抑制できる。更に、接続領域１２３がテーパー形状であるプローブ１を含む電気的接続装置１００によれば、隣接するプローブ１同士の接触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およ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、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記では、プローブ１の断面の形状が矩形状である場合について説明したが、プローブ１の断面が他の形状であってもよい。例えば、プローブ１の断面が矩形以外の多角形状であってもよい。プローブ１の断面がどのような多角形状であっても、プローブ１のオフセット方向と逆向きの側面が接触膜１３で覆われていなければ、プローブ１が隣接ランドと接触することを抑制することができる。

加えて、上記では、接触膜１３に覆われたプローブ１の先端領域１２２に接続領域１２３が接続されている場合を説明したが、接触膜１３は、先端領域１２２のすべてを覆う必要はない。例えば、端面１３１に接続し接触膜１３が形成された面の反対側に接触膜１３が形成されない面を先端領域１２２に設け、接触膜１３が形成されない面にテーパー形状の接続領域１２３が接続されるようにしてもよい。

このように、本発明は上記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。

１…プローブ
１０…母材
１１…第１端部
１２…第２端部
１３…接触膜
２０…プローブヘッド
２１…第１ガイド板
２２…第２ガイド板
２３…第３ガイド板
３０…基板
３１…ランド
１００…電気的接続装置
１２１…先端面
１２２…先端領域
１２３…接続領域
１３１…端面
Ｓ１…第１側面
Ｓ２…第２側面
Ｓ３…第３側面
Ｓ４…第４側面

Claims (6)

1. 検査対象物の電気的特性の検査に使用されるプローブであって、
   前記検査において前記検査対象物と接触する第１端部、および第２端部を有し、軸方向に垂直な断面が多角形状である柱形状の母材と、
   前記第２端部の先端面に接続する複数の側面のうち第１方向を向く側面を除いた前記第２端部の残余の側面および前記第２端部の前記先端面を覆う接触膜と
   を備え、
   前記接触膜の前記第２端部の前記先端面を覆う端面は、前記軸方向と直交する平面である、
   プローブ。
2. 前記第１方向から見て、前記接触膜の前記端面の角部が面取りされている、請求項１に記載のプローブ。
3. 前記接触膜の外側に露出し、且つ、前記接触膜に覆われた領域に接続する前記第２端部の領域が、前記先端面の方向に向かって前記母材の断面が次第に狭くなるテーパー形状である、請求項１に記載のプローブ。
4. 前記軸方向に垂直な前記母材の断面が矩形状である、請求項１に記載のプローブ。
5. 前記母材よりも前記接触膜の導電性が高い、請求項１に記載のプローブ。
6. ガイド穴がそれぞれ形成された第１ガイド板と第２ガイド板を離隔して配置した構成を有するプローブヘッドと、
   前記ガイド穴に挿入されて前記プローブヘッドに保持される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプローブと
   を備え、
   同一の前記プローブが貫通する前記ガイド穴について、前記第１ガイド板の前記ガイド穴に対して前記第２ガイド板の前記ガイド穴の位置が前記第１ガイド板の主面と平行なオフセット方向にずらしてオフセット配置されて、前記第１ガイド板と前記第２ガイド板の間で前記母材が湾曲した状態で保持され、
   前記第１方向が前記オフセット方向である、電気的接続装置。
   

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