JP4343735B2

JP4343735B2 - プローブ針

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Publication number: JP4343735B2
Application number: JP2004051258A
Authority: JP
Inventors: 弘北沢; 研二坂; 幸比古輿水
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: JP2005241420A

Description

本発明は、汎用電子機器に組み込まれる回路基板等の電気的特性の測定に用いられるプローブ針及びその製造方法に関し、更に詳しくは、接触抵抗値の上昇が起こり難いプローブ針及びその製造方法に関する。

近年、携帯電話等に使用される高密度実装基板や、パソコン等に組み込まれるＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package)等のＩＣパッケージ基板等、様々な回路基板が用いられている。このような回路基板は、実装の前後の工程において、例えば直流抵抗値の測定や導通検査が行われ、その電気的特性の良否が検査されている。こうした電気的特性の良否の検査は、電気的特性を測定する装置に接続された検査装置用治具（以下、プローブユニットともいう。）を用いて行われている。例えば、回路基板に検査装置用治具に装着されたプローブ針の先端部をその回路基板の電極に接触（以下、コンタクトともいう。）させて行われている。

プローブ針は、その一本一本がプローブユニットに設けられたガイド孔の中に装着され、１つのプローブユニットには、複数本から数千本のプローブ針が装着されている。電気的特性の検査は、そうしたプローブユニットを上下させ、プローブ針の弾性力を利用して回路基板の電極にコンタクトさせることにより行われている。

通常、プローブ針には高弾性金属が用いられているが、そうしたプローブ針は、回路基板の電極にコンタクトさせるうえで非常に好適であるものの、その高弾性金属が水や大気に曝されるとその曝された部分に電気抵抗値の高い酸化膜が形成され易く、接触抵抗値の上昇（プローブ針の導電性の低下）を誘発するという不具合が生じることがあった。

プローブユニットに装着される複数本から数千本のプローブ針のうち一本でも上記のような不具合が生じると、回路基板の電気的特性の検査が不可能となったり、電気的特性を表す測定値が不正確となったりすることがある。さらに、不具合を引き起こしたプローブ針の交換又はプローブユニットの交換の必要性が生じ易く、コストがかかるだけでなく、交換に時間を要して検査の作業性が悪化するという問題がある。

また、近年の電子機器の軽薄短小化や機能性の向上に伴い、電子機器に使用される回路基板上の電極（ランドやバンプ等）の狭ピッチ化や高密度配線パターン化が進んでいる。これに伴い、プローブユニットに装着されるプローブ針も狭ピッチ化が求められているが、そのような狭ピッチのプローブユニットにおいては、プローブ針に不具合が起きた場合、プローブ針の交換は非常に困難となるという問題がある。このため、不具合が生じにくく寿命の長いプローブ針が求められている。

このような問題を解決するため、従来より、表面に酸化膜が形成され難いプローブ針の研究がなされている。例えば特許文献１には、高弾性金属からなる金属基体の上に、順次、ニッケル層と白金族元素からなる非酸化性金属層とを有するプローブ針が記載されている。
特開２００２−１３１３３４号公報（特許請求の範囲参照）

しかしながら、上記特許文献１に記載のプローブ針は、被測定体の電極とのコンタクトを繰り返すことによって、プローブ針の表面に形成された非酸化性金属層等の磨耗や剥離が起こり、金属基体が露出し易かった。このように高弾性金属体が露出した部分には、酸化膜が形成されて接触抵抗値の上昇が起こり易く、接触抵抗値の安定性の点で十分ではなかった。さらに、上記特許文献１に記載のプローブ針は、導電性の観点からは十分に満足できるものではなかった。

また、導電性や非酸化性を考慮したプローブ針の例としては、最表面に金めっき層を有するプローブ針が挙げられるが、金めっき層は磨耗し易いという欠点があり、被測定体の電極とのコンタクトを繰り返すことによって、金めっき層が磨耗してニッケル層が露出したり、さらにそのニッケル層が磨耗して高弾性金属体が露出してしまうことがあった。このような場合においても、接触抵抗値の上昇が起こるため、接触抵抗値の安定性の点で十分ではなかった。

本発明は、上記問題を解決するために本発明者らが鋭意研究して成されたものであって、その目的は、耐磨耗性を向上させて接触抵抗値の上昇を抑えると共に、導電性の高いプローブ針及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明のプローブ針は、先端部を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針であって、金属基体と該金属基体の表面を覆う金属層とを有し、該金属層が、前記金属基体側から無光沢ニッケルめっき層、光沢ニッケルめっき層及び金合金めっき層の順で積層された構造であることを特徴とする。

この発明によれば、金合金めっき層がプローブ針の最表面に設けられているので、導電性が高く耐磨耗性に優れたプローブ針となる。その結果、金属層の磨耗が抑制され、被測定体の電極との接触を繰り返しても接触抵抗値が上昇するのを抑えることができる。また、この発明によれば、光沢ニッケルめっき層上に金合金めっき層が設けられているので、金合金めっき層の表面粗さを小さくすることができ、プローブ針と被測定体との接触面積を大きくすることが可能となる。こうした接触面積の増大は、プローブ針と被測定体とのコンタクト時に生じる応力を緩和させることとなるので、金属層の磨耗を低減できる。さらに、この発明によれば、金属基体と金合金めっき層との間に光沢ニッケルめっき層を有するので、金属基体と金合金めっき層との相互拡散を防止でき、プローブ針と被測定体の電極とのコンタクト時の接触抵抗値の上昇を抑えることができる。

本発明のプローブ針は、前記金合金めっき層が金と鉄族元素とを含む金合金からなり、当該金合金中の金含有量が９３．０〜９９．５重量％であることを特徴とする。

この発明によれば、金合金めっき層が金と鉄族元素とを含む金合金からなるので、金合金めっき層を硬くして耐磨耗性を向上させることができる。また、金合金中の金含有量が上記の範囲内であるので、高い導電性を維持しながら耐磨耗性に優れたプローブ針とすることができる。

本発明のプローブ針は、前記金合金めっき層の硬さが、Ｈｖ１８０〜３５０の範囲内であることを特徴とする。

この発明によれば、前記金合金めっき層の硬さが上記範囲内であるので、耐磨耗性に優れたプローブ針となる。

本発明のプローブ針は、前記金属基体の表面粗さをＲａ_１（μｍ）、前記光沢ニッケルめっき層の表面粗さをＲａ_２（μｍ）、前記光沢ニッケルめっき層の厚さをＸ（μｍ）とし、Ｒａ_２／Ｒａ_１＝Ｙとしたとき、下記式１及び２の両方を満たすことを特徴とする。

この発明によれば、上記式を満たすプローブ針は、光沢ニッケルめっき層上に形成される金合金めっき層の表面粗さが小さくなるため、プローブ針と被測定体との接触面積を大きくすることができる。その結果、プローブ針と被測定体の電極とのコンタクト時に生じる応力を緩和させることとなるので、磨耗を極力低減することができる。光沢ニッケルめっき層の表面粗さは、通常、めっき液中に光沢剤を添加して制御されるが、この発明によれば、その表面粗さを制御する光沢剤の種類及びその添加量を調整して光沢ニッケルめっき層中に共析する光沢剤の量を一定の範囲内とすることができるので、強度のある光沢ニッケルめっき層とすることができる。その結果、そうした光沢ニッケルめっき層を有する金属層は強度のある金属層となるので、耐磨耗性に優れたプローブ針となる。

本発明のプローブ針は、上述した本発明のプローブ針の両端部以外の部位の一部又は全部が絶縁体で被覆されていることを特徴とする。

この発明によれば、プローブ針の両端部以外の部位の一部又は全部が絶縁体で被覆されているので、プローブ針をプローブユニットに装着したときに、隣接するプローブ針同士の短絡が起こらない。このため、狭ピッチのプローブユニットに用いることができる。

上記課題を解決するための本発明のプローブ針の製造方法は、上述した本発明のプローブ針が、脱脂工程、活性化工程、無光沢ニッケルめっき工程、光沢ニッケルめっき工程及び金合金めっき工程を経て製造されることを特徴とする。

この発明によれば、金属基体を脱脂し、活性化させたのちに無光沢ニッケルめっき層を形成するので、金属基体と光沢ニッケルめっき層との密着性が向上する。また、電気めっき法を用いて、無光沢ニッケルめっき層、光沢ニッケルめっき層及び金合金めっき層の各めっき層を形成するので、各めっき層相互の密着性が向上する。その結果、各めっき層の剥離を抑制することができ、金属基体が水や大気中に曝されるのを防ぐことができる。

本発明のプローブ針及びその製造方法によれば、金属層の磨耗や剥離を低減することができるので、接触抵抗値の上昇を抑制することができる。その結果、プローブ針の寿命が長くなり、プローブ針の交換頻度やプローブユニットの交換頻度を少なくすることができる。また、本発明のプローブ針及び本発明の製造方法で得られたプローブ針によれば、導電性が高く耐磨耗性に優れるので、回路基板の電気的特性の検査を正確に行うことができ、回路基板等の検査装置用治具（プローブユニット）の信頼性を確保することができる。さらに、本発明のプローブ針によれば、電気的に短絡し難いので、狭ピッチのプローブユニットに用いることができる。

以下に、本発明のプローブ針及びその製造方法について詳細に説明する。

＜プローブ針＞
図１は、本発明のプローブ針の一例の概略を示す断面図であり、図２は、本発明のプローブ針の一例を示す部分断面図である。

本発明のプローブ針は、図１及び図２に示すように、金属基体１と金属基体１の表面を覆う金属層２とを有し、その金属層２は、金属基体１側から無光沢ニッケルめっき層３、光沢ニッケルめっき層４及び金合金めっき層５の順で積層されている。

金属基体１は、プローブ針の基体となるものであり、金属基体１に用いられる金属としては、高弾性金属が好適である。具体的には、高速工具鋼（ＳＫＨ）、タングステン（Ｗ）、レニウムタングステン（ＲｅＷ）、ベリリウム銅（ＢｅＣｕ）を使用することができる。金属基体１は、通常、それらの高弾性金属を冷間又は熱間伸線によって所定の径（例えば、０．０５〜０．２０ｍｍ）の線状導体となるまで塑性加工を施し、その後、この線状導体を所定の長さにカットすることにより得ることができる。金属基体１の先端部は、プローブ針と被測定体の電極との接触性を向上させるために所定の形状に加工される。例えばその先端部は、半球、フラット、コーン等の形状となるように研磨加工される。

金属層２は、図１に示すように、金属基体１全体を覆うように設けられる。この金属層２は、金属基体１側から、無光沢ニッケルめっき層３、光沢ニッケルめっき層４及び金合金めっき層５の順で構成されている。

無光沢ニッケルめっき層３は、金属基体１上に、光沢ニッケルめっき層４の密着性を向上させるために設けられる。無光沢ニッケルめっき層形成用のめっき液としては、特に制限されないが、塩化ニッケルめっき液等が好ましく用いられる。上記効果を奏するための無光沢ニッケルめっき層３の厚さは、例えば０．０２μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。

光沢ニッケルめっき層４は、無光沢ニッケルめっき層３が形成された金属基体１と、金合金めっき層５との間に設けられ、プローブ針を構成する異種金属の相互拡散を防止するように作用する。その結果、プローブ針と被測定体の電極とのコンタクト時の接触抵抗値の上昇を抑制することができる。

本発明において、光沢ニッケルめっき層４上には金合金めっき層５が形成されるので、平滑性に優れた光沢ニッケルめっき層４を形成することにより、その上に形成される金合金めっき層５の平滑性を向上させることができる。

光沢ニッケルめっき層形成用のめっき液としては、特に制限されないが、スルファミン酸ニッケルめっき液等が好ましく用いられる。本発明においては、この光沢ニッケルめっき層形成用のめっき液中に光沢剤を添加し、光沢ニッケルめっき層４の表面粗さを制御して平滑性を向上させる。具体的には、光沢ニッケルめっき層４の表面粗さを制御する光沢剤の種類及びその添加量を調整することにより、光沢ニッケルめっき層中に共析する光沢剤の量が制御される。光沢剤が光沢ニッケルめっき層中に共析することにより、光沢ニッケルめっき層４の強度が高められる。

光沢剤としては、光沢ニッケルめっき層４の平滑性（レべリングともいう。）を向上させる光沢剤（１次光沢剤ともいう。）及び得られた光沢ニッケルめっき層４を緻密にする光沢剤（２次光沢剤ともいう。）が挙げられ、これらの光沢剤の単独使用又は併用が好ましい。１次光沢剤としては、例えばサッカリン、１，３，６−ナフタレンスルホン酸ナトリウム、１，５−ナフタレンジスルホン酸ナトリウム、パラトルエンスルホンアミド等が挙げられる。２次光沢剤としては、例えばクマリン、２−ブチン−１，４−ジオール、１，４−ブチンジオール、プロバルギルアルコール、チオ尿素、ピリジン、ゼラチン等が挙げられる。上記の効果を奏するための光沢ニッケルめっき層４の厚さは、例えば１μｍ以上３μｍ以下が好ましい。

金合金めっき層５は、金属層２の最外層として設けられ、プローブ針の表面層として被測定体の電極と接触する層である。この金合金めっき層５は、金と鉄族金属とを有する金合金で形成される。金は、導電性が高い点、延性に優れる点及び酸化されにくい点において有利であると共に、鉄族金属と合金化させることによって、より硬い層とすることができる。また、合金化により金含有量を抑えることができるので、コストを抑えることができる。本発明においては、このような金合金めっき層５を最表面に有するので、導電性と耐磨耗性に優れたプローブ針とすることができる。

金合金めっき層５は、第４周期の鉄族元素であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちの１種が含まれる金合金により形成されていることが好ましく、特に、Ｎｉ又はＣｏが含まれる２元合金、すなわちＡｕ−Ｎｉ合金又はＡｕ−Ｃｏ合金により形成されていることが好ましい。金合金めっき層５を金と鉄族元素を含む金合金で形成することにより、金合金めっき層５の硬度を増して耐磨耗性を向上させることができる。また、金合金めっき層５は、金を９３．０〜９９．５重量％（質量％ともいう。以下同じ。）含む金合金で形成されることが好ましい。金合金めっき層５を形成する金合金中の金含有量を上記の範囲とすることにより、高い導電性を維持しながら耐磨耗性に優れたプローブ針を得ることができる。金合金めっき層５を形成する金合金中の金含有量が９３．０重量％未満の場合は、脆弱な金合金めっき層５となることがあり、その金含有量が９９．５重量％を超えると硬度が低く耐磨耗性が悪化することがある。なお、金合金めっき層５を形成する金合金に含まれる他の成分は、例えば約０．５〜７．０重量％の範囲の鉄族元素の他、不可避不純物も含まれる。

金合金めっき層形成用のめっき液としては、金合金めっき層５がＡｕ−Ｎｉ合金からなる場合、例えばシアン化金カリウム、リン酸二水素カリウム、クエン酸及びシアン化ニッケルカリウムを混合したＡｕ−Ｎｉ合金めっき液が挙げられる。また、金合金めっき層５がＡｕ−Ｃｏ合金からなる場合、例えばシアン化金カリウム、リン酸二水素カリウム、クエン酸及びＥＤＴＡ−コバルトカリウムを混合したＡｕ−Ｃｏ合金めっき液が挙げられる。また、金合金めっき層５の厚さは、例えば０．５μｍ以上２μｍ以下が好ましい。

金合金めっき層５の硬さは、ビッカース硬さで、Ｈｖ１８０〜３５０の範囲内であることが好ましい。金合金めっき層５の硬さを上述の範囲内とすることで、耐磨耗性が良好で導電性の高いプローブ針とすることができる。金合金めっき層５の硬さがＨｖ１８０未満では、コンタクト時に金合金めっき層５が磨耗し易くなる。なお、金合金めっき層５の硬さとしてＨｖ３５０を上限としたのは、Ｈｖ３５０を超える硬さの金合金めっき層の形成は、金を主成分とした金合金では実用上困難であることによる。

また、金合金めっき層５は、表面粗さが小さいこと、すなわち鏡面又は略鏡面であることが好ましい。上述したように、金合金めっき層５を平滑性に優れた光沢ニッケルめっき層４上に形成することにより、金合金めっき層５の平滑性が向上し、プローブ針と被測定体の電極との接触面積が大きくなる。めっきによって金属膜を形成する場合、金属膜が形成される素地表面が凹凸を有すると、形成される金属膜は粗面となり易い。これは、素地表面の凸部に電流分布が集中するためであり、凸部に形成される金属の結晶粒が大きくなることによる。こうして形成されたプローブ針を被測定体の電極とコンタクトさせると、接触面積が小さいために金属膜が局所的に磨耗し易くなる。しかしながら、本発明のプローブ針は、光沢ニッケルめっき層４の凹凸が小さいので、その上に形成される金合金めっき層５の表面粗さが小さくなる。このため、プローブ針の最外層である金合金めっき層５と被測定体の電極との接触面積が大きくなり、被測定体の電極との接触時に生じる応力を緩和させることができ、金属層２の磨耗を極力抑えることができる。その結果、接触抵抗値の上昇を防ぐことができ、接触抵抗値の安定化を図ることができる。

本発明のプローブ針は、金属基体１の表面粗さをＲａ_１（μｍ）、光沢ニッケルめっき層４の表面粗さをＲａ_２（μｍ）、光沢ニッケルめっき層４の厚さをＸ（μｍ）とし、Ｒａ_２／Ｒａ_１＝Ｙとしたとき、−０．３Ｘ＋１＜Ｙ＜−０．１Ｘ＋１、０．５≦Ｘ≦４．０、の両式を満たすことが好ましい。ここで、Ｒａ_２＜Ｒａ_１、すなわち０＜Ｙ＜１である。

−０．１Ｘ＋１＜Ｙであるプローブ針は、形成される金合金めっき層５が粗面となって被測定体との接触面積が小さくなるので、金属層２が磨耗し易い。一方、Ｙ＜−０．３Ｘ＋１であるプローブ針は、光沢剤成分が光沢ニッケルめっき層４中に多く共析することになるので、形成される金合金めっき層５が鏡面光沢を呈して被測定体との接触面積が大きくなるが、脆弱な光沢ニッケルめっき層４となってしまう。そのため、脆弱な金属層２となり、被測定体の電極とのコンタクトを繰り返すうちに金属層２に割れが発生して金属基体１が露出することがある。

例えば、光沢ニッケルめっき層４の厚さＸが２μｍの場合には、０．４＜Ｙ＜０．８となるので、金属基体１の表面粗さＲａ_１と光沢ニッケルめっき層４の表面粗さＲａ_２の比は、Ｒａ_２：Ｒａ_１＝４：１０〜８：１０となる。本発明においては、金属基体１の表面粗さと光沢ニッケルめっき層４の表面粗さとがこうした比となるので、光沢ニッケルめっき層４上形成される金合金めっき層５の平滑性を向上させることができる。その結果、強度のある金属層２とすることができ、コンタクト時の被測定体の電極との接触面積が大きくなり、磨耗し難いプローブ針となる。なお、本願において、光沢ニッケルめっき層４の厚さは、蛍光Ｘ線式厚さ測定法により測定される。表面粗さは、ＪＩＳ−Ｂ０６０１−２００１で測定される算術平均粗さを指しており、例えば超深度形状測定顕微鏡等を用いて測定される。

本発明のプローブ針は、図３に示すように、先端部７及び基端部９を有している。先端部７は被測定体の電極と接触する部分であり、基端部９はプローブユニットに接続される部分である。

本発明のプローブ針は、プローブ針の両端部以外の部位の一部又は全部が絶縁体で被覆されていることが好ましい。両端部とは先端部７及び基端部９をいい、この両端部においては、被測定体の電極と被測定体の電気的特性を測定する装置とを電気的に接続するために、金属層２を露出させる必要がある。本発明においては、プローブ針の両端部以外の部位を絶縁体８で被覆することにより、プローブ針をプローブユニットに装着したときに、隣接するプローブ針同士が接触しても短絡しなくなる。このため、本発明のプローブ針は、狭ピッチのプローブユニットに用いることができる。絶縁体８としては、テフロン（登録商標）やエポキシポリイミドが挙げられ、コーティング法等を用いて、プローブ針を絶縁体８で被覆する。

本発明のプローブ針は、電気的特性を測定する装置に接続されたプローブユニットに設けられる。電気的特性の検査は、プローブ針の先端部を被測定体の電極に接触させて、電気的特性を測定する装置で測定することにより行われる。被測定体は、電気的特性を測定する装置で測定される対象をいい、高密度実装基板やＩＣパッケージ基板等の回路基板等である。被測定体の電極は、例えば、ランド、バンプ等である。こうしたプローブユニットにより、直流抵抗値の測定、導通検査等が測定される。

＜プローブ針の製造方法＞
次に、本発明のプローブ針の製造方法について説明する。

本発明のプローブ針は、脱脂工程、活性化工程、無光沢ニッケルめっき工程、光沢ニッケルめっき工程、及び金合金めっき工程を経て製造される。

脱脂工程は、金属基体の表面に付着している油脂性の汚れを除去して清浄にする工程である。脱脂工程を経ることにより金属基体上での無光沢ニッケルめっき層の密着性を向上させることができる。脱脂工程で用いられる方法としては、アルカリ脱脂、溶剤脱脂、エマルジョン脱脂、電解脱脂、機械脱脂等公知の脱脂処理を適用できる。

活性化工程は、金属基体の表面を活性化する工程であり、具体的には、酸洗い、酸浸漬等を施す工程をいう。酸洗いや酸浸漬は、金属基体の表面に生じたスケール、テンパーカラー及び錆等を、酸を用いて除去する処理であり、金属基体に用いられる金属の種類によるが、塩酸、硫酸、硝酸及びこれらの混酸等が用いられる。このように活性化を行った金属基体上に無光沢ニッケルめっき層を形成させることにより、密着性を向上させることができる。

無光沢ニッケルめっき工程、光沢ニッケルめっき工程及び金合金めっき工程は、無光沢ニッケルめっき層、光沢ニッケルめっき層及び金合金めっき層の各層を形成する工程である。各層を形成する方法としては、蒸着法、スパッタリング法、無電解めっき法及び電気めっき法等が知られているが、本発明のプローブ針の製造方法においては、電気めっき法を用いる。

以上説明したように、本発明のプローブ針及びその製造方法によれば、金属層の磨耗や剥離を低減することができるので、接触抵抗値の上昇を抑制することができる。その結果、プローブ針の寿命が長くなりプローブ針の交換又はプローブユニットの交換する頻度が少なくなるため、コストを削減できると共に作業効率が向上する。また、本発明のプローブ針及び本発明の製造方法で得られたプローブ針は、導電性が高く耐磨耗性に優れるので、回路基板の電気的特性の検査を正確に行うことができ、回路基板等の検査装置用治具（プローブユニット）の信頼性を確保することができる。

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。実施例１〜５において、表面粗さの測定方法は、キーエンス社製、超深度形状測定顕微鏡ＶＫ−８５５０を用いて行った。ビッカース硬さの測定方法は、アカシ製作所社製ＭＶＫ−Ｇ３を用いて試験荷重１ｋｇｆ（約９．８Ｎ）の条件で行った。また、ＩＣＰ分析は、エスアイアイナノテクノロジー社製ＳＰＳ３１００を用いて行った。

（実施例１）
金属基体である直径０．０８５ｍｍのタングステンを、３０％水酸化カリウム溶液を用いて、４０℃で３分脱脂し、次いで２０％塩酸を用いて、３０℃で１分酸洗いを行った後、塩化ニッケル２５０ｇ／Ｌ及び塩酸１００ｇ／Ｌからなる無光沢ニッケルめっき層形成用の塩化ニッケルめっき液に浸漬し、温度２５℃、陰極電流密度５Ａ／ｄｍ^２で、３分間通電することにより、厚さ０．０２μｍの無光沢ニッケルめっき層を形成した。

続いて、無光沢ニッケルめっき層が形成された金属基体を、スルファミン酸ニッケル６００ｇ／Ｌ、塩化ニッケル１０ｇ／Ｌ、ホウ酸４０ｇ／Ｌ及び光沢剤としてサッカリンを含む光沢ニッケルめっき層形成用のスルファミン酸ニッケルめっき液に浸漬し、温度５０℃、ｐＨ４．０、陰極電流密度１Ａ／ｄｍ^２で、１０分間通電し、厚さ２μｍの光沢ニッケルめっき層を形成した。

次に、無光沢ニッケルめっき層及び光沢ニッケルめっき層が形成された金属基体を、シアン化金カリウム１０ｇ／Ｌ、リン酸二水素カリウム１００ｇ／Ｌ、クエン酸３０ｇ／Ｌ及びシアン化ニッケルカリウム１．５ｇ／Ｌからなる金合金めっき層形成用のＡｕ−Ｎｉ合金めっき液に浸漬し、温度５０℃、陰極電流密度１Ａ／ｄｍ^２で３分間通電し、金合金めっき層として厚さ１μｍのＡｕ−Ｎｉ合金めっき層を形成した。得られたプローブ針の直径は０．０９ｍｍであった。続いて、先端部と基端部をマスキングテープでマスキングし、中央部にテフロン（登録商標）をコーティングし、乾燥、焼成させて実施例１のプローブ針を作製した。

このとき、Ａｕ−Ｎｉ合金めっき層のＩＣＰ分析を行ったところは、Ａｕが９５．０重量％、Ｎｉが５．０重量％であり、ビッカース硬さはＨｖ３３０であった。金属基体（タングステン）の表面粗さＲａ_１は０．０５μｍ、光沢ニッケルめっき層の表面粗さＲａ_２は０．０３μｍであり、Ｙ＝Ｒａ_２／Ｒａ_１＝０．６となった。光沢ニッケルめっき層の厚さＸは２μｍであるから、一般式１及び２の双方を満たした。

（実施例２）
実施例１において、金合金めっき層としてＡｕ−Ｃｏ合金めっき層を以下に示すように形成した以外は、実施例１と同様の方法で実施例２のプローブ針を作製した。

シアン化金カリウム１０ｇ／Ｌ、リン酸二水素カリウム１００ｇ／Ｌ、クエン酸３０ｇ／Ｌ及びＥＤＴＡ−コバルトカリウム５ｇ／Ｌからなる金合金めっき層形成用のＡｕ−Ｃｏ合金めっき液に浸漬し、温度５０℃、陰極電流密度１Ａ／ｄｍ^２で３分間通電し、金合金めっき層として厚さ１μｍのＡｕ−Ｃｏ合金めっき層を形成した。

このときの、Ａｕ−Ｃｏ合金めっき層のＩＣＰ分析を行ったところ、Ａｕが９９．０重量％、Ｃｏ０．１重量％であり、ビッカース硬さはＨｖ２００であった。金属基体（タングステン）の表面粗さＲａ_１は０．０８μｍ、光沢ニッケルめっき層の表面粗さＲａ_２は０．０４μｍであり、Ｙ＝Ｒａ_２／Ｒａ_１＝０．５となった。光沢ニッケルめっき層の厚さＸは２μｍであるから、一般式１及び２の双方を満たした。

（実施例３）
実施例１において、光沢ニッケルめっき層を形成する際に光沢剤としてチオ尿素１００ｐｐｍを用いた以外は、実施例１と同様の方法で実施例３のプローブ針を作製した。

このとき、Ａｕ−Ｎｉ合金めっき層をＩＣＰ分析したところは、Ａｕが９９．０重量％、Ｎｉが１．０重量％であり、ビッカース硬さはＨｖ２５０であった。金属基体（タングステン）の表面粗さＲａ_１は０．１μｍ、光沢ニッケルめっき層の表面粗さＲａ_２は０．０６μｍであり、Ｙ＝Ｒａ_２／Ｒａ_１＝０．０６／０．１＝０．６となった。光沢ニッケルめっき層の厚さＸは２μｍであるから、一般式１及び２の双方を満たした。

（実施例４）
実施例１において、金属基体としてＢｅＣＷ（ベリリウム銅線）を用い、光沢ニッケルめっき層を形成する際に光沢剤としてチオ尿素１００ｐｐｍを用いた以外は、実施例１と同様の方法で実施例４のプローブ針を作製した。

このとき、Ａｕ−Ｎｉ合金めっき層をＩＣＰ分析したところは、Ａｕが９５．０重量％、Ｎｉが５．０重量％であり、ビッカース硬さはＨｖ３００であった。金属基体（ベリリウム銅）の表面粗さＲａ_１は０．０５μｍ、光沢ニッケルめっき層の表面粗さＲａ_２は０．０３μｍであり、Ｙ＝Ｒａ_２／Ｒａ_１＝０．０３／０．０５＝０．６となった。光沢ニッケルめっき層の厚さＸは２μｍであるから、一般式１及び２の双方を満たした。

（実施例５）
実施例１において、金属基体として直径０．０８０ｍｍのＢｅＣＷ（ベリリウム銅線）を用い、光沢ニッケルめっき層を形成する際に光沢剤としてチオ尿素１００ｐｐｍを用い通電時間を２０分として光沢ニッケルめっき層の厚さを４μｍとした以外は、実施例１と同様の方法で実施例４のプローブ針を作製した。

このとき、Ａｕ−Ｎｉ合金めっき層をＩＣＰ分析したところは、Ａｕが９５．０重量％、Ｎｉが５．０重量％であり、ビッカース硬さはＨｖ３００であった。金属基体（ベリリウム銅）の表面粗さＲａ_１は０．０５μｍ、光沢ニッケルめっき層の表面粗さＲａ_２は０．０１μｍであり、Ｙ＝Ｒａ_２／Ｒａ_１＝０．０１／０．０５＝０．２となった。光沢ニッケルめっき層の厚さＸは４μｍであるから、一般式１及び２の双方を満たした。

（接触繰り返し試験）
実施例１〜５のプローブ針について以下の接触繰り返し試験を行った。この接触繰り返し試験は、プローブ針の長さ方向の両端から応力を与え、そのプローブ針の弾性力を利用して被測定体の電極（ここでは、コンタクト板を使用した。）に繰り返しコンタクトさせる試験であり、その評価方法としては、所定の回数繰り返しコンタクトさせた後のプローブ針の磨耗や剥離等について観察した結果で判断した。

まず、プローブ針の長さ方向の両端から応力を加えることができるように１０本のプローブ針の両端部を対向する２枚のコンタクト板で挟むと共に、それらのプローブ針が相互に接触しないように配置した。プローブ針を挟む対向する２枚のコンタクト板の間隔を２５ｍｍとし、プローブ針に５〜１０ｇｆ（４９〜９８ｍＮ）の圧力が加わるようにその間隔を２ｍｍだけ小さくしてコンタクトさせた。次いで、プローブ針の間隔を２ｍｍだけ小さくするコンタクトを０．３１秒／回のタクトで繰り返し、それを２００万回繰り返した。なお、コンタクト板の材質はセラミックス（アルミナ）であり、そのコンタクト板の間に配置したプローブ針が倒れないように治具で支えた。その治具はプローブ針が通る程度の穴が一定間隔で設けられた板であり、一対の治具を対向する２枚のコンタクト板の内側にコンタクト板と平行になるように配置した。

こうした繰り返し試験を実施例１〜５のプローブ針について行った。試験後のプローブ針について、２００倍の光学顕微鏡を用いてその先端部を確認したところ、実施例１〜５のプローブ針は、金属層の剥離、磨耗、亀裂のいずれも確認されなかった。

本発明のプローブ針の一例の概略を示す断面図である。本発明のプローブ針の一例を示す部分断面図である。本発明のプローブ針の一例を示す側面図である。

符号の説明

１金属基体
２金属層
３無光沢ニッケルめっき層
４光沢ニッケルめっき層
５金合金めっき層
７先端部
８絶縁体
９基端部

Claims

先端部を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針であって、
金属基体と該金属基体の表面を覆う金属層とを有し、該金属層が、前記金属基体側から無光沢ニッケルめっき層、光沢ニッケルめっき層及び金合金めっき層の順で積層された構造であり、
前記金合金めっき層が金と鉄族元素とを含む金合金からなり、当該金合金中の金含有量が９３．０〜９９．５重量％であり、該金合金めっき層の硬さが、Ｈｖ１８０〜３５０の範囲内であり、
前記金属基体の表面粗さをＲａ_１（μｍ）、前記光沢ニッケルめっき層の表面粗さをＲａ_２（μｍ）、前記光沢ニッケルめっき層の厚さをＸ（μｍ）とし、Ｒａ_２／Ｒａ_１＝Ｙとしたとき、下記式１及び２の両方を満たすことを特徴とするプローブ針。