JP4676224B2

JP4676224B2 - プローブ針及びその製造方法

Info

Publication number: JP4676224B2
Application number: JP2005082842A
Authority: JP
Inventors: 洋一岡田; 辰男山口; 進新井
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd; Shinshu University NUC
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd; Shinshu University NUC
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: JP2006266765A

Description

本発明は、プローブ針及びその製造方法に関し、更に詳しくは、先端部を被測定体の電極に接触させてその被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針及びその製造方法に関する。

携帯電話等に使用される高密度実装基板またはパソコン等に組み込まれるＢＧＡ（BallGridArray）やＣＳＰ（ChipSizePackage）等のＩＣパッケージ基板など、様々な回路基板（以下、「被測定体」という。）の電気的特性の測定は、測定装置用治具（以下、「プローブユニット」という。）に装着されたプローブ針の先端部を、非測定体の電極に接触きせることにより行われている。
このようなプローブ針としては、タングステン針にロジウム外被を設けたもの（例えば、特許文献１参照。）や、銅針に鋼外被を設けたもの（例えば、特許文献２参照。）などが知られている。
他方、繊維径φ≒１５０ｎｍ，繊維長Ｌ＝１０〜２０μｍの微細炭素繊維であるカーボンナノファイバーが市販されている（例えば、非特許文献１参照。）
特開２００２−１３１３３４号公報特開２００４−２７９２８３号公報昭和電工株式会社、気相法炭素繊維＜ＶＧＣＦ＞、インターネット（http://www.sdk.co.jp/contents/division/）

被測定体の電極の表面には、酸化膜等の絶縁膜が形成されやすい。このため、被測定体の電極にプロープ針を単に接触させただけでは両者間の抵抗値（以下、「接触抵抗値」という。）が高くなって、正確な測定ができないことがある問題点があった。
また、被測定体の電極が半田電極（半田ボールが着いた電極）である場合、被測定体の電極にプロープ針を接触させたときに半田がプロープ針に転写されてしまうことがある問題点があった。
そこで、本発明の目的は、被測定体の電極表面に酸化膜等の絶縁膜が形成されていた場合でも正確に測定を行うことが出来ると共に被測定体の電極が半田電極である場合でも半田の転写が起こらないプロープ針及びその製造方法を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、金属製ピンの先端部を被測定体の電極に接触させて前記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、前記金属製ピンの先端部表面にめっき層が形成され、複数の微細炭素繊維のそれぞれの一部が前記めっき層に埋設され残りの部分が前記めっき層表面から出ており、前記めっき層表面から出ている微細炭素繊維の部分で前記被測定体の電極表面に形成された酸化膜等の絶縁膜を破って前記金属製ピンの先端部表面を前記被測定体の電極に接触させうるようにしたことを特徴とするプローブ針を提供する。
上記第１の観点によるプローブ針では、プローブ針先端部から一部が出ている微細炭素繊維が鋭利な刃や針の働きをする。このため、被測定体の電極表面に酸化膜等の絶縁膜が形成されていた場合でも、微細炭素繊維が絶縁膜を容易に切り破ったり、突き破ったりする。その結果、被測定体の電極とプロープ針の接触抵抗値が低くなり、測定の正確性を向上させることが出来る。また、微細炭素繊維は、導電性，強度特性，摺動性（潤滑性），復元性に優れ、その性質はプローブ針に好適である。さらに、微細炭素繊維の表面は化学的に安定で、比表面積が小さく、半田が非常に付着しにくい特性を発見した。これにより、被測定体の電極が半田電極である場合でも、プローブ針の先端に半田の転写が起こらず、接触抵抗値が低い状態で安定して測定できる。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点によるプローブ針において、前記微細炭素繊維の部分が、前記めっき層表面から放射状に出ていることを特徴とするプローブ針を提供する。
上記第２の観点によるプローブ針では、プローブ針先端部から放射状に出ている微細炭素繊維の先端が鋭利な針の働きをする。このため、被測定体の電極表面に酸化膜等の絶縁膜が形成されていた場合でも、微細炭素繊維が絶縁膜を容易に突き破る。その結果、被測定体の電極とプロープ針の接触抵抗値が低くなり、測定の正確性を向上させることが出来る。

第３の観点では、本発明は、金属製ピンの先端部表面に、複数の微細炭素繊維を混合した金属めっき液により金属めっきを施し、請求項１または請求項２に記載のプローブ針を製造することを特徴とするプローブ針の製造方法を提供する。
上記第３の観点によるプローブ針の製造方法では、電線の製造設備を利用して、プローブ針を製造することが出来る。

本発明のプローブ針によれば、プローブ針先端部表面に付着した微細炭素繊維が鋭利な刃や針の働きをし、被測定体の電極表面に形成された酸化膜等の絶縁膜を微細炭素繊維が容易に切り破ったり、突き破ったりする。その結果、被測定体の電極とプロープ針の接触抵抗値が低くなり、測定の正確性を向上させることが出来る。また、微細炭素繊維は、導電性，強度特性，摺動性（潤滑性），復元性に優れ、その性質はプローブ針に好適である。さらに、微細炭素繊維の表面は化学的に安定で、比表面積が小さく、半田が非常に付着しにくい特性を発見した。これにより、被測定体の電極が半田電極である場合でも、プローブ針の先端に半田の転写が起こらず、接触抵抗値が低い状態で安定して測定できる。
本発明のプローブ針の製造方法によれば、電線の製造設備を利用して、プローブ針を製造することが出来る。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係るプローブ針１１の構成図である。
このプローブ針１１は、先端部がドーム形状の金属製ピン２と、金属製ピン２の先端部表面に一端側が埋設され他端側が先端部表面から放射状に出ている微細炭素繊維３とから構成されている。

金属製ピン２は、直径０.０３ｍｍ〜３ｍｍのタングステンやＳＫ材やベリリウム銅である。

微細炭素繊維３は、複数のグラフェンシートが円筒状に閉じた構造で、直径φ＝２０ｎｍ〜２００ｎｍ、長さＬ＝２μｍ〜２０μｍである。

図２は、プローブ針１１の製造方法を示す説明図である。
微細炭素繊維３を混合した金属めっき液４をめっき槽５に満たし、金属製ピン２の先端部を金属めっき液４に浸漬し、電気めっきすることにより、プローブ針１１を製造できる。
金属製ピン２の先端部には電界の集中が生じ、金属めっき液４中に均一に分散浮遊している微細炭素繊維３は良導電性であるため、微細炭素繊維３は金属製ピン２の先端部に集まる。そして、一部が銅めっき層に埋設され、残りの一部が銅めっき層から出ている状態となる。
このとき、電気めっきのための電界を調整することにより、微細炭素繊維３の一端側をめっき金属層に埋設し、他端側を金属製ピン２の先端部から放射状に立つように出すことができる。

金属めっき液４は、ニッケルめっき液，銅めっき液，金めっき液，ロジウムめっき液またはパラジウムめっき液である。

実施例１のプローブ針１１によれば、先端部表面に付着した微細炭素繊維３が鋭利な針の働きをし、被測定体の電極表面に形成された酸化膜等の絶縁膜を微細炭素繊維３が容易に突き破る。その結果、被測定体の電極とプロープ針１１の接触抵抗値が低くなり、測定の正確性を向上させることが出来る。また、微細炭素繊維は、導電性，強度特性，摺動性（潤滑性），復元性に優れ、その性質はプローブ針に好適である。さらに、微細炭素繊維の表面は化学的に安定で、比表面積が小さく、半田が非常に付着しにくい特性があるため、被測定体の電極が半田電極である場合でも、プローブ針の先端に半田の転写が起こらず、接触抵抗値が低い状態で安定して測定できる。

［製造例１］
微細炭素繊維（昭和電工株式会社製カーボンナノファイバー：商品名ＶＧＣＦ：平均直径１５０ｎｍ，長さ１０〜２０μｍ）が２ｇ／Ｌ、ＣｕＳＯ₄・５Ｈ₂Ｏが０.８５モル、Ｈ₂ＳＯ₄が０.５５モル、微細炭素繊維を分散させるための分子量５０００のポリアクリル酸が２×１０^-4モルのめっき浴中にて、金属製ピン（直径０.１０ｍｍのベリリウム銅）の先端部に、電流密度４Ａ／ｄｍ²・電気量５Ｃ／ｃｍ²，めっき浴温３０℃のめっき条件で、銅めっき層厚約１.５μｍの微細炭素繊維複合銅めっきを行った。
この結果、微細炭素繊維の一端側は銅めっき層に埋設され、他端側は金属製ピンの先端部から放射状に出ていた。金属製ピンの先端部から放射状に出ていた微細炭素繊維の長さは、全長の１／２〜１／１０くらいであった。

図３は、実施例２に係るプローブ針１２の構成図である。
このプローブ針１２は、先端部がフラット形状の金属製ピン２と、金属製ピン２の先端部表面に一端または両端または中央部が埋設されると共に残りの部分が金属製ピン２の先端部表面から出ている微細炭素繊維３とから構成されている。
電気めっきのための電界を調整することにより、微細炭素繊維３の一部が金属製ピン２の先端部表面から放射状に立たずに出るような状態とすることができる。

実施例２のプローブ針１２によれば、微細炭素繊維３をプローブ針先端部表面から放射状に立てなくても、プローブ針先端部表面に付着した高強度で復元力に優れた微細炭素繊維３が鋭利な刃の働きをし、被測定体の電極表面に形成された酸化膜等の絶縁膜を微細炭素繊維３が容易に切り破る。その結果、被測定体の電極とプロープ針１２の接触抵抗値が低くなり、測定の正確性を向上させることが出来る。また、微細炭素繊維は、導電性，強度特性，摺動性（潤滑性），復元性に優れ、その性質はプローブ針に好適である。さらに、微細炭素繊維の表面は化学的に安定で、比表面積が小さく、半田が非常に付着しにくい特性があるため、被測定体の電極が半田電極である場合でも、プローブ針の先端に半田の転写が起こらず、接触抵抗値が低い状態で安定して測定できる。

［製造例２］
微細炭素繊維（昭和電工株式会社製カーボンナノファイバー：商品名ＶＧＣＦ：平均直径１５０ｎｍ，長さ１０〜２０μｍ）が２ｇ／Ｌ、(Ｈ₂ＮＳＯ₃)₂Ｎｉ・４Ｈ₂Ｏが１.５５モル、ＮｉＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏが０.０６モル、Ｈ₃ＢＯ₃が０.５モル、微細炭素繊維を分散させるための分子量５０００のポリアクリル酸が２×１０^-4モルのめっき浴中にて、金属製ピン（直径０.１０ｍｍのベリリウム銅）の先端部に、電流密度１Ａ／ｄｍ²・電気量５Ｃ／ｃｍ²，めっき浴温５０℃のめっき条件で、ニッケルめっき層厚約１.５μｍの微細炭素繊維複合ニッケルめっきを行った。
この結果、微細炭素繊維の一部はニッケルめっき層に埋設され、残りの一部は金属製ピンの先端部から出ていた。

金属製ピン２の先端部を円錐形状や多角錐形状にしてもよい。

金属製ピン２の先端部表面だけでなく、柱状部表面にも微細炭素繊維３を放射状に立てて又は立てないで付着させてもよい。

本発明のプローブ針は、様々な回路基板の電気的特性の測定に利用できる。

実施例１に係るプローブ針を示す斜視図である。実施例１に係るプローブ針の製造方法の説明図である。実施例２に係るプローブ針を示す斜視図である。

符号の説明

１１，１２プローブ針
２金属製ピン
３微細炭素繊維

Claims

金属製ピンの先端部を被測定体の電極に接触させて前記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、前記金属製ピンの先端部表面にめっき層が形成され、複数の微細炭素繊維のそれぞれの一部が前記めっき層に埋設され残りの部分が前記めっき層表面から放射状に立たずに出ており、前記めっき層表面から出ている微細炭素繊維の部分で前記被測定体の電極表面に形成された酸化膜等の絶縁膜を破って前記金属製ピンの先端部表面を前記被測定体の電極に接触させうるようにしたことを特徴とするプローブ針。
金属製ピンの先端部を被測定体の電極に接触させて前記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、前記金属製ピンの先端部表面にめっき層が形成され、複数の微細炭素繊維のそれぞれの一部が前記めっき層に埋設され残りの部分が前記めっき層表面から放射状に出ており、前記めっき層表面から出ている微細炭素繊維の部分で前記被測定体の電極表面に形成された酸化膜等の絶縁膜を破って前記金属製ピンの先端部表面を前記被測定体の電極に接触させうるようにしたことを特徴とするプローブ針。
金属製ピンの先端部表面に、複数の微細炭素繊維を混合した金属めっき液により電気めっきを施し、電気めっきのための電界を調整することにより、請求項１または請求項２に記載のプローブ針を製造することを特徴とするプローブ針の製造方法。