JP4783265B2

JP4783265B2 - コンタクトプローブ、及びコンタクトプローブの製造方法

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Publication number: JP4783265B2
Application number: JP2006298852A
Authority: JP
Inventors: 健金子
Original assignee: 健金子
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2026-11-02
Also published as: JP2008116284A

Description

本発明は、四端子測定に使用されるコンタクトプローブ、及び当該コンタクトプローブの製造方法に関するものである。

回路基板上に搭載されるＩＣチップ等の実装部品は、リードを回路パターンに半田付けして接続固定するのが通常であり、接続不良の有無を判定する測定方法として四端子測定が採用されている。

四端子測定は、ＩＣチップ等の被検査物に対して電流を流すための２本の電流用コンタクトピンと、電流を流した際に生じる電圧降下の状態を測定するための２本の電圧測定用コンタクトピンとを用いて行うものであり、電流用コンタクトピンから電流を流し、その電流と被検査物自身の抵抗で決まる電圧降下分を測定し、当該測定値が、予め設定されている基準範囲値の範囲内にあれば接続良好、範囲外にあれば接続不良と判別するものである。

そして、このような四端子測定に使用されるコンタクトプローブとしては、例えば、棒状の電圧測定用コンタクトピンと、当該電圧測定用コンタクトピンの周囲を絶縁体を介して囲繞する円筒状の電流用コンタクトピンと、電流用コンタクトピンを進退方向に摺動可能に保持するスリーブと、電流用コンタクトピンとスリーブとの間に設けられ且つ電流用コンタクトピンを先端方向へ付勢するスプリングとを備えた同軸型のものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平９−１３８２５０号公報

しかしながら、従来のコンタクトプローブは、上述したようにスリーブやスプリングが必須であるため、構造が複雑であり、コストの増大を招来するのみならず、コンタクトプローブ全体の小径化にも限界があるため、半導体技術における超高密度化の進展に伴って更なる極小化が進んでいるＩＣチップ等の被検査物に対応できない場合も生じ得る。また、従来のコンタクトプローブは、電流用コンタクトピンと、電圧測定用コンタクトピンとを絶縁体を介在して相互に組み付けたものであるため、このような組付作業もプローブ全体の小型化に伴ってより緻密なものとなり、高度の組付精度が要求されるという製造上の問題も有する。

一方、コンタクトピンとして、直径８０μｍ〜２００μｍの例えばタングステン製の細針を適用し、一の被検査物に対して、電流用コンタクトピンとして機能する細針と、電圧測定用コンタクトピンとして機能する細針とを少なくとも接触可能にする態様も考えられているが、被検査物の極小化に対応できるように各細針を小径化した場合には各細針の強度が低下するため、このような極めて小径の細針をそれぞれ独立してソケット等の保持具に安定した状態で起立姿勢に保持させておくことは困難であり、その結果、これら各細針を被検査物に的確に接触させることができないおそれもあり、実用性に欠けるという不具合が生じる。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、主たる目的は、適度な強度を有し且つ極小の被検査物の測定にも対応できるコンタクトプローブ、及びこのようなコンタクトプローブの製造方法を提供することにある。

すなわち、本発明のコンタクトプローブは、四端子測定に使用されるものであって、基板と、当該基板の両面に設けた一対のコンタクトピンとを具備してなり、前記基板が、絶縁体の両面にそれぞれ電極層を積層した絶縁フィルムを前記コンタクトピンの巾寸法に対応させて切断したものであり、前記各コンタクトピンが、前記各電極層のうち当該コンタクトピンの巾寸法に相当する領域に電解析出させた金属からなるピン本体を少なくとも備えたものであり、前記絶縁フィルムの両面に前記ピン本体を形成した状態で前記絶縁フィルムのうちこれらピン本体に重合する領域を他の領域からピン本体と共に抜き且つコンタクトピンの先端部に対応する基板の先端部を除去したものであることを特徴とする。

このようなものであれば、電解析出によって基板の両面にピン本体を積層する態様であるため、従来のような各部品を相互に組み付けるという緻密な作業を要することなく容易且つ的確に積層状のコンタクトプローブを成形することができ、しかも、ピン本体を構成する金属等の電解析出材の析出量を調節することによってコンタクトプローブ全体の厚み寸法（又は径寸法）を可及的に小さくすることが可能となり、一方のコンタクトピンを電流用コンタクトピンとして機能させるとともに、他方のコンタクトピンを電圧測定用ピンとして機能させることによってサイズが極めて小さい被検査物の測定にも好適に対応することができる。さらに、ピン本体が金属製であるため、これら各ピン本体によって基板を挟んだコンタクトプローブ全体の適度な剛性を確保することができ、このようなコンタクトプローブを適宜の保持具に安定した状態で起立姿勢に保持させることができる。加えて、コンタクトピンの先端部に対応する基板の先端部を除去しているため、各コンタクトピンを被検査物に的確に接触させることが可能となり、良好な導電性を確保し、実用性に優れたものになる。

特に、前記ピン本体が前記各電極層に電解析出させたタングステン合金から形成したものであるため、このようなピン本体を対にして有するコンタクトプローブの構造体としての十分な強度及び弾性を確保することができる。

導電性及び耐酸化性の更なる向上を図るには、前記各コンタクトピンを、前記ピン本体の外面にメッキ層を備えたものとすればよい。

また、本発明のコンタクトプローブの製造方法は、絶縁体の両面にそれぞれ電極層を積層してなる絶縁フィルムの両面にそれぞれ塗布したレジストにマスクを通して放射光を照射することにより、前記絶縁フィルムの両面に少なくとも前記コンタクトピンの巾寸法に相当する巾寸法を有するレジスト除去部を所定ピッチで複数形成するリソグラフィ工程と、当該リソグラフィ工程により形成された前記各レジスト除去部に露出する前記電極層にそれぞれ金属を電解析出してピン本体を形成する電解析出工程と、前記ピン本体及び前記絶縁フィルムのうちこれらピン本体に重合する領域を、レジスト残余部及び前記絶縁フィルムのうちこれらピン本体に重合しない領域から抜く抜き工程と、前記コンタクトピンの先端部に対応する前記基板の先端部を除去する除去工程とを経ることにより、前記絶縁フィルムをコンタクトピンの巾寸法に対応させて切断した基板と、当該基板の両面に設けられ少なくとも前記ピン本体を有する一対のコンタクトピンとを具備したコンタクトプローブを製造することを特徴とする。

このような製造方法であれば、従来の高度な組付精度を要する態様と比較して、高精度でありながら大量生産も可能であり、極小化が進む被検査物のサイズを考慮した上で電解析出量等を調節することによってコンタクトプローブの各寸法も容易に変更することが可能であり、汎用性に富むものとなる。

具体的な実施態様としては、前記電解析出工程が、前記電極層にそれぞれタングステン合金を電解析出してピン本体を形成するものである態様が挙げられる。

さらに、前記ピン本体の外面にメッキ加工を施すメッキ工程を経るようにしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、従来のような各部品を相互に組み付けるという高度な組付精度が要求されず、容易且つ的確に積層状のコンタクトプローブを成形することができる。また、ピン本体を構成する金属等の電解析出材の析出量を調節することによってコンタクトプローブ全体の厚み寸法や巾寸法を可及的に小さくすることが可能であり、極小の被検査物Ｗの測定にも好適に対応することができる。加えて、金属製のピン本体によってコンタクトプローブ全体の適度な剛性を確保することができるとともに、各コンタクトピン３を基板２に優先して被検査物Ｗに確実に接触させるようにして良好な導電性を確保し、より正確な測定を行うことができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係るコンタクトプローブ１は、四端子測定に使用されるものであり、図１に示すように、単一の基板２と、この基板２の両面に設けた一対のコンタクトピン３とを具備したものである。

基板２は、絶縁体２１の両面にそれぞれ電極層２２を積層した絶縁フィルム２Ｆ（図２参照）をコンタクトピン３の巾寸法に対応させて切断したものである。絶縁体２１としては、フレキシブル性を有し且つ耐衝撃性に優れたものが好適であり、本実施形態では例えば厚さ４０μｍ〜６０μｍのテフロン（登録商標）系の樹脂を適用している。一方、電極層２２は、電極を形成する薄膜状のものであればよく、本実施形態では厚さ１０μｍ〜１８μｍの銅箔を適用している。

各コンタクトピン３は、絶縁フィルム２Ｆの各電極層２２のうち当該コンタクトピン３の巾寸法に相当する領域に電解析出させた金属からなるピン本体３１と、ピン本体３１の外面にメッキしたメッキ層３２とを備えたものである。ピン本体３１は、高硬度、高靭性及び高導電性を有する電解析出材料からなり、本実施形態では、このような性質を有する電解析出材料として、タングステン合金（例えばＮｉ―Ｗ合金又はＦｅ―Ｗ合金）を適用している。一方、メッキ層３２は高導電性及び十分な耐酸化性を有するものが好適であり、本実施形態では金メッキ層にしている。

このような構成をなすコンタクトプローブ１の製造方法について図３〜図９を参照しながら説明する。

本実施形態に係るコンタクトプローブ１は、リソグラフィ工程、電解析出工程、抜き工程、メッキ工程、及び除去工程を経て製造される。

リソグラフィ工程は、図３〜図５に示すように、絶縁体２１の両面にそれぞれ電極層２２を積層した絶縁フィルム２Ｆの両面にそれぞれレジストＲを塗布し、このレジストＲにマスクＭを通して放射光を照射することにより、絶縁フィルム２Ｆの両面に、巾寸法、長さ寸法、及び厚み寸法がそれぞれコンタクトピン３の巾寸法（例えば１００μｍ）、長さ寸法（例えば２０ｍｍ）、及び厚み寸法に対応するレジスト除去部Ｒ１を所定ピッチで複数形成する工程である。絶縁フィルム２Ｆに塗布するレジストＲの厚み寸法を、成形される各コンタクトピン３の厚み寸法（例えば２５μｍ）と略同一又は若干高く設定している。また、本実施形態に適用するマスクＭは、図３及び図４に示すように、コンタクトピン３の巾寸法及び長さ寸法にそれぞれ対応する寸法の露光用孔Ｍ１を所定ピッチで形成したものであり、このようなマスクＭを通してレジストＲに放射光を照射することによって、放射光に露光された部分、つまり前記露光用孔Ｍ１に対応する領域のレジストＲは分子鎖が切れ、特定の現像液に選択的に溶解し、その結果、コンタクトピン３の外形状に相当するレジスト除去部Ｒ１が所定ピッチで複数形成される（図５参照）。なお、各レジスト除去部Ｒ１には電極層２２が露出している。

電解析出工程は、図６に示すように、リソグラフィ工程により形成された各レジスト除去部Ｒ１に露出する電極層２２にそれぞれ金属（本実施形態ではタングステン合金）を電解析出してピン本体３１を形成する工程である。本実施形態では、電解析出するタングステン合金の厚み寸法を２５μｍに設定している。なお、図６では電解析出したタングステン合金をパターンを付して示している。

抜き工程は、図７及び図８（図８は図７のａ―ａ線断面図である）に示すように、対をなすピン本体３１と絶縁フィルム２Ｆのうちこれらピン本体３１に重合する領域とを、レジスト残余部Ｒ２と前記絶縁フィルム２Ｆのうちこれらピン本体３１に重合しない領域とから抜く工程である。抜く態様としては、ピン本体３１及び絶縁フィルム２Ｆのうちこれらピン本体３１に重合する領域のみを積層方向にプレスして打ち抜く態様、又はレーザ加工によりピン本体３１及び絶縁フィルム２Ｆのうちこれらピン本体３１に重合する領域のみを積層方向に切り抜く態様等が挙げられる。この抜き加工により、ピン本体３１からなるコンタクトピン３を基板２の両面に積層した概略角柱状のコンタクトプローブ１が複数成形される（図８参照）。

メッキ工程は、抜き工程により成形した各コンタクトプローブ１のうち一対のピン本体３１にそれぞれメッキ加工を施しこれら各ピン本体３１の外面にメッキ層３２を形成する工程である。このメッキ工程により、各コンタクトピン３が、ピン本体３１の外面をメッキ層３２で被覆したものとなる。

除去工程は、図９に示すように、コンタクトプローブ１のうち、コンタクトピン３の先端部３ａに対応する基板２の先端部２ａを除去する工程である。除去する態様としては、例えば基板２の先端部２ａを熱処理することにより基端側へ窪ませる態様や、基板２の先端部２ａを切除する態様等が挙げられる。この除去工程を経ることにより、基板２の先端部２ａが各コンタクトピン３の先端部３ａよりも内方へ窪んだ形状となり、その結果、各コンタクトピン３の先端部３ａが基板２に優先して被検査物Ｗに的確に接触し得るコンタクトプローブ１となる。なお、本実施形態では、前記抜き工程と同時に又は前後して各コンタクトピン３の先端部に面取り加工を施し、各コンタクトピン３が被検査物Ｗに線接触又は点接触し得るようにしている。

以上の工程を経て製造された各コンタクトプローブ１は、絶縁フィルム２Ｆをコンタクトピン３の巾寸法に対応させて切断した基板２と、基板２の両面に設けた一対のコンタクトピン３とを備え、全長２０ｍｍ、厚み寸法略１００μｍ、巾寸法略１００μｍのマイクロ構造体となる。そして、このような構成をなすコンタクトプローブ１を一対にして図示しないソケット等の保持具にそれぞれ保持させる（例えば保持具に形成した孔に各コンタクトプローブ１の基端部を圧入する）ことにより、各コンタクトプローブ１の一方のコンタクトピン３を電流用コンタクトピンとして機能させるとともに、他方のコンタクトピン３を電圧測定用コンタクトピンとして機能させることにより、四端子測定を行うことが可能となる。

このように、本実施形態に係るコンタクトプローブ１は、絶縁体２１の両面にそれぞれ電極層２２を積層した絶縁フィルム２Ｆの両面に金属製のピン本体３１を形成した状態で絶縁フィルム２Ｆのうちこれらピン本体３１に重合する領域を他の領域からピン本体３１と共に抜くことによって成形したものであるため、従来のような各部品を相互に組み付けるという高度な組付精度が要求されず、容易且つ的確に積層状のコンタクトプローブ１を成形することができ、しかも、ピン本体３１を構成する金属等の電解析出材の析出量を調節することによってコンタクトプローブ１全体の厚み寸法や巾寸法を可及的に小さくすることが可能となり、サイズが極めて小さい被検査物Ｗの測定にも好適に対応することができる。加えて、ピン本体３１が電解析出により析出された金属製のものであるため、これら各ピン本体３１によって基板２を挟んだコンタクトプローブ１全体の適度な剛性を確保することができ、このようなコンタクトプローブ１をソケット等の保持具に安定した状態で起立姿勢に保持させることができ、各コンタクトピン３を被検査物Ｗに的確に接触させることが可能となり、実用性に優れたものになる。さらに、コンタクトピン３の先端部３ａに対応する基板２の先端部２ａを除去し、各コンタクトピン３を基板２に優先して被検査物Ｗに確実に接触させるようにしているため、良好な導電性を確保し、より正確な測定を行うことができる。

特に、ピン本体３１が各電極層２２に電解析出させたタングステン合金から形成したものであるため、構造体としての十分な強度と靭性、弾性を有するとともに、安定した電気的接続を確保できる。

さらに、各コンタクトピン３が、ピン本体３１の外面にメッキ層３２を備えたものであるため、導電性及び耐酸化性の更なる向上を図ることが可能である。

また、本実施形態に係るコンタクトプローブ１は、上述した各工程を経ることによって製造するものであるため、高精度でありながら大量生産も可能であり、しかも、電解析出量やマスクＭの露光用孔Ｍ１の各寸法を変更することによりコンタクトプローブ１の各寸法も容易に変更することが可能であり、極小化が進む被検査物Ｗのサイズを考慮した上で電解析出量やマスクＭの露光用孔Ｍ１の各寸法を調節することにより各種被検査物を測定可能な各コンタクトピン２を有するコンタクトプローブ１となり、汎用性に富むものとなる。

なお、本発明は、以上に詳述した実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、絶縁体としてテフロン（登録商標）系の樹脂を適用した場合を例示したが、これに限らず、絶縁体としてガラスエポキシを適用しても構わない。

また、ピン本体を形成する電解析出材としてタングステン合金以外のものを適用してもよく、各コンタクトピンとしてピン本体のみからなる（メッキ層を有しない）ものを採用しても構わない。なお、コンタクトピンとしてメッキ層を有するものを採用する場合、ピン本体にメッキ加工を施すタイミングは、前記電解析出工程の後、又は抜き工程の後、或いは除去工程の後の何れであっても構わない。

さらに、概略円柱状をなし且つ各コンタクトピンの先端部を基板の先端部よりも優先して被検査物に接触し得るようにしたコンセントプローブとしてもよい。この場合の一例として、図１０に示すような断面形状をなすコンタクトプローブＸ１が挙げられる。この場合、絶縁体Ｘ２１を有する基板Ｘ２をサンドイッチするように断面視略半円状のコンタクトピンＸ３を設けることが望ましい。なお、図１０では各コンタクトピンＸ３としてピン本体Ｘ３１とメッキ層Ｘ３２とを層状にしたものを例示しているが、前述したようにメッキを有さないものであっても構わない。

また、図３等では、マスクを通して放射光を照射することにより、絶縁フィルムの両面に前記レジスト除去部を所定ピッチで一列状に複数形成する態様を例示したが、これに限らず、絶縁フィルムの両面に前記レジスト除去部を所定ピッチで複数列状に形成する態様を採用してもよい。これにより更なる量産が可能となる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態に係るコンタクトプローブの全体斜視図。同実施形態に係るコンタクトプローブを製造する際に使用する絶縁フィルムの全体斜視図。同実施形態におけるリソグラフィ工程を模式的に示す図。同実施形態に係るコンタクトプローブを製造する際に使用するマスクＭの平面図。同実施形態におけるリソグラフィ工程を模式的に示す図。同実施形態における電解析出工程を模式的に示す図。同実施形態において抜き工程を経たコンタクトプローブを模式的に示す図。図７のａ―ａ線断面図。同実施形態に係るコンタクトプローブの先端部の断面を模式的に示す図。同実施形態の一変形に係るコンタクトプローブの横断面を模式的に示す図。

符号の説明

１、Ｘ１…コンタクトプローブ
２、Ｘ２…基板
２１、Ｘ２１…絶縁体
２２、Ｘ２２…電極層
２Ｆ…絶縁フィルム
３、Ｘ３…コンタクトピン
３１、Ｘ３１…ピン本体
３２、Ｘ３２…メッキ層
Ｍ…マスク
Ｒ…レジスト
Ｒ１…レジスト除去部
Ｒ２…レジスト残余部
Ｗ…被検査物

Claims

四端子測定に使用されるコンタクトプローブであって、
基板と、当該基板の両面に設けた一対のコンタクトピンとを具備してなり、
前記基板が、絶縁体の両面にそれぞれ電極層を積層した絶縁フィルムを前記コンタクトピンの巾寸法に対応させて切断したものであり、
前記各コンタクトピンが、前記各電極層のうち当該コンタクトピンの巾寸法に相当する領域に電解析出させた金属からなるピン本体を少なくとも備えたものであり、
前記絶縁フィルムの両面に前記ピン本体を形成した状態で前記絶縁フィルムのうちこれらピン本体に重合する領域を他の領域からピン本体と共に抜き且つコンタクトピンの先端部に対応する基板の先端部を除去したものであることを特徴とするコンタクトプローブ。
前記ピン本体が前記各電極層に電解析出させたタングステン合金から形成している請求項１記載のコンタクトプローブ。
前記各コンタクトピンが、前記ピン本体の外面にメッキ層を備えたものである請求項１又は２記載のコンタクトプローブ。
四端子測定に使用されるコンタクトプローブを製造する方法であって、
絶縁体の両面にそれぞれ電極層を積層してなる絶縁フィルムの両面にそれぞれ塗布したレジストにマスクを通して放射光を照射することにより、前記絶縁フィルムの両面に少なくとも前記コンタクトピンの巾寸法に相当する巾寸法を有するレジスト除去部を所定ピッチで複数形成するリソグラフィ工程と、
当該リソグラフィ工程により形成された前記各レジスト除去部に露出する前記電極層にそれぞれ金属を電解析出してピン本体を形成する電解析出工程と、
前記ピン本体及び前記絶縁フィルムのうちこれらピン本体に重合する領域を、レジスト残余部及び前記絶縁フィルムのうちこれらピン本体に重合しない領域から抜く抜き工程と、
前記コンタクトピンの先端部に対応する前記基板の先端部を除去する除去工程とを経ることにより、
前記絶縁フィルムをコンタクトピンの巾寸法に対応させて切断した基板と、当該基板の両面に設けられ少なくとも前記ピン本体を有する一対のコンタクトピンとを具備したコンタクトプローブを製造することを特徴とするコンタクトプローブの製造方法。
前記電解析出工程が、前記電極層にそれぞれタングステン合金を電解析出してピン本体を形成するものである請求項４記載のコンタクトプローブの製造方法。
前記ピン本体の外面にメッキ加工を施すメッキ工程を経る請求項４又は５記載のコンタクトプローブの製造方法。