JP5614917B2 - 金属プローブ - Google Patents
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また、メモリディバイスの大容量化、パッケージの小型化等により、半導体集積回路素子等の電極パッドの間隔が非常に狭くなっている現状から、プローブカードに組み込まれる金属プローブの配列の狭ピッチ化が要求されるとともに、金属プローブの線径の微細化が要求されている。このため、微細化しても高硬度性、高バネ性を維持するとともに、加工性の良好な金属プローブが切望されている。そして、例えば、下記特許文献1には、高導電性、高バネ性に加え、十分な硬度を有し、耐腐食性、加工性に優れる金属プローブに係る発明が提案されている。
具体的には、従来に比べ、弾性限界および弾性強度を向上させ、引っ張り疲労強度を向上させることができ、これにより金属プローブを小型化、細径化することができる。また、ICテスト等における120℃に耐える耐熱強度を備えることができるほか、対摩耗性などの耐久性も従来に比べ、数倍の長寿命化を果たすことができる。さらに、塑性変形点の幅を広く得ることができるため、金属プローブの信頼性を向上させることができる。表面の酸化を防止することもでき、被測定物との接触時の接触抵抗が激減し、被測定物の良好な電気的諸特性の測定を実現することができる。
特に、電鋳では、ニッケルとパラジウムとの析出電位が近いので、導電性、バネ性、硬度性、耐腐食性に優れて、きわめて安定した性質の金属プローブを提供することが可能となる。電鋳は、30℃〜50℃という常温付近の電解質によって行われるため、エネルギー的にきわめて有利で製作コストが嵩むこともない。さらに、フォトリソグラフィーを利用した電鋳であるので、本発明に係る金属プローブは、離型時にそのまま、基板から取り出して作製することができるため、追加の加工工程を不要にすることができ、性能や機能を変化させないで、高導電性、耐腐食性、高硬度性、高バネ性の機能を確保することができる。
図1は、本発明に係る金属プローブにおける使用状態を示す説明図、図2は、第一実施例に係る金属プローブにおける金属プローブ先端変位の荷重測定の結果を示す説明図、図3は、第一実施例に係る金属プローブにおける金属プローブ先端の荷重と塑性変形量との関係を示す説明図、図4は、第一実施例に係る金属プローブにおける高温保持時間とクリープ量との関係を示す説明図、図5は、第一実施例に係る金属プローブにおける引っ張り疲労試験の結果を示す説明図である。
本発明(第一実施例)に係る金属プローブ1は、図1に示す通り、取付基部2から、先端部11のある下方へ向けて延設された構成で、下方に設けられた吸着テーブル4に吸着された被測定物、例えば、各種の回路基板3に金属プローブ1の先端部11を接触させることにより、各種の回路基板3の電気的諸特性を測定するものである。
まず、表面に導電性を有する離型剤を塗布した電極板にレジストを塗布する。これは、導電性を有する離型剤を電極板に塗布しておかないと、形成された金属プローブ1を電極板から取り外すことができないようになるためである。また、レジストの厚さは、作製すべき金属プローブ1の厚さに等しくさせる。
次に、電極板に塗布したレジストに金属プローブ1の形状を露光し、現像する。すなわち、図1に示すような金属プローブ1のパターンをレジストに複数個形成する。そうすると、レジストに金属プローブ1のパターンが凹に形成される。このパターンの底部には、導電性を有する離型剤が露出している。なお、このレジストの凹は、断面が矩形状になるようにすることが、望ましい。
さらに、電極板を、酒石酸塩およびアンモニア錯塩を含むアミン錯塩電解液が貯留された液槽に浸漬する。この液槽には、もう一方の電極板が浸漬されている。したがって、両電極板間に電流を流すことで、電極板に形成されたレジストの凹部に金属、すなわち、ニッケルを基材としたパラジウムの合金が析出し、金属プローブ1が形成される。電解液に酒石酸塩を含ませることにより、形成させる金属プローブ1への応力の問題を解決することができる。
形成された金属プローブ1は、電極板を液槽から取り出した後、電極板から取り外し、そのまま使用することができる。なお、電極板から取り外された金属プローブ1に、パラジウム、ロジウム、金などでメタライズを施したり、メタライズの後に、非酸化性雰囲気下で高温処理してメタライズしたパラジウム、ロジウム、金などを基材へ拡散させるなどして、合金の強固な密着性を付加してもよい。
以上の通り、金属プローブ1は、いわゆるフォトリソグラフィーの技術を利用した電鋳により作製されるので、きわめて高い寸法精度を有し、高導電性、耐腐食性、高硬度性、高バネ性の機能が確保される。
金属プローブ1における先端部11の荷重測定は、ウェハの状態の各種の回路基板3を金属プローブ1の下方に設けられた吸着テーブル4に吸着させ、吸着テーブル4と金属プローブ1とを相対的に移動させて、金属プローブ1の先端部11を吸着テーブル4上の各種の回路基板3の電極に接触させることにより行った。そして、金属プローブ1の先端部11が各種の回路基板3の電極に接触した後も吸着テーブル4と金属プローブ1との間の距離を縮めるオーバードライブ(変位)を行い、この際に金属プローブ1の先端部11にかかる荷重を測定し、その結果を図2に示している。
また、図3は、金属プローブ1と、金属プローブ10(比較例1)および金属プローブ20(比較例2)との弾性限界を比較するため、変位量の変化に伴う塑性変形量の変化を測定した結果を示している。
なお、表1に示す先端荷重(mN)は、変位量20μmでの値である。
特に、図3に示す通り、金属プローブ10および金属プローブ20が高負荷に伴い、指数関数的に塑性変形量が増大しているのに対し、金属プローブ1は、測定範囲において塑性変形の影響が認められていない。すなわち、金属プローブ1は、荷重特性の安定化に寄与することができ、理想的なバネ特性を有していることが確認された。
特に、電鋳によって作製することにより、ニッケルとパラジウムとの析出電位が近いために、導電性、バネ性、硬度性、耐腐食性に優れ、性質をきわめて安定性させることができる。電鋳は、30℃〜50℃という常温付近の電解質によって行われるため、エネルギー的にきわめて有利で製作コストが嵩むこともない。フォトリソグラフィーを利用した電鋳であるので、金属プローブ1は、離型時にそのまま基板より取り出して作製することができるため、追加の加工工程を不要にすることができ、性能や機能を変化させないで、高導電性、耐腐食性、高硬度性、高バネ性の機能を確保することもできる。
図6において、金属プローブ1Aは、パラジウムの含有率を重量%で60とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で40とした合金からなるものであり、金属プローブ1Bは、パラジウムの含有率を重量%で40とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で60とした合金からなるものである。そして、金属プローブ1Aおよび金属プローブ1Bは、金属プローブ10および金属プローブ20に比して、非常に大きな破断限界を有することが示された。さらに、繰り返し疲労強度に優れ、例えば、1000万回の繰り返し使用においても、金属プローブ10および金属プローブ20の初期値と少なくとも同様、または、初期値を上回る応力振幅を示した。また、パラジウムの含有率が好ましい範囲であるほど、最大応力値が高まるという効果を有することが判明した。
第二実施例に係る金属プローブは、パラジウムの含有率を重量%で20〜90、例えば、80とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で19.9〜10、コバルト(Co)の含有率を重量%で0.1〜10とした合金で構成されている。例えば、パラジウムの含有率を重量%で80とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で18、コバルトの含有率を重量%で2とした合金からなる金属プローブ1C、また例えば、パラジウムの含有率を重量%で80とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で14、コバルトの含有率を重量%で6とした合金からなる金属プローブ1D、また例えば、パラジウムの含有率を重量%で80とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で10、コバルトの含有率を重量%で10とした合金からなる金属プローブ1Eが例示される。なお、第二実施例に係る金属プローブは、第一実施例と同様に電鋳により作製される。また、コバルトの含有率を、ニッケルおよびコバルトの含有率に対して1〜60%の割合で添加することが可能である。
第二実施例に係る金属プローブの実施形態における引っ張り疲労試験の結果を示す説明図を図7に示す。
第三実施例に係る金属プローブは、パラジウムの含有率を重量%で20〜90、例えば、60とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で39.9〜20、コバルトの含有率を重量%で0.1〜20とした合金で構成されている。例えば、パラジウムの含有率を重量%で60とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で36、コバルトの含有率を重量%で4とした合金からなる金属プローブ1F、また例えば、パラジウムの含有率を重量%で60とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で28、コバルトの含有率を重量%で12とした合金からなる金属プローブ1G、また例えば、パラジウムの含有率を重量%で60とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で20、コバルトの含有率を重量%で20とした合金からなる金属プローブ1Hが例示される。なお、第三実施例に係る金属プローブは、第一実施例と同様に電鋳により作製される。また、コバルトの含有率を、ニッケルおよびコバルトの含有率に対して1〜60%の割合で添加することが可能である。
第三実施例に係る金属プローブの実施形態における引っ張り疲労試験の結果を示す説明図を図8に示す。
第四実施例に係る金属プローブは、パラジウムの含有率を重量%で20〜90、例えば、40とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で59.9〜30、コバルトの含有率を重量%で0.1〜30とした合金で構成されている。例えば、パラジウムの含有率を重量%で40とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で54、コバルトの含有率を重量%で6とした合金からなる金属プローブ1I、また例えば、パラジウムの含有率を重量%で40とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で42、コバルトの含有率を重量%で18とした合金からなる金属プローブ1J、また例えば、パラジウムの含有率を重量%で40とし、さらに、ニッケルの含有率を重量%で30、コバルトの含有率を重量%で30とした合金からなる金属プローブ1Kが例示される。なお、第四実施例に係る金属プローブは、第一実施例と同様に電鋳により作製される。また、コバルトの含有率を、ニッケルおよびコバルトの含有率に対して1〜60%の割合で添加することが可能である。
第四実施例に係る金属プローブの実施形態における引っ張り疲労試験の結果を示す説明図を図9に示す。
11 金属プローブの先端部
2 取付基部
3 各種の回路基板
4 吸着テーブル
10 ニッケルの含有率が重量%で99.8以上の電鋳により構成された金属プローブ(比較例1)
20 ニッケルの含有率が重量%で70〜98、コバルトの含有率が重量%で30〜2からなる合金で構成された金属プローブ(比較例2)
1A パラジウムの含有率が重量%で60、ニッケルの含有率が重量%で40とした合金からなる金属プローブ
1B パラジウムの含有率が重量%で40、ニッケルの含有率が重量%で60とした合金からなる金属プローブ
1C パラジウムの含有率が重量%で80、ニッケルの含有率が重量%で18、コバルトの含有率が2とした合金からなる金属プローブ
1D パラジウムの含有率が重量%で80、ニッケルの含有率が重量%で14、コバルトの含有率が重量%で6とした合金からなる金属プローブ
1E パラジウムの含有率が重量%で80、ニッケルの含有率が重量%で10、コバルトの含有率が重量%で10とした合金からなる金属プローブ
1F パラジウムの含有率が重量%で60、ニッケルの含有率が重量%で36、コバルトの含有率が重量%で4とした合金からなる金属プローブ
1G パラジウムの含有率が重量%で60、ニッケルの含有率が重量%で28、コバルトの含有率が重量%で12とした合金からなる金属プローブ
1H パラジウムの含有率が重量%で60、ニッケルの含有率が重量%で20、コバルトの含有率が重量%で20とした合金からなる金属プローブ
1I パラジウムの含有率が重量%で40、ニッケルの含有率が重量%で54、コバルトの含有率が重量%で6とした合金からなる金属プローブ
1J パラジウムの含有率が重量%で40、ニッケルの含有率が重量%で42、コバルトの含有率が重量%で18とした合金からなる金属プローブ
1K パラジウムの含有率が重量%で40、ニッケルの含有率が重量%で30、コバルトの含有率が重量%で30とした合金からなる金属プローブ
Claims (2)
- 被測定物に接触させ、前記被測定物の電気的諸特性を測定する金属プローブにおいて、
パラジウム(Pd)とニッケル(Ni)とのみからなり、前記パラジウム(Pd)の含有率が重量%で60〜40、前記ニッケル(Ni)の含有率が重量%で40〜60の合金から、電鋳によって作製された、
ことを特徴とする金属プローブ。 - 被測定物に接触させ、前記被測定物の電気的諸特性を測定する金属プローブにおいて、
パラジウム(Pd)とニッケル(Ni)とコバルト(Co)とのみからなり、前記パラジウム(Pd)の含有率が重量%で20〜40、前記ニッケル(Ni)の含有率が重量%で54〜30、前記コバルト(Co)の含有率が重量%で6〜30の合金から、電鋳によって作製された、
ことを特徴とする金属プローブ。
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