JP6221031B1 - コンタクトプローブ及び電気接続治具 - Google Patents

Abstract

【課題】高温環境下でプロービングした後の縮み量を低減して、耐久性を改善したコンタクトプローブを提供する。【解決手段】ステンレスの心材の外周に金含有の金めっき層を形成し、金めっき層の外周に電解めっきによってＮｉ電鋳層を形成し、Ｎｉ電鋳層は、０．５〜１０重量％のＰを含有する。Ｎｉ電鋳層をフォトリソグラフィーによってパターニングした後、金含有層をＮｉ電鋳層の内面に残したまま心材を引き抜いて、Ｎｉパイプ１１とし、Ｎｉパイプ１１は、コイル状スプリング構造１１ａを有する【選択図】図１

Description

本発明は、コンタクトプローブ及び電気接続治具に関する。

通電検査は種々の技術分野で行われている。通電検査が行われるものとして例えば、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ等の電子デバイス基板、回路配線基板等がある。この検査は、多数のコンタクトプローブを備えた検査装置を用いて、コンタクトプローブを検体の電極に接触させて行われる。検体の小型化、高密度化、高性能化が進むなかで、コンタクトプローブにも微細化が要求されている。

特許第４５７２３０３号公報には、通電検査治具用接触子の製造方法が開示されている。この製造方法は、心材の外周にめっきにより金めっき層を形成した後、形成された金めっき層の外周に電鋳によりＮｉ電鋳層を形成する。さらに、Ｎｉ電鋳層の一部にフォトリソグラフィーによるパターニングでスプリング構造を形成する。その後、金めっき層をＮｉ電鋳層の内周に残したまま心材のみを除去する。この製造方法によれば、電鋳製のスプリング構造を備えた極細、肉薄の通電検査治具用接触子を、より精度高く、より精密に製造することができる。

特許第４５７２３０３号公報

上述した通電検査は、１２０℃以上の高温環境下で行われる場合がある。本発明者らは、スプリング構造を有するコンタクトプローブにおいて、高温環境下でプロービングすると、スプリングの全長が許容できない程度に縮むという問題があることを明らかにした。これは、スプリング構造を有する部分（スプリング部）が高温環境下で使用されると、スプリング部が、収縮状態から解放された場合に、元のスプリング形状に戻らず、スプリング長が短くなるということであった。

本発明の目的は、高温環境下でプロービングした場合でもプロービング後の縮み量を低減して、耐久性を改善したコンタクトプローブを提供することである。

本発明の一実施形態によるコンタクトプローブは、コイル状スプリング構造を有するＮｉパイプを備える。Ｎｉパイプは、０．５〜１０重量％のＰを含有する。

本発明の一実施形態によるコンタクトプローブは、好ましくは、ＮｉパイプのＰ含有量が１〜５重量％である。

本発明の一実施形態によるコンタクトプローブは、好ましくは、ＮｉパイプのＰ含有量が２〜４重量％である。

本発明の一実施形態によるコンタクトプローブは、Ｎｉパイプに接続されたプランジャをさらに備えてもよい。

本発明の一実施形態による電気接続治具は、上述したコンタクトプローブのいずれかを備える。

本発明によれば、高温環境下でプロービングした場合でもプロービング後の縮み量を低減して、耐久性を改善したコンタクトプローブが得られる。

図１は、本発明の一実施形態によるコンタクトプローブの側面図である。 図２は、Ｎｉパイプの製造方法の一例を示すフロー図である。 図３Ａは、Ｎｉパイプの製造方法を説明するための図である。 図３Ｂは、Ｎｉパイプの製造方法を説明するための図である。 図３Ｃは、Ｎｉパイプの製造方法を説明するための図である。 図３Ｄは、Ｎｉパイプの製造方法を説明するための図である。 図４は、変形例によるコンタクトプローブの側面図である。 図５は、高温環境下での耐久性の評価試験に用いる治具（ハウジング）の斜視図である。 図６は、試験中の状態を模式的に示す図である。 図７Ａは、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。 図７Ｂは、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。 図８は、評価温度と縮み量との関係を示すグラフである。 図９は、コンタクトプローブを備える電気接続治具の一例を示す図である。

本発明者らは、コイル状スプリング構造を有するＮｉパイプを備えたコンタクトプローブにおいて、高温環境下でプロービングを繰り返した後の縮み量を低減する方法を検討した。その結果、Ｎｉパイプに０．５〜１０重量％のＰ（リン）を含有させることによって、縮み量を低減できることを見出した。

本発明は、上記の知見に基づいて完成された。以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

［コンタクトプローブの構成］
図１は、本発明の一実施形態によるコンタクトプローブ１の側面図である。コンタクトプローブ１は、Ｎｉパイプ１１と、プランジャ１２とを備えている。

コンタクトプローブ１は、被検査物に設定される検査点と被検査物を検査する検査装置を電気的に接続する電気接続治具のコンタクトプローブとして好適に用いることができる。電気接続治具は、例えば、ＩＣやＬＳＩを抜き差し可能に収容して電気検査を実施するＩＣソケットや、基板と基板検査装置を電気的に接続する基板検査用治具や、半導体ウェハと半導体検査装置を電気的に接続するプローブカードを例示することができる。図９に、コンタクトプローブ１を備える電気接続治具の一例として、プローブカード１００の構成例を示す。図９はあくまでも例示であり、コンタクトプローブ１を備える電気接続治具はこれに限定されない。

Ｎｉパイプ１１は、例えば概略円筒形状で、その少なくとも一部にコイル状スプリング構造１１ａを有している。本実施形態は、これに限定されないが、Ｎｉパイプ１１が外径３２〜５００μｍ、肉厚２〜５０μｍ程度の極細・極薄のパイプである場合に、特に好適である。

Ｎｉパイプ１１は、例えば電解めっきによって形成される。Ｎｉパイプ１１は、０．５〜１０重量％のＰ（リン）を含有する。Ｎｉパイプ１１の組成の詳細は後述する。

プランジャ１２は、導電体で形成され、例えば概略円柱形状を有している。プランジャ１２の材質は例えば、白金、ロジウム若しくはそれらの合金、又はニッケルめっきの上に金めっきを施したタングステン若しくはベリリウム・銅合金である。

図１に示す例では、プランジャ１２の先端はテーパー形状である。しかし、プランジャ１２の先端の形状は任意であり、例えば半円形状、平坦形状、王冠形状等、用途に応じて種々の形状にすることができる。

Ｎｉパイプ１１とプランジャ１２とは、プランジャ１２をＮｉパイプ１１に挿通した状態で、例えば図１の符号Ａで示す部分で接続されている。接続方法は、例えばカシメ、溶接、接着である。

この構成によれば、プランジャ１２の先端に検体が接触してＮｉパイプ１１方向に押されると、Ｎｉパイプ１１のコイル状スプリング構造１１ａの部分が縮み、同部分の復元力によって、プランジャ１２の先端と検体とが所定の圧力で接触する。これによって、コンタクトプローブ１と検体とを弾性的に接触させることができる。

コンタクトプローブ１は、Ｎｉパイプ１１の内周に金含有層をさらに備えていてもよい。

［コンタクトプローブ１の製造方法］
コンタクトプローブ１は、上述のとおり、Ｎｉパイプ１１とプランジャ１２とを、プランジャ１２をＮｉパイプ１１の内部に挿通した状態で接続することで製造することができる。以下、図２及び図３Ａ〜図３Ｄを参照して、Ｎｉパイプ１１の製造方法の一例を詳しく説明する。ただし、Ｎｉパイプ１１の製造方法はこれに限定されない。

図２は、Ｎｉパイプ１１の製造方法の一例を示すフロー図である。この製造方法は、Ｎｉ電鋳層を形成する工程（ステップＳ１）と、Ｎｉ電鋳層をパターニングする工程（ステップＳ２）と、心材を除去する工程（ステップＳ３）とを備えている。

まず、心材１５を準備する（図３Ａを参照）。心材１５は例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属線である。心材１５の外周に、電解めっきによってＮｉ電鋳層１０を形成する（図３Ｂを参照）。Ｎｉ電鋳層１０の厚さは特に限定されないが、例えば２〜５０μｍである。電解めっきの方法は特に限定されず、通常の方法を用いることができる。

Ｎｉ電鋳層１０は、０．５〜１０重量％のＰを含有する。Ｎｉ電鋳層１０にＰを含有させるには、例えば、めっき液にリン酸や亜リン酸等のリン化合物を配合すればよい。具体的な実施例としては、亜リン酸を用いることができ、亜リン酸の配合量は、例えば３５．０ｇ／Ｌ以下の配合量のものを用いることができる。

Ｎｉ電鋳層１０をパターニングして、コイル状スプリング構造１１ａを有するＮｉパイプ１１を形成する（図３Ｃを参照）。このパターニングは例えば、フォトリソグラフィー技術を用いて行うことができる。具体的には、まず、Ｎｉ電鋳層１０（図３Ｂ）の外周にレジスト層（不図示）を形成する。そして、心材１５を回転させながらレーザーを露光し、レジスト層にらせん状の溝条を形成する。Ｎｉ電鋳層１０の外周に残っているレジスト層をマスキング材としてＮｉ電鋳層をエッチングする。これによって、コイル状スプリング構造１１ａが形成される。

コイル状スプリング構造１１ａを形成した後、心材１５を除去する（図３Ｄを参照）。心材１５の除去は例えば、心材１５を一方又は両方から引っ張って心材１５の断面積が小さくなるように変形させ、この状態で心材１５を引き抜けばよい。

以上の工程によって、コイル状スプリング構造１１ａを有し、０．５〜１０重量％のＰを含有するＮｉパイプ１１を製造することができる。

なお、Ｎｉ電鋳層１０を形成する前に、心材１５の外周にめっき等によって薄く金含有層（不図示）を形成しておくことが好ましい。金含有層の厚さは、例えば０．２〜１μｍである。すなわち、心材１５の外周に金含有層を形成し、金含有層の外周にＮｉ電鋳層１０を形成することが好ましい。金含有層を形成することによって、パターニング（ステップＳ２）する際、Ｎｉ電鋳層１０の内周にエッチング液がまわりこむのを抑制することができる。また、心材１５がステンレス製の場合、ステンレスと金含有層との密着性が悪いことによって、心材を除去（ステップＳ３）する際、心材１５を引き抜くのが容易になる。

心材１５の外周に金含有層を形成する場合、心材１５としてナイロン、ポリエチレン等の合成樹脂線を使用してもよい。この場合、無電解めっきによって金含有層を形成すればよい。また、心材１５の除去（ステップＳ３）は、強アルカリ液等に浸漬することによって行うことができる。

以上、Ｎｉパイプ１１の製造方法の一例を説明した。この例では、電鋳によってＮｉパイプ１１を製造する場合を説明した。しかし、Ｎｉパイプ１１は、電鋳以外の方法によって製造されたものであってもよい。

［コンタクトプローブ１の効果］
Ｎｉパイプ１１は、０．５〜１０重量％のＰ（リン）を含有する。０．５〜１０重量％のＰを含有させることで、高温環境下でプロービングした後のコンタクトプローブ１の縮みを抑制することができる。

Ｎｉパイプ１１のＰ含有量は、Ｎｉパイプ１１の表面をエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）によって測定する。この測定方法は、Ｎｉパイプ１１の所定のポイントを設定し、複数のポイントの平均により算出する。所定のポイントは、特に限定されるものではないが、例えば、Ｎｉパイプ１１の長さ方向に等間隔で定めたポイントに設定することもできる。また、図１で示される如く、コイル状スプリング構造１１ａと、このコイル状スプリング構造１１ａを挟んで形成されている二つの筒状部から１又はそれ以上のポイントを夫々設定することもできる。具体的には、Ｎｉ層が露出した状態で表面をＥＤＸ測定する。測定前に、対象物の表面をエタノール洗浄する。測定は例えば、ＳＥＭとＥＤＸとを組み合わせた装置を使用することができる。電子ビームは、２５ｋＶ、８０μＡとする。Ｐ含有量は、長さ方向（パイプ軸方向）に５ポイント測定し、その平均値として算出する。

Ｎｉパイプ１１のＰ含有量は、好ましくは１〜５重量％である。Ｐ含有量をこの範囲にすることによって、縮み量をさらに低減することができる。Ｎｉパイプ１１のＰ含有量は、さらに好ましくは２〜４重量％である。

Ｎｉパイプ１１のＰ含有量を０．５〜１０重量％にすれば、１２５℃以上の環境で使用可能なコンタクトプローブとすることができる。Ｎｉパイプ１１のＰ含有量を１〜５重量％にすれば、１５０℃以上の環境で使用可能なコンタクトプローブとすることができる。Ｎｉパイプ１１のＰ含有量を２〜４重量％にすれば、２２０℃以上の環境で使用可能なコンタクトプローブとすることができる。Ｐ含有量と使用可能温度との関係は、実施例の欄において詳述する。

製造工程で混入する不純物等は、少ない方が好ましい。ただし、追加的な元素を添加してもよい。

以上、本発明の一実施形態によるコンタクトプローブ１の構成、製造方法、及び効果について説明した。コンタクトプローブ１の構成によれば、高温環境下での縮み量を低減することができる。

［コンタクトプローブ１の変形例］
図４は、コンタクトプローブ１の変形例によるコンタクトプローブ２の側面図である。コンタクトプローブ２は、コンタクトプローブ１のＮｉパイプ１１（図１）に代えて、Ｎｉパイプ１３を備えている。Ｎｉパイプ１３も、Ｎｉパイプ１１と同様に、０．５〜１０重量％のＰを含有している。Ｎｉパイプ１３は、２つのコイル状スプリング構造１３ａを有している点で、Ｎｉパイプ１１と異なる。コイル状スプリング構造１３ａの数は、３つ以上であってもよい。

コンタクトプローブ２によっても、コンタクトプローブ１と同様の効果が得られる。このように、Ｎｉパイプのコイル状スプリング構造の数や位置は任意である。また、Ｎｉパイプの全体がコイル状スプリング構造であってもよい。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。

実施形態で説明した方法によって、コイル状スプリング構造を有する外径７０μｍ、内径５４μｍ、全長３８５０μｍのＮｉパイプを製造した。より具体的にはまず、ステンレスの心材の外周に金含有層として金めっき層を形成した。金含有層の厚さは０．２μｍとした。次に、金含有層の外周に電解めっきによってＮｉ電鋳層を形成した。Ｎｉ電鋳層をフォトリソグラフィーによってパターニングした後、金含有層をＮｉ電鋳層の内面に残したまま心材を引き抜いて、Ｎｉパイプとした。コイル状スプリング構造の部分はＮｉパイプの長さ方向中央に設けた。Ｎｉパイプの両端部分を円筒形状とした。コイル状スプリング構造の長さは２１３６μｍ、設計上の最大ストローク量は３３０μｍ、バネ巻き数は２４、バネの帯幅は５４μｍ、バネの厚みは８μｍとした。

めっき液の組成を変えて、Ｐ含有量の異なるＮｉパイプを製造した。具体的には、めっき液（スルファミン酸ニッケル浴）に配合する亜リン酸の量を適宜調整して、Ｐ含有量がそれぞれ１．５重量％、２重量％、３重量％、８重量％のＮｉパイプを製造した。また、比較例として、亜リン酸を配合しないめっき液を用いて製造したＰ含有量が検出限界未満（以下、「０重量％」と標記することがある。）（純Ｎｉ）のＮｉパイプを製造した。なお、ＮｉパイプのＰ含有量の測定には、ＳＥＭ（日立ハイテク製ＳＵ−１５００）とＥＤＸ（アメテック製ＡＰＥＸ２Ａ１０＋６０）とを組み合わせた装置を使用した。比較例のＮｉパイプは、Ｐ含有量がＥＤＸによる検出限界未満であった。

上記のＮｉパイプに、外径４８μｍ、全長５８００μｍのプランジャを挿入した。プランジャの一方の端部は概略円錐形状とした。次に、プランジャの円錐形状の端部に近い側に位置するＮｉパイプの一方の円筒部分とプランジャとを抵抗溶接によって接続してコンタクトプローブを製造した。製造されたコンタクトプローブのバネ定数は、いずれも約０．１２５Ｎ／ｍｍであった。

製造したコンタクトプローブの高温環境下での耐久性を、次のように評価した。

図５は、高温環境下での耐久性の評価試験に用いる治具（ハウジング）５０の斜視図である。図６は、試験中の状態を模式的に示す図である。図７Ａ及び図７Ｂは、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。

図５に示すように、ハウジング５０は、金属製で箱形の形状を有し、一つの面にコンタクトプローブ１を収容するための穴５１が複数形成されている。図７Ａに示すように、コンタクトプローブ１をプランジャ１２が開口側になるように穴５１に収容する。このとき、プランジャ１２の先端は穴５１から突出する。

穴５１の開口部を下側にして、ハウジング５０を所定の評価温度に設定したホットプレート６０に乗せる。穴５１から突出する長さは、Ｎｉパイプ１１がほぼ最大ストローク量（すなわち、３３０μｍ）だけ縮むように設定されている。これによって、例えばハウジング５０の上に所定の重さの重り（不図示）を乗せておくことで、図７Ｂに示すように、コンタクトプローブ１を最大ストローク量だけ縮ませた状態で保持しておくことができる。

この状態で２０時間保持する。保持後、コンタクトプローブ１を常温環境で取り出し、無負荷水平状態でコンタクトプローブ１の全長を測定する。保持前のコンタクトプローブの全長との差を、その評価温度における「縮み量」と定義する。縮み量が小さいほど、高温での耐久性が高いことを意味する。

各評価温度における縮み量は、３０本のコンタクトプローブについて測定を行い、その平均値として求めた。本評価試験では、縮み量が５０μｍ以下（０．０５ｍｍ以下）となることを目標とし、縮み量が５０μｍを超えると、通電検査の検体の電極との接触荷重が下がり、電気的なコンタクトが不安定になる為、５０μｍ以下であれば当該評価温度で使用可能と判断した。

表１及び図８に、評価温度と縮み量との関係を示す。なお、表１の空欄は、該当する測定を実施していないことを示す。

表１及び図８に示すように、ＮｉパイプがＰを含有するコンタクトプローブは、Ｐの含有量がＥＤＸによる検出限界未満のコンタクトプローブと比較して、測定したすべての評価温度において縮み量が小さかった。Ｐを含有するコンタクトプローブは、評価温度１２５℃での縮み量を５０μｍ以下にすることができた。

Ｐを含有するコンタクトプローブとＰの含有量がＥＤＸによる検出限界未満のコンタクトプローブとの間の縮み量の差は、評価温度が高くなることでより顕著になった。すなわち、Ｐの含有量がＥＤＸによる検出限界未満のコンタクトプローブでは、評価温度が高くなるにつれて縮み量が急激に増加した。これに対して、Ｐを含有するコンタクトプローブでは、評価温度の上昇に伴う縮み量の増加が穏やかであった。Ｐ含有量が１．５重量％のコンタクトプローブは、評価温度１６０℃でも、縮み量を５０μｍ以下とすることができた。Ｐ含有量が２重量％及び３重量％のコンタクトプローブは、評価温度２２０℃でも、縮み量を５０μｍ以下とすることができた。

これらの結果より、Ｐを適量含有することで、コンタクトプローブの高温環境下での耐久性を向上できることを確認した。

以上、本発明の実施の形態を説明した。上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。たとえば、コンタクトプローブの外形形状を角柱形状とすることができる。また、プランジャの形状を角柱、円錐、角錐などの形状にすることができる。

１，２ コンタクトプローブ
１１，１３ Ｎｉパイプ
１１ａ、１３ａ コイル状スプリング構造
１２ プランジャ
５０ ハウジング
６０ ホットプレート

Claims (5)

1. コイル状スプリング構造を有するＮｉパイプを備え、
   前記Ｎｉパイプは、０．５〜５重量％のＰを含有する、コンタクトプローブ。
2. 請求項１に記載のコンタクトプローブであって、
   前記ＮｉパイプのＰ含有量が１〜５重量％である、コンタクトプローブ。
3. 請求項１に記載のコンタクトプローブであって、
   前記ＮｉパイプのＰ含有量が２〜４重量％である、コンタクトプローブ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンタクトプローブであって、
   前記Ｎｉパイプに接続されたプランジャをさらに備える、コンタクトプローブ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のコンタクトプローブを備える、電気接続治具。

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