JPH10319039A

JPH10319039A - プローブ用垂直ニードル、垂直ニードル型プローブおよびそれに用いられる複合細線

Info

Publication number: JPH10319039A
Application number: JP12825497A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Aoyama; 斉青山; Kanji Fukuchi; 幹治福地; Kozo Yasuda; 興造安田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】低い接触抵抗を示し、接触を反復しても変形
や接触抵抗の変化を生じない、垂直ニードル型プローブ
に適した垂直ニードル、およびその製造方法ならびにそ
れを用いた垂直ニードルプローブを提供する。【解決手段】芯金と被覆層からなり、該芯金が（Ａ）
ＷもしくはＭｏまたはそれらの１種以上を主成分とする
合金；あるいは（Ｂ）Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ、
ＣｕもしくはＡｌまたはそれらの１種以上を含む合金の
一方からなり、被覆層がその他方からなることを特徴と
するプローブ用垂直ニードル；それを用いた垂直ニード
ル型プローブならびにそれに用いられる複合細線。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プローブ用垂直ニ
ードルに関し、さらに詳しくは、マイクロプロセッサお
よびその周辺ＬＳＩのマルチチップモジュールなどの検
査に用いられるプローブ用垂直ニードルに関する。ま
た、本発明は、該ニードルを組み込んだ垂直ニードル型
プローブ、および該ニードルに用いられる複合細線に関
する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロプロセッサおよびその周辺ＬＳ
Ｉは、集積度が増すにつれてその端子の数が増加し、チ
ップの周辺に端子を配列したものでは、端子の間隙は極
めて狭くなっており、その検査に用いられる従来の水平
ニードル型プローブでは、ニードルを挿入できなくなっ
てきた。そのため、ニードルにテーパーをつけたり、特
開平６−２４９８８０号公報に見られるように、特定の
形状に曲げ加工を行ったりしているが、加工費が高くつ
くうえに、位置ずれを起こすという問題がある。

【０００３】さらに集積度を上げて、たとえば、端子数
が５００以上になると、チップの周辺に端子を収容しき
れず、端子の面配置方式を採用する傾向にある。そのた
め、検査用のウェーハプローブカードも、配列が容易
で、位置ずれや針圧のばらつきが少ないことから、特開
平５−９０３５８号公報、特開平６−３４９９０７号公
報などに示されるような、垂直ニードル型プローブに移
行する傾向にある。図１に垂直ニードル型プローブの例
の、ニードルとその周辺部を示す。該プローブにおい
て、垂直ニードル１は、固定部２でプローブカードの主
部３に固定される。該ニードルの先端部４は、測定の際
にガード５の孔を通ってチップの端子に接触するように
セットされ、他端を電流計のような測定部に接続される
ことによって、測定がなされる。

【０００４】一般に、プローブ用ニードルには、Ｐｄま
たはその合金、Ｗまたはその合金などが用いられてい
る。しかしながら、これらのニードルを垂直ニードルと
した場合、Ｐｄまたはその合金は、低い接触抵抗が得ら
れるが、機械的強度が低いために変形しやすく、２０〜
３０万回の接触で変形してしまう。そのため、反復して
接触させると接触抵抗が変化して、測定精度に影響を及
ぼす。

【０００５】一方、Ｗまたはその合金は、接触抵抗が高
い。また、耐摩耗性が高く、機械的強度も高いので変性
は生じないものの、端子より著しく硬いので、端子にひ
っかき傷を与える。そのうえ、反復して端子に接触させ
ているうちに、端子に用いられた、表面が酸化されたア
ルミニウムなどが剥離してニードルの先端に付着するこ
とがある。そのため、ニードルの端子への接触抵抗が増
加して、誤作動の原因となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、軽い
接触で低い接触抵抗を示し、接触を反復しても変形や接
触抵抗の変化を生じない、垂直ニードル型プローブに適
した垂直ニードル、このようなニードルを用いた垂直ニ
ードル型プローブ、およびそれに用いられる複合細線を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するために検討を重ねた結果、ニードルを、芯
金と被覆層を有する複合細線構造として、Ｗ、Ｍｏまた
はそれらの合金のような硬い金属と、柔らかくて接触抵
抗の低い金属とを組み合わせて用いることにより、その
目的を達成しうることを見出して、本発明を完成するに
至った。

【０００８】すなわち、本発明のプローブ用垂直ニード
ルは、芯金と被覆層からなり、該芯金が下記（Ａ）また
は（Ｂ）の一方からなり、被覆層がその他方からなるこ
とを特徴とする。ここで、（Ａ）は、ＷもしくはＭｏま
たはそれらの１種以上を主成分とする合金であり；
（Ｂ）は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕもしく
はＡｌまたはそれらの１種以上を含む合金である。

【０００９】また、本発明は、上記のプローブ用垂直ニ
ードルを組み込んだ垂直ニードル型プローブに関し、ま
た上記プローブ用ニードルに用いられる複合細線に関す
る。

【００１０】本発明において、垂直ニードル型プローブ
とは、水平ニードル型プローブに対比される概念であっ
て、ニードルが必ずしも垂直でなくても、特定の角度
で、好ましくは垂直にチップと接触するタイプのプロー
ブである。また垂直ニードルとは、そのようなプローブ
に用いられ、特定の角度で、好ましくは垂直にチップと
接触するニードルである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のプローブ用垂直ニードル
は、（Ａ）と（Ｂ）の一方を芯金とし、他方を被覆層と
する複合細線であり、該被覆層は、後述のように加工さ
れた先端部を除き、芯金の周囲を完全に被覆しているこ
とが好ましい。また、後述するように、被覆層の形成方
法としては、一般にメッキ法やクラッド法が採用され
る。このため、被覆する金属は、メッキ法を採用する場
合は、メッキを行い易い金属が好ましく、クラッド法を
採用する場合は、伸線の際に被覆層がダイスとの摩擦力
を受けるため、芯金よりも延性のある金属が好ましい。
これらのことから、垂直ニードルとしては、（Ａ）を芯
金とし、（Ｂ）を被覆層とする複合細線であることが好
ましい。ニードルの直径は、対象となる半導体デバイス
の構造や集積度にもよるが、通常０．０５〜０．４mmの
範囲である。

【００１２】（Ａ）としては、ＷもしくはＭｏの単体の
ほか；それらの１種以上を主成分とする合金が用いられ
る。合金としては、ＷもしくはＭｏに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ
などをドーピングしたもの；Ｒｅを３〜３０重量％含有
する合金；ＴｈＯ₂ またはＬａ、Ｙのような希土類の酸
化物を分散させたものなどが例示される。機械的強度が
大きいことから、ＷまたはＷ合金が好ましい。

【００１３】（Ｂ）としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ｎｉ、ＣｕもしくはＡｌの単体、またはそれらの１
種以上を含む合金、たとえばＰｄ−Ａｕ合金（Ａｕ４５
重量％）が用いられる。表面が酸化しにくいこと、およ
びそれ自体が安定で（Ａ）を選択的にエッチングしやす
いことから、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｈもしくはＰｄまたはそれ
らの合金が好ましいが、より安価な材料が必要な場合
は、Ｎｉ、Ｃｕまたはそれらの合金が好ましい。

【００１４】（Ａ）と（Ｂ）の比は、安定な接触抵抗が
得られることから、後述の先端部を除き、断面積に対し
て、被覆層として用いられる方の断面積が通常５〜９５
％であり、１０〜９０％が好ましく、特に低い接触抵抗
が必要な場合には、３０〜９０％であることがさらに好
ましい。

【００１５】ニードルの先端部は、（Ａ）を芯金として
用いる場合、被覆層として用いる場合のいずれにおいて
も、（Ｂ）のみで構成することが好ましく、そのことに
よって、ニードルが変形しない機械的強度を保持しつ
つ、このような構成をとらないニードルに比べて、低い
接触抵抗を有し、かつ端子を傷つけることがない。
（Ｂ）のみで構成される先端部の長さは、１０〜５０μ
m あればよい。このような加工を行う、加工前の先端部
の（Ａ）と（Ｂ）の割合は、先端部の接触面積を確保
し、かつ先端部以外のニードルの機械的強度を保持する
ことから、ニードルの全断面積に対して（Ｂ）が１０〜
９０％であることが好ましい。

【００１６】本発明のプローブ用垂直ニードルを製造す
るには、たとえば芯金に（Ａ）、被覆層に（Ｂ）を用い
る例で示すと、（Ａ）からなる芯金の表面に、電解メッ
キ、化学メッキ、蒸着その他の方法によって（Ｂ）から
なる被覆層を形成させてもよく、また、目的とするニー
ドルの芯金の直径より大きい直径を有する（Ａ）からな
る線を、（Ｂ）からなる管に通し、得られた複合体を所
望の直径まで伸線して両者を密着させ、芯金と被覆層を
形成させる、いわゆるクラッド法によってもよい。均一
な被覆を有するニードルを精度よく得るには、クラッド
法によることが好ましい。

【００１７】芯金に（Ｂ）、被覆層に（Ａ）を用いる場
合も、上記の（Ａ）と（Ｂ）を入れ替えて、同様の方法
で製造できる。この場合も、Ｗ、Ｍｏのような金属の均
一な被覆を得るには、クラッド法によることが好まし
い。

【００１８】本発明においては、被覆層は、芯材の周囲
全面を被覆していることが望ましいが、これに限らず、
被検体との接触部である先端部のような一部を、（Ｂ）
からなる金属または合金で部分メッキあるいは部分クラ
ッドしたものを、用いることも可能である。

【００１９】ニードルの先端部を（Ｂ）のみで構成する
には、上記の製造方法によって（Ａ）と（Ｂ）からなる
複合細線として得られたニードルから、（Ａ）をたとえ
ばエッチングにより選択的に除去することによって行わ
れる。（Ａ）の除去により、（Ａ）を芯金として用いた
場合は、図２に示すように、先端部は中空円筒状の
（Ｂ）のみで構成される。また、（Ａ）を被覆層として
用いた場合は、先端部は棒状の（Ｂ）のみで構成され、
あるいは、図３に示すように、その先端をとがらせるよ
うに加工することもできる。

【００２０】エッチングは、（Ａ）のみを選択的に冒す
エッチング剤を用いて行われる。たとえば（Ａ）として
Ｗ、（Ｂ）としてＰｄを用いる場合は、フッ化水素酸−
硫酸混合液、フェリシアン化カリウムのような酸化剤を
溶解させた水酸化ナトリウム水溶液などのエッチング剤
に浸漬するか、水酸化ナトリウム水溶液中で電解するこ
とによって行う。必要に応じて、中和、水洗のような後
処理を行ってよい。

【００２１】

【作用】本発明の、（Ａ）または（Ｂ）の一方を芯金、
他方を被覆層として構成されたプローブ用ニードルにお
いて、（Ａ）は該ニードルに、反復して端子と接触して
も変形しない機械的強度を与え、変形による接触抵抗の
変化を抑制する。一方、（Ｂ）は、端子への軽い接触に
よって、プローブ用ニードルに適した低い接触抵抗を与
え、しかも端子を傷つけない。該ニードルの先端を
（Ｂ）のみで構成することにより、上記の接触抵抗をさ
らに低く保つとともに、端子を傷つけないことをより確
実にする。

【００２２】

【実施例】以下、実施例および比較例により、本発明を
さらに詳細に説明する。これらの例において、合金の組
成比は重量比で示し、（Ａ）と（Ｂ）の割合は断面積の
比で示す。本発明は、これらの実施例によって限定され
るものではない。

【００２３】実施例１芯金がＷ、被覆層がＡｕであって、全断面積に対するＡ
ｕ被覆層の比率が５％、１５％、５０％、８０％または
９５％である複合細線を、次のようにして作製した。す
なわち、それぞれ上記の断面積比になるように、各種の
外径を有するＷ棒を、該Ｗ棒を挿入しうる内径を有し、
外径が２mmであるＡｕ管に挿入し、得られた二重線を伸
線加工して、芯金がＷ、被覆層がＡｕからなり、所定の
断面積比を有する、外径０．１mmの複合細線を得た。そ
して、該複合細線を長さ４０mmに切断した。

【００２４】切断した複合細線の一方の先端部を水酸化
ナトリウム水溶液中に浸漬し、０．１mAの直流電流で電
解エッチングを行って、図２に示すように、先端部の深
さ３０μm までのＷを溶解させた。ついで、直角に曲げ
加工を行って、各種の断面積比を有し、末端部４がＡｕ
のみで構成されたＡｕ−Ｗ垂直ニードル１を作製した。

【００２５】このようにして作製した垂直ニードル１
を、図１のように固定部２によって垂直型プローブカー
ドの主部３に固定し、該ニードルの他端を電流計に接続
した。先端部４とチップ端子との間に針圧を２０ｇかけ
て反復して接触させる反復接触試験を、４０万回の接触
まで行って、その間の接触抵抗の変化を評価した。その
結果を図４に示す。また、反復接触試験の間の、ニード
ル先端の上方への変形量を測定した。その結果を図５に
示す。なお、これらの図および図６の説明におけるＡｕ
−Ｗは、芯線がＷ、被覆層がＡｕの複合細線を表し、図
７の説明のＷ−Ａｕは、芯線がＡｕ、被覆層がＷの複合
細線を示す。また括弧内は、被覆層の断面積比を表す。

【００２６】比較のために、単一の金属線からなり、ま
た先端部のエッチングを行わない以外は同一の形状を有
するＷおよびＰｄ−Ａｕ合金（Ａｕ４５重量％）からな
るニードルをそれぞれ作製して、同様の評価を行った。
その結果を、併せて図４および図５に示す。

【００２７】図４から明らかなように、Ｐｄ−Ａｕ合金
製のニードルは、接触抵抗の初期値は０．４Ωと低いも
のの、反復接触による接触抵抗の上昇が大きく、４０万
回の接触で８．０Ωまで上昇した。またＷ製のニードル
は、接触抵抗の初期値、上昇ともに大きかった。それに
対して、本発明のＡｕ−Ｗ製のニードル、特にＡｕ量が
１５〜８０％のニードルは、接触抵抗の初期値が低いば
かりか、その上昇もゆるやかであった。また図５から明
らかなように、Ｐｄ−Ａｕ合金製のニードルの変形量が
大きいのに対して、本発明のニードル、特に、Ａｕ量が
５〜５０％のニードルは、変形量が小さく、形状が安定
していた。

【００２８】実施例２先端部のエッチングの効果を確かめるために、Ｗ芯線を
Ａｕで被覆し、Ａｕ被覆層の比率が１５％の複合細線か
ら、先端部のエッチングを行わない以外は実施例１と同
様にしてＡｕ−Ｗニードルを作製した。これを、実施例
１と同様にして、接触抵抗の変化を評価した。その結果
を図６に実線で示す。参考のために、図６には先端部を
エッチングした同一材質のニードルの評価結果を、図４
より再録して点線で示す。両者の接触抵抗の変化はほぼ
同じ傾向を示したが、エッチングを施した方が、全般に
接触抵抗が低かった。

【００２９】実施例３各種の外径を有するＡｕ棒を、該Ａｕ棒を挿入しうる、
外径が２mmであるＷ管に挿入し、得られた二重線を伸線
加工して、芯金がＡｕ、被覆層がＷからなり、全断面積
に対するＷ被覆層の比率が３０％または７０％の複合細
線をそれぞれ作製した。この複合細線より、エッチング
によって形成される先端部の形状以外は実施例１と同様
にして、Ｗ−Ａｕ垂直ニードルを作製した。先端部は、
エッチングによって被覆層のＷが溶解し、先端から３０
μm はＡｕのみからなり、図３のような形状を呈した。

【００３０】このようにして作製した垂直ニードルの反
復接触試験による接触抵抗の変化を、実施例１と同様な
方法で評価した。その結果を図７に示す。図７から明ら
かなように、芯金がＡｕ、被覆層がＷからなるＷ−Ａｕ
ニードルも、接触抵抗の初期値および変化量がともに低
く、プローブ用垂直ニードルとして好適であった。

【００３１】

【発明の効果】本発明の垂直ニードルは、低い接触抵抗
を有し、しかも接触を反復しても変形が少なく、接触抵
抗の変化が少ない。したがって、本発明のニードル、お
よびそれを用いた本発明の垂直ニードル型プローブは、
集積度の高い半導体デバイスの検査に用いて、反復して
端子と接触させても、十分にその機能を保つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】垂直ニードルプローブの一例を示す部分概念図
である。

【図２】芯線が（Ａ）、被覆層が（Ｂ）からなる本発明
のプローブ用垂直ニードルの、先端部の形状の例を示す
断面図である。

【図３】芯線が（Ｂ）、被覆層が（Ａ）からなる本発明
のプローブ用垂直ニードルの、先端部の形状の例を示す
断面図である。

【図４】実施例１の反復接触試験による、ニードルの接
触抵抗の変化を示すグラフである。

【図５】実施例１の反復接触試験による、ニードルの変
形量を示すグラフである。

【図６】実施例１および２の反復接触試験による、ニー
ドルの接触抵抗の変化に対する先端エッチングの影響を
示すグラフである。

【図７】実施例３の反復接触試験による、ニードルの接
触抵抗の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１プローブ用垂直ニードル２固定部３プローブカードの主部４ニードルの先端部５ガードＡ金属（Ａ）Ｂ金属（Ｂ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安田興造神奈川県川崎市川崎区日進町７番地１東芝電子エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯金と被覆層からなり、該芯金が下記
（Ａ）または（Ｂ）の一方からなり、被覆層がその他方
からなることを特徴とするプローブ用垂直ニードル。（Ａ）ＷもしくはＭｏまたはそれらの１種以上を主成分
とする合金；（Ｂ）Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＣｕもしくはＡ
ｌまたはそれらの１種以上を含む合金。
【請求項２】芯金が（Ａ）からなり、被覆層が（Ｂ）
からなる、請求項１記載のニードル。
【請求項３】該ニードルの被覆層が、断面積の９５％
以下（０％を含まない）の断面積比を有する、請求項１
記載のニードル。
【請求項４】被検体との接触部が、（Ｂ）のみで構成
されている、請求項１記載のニードル。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載のプ
ローブ用垂直ニードルを組み込んだ垂直ニードル型プロ
ーブ。
【請求項６】芯金と被覆層からなり、該芯金が下記
（Ａ）または（Ｂ）の一方からなり、被覆層がその他方
からなることを特徴とする、プローブ用垂直ニードルに
用いられる複合細線。（Ａ）ＷもしくはＭｏまたはそれらの１種以上を主成分
とする合金；（Ｂ）Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＣｕもしくはＡ
ｌまたはそれらの１種以上を含む合金。