KR102289580B1

KR102289580B1 - 통 형상 부재, 컨택트 프로브 및 반도체 검사용 소켓

Info

Publication number: KR102289580B1
Application number: KR1020200069586A
Authority: KR
Inventors: 타케유키 스즈키; 카츠미 스즈키; 사토시 이이즈미
Original assignee: 야마이치 일렉트로닉스 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2021-08-12
Also published as: KR20200141943A; US20200393507A1; US11531060B2

Abstract

[과제] 도전성 및 강도가 확보된 통 형상 부재, 컨택트 프로브 및 반도체 검사용 소켓을 제공한다.
[해결수단] 베릴륨동으로 이루어지는 판재의 대향하는 변(53)끼리 맞대진 부분이 축선 방향을 따라 연장되어 있는 통 형상의 기재(40)와, 기재(40)의 내표면 및 외표면에 각각 형성되고, Ni계 재료로 이루어지는 기재(40)의 보강재로서의 제1 피복층(41)과, 각 제1 피복층(41)의 표면에 형성되고, 기재(40)와는 다른 금속계 재료로 이루어지는 제2 피복층(42)을 구비하는 컨택트 프로브에 사용되는 통 형상 부재이며, 제1 피복층(41)은 기재(40)보다도 고경도이고, 기재(40)의 두께를 T_B, 외표면에 형성된 제1 피복층(41)의 층 두께를 T1_OUT으로 하였을 때, 기재(40)는 13㎛≤T_B≤25㎛이며, 제1 피복층(41)은 T1_OUT≥T_B×4%가 되도록 형성되어 있다.

Description

통 형상 부재, 컨택트 프로브 및 반도체 검사용 소켓{Cylindrical member, contact probe and semiconductor inspection socket}

본 발명은 통 형상 부재, 컨택트 프로브 및 반도체 검사용 소켓에 관한 것이다.

전자기기 등에 실장되는 IC 패키지 등의 전자부품은 일반적으로 배선 기판에 실장되기 전의 단계에서 그 잠재적 결함을 제거하기 위한 시험이 검사용 소켓을 이용하여 이루어진다. 검사용 소켓은 전자부품의 솔더 볼이나 솔더 범프 등의 전극부와 테스트 보드 또는 실장 기판인 인쇄 배선기판(기판)의 사이를 전기적으로 접속하는 접촉자(컨택트 프로브)를 구비하고 있다.

컨택트 프로브에는 통 형상으로 형성된 통 형상 부재(배럴) 내에 코일 스프링을 수용하고, 배럴의 양단에 마련된 플런저를 움직이는 이른바 스프링 프로브가 널리 채용되고 있다. 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 배럴의 제조방법의 일 예로는 Ni층을 전주(電鑄)에 의해 성장시키는 것이 있다. 그 외에, 구리계 재료를 절삭 가공하는 방법이나 구리계 재료를 추신하는 방법도 있다.

이러한 배럴은 스프링 프로브의 조립체를 유지하기 위한 강도를 확보하는 동시에 검사신호나 전력공급을 수행하기 위한 도전성을 확보하는 역할을 담당하고 있다.

일본 공개특허공보 2011-117882호

그러나, 최근 전자부품은 미세화 추세에 있으며, 이에 따라 컨택트 프로브의 협피치화나 배럴의 외경 축소가 요구되고 있다. 그런데, 코일 스프링 등을 수용하기 위한 공간을 배럴의 내부에 확보해야 하므로, 배럴의 외경 축소와 동시에 배럴을 박육화할 필요가 있다. 이러한 박육화는 배럴의 강도 저하나 도전성 악화의 요인이 되고 있다.

이 때, 예를 들면 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, Ni를 전주에 의해 성장시킴으로써 배럴을 형성한 경우, 박육화에 의한 강도 저하는 억제할 수 있으나 도전성이 악화될 가능성이 있다. 또한, 구리계 재료를 절삭 가공하는 방법으로는 협피치화에 요구되는 박육의 배럴을 형성하는 것이 곤란하고, 또한 두께 편차가 발생하기 쉽다. 또한, 구리계 재료를 추신하는 방법으로도 협피치화에 요구되는 박육의 배럴을 형성하는 것이 곤란하고, 내면에 이루어지는 도금의 균일성이 나빠 도금을 두껍게 하기 어렵다. 또한, 클래드 재를 추신하는 경우라도 절단면이나 용접 부분 등의 모재가 노출된 부분에서의 부식이 문제가 될 가능성이 있다. 또한, 구리계 재료는 도전성이 양호하나 박육화에 의해 강도가 저하될 가능성이 있다.

이에, 본 발명은 도전성 및 강도가 확보된 통 형상 부재, 컨택트 프로브 및 반도체 검사용 소켓을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 통 형상 부재, 컨택트 프로브 및 반도체 검사용 소켓은 이하의 수단을 채용한다.

즉, 본 발명의 일 태양에 따른 통 형상 부재는 베릴륨동으로 이루어지는 판재의 대향하는 변끼리가 맞대진 부분이 축선 방향을 따라 연장되어 있는 통 형상의 기재와, 상기 기재의 내표면 및 외표면에 각각 형성되고, Ni계 재료로 이루어지는 상기 기재의 보강재로서의 제1 피복층과, 각 상기 제1 피복층의 표면에 형성되고, 상기 기재와는 다른 금속계 재료로 이루어지는 제2 피복층을 구비하는 컨택트 프로브에 사용되는 통 형상 부재이며, 상기 제1 피복층은 상기 기재보다도 고경도이고, 상기 기재의 두께를 T_B, 상기 외표면에 형성된 상기 제1 피복층의 층 두께를 T1_OUT으로 하였을 때, 상기 기재는 13㎛≤T_B≤25㎛이며, 상기 제1 피복층은 T1_OUT≥T_B×4%가 되도록 형성되어 있다.

본 태양에 따른 통 형상 부재에 있어서, 판재의 대향하는 변끼리가 맞대진 부분이 축선 방향을 따라 연장되어 있는 통 형상의 기재는 베릴륨동으로 이루어지므로, 도전성을 확보하면서 박육화를 실현할 수 있다. 이는 컨택트 프로브의 협피치화에 따른 통 형상 부재(예를 들면 배럴)의 세경화에 유용하다. 또한, 베릴륨동은 내피로성, 가공성(성형성)이 우수하므로, 접촉변끼리를 축선 방향을 따라 맞대기 가공(예를 들면 프레스 가공)에 사용할 수 있는 재료로서 호적하다. 즉, 베릴륨동을 사용함으로써 박육화한 기재의 도전성 확보 및 가공성 향상을 실현할 수 있다.

또한, Ni계 재료로 이루어지는 제1 피복층은 기재보다도 고경도이므로, Ni계 재료로 이루어지는 제1 피복층을 베릴륨동으로 이루어지는 기재의 보강재로서 작용시킬 수 있다. 베릴륨동의 경도(예를 들면, 비커스 경도)는 예를 들면 350Hv-450Hv(시효경화 처리 후)이고, Ni도금의 경도(동일하게 비커스 경도)는 예를 들면 100Hv-1000Hv이나, 의도적으로 베릴륨동으로 이루어지는 기재의 경도보다도 높은 Ni계 재료로 이루어지는 제1 피복층의 경도를 선택함으로써 제1 피복층을 기재의 보강재로서 작용시킬 수 있다.

또한, 기재의 두께를 T_B, 외표면에 형성된 제1 피복층의 층 두께를 T1_OUT으로 하였을 때, 기재는 13㎛≤T_B≤25㎛이며, 제1 피복층은 T1_OUT≥T_B×4%가 되도록 형성되어 있으므로, 가능한 베릴륨동으로 이루어지는 기재의 박육화를 실현하면서 가능한 얇은 제1 피복층(Ni층)에서 최저한의 강도를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 태양에 따른 통 형상 부재에 있어서, 상기 내표면 측의 상기 제2 피복층의 층 두께를 T2_IN으로 하였을 때, 상기 제2 피복층은 T2_IN≥0.05㎛이 되도록 형성되어 있다.

본 태양에 따른 통 형상 부재에 있어서, 제2 피복층은 T2_IN≥0.05㎛가 되도록 형성되어 있으므로, 내표면 측에 형성되는 제2 피복층의 도체 저항을 작게 하는 것도 가능하다. 이것에 의해, 통 형상 부재를 흐르는 전류의 안정화를 도모할 수 있다. 한편, 제2 피복층은 예를 들면 플런저와의 접점부의 산화에 의한 접촉저항의 증가 억제나 부식 방지를 위해서 형성되는 것이다.

또한, 본 발명의 일 태양에 따른 통 형상 부재에 있어서, 상기 제1 피복층 및/또는 상기 제2 피복층은 도금 처리가 되어 있다.

본 태양에 따른 통 형상 부재에 있어서, 제1 피복층 및/또는 제2 피복층은 도금 처리가 되어 있으므로, 도금층의 두께를 컨트롤함으로써 전기적 특성과 강도 확보 모두 동시에 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 태양에 따른 통 형상 부재에 있어서, 각 상기 대향하는 변에는 맞대는 것에 의해 상기 관통홀이 형성되는 노치가 마련되어 있다.

본 태양에 따른 통 형상 부재에 있어서, 각 대향하는 변에는 맞대는 것에 의해 관통홀이 형성되는 노치가 마련되어 있으므로, 기재의 가공과 동시에, 또한 간편하게 관통홀을 형성할 수 있다.

또한, 제1 피복층이나 제2 피복층을 도금 처리한 경우, 관통홀에 의해 도금액의 순환을 촉진시킬 수 있다. 따라서, 기재에 대하여 균일한 도금을 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 태양에 따른 컨택트 프로브는 상술한 통 형상 부재를 구비하고 있다.

또한, 본 발명의 일 태양에 따른 반도체 검사용 소켓은 상술한 컨택트 프로브를 구비하고 있다.

본 발명에 의하면 도전성 및 강도가 확보된 통 형상 부재, 컨택트 프로브 및 반도체 검사용 소켓을 제공할 수 있다.

도 1은 발명의 일 실시형태에 따른 배럴을 가지는 컨택트 프로브가 채용된 소켓에 IC 패키지가 장착되기 전의 상태를 나타낸 종단면도이다.
도 2는 C 패키지가 장착된 상태의 도 1에 도시한 소켓을 나타낸 종단면도이다.
도 3은 2에 도시한 A부의 부분 확대도이다.
도 4는 발명의 일 실시형태에 따른 컨택트 프로브를 도시한 도면이다.
도 5는 발명의 일 실시형태에 따른 배럴을 도시한 도면이다.
도 6은 5에 도시한 절단선 I-I의 횡단면도이다.
도 7은 6에 도시한 B부의 부분 확대도이다.
도 8은 배럴의 가압시험의 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 가압시험의 결과를 도시한 도면(비교예 포함)이다.
도 10은 기재의 가공 공정을 도시한 평면도 및 그에 대응하는 정면도이다.
도 11은 제1 변형예에 따른 기재를 도시한 도면이다.
도 12는 제1 변형예에 따른 기재의 가공 공정을 도시한 평면도 및 그에 대응하는 정면도이다.
도 13은 제2 변형예에 따른 소정 형상의 판재를 도시한 도면이다.
도 14는 제3 변형예에 따른 소정 형상의 판재를 도시한 도면이다.
도 15는 제3 변형예에 따른 기재를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 통 형상 부재, 컨택트 프로브 및 반도체 검사용 소켓에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

먼저, 본 실시형태에 따른 통 형상 부재(배럴, 32)를 가지고 있는 컨택트 프로브(30)가 채용된 반도체 검사용 소켓(1)(이하, 단순히 「소켓(1)」이라 한다.)에 대해서 설명한다.

도 1에는 IC 패키지(피검사 디바이스, 5)가 장착되기 전의 소켓(1)이 도시되어 있다. 또한, 도 2에는 IC 패키지(5)가 장착된 상태의 소켓(1)이 도시되어 있다.

소켓(1)은 예를 들면, 테스트 보드로서의 인쇄 배선 기판(3)(이하, 단순히 「기판(3)」이라 한다.) 상에 배치된다. 소켓(1)과 기판(3)은 도시하지 않은 체결 부재 등에 의해 서로 고정되어 있다.

소켓(1)은 상방의 소켓 본체(1a)와, 소켓 본체(1a)에 대하여 하방에서 장착되는 프로브 배열 기판(1b)을 구비하고 있다. 소켓 본체(1a)와 프로브 배열 기판(1b)은 절연성을 가지는 부재로 구성되어 있다. 소켓 본체(1a)와 프로브 배열 기판(1b)은 도시하지 않은 위치결정 핀 등에 의해 상대적으로 위치 결정된 후에 고정 볼트(7)로 서로 고정되어 있다.

소켓 본체(1a)의 상면에는 IC 패키지(5)를 수용하는 디바이스 수용부(9)가 형성되어 있다. 디바이스 수용부(9)는 소켓 본체(1a)의 상면에서 하방을 향해 움푹 패이게 형성된 오목부로 되어 있다.

디바이스 수용부(9)의 하방에는 복수의 컨택트 프로브(30)가 병렬 상태로 상하 방향으로 연장되어 마련되어 있다. 각 컨택트 프로브(30)는 약0.3mm 피치로 병렬로 되어 있다. 이 컨택트 프로브(30)에 의해 기판(3)과 IC 패키지(5)의 도통이 이루어진다.

도 1에 도시한 바와 같이, IC 패키지(5)의 하면에는 전극으로 복수의 솔더볼(5a)이 마련되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 소켓(1)에 장착되어 있는 IC 패키지(5)는 디바이스 수용부(9)에 수용되어 있다.

도 3에는 도 2의 A부의 부분 확대도가 도시되어 있다. 디바이스 수용부(9)에 수용된 상태에서, IC 패키지(5)의 각 솔더볼(5a)에는 각 컨택트 프로브(30)의 상단(상세하게는 상부 플런저(34)가 가지는 접촉부(34a)의 상단)이 접촉되어 있다. 이것에 의해, IC 패키지(5)와 각 컨택트 프로브(30)가 전기적으로 접촉하는 동시에 IC 패키지(5)와 기판(3)이 도통한다.

다음으로, 본 실시형태에 따른 배럴(32) 및 컨택트 프로브(30)에 대해서 설명한다.

도 4에는 컨택트 프로브(30)가 도시되어 있다. 한편, 중심축선(X1)의 우측은 단면으로 도시되어 있다. 또한, 도면의 화살표는 IC 패키지(5)에서 기판(3)을 향하는 전류를 나타낸 것이며, 실제로는 시인할 수 없다.

컨택트 프로브(30)는 중심축선(X1)을 가지는 원통 형상인 배럴(32)과, 배럴(32) 내의 상단(32a) 측에 배치된 상부 플런저(34)와, 배럴(32) 내의 하단(32b) 측에 배치된 하부 플런저(36)와, 배럴(32) 내에 삽입된 코일 스프링(38)을 구비하고 있다.

상부 플런저(34) 및 하부 플런저(36)는 금속제이며, 예를 들면, 베릴륨동, 인청동, SK재 등의 모재에 대하여 니켈 도금을 한 것이나, 도금이 되지 않은 파라듐 합금이 사용된다.

상부 플런저(34)는 배럴(32)과 공통의 중심축선(X1)을 가지는 둥근 봉 형상으로 되어 있다. 상부 플런저(34)는 상방의 선단에 위치하는 접촉부(34a)와, 접촉부(34a)의 하단에 접속되어 접촉부(34a)보다도 대경인 대경부(34b)를 가지고 있다.

마찬가지로, 하부 플런저(36)는 배럴(32)과 공통의 중심축선(X1)을 가지는 둥근 봉 형상으로 되어 있다. 하부 플런저(36)는 하방의 선단에 위치하는 접촉부(36a)와, 접촉부(36a)의 상단에 접속되어 접촉부(36a)보다도 대경인 대경부(36b)를 가지고 있다.

배럴(32)은 원통 형상의 부재이며, 상부 플런저(34)의 대경부(34b) 및 하부 플런저(36)의 대경부(36b)를 내부에 수용하고 있다.

배럴(32)의 상단(32a)은 단부가 전체 주위에 걸쳐 축경(縮徑)되도록 형성되어 있다. 상단(32a)의 선단의 내경은 상부 플런저(34)의 대경부(34b)의 외경보다도 작게 설정되어 있다. 이것에 의해, 상부 플런저(34)가 배럴(32)의 상단(32a)에서 배럴(32)의 외부로 이탈하지 않게 되어 있다.

마찬가지로, 배럴(32)의 하단(32b)은 단부가 전체 둘레에 걸쳐 축경되도록 형성되어 있다. 하단(32b)의 선단의 내경은 하부 플런저(36)의 대경부(36b)의 외경보다도 작게 설정되어 있다. 이것에 의해, 하부 플런저(36)가 배럴(32)의 하단(32b)에서 배럴(32)의 외부로 이탈하지 않게 되어 있다.

배럴(32)의 내부에 있어서, 상부 플런저(34)와 하부 플런저(36) 사이에는 예를 들면 피아노선이나 스테인리스선에 의해 형성된 코일 스프링(38)이 수용되어 있다.

코일 스프링(38)은 중심축선(X1)의 방향을 따라 신축 가능하고, 배럴(32)에 수용되어 있는 상부 플런저(34) 및 하부 플런저(36)를 서로 이간하는 방향으로 가압하고 있다.

다음으로, 배럴(32)에 대해서 상세히 설명한다.

도 5에는 본 실시형태에 따른 배럴(32)이 도시되어 있다. 또한, 도 6에는 도 5의 절단선 I-I의 횡단면도가 도시되어 있다. 또한, 도 7에는 도 6의 B부의 부분 확대도가 도시되어 있다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 배럴(32)은 중심축선(X2)의 방향으로 연장되는 통 형상 부재이다.

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 배럴(32)은 통 형상으로 형성된 기재(40)와, 기재(40)의 표면에 형성되어 있는 제1 피복층(41)과, 제1 피복층(41)의 주위에 형성되어 있는 제2 피복층(42)을 구비하고 있다.

기재(40)는 예를 들면 프레스 가공에 의해 형성되어 있다. 기재(40)는 두께를 T_B(이하 「두께(T_B)」라고도 한다.)로 하였을 때, 15㎛≤T_B≤25㎛(바람직하게는 15㎛≤T_B≤20㎛)이다. 또한, 기재(40)는 외경이 0.21mm 정도가 되도록 형성되어 있다. 이것에 의해, 기재(40)의 내부에 직경 0.16mm 정도 또는 그 이상의 공간이 형성되게 된다.

기재(40)는 구리계 재료이며, 예를 들면 베릴륨동이다. 베릴륨동은 프레스 가공에 적합하고, 또한, 도전성이 양호한 것이 바람직하고, 예를 들면, 스프링용 저 베릴륨동(JIS규격의 합금번호:C1751, 미국 재료 시험 협회의 합금번호:C17510)이다. 이것에 의해, 프레스 가공에 의한 기재(40)의 제작성이 향상됨과 함께 도전성이 양호한 기재(40)가 된다. 한편, 기재(40)를 구성하는 구리계 재료는 후술하는 제1 피복층(41)을 구성하는 금속계 재료보다도 전기 저항률이 낮은 것이 바람직하다. 이것에 의해, 통전시에 흐르는 전류를 주로 하여 기재(40)에 흘릴 수 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 제1 피복층(41)은 통 형상의 기재(40)의 표면(내표면 및 외표면의 양표면)을 직접적으로 피복하게 형성되어 있다. 제1 피복층(41)은 기재(40)와 다른 금속계 재료(예를 들면 Ni계 재료)로 이루어지고, 피복시에 있어서 기재(40)(베릴륨동)보다도 고경도가 되도록 형성된다.

한편, 기재(40)의 재료인 베릴륨동의 경도(예를 들면, 비커스 경도)는 예를 들면 350Hv-450Hv(시효경화 처리 후)이며, Ni 도금의 경도(동일하게, 비커스 경도)는 예를 들면 100Hv-1000Hv이므로, Ni계 재료는 항상 베릴륨동보다도 고경도가 된다고는 할 수 없다. 본 실시형태에서는 각 재료가 가질 수 있는 경도의 범위에서, 피복시에 있어서 기재(40)를 구성하는 구리계 재료보다도 고경도가 되도록 제1 피복층(41)을 형성한다. 이것에 의해, 제1 피복층(41)을 기재(40)의 보강재로 작용시킬 수 있다.

제2 피복층(42)은 제1 피복층(41)을 베이스로 하여, 기재(40)의 표면(내표면 및 외표면의 양표면)을 피복하게 형성되어 있다. 제2 피복층(42)은 기재(40)와 다른 금속계 재료이며, 예를 들면, Au계 재료 또는 백금족계를 주성분으로 하는 재료로 되어 있다.

Au계 재료의 제2 피복층(42)은 예를 들면 경질도금(특히 금 코발트 도금)으로 되어 있다. 또한, 백금족 계열의 재료는 예를 들면 Pd(파라듐), Rh(로듐), Pt(백금) 등이다. 이 제2 피복층(42)에 의해 배럴(32)의 부식이나 마모를 억제할 수 있다. 또한, 배럴(32) 내에 수용되어 있는 상부 플런저(34) 및 하부 플런저(36)와 배럴(32)의 전기적인 접촉을 양호하게 할 수 있다. 또한, 상부 플런저(34) 및/또는 하부 플런저(36)의 접점부의 산화에 의한 접촉 저항의 증가 억제도 가능하다.

도 3에 도시한 바와 같이, 배럴(32)을 구비하고 있는 컨택트 프로브(30)는 IC 패키지(5)와 기판(3)을 도통시키지만, 이 때, 전류는 다음과 같이 컨택트 프로브(30)를 흐른다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, IC 패키지(5)(미도시)에서 상부 플런저(34)로 흐른 전류는 접촉부(34a)를 통해서 대경부(34b)로 흐른다. 이 때, 대경부(34b)는 도전성이 양호한 제2 피복층(42)을 통해서 배럴(32)에 접촉되어 있으므로, 대경부(34b)로 흐른 전류는 코일 스프링(38)이 아닌 배럴(32)로 흐른다. 배럴(32)로 흐른 전류는 기재(40)를 흘러 하부 플런저(36)의 대경부(36b)로 흐른다. 그 후, 전류는 접촉부(34a)를 통해서 기판(3)(미도시)으로 흐른다.

다음으로, 제1 피복층(41) 및 제2 피복층(42)의 층 두께에 대해서 상세하게 설명한다.

제1 피복층(41)은 제1 피복층(41)을 단순히 제2 피복층(42)의 베이스로 사용할 경우에 비해 두껍게 형성되어 있다. 특히, 기재(40)의 외표면 측에 형성되는 제1 피복층(41)의 두께(T1_OUT)(이하 「층 두께(T1_OUT)」라고도 한다.)는 두께(T_B)에 대하여, T1_OUT≥T_B×4.0%(조건 1)이다. 예를 들면, T_B=25㎛이면 T1_OUT≥1㎛이 되고, T_B=20㎛이면 T1_OUT≥0.8㎛이 된다. 층 두께(T1_OUT)에 관한 조건 1에 대해서는 발명자들이 실시한 시험(후술)에 의해 얻어진 지견에 기초하여 설정되어 있다.

한편, 기재(40)의 내표면 측에 형성되는 제1 피복층(41)의 층 두께(T1_IN)(이하 「층 두께(T1_IN)」이라고도 한다.)는 T1_IN≤T1_OUT인 것이 바람직하다.

Ni계 재료는 일반적으로, 고강도이므로, 베이스로 사용할 경우에 비해 두껍게 형성된 제1 피복층(41)(특히 외표면측에 형성되는 제1 피복층(41))에 의해 기재(40)를 보강할 수 있다. 즉, Ni계 재료의 제1 피복층(41)은 단순히 제2 피복층(42)의 베이스로서뿐만 아니라, 배럴(32)의 강도를 향상시키는 보강재료로서도 작용하고 있다.

한편, 여기에서 말하는 베이스란, 예를 들면 구리계의 소지금속(본 실시형태에 있어서 기재(40))에 도금 처리를 할 때에, 소지금속이 도금 표면에 확산되는 것을 억제하기 위한 소지금속과 도금 사이에 개재하는 층이다. 따라서, 제1 피복층(41)을 베이스로서만 사용할 경우, 그 두께는 금속 확산을 억제하는 것에 필요한 두께(예를 들면 0.5㎛정도)로 충분하다고 여겨진다.

제1 피복층(41)에 대하여, 기재(40)의 내표면 측에 형성되는 제2 피복층(42)의 두께(T2_IN)(이하 「층 두께(T2_IN)」라고도 한다.)는 T2_IN≥0.05㎛(조건 2)인 것이 바람직하고, T2_IN≥0.3㎛인 것이 보다 바람직하다. T2_IN≥0.05㎛로 하는 것에 의해 내표면 측에 형성되는 제2 피복층(42)의 도체 저항을 작게 함으로써 배럴(32)에 흐르는 전류의 안정화를 도모할 수 있다. 또한, T2_IN≥0.3㎛로 하는 것에 의해 제2 피복층(42)의 도체 저항을 작게 하는 동시에 내구성이 우수한 제2 피복층(42)으로 할 수 있다.

한편, 기재(40)의 외표면 측에 형성되는 제2 피복층(42)의 층 두께(T2_OUT)(이하 「층 두께(T2_OUT)」라고도 한다.)는 층 두께(T2_IN)보다 얇을 수 있다. 외표면 측에 형성되는 제2 피복층(42)은 전류를 흐르게 하기 위한 피복층이 아니므로, 내표면 측에 형성되는 제2 피복층(42)과 같이 도체 저항을 작게 할 필요가 없기 때문이다. 즉, 외표면 측에 형성되는 제2 피복층(42)은 내부식성이나 내마모성을 확보하는 것에 필요한 층 두께(T2_out)가 있으면 충분하다.

제1 피복층(41)의 두께를 결정할 때에, 발명자들은 이하의 시험에 의해 제1 피복층(41)의 두께에 관한 지견을 얻었다.

도 8에 도시한 바와 같이, 발명자들은 중심축선(X2)이 수평 방향을 따르도록 시험대(62)에 재치된 피시험체로서의 배럴(32)을 시험편(60)에 의해 연직방향 하방으로 가압하는 시험을 하였다.

시험편(60)은 배럴(32)과의 접촉면이 중심축선(X2)의 방향을 따라 약0.3mm의 폭으로 되어 있다. 시험편(60)의 접촉면 형상은 작업자가 사용하는 핀셋 형상을 상정한 것이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 배럴(32)을 구성하는 기재(40)는 두께(T_B)가 다른 5종류가 준비되었다. 5종류 중 3종류가 실시예 1~3이며, 2종류가 비교를 위한 비교예 1, 비교예 2이다.

이하, 실시예 1~3 및 비교예 1, 비교예 2에 대해서 설명한다.

〔실시예1〕

실시예 1에서는 두께(T_B)=15㎛, 층 두께(T1_OUT)=0.6㎛(두께(T_B)의 4%), 층 두께(T2_IN)=0.25㎛(두께(T_B)의 1.7%)로 되어 있다. 한편, 통 형상의 기재(40)는 프레스 가공에 의해 형성되어 있다.

그 결과, 시험편(60)을 3.5N 정도로 가압하였을 때, 배럴(32)의 외관에 찌그러짐이 생기기 시작하였다.

〔실시예2〕

실시예 2에서는 두께(T_B)=18㎛, 층 두께(T1_OUT)=0.8㎛(두께(T_B)의 4.4%), 층 두께(T2_IN)=0.3㎛(두께(T_B)의 1.7%)로 되어 있다. 한편, 통 형상의 기재(40)는 프레스 가공에 의해 형성되어 있다.

그 결과, 시험편(60)을 4.0N 정도로 가압하였을 때, 배럴(32)의 외관에 찌그러짐이 생기기 시작하였다.

〔실시예3〕

실시예 3에서는 두께(T_B)=25㎛, 층 두께(T1_OUT)=1.0㎛(두께(T_B)의 4%)이며, 층 두께(T2_IN)=0.5㎛(두께(T_B)의 2.0%)로 되어 있다. 한편, 통 형상의 기재(40)는 프레스 가공에 의해 형성되어 있다.

그 결과, 시험편(60)을 5.0N 정도로 가압하여도 배럴(32)의 외관에 찌그러짐이 생기지 않았다.

〔실시예 1~3의 종합 평가〕

배럴(32)은 작업자에 의해 예를 들면 핀셋 등의 홀딩어셈블리를 이용하여 취급된다. 이 때, 핀셋에 끼워져 있었던 배럴(32)에 작용하는 힘은 약3.5N 이상이다. 따라서, 3.5N 정도의 힘에 견딜 수 있는 강도가 있으면 강도가 확보된 것이 된다.

실시예 1~3의 결과로부터, 실시예 1의 조건이면 최저한의 강도가 확보되고, 실시예 2 및 실시예 3의 조건이면 충분한 강도가 확보되는 배럴(32)을 제공할 수 있게 된다. 이 때, 기재(40)의 가공에 따르면, 두께(T_B)=13㎛로 하는 것도 가능하다. 이 경우, 두께(T_B)=15㎛의 실시예보다도 층 두께(T1_OUT)를 두껍게 함으로써(예를 들면 T1_OUT=0.8㎛(두께(T_B)의 6%)), 배럴(32)의 강도를 확보할 수 있다.

이상으로부터, 13㎛≤T_B≤25㎛로 하였을 때, T1_OUT≥T_B×4.0%(조건 1)로 하는 지견을 얻을 수 있었다.

한편, 배럴(32)의 강도를 확보할 수 있는 것이면, 두께(T_B)나 층 두께(T1_OUT)가 가질 수 있는 범위를 적절히 조정할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 이 경우, 컨택트 프로브(30)의 피치와 배럴(32)이 가질 수 있는 최대 외경을 고려하여 두께(T_B)나 층 두께(T1_OUT)가 가질 수 있는 범위를 조정한다. 동시에, 배럴(32)의 내부에 상부 플런저(34), 하부 플런저(36) 및 코일 스프링(38)을 수용하기 위한 공간을 배럴(32)의 내부에 확보할 수 있도록 두께(T_B)나 층 두께(T1_OUT)가 가질 수 있는 범위를 조정한다.

〔비교예 1〕

비교예 1에서는 두께(T_B)=7.5㎛이며, 제1 피복층(41) 및 제2 피복층(42)은 형성되지 않았다. 한편, 통 형상의 기재(40)는 전기주조에 의해 형성되어 있다.

그 결과, 시험편(60)을 1.5N 정도로 가압하였을 때, 배럴(32)의 외관에 찌그러짐이 생겼다.

〔비교예 2〕

비교예 2에서는 두께(T_B)=37㎛로 하여 조건 1을 충족하도록 층 두께(T1_OUT)=12㎛로 하고, 조건 2를 충족하도록 층 두께(T2_IN)=0.6㎛로 되어 있다. 한편, 통 형상의 기재(40)는 프레스 가공에 의해 형성되어 있다.

그 결과, 시험편(60)을 5.0N 정도로 가압하여도 배럴(32)의 외관에 찌그러짐이 생기지 않고, 조건 1에 대해서 확인할 수 있었다.

다음으로, 배럴(32)의 제조방법에 대해서 도 10을 이용하여 설명한다.

배럴(32)은 기재(40)를 형성하는 공정과, 제1 피복층(41)을 형성하는 공정과, 제2 피복층(42)을 형성하는 공정을 포함한다. 이하, 각각의 공정에 대해서 상세하게 설명한다.

〔기재를 형성하는 공정〕

기재(40)는 베릴륨동(기재(40)와 동일한 재료)으로 된 띠 형상의 판재(50)를 프레스 가공하는 것에 의해 형성되어 있다. 판재(50)의 두께는 기재(40)에 요구되는 두께(두께(T_B))에 대응하였다.

한편, 판재(50)는 내피로성, 가공성(성형성)의 관점에서 시효재(시효 경화 처리 전의 재료)인 것이 바람직하다.

이하, 프레스 가공 대해서 상세히 설명한다. 한편, 가공의 공정은 도 10에 도시한 (a)에서 (f)의 순서대로 진행한다. 여기서, 도면의 (a)에서 (f)의 기재는 설명을 위한 것이다. 또한, 도 10의 상부 도면은 판재(50)의 가공 공정을 평면으로 보았을 때의 도면(평면도)이며, 하부 도면은 그 평면도에 대응하는 정면도이다.

먼저, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 도면에서 사선으로 나타낸 제외부(54)를 판재(50)로부터 잘라낸다. 이것에 의해, 도면 (b)에 도시한 바와 같이, 소정 형상의 판재(52)가 형성된다.

다음으로, 도 10의 (c)에서 (e)에 도시한 바와 같이, 소정 형상의 판재(52)가 대응하는 변(접촉변, 53)을 내측으로 말리도록 가공한다. 그리고, 최종적으로, 도면 (f)에 도시한 바와 같이, 양측의 접촉변(53)끼리 맞대어짐으로써 접촉한 상태가 된 통 형상이 되도록 가공된다. 그 후, 통 형상으로 형성된 기재(40)를 판재(50)에서 분리한다.

다음으로, 판재(50)에서 분리된 기재(40)를 열처리에 의해 경화시킨다. 열처리는 시효 경화 곡선을 기초로, 예를 들면 300℃ 이상 500℃ 이하의 온도대(적어도 베릴륨이 석출하는 온도대)에서 약2시간 정도 이루어진다.

〔제1 피복층을 형성하는 공정〕

제1 피복층(41)은 열처리된 기재(40)에 대하여 도금 처리가 되어 있다. 이 때, 외표면 측의 제1 피복층(41)의 층 두께(T1_OUT)가 조건 1과 같이 T1_OUT≥T_B×4.0%가 되도록 도금 처리된다.

〔제2 피복층을 형성하는 공정〕

제2 피복층(42)은 제1 피복층(41)이 형성된 기재(40)에 대하여 도금 처리가 되어 있다. 이 때, 내표면 측의 제2 피복층(42)의 층 두께(T2_IN)는 조건 2와 같이 T2_IN≥0.05㎛가 되도록 도금 처리된다.

이들 공정에 의해 기재(40)와 제1 피복층(41)과 제2 피복층(42)을 구비하는 배럴(32)이 형성되게 된다. 한편, 기재(40)의 외경 및 두께(T_B), 제1 피복층(41)의 층 두께, 및 제2 피복층(42)의 층 두께에 기초하여, 배럴(32)의 외경은 0.21mm 정도 또는 그 이하이다. 이것에 의해, 컨택트 프로브(30)를 0.3mm 피치로 병렬할 수 있다. 또한, 배럴(32)의 내경은 0.16mm 정도 또는 그 이상이다. 이것에 의해, 상부 플런저(34), 하부 플런저(36) 및 코일 스프링(38)을 수용하기 위한 공간을 배럴(32)의 내부에 확보할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 의하면 이하의 효과를 나타낸다.

통 형상의 기재(40)는 베릴륨동으로 이루어지므로, 도전성을 확보하면서 박육화를 실현할 수 있다. 이것은 컨택트 프로브(30)의 협피치화에 따른 배럴(32)의 세경화에 유용하다. 또한, 베릴륨동은 내피로성, 가공성(성형성)이 우수하므로, 접촉변(53)끼리를 중심축선(X2) 방향을 따라 맞대는 프레스 가공에 사용되는 재료로서 호적하다. 즉, 베릴륨동을 사용함으로써 박육화한 기재(40)의 도전성 확보 및 가공성 향상을 실현할 수 있다.

또한, Ni계 재료로 이루어지는 제1 피복층(41)은 기재(40)보다도 고경도이므로, Ni계 재료로 이루어지는 제1 피복층(41)을 베릴륨동으로 이루어지는 기재(40)의 보강재로서 작용시킬 수 있다. 베릴륨동의 경도(예를 들면, 비커스 경도)는 예를 들면 350Hv-450Hv(시효경화 처리 후)이며, Ni도금의 경도(동일하게, 비커스 경도)는 예를 들면 100Hv-1000Hv가 되지만, 의도적으로, 베릴륨동으로 이루어지는 기재(40)의 경도보다도 높은 제1 피복층(41)의 경도를 선택함으로써 제1 피복층(41)을 기재(40)의 보강재로서 작용시킬 수 있다.

또한, 기재(40)의 두께를 T_B, 외표면에 형성된 제1 피복층(41)의 층 두께를 T1_OUT으로 하였을 때, 기재(40)는 13㎛≤T_B≤25㎛이고, 제1 피복층(41)은 T1_OUT≥T_B×4%가 되도록 형성되어 있으므로, 가능한 베릴륨동으로 이루어지는 기재(40)의 박육화를 실현하면서 가능한 얇은 제1 피복층(41)에서 최저한의 강도를 확보할 수 있다.

한편, 제1 피복층(41)의 재료인 Ni계 재료는 일반적으로, 도전성은 구리계 재료에 비해 떨어진다. 그러나, Ni계 재료(제1 피복층(41))를 도전성이 양호한 베릴륨동 등의 구리계 재료(기재(40))와 조합함으로써 Ni계 재료의 도전성에 관한 단점을 베릴륨동의 도전성에서 보충할 수 있다. 따라서, 강도를 확보하기 위해서 제1 피복층(41)을 두껍게 피복했다 하더라도 배럴(32)로서의 도전성은 보증된다.

또한, 배럴(32)의 강도는 상술한 시험의 시험편(60)을 3.5N 정도로 가압하여도 견디어낼 수 있는 것으로 되어 있다. 이것에 의해, 예를 들면 핀셋 등의 홀딩어셈블리를 이용하여 작업자가 배럴(32)을 끼운 경우에도 그 작업에 의한 배럴(32)의 손상을 회피할 수 있다.

또한, 제2 피복층(42)은 T2_IN≥0.05㎛가 되도록 형성되어 있으므로, 내표면 측에 형성되는 제2 피복층(42)의 도체 저항을 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 배럴(32)을 흐르는 전류의 안정화를 도모할 수 있다.

또한, 제1 피복층(41) 및/또는 제2 피복층(42)은 도금 처리가 되어 있으므로, 도금층의 두께를 컨트롤하는 것으로, 전기적 특성과 강도확보 모두 동시에 실현할 수 있다.

〔제1 변형예〕

통 형상의 기재(40B)는 단순한 통 형상인 형태 이외에 도 11에 도시되어 있는 형태로 할 수도 있다.

도 11에 도시한 바와 같이, 기재(40B)의 표면에는 기재(40)의 내부와 외부를 연통시키는 도금홀(관통홀, 44)이 형성되어 있다. 도 11의 경우, 중심축선(X2)의 방향을 따라, 3개의 도금홀(44)이 형성되어 있다. 이것에 의해, 제1 피복층(41)이나 제2 피복층(42)을 도금 처리할 때에 도금액의 순환을 촉진할 수 있다. 이것에 의해, 균일한 도금을 기재(40B)에 대하여 용이하게 수행할 수 있다.

한편, 도금홀(44)의 수는 1 또는 2일 수 있고, 4 이상일 수도 있고, 배럴(32)의 형상 그 외의 사양에 따라 임의로 변경된다. 이 때, 적어도 1개의 도금홀(44)이 중심축선(X2)의 방향에 따른 기재(40B)의 중앙부에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

도금홀(44)이 형성된 기재(40B)는 기재(40)와 마찬가지로 띠 형상의 판재(50)를 프레스 가공하는 것에 의해 통 형상으로 형성되어 있다.

도 12의(a)에 도시한 바와 같이, 도 12에 있어서 사선으로 나타낸 제외부(54B)에 의해 소정 형상의 판재(52B)의 각 접촉변(53)에 대하여, 도금홀(44)을 2분할한 형상의 노치(55)를 형성해 둔다. 이것에 의해, 도면 (f)에 도시한 바와 같이, 양측의 접촉변(53)끼리 접촉하였을 때, 2개의 노치(55)에 의해 1개의 도금홀(44)이 형성되게 된다.

〔제2 변형예〕

도 13에 도시한 바와 같이, 도금홀(44)은 제1 변형예와 같이 각 접촉변(53)에 노치(55)를 형성해 두는 방법 외에 도금홀(44)이 미리 포함된 제외부(54C)를 판재(50)에서 분리하여 소정 형상의 판재(52C)로 할 수도 있다. 이 소정 형상의 판재(52C)를 프레스 가공에 의해 통 형상으로 형성함으로써 도금홀(44)이 형성된 기재(40)가 된다.

〔제3 변형예〕

도 14에 도시한 바와 같이, 노치(55)가 형성되어 있는 접촉변(53)의 일부를 크랭크 형상으로 한 소정 형상의 판재(52D)로 할 수도 있다. 도 14의 경우, 중앙에 있는 노치(55)가 형성되어 있는 접촉변(53)의 일부를, 다른 노치(55)가 형성되어 있는 접촉변(53)에 대하여 벗어나 있다.

이것에 의해, 도 15에 도시한 바와 같이, 중심축선(X2)의 방향에 3개의 도금홀(44)이 형성되어 있는 동시에, 평면으로 보았을 때 중앙의 도금홀(44)이 다른 도금홀(44)에 대하여 중심축선(X2) 상에서 벗어난 기재(40D)가 형성된다. 이 때, 크랭크 형상으로 벗어난 접촉변(53)이 중심축선(X2)의 방향에 맞물리므로, 중심축선(X2)의 방향에 있어서의 기재(40D)의 강도가 향상된다.

1 소켓(반도체 검사용 소켓)
1a 소켓 본체
1b 프로브 배열 기판
3 기판
5 IC 패키지(피검사 디바이스)
7 고정 볼트
9 디바이스 수용부
30 컨택트 프로브
32 배럴(통 형상 부재)
34 상부 플런저
36 하부 플런저
38 코일 스프링
40, 40B, 40D 기재
41 제1 피복층
42 제2 피복층
44 도금홀(관통홀)
50 판재
52, 52B, 52C, 52D 소정 형상의 판재
53 접촉변
54, 54B, 54C 제외부
55 노치
60 시험편
62 시험대

Claims

베릴륨동으로 이루어지는 판재의 대향하는 변끼리가 맞대진 부분이 축선 방향을 따라 연장되어 있는 통 형상의 기재와,
상기 기재의 내표면 및 외표면에 각각 형성되고, Ni계 재료로 이루어지는 상기 기재의 보강재로서의 제1 피복층과,
각 상기 제1 피복층의 표면에 형성되고, 상기 기재와는 다른 금속계 재료로 이루어지는 제2 피복층을 구비하는 컨택트 프로브에 사용되는 통 형상 부재이며,
상기 제1 피복층은 상기 기재보다도 고경도이고,
상기 기재의 두께를 T_B, 상기 외표면에 형성된 상기 제1 피복층의 층 두께를 T1_OUT로 하였을 때, 상기 기재는 13㎛≤T_B≤25㎛이며, 상기 제1 피복층은 T1_OUT≥T_B×4%가 되도록 형성되어 있는 통 형상 부재.
제 1 항에 있어서,
상기 기재는 15㎛≤T_B≤25㎛인 통 형상 부재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 내표면 측의 상기 제2 피복층의 층 두께를 T2_IN으로 하였을 때, 상기 제2 피복층은 T2_IN≥0.05㎛가 되도록 형성되어 있는 통 형상 부재.
제 1 항 또는 제 2 항 있어서,
상기 제1 피복층 및/또는 상기 제2 피복층은 도금 처리가 되어 있는 통 형상 부재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 기재에는 관통홀이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 통 형상 부재.
제 5 항에 있어서,
각 상기 대향하는 변에는 맞대는 것에 의해 상기 관통홀이 형성되는 노치가 마련되어 있는 통 형상 부재.
제 1 항 또는 제 2항에 기재된 통 형상 부재를 구비하고 있는 컨택트 프로브.
제 7 항에 기재된 컨택트 프로브를 구비하고 있는 반도체 검사용 소켓.