KR20210056908A - 전기적 접속 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 니혼 마이크로닉스
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Abstract

프로브와 배선 기판의 랜드의 유착을 억제할 수 있는 전기적 접속 장치를 제공한다. 전기적 접속 장치(1)는, 랜드(21)가 주면에 배치된 배선 기판(20)과 프로브(10)를 구비한다. 프로브(10)는, 측정 대상물(2)과 접촉하는 선단부(12) 및 랜드 (21)와 접촉하는 기단부(11)를 갖는다. 기단부(11)의 랜드(21)와 접촉하는 표면막의 재료는, 표면막과 접촉하는 랜드(21)의 재료와 조성이 다른 금속재료이다.

Description

전기적 접속 장치{ELECTRICAL CONNECTION DEVICE}
본 발명은, 측정 대상물의 전기적 특성의 측정에 사용되는 전기적 접속 장치에 관한 것이다.
집적 회로 등의 측정 대상물의 특성을 측정하기 위해, 측정 대상물에 접촉시키는 프로브를 갖는 전기적 접속 장치가 이용되고 있다. 전기적 접속 장치를 이용한 측정에서는, 프로브의 한쪽 단부를 측정 대상물에 접촉시킨다. 그리고, 프로브의 다른 쪽의 단부를 배선 기판에 배치된 전극 단자(이하에서, 「랜드」라고 한다)에 접촉시킨다. 랜드는 IC 테스터와 같은 측정 장치와 접속되어 프로브 및 배선 기판을 통해서 측정 대상물과 측정 장치 사이에서 전기 신호가 전반(傳搬)된다.
프로브에는, 심재(芯材)의 표면에 베이스막과 표면막을 적층한 구조 등이 채용된다(특허문헌1 참조). 프로브의 표면막에는, 예를 들면 금(Au) 막이 사용된다.
일본 특허공개공보 제2011-117882호
프로브와 랜드의 접촉 개소의 전기 저항은, 낮을 수록 바람직하다. 따라서, 배선 기판의 랜드와 프로브의 표면막에 Au막이 사용된다. 그러나, 랜드의 Au막과 표면막인 Au막이 유착함으로써 문제가 생긴다. 즉, 랜드로부터 프로브를 떼낼 때에 프로브의 표면막이 박리되거나, 프로브를 유지하는 프로브 헤드를 배선 기판으로부터 제거할 때에 프로브가 프로브 헤드에서 빠지거나 한다.
상기 문제점을 감안하여, 본 발명은, 프로브와 배선 기판의 랜드의 유착을 억제할 수 있는 전기적 접속 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 랜드가 주면(主面)에 배치된 배선 기판과, 측정 대상물과 접촉하는 선단부 및 랜드와 접촉하는 기단부(基端部)를 갖고, 랜드와 접촉하는 기단부의 표면막의 재료가 랜드의 재료와 조성이 다른 프로브를 구비하는 전기적 접속 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 프로브와 배선 기판의 랜드의 유착을 억제할 수 있는 전기적 접속 장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 실시 형태에 관련한 전기적 접속 장치의 구성을 나타내는 모식도이고,
도 2는, 실시 형태에 관련한 전기적 접속 장치의 프로브의 기단부의 구조를 나타내는 모식적인 단면도이고,
도 3은, 표면막의 박리를 나타내는 모식도이고,
도 4는, 프로브 헤드에서 프로브가 빠진 상태를 나타내는 모식도이고,
도 5는, 실시 형태에 관련한 전기적 접속 장치의 프로브의 기단부의 다른 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.
이어서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 아래의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호를 붙인다. 다만, 도면은 모식적인 것으로 각 부분의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 다른 것에 유의해야 한다. 또한, 도면 상호간에도 서로의 치수 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다. 이하에 나타내는 실시 형태는, 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 장치나 방법을 예시하는 것으로서, 본 발명의 실시 형태는, 구성 부품의 재질, 형상, 구조, 배치 등을 하기의 것에 특정하는 것은 아니다.
도 1에 나타내는 실시형태에 관련한 전기적 접속 장치(1)는, 측정 대상물(2)의 전기적 특성의 측정에 사용된다. 전기적 접속 장치(1)는, 프로브(10)와, 프로브(10)를 유지하는 프로브 헤드(30)와, 프로브 헤드(30)가 장착된 배선 기판(20)을 구비한다. 도시를 생략한 볼트 등에 의해, 프로브 헤드(30)가 배선 기판(20)에 고정된다.
전기적 접속 장치(1)는 수직 동작식 프로브 카드이며, 측정 대상물(2)의 측정시에 프로브(10)의 선단부(12)가 측정 대상물(2)의 전극 패드(미도시)와 접촉한다. 도 1에서는, 프로브(10)가 측정 대상물(2)에 접촉하고 있지 않은 상태를 나타내고 있다. 측정시에는, 예를 들면 측정 대상물(2)을 탑재한 척(3)이 상승해서, 프로브(10)의 선단부(12)가 측정 대상물(2)에 접촉한다.
배선 기판(20)의 프로브(10)에 면하는 주면(主面)에는, 도전성 재료의 랜드(21)가 배치되어 있다. 랜드(21)에, 프로브(10)의 기단부(11)가 접속한다. 한편, 배선 기판(20)의 다른 쪽의 주면에 접속 단자(22)가 배치되고, 랜드(21)와 접속 단자(22)는, 배선 기판(20)에 형성된 배선 패턴(미도시)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 접속 단자(22)는 도시를 생략한 측정 장치에 접속된다. 배선 기판(20)에는, 프린트 기판 등이 사용된다.
프로브 헤드(30)에는, 복수의 가이드 플레이트를 갖는 구조 등이 채용된다. 도 1에 나타낸 프로브 헤드(30)에서는, 톱 가이드 플레이트(31)와 바텀 가이드 플레이트(32)가, 프로브(10)의 연신 방향을 따라서 스페이서(33)에 의해 상호 이격해서 배치되어 있다. 프로브(10)는, 탑 가이드 플레이트(31)와 바텀 가이드 플레이트(32)에 각각 형성된 가이드 구멍을 관통한 상태로 프로브 헤드(30)에 유지된다. 프로브 헤드(30)의 재료는, 예컨대 세라믹이다.
측정 대상물(2)의 측정시에, 배선 기판(20) 및 프로브(10)를 경유해서 측정 장치와 측정 대상물(2) 사이에서 전기 신호가 전반한다. 예를 들면, 배선 기판(20) 및 프로브(10)를 경유해서 측정 장치에서 전기 신호가 측정 대상물(2)에 송신되고, 측정 대상물(2)에서 출력된 전기 신호가 측정 장치에 송신된다. 이때문에 랜드(21) 및 프로브(10)에는 도전성의 재료가 사용된다.
프로브(10)의 기단부(11)에는, 기단부(11)와 랜드(21)의 접촉 개소의 전기 저항을 줄이는 구조를 채용한다. 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 심재(111)를 덮는 베이스막(112) 및 베이스막(112)을 덮는 표면막(113)을 구비하는 구조를 기단부에 채용한다.
심재(111)에, 구리(Cu) 합금, 은 팔라듐 구리(AgPdCu) 합금, 로듐(Rh), 니켈 (Ni) 등의 도전성의 금속이 사용된다. 베이스막(112)은, 표면막(113)이나 표면막(113)과 베이스막(112) 사이에 형성되는 스트라이크 도금막과 심재(111) 사이에서의 금속 원자의 확산을 방지하는 배리어 막 등으로서 기능한다. 예를 들면, 표면막(113)이나 스트라이크 도금막에 Au 도금막을 사용했을 때에, 베이스막(112)으로서 Ni막을 형성함으로써, Cu 합금 등의 심재(111)에서 Cu가 Au 도금막에 확산되는 것을 방지할 수 있다. Cu/Au 계면에서의 배리어 막으로서, 티타늄(Ti)막, 크롬 (Cr)막, 파라듐(Pd)막 등도 베이스막(112)에 채용 가능하다. 또한, 심재(111)의 재료에 따라서는, 베이스막(112)이 불필요한 경우도 있다. 표면막(113)에도 도전성의 금속막이 사용되고, 자세한 내용은 후술하겠지만, 랜드(21)의 재료와 조성이 다른 금속 재료가 표면막(113)에 사용된다. 또한, 심재(111)에 베이스막(112) 및 표면막(113)을 도금 가공함으로써 Cu 합금의 심재(111)의 산화를 억제할 수 있다.
프로브(10)와 랜드(21)의 접촉 개소의 전기 저항을 줄이기 위해서, 표면 막(113)이나 랜드(21)의 재료에 Au막이 사용된다. 그러나, 랜드(21)와 프로브(10)의 표면막(113)에 각각 Au막을 사용했을 경우에는, 표면막(113)인 Au막과 랜드(21)의 Au막이 유착하는 문제가 생긴다. 랜드(21)의 Au막과 표면막의 Au막이 유착하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 랜드(21)에서 프로브(10)를 뗄 때에 프로브(10)의 표면막(113)의 박리가 생긴다. 프로브(10)에서 박리한 Au막(110)은 랜드(21)의 표면에 부착한다.
측정 대상물(2)의 측정을 반복해서 행하면, 프로브(10)에서 박리한 Au막이 랜드(21)의 표면에 부착하는 현상이 반복된다. 따라서, 랜드(21)의 표면에 부착한 Au막의 막 두께가 점차 증가한다. 이에 따라, 프로브(10)와 랜드(21)의 접촉 상태가 변동하고, 측정 정밀도가 저하하는 등의 문제가 생긴다. 또한, 랜드(21)의 표면에 Au막이 부착하는 현상에 의해 배선 기판(20)에 배치된 복수의 랜드(21)의 높이에 불균일이 생긴다. 그 결과, 프로브(10)의 선단부(12)의 위치에 불균일이 생겨 측정 대상물(2)에 접촉하는 프로브(10)의 바늘 압력이 불균일해진다.
또한, 랜드(21)의 Au막과 표면막(113)의 Au막이 유착하면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 프로브 헤드(30)를 화살표 방향으로 배선 기판(20)으로부터 제거할 때에 프로브(10)가 프로브 헤드(30)에서 빠져 버리는 경우가 있다. 도 4에 나타낸 예에서는, 지면의 좌측에서 두 번째와 다섯 번째의 프로브(10)가 프로브 헤드(30)에서 빠져 있다.
이에 대해, 도 1에 나타내는 프로브(10)에서는, 표면막(113)의 랜드(21)와 접촉하는 부분의 재료는, 기단부(11)와 접촉하는 부분의 랜드(21)의 재료와 조성이 다른 금속 재료이다. 따라서, 프로브(10)의 표면막(113)과 랜드(21)의 유착을 억제할 수 있다.
예를 들면, 랜드(21)의 재료가 Au막인 경우에 프로브(10)의 표면막(113)의 재료에 도전성을 갖는 귀금속을 사용한다. 이때, 「귀금속」이란, 비금속 이외의 금속이며, 이온화되기 어렵고, 예를 들면 공기 중에서 가열해도 산화되기 어려운 금속이다. 따라서, 표면막(113)의 재료에 도전성의 귀금속을 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들면, 표면막(113)의 재료에 사용하는 귀금속으로, Pd, 이리듐(Ir), 백금(Pt), 루테늄(Ru), Rh 등으로 이루어지는 금속군에서 선택되는 일종의 금속 혹은 상기의 일종의 금속을 포함한 합금 등을 채용 가능하다.
예를 들면, 심재(111)에 직경이 30μm정도의 Cu합금을 사용한 경우에, 베이스막(112)에 막 두께가 4.5μm정도의 Ni막을 사용하고, 표면막(113)에 막 두께가 1.0μm정도의 귀금속막을 사용한다. 혹은, 심재(111)에 직경이 35μm정도의 Cu합금을 사용한 경우에, 베이스막(112)에 막 두께가 6.5μm정도의 Ni막을 사용하고, 표면막(113)에 막 두께가 1.0μm정도의 귀금속막을 사용한다. 베이스막(112)이나 표면막(113)은, 예를 들면 도금 가공 등에 의해 형성된다.
또한, 베이스막(112)과 표면막(113)의 재료의 조합에 따라서는, 베이스막(112)과 표면막(113)의 접촉성이 저하되는 경우가 있다. 그와 같은 경우에는, 도 5에 나타내는 바와 같이 베이스막(112)과 표면막(113) 사이에 스트라이크 도금막(114)을 형성해도 좋다. 즉, 표면막(113)을 베이스막(112)의 표면에 직접 형성하는 것이 아니라, 베이스막(112)의 표면을 덮는 스트라이크 도금막(114)을 형성한다. 그리고, 스트라이크 도금막(114)을 덮어서 표면막(113)을 형성한다.
스트라이크 도금막(114)을 형성함으로써, 베이스막(112)의 부동태 피막을 제거, 활성화해서, 베이스막(112)과 표면막(113)의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 스트라이크 도금막(114)에는, 예를 들면 Au막이 사용된다.
또한, 랜드(21)의 재료에 도전성을 갖는 귀금속을 사용해도 좋다. 이때, 프로브(10)의 표면막(113)의 재료에는, 랜드(21)에 사용한 귀금속과는 조성이 다른 귀금속을 사용한다. 혹은, 표면막(113)의 재료에 Au막을 사용하고, 랜드(21)의 재료에 도전성을 갖는 귀금속을 사용해도 좋다. 랜드(21)의 재료에 사용하는 귀금속은, 표면막(113)의 재료에 사용하는 귀금속과 마찬가지로, Pd, Ir, Pt, Ru, Rh 등으로 이루어진 금속군에서 선택되는 일종의 금속 혹은 상기의 일종의 금속을 포함한 합금 등이다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련한 전기적 접속 장치(1)에서는, 프로브(10)의 기단부(11)의 표면막(113)의 재료는, 기단부(11)와 접촉하는 랜드(21)의 재료와 조성이 다른 금속재료이다. 따라서, 전기적 접속 장치(1)에 따르면, 프로브(10)와 배선 기판(20)의 랜드(21)의 유착을 억제할 수 있다.
(그 밖의 실시 형태)
상기와 같이 본 발명은 실시 형태에 따라 기재했지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 이 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안 된다. 이 개시로부터 당업자는 다양한 대체 실시형태, 실시 예 및 운용 기술이 명확해질 것이다.
예를 들면, 상기에서는 표면막(113)이나 랜드(21)의 재료에 귀금속을 사용하는 경우를 나타내었지만, 표면막(113)의 재료와 랜드(21)의 재료의 조성이 다르면, 귀금속 이외의 금속 재료를 표면막(113)이나 랜드(21)의 재료에 사용해도 좋다.
이와 같이, 본 발명은 여기에서는 기재하지 않은 다양한 실시형태 등을 포함 하는 것은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 상기의 설명에서 타당한 특허청구의 범위에 관련한 발명 특정 사항에 의해서만 정해지는 것이다.
1; 전기적 접속 장치
2; 측정 대상물
10; 프로브
11; 기단부
12; 선단부
20; 배선 기판
21; 랜드
30; 프로브 헤드
111; 심재(芯材)
112; 베이스막
113; 표면막
114; 스트라이크 도금막

Claims (8)

  1. 측정 대상물의 전기적 특성의 측정에 사용되는 전기적 접속 장치이며,
    도전성 재료의 랜드가 주면(主面)에 배치된 배선 기판과,
    측정시에 상기 측정 대상물과 접촉하는 선단부 및 상기 랜드와 접촉하는 기단부(基端部)를 가지며, 상기 기단부의 상기 랜드와 접촉하는 표면막의 재료가, 상기 표면막과 접촉하는 상기 랜드의 재료와 조성이 다른 금속 재료인 프로브를
    구비하는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면막과 상기 랜드의 적어도 어느 하나의 재료가 도전성을 갖는 귀금속인 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 귀금속이 팔라듐, 이리듐, 백금, 루테늄, 로듐으로 이루어진 금속군에서 선택되는 일종의 금속 혹은 상기 일종의 금속을 포함한 합금인 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 표면막의 재료가 상기 귀금속이며, 상기 랜드의 재료가 금인 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 표면막의 재료가 금이고, 상기 랜드의 재료가 상기 귀금속인 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 표면막과 상기 랜드의 재료의 각각이, 서로 조성이 다른 상기 귀금속인 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브의 상기 기단부가, 심재(芯材)를 덮는 베이스막 및 상기 베이스막을 덮는 상기 표면막을 구비하는 구조인 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 베이스막과 상기 표면막 사이에 스트라이크 도금막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
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