KR20230082598A - 컨택트 프로브 - Google Patents

Abstract

선단부가 피측정체의 검사점에 확실하게 접촉할 수 있고, 또한 피측정체의 검사점을 깎거나 상처를 내거나 하지 않도록 할 수 있는 컨택트 프로브를 제공하는 것을 과제로 한다. 해결 수단으로서, 금속 도체(11)의 외주에 절연 피막(12)을 가지는 동체부(14)와, 금속 도체(11)의 양단에 형성된 절연 피막(12)을 가지지 않는 단부(16)를 가지고, 축선 방향으로 하중을 가하여 휘게 함으로써 피측정체(20)에 대한 접촉 압력을 얻어 전기 특성을 측정하는 컨택트 프로브(10)에 있어서, 단부(16) 중 적어도 피측정체(20)에 접촉하는 측의 단부(16)의 형상이 곡면이며, 곡면의 곡률반경을 R로 하고, 금속 도체(11)의 직경을 D로 했을 때, R은 0.5D를 넘고 5D 이하의 범위이다.

Description

컨택트 프로브

본 발명은 전자 부품 및 기판 등의 전기 특성의 검사에 사용하는 검사용의 컨택트 프로브에 관한 것이다.

최근, 스마트폰이나 휴대전화 등에 사용되는 고밀도 실장 기판, 또는 퍼스널 컴퓨터 등에 편입시키는 BGA(Ball Grid Array)나 CSP(Chip Size Package) 등의 IC 패키지 기판 등, 다양한 회로 기판이 사용되고 있다.

이들 회로 기판은 실장의 전후의 공정에 있어서, 예를 들면 직류저항값의 측정이나 도통 검사 등이 행해져, 그 전기 특성의 양부가 검사되고 있다.

예를 들면 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 전기 특성의 양부의 검사는 검사 장치에 접속된 검사 장치용 지그(이하, 프로브 유닛이라고 부르는 경우가 있다)를 사용하여 행해진다.

구체적으로는 측정 대상인 회로 기판(이하, 피측정체라고 부르는 경우가 있다)의 전극(이하, 검사점이라고 부르는 경우가 있다)에, 프로브 유닛의 선단에 장착된 핀 형상의 컨택트 프로브의 선단을 접촉시킴으로써 행해진다.

특허문헌 2에는, 컨택트 프로브의 선단부의 형상이 반구 형상, 원추 형상, 선단에 반구 형상을 가지는 원추 형상, 선단에 평탄 형상을 가지는 원추 형상 중 어느 하나의 형상을 적절하게 선택할 수 있다는 취지가 기재되어 있다.

특허문헌 3에는, 컨택트 프로브의 선단부의 형상이 평탄 형상인 것이 기재되어 있다.

일본 특개 2002-131334호 공보 일본 특개 2007-322369호 공보 일본 특개 2013-024716호 공보

상기 서술한 특허문헌 1 및 특허문헌 2와 같이, 컨택트 프로브의 선단부의 형상이 반구 형상이면, 컨택트 프로브의 선단부가 피측정체의 검사점으로부터 지나치게 미끄러져버려, 컨택트 프로브의 선단부가 검사점에 접촉하지 않아 정확한 검사를 행할 수 없을 우려가 있다.

또 특허문헌 2와 같이, 컨택트 프로브의 선단부의 형상이 원추 형상, 선단에 반구 형상을 가지는 원추 형상, 선단에 평탄 형상을 가지는 원추 형상인 경우에는, 피측정체의 검사점과의 접촉 면적이 작아져버리기 때문에, 최근의 전극의 협피치화에 따라 각 검사점에 대하여 컨택트 프로브의 선단부를 접촉시켜 검사하는 것이 곤란하게 될 우려가 있다.

또한 특허문헌 3과 같이, 컨택트 프로브의 선단부의 형상이 평탄 형상인 경우에는, 피측정체의 검사점과의 접촉 면적은 충분하지만, 컨택트 프로브의 선단부에 직각의 엣지부가 생겨 있기 때문에, 이 엣지부가 검사점과 접촉한 경우에 있어서는 검사점이 깎이거나 상처가 나거나 해버릴 우려가 있다.

그래서, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어져, 그 목적은 컨택트 프로브의 선단부가 피측정체의 검사점에 확실하게 접촉할 수 있고, 또한 피측정체의 검사점을 깎거나 상처를 내거나 하는 것을 경감하는 컨택트 프로브를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 컨택트 프로브에 의하면, 핀 형상의 금속 도체의 외주에 절연 피막을 가지는 동체부와, 상기 금속 도체의 양단에 형성된 상기 절연 피막을 가지지 않는 단부를 가지고, 축선 방향으로 하중을 가하여 휘게 함으로써 피측정체에 대한 접촉 압력을 얻어 전기 특성을 측정하는 컨택트 프로브에 있어서, 상기 단부 중 적어도 피측정체에 접촉하는 측의 단부의 형상이 곡면이며, 이 곡면의 곡률반경을 R로 하고, 상기 금속 도체의 직경을 D로 했을 때, R은 0.5D를 넘고 5D 이하의 범위인 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성을 채용함으로써, 피측정체에 접촉하는 단부를 거의 평탄 형상에 가까운 곡면으로 할 수 있으므로, 피측정체의 검사점에 접촉시켰을 때 지나치게 미끄러지는 일이 없어지고, 또 엣지부가 직각이 아니게 되기 때문에 검사점에 대하여 면접촉할 수 있어, 검사점을 깎거나 상처를 내거나 하지 않도록 할 수 있다.

또 상기 곡률반경 R은 D 이상인 것을 특징으로 해도 된다.

또 상기 금속 도체의 직경이 8μm 이상 180μm 이하인 것을 특징으로 해도 된다.

본 발명에 의하면, 피측정체의 검사점에 확실하게 접촉할 수 있고, 또한 피측정체의 검사점을 깎거나 상처를 내거나 하지 않도록 할 수 있는 컨택트 프로브를 제공할 수 있다.

도 1은 컨택트 프로브의 개략 평면도이다.
도 2는 컨택트 프로브의 사용 태양을 나타내는 설명도이다.
도 3은 컨택트 프로브의 단부의 확대도이다.
도 4는 2개소의 검사점에 컨택트 프로브의 단부가 접촉하는 것을 나타내는 설명도이다.
도 5는 단부의 형상을 변경하여, 미끄럼 시험과 상처 시험을 실시한 경우의 결과를 정리한 표이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 표에 있어서 대응하는 단부의 형상을 나타내는 설명도이다.

이하, 도면에 기초하여 본 발명의 컨택트 프로브의 실시형태를 상세하게 설명한다.

도 1은 컨택트 프로브의 개략 평면도이며, 도 2는 컨택트 프로브를 사용하여 피측정체의 전기 특성 등의 검사를 실행할 때의 설명도이다.

컨택트 프로브(10)는 단면 원형의 매우 가는 원기둥 형상(핀 형상)의 금속 도체(11)로 이루어지고, 금속 도체(11)의 외주에 절연 피막(12)을 가지는 동체부(14)를 가지고 있다. 금속 도체(11)의 양단에는 절연 피막(12)을 가지고 있지 않은 단부(16)가 형성되어 있다.

컨택트 프로브(10)는 축선 방향으로 하중을 가하여 휘게 함으로써, 피측정체 에 대한 접촉 압력을 얻어 전기 특성을 검사하도록 구성되어 있다.

(컨택트 프로브를 사용한 전기 특성의 검사 방법)

컨택트 프로브의 사용 태양의 설명을 도 2에 기초하여 행한다.

여기서 나타내는 예에서는, IC 패키지 기판 등을 피측정체(20)로 하고, 피측정체(20)의 표면에 형성되어 있는 복수의 전극을 검사점(22)으로 하여, 이 검사점(22)에 대하여 컨택트 프로브(10)의 단부(16)를 접촉시킨다.

검사용의 지그인 프로브 유닛(30)은 복수의 컨택트 프로브(10)를 가진다.

프로브 유닛(30)은 복수의 컨택트 프로브(10)의 상단부를 유지하는 상측 플레이트(32)와, 컨택트 프로브(10)의 하단부를 가이드하는 하측 플레이트를 가지고, 상측 플레이트(32)와 하측 플레이트(34) 사이는 지지 기둥(36)에 의해 지지되어 있다.

하측 플레이트(34)에는 컨택트 프로브(10)의 하단부보다 다소 대직경의 가이드 구멍이 형성되어 있어, 컨택트 프로브(10)의 하단부가 가이드 구멍 내를 축선 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

또 상측 플레이트(32)에는 복수의 컨택트 프로브(10)의 각 상단부와 전기적으로 접속되는 복수의 리드선(37)이 배치된다. 복수의 리드선(37)은 측정기(도시하지 않음)나 전원(도시하지 않음)에 접속된다.

도 2의 우측 도면과 같이, 피측정체(20)의 상방에, 각 컨택트 프로브(10)의 하단부가 피측정체(20)의 각 검사점(22)의 위치에 대향하도록, 프로브 유닛(30)을 배치한다.

그리고, 각 컨택트 프로브(10)의 하단부를 피측정체(20)의 각 검사점(22)에 접촉시키도록 프로브 유닛(30)을 하강시키고, 또한 도 2의 우측 도면과 같이, 프로브 유닛(30)을 상방으로부터 하방을 향하여 가압한다.

그러면, 컨택트 프로브(10)의 축선 방향을 따라 하중이 가해져 컨택트 프로브(10)가 휜다. 이 때 컨택트 프로브(10)의 단부(16)는 컨택트 프로브(10)가 휜 것에 따른 탄성력에 의한 소정의 접촉 압력으로 검사점(22)에 접촉한다.

(금속 도체)

금속 도체(11)로서는 높은 도전성과 높은 탄성률을 가지는 금속선(금속 스프링선이라고도 한다)이 사용된다. 금속 도체(11)에 사용되는 금속 재료로서는 텅스텐, 레늄텅스텐, 베릴륨구리 등의 구리 합금, 팔라듐 합금, 구리 은 합금 등을 적합하게 사용할 수 있다.

금속 도체(11)의 상기 금속 재료의 표면에는, 금속 도체(11)와 피측정체(20)의 검사점(22) 또는 검사 장치의 리드선(37)과의 접촉저항값의 상승을 억제하기 위해서, 도금층이 필요에 따라 설치되어 있어도 된다. 도금층을 형성하는 금속으로서는 니켈, 금, 로듐 등의 금속이나 금 합금 등의 합금을 들 수 있다. 도금층은 단층이어도 되고 복층이어도 된다. 복층의 도금층으로서는 예를 들면 니켈 도금층 상에 금 도금층이 형성된 것을 바람직하게 들 수 있다. 도금층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 1μm 이상 5μm 이하로 할 수 있다.

본 실시형태의 금속 도체(11)의 도체 직경은 최근의 협피치화의 요청으로부터 세경화가 요구되고 있어, 8μm 이상 180μm 이하인 것을 적합하게 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 도체 직경은 10μm 이상 110μm 이하의 범위 내인 것을 사용할 수 있다.

금속 도체(11)는 소정의 직경의 핀 형상의 도체가 되도록 냉간 또는 열간 신선 등의 소성 가공에 의해 제조된다.

또한 컨택트 프로브(10)를 프로브 유닛(30)에 장착하기 쉽게 하고, 또한 프로브 유닛(30)의 하측 플레이트(34)의 가이드 구멍에 걸리지 않아, 컨택트 프로브(10)의 움직임이 방해되는 일이 없도록 하기 위해서, 금속 도체(11)의 진직도가 높은 것이 바람직하고, 구체적으로는 진직도는 곡률반경 1000mm 이상인 것이 바람직하다.

진직도가 높은 금속 도체(11)는 절연 피막(12)을 설치하기 전의 긴 금속선을 직선 교정 처리함으로써 얻어진다. 직선 교정 처리는 예를 들면 회전 다이스식 직선 교정 장치 등에 의해 행해진다.

(단부)

금속 도체(11)의 양단부 중 일방의 단부(16)가 피측정체(20)의 검사점(22)에 접촉한다.

본 실시형태의 컨택트 프로브(10)는 도 3에 나타내는 바와 같이 적어도 금속 도체(11)의 양단부 중 피측정체(20)의 검사점(22)에 접촉하는 단부(16)의 형상을 곡면으로 한다.

또 이 곡면의 곡률반경을 R로 하고, 금속 도체(11)의 직경을 D로 했을 때, R은 0.5D를 넘고 5D 이하(이하, 0.5D<R≤5D로 표현하는 일도 있다)인 구성을 적합하게 사용할 수 있다.

단, 상기 서술한 바와 같은 조건의 곡면으로 하는 것은 한쪽의 단부(16) 뿐만아니라 양단부를 상기 서술한 바와 같은 조건의 곡면으로 형성해도 된다.

단부(16)의 곡면의 곡률반경 R을 0.5D<R≤5D로 함으로써, 피측정체(20)의 검사점(22)에 접촉하는 단부(16)를 거의 평탄 형상에 가까운 곡면으로 할 수 있다.

이 때문에, 단부(16)를 피측정체(20)의 검사점(22)에 접촉시켰을 때 지나치게 미끄러지는 일이 없어진다. 또 단부(16)의 엣지부가 직각이 아니기 때문에, 검사점(22)에 대하여 면접촉할 수 있고, 검사점(22)을 깎거나 상처를 내거나 하는 것을 억제할 수 있다. 또한 검사점(22)에 대한 접촉 면적을 충분히 확보할 수 있다.

상기 서술한 바와 같이 금속 도체(11)의 직경을 8μm 이상 180μm 이하로 하면, 예를 들면 단부(16)의 곡률반경 R은 D=8μm인 경우 4μm<R≤40μm의 범위가 되고, D=180μm인 경우 90μm<R≤900μm의 범위가 된다.

또 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 컨택트 프로브(10)는 피측정체(20)에서의 2개의 검사점(22)의 중간에 배치시키는 것 같은 경우에 있어서 적합하게 사용할 수 있다. 또한 도 4에서는 반구 형상의 검사점(22)을 도시했지만, 검사점(22)의 형상은 이와 같은 형상에 한정되는 것은 아니다.

이 경우, 특히 반구 형상의 검사점(22)에 대하여 단부가 지나치게 미끄러지는 일이 없고, 또 검사점(22)에 대한 접촉 면적을 충분히 확보할 수 있다. 또 단부(16)의 엣지부가 직각이 아니기 때문에, 검사점(22)에 대하여 면접촉할 수 있고, 2개의 검사점(22)을 깎거나 상처를 내거나 하지 않도록 할 수 있다.

금속 도체(11)의 단부(16)를 상기 서술한 형상으로 형성하는 방법으로서는, 금속 도체(11)의 단부(16)를 연삭 가공함으로써 행해진다.

연삭 가공은 연삭 포지(布紙)를 사용하거나, 다이아몬드 휠을 사용하거나 함으로써 행할 수 있다. 또 핀 형상의 금속 재료를 연삭 가능한 공지의 연삭가공기를 사용해도 된다.

(절연 피막)

절연 피막(12)은 절연성을 가지는 피막이면 그 재료에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 폴리우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아미드이미드 수지 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 수지 재료를 적합하게 사용할 수 있다.

또 이들 수지로 이루어지는 절연 피막(12)은 수지의 종류에 따라 내열성이 상이하기 때문에, 피측정체(20)의 검사시에 발생하는 열 또는 주위 환경 온도를 고려하여 임의로 선택할 수 있다.

절연 피막(12)의 두께는 전기절연성을 확보할 수 있을 정도의 두께이면 되고, 금속 도체(11)의 직경과의 관계를 고려하여, 1μm 이상 30μm 이하의 범위 내에서 적절하게 설정된다.

절연 피막(12)은 금속 도체(11)에 소부 에나멜 피막으로서 형성되는 것이 바람직하다. 소부 에나멜 피막은 도료의 도포와 소부의 반복에 의한 연속 공정으로 형성되므로, 생산성이 좋고, 금속 도체(11)와의 사이의 밀착성이 높으며 또한 피막 강도를 보다 높은 것으로 할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는 금속 도체(11)의 각각의 단부(16)로부터 소정 길이분만큼 절연 피막(12)이 제거되어 있는 영역이 형성되어 있다. 절연 피막(12)이 제거되어 있는 영역의 길이는 프로브 유닛(30)의 구조 등에 기초하여 적절하게 설정된다.

(실시예)

이하의 실시예에서는, 금속 도체(11)로서, 긴 레늄텅스텐선(외경 D:0.025mm)을 사용했다.

절연 피막(12)은 2층 구조로 하고, 제1 절연 피막은 우레탄 수지계 에나멜 도료를 제1 절연 피막용 도료로서 사용하여, 두께 1μm로 제1 절연 피막을 형성했다. 제2 절연 피막은 제1 절연 피막과 동일한 에나멜 도료를 사용하고, 그 에나멜 도료 100중량부에 대하여 안료(BASF재팬 가부시키가이샤제, 상품명:Irgazin(등록상표))를 4중량부 함유시킨 제2 절연 피막용 에나멜 도료로서, 두께 2.5μm로 제2 절연 피막을 형성했다.

절연 피막(12)(총 두께 약3.5μm)이 형성된 긴 컨택트 프로브를 정척절단기로 절단하여 길이 10mm의 절연 피막 부착 컨택트 프로브를 잘라내고, 그 절연 피막 부착 컨택트 프로브의 양단부의 소정 길이를 레이저 박리하여, 도 1에 나타내는 양태로 이루어지는 컨택트 프로브(10)를 제작했다.

연삭가공장치에 의해 금속 도체(11)를 가공할 때 연삭 각도나 시간 등을 적절하게 조정함으로써 단부(16)의 형상을 조정했다.

또한 절연 피막(12)이 박리되어 노출된 금속 도체(11)의 표면에, 전기 도금으로 두께 1μm의 니켈 도금층을 설치한 후, 또한 그 위에 두께 0.2μm의 금 도금층을 설치하여 합계 두께가 1.2μm인 도금층을 형성했다.

도 5에, 상기 서술한 실시예에 따른 컨택트 프로브(10)의 단부(16)의 곡면의 곡률반경 R을 변경한 경우에 있어서의, 단부(16)의 검사점(22)에 대한 미끄러짐, 검사점(22)에 있어서의 상처의 평가를 행한 결과를 나타낸다. 또한 본 실시예에 있어서 금속 도체(11)의 직경 D는 일정하다.

또한 비교예 1로서 단부의 곡률반경 R이 0.5D인 경우, 비교예 2로서 단부가 평탄 형상인 경우, 비교예 3으로서 단부가 예각인 경우에 대해서 평가를 행했다.

덧붙여서, 도 6에는, 도 5의 실시예 및 비교예에 있어서의 컨택트 프로브(10)의 단부 형상에 대한 개략을 도시하고 있다.

도 6a는 단부가 곡면인 것이다.

도 6b는 단부가 평탄 형상인 것이다.

도 6c는 단부가 예각인 것이다.

미끄럼 평가의 방법은 컨택트 프로브(10)의 단부(16)와 피측정체(20)의 접촉 시험을 10000회 행하여, 미끄럼이 발생한 횟수가 9회 이하인 경우는 평가 A, 10회 이상 99회 이하인 경우는 평가 B, 100회 이상인 경우는 평가 C로 한다.

상처 평가의 방법은 컨택트 프로브(10)의 단부(16)와 피측정체(20)의 접촉 시험을 10000회 행하여, 상처가 없는 경우는 평가 A, 상처가 있는 경우는 평가 B로 한다.

이하, 각 실시예에 대해 설명한다.

실시예 1의 단부는 R=5D이며, 대응 모델은 도 6a이다 . 실시예 1에 있어서의 미끄럼 평가는 A, 상처 평가는 A였다.

실시예 2의 단부는 R=4D이며, 대응 모델은 도 6a이다 . 실시예 2에 있어서의 미끄럼 평가는 A, 상처 평가는 A였다.

실시예 3의 단부는 R=3D이며, 대응 모델은 도 6a이다 . 실시예 3에 있어서의 미끄럼 평가는 A, 상처 평가는 A였다.

실시예 4의 단부는 R=2D이며, 대응 모델은 도 6a이다 . 실시예 4에 있어서의 미끄럼 평가는 A, 상처 평가는 A였다.

실시예 5의 단부는 R=1.5D이며, 대응 모델은 도 6a이다 . 실시예 5에 있어서의 미끄럼 평가는 A, 상처 평가는 A였다.

실시예 6의 단부는 R=D이며, 대응 모델은 도 6a이다 . 실시예 6에 있어서의 미끄럼 평가는 A, 상처 평가는 A였다.

실시예 7의 단부는 R=0.9D이며, 대응 모델은 도 6a이다 . 실시예 7에 있어서의 미끄럼 평가는 B, 상처 평가는 A였다.

실시예 8의 단부는 R=0.7D이며, 대응 모델은 도 6a이다 . 실시예 8에 있어서의 미끄럼 평가는 B, 상처 평가는 A였다.

또한 비교예 1의 단부는 R=0.5D이며, 형상으로서는 실시예 1~실시예 8과 마찬가지이지만 실시예 1~8보다 곡률반경이 크게 형성되어 있다. 비교예 1에 있어서의 미끄럼 평가는 C, 상처 평가는 A였다.

비교예 2의 단부는 평탄 형상이며, 대응 모델은 도 6b이다. 비교예 2에 있어서의 미끄럼 평가는 A, 상처 평가는 B였다.

비교예 3의 단부는 선단이 첨예한 예각이며, 대응 모델은 도 6c이다. 비교예 3에 있어서의 미끄럼 평가는 A, 상처 평가는 B였다.

도 5의 결과로부터, 비교예 1과 같이 컨택트 프로브(10)의 단부가 곡면으로서, 그 곡률반경 R이 R≤0.5D인 경우에는 미끄러지기 쉬워지기 때문에, 미끄럼 평가가 나빠지는 것이 판명되었다.

또 비교예 2와 같이 컨택트 프로브의 단부가 평탄 형상이면, 미끄럼 평가는 문제없지만, 상처가 나 있었다.

또한 비교예 3과 같이 컨택트 프로브의 단부가 예각이면, 미끄럼 평가는 문제없지만, 상처가 나 있었다.

따라서, 컨택트 프로브(10)의 단부가 곡면으로서, 그 곡률반경 R이 0.5D<R≤5D인 경우에는 미끄러지기 쉽지 않고, 또한 상처도 나지 않기 때문에 적합한 것이 판명되었다.

또한 실시예 1~6의 미끄럼 평가와 상처 평가는 양쪽 모두 A였다. 이 때문에, 실시예 1~6과 같이, D≤R≤5D가 되는 R의 범위가 더욱 바람직한 것도 판명되었다.

Claims (3)

1. 핀 형상의 금속 도체의 외주에 절연 피막을 가지는 동체부와,
   상기 금속 도체의 양단에 형성된 상기 절연 피막을 가지지 않는 단부를 가지고,
   축선 방향으로 하중을 가하여 휘게 함으로써 피측정체에 대한 접촉 압력을 얻어 전기 특성을 측정하는 컨택트 프로브로서,
   상기 단부 중 적어도 피측정체에 접촉하는 측의 단부의 형상이 곡면이며, 이 곡면의 곡률반경을 R로 하고, 상기 금속 도체의 직경을 D로 했을 때, R은 0.5D를 넘고 5D 이하인 것을 특징으로 하는 컨택트 프로브.
2. 제1항에 있어서, 상기 곡률반경 R은 D 이상인 것을 특징으로 하는 컨택트 프로브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 도체의 직경이 8μm 이상 180μm 이하인 것을 특징으로 하는 컨택트 프로브.

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