WO2007052508A1

WO2007052508A1 - プローブカード用プローブ針

Info

Publication number: WO2007052508A1
Application number: PCT/JP2006/321233
Authority: WO
Inventors: Norihisa Himeno
Original assignee: Tokusen Kogyo Co., Ltd.
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2007-05-10
Also published as: TW200732668A; JP2007212139A

Abstract

導電性と耐腐食性と耐摩耗性に優れ、チップ電極への適切な当接力を有し、製造時の曲げ加工性が良好で、実際の使用時において曲げや折れが発生しにくいプローブカード用プローブ針を提供する。白金が１～１０重量％で、銀が５～１５重量％で、銅、ニッケルのいずれか一方又は両方を合わせて１０～２０重量％で、残部が主として金からなる成分組成のプローブカード用プローブ針において、引張り強さが１０００～１２００Ｎ／mm２で、かつビッカース硬さＨｖが３００～３６０である。

Description

明細書

プローブカード用プローブ金十

技術分野

[0001] 本発明はプローブカード用プローブ針に関し、詳しくは、先端部を被測定体の電極と接触させてその被測定体の電気的特性を安定して測定するためのプローブカード用プローブ針に関するものである。背景技術

[0002] 近年、携帯電話等に使用される高密度実装基板、または、パソコン等に組み込まれる BGA(Ball Grid Array)や CSP(Chip Size Package)等の ICパッケージ基板のような様々な回路基板が用いられている。このような回路基板は、実装の前後の工程において、例えば、直流抵抗値の測定や導通検査が行われ、その電気的特性の良否が検査されている。電気的特性の良否の検査は、電気的特性を測定する測定装置に接続された検査装置用治具 (以下、「プローブカード」 t 、う）を用いて行われて!/ヽる。プローブカードは多数のプローブ針を有し、そのプローブ針の先端部を回路基板 ( 被測定体)のチップ電極に接触させ、プローブ針を介して被測定体の電気的特性が測定装置によって測定される。ところで、被測定体のチップ電極は、その表面に酸ィ匕膜等の絶縁膜が形成されやすぐプローブ針を単にチップ電極に接触させただけでは両者間の抵抗値 (接触抵抗値)が高過ぎて、正確な測定ができないことがある。しかし、先端部を鋭利な針状に加工したプローブ針を用いることにより、被測定体のチップ電極表面に形成された絶縁膜を突き破ることができる。その結果、プローブ針とチップ電極が確実に接触するので、接触抵抗値が低下し、検査の正確性を向上させることがでさる。

[0003] ここで、図 1および図 2を参照してプローブカードの構成を説明する。図 1 (a)はプローブカードの一例の断面図、図 1 (b)は被測定体の一例の側面図、図 2はプローブ力ード用プローブ針の一例の側面図である。プローブカード 1は、図 1 (a)に示すように

、中央に開口 2を有する基板本体 3と、基板本体 3の下面に取り付けられ、下方斜めに突出して開口 2の下方に先端部を有する多数のプローブ針 4とを備えている。 [0004] プローブ針 4の基端部は基板本体 3を貫通する導体部 5の下端 5aに接続され、プローブ針 4の先端部近傍は、開口 2の縁部に沿って設けられたエポキシ系榭脂層 6によって固定されている。導体部 5の上端は基板本体 3に形成された配線パターン 7〖こよって基板端子 8に接続され、プローブ針 4力導体部 5、配線パターン 7および基板端子 8を介して測定装置（図示せず）に接続されている。プローブ針 4の先端部は、図 1 (b)に示すプローブカード 1下方のウェハ載置台 9上のウェハ W上に形成された各半導体装置 Tのチップ電極 Cと接触する接触端部となっている。

[0005] プローブ針 4は図 2に示すように、最も直径の大きな基端部 4aと、基端部 4aから徐々に直径が小さくなつて伸びている縮径部 4bと、下方に屈曲する屈曲部 4cと、チップ電極と接触する先端部 4dとから構成されている。基端部 4aの直径は 0. 05〜0. 2 Omm、プローブ針 4の全長は 20〜： L OOmm程度である。このプローブ針 4の材料としては、加工性が良ぐし力も硬度が高くて弾力性を有する金属、例えば、レニウム含有タングステンが用いられて、る。このレニウム含有タングステンはプローブ針の材料として好ましい性能を有するものの、その表面が酸化されやすぐ一日放置しただけで表面に電気抵抗値の高い酸化物が形成される。そのため、プローブ針の接触抵抗値が上昇し、プローブ針の導電性が低下するという問題がある。

[0006] また、通常、チップ電極はアルミニウムで形成されており、アルミニウム製のチップ電極とプローブ針の先端部との接触を繰り返していくと、徐々にプローブ針の先端部の金属表面にアルミニウムが付着して、アルミニウム酸ィ匕物がプローブ針の先端部に生成する。先端部がこのような状態になると、プローブ針の先端部の電気抵抗値が高くなり、チップ電極の電気的特性を正確に測定することができなくなる。そこで、チップ電極と接触するプローブ針の先端部を研磨して、プローブ針の接触抵抗を下げる必要がある。通常、数十チップ力も数百チップに接触するごとに、チップ電極と接触するプローブ針の先端部が研磨されて、る。

[0007] ところで、プローブカード用プローブ針に要求される特性としては、まず、導電性が安定して高、ことである力上記したレニウム含有タングステンに代表されるように、導電性が安定して高い材料はいまだ提案されていない。当然のことながら、プローブ針は耐腐食性に優れていることが必要である。また、電気的特性を正確に測定するためには、チップ電極への適切な当接力を有し、繰り返しチップ電極に接触しても曲力^にくぐ上記のような研磨作業によっても摩耗しにくぐ製造時に折れや割れが発生しな、ように曲げカ卩ェ性に優れて、ることが必要である。

[0008] 例えば、この種の技術に関するものとして、特許文献 1には、プローブカード用プローブ針の製造時における折れや割れの発生を抑制して曲げ加工性が良好で、導電性と耐腐食性に優れ、チップ電極への適切な当接力を有し、耐摩耗性に優れたプローブカード用プローブ針として、白金が 1〜10重量％で、銀が 5〜15重量％で、銅、ニッケルのいずれか又は双方が 10〜20重量％で、残部が金及び不可避的な不純物からなり、引張り強さが 1000〜1400NZmm²またはビッカース硬さ Hvが 300〜4 00であるプローブカード用プローブ針が提案されている。

[0009] 特許文献 1に提案されたプローブカード用プローブ針は、導電性と耐腐食性に優れ、チップ電極への適切な当接力を有し、耐摩耗性に優れているという特徴を有するものの、引張り強さ及びビッカース硬さの両方の数値が適切なレベルではないため、製造時における曲げ加工性が必ずしも満足できるレベルではなぐ特に、実際の使用時にお、て曲がりや折れが発生しやす、と、う欠点がある。

特許文献 1：特開 2002— 270654号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] 本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、導電性と耐腐食性と耐摩耗性に優れ、チップ電極への適切な当接力を有し、製造時における曲げ加工性が良好で、実際の使用時において曲げや折れが発生しにくいプローブカード用プローブ針及びその製造方法を提供することにある。課題を解決するための手段

[0011] 上記目的を達成するために本発明者は鋭意調査研究の結果、特定の合金組成を有する金属材料において、引張り強さと硬度を適正な範囲に設定することにより、プローブカード用プローブ針として好適のものを提供しうることを見出し、本発明に到達したのである。

[0012] すなわち、本発明のプローブカード用プローブ針は、白金が 1〜10重量％で、銀力〜 15重量％で、銅、ニッケルのいずれか一方又は両方を合わせて 10〜20重量 %で、残部が主として金力なる成分組成のプローブカード用プローブ針にぉ、て、引張り強さ力 ^s1000〜1200N/mm²で、力っビッカース硬さ Hv(0. 1)力 300〜360 であることを特徴として、る。

[0013] また、本発明のプローブカード用プローブ針の製造方法は、白金が 1〜10重量％で、銀が 5〜15重量％で、銅、ニッケルのいずれか一方又は両方を合わせて 10〜2 0重量％で、残部が主として金からなる成分組成の線材に 300〜400°Cで 5〜10分間熱処理を施し、さら〖こ、その線材を所定の長さに切断することによって得た切断片に尖頭加工と先端部の曲げ加工を施すことによりプローブカード用プローブ針を製造することを特徴として、る。

[0014] なお、本発明のプローブカード用プローブ針は、不可避的な不純物を含む。

発明の効果

[0015] 請求項 1記載のプローブカード用プローブ針は、導電性と耐腐食性と展延性に優れている金と、耐腐食性と適度の硬さを有する白金と、優れた導電性を有する銀と、導電性と耐摩耗性とパネ特性に優れて、る銅と、耐摩耗性とパネ特性に優れて、るニッケルとを適量含有し、引張り強さ力 Sl000〜1200NZmm²で、かつビッカース硬さ Hv(0. 1)が 300〜360であることにより、導電性と耐腐食性と耐摩耗性に優れ、チップ電極への適切な当接力を有し、製造時における曲げ加工性が良好で、実際の使用時において曲げや折れが発生しに《なる。

[0016] 請求項 2記載の発明によれば、請求項 1記載のプローブカード用プローブ針の好ま LV、製造方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]図 1 (a)はプローブカードの一例の断面図、図 1 (b)は被測定体の一例の側面図である。

[図 2]図 2はプローブカード用プローブ針の一例の側面図である。

符号の説明

[0018] 1 プローブカード

2 開口 3 基板本体

4 プローブ針

4a 基端部

4b 縮径部

4c 屈曲部

4d 先端部

5 導体部

6 エポキシ系榭脂層

7 配線パターン

8 基板端子

9 ウェハ載置台

W ウェハ

T 半導体装置

C チップ電極

発明を実施するための最良の形態

以下に本発明を実施するための最良の形態について説明する。

(1)成分元素の限定理由

《金》

金は、耐腐食性が高ぐ導電性が優れているという特徴を有しているが、柔ら力い。そこで、一定以上の強度を確保するという点から、金の含有量は 84重量％以下に抑えることが好ましい。

《白金》

白金は、耐腐食性に優れ且つ適度の硬さを有するので、 1重量％以上含有することが好ましい。しかし、白金は高価な元素であるから、コストの増加を抑えるという点から、 10重量％以下とすることが好ましい。

《銀》

銀は導電性が金属中で最大であるので、 5重量％以上含有することが好ましい。しかし、銀を多量に含有すると耐摩耗性とパネ特性と耐腐食性が低下することがある。そこで、銀は 15重量％以下とすることが好ましい。

《銅》

銅は導電性に優れ、耐摩耗性とパネ特性を向上させるので、 10重量％以上含有することが好ましい。しかし、銅は耐腐食性が劣っている。そこで、銅は 20重量％以下とすることが好ましい。

《ニッケル》

ニッケルは、耐摩耗性とパネ特性を向上させるので、 10重量％以上含有することが好ましい。しかし、ニッケルは耐腐食性が劣っている。そこで、ニッケルは 20重量％以下とすることが好ましい。

[0020] なお、耐摩耗性とパネ特性を向上させるためには、銅、ニッケルの、ずれか一方又は両方を合わせて 10重量％以上含有すればよぐ耐腐食性の劣化を抑えるためには、銅、ニッケルのいずれか一方又は両方を合わせた含有量は 20重量％以下とするのが好ましい。

[0021] このように、本発明は金、銀あるいは銅といった導電性が非常に高い金属元素で構成されているので、ジュール熱による発熱を抑えることができる。

[0022] また、金が主構成元素であるから、耐腐食性と展延性に優れ、防鲭目的の表面処理が不要であり、製造時の曲げ加工性が良好である。

[0023] さらに、金と白金、銀、銅および Zまたはニッケルとの合金であるから、必要な強度を備え、耐摩耗性とパネ特性が優れ、チップ電極への適切な当接力を有している。

[0024] このように、白金が 1〜10重量％で、銀が 5〜15重量％で、銅、ニッケルのいずれか一方又は両方を合わせて 10〜20重量％で、残部が主として金力もなる成分組成を有する本発明のプローブカード用プローブピンは、導電性が高ぐ耐腐食性と耐摩耗性とパネ特性に優れ、チップ電極への適切な当接力を有している。しかし、これらの特性を備えるだけでは、プローブカード用プローブピンとして十分ではなぐ以下に説明するように、引張り強さと硬さの両方の数値が特定範囲内にあることが必要である。

(2)引張り強さと硬度の限定理由

本発明のプローブカード用プローブピンは、引張り強さ力 Sl000〜1200NZmm² で、かつビッカース硬さ Hv(0. 1)が 300〜360であるという重要な特徴を備えることにより、製造時における曲げ加工性が良好で、実際の使用時において折れや曲げが発生しな!、と、う効果を達成することができる。

[0025] 引張り強さが 1200NZmm²を超えるか又はビッカース硬さ Hv(0. 1)が 360を超えると、製造時の曲げ加工において折れが発生したり、実際の使用時に折れやすくなる。また、引張り強さが lOOONZmm²を下回るか又はビッカース硬さ Hv(0. 1)が 30 0を下回ると、耐摩耗性が不足したり、実際の使用時において曲がりやすくなる。

(3)本発明のプローブカード用プローブ針の製造方法

本発明のプローブカード用プローブ針は、所定の成分組成の線材に熱処理を施し、さらに、加工や熱処理に伴って発生する曲げや変形を矯正して真っ直ぐにするための真直矯正力卩ェをその線材に施し、次いで、その線材を所定の長さに切断することによって得た切断片に先端を鋭くするための尖頭加工を施し、さらに、その切断片の先端部に曲げ加工を施すことにより、プローブカード用プローブ針を製造することができる。

[0026] 上記の各工程の中で、熱処理工程は次に説明するように極めて重要である。

《引張り強さと硬さ》

熱処理条件は、プローブ針の引張り強さや硬さを所定の数値に設定する上で極めて重要である。例えば、熱処理温度は 300〜400°Cで、熱処理時間は 5〜10分が好ましい。熱処理温度が 300°C未満では、長時間熱処理を行っても引張り強さが 1000 NZmm²を下回るか又はビッカース硬さ Hv(0. 1)が 300を下回ることがあり、熱処理温度が 400°Cを超えると、短時間の熱処理でも弓 I張り強さが 1200NZmm²を超えるか又はビッカース硬さ Hv(0. 1)が 360を超えることがある。また、熱処理時間が 5分未満では、熱処理温度が 300〜400°Cの範囲内であっても、引張り強さが 1000NZ mm²を下回るか又はビッカース硬さ Hv(0. 1)が 300を下回ることがある。さらに、熱処理時間が 10分を超えると、熱処理温度が 300〜400°Cの範囲内であっても、引張り強さが 1200N/mm²を超えるか又はビッカース硬さ Hv(0. 1)が 360を超えることがある。

実施例 1 [0027] 以下に、本発明の好ましい実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではなぐ本発明の技術的範囲を逸脱しな、範囲にお!、て適宜変更および修正が可能である。

(1)プローブカード用プローブ針の製造

以下の表 1に示すような成分組成 (重量％)の材料を溶解し、この金属溶湯から铸造によりインゴットを得、このインゴットに所定の熱処理と伸線力卩ェを施して、直径が 0 . 1mmの線材を得た。

[0028] [表 1]

次に、この線材に 300〜400°Cの範囲内で 5〜10分間熱処理を施すことにより、各種線材を得た。さらに、この線材の曲げや変形を矯正して真っ直ぐにするために、真直矯正加工をその線材に施し、次いで、その線材を所定の長さに切断した後、切断後の各切断片に先端を鋭くするための尖頭加工を施し、さらに、その切断片の先端部に曲げ力卩ェを施すことにより、図 2に示すようなプローブカード用プローブ針を製造した。

[0029] 上記熱処理において、 320°Cで 6分間熱処理することにより、引張り強さが 1020N

Zmm²で、ビッカース硬さ Hv(0. 1)が 311のプローブ針を得た（実施例 1)。

[0030] また、 350°Cで 9分間熱処理することにより、引張り強さが 1186NZmm²で、ピツカース硬さ Hv(0. 1)力 ¾58のプローブ針を得た（実施例 2)。

[0031] また、 370°Cで 5分間熱処理することにより、引張り強さが 1008NZmm²で、ピツカース硬さ Hv(0. 1)が 346のプローブ針を得た（実施例 3)。

[0032] さらに、 380°Cで 7分間熱処理することにより、引張り強さが 1112NZmm²で、ビッカース硬さ Hv(0. 1)が 308のプローブ針を得た（実施例 4)。

[0033] また、比較例 1ないし 4として、実施例 1ないし 4と同一成分組成のものについて、上記プローブカード用プローブ針の製造工程中の熱処理条件だけを変更することにより、引張り強さ又はビッカース硬さのいずれかが本発明の範囲を外れるものを作製した。すなわち、比較例 1として、 340°Cで 3分間熱処理することにより、引張り強さが 98 4NZmm²で、ビッカース硬さ Hv(0. 1)が 345のプローブ針を得、比較例 2として、 3 80°Cで 12分間熱処理することにより、引張り強さが 1268NZmm²で、ビッカース硬さ Hv(0. 1)が 353のプローブ針を得、比較例 3として、 280°Cで 6分間熱処理することにより、引張り強さが 1018N/mm²で、ビッカース硬さ Hv(0. 1)が 294のプローブ針を得、比較例 4として、 420°Cで 7分間熱処理することにより、引張り強さが 1182NZ mm²で、ビッカース硬さ Hv(0. 1)が 366のプローブ針を得た。

[0034] 上記引張り強さとビッカース硬さは、真直矯正加工後に適切な試験片を採取して測定した数値であり、この真直矯正カ卩ェ後には実質的な塑性カ卩ェが施されないので、先端部の曲げ加工後に最終的に得られるプローブ針も同等の引張り強さとピッカース硬さを有するものと思われる。

(2)特性の評価

以上のような製造工程に従って、実施例 1ないし 4及び比較例 1ないし 4の各々につ V、て 100本のプローブカード用プローブ針を作製し、「耐摩耗性」と「曲げ加工時折れ」と「使用時折れ」と「使用時曲がり」の各特性について、次に説明するような方法で調査した。

[0035] 耐摩耗性は、上記のようにして作製したプローブ針 4を図 1 (a)に示すプローブカード 1に装着して、図 1 (b)に示すウェハ載置台 9のウェハ W上に形成された半導体装置 Tのチップ電極 Cと 30万回繰り返し接触させ、 30万回接触後にプローブ針の先端を目視観察し、 100本の中の、ずれのプローブ針にぉ、てもその先端に摩耗が見られないものを耐摩耗性良好（〇）とし、 100本の中の少なくとも 1本の先端に摩耗が見られたものを耐摩耗性不良（ X )と評価した。

[0036] 曲げ加工時折れは、上記製造工程の中の先端部の曲げ加工時に、先端部に折れが発生した本数で評価した。

[0037] 使用時折れは、上記耐摩耗性試験におけるプローブ針とチップ電極との接触に際して、先端部または他の部位に折れが発生した本数で評価した。

[0038] 使用時曲がりは、上記耐摩耗性試験におけるプローブ針とチップ電極との接触に際して、先端部または他の部位に曲がりが発生した本数で評価した。

[0039] その結果、実施例 1ないし 4のプローブ針は、耐摩耗性が良好で、曲げ加工時折れ

、使用時折れ及び使用時曲がりの発生本数がゼロであった。

[0040] しかし、比較例 1なレヽし 4のプローブ針は、耐摩耗性、曲げ加工時折れ、使用時折れ又は使用時曲がりの、ずれかの特性が不良であつた。

[0041] 以下の表 2には、実施例 1ないし 4のプローブ針と比較例 1ないし 4のプローブ針につ、ての特性評価結果を示す。

[0042] [表 2]

表 2に示すように、本発明の好まし、実施品である実施例 1なヽし 4のプローブ針は、耐摩耗性は比較例のプローブ針と同等以上の性能を有しながら、曲げ加工時折れ、使用時折れ及び使用時曲がりの発生本数がゼロであると、う優れた性能を有している。

しかし、表 2の比較例 1は、ビッカース硬さ Hv(0. 1)は本発明範囲内の 345である力引張り強さが 984NZmm²であって本発明の下限を下回るので、耐摩耗性に劣り、使用時曲がりが見られる。 [0044] また、表 2の比較例 2は、ビッカース硬さ Hv(0. 1)は本発明範囲内の 353であるが、引張り強さが 1268NZmm²であって本発明の上限を上回るので、曲げ加工時折れと使用時折れが見られる。なお、比較例 2のプローブ針は 17本に曲げ加工時折れが発生したので、耐摩耗性と使用時折れと使用時曲がりは 83本にっヽての結果である。

[0045] さらに、表 2の比較例 3は、引張り強さは本発明範囲内の 1018NZmm²であるが、ビッカース硬さ Hv(0. 1)は 294であって本発明の下限を下回るので、耐摩耗性に劣り、使用時曲がりが見られる。

[0046] そして、表 2の比較例 4は、引張り強さは本発明範囲内の 1182NZmm²であるが、ビッカース硬さ Hv(0. 1)は 366であって本発明の上限を上回るので、曲げ加工時折れと使用時折れが見られる。なお、比較例 4のプローブ針は 8本に曲げ加工時折れが発生したので、耐摩耗性と使用時折れと使用時曲がりは 92本にっ、ての結果である。

[0047] 表 2の結果によれば、引張り強さと硬度の両方の特性が本発明の範囲を満足する実施例 1な、し 4のプローブ針は耐摩耗性と製造時の曲げ加工折れと使用時の折れと曲がりにつヽて全く問題はなヽが、引張り強さおよび硬度の!/ヽずれか一方の特性が本発明の範囲を外れる比較例 iないし 4のプローブ針では、耐摩耗性、曲げ加工時折れ、使用時の折れ又は使用時曲がりの!/、ずれかの特性にっ、て優れた性能を発揮することができない。当然のことながら、特許文献 1に記載のように、引張り強さと硬度の、ずれ一方の数値のみが本発明の範囲を含むプローブ針では、耐摩耗性、曲げ加工時折れ、使用時の折れ及び使用時曲がりにつ!/ヽて優れた性能を発揮することができない。

[0048] 上記実施例で実証されたように、白金が 1〜： LO重量％で、銀が 5〜15重量％で、銅、ニッケルのいずれか一方又は両方を合わせて 10〜20重量％で、残部が主として金からなる成分組成のプローブカード用プローブ針において、引張り強さが 1000 〜1200NZmm²で、かつビッカース硬さ Hv(0. 1)が 300〜360である本発明のプローブカード用プローブ針によれば、導電性と耐腐食性と耐摩耗性に優れ、チップ電極への適切な当接力を有し、製造時における曲げ加工性が良好で、実際の使用時において曲げや折れが発生しに《なるという効果が期待できることが分かる。

産業上の利用可能性

本発明は、半導体製品、プリント配線基板などの被検査体の複数の検査点 (例えば、チップ電極）に接触し、被検査体が良品である力否力を測定して検査するための装置に組み込まれて用いられるプローブカード用プローブ針として好適であり、半導体製品などの電子部品製造産業、電子機器製造産業などに利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 白金が 1〜10重量％で、銀が 5〜15重量％で、銅、ニッケルのいずれか一方又は両方を合わせて 10〜20重量％で、残部が主として金からなる成分組成のプローブカード用プローブ針において、引張り強さ力 Sl000〜1200NZmm²で、かつピッカース硬さ Hvが 300〜360であることを特徴とするプローブカード用プローブ針。

[2] 白金が 1〜10重量％で、銀が 5〜15重量％で、銅、ニッケルのいずれか一方又は両方を合わせて 10〜20重量％で、残部が主として金力もなる成分組成の線材に 30 0〜400°Cで 5〜10分間熱処理を施し、さらに、その線材を所定の長さに切断することによって得た切断片に尖頭力卩ェと先端部の曲げ力卩ェを施すことによりプローブカード用プローブ針を製造することを特徴するプローブカード用プローブ針の製造方法。