WO2012067162A1 - コンタクトプローブピンおよび検査方法 - Google Patents

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WO2012067162A1
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contact probe
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carbon film
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平野　貴之
古保里　隆
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株式会社神戸製鋼所
株式会社コベルコ科研
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    • G01R1/06733—Geometry aspects
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    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials

Definitions

  • the present invention relates to a contact probe pin having a shape in which a tip is divided into a plurality of protrusions, and an inspection method using the contact probe pin, which are used for inspecting electrical characteristics of a semiconductor element, and in particular, repeated inspection. It is related with the contact probe pin excellent in durability so that electroconductivity does not deteriorate by this, and the test
  • ICs integrated circuits
  • LSIs large-scale integrated circuits
  • LEDs light-emitting diodes
  • the probe pin (contact probe pin) used in such an inspection apparatus has not only good conductivity (low contact resistance value) but also the surface of the electrode (covered) to be inspected. It is required to show a stable resistance value (the contact resistance value does not fluctuate) even by repeated contact with the surface.
  • the contact resistance value of the contact probe pin is generally set to about 100 m ⁇ or less. However, it may deteriorate from several hundred m ⁇ to several ⁇ by repeatedly inspecting the surface to be measured.
  • contact terminals have been regularly cleaned and replaced as countermeasures, but these may significantly reduce the reliability and availability of the inspection process, so other countermeasures are being considered.
  • solder materials and Sn-plated electrodes have a characteristic that they are scraped off because they are soft and easily adhere to the surface of the contact terminal, and because the surface is easily oxidized, the resistance becomes high and the contact is maintained while maintaining a stable resistance value. It becomes difficult to let you.
  • the shape of the contact probe pin for the metal that forms a highly resistant oxide film on the surface such as solder material (for example, lead-free solder such as SnAgCu alloy) or Sn plating electrode, is more They tend to be sharp and are developed based on these trends. This is because it is considered that it is advantageous to have a sharp tip in order to efficiently remove the oxide film of the counter electrode in contact and maintain a good contact state. It is also considered that even if the electrode material adheres in a sharp shape (hereinafter, sometimes represented by “Sn adhesion”), the exclusion force is likely to work.
  • solder material for example, lead-free solder such as SnAgCu alloy
  • Sn plating electrode Sn plating electrode
  • Patent Document 1 the tip is sharpened by a special manufacturing method, and the surface coating with a film containing carbon reduces Sn adhesion and efficiently removes the counter electrode surface oxide film.
  • Patent Document 2 proposes a technique for cutting a non-conductive layer of a mating electrode with a sharp tip structure to prevent accumulation of particles scraped from the mating electrode on the tip of the contact probe pin.
  • it is useful to make the tip of the contact probe pin sharp from the viewpoint of efficiently removing the oxide film of the counterpart electrode and preventing the accumulation of particles scraped from the counterpart electrode. It is a form.
  • a material obtained by plating Au, Pd or the like on the surface of a base material such as tungsten (W) or beryllium copper (Be-Cu) having high hardness has been used.
  • a base material such as tungsten (W) or beryllium copper (Be-Cu) having high hardness
  • electrode materials (particularly Sn) from materials such as solder materials and Sn plating are likely to adhere to the tips of the contact probe pins, and the attached electrode materials are surface oxidized. For this reason, there is a problem that the contact resistance value due to the contact probe pin becomes unstable.
  • a ball grid array (BGA) package is widely used as a semiconductor element mounting technology.
  • the electrodes are in the form of half-ball solder.
  • mounting forms in which solder is directly formed on a semiconductor wafer are increasing.
  • stable contact can be realized by having two or more projections (particularly, three or more projections).
  • a flat surface like an electrode of a conventional electronic component it has a plurality of vertices (the tops of the protrusions), so that it can cope with misalignment or unexpected particle bites. It has a function.
  • the technique of coating a carbon film in the vicinity of the tip of the contact probe pin is considered to be useful as a method for reducing problems due to Sn adhesion and stabilizing the contact resistance value.
  • Sn adhesion may occur on the carbon film under conditions where the electronic component is heated, that is, under conditions where the contacted partner electrode is heated. is there.
  • the carbon film does not react with Sn or the like, and an alloy is not formed on the surface of the carbon film even if Sn becomes high temperature. For this reason, compared with the conventional contact probe pin of Au or Pd alloy, it was said that the contact probe pin formed with the carbon film tends to be hard to adhere to the surface. Further, it has been considered that Sn adhering to the surface of the carbon film is relatively easy to remove mechanically and chemically, and that there is no problem. However, Sn that hardly adheres at room temperature tends to increase under high temperature conditions of 90 ° C. and 130 ° C., and problems due to Sn attachment may become apparent.
  • Sn and solder materials are originally soft even at room temperature, and there is a problem that they are scraped off by contact with the contact probe pins and adhere to the contact probe pins. However, the hardness is further lowered and the tendency is increased by the high temperature. This is considered to be the reason why Sn deposition proceeds. According to what the present inventors have confirmed through experiments, Sn is Vickers hardness: 8.9 Hv at room temperature (25 ° C.), but when it reaches 85 ° C., it decreases to Vickers hardness: 6.8 Hv. It turns out.
  • the hardness of the Sn film is a value obtained by converting the value measured by the nanoindentation method (Vickers hardness: 8.9 Hv and 6.8 Hv are 0.117 GPa and 0.089 GPa by the nanoindentation method, respectively. Equivalent).
  • the present invention has been made paying attention to the above-mentioned circumstances, and the purpose thereof is a contact that forms a carbon film having both conductivity and durability on a substrate whose tip is divided.
  • a contact probe pin and a contact probe pin that can reduce Sn adhesion as much as possible and maintain stable electrical contact for a long period of time even under conditions where the usage environment becomes high temperature are used. It is to provide a useful inspection method.
  • the present invention provides the following contact probe pins and inspection method.
  • a contact probe pin having a tip divided into two or more protrusions, and repeatedly contacting the surface to be tested by the protrusions, and at least a surface of the protrusion has a carbon film containing a metal element are formed, each apex of said projections, with a flat surface substantially perpendicular to the direction in contact with the test surface, the total area of the flat surface 500 [mu] m 2 or more, that is 5000 .mu.m 2 or less
  • the “substantially vertical direction” basically means the vertical direction, but means that it may be inclined to about 20 ° with respect to this vertical direction.
  • the metal element is contained in the carbon film in the form of a simple metal or carbide (or in a mixed state).
  • An inspection method comprising using a contact probe pin having a tip divided into two or more protrusions and repeatedly inspecting the protrusions against a surface to be inspected, wherein at least the surface of the protrusions In addition, a carbon film containing a metal element is formed, and a flat surface substantially perpendicular to the direction in contact with the test surface is formed on each top of the protrusion, and the flat surface is formed with 10N.
  • An inspection method comprising inspecting by contacting the surface to be measured with a pressure of not less than / mm 2 and not more than 1000 N / mm 2 .
  • a carbon film containing a metal element is formed on the surface of the protrusion whose tip is divided into two or more, and each apex of the protrusion is substantially perpendicular to the direction in contact with the test surface. and has a flat surface, the total area of the flat surface is 500 [mu] m 2 or more, or constitute a contact probe pin as is 5000 .mu.m 2 or less, or flat surface 10 N / mm 2 or more, 1000 N / mm 2 at pressures Since the surface to be inspected is brought into contact, the adhesion of Sn or the like can be reduced as much as possible even under a situation where the usage environment becomes high, and stable electrical contact can be maintained over a long period of time.
  • contact probe pins having a flat surface at the tip are known, they are often used exclusively to ensure a stable contact area and are limited to those for stable counterpart electrodes such as Au electrodes. Therefore, it is considered disadvantageous when the counter electrode is made of solder material, Sn or the like. Further, contact probe pins having a flat surface at the tip are limited to those having only one contact point (that is, having no plurality of protrusions), and having a plurality of protrusions (of this shape) Is generally called “crown shape”), which has a sharp tip.
  • the present inventors without being bound by the existing concept as described above, in a contact probe pin whose tip is divided into a plurality of protrusions, a form that can reduce Sn adhesion to the carbon film formed on the top of the protrusion as much as possible, We examined from various angles. As a result, a carbon film containing a metal element is formed on the surface of the protrusion, and each top portion of the protrusion is a flat surface substantially perpendicular to the direction in contact with the test surface, and is flat.
  • the total area of the surface is 500 [mu] m 2 or more, if as is 5000 .mu.m 2 or less, even under such as use environment is a high temperature conditions, can be reduced as much as possible the adhesion of Sn or the like, stable electrical over a long period of time
  • the present inventors have found that a contact probe pin capable of maintaining contact can be realized.
  • the tip of the contact probe pin is a rotating object in terms of the shape of the mating electrode to be contacted (for example, a hemispherical shape) and the ease of processing of the probe. Although it is preferable to divide into about 8, it is not limited to this.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an example of an external shape of a contact probe pin (Example) according to the present invention.
  • the contact probe pin 1 has a tip divided into four protrusions 2, and the top of each protrusion 2 is a flat surface 3 that is substantially perpendicular to the direction in contact with the surface to be examined.
  • the flat surface 3 of each protrusion 2 has a substantially fan shape (two sides are straight and one side is an arc) as shown in the figure.
  • Each flat surface 3 is basically located on the same plane when the projections 2 have three or more.
  • the protrusion 2 becomes thinner toward the tip, and in this embodiment, the outer surface is substantially upright and the inner surface is inclined.
  • the combination of the formation of the carbon film and the flat surface as described above can stably reduce the Sn adhesion even under the circumstances where the Sn adhesion is likely to occur at a high temperature, and the Sn-based electrode. As a result, it was possible to continuously achieve stable contact while efficiently removing the surface oxide film.
  • a contact mark having a depth of about 5 to 20 ⁇ m is often formed on a solder material or Sn. That is, in a typical crown-shaped contact probe pin with a sharp tip, a contact mark larger than the tip shape may occur, and the slope is almost perpendicular to the flat part or the gentle slope part of the probe. The contact with the opponent material at is repeated.
  • the top of the protrusion is a flat surface, it is not rubbed unnecessarily against the counterpart electrode.
  • the substrate can form a flat surface by a simple cutting process without forming a complicated curved surface, and the ease of forming a thin film (carbon film) on this flat surface, The existence itself can be reduced. If a predetermined amount of such a flat surface is present and a carbon film is formed on the surface, adhesion of the mating electrode material (especially Sn) can be prevented.
  • stable contact can be realized by bringing such a portion into contact with the surface of the counterpart electrode from which the oxide film has been removed, that is, by bringing the counterpart electrode into contact after being deformed.
  • low cost can be realized due to the ease of manufacture.
  • FIG. 2 schematically shows the situation of contact with the ball-shaped electrode.
  • the ball-shaped electrode has a flat surface perpendicular to the direction in which the contact probe 1 is brought into contact.
  • a shape in which the tip of the entire probe is narrowed first is preferable so that the flat surface can easily come into contact with the ball.
  • the contact probe pin 1 of the present invention preferably has a configuration in which the shape of the side surface is adjusted so that the flat surface 3 forms an obtuse angle with the side surface 4 of the contact probe pin 1 (see FIG. 1).
  • the presence of such a portion makes it possible to stabilize the contact between the probe and the counterpart electrode and reduce the attachment of the counterpart electrode material to the side surface of the probe as much as possible.
  • the deformed Sn or Sn alloy including the surface oxide film is efficiently removed from the contact surface, and a good contact surface can be formed. Moreover, the loss more than necessary on the electrode side can be reduced.
  • the side surface 4 of the contact probe pin forms a continuous surface with the side surface (outer surface) of the protrusion 2.
  • a curved surface R is formed by rounding the boundary portion 5 (see FIG. 1) between the flat surface 3 and the side surface 4 of the contact probe pin 1 (see FIG. 1). Is also effective. Formation of such a part can be easily achieved by increasing the thickness of the carbon film formed on the surface, etching etching treatment with a chemical agent, or the like.
  • the total area on the top flat surface needs to be 500 to 5000 ⁇ m 2 .
  • the total area exceeds 5000 ⁇ m 2 , the oxide film on the electrode surface cannot be sufficiently removed, so that the resistance tends to be high.
  • the contact probe pin of the present invention is formed by forming a carbon film containing a metal element on the surface of the substrate (surface near the tip).
  • a metal element on the surface of the substrate (surface near the tip).
  • the substrate to be used for example, a beryllium alloy (Be-Cu)
  • Be-Cu beryllium alloy
  • any of carbon tool steels can be applied.
  • the base material is formed with a noble metal such as Au, Pd, Au alloy or Pd alloy on the surface or in contact with the electrode. Either can be applied.
  • the base material itself may be made of Au, Pd, Au alloy, Pd alloy, or the like.
  • the carbon film has low reactivity with the above various base materials, is hard, and has a large internal stress. Therefore, it is difficult to stably form the carbon film on the base material. From these facts, it is also known that it is effective to interpose a layer containing Cr or W between the two in order to enhance the adhesion between the base material and the carbon film, and to further provide a gradient composition layer as necessary. However, this configuration can also be adopted. In order to further improve the adhesion between the layer containing Cr and W and the surface of the base material, a layer made of Ni or Ni alloy is further interposed as an underlayer of the layer containing Cr or W as described above. It is preferable because the carbon film can be stably adhered on the surface of the base material made of Au, Pd, or the like.
  • a CVD method chemical vapor deposition method
  • a sputtering method or the like
  • a material containing hydrogen is used as a raw material gas
  • hydrogen is contained in the carbon film, and only a low carbon film can be formed.
  • the metal element contained in the carbon film is a metal that easily forms a carbide, it is uniformly dispersed in the carbon film and kept in an amorphous and uniform state.
  • the metal element contained in the carbon film include tungsten (W), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), niobium (Nb), titanium (Ti), chromium (Cr), and the like.
  • W tungsten
  • Ta tantalum
  • Mo molybdenum
  • Nb molybdenum
  • Nb niobium
  • Ti titanium
  • Cr chromium
  • tungsten is most preferable in consideration of the stability of carbides and availability at low cost.
  • the metal element contained in the carbon film is in the form of a simple metal or a carbide (or in a mixed state) based on the manufacturing principle, and the electric resistance value of the carbon film is determined by the content.
  • the carbon film formed with the contact probe pin of the present invention exhibits the above characteristics, and the value satisfies the contact resistance value and hardness required at the time of inspection. From the viewpoint of satisfying the above characteristics, the content of the metal element in the carbon film at the tip of the contact probe pin is preferably about 5 to 30 atomic%, more preferably 10 to 20 atomic%. .
  • the carbon film is too thin, the effect of forming the carbon film may not be exhibited.
  • the thickness of the carbon film is too thick, the resistance value may increase, so that the thickness is preferably 5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the carbon film is more preferably 0.2 ⁇ m or more, and more preferably 2 ⁇ m or less.
  • the surface to be inspected (contact electrode) to be inspected by the contact probe pin of the present invention usually uses solder, which basically contains Sn, and this Sn particularly adheres to the surface of the contact probe pin. It is easy. Therefore, when the test surface is made of Sn or an Sn alloy, the effect is particularly effectively exhibited when the contact probe pin of the present invention is applied.
  • solder which basically contains Sn
  • Sn alloy it is possible to use conventional Sn alloy such as SnAg 3.0 Cu 0.5.
  • the tip into two or more protrusions, formed a carbon film containing a metal element on at least the surface of the protrusions, and each top of the protrusions in a direction in contact with the test surface.
  • a load of about 5 to 40 g is applied using a contact probe pin that is a flat surface in a substantially vertical direction, the relationship between the pressure (pressure per flat surface unit area) and the durability of the contact probe Also examined.
  • the flat surface is in contact with the surface to be tested at a pressure of 10 N / mm 2 or more and 1000 N / mm 2 or less, Sn adhesion is reduced as much as possible, while the contact probe pin itself and the counterpart electrode are It has also been found that good electrical contact can be realized stably without mechanical breakage.
  • the pressure when contacting the flat surface needs to be 10 N / mm 2 or more and 1000 N / mm 2 or less per area of the flat surface. If this pressure is less than 10 N / mm 2 , electrical contact cannot be sufficiently achieved especially when a highly resistant carbon film is on the surface, resulting in high resistance.
  • both the electrode and the probe are excessively pressurized.
  • the damage can be significant and promotes excessive Sn deposition and thus inhibits stable contact.
  • it is about 50 to 800 N / mm 2 .
  • a probe with a built-in spring whose tip is divided into four protrusions and the total area of the flat part at the top of the protrusion is about 2000 ⁇ m 2.
  • the total diameter of the tip is 0.3 mm (300 ⁇ m).
  • This contact probe pin has a surface plated with Au, and the base material is made of Be—Cu (commercially available). Due to the function of the spring, a load of 30 gf (147 N / mm 2 ) is generated when the electrode contacts with the counter electrode and is pushed in through a predetermined stroke.
  • Each of a carbon (graphite) target, a Cr target, and a Ni target was placed in a magnetron sputtering apparatus, and a contact probe pin (base material) was placed at a position facing them.
  • the sputtering chamber was evacuated to 6.7 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less, and Ar gas was introduced to adjust the pressure to 0.13 Pa.
  • Ni is formed by stacking 50 nm and Cr with a thickness of 50 nm as an adhesion layer with the base material, and further a carbon film containing Cr and W The intermediate layer of the gradient composition layer that gradually increases the ratio of the carbon film is formed (thickness: 100 nm), and finally, the input power density is formed when the outermost carbon film is formed.
  • a graphite target with a W chip mounted at 5.66 W / cm 2 was subjected to DC magnetron discharge, a bias voltage of ⁇ 100 V was applied to the substrate, and coating was performed to a thickness of about 400 nm (0.4 ⁇ m). At this time, the content of W on the outermost surface of the carbon film was adjusted to be 5 to 10 atomic%.
  • a lead-free solder (Senju Metal Co., Ltd.) having a composition of SnAg 3.0 Cu 0.5 was processed into a flat plate. Contact was performed 100,000 times under the condition of ° C., and the Sn adhesion state at the tip (projection) was observed. Moreover, in order to confirm the presence or absence of the stability of an electrical resistance value, electricity supply of 100 mA was implemented for every contact, and the change (resistance value fluctuation
  • FIG. 3 shows changes in electrical resistance values (relationship between the number of contacts and fluctuations in electrical resistance values) when the contact probe pins (examples) of the present invention are used.
  • FIG. 4 shows changes in electrical resistance values (relationship between the number of contacts and fluctuations in electrical resistance values) when the contact probe pins of Comparative Example 1 are used.
  • FIG. 5 shows changes in electrical resistance values (relationship between the number of contacts and fluctuations in electrical resistance values) when the contact probe pins of Comparative Example 2 are used.
  • the contact probe pin (Example) of the present invention maintains an electrical resistance value substantially equal to the initial value even after 100,000 contacts (FIG. 3).
  • the contact probe pin of Comparative Example 1 shows a tendency that the resistance gradually increases although the fluctuation of the electric resistance value is small (FIG. 4). Assuming that the allowable value of the fluctuation of the electric resistance value is 200 m ⁇ , the contact probe pin of the present invention is 70,000 times or more, and the contact probe pin of Comparative Example 1 is additional about 20,000 times. It can be seen that a stable connection is possible without performing work.
  • the contact probe pin (Example) of the present invention maintains an effective contact area of 500 ⁇ m 2 or more (the original flat surface surface is exposed) even after 100,000 contacts. There was found.
  • the contact probe pin of Comparative Example 1 retains an effective contact area of 500 ⁇ m 2 or more after 10,000 contacts, but most of the flat surface after 100,000 contacts. , And was covered with the deposited Sn compound. Furthermore, in the contact probe pin of Comparative Example 2, most of the flat surface was covered with the deposited Sn compound until 10,000 times of contact.
  • a carbon film containing a metal element is formed on the surface of the protrusion whose tip is divided into two or more, and each apex of the protrusion is substantially perpendicular to the direction in contact with the test surface. and has a flat surface, the total area of the flat surface is 500 [mu] m 2 or more, or constitute a contact probe pin as is 5000 .mu.m 2 or less, or flat surface 10 N / mm 2 or more, 1000 N / mm 2 at pressures Since the surface to be inspected is brought into contact, the adhesion of Sn or the like can be reduced as much as possible even under a situation where the usage environment becomes high, and stable electrical contact can be maintained over a long period of time.

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Abstract

　本発明は、導電性と耐久性を兼ね備えた炭素皮膜を、先端が分割された基材に対して形成するようなコンタクトプローブピンにおいて、使用環境が高温になる様な状況下においても、Ｓｎ付着を極力低減し、長期間に亘って安定な電気的接触を保つことのできるコンタクトプローブピン、およびコンタクトプローブピンを用いた有用な検査方法を提供する。本発明は、２つ以上の突起に分割された先端を有し、該突起で被検面に繰り返し接触するコンタクトプローブピンであって、少なくとも前記突起の表面には、金属元素を含有する炭素皮膜が形成されており、前記突起の各頂部には、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面を有すると共に、当該平坦面の合計面積が５００μｍ２以上、５０００μｍ２以下であるコンタクトプローブピンに関する。

Description

コンタクトプローブピンおよび検査方法
　本発明は、半導体素子の電気特性を検査するために用いられ、先端が複数の突起に分割された形態のコンタクトプローブピン、およびコンタクトプローブピンを用いた検査方法に関するものであり、特に検査の繰り返しによって導電性が劣化しないような耐久性に優れたコンタクトプローブピン、および検査方法に関するものである。
　集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の電子部品（即ち、半導体素子を用いた電子部品）は、半導体素子の電極にプローブピンを接触させてその電気特性が検査される。このような検査装置（半導体検査装置）で用いられるプローブピン（コンタクトプローブピン）は、導電性が良好なこと（接触抵抗値が低いこと）は勿論のこと、検査対象としての電極の面（被検面）との繰り返し接触によっても安定した抵抗値を示すこと（接触抵抗値が変動しないこと）が要求される。
　コンタクトプローブピンの接触抵抗値は、一般的には１００ｍΩ以下程度に設定されている。しかしながら、被検面との繰り返し検査を行なうことによって、数１００ｍΩから数Ωにまで悪化することがある。
　その対策として、従来から、接触端子の定期的なクリーニングや交換が行われているが、これらは検査工程の信頼性と稼働率を著しく低下させることがあるので、別の対策が検討されている。特にハンダ材料やＳｎメッキ電極などでは、柔らかいために削り取られて接触端子表面に付着しやすい特性があり、且つ表面が酸化しやすいために高抵抗となって、安定した抵抗値を維持しつつ接触させることが難しくなる。
　ハンダ材料（例えば、ＳｎＡｇＣｕ合金のような鉛フリーハンダ）やＳｎメッキ電極などのように、表面に抵抗の高い酸化皮膜を形成する金属に対するコンタクトプローブピンの形態としては、その先端部の形状をより尖鋭なものにする傾向があり、またこうした傾向に基づいて開発されている。これは、接触する相手電極の酸化皮膜を効率良く除去して良好な接触状態を維持するためには、鋭い先端部を有することが有利であると考えられているからである。また、鋭い形状に電極材料が付着（以下、「Ｓｎ付着」で代表することがある）しても、排斥力が働きやすいとも考えられている。
　こうした技術として、例えば特許文献１には、特殊な製造方法で先端を鋭利な形状にすると共に、炭素を含む皮膜による表面コーティングによって、Ｓｎ付着の低減と相手電極表面酸化膜の効率的な除去を実現する技術が提案されている。また、特許文献２には、鋭利な先端構造で相手電極の非導電性層に切り込みを入れ、コンタクトプローブピン先端への相手電極から削り取られた粒子の堆積を防止する技術が提案されている。このように、コンタクトプローブピン先端を鋭利な形状にすることは、相手電極の酸化皮膜を効率的に除去し、且つ相手電極から削り取られた粒子の堆積を防止するという観点からすれば、有用な形態である。
　コンタクトプローブピンの素材としては、硬度の高いタングステン（Ｗ）やベリリウム銅（Ｂｅ－Ｃｕ）等の基材表面に、ＡｕやＰｄ等をメッキしたものが使用されてきた。しかしながら、これらの素材からなるコンタクトプローブピンでは、ハンダ材料やＳｎメッキ等の素材からの電極材料（特に、Ｓｎ）が、コンタクトプローブピンの先端に付着しやすく、また付着した電極材料は表面酸化する等の理由によって、コンタクトプローブピンによる接触抵抗値が不安定になるという問題がある。
　上記のようなＳｎ付着による問題を低減し、接触抵抗値を安定化させる方法として、コンタクトプローブピンの先端部近傍（電極と接触する先端部とその近傍）に、炭素皮膜をコーティングする技術も提案されている（例えば、特許文献３～６）。これらの技術では、ダイヤモンドライクカーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ：ＤＬＣ）に代表される炭素皮膜に対して、タングステン（Ｗ）等の合金元素を混入させて、炭素皮膜の持つ被検面（相手電極）に対する低付着性と、混入させた金属（若しくはその炭化物）の働きによる高い導電性を併せ持つ様な表面皮膜とすることが、重要な要件となっている。
　一方、半導体素子の実装技術として、ボールグリッドアレー（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ：ＢＧＡ）パッケージが普及している。こうしたＢＧＡパッケージでは、その電極は半割りボール状のハンダの形態となっている。また、半導体ウエハ上にハンダを直接形成した実装形態も増加している。これらの立体的な電極に対しては、２以上の複数の突起（特に、３以上の突起）を有することで、安定な接触を実現することが可能である。また、従来の電子部品の電極のように、平坦な面を有するものに対しても、複数の頂点(突起の頂部)を有することによって、位置ずれや不測のパーテシィクルの噛み込み等にも対応できる機能を有するものとなる。
日本国特開２００６－３８６４１号公報 日本国特開２０１０－７３６９８号公報 日本国特開平１０－２２６８７４号公報 日本国特開２００２－３１８２４７号公報 日本国特開２００３－２３１２０３号公報 日本国特開２００７－２４６１３号公報
　コンタクトプローブピンの先端近傍に、炭素皮膜をコーティングする技術は、Ｓｎ付着による問題を低減し、接触抵抗値を安定化させる方法として有用とされている。しかしながら、炭素皮膜をコーティングした場合であっても、電子部品が高温となる条件下、即ち接触する相手電極が高温になるような条件下では、炭素皮膜にＳｎ付着が生じる場合があるという問題がある。
　炭素皮膜はＳｎ等と反応することはなく、Ｓｎが高温になったとしても炭素皮膜表面で合金を形成することはない。このため、従来のＡｕやＰｄ合金のコンタクトプローブピンと比較して、炭素皮膜を形成したコンタクトプローブピンはＳｎが表面に付着しにくい傾向があるとされていた。また、炭素皮膜の表面に付着したＳｎは、機械的、化学的に除去することは比較的容易であり、それほど問題はないとされてきた。ところが、室温では殆ど付着することがないＳｎが、９０℃や１３０℃の高温条件下では、付着が増加する傾向があり、Ｓｎ付着による問題が顕在化することがある。
　Ｓｎやハンダ材料は、元々室温でも柔らかく、コンタクトプローブピンの接触で削り取られてコンタクトプローブピンに付着することが問題となるが、高温になることによって更に硬度が低下し、この傾向が高くなる。このことが、Ｓｎ付着が進行する理由であると考えられる。本発明者らが実験によって確認したところによれば、Ｓｎは室温（２５℃）ではビッカース硬さ：８．９Ｈｖであるが、８５℃になればビッカース硬さ：６．８Ｈｖまで低下することが判明している。尚、Ｓｎ膜の硬さは、ナノインデンテーション法によって測定した値を換算したものである（ビッカース硬さ：８.９Ｈｖおよび６．８Ｈｖは、ナノインデンテーション法による０．１１７ＧＰａおよび０．０８９ＧＰａに相当）。
　本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、導電性と耐久性を兼ね備えた炭素皮膜を、先端が分割された基材に対して形成するようなコンタクトプローブピンにおいて、使用環境が高温になる様な状況下においても、Ｓｎ付着を極力低減し、長期間に亘って安定な電気的接触を保つことのできるコンタクトプローブピン、およびコンタクトプローブピンを用いた有用な検査方法を提供することにある。
　本発明は、以下のコンタクトプローブピン及び検査方法を提供する。
　（１）２つ以上の突起に分割された先端を有し、該突起で被検面に繰り返し接触するコンタクトプローブピンであって、少なくとも前記突起の表面には、金属元素を含有する炭素皮膜が形成されており、前記突起の各頂部は、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面であると共に、当該平坦面の合計面積が５００μｍ２以上、５０００μｍ２以下であることを特徴とするコンタクトプローブピン。
　尚、「略垂直方向」とは、基本的に垂直方向であるが、この垂直方向に対して２０°程度まで傾斜していてもよいことを意味する。
　また、上記金属元素は、金属単体若しくは炭化物の形態（或は、混在した状態）で炭素皮膜中に含有されている。
　（２）前記平坦面がコンタクトプローブピンの側面と鈍角をなすように前記側面の形状を調整したものである（１）に記載のコンタクトプローブピン。
　尚、「鈍角をなす」とは、コンタクトプローブピンの軸心を含む断面において、前記平坦面の接線と、コンタクトプローブピンの側面の接線とのなす角度θが鈍角（９０°＜θ＜１８０°）であることを意味する。但し、前記接線（平坦面の接線及びコンタクトプローブピンの側面の接線）は、前記平坦面と前記側面の交点から０．１ｍｍ以内の範囲で得られる接線を意味する。
　（３）前記金属元素は、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴｉおよびＣｒよりなる群から選択される１種以上である（１）に記載のコンタクトプローブピン。
　（４）前記金属元素は、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴｉおよびＣｒよりなる群から選択される１種以上である（２）に記載のコンタクトプローブピン。
　（５）前記金属元素の含有量は５～３０原子％である（１）に記載のコンタクトプローブピン。
　（６）前記金属元素の含有量は５～３０原子％である（２）に記載のコンタクトプローブピン。
　（７）前記金属元素の含有量は５～３０原子％である（３）に記載のコンタクトプローブピン。
　（８）前記金属元素の含有量は５～３０原子％である（４）に記載のコンタクトプローブピン。
　（９）前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである（１）に記載のコンタクトプローブピン。
　（１０）前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである（２）に記載のコンタクトプローブピン。
　（１１）前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである（３）に記載のコンタクトプローブピン。
　（１２）前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである（４）に記載のコンタクトプローブピン。
　（１３）前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである（５）に記載のコンタクトプローブピン。
　（１４）前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである（６）に記載のコンタクトプローブピン。
　（１５）前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである（７）に記載のコンタクトプローブピン。
　（１６）前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである（８）に記載のコンタクトプローブピン。
　（１７）検査される被検面は、Ｓｎを含むものである（１）～（１６）のいずれか一つに記載のコンタクトプローブピン。
　尚、本発明のコンタクトプローブピンによる効果は、検査される被検面がＳｎまたはＳｎ合金からなるものであるときに有効に発揮されるものとなる。
　（１８）２つ以上の突起に分割された先端を有するコンタクトプローブピンを用い、該突起を被検面に繰り返し接触させて検査することを含む検査方法であって、少なくとも前記突起の表面には、金属元素を含有する炭素皮膜を形成しておき、前記突起の各頂部には、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面を形成しておくと共に、当該平坦面を１０Ｎ／ｍｍ２以上、１０００Ｎ／ｍｍ２以下の圧力で被検面に接触させて検査することを特徴とする検査方法。
　本発明では、先端が２つ以上に分割された突起の表面に、金属元素を含有する炭素皮膜を形成し、前記突起の各頂部には、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面を有すると共に、平坦面の合計面積が５００μｍ２以上、５０００μｍ２以下であるようにコンタクトプローブピンを構成するか、または平坦面が１０Ｎ／ｍｍ２以上、１０００Ｎ／ｍｍ２以下の圧力で被検面に接触するようにしたので、使用環境が高温になる様な状況下においても、Ｓｎ等の付着を極力低減でき、長期間に亘って安定な電気的接触を保つことができる。
本発明のコンタクトプローブピン（実施例）の外観形状の一例を示す概略説明図である。 本発明のコンタクトプローブピンをボール状電極に接触する状況を模式的に示した概略説明図である。 本発明のコンタクトプローブピンを用いたときの電気抵抗値の変化を示すグラフである。 比較例１のコンタクトプローブピンを用いたときの電気抵抗値の変化を示すグラフである。 比較例２のコンタクトプローブピンを用いたときの電気抵抗値の変化を示すグラフである。
　コンタクトプローブピンの構成としては、先端部の形状をより尖鋭なものにする傾向があり、またこうした傾向に基づいて開発されている。これは、接触する相手電極の酸化皮膜を効率良く除去して良好な接触状態を維持するためには、鋭い先端部を有することが有利であると考えられているからである。
　先端部に平坦面を有するコンタクトプローブピンは知られているが、専ら安定な接触面積を確保するために採用される場合が多く、Ａｕ電極等のように安定な相手電極向けのものに限られており、相手電極がハンダ材料やＳｎ等からなるものには不利であるとされていた。また、先端部に平坦面を有するコンタクトプローブピンは、その接触点が１点のみのもの（即ち、複数の突起のないもの）に限られており、複数の突起を有するもの（この形状のものは一般に「クラウン形状」と呼ばれている）には、鋭利な先端を有するものが採用されていた。
　本発明者らは、上記のような既成概念にとらわれることなく、先端が複数の突起に分割されたコンタクトプローブピンにおいて、突起の頂部に形成された炭素皮膜にＳｎ付着を極力低減できる形態について、様々な角度から検討した。その結果、前記突起の表面に、金属元素を含有する炭素皮膜が形成されており、前記突起の各頂部は、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面であると共に、平坦面の合計面積が５００μｍ２以上、５０００μｍ２以下であるようにすれば、使用環境が高温になる様な状況下においても、Ｓｎ等の付着を極力低減でき、長期間に亘って安定な電気的接触を保つことのできるコンタクトプローブピンが実現できことを見出し、本発明を完成した。
　また、先端が複数の突起に分割されたコンタクトプローブピンに関し、接触する相手電極の形状（例えば、半球形）や、プローブの加工のしやすさの点から、回転対象で、その先端が４～８個程度に分割されていることが好ましいが、これに限定されるものではない。
　図１は、本発明のコンタクトプローブピン（実施例）の外観形状の一例を示す概略説明図である。このコンタクトプローブピン１は、先端が４つの突起２に分割され、各突起２の頂部は、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面３である。このコンタクトプローブピン１においては、各突起２の平坦面３は、図示するように略扇状（２辺が直線、一辺が円弧状）のものとなっている。尚、各平坦面３は、突起２が３以上有するときには、基本的には同一平面上に位置することになる。また、突起２は、先端に近づくほど細くなっており、この実施例では外側面が略直立で内側面が傾斜した構成となっている。
　本発明のコンタクトプローブピンにおいては、炭素皮膜の形成と、上記のような平坦面の組み合わせによって、高温でＳｎ付着が生じやすい状況下においても、安定的にＳｎ付着を低減し、且つＳｎ系電極の表面酸化皮膜を効率良く除去しつつ、安定した接触を継続的に実現できたのである。
　炭素皮膜の形成と平坦面の存在によるＳｎ付着低減のメカニズムは明らかではないが、次のように考えることができる。典型的なクラウン形状のコンタクトプローブピンでは、ハンダ材料やＳｎに対して、５～２０μｍ程度の深さの接触痕が形成されることが多い。即ち、先端が尖鋭であるような典型的なクラウン形状のコンタクトプローブピンでは、先端形状よりも大きな接触痕が発生する場合があり、プローブの平坦部や緩やかな傾斜部分よりも略垂直に近い斜面での相手材への接触が繰り返されることになる。
　このような箇所では、相手電極が膜面に対して横方向に強く擦り付けられるような接触となり、膜面の僅かな凹凸（基材由来のもの）でＳｎが削り取られ、転写する可能性が高くなるものと考えられる。また、先端が尖鋭な形状のプローブでは、基材の機械的な切削加工やその上の薄膜（ＮｉやＡｕ、炭素皮膜も含めて）を形成する際に、平坦部とは条件が異なり、切削疵や膜質の変化等による僅かな凹凸の増加の可能性があり、Ｓｎ付着増加が発生するものと考えられる。
　これに対し、本発明のコンタクトプローブピンのように、突起の頂部が平坦面であることによって、相手電極に対して不要に擦り付けられることがない。また、基材は複雑な曲面を形成することなく、単純な切削加工によって平坦面を形成できること、およびこの平坦面に薄膜（炭素皮膜）を形成することの容易さから、上記のような凹凸の存在自体を低減できることになる。そして、このような平坦面を所定量存在させ、その表面に炭素皮膜が形成されていれば、相手電極の素材（特に、Ｓｎ）の付着を防止できるものとなる。また、このような部分に対して、相手電極の酸化皮膜を除去した面を接触させること、即ち、相手電極を変形させた上で接触させることで安定的な接触が実現できるものとなる。しかも、その製造の容易さからして、低コストが実現できるものとなる。
　このような効果は、相手電極が平坦な面を有するものは勿論のこと、ＢＧＡパッケージのような半割りボール状電極のように、球面を有する電極においても、同様に発揮できる。ボール状電極に接触する状況を模式的に図２（概略説明図）に示す。ボール状電極に対して、コンタクトプローブ１を接触させる方向に対して垂直に平坦面を有する。この場合、平坦面がボールに接触しやすいように、プローブ全体の先端を先にいくほど細らせるような形状が好ましい。
　本発明のコンタクトプローブピン１においては、前記平坦面３がコンタクトプローブピン１の側面４（前記図１参照）と鈍角をなすように側面の形状を調整した構成することが好ましい。こうした部分を存在させることによって、プローブと相手電極との接触を安定にし、プローブ側面への相手電極材の付着を極力低減させることができる。平面を押し付けることによって、表面酸化膜を含む変形したＳｎやＳｎ合金等が効率良く接触面から排除され、良好な接触面を形成することができる。また、電極側の必要以上の損失を低減することもできる。尚、コンタクトプローブピンの側面４は、突起２の側面（外側面）と連続面を為している。
　また、耐久性向上および品質安定性の観点から、平坦面３とコンタクトプローブピン１の側面４との境界部分５（前記図１参照）に、隅取りを行って曲面Ｒを形成する（丸みを持たせる）ことも有効である。こうした部分の形成は、表面に形成する炭素皮膜の厚さを厚くしたり、薬剤でのエッチング研磨処理等で容易に達成することができる。
　上記のような効果を発揮させるためには、頂部の平坦面における合計面積は５００～５０００μｍ２とする必要がある。好ましくは８００μｍ２以上、３０００μｍ２以下である。この合計面積が５００μｍ２未満あれば、Ｓｎ付着を低減させるための平坦面の面積が十分でなく、繰り返しの接触により、Ｓｎ付着が増加する面積が大きいため、安定な接触が得られにくい。これに対して、合計面積が５０００μｍ２を超えると、電極表面の酸化皮膜が十分除去できないため高抵抗になりやすい。
　本発明のコンタクトプローブピンは、基材の表面（先端付近の表面）に、金属元素を含有する炭素皮膜を形成することによって構成されるが、用いる基材としては、例えばベリリウム合金（Ｂｅ－Ｃｕ）、炭素工具鋼のいずれかからなるものが適用できる。但し、これらに限定されるものではない。また、基材にはその表面や電極との接触部分に、ＡｕやＰｄ、Ａｕ合金またはＰｄ合金等の貴金属が形成されているものも知られているが、本発明で用いる基材は、そのいずれも適用できる。或は、基材そのものが、ＡｕやＰｄ、Ａｕ合金またはＰｄ合金等で構成されていても良い。
　炭素皮膜は上記各種基材に対して反応性が低い上に、硬く、内部応力も大きいために、基材上に安定に形成することは困難である。こうしたことから、基材と炭素皮膜の密着性を高めるために、両者の間に、ＣｒやＷを含む層を介在させ、更に必要によってその傾斜組成層を設けることが有効であることも知られているが、こうした構成も採用できる。このＣｒやＷを含む層と基材表面との密着性を更に改善するために、上記のようなＣｒやＷを含む層の下地層として、更にＮｉまたはＮｉ合金からなる層を介在させることで、ＡｕやＰｄ等によって構成される基材表面上に炭素皮膜を安定的に密着させることができるものとなるので好ましい。
　コンタクトプローブピンの基材表面に炭素皮膜を形成する方法としては、ＣＶＤ法（化学蒸着法）やスパッタリング法等が適用できる。このうちＣＶＤ法では、原料ガスとして水素を含むものを使用することから、炭素皮膜中に水素が含有されることになり、炭素皮膜が低いものしか形成できないことになる。これに対して、スパッタリング法を適用した場合には、良好な特性の炭素皮膜が形成できるので好ましい。
　炭素皮膜中に含有させる金属元素は、容易に炭化物を形成する金属である場合には、炭素皮膜中に均一に分散し、非晶質で均一な状態に保つことになる。こうした観点から、炭素皮膜中に含有させる金属元素としては、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）等が挙げられ、これらの金属元素の１種以上を用いることができる。このうち、炭化物の安定性や安価に入手できることを考慮すれば、タングステンが最も好ましい。
　炭素皮膜中に含有される金属元素はその製造原理からして、金属単体若しくは炭化物の形態となり（或は、混在した状態）、その含有量によって炭素皮膜の電気抵抗値が決定される。本発明のコンタクトプローブピンで形成される炭素皮膜は、上記のような特性を発揮するものとなり、その値は検査時に要求される接触抵抗値や硬度を満足するものとなる。そして、上記のような特性を満足させるという観点からして、コンタクトプローブピンの先端の炭素皮膜中の金属元素の含有量は、５～３０原子％程度が好ましく、１０～２０原子％がより好ましい。
　本発明のコンタクトプローブピンにおいては、炭素皮膜の厚さが薄過ぎると炭素皮膜を形成する効果が発揮されないおそれがあるので、０．１μｍ以上とすることが好ましい。しかしながら、炭素皮膜の厚さが厚過ぎると抵抗値が高くなるおそれがあるので、５μｍ以下であることが好ましい。炭素皮膜の厚さは、０．２μｍ以上であることがより好ましく、２μｍ以下であることがより好ましい。
　本発明のコンタクトプローブピンによって検査される被検面（相手電極）は、通常ハンダが用いられるが、これは基本的にＳｎを含むものであり、このＳｎは特にコンタクトプローブピンの表面に付着しやすいものである。従って、被検面がＳｎまたはＳｎ合金からなる場合、本発明のコンタクトプローブピンを適用すると、特にその効果が有効に発揮される。なお、Ｓｎ合金としては特に限定されず、ＳｎＡｇ３．０Ｃｕ０．５等の慣用のＳｎ合金を用いることができる。
　ところで、コンタクトプローブピンによる検査では、接触時に数グラム～数十グラム程度、より具体的には５～５０ｇ程度の荷重をかけることが一般的であるが、このときの相手電極素材の硬度に対応して、電極が変形して最終的に接触する角度が決まることになる。本発明者らは、先端が２つ以上の突起に分割され、少なくとも前記突起の表面に金属元素を含有する炭素皮膜が形成されると共に、突起の各頂部は、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面であるコンタクトプローブピンを用いて、５～４０ｇ程度の荷重をかけた場合に、圧力（平坦面単位面積当りの圧力）と、コンタクトプローブの耐久性との関係についても検討した。
　その結果、平坦面を１０Ｎ／ｍｍ２以上、１０００Ｎ／ｍｍ２以下の圧力で被検面に接触させて検査するようにすれば、Ｓｎ付着を極力低減しつつ、コンタクトプローブピン自体や相手電極が機械的に破損することなく、良好な電気的接触が安定して実現できることも見出している。こうした効果を発揮させるためには、平坦面を接触させるときの圧力は、平坦面の面積当り１０Ｎ／ｍｍ２以上、１０００Ｎ／ｍｍ２以下とする必要がある。この圧力が１０Ｎ／ｍｍ２未満では、特に抵抗の高い炭素皮膜が表面にある状態では電気的に十分接触できず、高抵抗となり、１０００Ｎ／ｍｍ２を超えると、過剰な圧力で電極、プローブ共に損傷が大きくなる可能性があると共に、余分なＳｎ付着を助長し、ひいては安定なコンタクトを阻害することになる。好ましくは、５０～８００Ｎ／ｍｍ２程度である。
　以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
　コンタクトプローブピンには、図１（外観形状の一例を示す概略説明図）に示すように、先端が４つの突起に分割され、突起の頂部の平坦部の合計面積が約２０００μｍ２のスプリング内蔵プローブを作製した。先端の全体の直径は０．３ｍｍ（３００μｍ）である。このコンタクトプローブピンは、その表面がＡｕメッキされたものであり、基材はＢｅ－Ｃｕ製（市販品）である。バネの機能により、相手電極に接触して所定のストロークを経て押し込むと３０ｇｆの荷重（１４７Ｎ／ｍｍ２）が発生するものである。
　マグネトロンスパッタリング装置に、炭素(グラファイト)ターゲット、Ｃｒターゲット、およびＮｉターゲットの夫々を配置し、それらに対向する位置に、コンタクトプローブピン（基材）を配置した。スパッタリングチャンバーを、６．７×１０-４Ｐａ以下まで真空排気した後、Ａｒガスを導入して圧力を０．１３Ｐａに調整した。基材に高周波電圧を印加することで、Ａｒイオンエッチングを施した後、基材との密着層としてＮｉを厚さ５０ｎｍ、Ｃｒを厚さ５０ｎｍ積層して形成し、更にＣｒとＷ含有炭素皮膜を交互に成膜しつつ、徐々に炭素皮膜の比率を増加させる傾斜組成層の中間層を成膜し（厚さ：１００ｎｍ）、最後に、最表面の炭素皮膜の成膜時には、投入電力密度５．６６Ｗ／ｃｍ２でＷチップを載せたグラファイトターゲットをＤＣマグネトロン放電させ、基材には－１００Ｖのバイアス電圧を印加し、約４００ｎｍ（０．４μｍ）の厚さにコーティングを実施した。このとき、炭素皮膜の最表面のＷの含有量が５～１０原子％となるように調整した。
　形成した炭素皮膜付コンタクトプローブピン（本発明のコンタクトプローブピン）を用いて、ＳｎＡｇ３．０Ｃｕ０．５の組成の鉛フリーハンダ（千住金属製）を平板に加工した試料に対して、１３０℃の条件で１０万回の接触を行ない、先端（突起）のＳｎ付着状況を観察した。また、電気抵抗値の安定性の有無を確認するために、接触毎に１００ｍＡの通電を実施し、電気抵抗値の変化（抵抗値変動）を求めた。但し、抵抗の測定は１００回に１回とした。
　このとき、比較のために、（Ａ）先端の突起部が尖鋭で平坦面がないクラウン形状であって、所定ストロークにて２５ｇｆの荷重を発生させるプローブに炭素皮膜を形成する以外は上記と同様の炭素皮膜付コンタクトプローブピン（比較例１）、（Ｂ）比較例１と同様のプローブにＡｕめっきを施しただけのもの（比較例２）についても作製した。そしてこれらのコンタクトプルーブピンについても、上記と同様にして、接触後の先端の状況を観察すると共に、電気抵抗値の安定性の有無を調査した。
　本発明のコンタクトプローブピン（実施例）を用いたときの電気抵抗値の変化（コンタクト回数と電気抵抗値変動の関係）を図３に示す。比較例１のコンタクトプローブピンを用いたときの電気抵抗値の変化（コンタクト回数と電気抵抗値変動の関係）を図４に示す。比較例２のコンタクトプローブピンを用いたときの電気抵抗値の変化（コンタクト回数と電気抵抗値変動の関係）を図５に示す。
　これらの結果から次のように考察できる。まず本発明のコンタクトプローブピン（実施例）では、１０万回の接触を行なった後においても、初期とほぼ同等の電気抵抗値を維持していることが分かる（図３）。比較例１のコンタクトプローブピンは、電気抵抗値の変動は小さいが、徐々に抵抗が増加している傾向が見られる（図４）。仮に、電気抵抗値の変動の許容値が２００ｍΩであるとすれば、本発明のコンタクトプローブピンでは、７万回以上、比較例１のコンタクトプローブピンでは２万回程度まで、クリーニング等の付加的作業を行うことなく、安定な接続が可能であることが分かる。
　これに対して、炭素皮膜を形成していない比較例２のコンタクトプローブピンでは、Ｓｎ付着が多く発生することによって、接触後早期に電気抵抗値の上昇が認められている（図５）。このため、初期１万回までの抵抗推移を図５では示している。
　また各コンタクトプローブピンについて、先端部の状態については、次のような結果が得られた。まず、本発明のコンタクトプローブピン（実施例）では、１０万回の接触を行なった後においても、５００μｍ２以上の有効接触面積（元の平坦面表面が露出した状態）を保持していることが判明した。
　また比較例１のコンタクトプローブピンでは、１万回の接触を行なった後は５００μｍ２以上の有効接触面積を保持しているものの、１０万回の接触を行なった後には、平坦面の殆どが、付着したＳｎ化合物で覆われた状態となっていた。更に、比較例２のコンタクトプローブピンでは、１万回の接触までに、平坦面の殆どが、付着したＳｎ化合物で覆われた状態となっていた。
　尚、上記のような評価を行うに当って、その基準を５００μｍ２としたのは、５００μｍ２の接触面積が確保されていれば、金属に比較して電気抵抗の高い炭素皮膜が形成されている場合であっても、概ね接触部の抵抗を１０ｍΩ以下の低い値に保てるためである。
　本出願を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、2010年11月19日出願の日本特許出願（特願2010－259508）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明では、先端が２つ以上に分割された突起の表面に、金属元素を含有する炭素皮膜を形成し、前記突起の各頂部には、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面を有すると共に、平坦面の合計面積が５００μｍ２以上、５０００μｍ２以下であるようにコンタクトプローブピンを構成するか、または平坦面が１０Ｎ／ｍｍ２以上、１０００Ｎ／ｍｍ２以下の圧力で被検面に接触するようにしたので、使用環境が高温になる様な状況下においても、Ｓｎ等の付着を極力低減でき、長期間に亘って安定な電気的接触を保つことができる。
１ コンタクトプローブピン
２ 突起
３ 平坦面
４ 側面
５ 境界部分

Claims (18)

  1. 　２つ以上の突起に分割された先端を有し、該突起で被検面に繰り返し接触するコンタクトプローブピンであって、少なくとも前記突起の表面には、金属元素を含有する炭素皮膜が形成されており、前記突起の各頂部は、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面であると共に、当該平坦面の合計面積が５００μｍ２以上、５０００μｍ２以下であることを特徴とするコンタクトプローブピン。
  2. 　前記平坦面がコンタクトプローブピンの側面と鈍角をなすように前記側面の形状を調整したものである請求項１に記載のコンタクトプローブピン。
  3. 　前記金属元素は、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴｉおよびＣｒよりなる群から選択される１種以上である請求項１に記載のコンタクトプローブピン。
  4. 　前記金属元素は、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴｉおよびＣｒよりなる群から選択される１種以上である請求項２に記載のコンタクトプローブピン。
  5. 　前記金属元素の含有量は５～３０原子％である請求項１に記載のコンタクトプローブピン。
  6. 　前記金属元素の含有量は５～３０原子％である請求項２に記載のコンタクトプローブピン。
  7. 　前記金属元素の含有量は５～３０原子％である請求項３に記載のコンタクトプローブピン。
  8. 　前記金属元素の含有量は５～３０原子％である請求項４に記載のコンタクトプローブピン。
  9. 　前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである請求項１に記載のコンタクトプローブピン。
  10. 　前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである請求項２に記載のコンタクトプローブピン。
  11. 　前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである請求項３に記載のコンタクトプローブピン。
  12. 　前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである請求項４に記載のコンタクトプローブピン。
  13. 　前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである請求項５に記載のコンタクトプローブピン。
  14. 　前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである請求項６に記載のコンタクトプローブピン。
  15. 　前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである請求項７に記載のコンタクトプローブピン。
  16. 　前記炭素皮膜の厚さは０．１～５μｍである請求項８に記載のコンタクトプローブピン。
  17. 　検査される被検面は、Ｓｎを含むものである請求項１～１６のいずれか一項に記載のコンタクトプローブピン。
  18. 　２つ以上の突起に分割された先端を有するコンタクトプローブピンを用い、該突起を被検面に繰り返し接触させて検査することを含む検査方法であって、少なくとも前記突起の表面には、金属元素を含有する炭素皮膜を形成しておき、前記突起の各頂部には、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面を形成しておくと共に、当該平坦面を１０Ｎ／ｍｍ２以上、１０００Ｎ／ｍｍ２以下の圧力で被検面に接触させて検査することを特徴とする検査方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104871010A (zh) * 2012-12-14 2015-08-26 株式会社神户制钢所 电接触构件和检查用连接装置
CN112713427A (zh) * 2020-11-30 2021-04-27 上海航天控制技术研究所 一种火星探测分离监视伴星的分离装置
IT202000017539A1 (it) * 2020-07-20 2022-01-20 Technoprobe Spa Sonda di contatto per testa di misura

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018084438A (ja) * 2016-11-21 2018-05-31 株式会社エンプラス 電気接触子及び電気部品用ソケット

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08115956A (ja) * 1994-10-14 1996-05-07 Kobe Steel Ltd 半導体素子チェック用プローブピンの製造方法
JPH10307147A (ja) * 1997-05-07 1998-11-17 Yokogawa Electric Corp 半導体テスタ装置のコンタクトピン
JPH1138041A (ja) * 1997-07-24 1999-02-12 Mitsubishi Electric Corp プローブカード用片持ち型プローブ針とその製造方法ならびに制御方法
JP2002318247A (ja) * 2001-04-20 2002-10-31 Kobe Steel Ltd 接続装置
JP2007024613A (ja) * 2005-07-14 2007-02-01 Genesis Technology Inc 接触端子およびこれを用いた半導体デバイスの検査用接続装置
JP2009180549A (ja) * 2008-01-29 2009-08-13 Renesas Technology Corp コンタクトピン

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4063157B2 (ja) * 2003-07-08 2008-03-19 富士電機デバイステクノロジー株式会社 半導体素子の電気的測定方法
JP5192899B2 (ja) * 2008-04-30 2013-05-08 東京特殊電線株式会社 プローブ針及びその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08115956A (ja) * 1994-10-14 1996-05-07 Kobe Steel Ltd 半導体素子チェック用プローブピンの製造方法
JPH10307147A (ja) * 1997-05-07 1998-11-17 Yokogawa Electric Corp 半導体テスタ装置のコンタクトピン
JPH1138041A (ja) * 1997-07-24 1999-02-12 Mitsubishi Electric Corp プローブカード用片持ち型プローブ針とその製造方法ならびに制御方法
JP2002318247A (ja) * 2001-04-20 2002-10-31 Kobe Steel Ltd 接続装置
JP2007024613A (ja) * 2005-07-14 2007-02-01 Genesis Technology Inc 接触端子およびこれを用いた半導体デバイスの検査用接続装置
JP2009180549A (ja) * 2008-01-29 2009-08-13 Renesas Technology Corp コンタクトピン

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104871010A (zh) * 2012-12-14 2015-08-26 株式会社神户制钢所 电接触构件和检查用连接装置
IT202000017539A1 (it) * 2020-07-20 2022-01-20 Technoprobe Spa Sonda di contatto per testa di misura
WO2022017812A1 (en) * 2020-07-20 2022-01-27 Technoprobe S.P.A. Contact probe for a probe head
CN112713427A (zh) * 2020-11-30 2021-04-27 上海航天控制技术研究所 一种火星探测分离监视伴星的分离装置

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