WO2013084730A1 - コンタクトプローブ及びそれを備えた半導体素子用ソケット - Google Patents

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contact probe
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coil spring
semiconductor element
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鈴木　勝己
鈴木　威之
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山一電機株式会社
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    • H01R2201/00—Connectors or connections adapted for particular applications
    • H01R2201/20—Connectors or connections adapted for particular applications for testing or measuring purposes

Definitions

  • the present invention relates to a contact probe for electrically connecting a semiconductor element and an inspection apparatus, and a socket for a semiconductor element provided with the contact probe.
  • a semiconductor element in which a contact probe is provided as a connector for electrically connecting a semiconductor element such as an IC (integrated circuit) package having a solder ball or solder bump as an electrode portion and an inspection circuit board of an inspection apparatus Sockets are provided.
  • the contact probe disposed in this type of semiconductor element socket is composed of a plunger that contacts the solder ball of the IC package, and a coil spring that provides the plunger with an elastic biasing force to contact the solder ball with a predetermined pressure.
  • the contact probe includes a contact having a plurality of sharp contact portions at the tip of a plunger formed in a plate shape or a column shape. Then, the elastic contact force of the coil spring causes the contact of the plunger to come into point contact with the electrode portion and pierce it, thereby breaking the oxide film and obtaining a good connection.
  • the plunger 111 of the contact probe 110 is formed on the surface of a base material 112 made of a Cu alloy such as beryllium copper, a base plating layer 113 made of Ni plating, and further, the base plating layer 113.
  • An outermost plating layer 114 made of an Au alloy is formed on the upper surface.
  • the base plating layer 113 is excellent in affinity and adhesion to the base material 112, and the outermost plating layer 114 is excellent in wear resistance and corrosion resistance.
  • the conductor resistance of the outermost plated layer 114 of the contact probe 110 is large. For example, if a large current of 2 amperes or more flows, the amount of heat generation increases, and the heat generation temperature may increase, affecting the semiconductor element to be inspected. is there.
  • An object of the present invention is to provide a contact probe capable of reducing the heat generation amount by reducing the conductor resistance of the contact probe, and a socket for a semiconductor element including the contact probe.
  • the contact probe of the present invention capable of solving the above-described problems includes a first plunger having an upper contact with which the electrode portion of the semiconductor element is contacted at the tip, and a lower contact with which the electrode portion of the inspection substrate is in contact
  • a contact probe comprising: a second plunger having an elastic member that biases the first plunger and the second plunger away from each other, wherein at least the first plunger and the second plunger are
  • the base material surface has a three-layer plating layer consisting of an underlayer, an intermediate layer, and an outermost layer, and the volume resistivity of the intermediate layer is smaller than the volume resistivity of the outermost layer, and the outermost layer is the intermediate layer It is characterized by higher hardness than the layer.
  • the three plating layers may be provided on the surface of the base material of the elastic member.
  • the elastic member may be accommodated in a cylindrical barrel, and may have the three plating layers on the surface of the base material of the barrel.
  • the elastic member may include a plurality of coil springs housed in a cylindrical barrel, and may include at least a first coil spring and a second coil spring housed in the first coil spring. good.
  • the second coil spring may be accommodated in a winding direction opposite to the winding direction of the first coil spring.
  • the socket for a semiconductor element includes any one of the contact probes described above, and electrically connects an electrode portion of the semiconductor element and an electrode portion of the inspection substrate through the contact probe.
  • the contact probe of the present invention by providing an intermediate layer formed of a conductive material having a volume resistivity lower than that of the outermost layer, the contact probe is not accompanied by an increase in the size of the contact probe due to an extreme increase in cross-sectional area.
  • the specific resistance can be reduced to reduce the heat generation amount.
  • the electrode part of the semiconductor element and the electrode part of the inspection substrate can be reliably conducted even with a large current through the contact probe having the above-described configuration. Thereby, the temperature rise in the socket for semiconductor elements can be suppressed, and a highly reliable semiconductor element can be inspected many times.
  • FIG. 1 a first embodiment of a contact probe according to the present invention and a socket for a semiconductor element including the contact probe will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 a first embodiment of a contact probe according to the present invention and a socket for a semiconductor element including the contact probe will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 a first embodiment of a contact probe according to the present invention and a socket for a semiconductor element including the contact probe will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • a contact probe 10 includes a barrel 11 formed from a cylindrical metal material having conductivity, and a substantially rod-shaped metal material having conductivity.
  • the formed first plunger 12 and second plunger 13 are provided.
  • the first plunger 12 protrudes from the upper side of the barrel 11, and has an upper contact 14 that contacts the electrode portion of the semiconductor element at the upper end thereof.
  • the 2nd plunger 13 protrudes from the downward side of the barrel 11, and has the lower contact 15 which contacts the electrode part of the board
  • the contact probe 10 contains a coil spring 18 that is an elastic member that urges the first plunger 12 and the second plunger 13 in a direction away from each other in the barrel 11.
  • the coil spring 18 has an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the barrel 11, and contacts the lower end of the plunger body 16 of the first plunger 12 in the barrel 11 and contacts the upper end of the plunger body 17 of the second plunger 13. Yes.
  • the base material of the plungers 12 and 13 is a Cu alloy such as beryllium copper or carbon tool steel, which is a conductive material.
  • the volume resistivity of Cu alloys is 5 to 10 ⁇ cm
  • the volume resistance of steel materials is relatively high
  • the specific resistance (conductor resistance) is large. Since the plungers 12 and 13 have shapes that can be formed by lathe processing, they do not require special tools such as dies, and can be mass-produced, reducing man-hours and costs, and improving productivity. Can do.
  • the contact probe 10 of the present embodiment includes a first plunger 12 and a second plunger 13 (here, the first plunger 12 will be described as an example) in a round bar shape.
  • At least the surface of the base material 21 of the upper contact 14 is surface-treated with a three-layer plating layer comprising an underlayer 22 of about 3 ⁇ m, an intermediate layer 23 of about 2 to 4 ⁇ m and an outermost layer 24 of about 1 ⁇ m.
  • the underlayer 22 is excellent in affinity and adhesion with the base material 21, and the outermost layer 24 is excellent in wear resistance and corrosion resistance.
  • the intermediate layer 23 is excellent in reducing heat generation and suppressing temperature rise.
  • the first plunger and the second plunger 13 may be cylindrical.
  • the base plating layer 22 is Ni plating.
  • Ni plating is excellent in adhesiveness with the base material 21 which is Cu alloys, such as beryllium copper, for example.
  • the intermediate plating layer 23 99% by mass or more of Au, Ag, or Cu (hereinafter simply referred to as Au, Ag, Cu) is formed as the intermediate plating layer 23.
  • Au, Ag, Cu 99% by mass or more of Au, Ag, or Cu (hereinafter simply referred to as Au, Ag, Cu) is formed as the intermediate plating layer 23.
  • the intermediate plating layer 23 is more preferably formed of any one of pure Au, pure Ag, and pure Cu.
  • “pure” is not an alloy but a single metal from which impurities are substantially removed.
  • Au, Ag and Cu are 99.9% by mass or more.
  • the intermediate plating layer 23 formed on the base material of the plungers 12 and 13 has a specific resistance (conductor resistance) such as Au, Ag or Cu smaller than that of the outermost plating layer 24.
  • the specific resistance (conductor resistance) of the contact probe 10 can be reduced without increasing the cross-sectional area, and the amount of heat generated can be reduced.
  • the outermost plating layer 24 formed on the intermediate plating layer 23 is an Au alloy plating having higher hardness and superior wear resistance than the intermediate plating layer. It is not limited to Au alloy (eg, Au—Co, Au—Ni, etc.) plating, but is superior to Au in terms of wear resistance and corrosion resistance, Pd (palladium), Rh (rhodium), platinum and Au. Low purity hard gold may be used. An Au alloy such as Au—Co or Au—Ni has a higher volume resistivity than Au because a conductive material higher than the specific resistance (conductor resistance) of Au is added.
  • the intermediate plating layer 23 is formed only on the first plunger 12 and the second plunger 13, but the intermediate plating layer 23 may also be formed on the barrel 11 and the coil spring 18.
  • the coil spring has a double structure and that the plating layer of the barrel, plunger and coil spring constituting the contact probe has an intermediate layer.
  • action is abbreviate
  • the contact probe 30 includes a barrel 11 made of a cylindrical conductive material, a first plunger 12 and a second plunger 13 made of a substantially rod-like conductive material. Further, the contact probe 30 accommodates a coil spring 31 that is an elastic member that urges the first plunger 12 and the second plunger 13 in a direction away from each other in the barrel 11.
  • the contact probe 30 of this embodiment is a double-structured coil spring in which the coil spring 31 includes a first coil spring 32 having a large diameter and a second coil spring 33 having a small diameter housed in the first coil spring 32.
  • the second coil spring 33 is accommodated in a winding direction opposite to the winding direction of the first coil spring 32.
  • the cross-sectional area of the coil spring 31 can be increased, and the specific resistance (conductor resistance) of the contact probe 30 can be further reduced.
  • the coil springs twice the contact force with the first plunger 12 and the second plunger 13 can be increased, and a stable contact resistance can be obtained.
  • the coil spring 31 is not limited to a double configuration, and may be a triple or more configuration.
  • all the members of the barrel 11, the first plunger 12, the second plunger 13, and the coil spring 31 have a plating layer on the base material 21, as shown in FIG.
  • An intermediate plating layer 23 is provided between the base plating layer 22 and the outermost plating layer 24.
  • the intermediate plating layer 23 of the first plunger 12, the second plunger 13, and the barrel 11 has the same configuration and operational effects as those described in the first embodiment.
  • the same plating layer is also provided on the inner peripheral surface side of the barrel 11.
  • the base material of the barrel 11 is a Cu alloy such as brass or phosphor bronze, which is a conductive material, and has a relatively high volume resistivity of about 5 to 10 ⁇ cm and a large specific resistance (conductor resistance).
  • the base material of the coil spring 31 is the same for both the first coil spring 32 and the second coil spring 33, and is a heat-resistant stainless steel wire or tungsten wire that is difficult to melt even if it generates heat. By making the base material of the coil spring 31 into a heat-resistant stainless steel wire or tungsten wire having a high melting temperature, even if a large current flows and generates heat, the coil spring itself does not melt easily and a large amount of current flows. Can do.
  • the plating layer of the coil spring 31 is Ni plating with the base plating layer 22 of about 1 ⁇ m, and the outermost plating layer 24 is Au alloy plating with about 0.1 ⁇ m.
  • An intermediate plating layer 23 of about 0.5 to 4 ⁇ m is provided between the base plating layer 22 and the outermost plating layer 24.
  • the intermediate plating layer 23 is made of any one of Au, Ag, and Cu, and is preferably an Ag plating that has a low volume resistance and is relatively inexpensive.
  • first plunger having an upper contact and a barrel are integrally formed.
  • action is abbreviate
  • the contact probe 40 includes a first plunger 42, a second plunger 43, and a coil spring 31.
  • the first plunger 42 has a spring accommodating portion 48 that accommodates an elastic member therein, and an upper contact 45 that integrally contacts an electrode portion of the semiconductor element at the upper end.
  • the second plunger 43 has a lower contact 46 that protrudes from the lower side of the first plunger 42 at the lower end of the plunger main body 47 and contacts the electrode portion of the inspection substrate.
  • the spring accommodating portion 48 may be integrally formed on the second plunger 43 side.
  • the coil spring 31 is a coil spring having the same double structure as that of the second embodiment.
  • the coil spring 31 is accommodated in the spring accommodating portion 48 of the first plunger 42.
  • the lower end of the coil spring 31 is in contact with the upper end of the plunger main body 47 and urges the second plunger 43 downward.
  • the outer peripheral surface of the first plunger 42, the inner peripheral surface of the spring accommodating portion 48, the second plunger 43 and the coil spring 31 are all on the base material 21 as shown in FIG. And an intermediate plating layer 23 between the base plating layer 22 and the outermost plating layer 24.
  • the intermediate plating layer 23 has the same configuration and operational effects as those described in the first and second embodiments.
  • the semiconductor element socket 50 has a probe housing block 52, which is positioned on the inspection substrate 51 by positioning pins 53 and fixed by fastening bolts 54.
  • the probe housing block 52 includes a contactor array substrate 55 and a socket substrate 56 each having an insulating property.
  • the socket substrate 56 has an array substrate receiving recess 57 formed on the lower surface thereof.
  • the contact array substrate 55 is fitted into the array substrate receiving recess 57, positioned by a positioning pin 58, and fastened and fixed by a screw 59. Has been.
  • a plurality of probe receiving holes 61 are formed in the socket substrate 56, and the contact probes 10 are inserted and received in these probe receiving holes 61 from below.
  • the contactor array substrate 55 fixed to the socket substrate 56 is formed with a plurality of contactor holding holes 63 corresponding to the probe receiving holes 61.
  • the lower contact 15 of the contact probe 10 accommodated in each probe accommodating hole 61 is inserted into the contact retaining holes 63. Accordingly, the lower contact 15 of the contact probe 10 is held by the contact holding hole 63 and is arranged at a predetermined position on the inspection substrate 51.
  • the inspection substrate 51 is provided with an electrode portion (not shown) at the position where the lower contact 15 of the contact probe 10 is disposed, and the lower contact 15 of each contact probe 10 is in conductive contact.
  • the socket substrate 56 has a socket recess 64 formed on the upper surface thereof.
  • the socket recess 64 can accommodate a semiconductor element 67 having a plurality of solder balls 65 on the lower surface side from above.
  • the electrode portion of the semiconductor element 67 and the electrode portion of the inspection substrate 51 are brought into conduction via the contact probe 10.
  • the specific resistance conductor resistance
  • the amount of heat generation can be reduced even with a large current of 4 to 5 amperes.
  • the contact probes 10, 30, and 40 of the above-described embodiment include the first plungers 12 and 42 having the upper contacts 14 and 45 that contact the electrode portions of the semiconductor element 67 at the tips, and the inspection substrate. 51, the second plungers 13 and 43 having lower contactors 15 and 46 that are in contact with the electrode portions 51, and the coil springs 18 that urge the first plungers 12 and 42 and the second plungers 13 and 43 in a direction away from each other. 31. At least the first plungers 12 and 42 and the second plungers 13 and 43 have three plating layers including a base layer 22, an intermediate layer 23, and an outermost layer 24 on the surface of the base material 21, and the intermediate layer 23 Is 99% by mass or more of Au, Ag, or Cu.
  • any one of Au, Ag, and Cu having a small volume resistivity is used, so that the specific resistance (conductor resistance) of the contact probe itself is reduced to reduce the amount of heat generation. can do.
  • the temperature rise (outside temperature ⁇ saturation temperature) can be suppressed by lowering the saturation temperature in the semiconductor element socket.
  • the contact probes 30 and 40 of the above-described embodiment include a plurality of coil springs in which the coil spring 31 is accommodated in the cylindrical barrel 11 or the first plunger 42, and at least the first coil spring 32 and the inside of the first coil spring 32. And a second coil spring 33 housed in the housing.
  • the cross-sectional area of the entire coil spring 31 can be increased, and the specific resistance (conductor resistance) of the contact probes 30 and 40 can be further reduced.
  • the contact force with the first plungers 12 and 42 and the second plungers 13 and 43 can be increased, and a stable contact resistance can be obtained.
  • the second coil spring 33 is accommodated in the winding direction opposite to the winding direction of the first coil spring 32. According to the contact probes 30 and 40 having the above-described configuration, it is possible to prevent the coil springs 32 and 33 from being entangled with each other. Further, an equal contact force can be obtained with respect to the first plungers 12 and 42 and the second plungers 13 and 43.
  • the contact probes 10, 30, and 40 have the first plunger 12 and the upper plungers 14 and 45 that have the electrode parts of the semiconductor element 67 in contact with the tips. 42, second plungers 13 and 43 having lower contacts 15 and 46 that are in contact with the electrode portions of the inspection substrate 51, and the first plungers 12 and 42 and the second plungers 13 and 43 in a direction away from each other. Coil springs 18 and 31 to be urged.
  • the contact probes 10, 30, 40 have at least a first plunger 12, 42 and a second plunger 13, 43 having three layers consisting of a base layer 22, an intermediate layer 23, and an outermost layer 24 on the surface of the base material 21.
  • the socket 50 for semiconductor element makes the electrode part of the semiconductor element 67 and the electrode part of the inspection substrate 51 conductive through the contact probes 10, 30, 40.
  • the contact probes 10, 30, and 40 are any one of Au, Ag, and Cu having a small volume resistivity, so that the specific resistance (conductor resistance) of the contact probe itself is reduced.
  • the amount of heat generated can be reduced even with a large current of 4 to 5 amperes.
  • the saturation temperature in the socket 50 for semiconductor elements can be lowered
  • the contact probe according to the present invention and the semiconductor element socket including the contact probe are not limited to the above embodiment.
  • the contact probe in which the coil spring is accommodated in the barrel or the plunger has been described as an example, but a contact probe in which the coil spring is exposed may be used.
  • the contact probe is composed of an upper contact that contacts the electrode portion of the semiconductor element, a lower contact that contacts the electrode portion of the inspection substrate, and a coil spring that urges the upper contact and the upper contact in a direction away from each other.
  • There is no cylindrical member such as a barrel covering the periphery of the coil spring.
  • Example 1 Contact probe: 4 parts configuration of 1st plunger, 2nd plunger, barrel and coil spring, 1st and 2nd plunger have 3 layer plating including intermediate layer, barrel and coil spring are normal 2 layer plating .
  • Plunger plating layer intermediate layer; 2 ⁇ m Ag plating, underlayer; 3 ⁇ m Ni plating, outermost layer; 1 ⁇ m Au alloy plating (Example 2)
  • Contact probe A five-part configuration including a first plunger, a second plunger, a barrel, and a double coil spring, and all five parts have a three-layer plating including an intermediate layer.
  • Plunger and barrel plating layer intermediate layer; 2 ⁇ m Ag plating, underlayer; 3 ⁇ m Ni plating, outermost layer; 1 ⁇ m Au alloy plating Coil spring plating layer: intermediate layer; 1 ⁇ m Ag plating, underlayer; 1 ⁇ m Ni Plating, outermost layer: 0.1 ⁇ m Au alloy plating
  • Contact probe A four-part configuration including a first plunger, a second plunger, a barrel, and a coil spring. All four parts are normal two-layer plating.
  • Plunger and barrel plating layer Underlayer; 3 ⁇ m Ni plating, outermost layer; 1 ⁇ m Au alloy plating
  • Coil spring plating layer Underlayer; 1 ⁇ m Ni plating, outermost layer; 0.1 ⁇ m Au alloy plating
  • the contact probes of Examples 1 and 2 and the comparative example are incorporated in a socket for a semiconductor element, and the contact resistance (load) between the specific resistance (conductor resistance) of each contact probe and the electrode portion of the inspection substrate is measured.
  • the saturation temperature in the socket after a predetermined time is measured by changing the energization current, the temperature rise in the socket (difference between the saturation temperature and the outside air temperature) is obtained, and the rate of temperature rise is compared.
  • Table 1 The results are shown in Table 1, FIG. 9 and FIG.
  • Example 1 the specific resistance (conductor resistance) of each contact probe is smaller in Example 1 and Example 2 than in the comparative example, and in particular, all components have intermediate plating layers. It can be seen that Example 2 is reduced to 1/3 of the comparative example and 1/2 of Example 1. Moreover, it turns out that the load (contact force) with respect to the electrode part of the board
  • Example 1 the rate of increase in temperature in Example 1 is lower than that in the comparative example.
  • Example 2 which has an intermediate plating layer in all the parts is remarkably lower than the comparative example, and the temperature rise is 30 ° C. or less even when a large current of 5 amperes flows. You can see that it is suppressed. Therefore, by forming an intermediate plating layer made of Ag plating on all parts of a contact probe with double or more coil springs, a reliable contact force can be secured and the specific resistance (conductor resistance) of the contact probe can be ensured. It can be seen that the calorific value can be remarkably reduced. *

Abstract

　本発明の目的の一つは、コンタクトプローブの導体抵抗を小さくして、発熱量を低減することができるコンタクトプローブ及びそれを備えた半導体素子用ソケットを提供することである。　コンタクトプローブ（１０）は、先端に半導体素子の電極部が接触される上部接触子（１４）を有する第１プランジャ（１２）と、検査用基板の電極部に接触される下部接触子（１５）を有する第２プランジャ（１３）と、第１プランジャ（１２）と第２プランジャ（１３）とを互いに離間する方向へ付勢するコイルバネ（１８）とを備え、少なくとも第１プランジャ（１２）および第２プランジャ（１３）は、その母材（２１）表面に下地層（２２）、中間層（２３）および最表層（２４）からなる３層のメッキ層を有し、中間層（２３）の体積抵抗率が最表層（２４）の体積抵抗率よりも小さく、最表層（２４）は中間層（２３）よりも硬度が高い。

Description

コンタクトプローブ及びそれを備えた半導体素子用ソケット
　本発明は、半導体素子と検査装置との間を電気的に接続するコンタクトプローブ及びコンタクトプローブを備えた半導体素子用ソケットに関する。
　従来、電極部として半田ボールや半田バンプを有するＩＣ（集積回路）パッケージなどの半導体素子と検査装置の検査回路基板との間を電気的に接続する接続子としてコンタクトプローブが配設された半導体素子用ソケットが提供されている。この種の半導体素子用ソケットに配設されたコンタクトプローブとしては、ＩＣパッケージの半田ボールに接触するプランジャと、半田ボールに所定の圧力で接触させるための弾性付勢力をプランジャに与えるコイルバネとから構成されるものが用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。
　コンタクトプローブは、板状または円柱状に形成されたプランジャの先端に、複数の鋭利な接点部を有する接触子を備えている。そして、コイルバネによる弾性付勢力によりプランジャの接触子が電極部に点接触して突き刺さることにより酸化被膜が破られて良好な接続を得ることができる。
日本国特開２００４－１５２４９５号公報 日本国特開２００３－１６７００１号公報
　通常、図１１に示すように、例えばコンタクトプローブ１１０のプランジャ１１１は、ベリリウム銅等のＣｕ合金である母材１１２上の表面に、Ｎｉメッキである下地メッキ層１１３と、さらにその下地メッキ層１１３の上にＡｕ合金である最表メッキ層１１４が形成されている。下地メッキ層１１３は母材１１２との親和性や密着性に優れ、最表メッキ層１１４は耐磨耗性や耐腐食性に優れている。
　しかしながら、コンタクトプローブ１１０の最表メッキ層１１４の導体抵抗が大きく、例えば２アンペア以上の大電流が流れると発熱量が大きくなり、発熱温度が上昇して検査する半導体素子に影響を及ぼす可能性がある。
　本発明の目的は、コンタクトプローブの導体抵抗を小さくして、発熱量を低減することができるコンタクトプローブ及びそれを備えた半導体素子用ソケットを提供することにある。
　上記課題を解決することのできる本発明のコンタクトプローブは、先端に半導体素子の電極部が接触される上部接触子を有する第１プランジャと、検査用基板の電極部に接触される下部接触子を有する第２プランジャと、前記第１プランジャと前記第２プランジャとを互いに離間する方向へ付勢する弾性部材とを備えたコンタクトプローブであって、少なくとも前記第１プランジャおよび前記第２プランジャは、その母材表面に下地層、中間層および最表層からなる３層のメッキ層を有し、該中間層の体積抵抗率が、該最表層の体積抵抗率よりも小さく、前記最表層は、前記中間層よりも硬度が高いことを特徴とする。
　本発明のコンタクトプローブにおいて、前記弾性部材の母材表面に前記３層のメッキ層を有していても良い。
　本発明のコンタクトプローブにおいて、前記弾性部材は、筒状のバレルに収容され、前記バレルの母材表面に前記３層のメッキ層を有していても良い。
　本発明のコンタクトプローブにおいて、前記弾性部材は、筒状のバレルに収容された複数のコイルバネからなり、少なくとも第１コイルバネと、該第１コイルバネ内に収容された第２コイルバネとを備えていても良い。
　本発明のコンタクトプローブにおいて、前記第２コイルバネは、前記第１コイルバネの巻き方向とは逆の巻き方向に収容されていても良い。
　本発明の半導体素子用ソケットは、上記の何れかのコンタクトプローブを備え、半導体素子の電極部と前記検査用基板の電極部とを、前記コンタクトプローブを介して導通させることを特徴とする。
　本発明のコンタクトプローブによれば、最表層よりも体積抵抗率が低い導電材料で形成された中間層を設けることで、極端な断面積の増加によるコンタクトプローブの大型化を伴わずに、コンタクトプローブの固有抵抗（導体抵抗）を小さくして、発熱量を低減することができる。
　また、本発明の半導体素子用ソケットによれば、半導体素子の電極部と検査用基板の電極部とを、前記構成のコンタクトプローブを介して大電流でも確実に導通させることができる。これにより、半導体素子用ソケット内の温度上昇を抑えることができ、多数回にわたり信頼性の高い半導体素子の検査を行うことができる。
本発明に係るコンタクトプローブの第１実施形態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 図１（ｂ）の縦断面図である。 図２のプランジャの断面図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 本発明に係るコンタクトプローブの第２実施形態を示す断面図である。 本発明に係るコンタクトプローブの第３実施形態を示す側面図である。 図５の縦断面図である。 本発明に係る半導体素子用ソケットの構造の一例を示す断面図である。 図７の半導体素子用ソケットの動作を示す断面図である。 本発明に係るコンタクトプローブの実施例１の実験結果を示し、通電電流と温度上昇との関係を示すグラフである。 本発明に係るコンタクトプローブの実施例２の実験結果を示し、通電電流と温度上昇との関係を示すグラフである。 従来のコンタクトプローブにおけるプランジャの部分拡大断面である。
　以下、本発明に係るコンタクトプローブ及びそれを備えた半導体素子用ソケットの第１の実施形態を図１～図３を参照して説明する。
　図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態に係るコンタクトプローブ１０は、導電性を有する筒状の金属材料から形成されたバレル１１、導電性を有する略棒状の金属材料から形成された第１プランジャ１２および第２プランジャ１３を備えている。第１プランジャ１２は、バレル１１の上方側から突出しており、その上端に半導体素子の電極部が接触する上部接触子１４を有している。また、第２プランジャ１３は、バレル１１の下方側から突出しており、その下端に検査用基板の電極部に接触する下部接触子１５を有している。
　図２に示すように、コンタクトプローブ１０は、バレル１１内に第１プランジャ１２と第２プランジャ１３とを互いに離間する方向へ付勢する弾性部材であるコイルバネ１８が収容されている。コイルバネ１８は、バレル１１の内径より僅かに小さい外径であり、バレル１１内で第１プランジャ１２のプランジャ本体１６の下端と当接すると共に、第２プランジャ１３のプランジャ本体１７の上端と当接している。
　プランジャ１２，１３の母材は、導電性材料であるベリリウム銅等のＣｕ合金または炭素工具鋼である。一般的に、Ｃｕ合金の体積抵抗率は５～１０μΩｃｍ、鋼材の体積抵抗は１０～２０μΩｃｍと比較的高く、固有抵抗（導体抵抗）は大きい。
　なお、プランジャ１２，１３は、旋盤加工で形成可能な形状なので、金型等の専用治工具類を必要とせず、大量生産を可能であり、工数やコストの削減と生産性の向上を図ることができる。
　図３（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態のコンタクトプローブ１０は、丸棒状の第１プランジャ１２および第２プランジャ１３（ここでは第１プランジャ１２を例に説明する）において、少なくとも上部接触子１４の母材２１表面に、約３μｍの下地層２２、約２～４μｍの中間層２３および約１μｍの最表層２４からなる３層のメッキ層で表面処理されている。下地層２２は母材２１との親和性や密着性に優れ、最表層２４は耐磨耗性や耐腐食性に優れている。これに対して、中間層２３は、発熱を低減して温度上昇を抑えるのに優れている。なお、第１プランジャおよび第２プランジャ１３は、筒状であっても良い。
　具体的には、下地メッキ層２２はＮｉメッキである。Ｎｉメッキは、例えばベリリウム銅等のＣｕ合金である母材２１との密着性に優れている。そのＮｉメッキ上に中間メッキ層２３として、９９質量％以上のＡｕ、ＡｇまたはＣｕ（以下、単にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕと云う）の何れかのメッキ層が形成される。その中でも体積抵抗が低く比較的安価なＡｇメッキがより好ましい。さらに、中間メッキ層２３は、純Ａｕ、純Ａｇまたは純Ｃｕの何れかのメッキ層で形成されることがより好ましい。なお、ここで云う「純」とは合金ではなく、不純物を実質的に除去した単一金属である。例えば、Ａｕ、ＡｇおよびＣｕは９９．９質量％以上である。
　このＡｕ、ＡｇおよびＣｕは、体積抵抗が低い優良な導電性材料であり、Ａｕの体積抵抗率は２．４μΩｃｍ程度、Ａｇの体積抵抗率は１．５μΩｃｍ程度、Ｃｕの体積抵抗率は１．７μΩｃｍ程度と低く、固有抵抗（導体抵抗）は小さい。このようにプランジャ１２，１３の母材上に形成する中間メッキ層２３にＡｕ、ＡｇまたはＣｕ等の固有抵抗（導体抵抗）が最表メッキ層２４よりも小さいものを使用することで、極端な断面積の増加を伴わずにコンタクトプローブ１０の固有抵抗（導体抵抗）を小さくして、発熱量を低減することができる。
　中間メッキ層２３の上に形成される最表メッキ層２４は、中間メッキ層よりも硬度が高く耐磨耗性が優れたＡｕ合金メッキである。なお、Ａｕ合金（例えばＡｕ－Ｃｏ、Ａｕ－Ｎｉなど）メッキに限らず、Ａｕよりも耐磨耗性や耐腐食性に優れているＰｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、白金やＡｕよりも低純度の硬質金などでも良い。Ａｕ－Ｃｏ、Ａｕ－ＮｉなどのＡｕ合金は、Ａｕの固有抵抗（導体抵抗）より高い導電性材料を添加しているため、Ａｕの体積抵抗率よりも高くなる。なお、本実施形態のコンタクトプローブ１０では、第１プランジャ１２と第２プランジャ１３のみに中間メッキ層２３を形成したが、バレル１１やコイルバネ１８にも中間メッキ層２３を形成しても良い。
　次に、本発明に係るコンタクトプローブの第２の実施形態を図４に基づいて説明する。
　上記第１の実施形態と異なる点は、コイルバネが２重構成である点と、コンタクトプローブを構成するバレル、プランジャおよびコイルバネのメッキ層に中間層を有している点である。なお、上記第１の実施形態と同一構成の部分には同一符号を付すことで、構成および作用の説明は省略する。
　図４に示すように、本実施形態に係るコンタクトプローブ３０は、筒状の導電性材料からなるバレル１１、略棒状の導電性材料からなる第１プランジャ１２および第２プランジャ１３を備えている。また、コンタクトプローブ３０は、バレル１１内に第１プランジャ１２と第２プランジャ１３を互いに離間する方向へ付勢する弾性部材であるコイルバネ３１が収容されている。
　本実施形態のコンタクトプローブ３０は、コイルバネ３１が大径の第１コイルバネ３２と、第１コイルバネ３２内に収容された小径の第２コイルバネ３３とからなる２重構成のコイルバネである。コイルバネ３１は、第２コイルバネ３３が第１コイルバネ３２の巻き方向とは逆の巻き方向に収容されている。これにより、コイルバネ３１の断面積を増加させ、コンタクトプローブ３０の固有抵抗（導体抵抗）を一層小さくすることができる。また、コイルバネを２重に組み込むことで、第１プランジャ１２および第２プランジャ１３との接触力を増加させることができ、安定した接点抵抗を得ることができる。なお、コイルバネ３１は、２重構成に限らず、３重以上の構成でも良い。
　また、本実施形態のコンタクトプローブ３０は、バレル１１、第１プランジャ１２、第２プランジャ１３およびコイルバネ３１の全ての部材が図３に示したように、母材２１上にメッキ層を有し、下地メッキ層２２と最表メッキ層２４との間に中間メッキ層２３を有している。第１プランジャ１２、第２プランジャ１３およびバレル１１の中間メッキ層２３は、上記第１の実施形態で説明したものと同じ構成および作用効果を有している。なお、バレル１１の内周面側にも同じメッキ層を有している。
　バレル１１の母材は、導電性材料である黄銅またはリン青銅等のＣｕ合金であり、体積抵抗率は５～１０μΩｃｍ程度と比較的高く、固有抵抗（導体抵抗）は大きい。また、コイルバネ３１の母材は、第１コイルバネ３２および第２コイルバネ３３とも同じであり、発熱しても溶融し難い耐熱ステンレス線やタングステン線である。コイルバネ３１の母材を、溶融温度が高い耐熱ステンレス線やタングステン線にすることで、大電流が流れて発熱しても、コイルバネ自体が容易に溶融することはなく、多くの大電流を流すことができる。
　コイルバネ３１のメッキ層は、下地メッキ層２２が約１μｍ程度のＮｉメッキであり、最表メッキ層２４が約０．１μｍ程度のＡｕ合金メッキである。この下地メッキ層２２と最表メッキ層２４との間に、約０．５～４μｍ程度の中間メッキ層２３を有している。この中間メッキ層２３は、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕの何れかであり、体積抵抗が低く比較的安価なＡｇメッキがより好ましい。
　次に、本発明に係るコンタクトプローブの第３の実施形態を図５～図６に基づいて説明する。
　上記第１および第２の実施形態と異なる点は、上部接触子を有する第１プランジャとバレルが一体的に形成されている点である。なお、上記第１および第２の実施形態と同一構成の部分には同一符号を付すことで、構成および作用の説明は省略する。
　図５および図６に示すように、本実施形態に係るコンタクトプローブ４０は、第１プランジャ４２、第２プランジャ４３およびコイルバネ３１から構成されている。第１プランジャ４２は、内部に弾性部材を収容するバネ収容部４８を有すると共に、上端に半導体素子の電極部が接触する上部接触子４５を一体的に有している。また、第２プランジャ４３は、プランジャ本体４７の下端に第１プランジャ４２の下方側から突出して、検査用基板の電極部に接触する下部接触子４６を有している。なお、第２プランジャ４３側にバネ収容部４８を一体的に形成しても良い。
　また、コイルバネ３１は、上記第２の実施形態と同じ２重構成のコイルバネである。コイルバネ３１は、第１プランジャ４２のバネ収容部４８内に収容されている。このコイルバネ３１の下端はプランジャ本体４７の上端に当接しており、第２プランジャ４３を下方に付勢している。
　本実施形態のコンタクトプローブ４０は、第１プランジャ４２の外周面およびバネ収容部４８の内周面、第２プランジャ４３およびコイルバネ３１の全ての部材が図３に示したように、母材２１上にメッキ層を有し、下地メッキ層２２と最表メッキ層２４との間に中間メッキ層２３を有している。この中間メッキ層２３は、上記第１および第２の実施形態で説明したものと同じ構成および作用効果を有している。
　次に、複数本のコンタクトプローブを備えた半導体素子用ソケット５０について説明する。なお、ここでは、上記第１の実施形態で説明したコンタクトプローブ１０を使用した場合を一例に説明するが、別の形態のコンタクトプローブ３０，４０も使用できることは言うまでもない。
　図７に示すように、半導体素子用ソケット５０は、プローブ収容ブロック５２を有し、検査用基板５１上に、位置決めピン５３によって位置決めされて締結ボルト５４によって固定されている。プローブ収容ブロック５２は、それぞれ絶縁性を有する接触子配列基板５５とソケット基板５６とから構成されている。
　ソケット基板５６には、その下面側に、配列基板収容凹部５７が形成されており、この配列基板収容凹部５７に接触子配列基板５５が嵌め込まれ、位置決めピン５８で位置決めされてビス５９で締結固定されている。また、ソケット基板５６には、複数のプローブ収容孔６１が形成されており、これらのプローブ収容孔６１には、下方側からコンタクトプローブ１０が挿し込まれて収容されている。
　ソケット基板５６に固定された接触子配列基板５５には、各プローブ収容孔６１に対応する複数の接触子保持孔６３が形成されている。これらの接触子保持孔６３には、各プローブ収容孔６１に収容されたコンタクトプローブ１０の下部接触子１５が挿入されている。これにより、コンタクトプローブ１０の下部接触子１５が、接触子保持孔６３によって保持されて検査用基板５１の所定位置に配置されている。検査用基板５１には、コンタクトプローブ１０の下部接触子１５の配置位置に、電極部（図示省略）が設けられており、それぞれのコンタクトプローブ１０の下部接触子１５が導通接触されている。
　ソケット基板５６には、その上面側にソケット凹部６４が形成されている。このソケット凹部６４には、複数の半田ボール６５を下面側に有する半導体素子６７が上方側から収容可能とされている。
　図８に示すように、上記構造の半導体素子用ソケット５０で半導体素子６７を検査する場合は、ソケット基板５６のソケット凹部６４へ半導体素子６７を収容させる。この状態で、押圧体６８で半導体素子６７を下方へ押圧すると、半導体素子６７がソケット凹部６４へ押し込まれる。これにより、各半田ボール６５が対応するコンタクトプローブ１０の上部接触子１４に近接し、その後、半田ボール６５が上部接触子１４に押し付けられて接触する。
　このように、コンタクトプローブ１０の上部接触子１４に半田ボール６５が押し付けられると、コンタクトプローブ１０には、軸方向に沿う圧縮力が付与され、コイルバネ１８が圧縮される。したがって、コイルバネ１８の付勢力が大きくなり、この付勢力によってコンタクトプローブ１０の下部接触子１５が検査用基板５１の電極部に押し付けられる。
　これにより、半導体素子６７の電極部と検査用基板５１の電極部とがコンタクトプローブ１０を介して確実に導通され、半導体素子６７の検査が可能となる。
　本実施形態に係るコンタクトプローブ１０を備えた半導体素子用ソケット５０によれば、半導体素子６７の電極部と検査用基板５１の電極部とを、コンタクトプローブ１０を介して導通させるので、コンタクトプローブの固有抵抗（導体抵抗）を小さくして、４～５アンペアの大電流でも発熱量を低減することができる。
　以上、説明したように上記実施形態のコンタクトプローブ１０，３０，４０は、先端に半導体素子６７の電極部が接触される上部接触子１４，４５を有する第１プランジャ１２，４２と、検査用基板５１の電極部に接触される下部接触子１５，４６を有する第２プランジャ１３，４３と、第１プランジャ１２，４２と第２プランジャ１３，４３とを互いに離間する方向へ付勢するコイルバネ１８，３１とを備えている。そして、少なくとも第１プランジャ１２，４２および第２プランジャ１３，４３は、その母材２１表面に下地層２２、中間層２３および最表層２４からなる３層のメッキ層を有し、該中間層２３が９９質量％以上のＡｕ、ＡｇまたはＣｕの何れかである。
　前記構成のコンタクトプローブ１０，３０，４０によれば、体積抵抗率の小さいＡｕ、ＡｇまたはＣｕの何れかであるので、コンタクトプローブ自体の固有抵抗（導体抵抗）を小さくして、発熱量を低減することができる。これにより、半導体素子用ソケット内の飽和温度を下げて温度上昇（外気温度－飽和温度）を抑えることができる。
　また、上記実施形態のコンタクトプローブ３０，４０は、コイルバネ３１が筒状のバレル１１または第１プランジャ４２内に収容された複数のコイルバネからなり、少なくとも第１コイルバネ３２と、この第１コイルバネ３２内に収容された第２コイルバネ３３とを備えている。
　前記構成のコンタクトプローブ３０，４０によれば、コイルバネ３１全体の断面積を増加させ、コンタクトプローブ３０，４０の固有抵抗（導体抵抗）を一層小さくすることができる。また、コイルバネ３１を２重以上に組み込むことで、第１プランジャ１２，４２および第２プランジャ１３，４３との接触力を増加させることができ、安定した接点抵抗を得ることができる。
　また、上記実施形態のコンタクトプローブ３０，４０は、第２コイルバネ３３が第１コイルバネ３２の巻き方向とは逆の巻き方向に収容されている。
　前記構成のコンタクトプローブ３０，４０によれば、互いのコイルバネ３２，３３が絡み合うのを防止することができる。また、第１プランジャ１２，４２および第２プランジャ１３，４３に対して均等な接触力を得ることができる。
　上記実施形態のコンタクトプローブを備えた半導体素子用ソケット５０は、コンタクトプローブ１０，３０，４０が、先端に半導体素子６７の電極部が接触される上部接触子１４，４５を有する第１プランジャ１２，４２と、検査用基板５１の電極部に接触される下部接触子１５，４６を有する第２プランジャ１３，４３と、第１プランジャ１２，４２と第２プランジャ１３，４３とを互いに離間する方向へ付勢するコイルバネ１８，３１と、を備えている。そして、このコンタクトプローブ１０，３０，４０は、少なくとも第１プランジャ１２，４２および第２プランジャ１３，４３が、その母材２１表面に下地層２２、中間層２３および最表層２４からなる３層のメッキ層を有し、該中間層２３が９９質量％以上のＡｕ、ＡｇまたはＣｕの何れかである。
　半導体素子用ソケット５０は、このコンタクトプローブ１０，３０，４０を介して、半導体素子６７の電極部と検査用基板５１の電極部とを導通させる。
　前記構成の半導体素子用ソケット５０によれば、コンタクトプローブ１０，３０，４０が、体積抵抗率の小さいＡｕ、ＡｇまたはＣｕの何れかであるので、コンタクトプローブ自体の固有抵抗（導体抵抗）を小さくして、４～５アンペアの大電流でも発熱量を低減することができる。これにより、半導体素子用ソケット５０内の飽和温度を下げてソケット内の温度上昇を抑えることができる。
　なお、本発明に係るコンタクトプローブ及びそれを備えた半導体素子用ソケットは、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、コイルバネがバレル内またはプランジャ内に収容されているコンタクトプローブを例に説明したが、コイルバネが露出しているコンタクトプローブであっても良い。
　この場合、コンタクトプローブの構成は、半導体素子の電極部と接する上部接触子、検査用基板の電極部と接する下部接触子と、上部接触子と上部接触子を互いに離間する方向へ付勢するコイルバネの３部品であり、コイルバネの周囲を覆うバレルのような筒状部材は存在しない。
　次に、本発明に係るコンタクトプローブ及びそれを備えた半導体素子用ソケットの実施例について説明する。
（実施例１）
　コンタクトプローブ：第１プランジャ、第２プランジャ、バレル、コイルバネの４部品構成で、第１、第２プランジャが中間層を含めた３層メッキを有し、バレルとコイルバネは通常の２層メッキである。
　プランジャのメッキ層：中間層；２μｍのＡｇメッキ、下地層；３μｍのＮｉメッキ、最表層；１μｍのＡｕ合金メッキ
（実施例２）
　コンタクトプローブ：第１プランジャ、第２プランジャ、バレル、２重コイルバネの５部品構成で、５部品全てが中間層を含めた３層メッキを有する。
　プランジャとバレルのメッキ層：中間層；２μｍのＡｇメッキ、下地層；３μｍのＮｉメッキ、最表層；１μｍのＡｕ合金メッキ
　コイルバネのメッキ層：中間層；１μｍのＡｇメッキ、下地層；１μｍのＮｉメッキ、最表層；０．１μｍのＡｕ合金メッキ
（比較例）
　コンタクトプローブ：第１プランジャ、第２プランジャ、バレル、コイルバネの４部品構成で、４部品全てが通常の２層メッキである。
　プランジャとバレルのメッキ層：下地層；３μｍのＮｉメッキ、最表層；１μｍのＡｕ合金メッキ
　コイルバネのメッキ層：下地層；１μｍのＮｉメッキ、最表層；０．１μｍのＡｕ合金メッキ
　上記実施例１，２と比較例の各コンタクトプローブを半導体素子用ソケットに組み込み、各コンタクトプローブの固有抵抗（導体抵抗）と検査用基板の電極部との接触力（荷重）を測定すると共に、通電電流を変えて所定時間後のソケット内の飽和温度を測定して、ソケット内の温度上昇（飽和温度と外気温との差）を求め、その温度上昇率を比較する。その結果を表１、図９および図１０に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、各コンタクトプローブの固有抵抗（導体抵抗）は、実施例１および実施例２の方が比較例と比べて小さくなっており、特に全ての部品に中間メッキ層を有する実施例２は、比較例の３分の１、実施例１の２分の１まで小さくなることが分かる。また、検査用基板の電極部に対する荷重（接触力）は、２重コイルバネを有する実施例２が、比較例と比べて２倍以上大きくなっていることが分かる。
　また、図９および図１０に示すように、実施例１の温度上昇は、比較例に比べて上昇率が低くなっていることが分かる。また、全ての部品に中間メッキ層を有する実施例２の温度上昇は、比較例に比べて顕著に上昇率が低くなっており、５アンペアの大電流が流れても温度上昇が３０℃以下に抑えられていることが分かる。したがって、２重以上のコイルバネを備えたコンタクトプローブの全ての部品にＡｇメッキである中間メッキ層を形成することで、確実な接触力が確保できると共に、コンタクトプローブの固有抵抗（導体抵抗）を確実に小さくすることができ、発熱量を顕著に低減することができることが分かる。　
　本発明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、2011年12月6日出願の日本特許出願・出願番号2011-266645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。
１０，３０，４０：コンタクトプローブ、１１：バレル、１２，４２：第１プランジャ、１３，４３：第２プランジャ、１４，４５：上部接触子、１５，４６：下部接触子、１８，３１：コイルバネ（弾性部材）、２１：母材、２２：下地メッキ層、２３：中間メッキ層、２４：最表メッキ層、３２：第１コイルバネ、３３：第２コイルバネ、４８：バネ収容部、５０：半導体素子用ソケット、５１：検査用基板、５２：プローブ収容ブロック、６５：半田ボール（電極部）、６７：半導体素子

Claims (6)

  1. 　先端に半導体素子の電極部が接触される上部接触子を有する第１プランジャと、検査用基板の電極部に接触される下部接触子を有する第２プランジャと、
    　前記第１プランジャと前記第２プランジャとを互いに離間する方向へ付勢する弾性部材とを備えたコンタクトプローブであって、
    　少なくとも前記第１プランジャおよび前記第２プランジャは、その母材表面に下地層、中間層および最表層からなる３層のメッキ層を有し、該中間層の体積抵抗率が、該最表層の体積抵抗率よりも小さく、前記最表層は、前記中間層よりも硬度が高いことを特徴とするコンタクトプローブ。
  2. 　請求項１に記載のコンタクトプローブであって、
    　前記弾性部材の母材表面に前記３層のメッキ層を有することを特徴とするコンタクトプローブ。
  3. 　請求項１または２に記載のコンタクトプローブであって、
    　前記弾性部材は、筒状のバレルに収容され、
    　前記バレルの母材表面に前記３層のメッキ層を有することを特徴とするコンタクトプローブ。
  4. 　請求項３に記載のコンタクトプローブであって、
    　前記弾性部材は、筒状のバレルに収容された複数のコイルバネからなり、少なくとも第１コイルバネと、該第１コイルバネ内に収容された第２コイルバネとを備えていることを特徴とするコンタクトプローブ。
  5. 　請求項４に記載のコンタクトプローブであって、
    　前記第２コイルバネは、前記第１コイルバネの巻き方向とは逆の巻き方向に収容されていることを特徴とするコンタクトプローブ。
  6. 　請求項１から５の何れか一項に記載のコンタクトプローブを備え、半導体素子の電極部と前記検査用基板の電極部とを、前記コンタクトプローブを介して導通させることを特徴とする半導体素子用ソケット。 
     
     
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