JP2007256088A - Probe pin - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance adhesiveness, a surface condition, flexibility, impact resistance and the like, of an Ni plating coating film containing a PTFE in a probe pin having the Ni plating coating film containing the PTFE at least in its tip part, to prevent a crack and separation of the coating film from being generated, to restrain conductivity of the probe pin from getting low, and to prolong a product life. <P>SOLUTION: Tungsten is used as a base material, a PTFE particle size contained in the PTFE containing Ni plating coating film is made to 5μm or less in the probe pin having the PTFE containing Ni plating coating film in its tip part, the adhesiveness, the surface condition, the flexibility and the impact resistance get thereby excellent in the PTFE containing Ni plating coating film, the crack and the separation is thereby reduced in the coating film, a crack by an impact is also reduced, and the conductivity is held stably therein. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウエハ上の集積回路チップの通電検査をするためのプローブピンに関し、特に、少なくとも先端部にＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜を有するプローブピンに関する。   The present invention relates to a probe pin for conducting an energization inspection of an integrated circuit chip on a semiconductor wafer, and more particularly to a probe pin having a PTFE-containing Ni plating film at least at a tip portion.

半導体ウエハの製造工程において集積回路チップの通電検査（ウエハテスト）をするためのプローブカードに配設するプローブピンには、材質が硬くて弾力性のあるタングステン，レニウムタングステン，ベリリウム銅などが使用されており、特に、タングステンは、耐摩耗性，弾力性，硬度等に優れ、強靭性にも優れた材料であって、直径数十ミクロンという細い線材で構成するプローブピンに好適な材料である。しかしながら、タングステンは、酸化しやすい材料であるため、そのままでは、集積回路の電極とコンタクトされ通電されたときの摩擦熱や接触抵抗による発熱で先端部の温度が上昇することによって酸化が進み、また、集積回路に蒸着されているアルミニウムと反応し、数千回から数万回のコンタクトでピン先端部に酸化アルミニウムが発生付着する。そして、このようにプローブ針の先端部の酸化が進み、酸化アルミニウムが付着すると、針先端部表面の接触抵抗が大きくなり、導電性が低下してウエハテストに支障を来すという問題がある。   The probe pins disposed on the probe card for conducting an energization inspection (wafer test) of the integrated circuit chip in the semiconductor wafer manufacturing process are made of hard, elastic tungsten, rhenium tungsten, beryllium copper, or the like. In particular, tungsten is a material excellent in wear resistance, elasticity, hardness, etc., and excellent in toughness, and is a material suitable for a probe pin composed of a thin wire having a diameter of several tens of microns. However, since tungsten is a material that easily oxidizes, as it is, oxidation proceeds due to the temperature at the tip rising due to heat generated by frictional heat or contact resistance when contacted with the electrodes of the integrated circuit and energized. The aluminum oxide reacts with the aluminum deposited on the integrated circuit, and aluminum oxide is generated and attached to the tip of the pin through thousands to tens of thousands of contacts. If the tip of the probe needle is oxidized in this way and aluminum oxide is deposited, the contact resistance of the surface of the tip of the needle increases, and there is a problem that the conductivity is lowered and hinders the wafer test.

こうした問題を解決するため、プローブピンのピン先端部に非酸化性金属を接合したり、ピン先端部に非酸化性金属の被膜を形成し、それをピン母材であるタングステン中に拡散させることが従来から考えられていたが、それらはいずれも、コスト的にも作業的にも実用的でなく、また、耐酸化性を改善できても、酸化アルミニウムの付着を防止することはできない。   To solve these problems, non-oxidizing metal is bonded to the tip of the probe pin, or a non-oxidizing metal coating is formed on the tip of the pin, which is diffused into the pin base material tungsten. However, none of them are practical in terms of cost and work, and even if the oxidation resistance can be improved, adhesion of aluminum oxide cannot be prevented.

そこで、プローブピンの先端部にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を含有するＮｉメッキすなわちＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキの被膜を形成することにより、先端部表面の酸化を防止するとともに、酸化アルミニウムの付着を防止できるようにすることが考えられた（例えば、特許文献１参照。）。   Therefore, by forming a Ni plating containing PTFE (polytetrafluoroethylene) on the tip of the probe pin, that is, a PTFE-containing Ni plating film, it is possible to prevent oxidation of the tip surface and adhesion of aluminum oxide. It was considered to do so (for example, see Patent Document 1).

先端部がＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキによって覆われたプローブピンは、導電性が良好で、かつ、集積回路に接触する端面の酸化が防止され、また、ＰＴＦＥにより滑り性が向上して酸化アルミニウムの付着がほぼ完全に防止され、安定した導電性を保持できる。その結果、数千回から数万回のコンタクトに一度の割合で研磨等のメンテナンスを行う必要があった従来品に対し、メンテナンスの回数及びそれに要する時間を大巾に低減でき、メンテナンス不要とすることも可能となる。また、メンテナンスの回数及びそれに要する時間を低減できることにより、スペアの在庫が少なくてすみ、あるいは不要となって、検査コストひいては製造コストを大巾に低減できる。そして、非酸化性金属を接合したり、非酸化性金属の被膜を母材中に拡散させて改質するのに比べて、安価に生産でき、また、安定した品質を得ることが可能である。   The probe pin whose tip is covered with Ni plating containing PTFE has good conductivity, and oxidation of the end surface contacting the integrated circuit is prevented, and the sliding property is improved by PTFE so that aluminum oxide adheres. Almost completely prevented and stable conductivity can be maintained. As a result, the number of maintenance and the time required for maintenance can be greatly reduced compared to conventional products that required maintenance such as polishing once every thousands to tens of thousands of contacts, eliminating the need for maintenance. It is also possible. Further, since the number of maintenance operations and the time required for the maintenance can be reduced, the spare inventory is small or unnecessary, and the inspection cost and the manufacturing cost can be greatly reduced. Compared to bonding a non-oxidizing metal or diffusing a non-oxidizing metal film in the base material for modification, it can be produced at low cost and stable quality can be obtained. .

特開２００１−７４７７７号公報JP 2001-74777 A

しかしながら、先端部にＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキの被膜を形成したプローブピンには、しばしば、被膜密着性の不具合、被膜表面状態の劣化、被膜柔軟性の不足等があり、それらに起因して、被膜の剥離やクラックが発生し、また、衝撃による割れが発生するという問題がある。   However, probe pins having a PTFE-containing Ni-plated film at the tip often have defects in film adhesion, deterioration of the film surface condition, lack of film flexibility, etc. There is a problem that peeling or cracking occurs and cracking due to impact occurs.

本発明は、こうした問題を解決するためのもので、少なくとも先端部にＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜を有するプローブピンにおけるＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜の、密着性、表面状態、柔軟性、耐衝撃性等を向上させて、被膜の剥離やクラックの発生を防止し、衝撃による割れを防止して、プローブピンの導電性の低下を抑制し、製品寿命を高めることを目的とする。   The present invention is intended to solve these problems, and at least improves the adhesion, surface condition, flexibility, impact resistance, etc. of the PTFE-containing Ni plating film in the probe pin having the PTFE-containing Ni plating film at the tip. Thus, it is intended to prevent the peeling of the coating film and the generation of cracks, to prevent the cracking due to the impact, to suppress the decrease in the conductivity of the probe pin, and to increase the product life.

本発明は、先端部にＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキの被膜を形成したプローブピンの被膜剥離や、クラック、衝撃による割れの主要な原因が、粗大化したＰＴＦＥ粒子の存在にあり、特に、ＰＴＦＥの粒子径が５μｍを超える場合にそれらの悪影響が顕著で、ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜に含有されるＰＴＦＥの粒子径が５μｍ以下であれば、ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜の密着性、表面状態、柔軟性および耐衝撃性が向上して、被膜の剥離やクラックの発生が低減するとともに、衝撃による割れが低減し、そのため、プローブピンの導電性の低下が抑制され、製品寿命が高まることを見出したことによるもので、少なくとも先端部にＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜を有するプローブピンであって、ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜に含有されるＰＴＦＥの粒子径が５μｍ以下であることを特徴とするプローブピンに要旨がある。   In the present invention, the main cause of the peeling of the probe pin having a PTFE-containing Ni-plated film at the tip, cracks, and cracks due to impact is the presence of coarse PTFE particles, and in particular, the particle diameter of PTFE If the particle diameter of PTFE contained in the PTFE-containing Ni plating film is 5 μm or less, the adhesion, surface state, flexibility and impact resistance of the PTFE-containing Ni plating film are significant. As a result, it has been found that the peeling of the film and the occurrence of cracks are reduced, and the cracking due to impact is reduced, so that the decrease in the conductivity of the probe pin is suppressed and the product life is increased. , A probe pin having a PTFE-containing Ni plating film at least at the tip, wherein the PTFE is contained in the PTFE-containing Ni plating film The gist of the probe pin is characterized in that the particle diameter is 5 μm or less.

ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜中に粗大化したＰＴＦＥ粒子が存在すると、被膜密着性が低下し、被膜表面状態が劣化し（凹凸が大きくなる）、また、被膜柔軟性が低下して、それらに起因して被膜の剥離やクラックが発生し、また、衝撃を受けた時に粒子を起点とする割れが発生し易くなる。そして、それらの悪影響は、粒子径が５μｍを超えると顕著に増大する。それに対し、本発明のプローブピンは、ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜に含有されるＰＴＦＥの粒子径が５μｍ以下であることにより、ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜の密着性、表面状態、柔軟性および耐衝撃性が向上して、被膜の剥離やクラックの発生が低減するとともに、衝撃による割れが低減し、プローブピンの導電性の低下が抑制され、製品寿命が高まる。   When coarse PTFE particles are present in the PTFE-containing Ni plating film, the film adhesion is deteriorated, the film surface state is deteriorated (unevenness is increased), and the film flexibility is lowered, resulting in them. As a result, the film peels off or cracks, and when subjected to an impact, cracks starting from the particles are likely to occur. And those bad influences increase notably when a particle diameter exceeds 5 micrometers. On the other hand, the probe pin of the present invention has a PTFE-containing Ni plating film having a particle diameter of 5 μm or less, so that the adhesion, surface condition, flexibility and impact resistance of the PTFE-containing Ni plating film are reduced. As a result, the peeling of the film and the occurrence of cracks are reduced, the cracks due to impact are reduced, the decrease in the conductivity of the probe pins is suppressed, and the product life is increased.

このように、本発明によれば、少なくとも先端部にＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜を有するプローブピンにおけるＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜の、密着性、表面状態、柔軟性、耐衝撃性等を向上させて、被膜の剥離やクラックの発生を防止し、また、衝撃による割れを防止して、プローブピンの導電性の低下を抑制し、製品寿命を高めることができる。   Thus, according to the present invention, the adhesion, surface state, flexibility, impact resistance, etc. of the PTFE-containing Ni plating film in the probe pin having at least the tip part of the PTFE-containing Ni plating film are improved. Can be prevented from being peeled off and cracks can be prevented, and cracks due to impact can be prevented to suppress the decrease in conductivity of the probe pin, thereby increasing the product life.

本発明を実施するプローブピンは、半導体ウエハ上の集積回路チップの通電検査のためのプローブカードのプリント配線基板に数十本から数百本が配設されるものであって、母材が例えばタングステンで、線径が０．１〜０．７ｍｍ、全長が２５〜９０ｍｍで、先端側が所定長さ（例えば０．３〜６ｍｍ）にわたって直線テーパ状に尖頭加工され、端面の径が例えば０．０２ｍｍ以下に加工される（先端を尖頭加工しない場合もある）。そして、このように加工されたプローブピンの母材表面の全面に、例えば電気メッキによってＮｉメッキが施され、そのＮｉメッキ層を下地として、ピン先端部に電気メッキによりＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被覆が形成される。その際、例えばあらかじめふるいわけたＰＴＦＥ粒子をメッキ浴中に投入することにより、ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜に含有されるＰＴＦＥの粒子径が５μｍ以下となるようメッキ処理が行われる。こうしてＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキが施された後、プローブピンは必要に応じて尖頭加工部分の先端がカギ形に曲げられる。   In the probe pin for carrying out the present invention, dozens to hundreds of probe pins are arranged on a printed wiring board of a probe card for energization inspection of an integrated circuit chip on a semiconductor wafer. Tungsten with a wire diameter of 0.1 to 0.7 mm, a total length of 25 to 90 mm, and a tip side of which is sharpened into a linear taper over a predetermined length (for example, 0.3 to 6 mm), and the diameter of the end surface is, for example, 0 .02 mm or less (the tip may not be pointed). Then, the entire surface of the probe pin base material processed in this way is subjected to Ni plating by, for example, electroplating, and the Ni plating layer is used as a base to form a PTFE-containing Ni plating coating on the tip of the pin by electroplating. Is done. At that time, for example, by putting PTFE particles screened in advance into the plating bath, the plating process is performed so that the particle diameter of PTFE contained in the PTFE-containing Ni plating film is 5 μm or less. After the PTFE-containing Ni plating is applied in this way, the tip of the pointed portion of the probe pin is bent into a key shape as necessary.

こうして少なくとも先端部にＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜を有し、そのＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜に含有されるＰＴＦＥの粒子径が５μｍ以下であるプローブピンが形成される。ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被覆が形成される範囲は、少なくともピン先端部を含み、ピン胴部のプリント配線に半田付けする部分にかからない範囲である。ＮｉメッキはＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキの下地であるとともに、ピン胴部での半田付け性を向上させるために施すものである。プローブピンの母材は、タングステンの他、レニウムタングステン、ベリリウム銅等であってもよい。また、ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキの下地として施すメッキは、Ｎｉメッキの他、Ｃｕメッキ等であってもよい。また、ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキは好適には電気メッキであるが、無電解メッキその他の方法であってもよい。   In this way, a probe pin having a PTFE-containing Ni plating film at least at the tip, and a particle diameter of PTFE contained in the PTFE-containing Ni plating film being 5 μm or less is formed. The range in which the PTFE-containing Ni plating coating is formed is a range that includes at least the pin tip and does not cover the portion soldered to the printed wiring of the pin body. The Ni plating is a base for the PTFE-containing Ni plating and is applied to improve solderability at the pin body. In addition to tungsten, the base material of the probe pin may be rhenium tungsten, beryllium copper, or the like. Further, the plating applied as the base of the PTFE-containing Ni plating may be Cu plating or the like in addition to Ni plating. The PTFE-containing Ni plating is preferably electroplating, but may be electroless plating or other methods.

このプローブピンは、先端部にＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被覆を有し、そのＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜に含有されるＰＴＦＥの粒子径が５μｍ以下であることにより、耐摩耗性が損なわれず、導電性も良好で、かつ、集積回路に接触する端面の酸化が防止され、ＰＴＦＥにより滑り性が向上して酸化アルミニウムの付着も防止され、また、ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜の密着性、表面状態、柔軟性および耐衝撃性が良好で、被膜の剥離やクラックの発生が少なく、衝撃による割れも少なくて、安定した導電性が保持される。   This probe pin has a PTFE-containing Ni plating coating at the tip, and the particle diameter of PTFE contained in the PTFE-containing Ni plating coating is 5 μm or less, so that the wear resistance is not impaired and the conductivity is also good. In addition, the oxidation of the end face that contacts the integrated circuit is prevented, the slip property is improved by PTFE, and the adhesion of aluminum oxide is also prevented, and the adhesion, surface state, flexibility and resistance of the PTFE-containing Ni plating film are also prevented. The impact property is good, the occurrence of peeling and cracking of the coating film is small, the cracking due to the impact is small, and stable conductivity is maintained.

表１は、ＰＴＦＥ粒子径の違う複数のプローブピンの、集積回路の電極とコンタクトさせ通電した回数（コンタクト回数）と接触抵抗との関係を求めた試験結果を示す。

Table 1 shows test results for the relationship between the contact resistance and the number of times of contact (energization) with the electrodes of the integrated circuit of a plurality of probe pins having different PTFE particle diameters.

試験したプローブピンは、本実施例（本発明の実施例）１が、タングステンを母材とし、線径が０．１５ｍｍ、テーパ先端面の径が０．２０ｍｍで、先端部のＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被覆のＰＴＦＥ粒子径が最大で１μｍ以下のプローブピン（Ｎｏ.１、Ｎｏ.２、Ｎｏ.３の３本）、本実施例２が、タングステンを母材とし、線径が０．１５ｍｍ、テーパ先端面の径が０．２０ｍｍで、先端部のＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被覆のＰＴＦＥ粒子径が最大で２〜３μｍのプローブピン（Ｎｏ.１、Ｎｏ.２、Ｎｏ.３の３本）、本実施例３が、タングステンを母材とし、線径が０．１５ｍｍ、テーパ先端面の径が０．２０ｍｍで、先端部のＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被覆のＰＴＦＥ粒子径が最大で４〜５μｍのプローブピン（Ｎｏ.１、Ｎｏ.２、Ｎｏ.３の３本）、従来例１が、タングステンを母材とし、線径が０．１５ｍｍ、テーパ先端面の径が０．２０ｍｍで、先端部のＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被覆のＰＴＦＥ粒子径が最大で６〜７μｍのプローブピン（Ｎｏ.１、Ｎｏ.２、Ｎｏ.３の３本）、従来例２が、タングステンを母材とし、線径が０．１５ｍｍ、テーパ先端面の径が０．２０ｍｍで、先端部のＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被覆のＰＴＦＥ粒子径が最大で８〜９μｍのプローブピン（Ｎｏ.１、Ｎｏ.２、Ｎｏ.３の３本）である。   The probe pin tested is that the present embodiment (embodiment of the present invention) 1 uses tungsten as a base material, has a wire diameter of 0.15 mm, a taper tip surface diameter of 0.20 mm, and a PTFE-containing Ni plating at the tip. The probe pins (No. 1, No. 2, No. 3) having a maximum PTFE particle diameter of 1 μm or less, and Example 2 are made of tungsten as a base material, the wire diameter is 0.15 mm, and the taper Probe pins (No.1, No.2, No.3) having a maximum diameter of 0.20 mm and PTFE particle diameter of PTFE-containing Ni plating coating at the tip of 2 to 3 μm at maximum Example 3 is a probe pin having tungsten as a base material, a wire diameter of 0.15 mm, a taper tip surface diameter of 0.20 mm, and a PTFE particle diameter of PTFE-containing Ni plating coating at the tip of 4 to 5 μm at maximum. No.1, No.2, No.3 Conventional example 1 is a probe in which tungsten is used as a base material, the wire diameter is 0.15 mm, the diameter of the tapered tip surface is 0.20 mm, and the PTFE particle diameter of the PTFE-containing Ni plating coating at the tip is 6 to 7 μm at maximum. Pins (No.1, No.2, No.3), Conventional Example 2 uses tungsten as a base material, the wire diameter is 0.15 mm, the taper tip surface diameter is 0.20 mm, The PTFE-containing Ni plating coating has a PTFE particle diameter of 8 to 9 μm at the maximum (three pins, No. 1, No. 2, and No. 3).

これらのプローブピンについて、コンタクト回数１００００回で接触抵抗を測定し、次いで５００００回で測定し、その後、５００００回毎に接触抵抗を測定した。そして、各実施例および従来例について、各３本のプローブピンの測定値並びにそれらの平均値（ａｖｅ）を記録した。   For these probe pins, the contact resistance was measured at 10,000 contacts, then measured at 50,000 times, and then contact resistance was measured every 50,000 times. And about each Example and the prior art example, the measured value of each three probe pins and those average values (ave) were recorded.

その結果は、表１に示すとおりで、ＰＴＦＥ粒子径が５μｍ以下のプローブピン（本実施例１、本実施例２、本実施例３）は、粒子径が５μｍより大きいＰＴＦＥを含むプローブピン（従来例１、従来例２）に対し、コンタクト回数による接触抵抗の増大が格段に緩やかで（被膜剥離の進行が遅い）、メンテナンス不要で使用できる回数が格段に長い。   The results are as shown in Table 1, and the probe pins having a PTFE particle diameter of 5 μm or less (Example 1, Example 2, and Example 3) are probe pins containing PTFE having a particle diameter of more than 5 μm ( Compared to Conventional Example 1 and Conventional Example 2), the increase in contact resistance due to the number of contacts is remarkably slow (the progress of film peeling is slow), and the number of times that can be used without maintenance is remarkably long.

Claims (1)

少なくとも先端部にＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜を有するプローブピンであって、前記ＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ被膜に含有されるＰＴＦＥの粒子径が５μｍ以下であることを特徴とするプローブピン。 A probe pin having a PTFE-containing Ni plating film at least at the tip, wherein the particle diameter of PTFE contained in the PTFE-containing Ni plating film is 5 μm or less.