JP2011022051A - プローブピン及びプローブピンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】材質の種類によらず、十分な剛性、及び弾性を有することで、繰り返し接触を行っても安定した計測を継続できるプローブピンとその製造方法の提供を行うことを課題とする。
【解決手段】先端側に屈曲部を有し、最先端部が被計測物と接触するプローブピンにおいて、該プローブピンが取り付けられる装置に固定するための胴部と、該胴部の先端側から前記屈曲部まで、具体的には屈曲部の手前まで、又は屈曲部を含む位置まで、又は屈曲部及び先端部まで、の断面が前記先端部の屈曲方向に対して長い形状である偏平部と、を有する。より好ましくは前記偏平部の断面形状はトラック形を形成している。前記偏平部は圧延により形成することができる。

【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ上に配置された集積回路チップの通電検査を行う際に用いられる、プローブカードに配設されるプローブカード用プローブピン（以下、単に「プローブピン」と称す）に関する。

一般に、プロ−ブカ−ドにはプリント配線基盤に数十本から数百本のプロ−ブピンが配設されている。このプロ−ブカ−ドをプロ−バ（検査機）に搭載し、半導体ウエハ上の集積回路チップの各電極接点にプロ−ブピンを当接させて通電検査が行われる。

プローブピンの形状としては従来から特許文献１にあるような形状のものが広く利用されている。図５は従来の一般的なプローブピンの横面図を示す。断面円形であるワイヤ（ピン）の先端にテーパ加工が施される。次に曲げ加工により屈曲部１１０を形成し製造される。胴部１０４の基端部１０６側を、例えばプローブカードのような計測器の本体にハンダ溶接等で取り付けられ、固着される。

プローブピンの形体として要求される点がいくつかある。１つは何百万回と繰り返し行われる検査において、極力磨耗による変形が少ないように高硬度なものからなることが望まれる。もう１つは電極パッドとの安定的な接触を維持することのできる弾性を有していることが望まれる。

前記の要求に対しては例えば材料として、特許文献２のように硬度の高いタングステン等を使用することで解決できた。また弾性を得るためには、図５のような形状においては、特に胴部１０４を長く取ることで撓みを得やすくし、その結果、弾性をもたせることが可能であった。

更により良い形体として例えば特許文献３がある。図６は特許文献３の代表例を示す。胴部１０４から先端部１１２までの断面が正方形、あるいは長方形とし、先端部を楔形状としている。こうした形体のものは高い耐摩耗性を有し、かつ高い弾性も有するため、プローブピンの幅寸法をより小さくすることができる。

一方、プローブピン用の材質特性として要求される点もいくつかある。１つは電気特性の検査で用いられるものであることから、比抵抗が低く良好な導電性を有することが必要である。もう１つは、プローブピン自体が酸化すると生じた酸化皮膜が検査対象物を汚染する恐れがあることから耐酸化性も要求される。

前記の要求に対しては例えば特許文献４のような材料を用いたプローブピンがある。特許文献４の材料、具体的にはＡｕ、Ａｇ、ＰｄやＣｕ、さらにはこれらの金属からなる合金を用いれば、比抵抗が低く導電性に優れ、且つ貴金属を主要成分とするため耐酸化性にも優れて検査対象物を汚染することがないプローブピンを得ることができる。

特開２００２−０７１７１４号公報 特開平１０−２２１３６６号公報 特開２００１−１１６７６５号公報 特開２００８−３０４２６６号公報

しかし、従来の形状、あるいは材質のものについて各々次の課題がある。

例えば特許文献３に記載されているような形体を得るには、記載された方法によると、金などの重金属を用い、所要のプローブピン形状を形取ったＸ線照射用のマスクを作成し、Ｓｉ板上にＸ線リソグラフィ用の樹脂を一面に塗布して、レジストを作成する。次いでＸ線をマスクを通してレジストに照射し、Ｘ線を照射した部分のレジストを現像液で溶解除去し、金型を完成させる。その後、前記溶解除去部分にプローブピンの材質となる金属、例えばＮｉ−Ｗ合金を所要の厚みに電解メッキをし、金型からＮｉ−Ｗ部分を離型して、プローブピン母材を得る。更にプローブピン母材の先端部を例えば精密研磨により尖頭加工や先端曲げ加工等の所要の加工を施して、プローブピンが製作される。

このように金型の製作に多大な手間が掛かる。さらに各プローブピン先端は密集した電極接点と接触しやすいように、先端を円錐形状にしてプローブピンの配列ピッチを狭小にする必要がある。しかし、特許文献３のプローブピンは完成された母材の断面が正方形、あるいは長方形であるため、その後の尖頭加工が困難となる。特に先端部を円錐形状へ加工（テーパ加工）することは極めて困難となる。

また特許文献４に記載されているような材質を選定し、更に例えば図５のような形体とする場合、ＡｕやＡｇ等の貴金属は極めて軟質で剛性が得にくい。従って電極パッドと繰り返し接触を行う中で変形が生じたり、十分な針圧が得られず正確な測定を安定して行えなくなったりする。

そこで、本発明は材質の種類によらず、十分な剛性、及び弾性を有することで、繰り返し接触を行っても安定した計測を継続できるプローブピンの提供を行うことを課題とする。

本発明であるプローブピンは、
先端側に屈曲部を有し、最先端部が被計測物と接触するプローブピンにおいて、
該プローブピンが取り付けられる装置に固定するための胴部と、該胴部の先端側から前記屈曲部までの断面が前記先端部の屈曲方向に長い形状である偏平部と、を有する
ことを特徴とする。

また、前記偏平部が前記屈曲部、又は屈曲部より先端側である先端部に及んでも良い。

更に、前記偏平部の断面が、対向する一対の直線部を有し、それら一対の直線部両端の互いに対向する端部同士を接続しつつ外側へ膨らんだ曲線部を有するトラック形状であると尚良い。

本発明のピンの材質としてはＡｕ、又はＰｄ、又はＣｕ、又はＡｇ、又は前記元素の１種以上を含む合金のものに特に有効である。

また、非常に簡便な加工、すなわち
先端側に屈曲部を有し、最先端部が被計測物と接触するプローブピンの製造方法において、
真直なワイヤに屈曲部及び先端部を形成する曲げ加工工程と、胴部の先端側から屈曲部まで、又は先端部までの範囲を圧延してピンの先端部の屈曲方向に長い形状である偏平部を形成する圧延工程と、からなる、
方法で前記のプローブピンの製造を行うことができる。

本発明の形体とすることで、繰り返し接触を行っても十分な針圧が安定して得られる。また貴金属のような軟質な金属であっても十分な針圧が得られるため、より通電検査に有利で導電性の高いものを選定することが可能となる。

さらに、プローブピン自体、特に屈曲部付近から幅を小さくすることができるため、計測の対象である電極接点の狭ピッチ化にも対応することができる。

本発明のプローブピンの横面図 本発明のプローブピンの上面図 本発明のプローブピンにおける偏平部の断面形状例図 本発明のプローブピンにおける偏平部の形成例図 従来の一般的なプローブピンの横面図 より剛性の高い従来のプローブピンの斜視図 針圧測定試験の概要図 針圧測定試験における押し込み量と針圧の関係図

本発明の代表的な形態を図１及び図２に示す。図１は本発明のプローブピンの横面図であり、図２は本発明のプローブピンの上面図である。本発明のプローブピンは少なくとも、胴部４と、偏平部６と、屈曲部８と、先端部１０から構成される。

胴部４の断面形状は本発明のプローブピンの製造過程において用意される母材のままの形状を有している。一般的に断面は丸形状であるが、その他の断面形状に加工を施しても良い。また胴部４はプローブカードと一般的にハンダにより固定されるため、胴部４の表面にハンダと馴染みやすい性状に処理しても良い。

本発明の要部である偏平部６は、胴部４の先端側を例えば圧延することで得ることができる。偏平部６を設ける際に、偏平部の中心軸６’と胴部の中心軸４’とが必ずしも一致していなくても良い。例えば図２の（ａ）は偏平部の中心軸６’と胴部の中心軸４’とが同一線上に存在し、一致している。一方図２の（ｂ）は偏平部の中心軸６’と胴部の中心軸４’とが同一線上でなく軸がずれている。共に本発明の効果を有する形態ではあるものの、（ａ）の方が負荷される応力が中心軸６’あるいは中心軸４’の左右均等に働くためより好ましいが、これに限定されるものではない。

本発明のプローブピンにおける偏平部６の断面形状例を図３に示す。偏平部６の断面形状は例えば、母材断面が丸形状である場合、一方向に圧延すると（ｃ）のように１対の平面ｃ１と１対の円弧ｃ２とからなる、いわゆるトラック形状をなしうる。偏平部６の断面形状の他の例としては、（ｄ）長方形、（ｅ）六角形、等が考えられる。図３に示す図は一例であり、これらに限定するものではない。

前記偏平部６の断面形状は、いずれの例においても繰り返し接触を行う方向に対して長い形状であることが極めて重要である。好ましくは厚みａと幅ｂとの比率が１＜ｂ／ａ≦４であるのが良いが、所望の針圧を得るためにプローブピンの長さや材質の硬度等の諸条件により適宜設計すると良い。

さらに前記偏平部６を設ける範囲についてもプローブピンの全長や材質の硬度等の諸条件により適宜設計すると良い。具体的には胴部４が例えばプローブカードに固定される場合、固定されない部分に対してより広く、例えばピンの根元となる位置から屈曲部近傍あたりまで設けると良いがこの範囲に限定する必要はない。

一方、前記のように断面形状を偏平にする加工を施す範囲が屈曲部８に及んでも良い。その場合、屈曲部８の剛性を高めることができるため、検査時の接触による屈曲角度８’の広がりを抑止し、安定した測定を維持することが可能となる。

さらに、先端部１０についても圧延加工を施しても良い。その場合、プローブピンの幅をより薄くすることができるため、プローブカード製作時の狭ピッチ化が期待できる。ただし、最先端部１２の径は一般に数μｍから１０数μｍと非常に微細なため、圧延加工により真直性が失われないようにする必要がある。

尚、偏平部６から先端部１０にかけては、予めテーパ加工を施しておいても良い。そうすることで、特に密集するプローブピンの先端部１０の更なる狭ピッチ化が達成され、計測の対象である電極接点の間隔がより狭小なものについても対応することができるようになる。

本発明のプローブピンの製造方法については前述したとおりだが、より詳細な例として図４を用いて示す。図４は本発明のプローブピンにおける偏平部の形成例図である。母材であるピンの先端に予めテーパ加工や曲げ加工を行ったものをチャック１４にて保持する。この状態でプレス治具１６を上下から挟み、更に圧延することでピンは塑性変形され、偏平部６を形成することができる。

本発明のプローブピンと従来のプローブピンを用いて針圧測定試験を行った。測定に使用するプローブピンとして、まず従来のものは、図５に示したものを用意した。材質としてはＰｄを含む合金を選定し、断面は丸形状のものを使用した。胴部の径を０．１ｍｍ、先端部にはテーパ加工を施し、テーパ長を１．０ｍｍ、最先端部の径を０．０２０ｍｍとした。更に曲げ加工を行い、先端部は０．３０ｍｍ、曲げ角度１００°とした。

一方本発明のプローブピンは前記の従来のピンに対して、曲げ加工を行った屈曲部から２ｍｍの範囲に圧延加工を施し偏平部を形成した。このとき偏平部の最大幅は０．１５ｍｍ、厚みは０．０５５ｍｍとなるように形成した。

これら２本のピンを使用し、図７のように使用時と同様の状態で針圧測定試験を行った。保持具１８により試験するピン全体が水平に保たれるように保持する。このときピン先端から保持具先端までの距離Ｌは１．５ｍｍとする。この状態のまま垂直下方へ降下させ、水平な試験床面と接触した位置を基準面とする。その後、更に押し込んだ距離（ｍｍ）と、得られる針圧（ｇ）と、の関係を図８に示す。

針圧が十分小さい時は従来のものと差があまりないが、押し込み量の増加と共に得られる針圧の差は比例して拡大する。接触試験に必要とされる針圧、例えば６ｇを得るためには、従来のプローブピンで押し込み量が０．１７〜０．１８ｍｍ必要となる。それに対して本発明であれば０．１１〜０．１２ｍｍ程度で良い。つまり、押し込み量に対して針圧が低いのは、プローブピンに撓みが生じ、押し込んだ力を吸収している。本発明においては従来の押し込み量に対して６割程度で良く、押し込んだ力がプローブピンの先端に伝わっていることがわかる。

本発明は通電検査を行うプローブカード用ピンのみならず、例えば走査型プローブ顕微鏡や、単純に強度を要する接触式表面粗さ計にも用いることができる。つまり微細なピンや針であって十分な針圧、繰り返し接触に耐えうる強度を要する種々のものに適用することができる。

２・・・・・プローブピン
４・・・・・胴部
６・・・・・偏平部
８・・・・・屈曲部
１０・・・・先端部
１２・・・・最先端部

Claims (5)

1. 先端側に屈曲部を有し、最先端部が被計測物と接触するプローブピンにおいて、
   該プローブピンが取り付けられる装置に固定するための胴部と、該胴部の先端側から前記屈曲部までの断面が前記先端部の屈曲方向に長い形状である偏平部と、を有するプローブピン。
2. 前記偏平部が前記屈曲部、又は屈曲部より先端側である先端部に及ぶ請求項１に記載のプローブピン。
3. 前記偏平部の断面が、対向する一対の直線部を有し、それら一対の直線部両端の互いに対向する端部同士を接続しつつ外側へ膨らんだ曲線部を有するトラック形状である請求項１または２に記載のプローブピン。
4. 前記ピンの材質がＡｕ、又はＰｄ、又はＣｕ、又はＡｇ、又は前記元素の１種以上を含む合金である請求項１から３のいずれかに記載のプローブピン。
5. 先端側に屈曲部を有し、最先端部が被計測物と接触するプローブピンの製造方法において、
   真直なワイヤに屈曲部及び先端部を形成する曲げ加工工程と、胴部の先端側から屈曲部まで、又は先端部までの範囲を圧延してピンの先端部の屈曲方向に長い形状である偏平部を形成する圧延工程と、からなるプローブピンの製造方法。