JP7005939B2 - コンタクトプローブ - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路等の検体の検査に用いられるコンタクトプローブに関する。
一般に、半導体素子を用いた集積回路（ＩＣ）や大規模集積回路（ＬＳＩ）、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）等の電子部品は、電気的特性を評価するために、通電検査、絶縁検査等の検査を行う。この通電検査は、多数のコンタクトプローブを有する検査装置を用いて、コンタクトプローブを半導体集積回路等の検体の電極に接触させて行う。検体の小型化、高密度化、高性能化が進むにあたり、検査時に検体へ弾性的に接触させるコンタクトプローブも細径化が求められている。
例えば、特許文献１には、芯材の外周にメッキにより金メッキ層を形成した後、形成された金メッキ層の外周に電鋳によりＮｉ電鋳層を形成し、Ｎｉ電鋳層の外周にレジスト層を形成した後、レーザーで露光してレジスト層に螺旋状の溝条を形成し、レジスト層をマスキング材としてエッチングを行い、レジスト層に螺旋状の溝条が形成されていた部分のＮｉ電鋳層を除去し、レジスト層を除去すると共に、Ｎｉ電鋳層が除去された螺旋状の溝条部分の金メッキ層を除去し、金メッキ層をＮｉ電鋳層の内周に残したまま芯材のみを除去して電鋳製のスプリング構造を備えている通電検査治具用接触子を製造する方法が記載されている。この製造方法によれば、電鋳製のスプリング構造を備えている極細、肉薄の通電検査治具用接触子を、より精度高く、より精密に製造することができる。
特許第４５７２３０３号公報
しかし、検査は１２０℃以上という高温環境下で行われる場合があり、特許文献１に記載されているような構造のコンタクトプローブでは、検査時に検体へコンタクトプローブのスプリング部を収縮させて弾性的に接触させ、収縮状態を解放した際にスプリング部が元の形状に戻らずに収縮した状態のままとなり、スプリング部に塑性変形が加わる、すなわち、スプリング部の長さにヒステリシス現象（塑性変形）が生じるという問題があった。
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温環境下にてスプリング部を収縮、解放した場合でもスプリング部の塑性変形を軽減する、すなわち耐熱性を向上させたコンタクトプローブを提供することにある。
前記課題を解決することができた本発明のコンタクトプローブは、Ｎｉ－Ｐ層を有しており、Ｎｉ－Ｐ層の厚さ方向の位置によってＰの濃度が異なることを特徴とするものである。
上記のコンタクトプローブにおいて、Ｎｉ－Ｐ層の厚さ方向に、Ｎｉ－Ｐ層の内側から順に第１部分および第２部分を有し、第２部分は、第１部分よりもＰの濃度が低いことが好ましい。
上記のコンタクトプローブにおいて、Ｎｉ－Ｐ層の厚さ方向に、Ｎｉ－Ｐ層の内側から順に第１部分、第２部分、および第３部分を有し、第２部分は、第１部分および第３部分よりもＰの濃度が低いことが好ましい。
上記のコンタクトプローブにおいて、Ｎｉ－Ｐ層の厚さ方向に、Ｎｉ－Ｐ層の内側から順に第１部分、第２部分、第３部分、第４部分および第５部分を有し、第２部分および第４部分は、第１部分、第３部分および第５部分よりもＰの濃度が低いことが好ましい。
上記のコンタクトプローブにおいて、第１部分のＰの平均濃度は、１．０質量％以上５．０質量％以下であることが好ましい。
上記のコンタクトプローブにおいて、第２部分は、Ｎｉ－Ｐ層の最内側からＮｉ－Ｐ層の厚みの１／４以上離れた位置にあり、第２部分のＰの平均濃度は、０．５質量％以上５．０質量％以下であることが好ましい。
上記のコンタクトプローブにおいて、Ｎｉ－Ｐ層の所定箇所の厚さ方向におけるＰの最大濃度は、厚さ方向におけるＰの最小濃度の１．２倍以上であることが好ましい。
上記のコンタクトプローブにおいて、Ｎｉ－Ｐ層の最内側からの距離がＮｉ－Ｐ層の厚みの１／８以上１／４以下の部分のＰの平均濃度は、Ｎｉ－Ｐ層の最内側からの距離がＮｉ－Ｐ層の厚みの５／８以上３／４以下の部分のＰの平均濃度よりも高いことが好ましい。
上記のコンタクトプローブにおいて、Ｎｉ－Ｐ層の外方にＮｉ－Ｐ層とは異なる層をさらに備えることが好ましい。
本発明のコンタクトプローブは、Ｎｉ－Ｐ層を有しており、Ｎｉ－Ｐ層の厚さ方向の位置によってＰの濃度が異なることを特徴とする。コンタクトプローブがこのような構成であることにより、Ｐの濃度が高い部分によって耐熱性を高めてスプリング部の縮み量を低減し、Ｐの濃度が低い部分によって靱性を高めてスプリング部の塑性変形が生じにくいコンタクトプローブとすることができる。
本発明の実施の形態におけるコンタクトプローブの側面図を表す。 本発明の実施の形態におけるコンタクトプローブの軸方向の断面図を表す。 本発明の実施の形態におけるコンタクトプローブの径方向の断面の拡大図を表す。 本発明の実施の形態におけるＮｉ－Ｐ層の製造について、Ｎｉ－Ｐ層が形成された芯材の模式図を表す。 本発明の実施の形態におけるＮｉ－Ｐ層の製造について、スプリング部が形成されたＮｉ－Ｐ層の模式図を表す。 本発明の実施の形態におけるＮｉ－Ｐ層の製造について、芯材を除去した模式図を表す。 本発明の実施の形態におけるＮｉ－Ｐ層の耐熱性の評価試験に用いる治具（ハウジング）の斜視図を表す。 本発明の実施の形態におけるＮｉ－Ｐ層の耐熱性の評価試験でのコンタクトプローブ付近の断面図を表す。 本発明の実施の形態におけるＮｉ－Ｐ層の耐熱性の評価試験でのコンタクトプローブを縮ませた状態でのコンタクトプローブ付近の断面図を表す。
以下、下記実施の形態に基づき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の形態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。なお、各図面において、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、明細書や他の図面を参照するものとする。また、図面における種々部材の寸法は、本発明の特徴の理解に資することを優先しているため、実際の寸法とは異なる場合がある。
本発明に係るコンタクトプローブは、Ｎｉ－Ｐ層を有しており、Ｎｉ－Ｐ層の厚さ方向の位置によってＰの濃度が異なることを特徴とする。このような構成となっていることにより、コンタクトプローブの耐熱性と靱性を両立させることが可能となる。
本発明におけるＮｉ－Ｐ層の耐熱性とは、約１２０℃以上の高温環境下でのコンタクトプローブの使用にあたり、Ｎｉ－Ｐ層のスプリング部を収縮、解放した際にスプリング部の塑性変形が起こりにくいことである。コンタクトプローブの耐熱性の評価方法については後述する。
本発明において、コンタクトプローブの一方端側から他方端側への方向を軸方向と称する。径方向とはコンタクトプローブの半径方向を指し、径方向において内方とはコンタクトプローブの軸中心側に向かう方向を指し、径方向において外方とは内方と反対側に向かう放射方向を指す。
図１および図２に示すように、本発明の実施の形態におけるコンタクトプローブ１は、Ｎｉ－Ｐ層１０を有している。コンタクトプローブ１は、少なくとも一部にコイル形状のスプリング部１４を有している。コンタクトプローブ１がスプリング部１４を備えていることにより、コンタクトプローブ１の軸方向の長さを伸縮させることが可能となる。以下、本発明におけるＮｉ－Ｐ層について説明する。
Ｎｉ－Ｐ層１０は、Ｎｉ（ニッケル）メッキ層に合金成分としてＰ（リン）を含んでおり、Ｎｉ－Ｐ層１０の厚さ方向の位置によってＰの濃度が異なる。Ｎｉ－Ｐ層１０の厚さ方向とは、Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａから表層１０ｂへの方向を指す。すなわち、Ｎｉ－Ｐ層１０の表層１０ｂからの深さによってＰの濃度が異なる。
Ｎｉ－Ｐ層１０のＰの濃度が高い部分は、コンタクトプローブ１の耐熱性を高めることができる。その結果、高温環境下において、コンタクトプローブ１のスプリング部１４を収縮させ、収縮状態を解放した際に、スプリング部１４の塑性変形を軽減させることができる。
Ｎｉ－Ｐ層１０におけるＰの濃度は、Ｎｉ－Ｐ層１０の表面をエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）によって測定することができる。この測定方法は、Ｎｉ－Ｐ層１０の所定のポイントを設定し、複数のポイントの平均により算出する。所定のポイントは、特に限定されるものではないが、例えば、Ｎｉ－Ｐ層１０の長さ方向に等間隔で定めたポイントに設定することもできる。Ｎｉ－Ｐ層１０の厚さ方向に研磨あるいはエッチングを行い、厚さの異なる箇所を測定することにより、Ｎｉ－Ｐ層の厚さ方向の組成を確認することができる。測定前に、対象物の表面をエタノール洗浄し、Ｎｉ－Ｐ層１０が露出した状態で表面をＥＤＸ測定する。測定は例えば、ＳＥＭとＥＤＸとを組み合わせた装置を使用することができる。電子ビームは、１５ｋＶ、８０μＡとする。Ｐの濃度は、長さ方向（Ｎｉ－Ｐ層１０の軸方向）に５ポイント測定し、その平均値として算出する。
Ｎｉ－Ｐ層１０のＰの濃度が低い部分は、コンタクトプローブ１の靱性を高めることができる。Ｎｉ－Ｐ合金のＰの濃度が高ければ耐熱性を高めることができるが、靱性が低くなり、もろくなりやすくなることがある。そのため、Ｎｉ－Ｐ層１０において、Ｐの濃度が高い部分だけでなく、Ｐの濃度が低い部分も設けることにより、コンタクトプローブ１の耐熱性を確保しつつ、コンタクトプローブ１の靱性を高めることができる。
また、Ｎｉ－Ｐ合金のＰの濃度が低い部分は、Ｎｉ－Ｐ合金のＰの濃度が高い部分よりもメッキの形成が速くなる。これは、Ｎｉ－Ｐ合金のＰの濃度が低い部分は、メッキ形成時の電流密度が高くなり、電流密度が高くなることによりメッキが厚くつくことによる。従って、Ｎｉ－Ｐ層１０において、Ｐの濃度が高い部分だけでなく、Ｐの濃度が低い部分も設けることにより、Ｐの濃度が低い部分はメッキ形成時に電流密度が高くなり、メッキが厚くつくためにＮｉ－Ｐ層１０の形成を速めることができ、Ｎｉ－Ｐ層１０の生産性を高めることができる。
Ｎｉ－Ｐ層１０を有するコンタクトプローブ１の耐熱性の評価は、以下のようにして行う。図７に示すように、ハウジング５０は、金属製で箱形の形状を有し、一つの面にコンタクトプローブ１を収容するための穴５１が複数形成されている。図８に示すように、コンタクトプローブ１をプランジャ２０が開口側になるように穴５１に収容する。このとき、プランジャ２０の先端は穴５１から突出する。
穴５１の開口部を下側にして、ハウジング５０を所定の評価温度に設定したホットプレート６０に乗せる。穴５１から突出する長さは、Ｎｉ－Ｐ層１０がほぼ最大ストローク量（すなわち、３３０μｍ）だけ縮むように設定されている。これによって、例えばハウジング５０の上に所定の重さの重り（不図示）を載せておくことで、図９に示すように、コンタクトプローブ１を最大ストローク量だけ縮ませた状態で保持しておくことができる。
この状態で２０時間保持する。保持後、コンタクトプローブ１を常温環境で取り出し、無負荷水平状態でコンタクトプローブ１の全長を測定する。保持前のコンタクトプローブ１の全長との差を、その評価温度における「縮み量」と定義する。縮み量が小さいほど、高温での耐久性が高いことを意味する。
各評価温度における縮み量は、３０本のコンタクトプローブ１について測定を行い、その平均値として求めた。本評価試験では、所定の温度における縮み量が５０μｍ以下（０．０５ｍｍ以下）となることを指標とし、５０μｍ以下であれば検査で要求される温度環境で使用可能と判断した。
Ｎｉ－Ｐ層１０の形状は、特に限定されず、例えば、円筒形状、多角筒形状等が挙げられる。中でも、円筒形状が好ましい。Ｎｉ－Ｐ層１０の形状がこのようになっていることにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の製造が容易であり、かつＮｉ－Ｐ層１０の耐熱性および靱性をＮｉ－Ｐ層１０全体にて一定とすることができる。また、Ｎｉ－Ｐ層１０の軸方向にスリットが入っていてもよい。Ｎｉ－Ｐ層１０をこのような形状とすることにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の表面積が大きくなることによって、Ｎｉ－Ｐ層１０に加わった熱を逃がしやすくなり、コンタクトプローブ１に塑性変形が生じにくくなる。
図３に示すように、Ｎｉ－Ｐ層１０の厚さ方向に、Ｎｉ－Ｐ層１０の内側から順に第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３を有し、第２部分１２は、第１部分１１および第３部分１３よりもＰの濃度が低いことが好ましい。Ｎｉ－Ｐ層１０の厚さ方向において、Ｎｉ－Ｐ層１０の内側にあり、Ｎｉ－Ｐ層の最内側からＮｉ－Ｐ層の厚みの１／８の厚みの範囲でのＰの平均濃度が、外方のＮｉ－Ｐ層の厚みの１／８の範囲および内方のＮｉ－Ｐ層の厚みの１／８の範囲よりも高い部分を第１部分１１とする。第１部分１１の外方にあり、Ｎｉ－Ｐ層の厚みの１／８の範囲のＰの平均濃度が第１部分１１よりも低い部分を第２部分１２とする。第２部分１２の外方にあり、Ｎｉ－Ｐ層の厚みの１／８の範囲のＰの平均濃度が第２部分１２よりも高い部分を第３部分１３とする。
第１部分１１は、第２部分１２の内方に接していてもよく、第１部分１１と第２部分１２との間に第１部分１１および第２部分１２と異なる部分が存在していてもよい。第１部分１１が第２部分１２の内方と接していることにより、第１部分１１と第２部分１２が位置するＮｉ－Ｐ層１０の部分において、耐熱性と靱性の両立を図ることができる。第１部分１１と第２部分１２との間に第１部分１１および第２部分１２と異なる部分が存在していることにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の第１部分１１が位置する部分から第２部分１２が位置する部分までの範囲において、耐熱性がよい部分から、靱性がよい部分への移り変わりが穏やかとなり、耐熱性と靱性のバランスを取ることができる。
第３部分１３も同様に、第２部分１２の外方に接していてもよく、第２部分１２と第３部分１３との間に第２部分１２および第３部分１３と異なる部分が存在していてもよい。第３部分１３が第２部分１２の外方と接していることにより、第２部分１２と第３部分１３が位置するＮｉ－Ｐ層１０の部分において、耐熱性と靱性の両立を図ることができる。第２部分１２と第３部分１３との間に第２部分１２および第３部分１３と異なる部分が存在していることにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の第２部分１２が位置する部分から第３部分１３が位置する部分までの範囲において、耐熱性はよいが靱性に劣る部分から、靱性はよいが耐熱性に劣る部分への移り変わりが穏やかとなり、耐熱性と靱性のバランスを取ることができる。
Ｎｉ－Ｐ層１０の厚さ方向に、Ｎｉ－Ｐ層１０の内側から順に第１部分１１および第２部分１２を有し、第２部分１２は、第１部分１１よりもＰの濃度が低いことも好ましい。また、Ｎｉ－Ｐ層１０の厚さ方向に、Ｎｉ－Ｐ層１０の内側から順に第１部分１１、第２部分１２、第３部分１３、第４部分および第５部分を有し、第２部分１２および第４部分は、第１部分１１、第３部分１３および第５部分よりもＰの濃度が低いことも好ましい。
第１部分１１のＰの平均濃度は、第２部分１２のＰの平均濃度よりも高く、かつ、１．０質量％以上であることが好ましく、１．５質量％以上であることがより好ましく、２．０質量％以上であることがさらに好ましい。Ｐの平均濃度の下限値をこのように設定することにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の内側部分の耐熱性を確保することができ、Ｎｉ－Ｐ層１０の径方向内方の空間から伝わる熱に対して、Ｎｉ－Ｐ層１０の耐久性を向上させることができる。また、第１部分１１のＰの平均濃度は、５．０質量％以下であることが好ましく、４．５質量％以下であることがより好ましく、４．０質量％以下であることがさらに好ましい。Ｐの平均濃度の上限値をこのように設定することにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の内側部分の耐熱性を確保しつつ、靱性も両立させることができる。また、第１部分１１は、第２部分１２の内方に設けられていればよいが、Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからＮｉ－Ｐ層の厚みの１／８以上離れた位置にあることが好ましく、３／２０以上離れた位置にあることがより好ましく、３／１６以上離れた位置にあることがさらに好ましい。第１部分１１がこのような位置にあることにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の内側部分の耐熱性と靱性の両方を十分なものとすることが可能となる。
第２部分１２のＰの平均濃度は、第１部分１１のＰの平均濃度よりも低く、かつ、０．５質量％以上であることが好ましく、０．７質量％以上であることがより好ましく、１．０質量％以上であることがさらに好ましい。Ｐの平均濃度の下限値をこのように設定することにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の厚さ方向の中間部にも耐熱性を確保することができる。また、第２部分１２のＰの平均濃度は、５．０質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下であることがより好ましく、２．０質量％以下であることがさらに好ましく、１．８質量％以下であることがなお好ましく、１．５質量％以下であることが特に好ましい。Ｐの平均濃度の上限値をこのように設定することにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の厚さ方向の中間部の靱性を高めることができ、耐熱性は高い第１部分１１および第３部分１３を第１部分１１と第３部分１３の間から支え、Ｎｉ－Ｐ層１０全体の耐熱性と靱性のバランスをよいものとすることができる。また、第２部分１２は、第１部分１１と第３部分１３との間に設けられていればよいが、Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからＮｉ－Ｐ層の厚みの１／４以上離れた位置にあることが好ましく、Ｎｉ－Ｐ層の厚みの３／８以上離れた位置にあることがより好ましく、Ｎｉ－Ｐ層の厚みの７／１６以上離れた位置にあることがさらに好ましい。第２部分１２がこのような位置にあることにより、第１部分１１と第３部分１３とを第２部分１２によって支えることができ、Ｎｉ－Ｐ層１０の耐熱性がよいものとしつつ、靱性もよいものとすることができる。
第３部分１３のＰの平均濃度は、１．０質量％以上であることが好ましく、１．５質量％以上であることがより好ましく、２．０質量％以上であることがさらに好ましい。Ｐの平均濃度の下限値をこのように設定することにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の表層１０ｂの耐熱性を確保することができ、Ｎｉ－Ｐ層１０の径方向外方から伝わる熱に対して、Ｎｉ－Ｐ層１０の耐熱性を確保させることができる。また、第３部分１３のＰの平均濃度は、５．０質量％以下であることが好ましく、４．５質量％以下であることがより好ましく、４．０質量％以下であることがさらに好ましい。Ｐの平均濃度の上限値をこのように設定することにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の表層１０ｂの耐熱性を確保しつつ、靱性も両立させることができる。また、第３部分１３は、第２部分１２の外方に設けられていればよいが、Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからＮｉ－Ｐ層の厚みの３／４以上離れた位置にあることが好ましく、Ｎｉ－Ｐ層の厚みの１３／１６以上離れた位置にあることがより好ましく、Ｎｉ－Ｐ層１０の厚みの７／８以上離れた位置にあることがさらに好ましい。第３部分１３がこのような位置にあることにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の表層１０ｂ部分の耐熱性と靱性を十分にすることが可能となる。
なお、第３部分１３のＰの平均濃度は、第１部分１１のＰの平均濃度と同じであってもよく、異なっていてもよい。第１部分１１のＰの平均濃度と第３部分１３のＰの平均濃度が同じであれば、Ｎｉ－Ｐ層１０の内側部分と表層１０ｂの耐熱性および靱性を同程度のものとすることができ、Ｎｉ－Ｐ層１０全体の耐熱性と靱性のバランスがよくなる。第１部分１１のＰの平均濃度を第３部分１３のＰの平均濃度よりも高くすることにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の内側部分の耐熱性をＮｉ－Ｐ層１０の表層１０ｂよりも高くすることができ、例えば、後述するプランジャ２０に熱が加わる場合等、Ｎｉ－Ｐ層１０の表層１０ｂよりも内側部分に熱が加わりやすい場合に適したコンタクトプローブ１とすることができる。反対に、第１部分１１のＰの平均濃度を第３部分１３のＰの平均濃度よりも低くすることにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の表層１０ｂの耐熱性をＮｉ－Ｐ層１０の内側部分よりも高くすることができ、例えば、プランジャ２０よりもＮｉ－Ｐ層１０の熱伝導率が高い場合等、Ｎｉ－Ｐ層１０の内側部分よりも表層１０ｂに熱が加わりやすい場合に適したコンタクトプローブ１とすることができる。
第４部分のＰの平均濃度は、第１部分１１、第３部分１３、第５部分のＰの平均濃度よりも低く、かつ、０．５質量％以上であることが好ましく、０．７質量％以上であることがより好ましく、１．０質量％以上であることがさらに好ましい。また、第４部分のＰの平均濃度は、５．０質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下であることがより好ましく、２．０質量％以下であることがさらに好ましく、１．８質量％以下であることがなお好ましく、１．５質量％以下であることが特に好ましい。第４部分のＰの平均濃度は、第２部分１２のＰの平均濃度と同じであってもよく、異なっていてもよい。
第５部分のＰの平均濃度は、第２部分１２および第４部分よりもＰの濃度が高く、かつ、１．０質量％以上であることが好ましく、１．５質量％以上であることがより好ましく、２．０質量％以上であることがさらに好ましい。また、第５部分のＰの平均濃度は、５．０質量％以下であることが好ましく、４．５質量％以下であることがより好ましく、４．０質量％以下であることがさらに好ましい。第５部分のＰの平均濃度は、第１部分１１および第３部分１３のＰの平均濃度と同じであってもよく、異なっていてもよい。
Ｎｉ－Ｐ層１０全体のＰの平均濃度は、０．５質量％以上であることが好ましく、１．０質量％以上であることがより好ましく、２．０質量％以上であることがさらに好ましい。Ｐの平均濃度の下限値をこのように設定することにより、コンタクトプローブ１に十分な耐熱性を付与することができる。またＮｉ－Ｐ層１０全体のＰの平均濃度は、１０質量％以下であることが好ましく、５．０質量％以下であることがより好ましく、４．０質量％以下であることがさらに好ましい。Ｐの平均濃度の上限値をこのように設定することにより、コンタクトプローブ１の耐熱性を確保しながら、コンタクトプローブ１に靱性も付与することが可能となる。
Ｎｉ－Ｐ層１０の所定箇所の厚さ方向におけるＰの最大濃度は、同じ所定箇所の厚さ方向におけるＰの最小濃度の１．２倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であることがより好ましく、１．８倍以上であることがさらに好ましい。所定箇所のＰの最大濃度と最小濃度の下限値をこのように設定することにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の耐熱性を確保させることができる。また、Ｎｉ－Ｐ層１０の所定箇所の厚さ方向におけるＰの最大濃度は、同じ所定箇所の厚さ方向におけるＰの最小濃度の３．５倍以下であることが好ましく、３．３倍以下であることがより好ましく、３．０倍以下であることがさらに好ましい。所定箇所のＰの最大濃度と最小濃度の上限値をこのように設定することにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の耐熱性と靱性を両立させることができる。
Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからの距離がＮｉ－Ｐ層１０の厚みの１／８以上１／４以下の部分のＰの平均濃度は、Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからの距離がＮｉ－Ｐ層１０の厚みの５／８以上３／４以下の部分のＰの平均濃度よりも高いことが好ましい。Ｎｉ－Ｐ層１０のＰの平均濃度がこのようになっていることにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の耐熱性を確保しつつ、靱性も高めることができる。
Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからの距離がＮｉ－Ｐ層１０の厚みの１／８以上１／４以下の部分のＰの平均濃度は、Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからの距離がＮｉ－Ｐ層１０の厚みの５／８以上３／４以下の部分のＰの平均濃度の１．２倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であることがより好ましく、１．８倍以上であることがさらに好ましい。Ｎｉ－Ｐ層１０のＰの平均濃度の下限値をこのように設定することにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の耐熱性を確保することが可能となる。また、Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからの距離がＮｉ－Ｐ層１０の厚みの１／８以上１／４以下の部分のＰの平均濃度は、Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからの距離がＮｉ－Ｐ層１０の厚みの５／８以上３／４以下の部分のＰの平均濃度の３．５倍以下であることが好ましく、３．３倍以下であることがより好ましく、３．０倍以下であることがさらに好ましい。Ｎｉ－Ｐ層１０のＰの平均濃度の上限値をこのように設定することにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の耐熱性と靱性のバランスを適切なものとすることができる。
Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからの距離がＮｉ－Ｐ層１０の厚みの１／４以上５／８以下の部分におけるＰの濃度の減少率は、０．１５質量％／μｍ以上であることが好ましく、０．２０質量％／μｍ以上であることがより好ましく、０．２５質量％／μｍ以上であることがさらに好ましい。Ｎｉ－Ｐ層１０のＰの濃度の減少率の下限値をこのように設定することにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからの距離がＮｉ－Ｐ層１０の厚みの１／４以上５／８以下の部分において、Ｎｉ－Ｐ層１０の内側部分は耐熱性を十分に確保させ、Ｎｉ－Ｐ層１０の中間部分は靱性を十分に向上させることができる。また、Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからの距離がＮｉ－Ｐ層１０の厚みの１／４以上５／８以下の部分におけるＰの濃度の減少率は、０．７０質量％／μｍ以下であることが好ましく、０．６５質量％／μｍ以下であることがより好ましく、０．６質量％／μｍ以下であることがさらに好ましい。Ｎｉ－Ｐ層１０のＰの濃度の減少率の上限値をこのように設定することにより、Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａからの距離がＮｉ－Ｐ層１０の厚みの１／４以上５／８以下の部分において、耐熱性の差および靱性の差を小さくすることができ、耐熱性と靱性のバランスを取ることができる。
Ｎｉ－Ｐ層１０を構成する材料は、ＮｉとＰの合金を有していればよく、これら以外の合金成分を含有することもできる。なお、原料中に製造工程等に起因して不可避的に混入する不純物等は少ない方が好ましい。Ｎｉ－Ｐ層１０に含まれるＮｉおよびＰ以外の成分としては、Ｃ（炭素）、Ｏ（酸素）等が挙げられる。
本発明の実施の形態におけるＮｉ－Ｐ層１０は、軸方向に沿って径方向の内方に空間を有しており、該空間にプランジャ２０が挿通されており、Ｎｉ－Ｐ層１０とプランジャ２０とが接合されている。
コンタクトプローブ１のプランジャ２０の先端に検体を接触させると、コンタクトプローブ１に検体とは反対の方向に圧力が加わる。この圧力によってＮｉ－Ｐ層１０のスプリング部１４が縮む。このときのスプリング部１４が縮んだ状態から元の状態に戻ろうとする復元力によって、プランジャ２０の先端と検体とが所定の圧力で接触する。これによって、コンタクトプローブ１と検体とを弾性的に接触させることが可能となる。
１つのＮｉ－Ｐ層１０が有するスプリング部１４の数は、１つのＮｉ－Ｐ層１０に対してスプリング部１４が１つ設けられていてもよく、１つのＮｉ－Ｐ層１０の軸方向に複数のスプリング部１４が設けられていてもよい。１つのＮｉ－Ｐ層１０が有するスプリング部１４の数は、検体の形状や、コンタクトプローブ１と検体との接触圧力等に応じて選択することが好ましい。例えば、１つのＮｉ－Ｐ層１０が有するスプリング部１４が１つであれば、コンタクトプローブ１と検体との接触圧力を一定にすることができる。１つのＮｉ－Ｐ層１０が有するスプリング部１４が複数であれば、各々のスプリング部１４に加わる加重を分散することができ、スプリング部１４に塑性変形が加わりにくくなる。
プランジャ２０の形状は、特に限定されず、例えば、円柱形状、円筒形状、円錐形状、多角柱形状、多角筒形状、多角錐形状等が挙げられる。中でも、円柱形状であることが好ましい。プランジャ２０の形状がこのようになっていることにより、Ｎｉ－Ｐ層１０とプランジャ２０との摺動を滑らかにすることができる。
プランジャ２０の先端の形状は、特に限定されない。例えば、円錐形状、半円形状、平坦形状、王冠形状等が挙げられ、用途に応じて形状を適宜選択することができる。
プランジャ２０を構成する材料は、導電体であれば特に限定されず、例えば、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｔ－Ｒｈ合金、Ｎｉメッキの上にＡｕ（金）メッキを施したＷ（タングステン）、Ｂｅ（ベリリウム）－Ｃｕ（銅）合金等が挙げられる。
Ｎｉ－Ｐ層１０とプランジャ２０との接合方法は、Ｎｉ－Ｐ層１０の径方向内方の空間にプランジャ２０を挿通し、Ｎｉ－Ｐ層１０とプランジャ２０の接合箇所３０にてＮｉ－Ｐ層１０をかしめる、Ｎｉ－Ｐ層１０とプランジャ２０を溶接する、Ｎｉ－Ｐ層１０とプランジャ２０を接着する等の方法が挙げられるが、特に限定されない。中でも、接合箇所３０にてＮｉ－Ｐ層１０を溶接してプランジャ２０と接合する方法が好ましい。このようにしてＮｉ－Ｐ層１０とプランジャ２０とが接合されていることにより、容易に接合することができ、また、高温下での使用においても接合を外れにくくすることができる。
コンタクトプローブ１は、Ｎｉ－Ｐ層１０の表層１０ｂに、Ｎｉ－Ｐ層１０とは異なる層をさらに備えていてもよい。例えば、Ｎｉ－Ｐ層１０の表層１０ｂにＮｉメッキ層を有することにより、コンタクトプローブ１の外観をＮｉ光沢にすることができる。このようなＮｉメッキ層としては、純Ｎｉメッキ層の他、Ｐ以外の合金成分を含むＮｉ合金メッキ（例えば、Ｎｉ－Ｂ（ホウ素）メッキ層、Ｎｉ－Ｎ（窒素）メッキ層等）が挙げられる。また、コンタクトプローブ１の使用対象や使用環境等に応じて、Ｎｉメッキ層に替えてＡｕ、Ａｇ（銀）、Ｒｈ等のメッキを施してもよく、Ｎｉメッキ層の外方および内方の少なくともいずれか一方にＡｕ、Ａｇ、Ｒｈ等のメッキを施してもよい。
また、コンタクトプローブ１は、Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａに、Ａｕメッキ層を更に備えていてもよい。Ｎｉ－Ｐ層１０の最内側１０ａにＡｕメッキ層を有することにより、後述するＮｉ－Ｐ層１０の製造が容易となる。
以下にＮｉ－Ｐ層１０の製造方法の一例を詳説する。ただし、Ｎｉ－Ｐ層１０の製造方法はこれに限定されない。
まず、図４に示すように、芯材４０を準備し、芯材４０の外周に、電解メッキによってＮｉ－Ｐ層１０を形成する。電解メッキの方法は特に限定されない。芯材４０は、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属線等が挙げられる。
Ｎｉ－Ｐ層１０にＰを含有させるには、例えば、Ｎｉ含有メッキ液にリン酸や亜リン酸等のリン化合物を配合すればよい。具体的には、亜リン酸を用いることができ、亜リン酸の配合量は、例えば、３５．０ｇ／Ｌ以下の配合量のものを用いることができる。Ｎｉ含有メッキ液には、例えば、スルファミン酸ニッケル等を用いることができる。
Ｎｉ含有メッキ液に配合する亜リン酸の濃度によって、Ｎｉ－Ｐ層１０のＰの濃度を調整することができる。そのため、Ｎｉ－Ｐ層１０のＰの濃度を増加させる方法としては、Ｎｉ含有メッキ液に配合する亜リン酸の濃度を増加させる方法等が挙げられる。
次に、図５に示すように、Ｎｉ－Ｐ層１０をパターニングして、スプリング部１４を形成する。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術を用いて行うことができる。具体的には、まず、Ｎｉ－Ｐ層１０の外周にレジスト層（図示せず）を形成する。そして、芯材４０を回転させながらレーザーを露光し、レジスト層にらせん状の溝条を形成する。Ｎｉ－Ｐ層１０の外周に残っているレジスト層をマスキング材としてＮｉ－Ｐ層１０をエッチングする。これにより、Ｎｉ－Ｐ層１０にスプリング部１４が形成される。
次いで、図６に示すように、Ｎｉ－Ｐ層１０にスプリング部１４を形成した後、芯材４０を除去する。芯材４０の除去の方法は、例えば、芯材４０を一方または両方から引っ張って芯材４０の断面積が小さくなるように変形させ、この状態にて芯材４０を引き抜けばよい。
以上の工程により、スプリング部１４を有しているコンタクトプローブ１のＮｉ－Ｐ層１０を製造することができる。
なお、Ｎｉ－Ｐ層１０を形成する前に、芯材４０の外周にメッキ等によって薄く金含有層（図示せず）を形成しておくことが好ましい。すなわち、芯材４０の外周に金含有層を形成し、金含有層の外周にＮｉ－Ｐ層１０を形成することが好ましい。金含有層を形成することによって、パターニングする際、Ｎｉ－Ｐ層１０の内周にエッチング液がまわりこむのを抑制することができる。また、芯材４０がステンレス製の場合、ステンレスと金含有層との密着性が低いため、芯材４０を引き抜くことが容易となる。金含有層の厚さは、例えば、０．２μｍ以上１μｍ以下であることが挙げられるが、特に限定されない。
芯材４０の外周に金含有層を形成する場合、芯材４０としてナイロン、ポリエチレン等の合成樹脂線を使用してもよい。この場合、無電解メッキによって金含有層を形成すればよい。また、芯材４０の除去は、例えば、強アルカリ液等に浸漬することによって行うことができる。
以上、Ｎｉ－Ｐ層１０の製造方法の一例を説明した。この例では、電鋳によってＮｉ－Ｐ層１０を製造する場合を説明したが、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の電鋳以外の方法によってＮｉ－Ｐ層１０を製造してもよい。
以上のように、本発明のコンタクトプローブは、Ｎｉ－Ｐ層を有しており、Ｎｉ－Ｐ層の厚さ方向の位置によってＰの濃度が異なることを特徴とする。このような構成であることにより、Ｐの濃度が高い部分によって耐熱性を高めてスプリング部の縮み量を低減し、Ｐの濃度が低い部分によって靱性を高めてスプリング部の強度を向上し、塑性変形が生じにくいコンタクトプローブとすることができる。
１：コンタクトプローブ
１０：Ｎｉ－Ｐ層
１０ａ：Ｎｉ－Ｐ層の最内側
１０ｂ：Ｎｉ－Ｐ層の表層
１１：第１部分
１２：第２部分
１３：第３部分
１４：スプリング部
２０：プランジャ
３０：Ｎｉ－Ｐ層とプランジャの接合箇所
４０：芯材
５０：ハウジング
５１：穴
６０：ホットプレート

Claims (9)

  1. 軸方向に延在する筒部材と、軸方向に延在し検体と接触するプランジャと、を備え、
    前記プランジャは、前記筒部材の内方の空間に挿通されており、
    前記筒部材は、筒部と、軸方向における前記筒部の下部にコイル形状であって軸方向に収縮するスプリング部と、軸方向における前記スプリング部の下部に筒部と、を有し、
    前記筒部材は、Ｎｉ－Ｐ層を有しており、
    前記Ｎｉ－Ｐ層の厚さ方向の位置によってＰの濃度が異なるコンタクトプローブ。
  2. 前記Ｎｉ－Ｐ層の厚さ方向に、前記Ｎｉ－Ｐ層の内側から順に第１部分および第２部分を有し、
    前記第２部分は、前記第１部分よりもＰの濃度が低い請求項１に記載のコンタクトプローブ。
  3. 前記Ｎｉ－Ｐ層の厚さ方向に、前記Ｎｉ－Ｐ層の内側から順に第１部分、第２部分、および第３部分を有し、
    前記第２部分は、前記第１部分および前記第３部分よりもＰの濃度が低い請求項２に記載のコンタクトプローブ。
  4. 前記Ｎｉ－Ｐ層の厚さ方向に、前記Ｎｉ－Ｐ層の内側から順に第１部分、第２部分、第３部分、第４部分および第５部分を有し、
    前記第２部分および前記第４部分は、前記第１部分、前記第３部分および前記第５部分よりもＰの濃度が低い請求項３に記載のコンタクトプローブ。
  5. 前記第１部分のＰの平均濃度は、１．０質量％以上５．０質量％以下である請求項２～４のいずれか一項に記載のコンタクトプローブ。
  6. 前記第２部分は、前記Ｎｉ－Ｐ層の最内側から前記Ｎｉ－Ｐ層の厚みの１／４以上離れた位置にあり、
    前記第２部分のＰの平均濃度は、０．５質量％以上５．０質量％以下である請求項２～４のいずれか一項に記載のコンタクトプローブ。
  7. 前記Ｎｉ－Ｐ層の所定箇所の厚さ方向におけるＰの最大濃度は、前記厚さ方向におけるＰの最小濃度の１．２倍以上である請求項１～６のいずれか一項に記載のコンタクトプローブ。
  8. 前記Ｎｉ－Ｐ層の最内側からの距離が前記Ｎｉ－Ｐ層の厚みの１／８以上１／４以下の部分のＰの平均濃度は、前記Ｎｉ－Ｐ層の最内側からの距離が前記Ｎｉ－Ｐ層の厚みの５／８以上３／４以下の部分のＰの平均濃度よりも高い請求項１～７のいずれか一項に記載のコンタクトプローブ。
  9. 前記Ｎｉ－Ｐ層の外方に、前記Ｎｉ－Ｐ層とは異なる層をさらに備える請求項１～８のいずれか一項に記載のコンタクトプローブ。
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