(57)【要約】【課題】簡略な構成でありつつも、特に高周波半導体パッケージの検査に好適なプローブピンを提供する。【解決手段】両端部にそれぞれ設けられた第１接点部１１０及び第２接点部１２０と、第１接点部１１０と第２接点部１２０との間に位置する連続する略Ｓ字状の弾性部１３０と、を備え、弾性部１３０は、第１接点部１１０と第２接点部１２０との間に荷重によって短縮したときに対向部分によって接触部１４０が形成される条件とされている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部にそれぞれ設けられた第１接点部及び第２接点部と、
前記第１接点部と前記第２接点部との間に位置する連続する略Ｓ字状の弾性部と、を備え、
前記弾性部は、前記第１接点部と前記第２接点部との間に荷重によって短縮したときに対向部分によって接触部が形成される条件とされているプローブピン。
【請求項２】
前記弾性部は、前記接触部に対応する部分が相対的に間隔の狭い狭部を構成し、他部が相対的に間隔の広い広部を構成する、請求項１記載のプローブピン。
【請求項３】
前記接触部を含む周辺部位の厚みを他の部位の厚さに比して薄くする、請求項１記載のプローブピン。
【請求項４】
前記弾性部は、前記接触部に対応する部分が相対的に間隔の狭い狭部を備え、前記狭部は、対向部分の少なくとも一方が凸状である、請求項２記載のプローブピン。
【請求項５】
前記弾性部は、複数の接点部が形成される、請求項１記載のプローブピン。
【請求項６】
前記弾性部は、その延在方向に沿った片側のみに前記接点部が形成されるようにする、請求項１記載のプローブピン。
【請求項７】
前記弾性部は、
前記荷重時のプローブピン本体のストローク量≧前記接触部の接点点数×荷重時に前記接触部を形成する部位相互間の非荷重時における総間隔
が成り立つ条件とする、請求項１記載のプローブピン。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかのプローブピンを備える、半導体検査用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブピン及び半導体検査用装置に関し、特に、高周波半導体パッケージ検査用コンタクトなどの半導体パッケージ検査に好適なプローブピン及び半導体検査用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、配列の狭ピッチ化を図ることができるプローブピンおよび検査ユニットについて開示されている。このプローブピンは、長手方向に沿って伸縮する弾性部と、弾性部の長手方向の両端部にそれぞれ設けられた第１接点部および第２接点部と、を有する板状の可動ピンと、可動ピンの板厚方向に重なるように配置されている導通経路形成部材と、を備える。導通経路形成部材が、長手方向の両端部の各々に、第１接点部および第２接点部にそれぞれ接触する第１接触面および第２接触面を有し、可動ピンおよび導通経路形成部材が、第１接点部と第１接触面との接触および第２接点部と第２接触面との接触をそれぞれ維持しつつ、長手方向に沿って相対的に移動可能に配置されている。
【特許文献１】特開２０１８−４８９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、特許文献１に開示されているプローブピンは、可動ピンと導通経路形成部材とを別個に設けているため、構成が複雑であるし、部品点数も多いという点が問題である。これを解消するために、例えば、可動ピンと導通経路とを兼用する構成とすることも考えられる。
【０００４】
しかし、プローブピンを単にこのような構成としただけでは、弾性部が連続するＳ字形状をしているため、導通経路は、第１接点部の先端−第１接点部の基端−弾性部の一端−弾性部の他端−第２接点部の基端−第２接点部の先端となる。
【０００５】
つまり、この場合の導通経路の全長は、第１接点部の全長＋第２接点部の全長＋連続するＳ字形状の弾性部の経路長というように相対的に長いものとなる。これでは、高周波用途の半導体パッケージ検査用に向いていない。
【０００６】
そこで、本発明は、簡略な構成でありつつも、特に高周波半導体パッケージの検査に好適なプローブピン及びこれを用いた半導体検査用装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のプローブピンは、
両端部にそれぞれ設けられた第１接点部及び第２接点部と、
前記第１接点部と前記第２接点部との間に位置する連続する略Ｓ字状の弾性部と、を備え、
前記弾性部は、前記第１接点部と前記第２接点部との間に荷重によって短縮したときに対向部分によって接触部が形成される条件とされている。
【０００８】
前記弾性部は、前記接触部に対応する部分が相対的に間隔のない狭部を構成し、他部が相対的に間隔のある広部を構成する、又は、前記接触部を含む周辺部位の厚みを他の部位の厚さに比して薄くすることによって実現してもよい。こうすると、例えば、接触部が容易に実現しやすいという利点がある。
【０００９】
前記狭部は、対向部分の少なくとも一方を凸状とすることによって実現することができる。
【００１０】
また、前記弾性部は、複数の接点部が形成されるようにしてもよい。こうすると、前記第１接点部と前記第２接点部との間に荷重がかかる場合に、弾性部における応力が緩和してばね性が維持しやすいという利点がある。
【００１１】
さらに、前記弾性部は、幅方向の片側のみに前記接点部が形成されるようにするとよい。こうすると、導通経路がより短くなるからである。
【００１２】
前記弾性部は、
前記荷重時のプローブピン本体のストローク量≧前記接触部の接点点数×荷重時に前記接触部を形成する部位相互間の非荷重時における総間隔
が成り立つ条件とするとよい。こうすると、接点数が無駄に多くなることで、導通経路がより短くなることを回避できるからである。
【００１３】
また、本発明の半導体検査用装置は、上記いずれかのプローブピンを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１の半導体検査用装置の模式的な構成図である。
【図２】図１に示すプローブピン１００の模式図である。
【図３】図２に示す弾性部１３０のみに着目した導通経路長の対比説明図である。
【図４】本発明の実施形態２のプローブピン１００の模式図である。
【図５】本発明の実施形態３のプローブピン１００の模式図である。
【符号の説明】
【００１５】
１００
１１０  第１接点部
１１２  柱部
１１４  鍔部
１２０  第２接点部
１２２  柱部
１２４  鍔部
１３０  弾性部
２００  ソケット
２１０  第２基板
２２０  第１基板
２３０，２４０  孔
２０５  スルーホール
５００  半導体検査用装置
【発明の実施の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態のプローブピン１００及びそれを備えた半導体検査用装置５００について、図面を参照して説明する。
【００１７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の半導体検査用装置５００の模式的な構成図である。図１には、平面的に構成されているプローブピン１００と、第１基板２２０及び第２基板２１０を備えるソケット２００と、を有する半導体検査用装置５００の模式的な構成を示す断面を示している。なお、説明の都合上、図１には、ソケット２００に２本のプローブピン１００が収容されている状態を示しているが、実際には、ソケット２００には多数のプローブピン１００が収容される。
【００１８】
第１基板２２０は、複数のプローブピン１００の第１接点部１１０の柱部１１２がそれぞれ通される孔２３０が形成されている。各孔２３０の幅及び厚みは、第１接点部１１０の柱部１１２の幅及び厚みよりも大きく、かつ、第１接点部１１０の鍔部１１４の幅及び厚みよりも小さい。
【００１９】
第２基板２１０は、各孔２３０に対応する位置に、プローブピン１００の弾性部１３０が通されるとともに、第２接点部１２０の鍔部１２４が通されるスルーホール２０５が形成されている。つまり、スルーホール２０５には、弾性部１３０が通される相対的に大幅な部位と、第２接点部１２０の柱部１２２が通される相対的に小幅な部位とを含み、これらの段差部分で第２接点部１２０の鍔部１２４が受けられる。
【００２０】
スルーホール２０５の幅及び厚みは、弾性部１３０及び鍔部１２４の幅及び厚みに応じたものとすればよい。弾性部１３０の中腹付近には、鍔部１２４とは別の鍔部が設けられることもあるので、その場合には当該別の鍔部を受ける段差をスルーホール２０５に設けてもよい。
【００２１】
図２は、図１に示す半導体検査用装置５００に用いられるプローブピン１００の模式的な構成図である。図２（ａ）にはプローブピン１００に荷重がかかっていない状態を示し、図２（ｂ）にはプローブピン１００に荷重がかかっている状態を示している。
【００２２】
図１を用いて若干説明したが、プローブピン１００は、第１接点部１１０と、第２接点部１２０と、弾性部１３０とに大別される。プローブピン１００は、これらに限定されるものではないが、例えば、実質的に不純物等が混在していない純銅、実質的に不純物等が混在していない純銀、銅と銀とが所定量混在されている銅銀合金などを材料とすることができる。銅銀合金を材料とするプローブピン１００の製造方法については後述する。
【００２３】
第１接点部１１０は、柱部１１２と、柱部１１２の基端に位置する鍔部１１４とを有している。同様に、第２接点部１２０は、柱部１２２と、柱部１２２の基端に位置する鍔部１２４とを有している。本実施形態では、各柱部１１２，１２２と各鍔部１１４，１２４とは後述するように一体である。
【００２４】
弾性部１３０は、本実施形態のプローブピン１００における特徴的な部分である。弾性部１３０の形状は、略連続的なＳ字状である。そして、本実施形態では、弾性部１３０は、Ｓ字状の湾曲部付近が相対的に間隔のない狭部１３０ａを構成していて、他部が相対的に間隔のある広部１３０ｂを構成している。もっとも、狭部１３０ａは、湾曲部に形成することは必須ではなく、後述する接触部１４０を形成したい箇所に対応させて形成すればよい。
【００２５】
プローブピン１００の各部のサイズは、これらに限定されるものではないが、以下のとおりとすることができる。
柱部１１２：幅約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、長さ約０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ、
鍔部１１４：：幅約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ、長さ約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、
柱部１２２：幅約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、長さ約０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ、
鍔部１２４：：幅約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ、長さ約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、
弾性部１３０：全体幅約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ、経路長：約３．０ｍｍ〜１０ｍｍ、全長約１．５ｍｍ〜３．０ｍｍ、
プローブピン１００全厚：約０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、弾性部１３０をこのような構成にすると、プローブピン１００に対して荷重がかかることによって弾性部１３０が変形した場合に、広部１３０ｂは接触しないものの、狭部１３０ａは接触して接触部１４０が形成される。
【００２７】
なお、図２（ｂ）では、弾性部１３０の延在方向に沿った片側のみ、すなわちここでは図面左側においてのみ、狭部１３０ａによって接触部１４０が形成される状態を示している。もっとも、理論的には、図面右側においても、狭部１３０ａによっても接触部１４０が形成されることになる。
【００２８】
しかし、実際には、プローブピン１００は、スルーホール２０５及び孔２３０，２４０内に多少の遊びがある状態で位置している。このため、プローブピン１００にかかる荷重の大きさにもよるが、プローブピン１００には、図面左右で均等に力がかかることはなく、図面左右いずれか一方のみで接触部１４０が形成されることが多い。
【００２９】
なお、プローブピン１００に対する荷重が大きく、プローブピン１００の変位量が多い場合には、図面左右の両側に接触部１４０が形成されることになろうが、その場合には、電流は抵抗が少ない最短経路を流れることから、この場合の導通経路は、図２（ｂ）に示す場合と同じことになる。
【００３０】
一方、図面右側における狭部１３０ａによって接触部１４０が形成される場合もあろう。この場合には、図２（ｂ）の場合よりも相対的に導通経路は長くなるが、弾性部１３０の経路長よりは短くなる。この点については後述する。
【００３１】
図２（ｂ）に示す例では、導通経路は、第１接点部１１０の先端−第１接点部１１０の基端−弾性部１３０の一端−幾つかの接触部１４０−弾性部１３０の他端−第２接点部１２０の基端−第２接点部１２０の先端となる。
【００３２】
つまり、この場合の導通経路の全長は、第１接点部１１０の全長＋第２接点部１２０の全長＋弾性部１３０の荷重時の略全長であり、相対的に短いものとなる。このため、高周波用途の半導体パッケージ検査用に向いている。
【００３３】
図３は、図２に示すプローブピン１００の弾性部１３０のみに着目した導通経路長の対比説明図である。図３（ａ）には接触部１４０が形成されない場合、図３（ｂ）には接触部１４０が図面右側のみに形成される場合、図３（ｃ）には接触部１４０が図面左側に形成される場合、のそれぞれの状態を示している。
【００３４】
図３に示す例では、弾性部１３０の経路長を５Ｔとすると、Ｓ字部分の１／２の長さは略Ｔとなるから、
図３（ａ）の場合には、弾性部１３０部分の導通経路長は［Ｔ×５≒５Ｔ］となり、
図３（ｂ）の場合には、弾性部１３０部分の導通経路長は［Ｔ＋０．７５Ｔ＋０．７５Ｔ＋Ｔ≒３．５Ｔ］となり、図３（ａ）の場合に比して、導通経路長を約３０％も短くすることができ、
図３（ｃ）の場合には、弾性部１３０部分の導通経路長は［０．７５Ｔ＋０．５Ｔ＋０．７５Ｔ≒２Ｔ］となり、図３（ａ）の場合に比して、導通経路長を約６０％も短くすることができる。
【００３５】
したがって、本実施形態では、第１接点部１１０と第２接点部１２０との間に荷重によって、弾性部１３０が短縮した場合に、図３（ｂ）又は図３（ｃ）に示すような態様で接触部１４０が形成される条件で、狭部１３０ａ（及び広部１３０ｂ）を決定するようにしている。
【００３６】
このためには、［第１接点部１１０と第２接点部１２０との間に荷重時のプローブピン１００本体のストローク量≧接点部１４０の接触部数×隣接する狭部１３０ａの非荷重時の総間隔（接触部１４０を形成する部位である隣接する狭部１３０ａ相互間の非荷重時における総間隔）］が成り立つ条件とするとよい。
【００３７】
したがって、プローブピン１００の各部のサイズが既述の例の場合には、第１接点部１１０と第２接点部１２０との間に荷重時のプローブピン１００本体のストローク量としては、例えば、０．２ｍｍ程度とすることができるから、図３（ｃ）の場合の接触部数は２であるので、隣接する狭部１３０ａ間は例えば０．１ｍｍ、隣接する広部１３０ｂ間は例えば０．２ｍｍとすることができる。
【００３８】
つぎに、材料を銅銀合金とした場合のプローブピン１００の製造方法について説明する。まず、例えば、市販品である電気銅或いは無酸素銅を１０ｍｍ×３０ｍｍ×５０ｍｍの短冊状にしたものを用意する。そして、概形の一次直径が２ｍｍ〜３ｍｍ程度の粒状の銀を用意する。
【００３９】
その後、銅に対して銀を０．５ｗｔ％−１５ｗｔ％の範囲、より好ましくは、２ｗｔ％−１０ｗｔ％の範囲で添加する。そして、この銀を添加後の銅を、タンマン炉を含む高周波又は低周波の真空溶解炉などの溶解炉に入れて、溶解炉をオンして例えば１２００℃程度まで昇温させ、銅と銀とを十分に溶解させることによって鋳造する。こうして、銅銀合金インゴットを製造する。
【００４０】
それから、銅銀合金インゴットに対して溶体化熱処理を施す。この際、大気中において銅銀合金を鋳造することもできるが、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性雰囲気において鋳造することもできる。前者の場合には、銅銀合金インゴットの表面は酸化しているため、その酸化部分を研削する。一方、後者の場合には、銅銀合金インゴットの表面研削処理は不要となる。
【００４１】
銅銀合金に対して溶体化熱処理を施した後には冷間圧延を行い、例えば、３５０℃〜５５０℃で析出熱処理を行う。つぎに、析出熱処理後の銅銀合金体からプローブピン１００の厚さに対応させて切り出した銅銀合金板に対して、既知のように、ヨウ化銀、臭化銀、アクリルなどの感光性物質が吹付、含浸等によって塗布する。
【００４２】
この際、必要に応じて、感光性物質の塗布に先立って、銅銀合金体にカップリング剤を塗布して、感光性物質の密着性を高めてもよい。また、感光性物質を塗布した銅銀合金体を１００℃〜４００℃程度の温度で所定時間加熱するというプリベーク処理を施すことによって、感光性物質を固化させてもよい。
【００４３】
つぎに、銅銀合金板に対してプローブピン１００の形状に対応する形状のマスクパターンを形成する。マスクパターンの形成方法は、特に限定されるものではなく、電解メッキ、無電解メッキ、溶融メッキ、真空蒸着など既知のメッキ法のいずれを採用してもよい。
【００４４】
メッキによって形成する金属膜は、０．５μｍ〜５．０μｍ程度の厚みとすればよく、その材料としてはニッケル、クロム、銅、アルミニウムなどを用いることができる。なお、マスクパターンは、ポジ型、ネガ型のいずれであってもよい。
【００４５】
つづいて、図示しない露光装置によって銅銀合金板を露光する。露光装置は、３６０ｎｍ〜４４０ｎｍ（例えば、３９０ｎｍ）程度の波長で、出力が１５０Ｗ程度の紫外光を照射可能なものとすればよい。具体的には、これに限定されるものではないが、露光装置は、キセノンランプ、高圧水銀灯などを用いることができる。
【００４６】
露光装置は、ここでは１台のみ設けている例を示しているが、複数台設けることによって露光時間の短縮化を図ることも可能である。なお、露光装置と銅銀合金板との距離は、上記の紫外光の照射条件のものであれば、２０ｃｍ〜５０ｃｍ程度とすればよい。
【００４７】
つづいて、露光装置を用いて露光処理がなされた銅銀合金板から余計な感光性材料を除去するために、銅銀合金板を現像液に入れる。現像液は、感光性材料に応じて選択すればよいが、有機アルカリであるＴＭＡＨ（tetra-methyl-ammonium-hydroxide）の２．３８ｗｔ%水溶液を用いることができる。
【００４８】
それから、所望のリンス処理をした後に、比重が１．２〜１．８程度の塩化第二鉄、過硫酸アンモニアと塩化第２水銀との混合液など銅合金のエッチングに適したエッチング液によってエッチング処理をする。なお、選択的に、同程度の比重の硝酸第二鉄液などの銀のエッチングに適したエッチング液を少量（例えば、５％程度）添加することもできる。
【００４９】
こうすると、溶解時に銀の塊などが仮に発生していたとしても、エッチング処理後の銅銀合金体の表面に、その銀の塊が残存することが防止できる。もっとも、硝酸第二鉄液などの添加量が多いと、エッチング処理後の銅銀合金板の表面における銀の割合が少なくなり、プローブピン１００の表面強度が低下してしまうため、好ましくない。
【００５０】
銅銀合金板のエッチング液への含浸時間は、銅銀合金板の材料、厚さなどに応じて決定すればよいが、一般的には２分〜１５分、例えば１０分以下とすればよい。以上の工程によって、銅銀合金板から所望の形状のプローブピン１００を製造することができる。
【００５１】
なお、プローブピン１００の表面に対して、グラフェンなどのカーボン、ナノ銀などを、電解メッキ、真空蒸着、静電スプレー等によって、２μｍ〜３μｍ程度の厚さの塗膜処理を施せば、更に導電性を高めることができ、プローブピン１００の許容電流を向上させることができる。
【００５２】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２のプローブピン１００の模式図である。図４に示すプローブピン１００は、接触部１４０を含む周辺部位の幅が相対的にない狭部１３０ｃを構成し、他の部位の幅が相対的にある広部１３０ｄを構成している。
【００５３】
図４に示すように、弾性部１３０をこのような構成にすると、プローブピン１００に対して荷重がかかって弾性部１３０が変形した場合に、広部１３０ｂは接触しないものの、狭部１３０ａは接触して接触部１４０が形成される。
【００５４】
したがって、図４に示すプローブピン１００の場合にも、実施形態１の場合と同様に導電経路を短くすることができる。図４に示すプローブピン１００を製造するためには、単に図４に示すプローブピン１００の形状に対応する形状のマスクパターンに変更するだけ、その他は実施形態１で説明した手法を採用すればよい。
【００５５】
なお、ソケット２００については、図１に示したもの又はこれと同様のものを採用することができる。
【００５６】
（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３のプローブピン１００の模式図である。図５に示すプローブピン１００は、弾性部１３０における接触部１４０を形成したい部位に凸部１３０ｅ，１３０ｆを設けた構成としている。
【００５７】
図５に示すように、弾性部１３０をこのような構成にすると、プローブピン１００に対して荷重がかかって弾性部１３０が変形した場合に、凸部１３０ｅ，１３０ｆが相互に接触して接触部が形成される。なお、凸部１３０ｅ，１３０ｆの双方を形成することなく、この一方だけとしてもよい。
【００５８】
なお、図２（ｂ）では、図面左側の狭部１３０ａによって接触部１４０が形成されるように図示しているが、理論的には図面右側の狭部１３０ａによっても接触部が形成される。
【００５９】
したがって、図５に示すプローブピン１００の場合にも、実施形態１の場合と同様に導電経路を短くすることができる。図５に示すプローブピン１００を製造するためには、単に図５に示すプローブピン１００の形状に対応する形状のマスクパターンに変更するだけ、その他は実施形態１で説明した手法を採用すればよい。
【００６０】
なお、ソケット２００については、図１に示したもの又はこれと同様のものを採用することができる。
【００６１】
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、プローブピン１００における導電経路を短くすることが可能となる。したがって、この種のプローブピン１００を用いた半導体検査用装置５００は、特に高周波半導体パッケージの検査に好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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