(57)【要約】【課題】コンタクトプローブ、特に垂直スプリング型プローブに用いる場合において、電気的測定の際に安定した導電性を有し、常に正常な測定を行うことができるコンタクトプローブ用プランジャーを提供する。【解決手段】棒状の接続用ピンと、該接続用ピンの外周に少なくとも１層からなる被覆層とを備え、前記接続用ピンが高導電性を有する貴金属材料によって形成され、前記被覆層が高導電性を有する金属材料によって形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の接続用ピンと、該接続用ピンの外周に少なくとも１層からなる被覆層とを備え、前記接続用ピンが高導電性を有する貴金属材料によって形成され、前記被覆層が高導電性を有する金属材料によって形成されていることを特徴とするコンタクトプローブ用プランジャー。
【請求項２】
前記貴金属は金、銀、白金、パラジウムの少なくとも一つの貴金属を含んで成る導電性合金であることを特徴とする請求項１に記載のコンタクトプローブ用プランジャー。
【請求項３】
前記貴金属は時効処理が施されており、貴金属の硬度が３５０（ＨＶ）から４８０（ＨＶ）の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンタクトプローブ用プランジャー。
【請求項４】
前記被覆層が銅合金によって形成され且つ時効処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載のコンタクトプローブ用プランジャー。
【請求項５】
前記被覆層の表面に金フラッシュメッキ層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項４に記載のコンタクトプローブ用プランジャー。
【請求項６】
垂直スプリング型プローブに用いられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のコンタクトプローブ用プランジャー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスやウェハー等の電気的特性を検査する際に用いられるコンタクトプローブ用プランジャーに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンタクトプローブは電子部品や回路基板の電極端子に接触させ、電極端子を外部装置と一時的に導通させるためのプローブ装置であり、例えば、回路基板の検査を行う際、回路基板の電極端子に針状のプランジャーを弾性的に当接させて電気的測定を行うものである。
【０００３】
図９は従来のコンタクトプローブの一例を示す断面図である。図９に示すコンタクトプローブ１０は、円筒状のスリーブ２と、スリーブ２の内部を摺動するプランジャー４と、プランジャー４を付勢するコイルスプリング６と、コイルスプリング６の固定端６ａ側に配置されたショートピン８によって構成されている。これらの部材の材料としては、いずれも金属などの導電材料が用いられる。スリーブ２にはリング状にカシメ加工されたカシメ部２ａが設けられており、スリーブ２からのプランジャー４、コイルスプリング６及びショートピン８の脱落が防止される。
【０００４】
このコンタクトプローブは極めて細かい電極端子に当接させるために極めて小径のプランジャーが必要であり、被検査体の極小化に伴って更に小径のプランジャーが要求されるようになっている。そこで小型化にともなって発生する変形や破壊等を防止するためのプローブカード用の探針が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図７（ａ）は、従来のプローブカード用探針の部分平面図、図７（ｂ）は部分断面図である。図８は従来のプローブカード用探針を被検査体に接触させている状態を示す。図７に示すように、プローブカード用の探針５０は、多層構造からなり、中心に探針軸４２を備え、その周囲に被覆層４４が形成されている。探針軸４２は、導電性金属から構成され、先端に被検査体に押し当てて電気的結線状態を測定する接触部４２ａが形成される。また、接触部４２ａは、一定の直径に形成され、研磨により再生した場合も一定の直径が維持される。一方、被覆層４４は、接触部４２ａを除く探針軸４２の外周面を被覆し、探針軸４２の繰返し応力を補強し得る高ヤング率からなる材料から構成される。また、探針５０は、押圧し易くするために被検査体４８にほぼ垂直に接触することが好ましい。このため、図８に示すように、探針５０の先端側は、一定の角度で折り曲げられ、折曲部４６が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３３８１３１号公報（第３−４頁、図１−２参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術におけるプローブカード用探針５０は、被覆層４４が、エルジロイ、ハステロイ、インコネル又はばね用ＳＵＳのいずれかの金属材料またはレニウム−タングステン合金で構成されているため、図７、図８に示すプローブカード用の探針５０のようなカンチレバー型や垂直ニードル型プローブに用いることは出来るが、被覆層４４の導電率が悪いため図９に示すコンタクトプローブ１０のような垂直スプリング型プローブに用いると高接触抵抗となってしまい、被検査体の測定精度に悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００８】
（発明の目的）
本発明は上記問題を解決して、コンタクトプローブ、特に垂直スプリング型プローブに用いる場合において電気的測定の際に安定した導電性を有し、常に正常な測定を行うことができるコンタクトプローブ用プランジャーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明におけるコンタクトプローブ用プランジャーは、棒状の接続用ピンと、該接続用ピンの外周に少なくとも１層からなる被覆層とを備え、前記接続用ピンが高導電性を有する貴金属材料によって形成され、前記被覆層が高導電性を有する金属材料によって形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記貴金属は金、銀、白金、パラジウムの少なくとも一つの貴金属を含んで成る導電性合金であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記貴金属は時効処理が施されており、貴金属の硬度が３５０（ＨＶ）から４８０（ＨＶ）の範囲であることを特徴とする。
【００１２】
また、前記被覆層が銅合金によって形成され且つ時効処理が施されていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記被覆層の表面に金フラッシュメッキ層が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、垂直スプリング型プローブに用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明のコンタクトプローブ用プランジャーは、電気的測定の際に安定した導電性を有し、常に正常な測定を行うことができる。また、被覆層が高導電性の銅合金によって形成されているため、垂直スプリング型プローブ用のプランジャーとして用いる場合においても被検査体の測定精度に悪影響を及ぼすことを回避することができる。
【００１６】
また、時効処理を施し硬度を高くすることによって耐摩耗性を向上させることが出来るとともに、切削加工性を向上させることが出来、コンタクトプローブ用プランジャーのコストダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを用いたコンタクトプローブを示す概略断面図である。
【図２】図１におけるコンタクトプローブ用プランジャーを示す概略断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを用いたコンタクトプローブを示す概略断面図である。
【図４】図４（ａ）は、図３におけるコンタクトプローブ用プランジャーを示す概略断面図、図４（ｂ）は、図３におけるコンタクトプローブ用プランジャーを矢印Ａから見た正面図である。
【図５】本発明の第の３実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを用いたコンタクトプローブを示す概略断面図である。
【図６】図５おけるコンタクトプローブ用プランジャーを示す概略断面図である。
【図７】従来技術におけるプローブカード用探針を示し、図７（ａ）は、従来のプローブカード用探針の平面図、図７（ｂ）は断面図である。
【図８】図７におけるプローブカード用探針を被検査体に接触させている状態を示す概略図である。
【図９】従来技術におけるコンタクトプローブを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１、図２は本発明の第１の実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを示す図、図３、図４は第２の実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを示す図、図５、図６は第３の実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを示す図である。以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は本実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを用いたコンタクトプローブを示す概略断面図である。図１に示すように、本実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを用いたコンタクトプローブ２０は、円筒状のスリーブ１１と、スリーブ１１の内部を軸方向に摺動するコンタクトプローブ用プランジャー１２と、スリーブ１１の内部に収容され、コンタクトプローブ用プランジャー１２をスリーブ１１の軸方向に付勢するコイルスプリング１３と、コイルスプリング１３の固定端１３ａと接するショートピン１４とを備えている。これらの部材の材料としては、いずれも金属などの導電性材料が用いられる。また、このコンタクトプローブ２０はコンタクトプローブ用プランジャー１２及びショートピン１４をスリーブ１１と接触させて電気的な接続が行われる。
【００２０】
コンタクトプローブ用プランジャー１２は、スリーブ１１と摺動自在に嵌合する摺動部１２ａと、スリーブ１１から突出する突出部１２ｂと、突出部１２ｂと摺動部１２ａとの境界部に設ける径大部１２ｅと、摺動部１２ａからみて突出部１２ｂとは反対側に設けられた後端部１２ｄとを備えている。突出部１２ｂの先端１２ｃは、図示しない被測定物の電極と接触する部分である。スリーブ１１に挿入されているコンタクトプローブ用プランジャー１２は、矢印Ａに示す方向に移動する場合、スリーブ１１のカシメ部１１ａと干渉する部分がなくそのままスリーブ１１から抜き出すことができる。なお、径大部１２ｅはプランジャーストッパー（図示せず）と干渉することにより、コンタクトプローブ用プランジャー１２の脱落が防止される。
【００２１】
図２は本実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを示す概略断面図である。図２に示すようにコンタクトプローブ用プランジャー１２は接続用ピン１５と接続用ピン１５を被覆する被覆層１７を備えている。接続用ピン１５の先端１５ａは、被検査体に押し当てて電気的結線状態を測定するため被覆層１７から露出している。
【００２２】
この接続用ピン１５は、導電性が大きく、接触抵抗の低い貴金属によって形成されており、この貴金属としてはパラジウム（Ｐｄ）４０％、銀（Ａｇ）４０％、銅（Ｃｕ）を含有する導電性のパラジウム合金が好ましい。また、接続用ピン１５は、その先端１５ａが外部に露出し被検査体と接触する部分であるため、耐摩耗性を向上させるためにパラジウム合金に硬度が４３０（ＨＶ）程度となるように時効処理を施すことが好ましい。なお、貴金属としてはプラチナ（Ｐｔ）９０％、ニッケル（Ｎｉ）を含有する導電性の白金合金を用いることができる。この白金合金は時効処理なしで硬度が３６０（ＨＶ）程度と硬度が大きいため時効処理を施さずに用いることができる。
【００２３】
接続用ピン１５を被覆する被覆層１７は、接続用ピン１５の強度を補強するとともに、被覆層１７の外周部をスリーブ１１の内周部と接触させて、接続用ピン１５を被覆層１７を介してスリーブ１１に電気的に接続するものである。したがって、被覆層１７を形成する材料としては、高い機械的強度を有するとともに導電性の高い金属を用いることが好ましい。本実施形態においては、この被覆層１７の材料として、銅（Ｃｕ）９９．２％、クロム（Ｃｒ）０．７％、亜鉛（Ｚｎ）０．０６％、鉄（Ｆｅ）、珪素（Ｓｉ）を含有する導電性の銅合金を用い、硬度が１７０（ＨＶ）程度となるように時効処理を施している。さらに、被覆層１７の表面には材料の酸化を防ぐために金（Ａｕ）フラッシュメッキを施し、金フラッシュメッキ層１８を形成している。なお、時効処理とは熱処理により合金の硬度、強度、電気伝導度などを増加させるもので、時効処理の温度としては、例えば、３００℃〜５００℃で行うことができる。
【００２４】
次に、コンタクトプローブ用プランジャーの製造方法について簡単に説明する。本実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャー１２は、冷間引抜加工の同軸伸線法により製造することができる。冷間引抜加工の同軸伸線法とは、被覆層１７となるパイプ状の金属材料の中に接続用ピン１５となる棒状の金属材料を装着して二層構造体として、これを材料の表面に潤滑処理を施し、常温で金型の中を通して両者の中心軸が一致するように引き伸ばす方法である。接続用ピン１５の材料として前述のパラジウム合金、被覆層１７の材料として前述の銅合金を用いる場合は、未時効処理の状態で前述の冷間引抜加工の同軸伸線法により引き伸ばす。その後、３００℃〜５００℃の温度で時効処理を施し硬化させる。その後、切削加工により所定の形状に加工し、最後に被覆層１７の表面に金フラッシュメッキ処理を施して完成する。
【００２５】
以上のように本実施形態のコンタクトプローブ用プランジャー１２は、常温で冷間引抜加工の同軸伸線法による引き伸ばし加工を行い、その後、加熱して時効処理を行うため、一度の加熱行程で加工できるため接続用ピン１５、被覆層１７のそれぞれの硬度、強度、電気伝導度を効率良く増加させることができる。また、簡単な方法で形成することができ、安価に量産することができる。また、接続用ピン１５の材料として導電性の貴金属を用いることにより被検査体への接触による摩耗や、クリーニングによる摩耗があっても初期と比べて接触抵抗への影響をなくすことができるとともに、高価な貴金属材料を必要最小限に使用することによりコンタクトプローブ用プランジャーのコスト削減が可能となる。一方被覆層１７の材料としては、銅合金を用いることで低接触抵抗でスリーブ１１との電気的接続を実現することができる。この結果、垂直スプリング型プローブに用いる場合においても電気的測定の際に安定した導電性を有し、常に正常な測定を行うことができる。
【００２６】
なお、被覆層１７となるパイプ状の金属材料を用いずに、接続用ピン１５となる棒状のパラジウム合金材料に被覆層１７の材料として前述の銅合金のメッキ処理を施して二層構造体としても良い。
また、接続用ピン１５の材料として、前述の時効処理を施さない白金合金を用いる場合は、あらかじめパイプ状に形成され時効処理されている金属材料を切削加工により所定の形状に加工して被覆層１７とし、この被覆層１７に同様に切削加工により所定の形状に加工した白金合金からなる接続用ピン１５を装着する。その後、カシメ加工などの手段を用いて接続用ピン１５を被覆層１７に固定し、最後に被覆層１７の表面に金フラッシュメッキ処理を施して金フラッシュメッキ層を形成して完成する。
【００２７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーは、用いられる材質と形状が第１の実施形態と異なり、その他は第１の実施形態とほぼ同様である。そこで同じ構成要素については同一符号を付与し詳細な説明を省略する。
【００２８】
図３は本実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを用いたコンタクトプローブを示す概略断面図である。図３に示すように、本実施形態によるコンタクトプローブ用プランジャーを用いたコンタクトプローブ３０は、円筒状のスリーブ２１と、スリーブ２１の内部を摺動するコンタクトプローブ用プランジャー２２と、このコンタクトプローブ用プランジャー２２を付勢するコイルスプリング１３と、コイルスプリング１３の固定端１３ａ側に配置されたショートピン１４とを備えている。なお、これらの部材の材料は、いずれも金属などの導電性材料が用いられる。また、スリーブ２１にはリング状にカシメ加工されたカシメ部２１ａが設けられており、スリーブ２１からのコンタクトプローブ用プランジャー４、コイルスプリング６及びショートピン８の脱落が防止される。また、このコンタクトプローブ３０はコンタクトプローブ用プランジャー２２及びショートピン１４をスリーブ２１と接触させて電気的な接続が行われる。
【００２９】
コンタクトプローブ用プランジャー２２は、スリーブ２１と摺動自在に嵌合する摺動部２２ａと、スリーブ２１から突出する突出部２２ｂとを備えている。突出部２２ｂの先端２２ｃは、図示しない被測定物の電極と接触する部分である。また、突出部２２ｂの先端２２ｃは、四つ割加工が施されクラウン加工されている。これは、製品デバイスのハンダボール等のボール電極端子と接続するときや、半導体集積回路等の電極パッド酸化膜等を破るように加工されたものである。
【００３０】
図４（ａ）は、図３におけるコンタクトプローブ用プランジャーを示す概略断面図、図４（ｂ）は、図３におけるコンタクトプローブ用プランジャーを矢印Ａから見た正面図である。図４（ａ）に示すようにコンタクトプローブ用プランジャー２２は第１の実施形態と同様に接続用ピン２５と接続用ピン２５を被覆する被覆層２７を備えている。また、図４（ｂ）に示すように接続用ピン２５の先端２５ａは、被検査体に押し当てて電気的結線状態を測定するためクラウン加工されている先端２２ｃの中央に位置し、その端面が被覆層２７から露出している。
【００３１】
この接続用ピン２５は、貴金属よって形成されており、貴金属は金（Ａｕ）１０％、銀（Ａｇ）３０％、プラチナ（Ｐｔ）１０％、パラジウム（Ｐｄ）３５％、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）を含有する導電性の金合金からなる。さらに、この金合金は硬度が４００（ＨＶ）となるように時効処理が施されている。なお、貴金属としては銀（Ａｇ）６０％、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）を含有する導電性の銀合金を用いることができる。この銀合金は時効処理なしで硬度が１８０（ＨＶ）である。
【００３２】
接続用ピン２５を被覆する被覆層２７は、第１の実施形態と同様に銅（Ｃｕ）９９．２％、クロム（Ｃｒ）０．７％、亜鉛（Ｚｎ）０．０６％、鉄（Ｆｅ）、珪素（Ｓｉ）を含有する導電性の銅合金を用い、硬度が１７０（ＨＶ）程度となるように時効処理を施している。さらに、被覆層２７の表面には材料の酸化を防ぐために金（Ａｕ）フラッシュメッキを施し、金フラッシュメッキ層２８を形成している。
【００３３】
以上のように本実施形態のコンタクトプローブ用プランジャー３０は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャー３０の製造方法については、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００３４】
（第３の実施形態）
第３実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーは、用いられる材質と形状が第１の実施形態と異なり、その他は第１の実施形態とほぼ同様である。そこで同じ構成要素については同一符号を付与し詳細な説明を省略する。
【００３５】
図５は本実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを用いたコンタクトプローブを示す概略断面図である。図５に示すように、本実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを用いたコンタクトプローブ４０は、その軸方向両端側に、それぞれ電気的接触部を構成するショートピン１４とコンタクトプローブ用プランジャー３２と、コンタクトプローブ用プランジャー３２とショートピン１４との軸方向の間隔を拡大する方向に付勢するのコイルスプリング１３とを備えており、検査装置（図示せず）のソケット３６内に隔壁部３８を隔てて複数本、互いに平行に所定ピッチで配設されている。
【００３６】
コンタクトプローブ用プランジャー３２は、ソケット３６と摺動自在に嵌合する摺動部３２ａと、ソケット３６から突出する突出部３２ｂとを備えている。突出部３２ｂの先端３２ｃは、被測定物３９の電極と接触する部分である。なお、このコンタクトプローブ４０は、ソケット３６及び隔壁部３８が電気的絶縁体であるためコンタクトプローブ用プランジャー３２及びショートピン１４をコイルスプリング１３と接触させて電気的な接続が行われる。
【００３７】
図６は本実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャーを示す概略断面図である。図６に示すようにコンタクトプローブ用プランジャー３２は第１の実施形態と同様に接続用ピン３５と接続用ピン３５を被覆する被覆層３７を備えている。接続用ピン３５の先端３５ａは、円錐状に形成され被覆層３７から露出している。
【００３８】
この接続用ピン３５は、第１の実施形態と同じ貴金属であるパラジウム（Ｐｄ）４０％、銀（Ａｇ）４０％、銅（Ｃｕ）を含有する導電性のパラジウム合金で形成されている。さらに、このパラジウム合金に硬度が４３０（ＨＶ）程度となるように時効処理が施されている。なお、貴金属としては第１の実施形態と同様にプラチナ（Ｐｔ）９０％、ニッケル（Ｎｉ）を含有する導電性の白金合金を用いることができる。この白金合金は時効処理なしで硬度が３６０（ＨＶ）程度と硬度が大きいため時効処理を施さずに用いることができる。
【００３９】
接続用ピン３５を被覆する被覆層３７は、第１の実施形態と同様に銅（Ｃｕ）９９．２％、クロム（Ｃｒ）０．７％、亜鉛（Ｚｎ）０．０６％、鉄（Ｆｅ）、珪素（Ｓｉ）を含有する導電性の銅合金を用い、硬度が１７０（ＨＶ）程度となるように時効処理を施している。なお、本実施形態においては、被覆層２７の表面に金フラッシュメッキは施していない。この金フラッシュメッキは被覆層２７の表面の酸化を防ぐためのもので測定精度には影響がない。
【００４０】
以上のように本実施形態のコンタクトプローブ用プランジャー３２は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態におけるコンタクトプローブ用プランジャー４０の製造方法については、金フラッシュメッキ処理工程がない点を除けば第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４１】
なお、各実施形態においては、垂直スプリング型プローブに用いられるプランジャーを例として説明したが、これに限定されるものではなく、その他のプローブ用プランジャーとしても適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１１、２１  スリーブ
１１ａ、２１ａ  カシメ部
１２、２２、３２  コンタクトプローブ用プランジャー
１２ａ、２２ａ、３２ａ  摺動部
１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ  突出部
１２ｃ、２２ｃ、３２ｃ  先端
１２ｄ  後端部
１２ｅ  径大部
１３  コイルスプリング
１３ａ  コイルスプリングの固定端
１３ｂ  コイルスプリングの移動端
１４  ショートピン    
１５、２５、３５  接続用ピン
１５ａ、２５ａ、３５ａ  先端
１７、２７、３７  被覆層
１８  金フラッシュメッキ層
２０、３０、４０  コンタクトプローブ
３６  ソケット
３８  隔壁部
３９  被測定物
【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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【図６】
2011180034.tif 000008
【図７】
2011180034.tif 000009
【図８】
2011180034.tif 000010
【図９】
2011180034.tif 000011