(57)【要約】【課題】導電性、強度に優れ、かつコストの低いプローブ針およびプローブ針用線材ならびにプローブ針用線材の製造方法を提供する。【解決手段】図１に示すような組立スラブ１を熱間圧延を経て線材に加工することでプローブ針用線材を製造する。このようにして製造したプローブ針用線材を用いたプローブ針は、被検体との接触部（針先）が銅または銅合金であるから、導電性に優れ、かつ外周を鋼材で被覆しているので十分な強度を得ることができる。また、組立スラブ１を線材に加工するために行う熱間圧延時に銅または銅合金と鋼、および鋼と鋼との接合が同時に達成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅または銅合金から成る導電体と、この導電体の外周に設けられた鋼製外皮材とを備えて成ることを特徴とするプローブ針用線材。
【請求項２】
鋼製外皮材が高炭素鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼である請求項１記載のプローブ針用線材。
【請求項３】
一側面の中央に長手方向に凹溝を有する一対の鋼スラブを凹溝面で向き合わせて中空部を形成し、この中空部に中空部と同型の銅または銅合金を挟み込んだ後、全ての接触辺縁を溶接して組立スラブを形成する第１の工程と、この組立スラブを熱間圧延を経て線材に加工する第２の工程とを備えたことを特徴とするプローブ針用線材の製造方法。
【請求項４】
銅または銅合金から成る導電体と、この導電体の外周に導電体の先端部を除いて設けられた鋼製外皮材とを備えて成ることを特徴とするプローブ針。
【請求項５】
先端部付近がテーパ状に尖頭加工された請求項４記載のプローブ針。
【請求項６】
鋼製外皮材が高炭素鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼である請求項４または５記載のプローブ針。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ上の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用プローブ針およびプローブ針用線材ならびにプローブ針用線材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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用プローブ針は、プリント配線基板に数十本から数百本が配設され、被検体となる集積回路チップの電極パッドに接触して測定器と被検体を電気的に接続するものである。
このような目的で使用されるプローブ針には、強度と導電性が要求され、従来から銅ベリリウム合金（Ｃｕ−Ｂｅ）やタングステン（Ｗ）が使用されているが、それぞれに特有の問題があり、被検体により使い分けされているのが現状である。
すなわち、銅ベリリウム合金は、導電性には優れているものの、強度が低くプローブ針の細径化には対応できないという問題がある。
一方、タングステンは硬くて弾力性があり、直径数十ミクロンという細い線材で構成するプローブ針に適した材料であるが、酸化され易く使用により導電性が低下してくると、十分に低い接触抵抗を得ることができず、しかも材料コストが高いという問題がある。
【０００３】
そこで、こうした問題を解決するため、例えばタングステンの表面に金メッキを施したプロ−ブ針や金、白金などの金属をタングステンの先端部に接合したプローブ針が考えられている。また、特許文献１に示されているようにプローブ針の先端部に電気メッキ等のメタライズにより、金、白金、ロジウム、パラジウム、イリジウム等の非酸化性金属の皮膜を形成し、その後、非酸化性の雰囲気あるいは真空中で加熱して、非酸化性金属の母材であるタングステン中に拡散させることにより、タングステン本体の強度は維持しながら導電性に優れたプローブ針に改質する方法も考えられている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３８０３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法はいずれもプローブ針用線材をプローブ針に加工する工程上に、メッキ、接合等の製造工程が付加され工程数が増加するうえにメッキ、接合部が剥離し易く、さらに使用する材料が高価であることから、コスト的にも品質的にも実用的ではない。
従って、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたもので、導電性、強度に優れ、かつコストの低いプローブ針およびプローブ針用線材ならびにプローブ針用線材の製造方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のプローブ針用線材は、銅または銅合金から成る導電体と、この導電体の外周に設けられた鋼製外皮材とを備えて成ることを特徴とする。
【０００７】
そして、このようなプローブ針用線材は、一側面の中央に長手方向に凹溝を有する一対の鋼スラブを凹溝面で向き合わせて中空部を形成し、この中空部に中空部と同型の銅または銅合金を挟み込んだ後、全ての接触辺縁を溶接して組立スラブを形成する第１の工程と、この組立スラブを熱間圧延を経て線材に加工する第２の工程とにより製造することができる。
【０００８】
上記プローブ針用線材の発明によれば、組立スラブを線材に加工するために行う熱間圧延と同時に、銅または銅合金と鋼、および鋼と鋼とが拡散接合により接合されるので、接合のための特別な処理は必要なく、製造コストの上昇を抑制できる。
以下に銅または銅合金と鋼、および鋼と鋼とが熱間圧延時に同時に強固に接合される過程について説明する。
【０００９】
一般的に、二つの金属を全面密着させただけでは接合しない。これは金属の接合面上の微細な凹凸や表面皮膜（酸化皮膜、汚れ膜）が接合を妨げているからである。したがって接合には接合面上の微細な凹凸や表面皮膜の除去が重要となるが、本発明によれば熱間圧延時の加圧と加熱により、接触面の凹凸と表面皮膜を消失させることができる。
すなわち、加圧・加熱された状況下で銅または銅合金と鋼、および鋼と鋼とを接触させると、両金属の接触面で凸部同士の塑性接触により表面皮膜の微視的な破壊が生じ、そこに金属間結合が生じる。そして塑性接触部では変形により接触面積が増加するとともに、接触面間において相互の原子の拡散により金属間結合が進行し、結晶粒が成長する。このとき接合を妨げる表面皮膜は分解して両金属中に固溶あるいは分散するので、接合界面が消滅することにより完全な接合が達成される。
【００１０】
また、本発明においては組立スラブの全ての接触辺縁を溶接して、両金属の接触面を外気と遮断しているので、加熱による接触面での酸化皮膜の新たな生成が抑制される。
しかも、銅または銅合金と鋼は脆弱な合金を形成し難いので拡散接合での接合強度が高く、曲げ・曲げ戻しを行っても容易に剥離しない。
【００１１】
次に、本発明のプローブ針は、銅または銅合金から成る導電体と、この導電体の外周に導電体の先端部を除いて設けられた鋼製外皮材とを備えて成ることを特徴とする。
そして、このようなプローブ針は、前述のようにプローブ針用線材を製造した後に、この線材の先端部付近の鋼を除去して銅または銅合金を露出させて製造することができる。
【００１２】
本発明のプローブ針は、被検体との接触部（針先）が銅または銅合金であるから導電性に優れ、かつ外周に鋼製の外皮材を設けているから十分な強度を得ることができる。
【００１３】
なお、本発明のプローブ針は、導電体を直接被検体に接触させる必要があるので、導電体がプローブ針の先端部において鋼製外皮材から露出している構成となるが、この場合にプローブ針の先端部付近がテーパ状に尖頭加工されていることが好ましい。
このような形状に加工することで、導電体を保護できるとともに、プローブ針を電極パッドに接触させたときに、隣接するプローブ針同士が接触するおそれも少なくなるからである。
【００１４】
なお、上記全ての発明において、導電体の外周に設ける鋼製外皮材および鋼スラブの材質としては、プロ−ブ針に要求される強度を考慮して、高炭素鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼が好ましい。
また、鋼スラブの中央に設ける凹溝は、必ずしも鋼スラブの両端まである必要はない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は中空部に銅または銅合金を挟み込んだ組立スラブを示す概略横断面図であり、図２は、図１の組立スラブから製造される本発明のプロ−ブ針用線材の概略横断面図である。
【００１７】
本発明のプローブ針用線材の製造方法においては、鋼の半製品の段階で予め、図１の横断面形状をした、例えば一側面の中央に長手方向に深さ２５ｍｍ、幅１００ｍｍの凹溝を有する厚さ７５ｍｍ、幅５００ｍｍ程度の一対の鋼スラブ３を連続鋳造（または連続鋳造後凹溝削設）で製造する。次にこの一対の鋼スラブ３を図１に示すように凹溝面で向き合わせて中空部を形成し、この中空部に中空部と同型の銅または銅合金２を挟み込んだ後、全ての接触辺縁に溶接４を施し、接触面を外気から遮断した組立スラブ１を形成する。全ての接触辺縁に溶接４を施すとは、鋼スラブ３の凹溝が鋼スラブ３の両端まである場合は、銅または銅合金２と鋼スラブ３との接触辺縁にも溶接４を施すことを意味する。
このとき溶接４は、大気中で施してもよいが、真空中または不活性ガス雰囲気中で施すことが好ましい。というのは、溶接時の熱による酸化皮膜の生成を抑制することができ、より高い接合強度が得られるからである。
そして、このようにして得た組立スラブ１に約１０００℃で熱間圧延を施し、その後一般的な熱処理と伸線加工により、プローブ針用線材を得る。
【００１８】
図２は本発明のプローブ針用線材の実施形態を示す概略横断面図である。本発明の実施形態に係るプローブ針用線材５は、図２に示すように銅または銅合金から成る導電体６と、この導電体６の外周に設けられた鋼製外皮材７とを備えて成る。
本発明のプローブ針は、このプローブ針用線材の鋼製外皮材７を先端側から所定の長さにわたって除去することで製造できる。鋼製外皮材７を除去する方法としては、研削等の機械加工がある。
【００１９】
図３は、そのようにして製造した本発明のプローブ針の第１の実施形態を示す概略縦断面図である。
本発明の第１の実施形態に係るプローブ針８ａは、図３に示すように、銅または銅合金から成る導電体６と、この導電体６の外周に導電体６の先端部を除いて設けられた鋼製外皮材７とを備えて成る。
プローブ針８ａの鋼製外皮材７を含めた直径ａは０．１〜０．２ｍｍ、全長ｂが２５〜９０ｍｍ程度であり、先端側の鋼製外皮材７が所定の長さｃ（例えば１〜２ｍｍ）に渡って除去されて銅または銅合金から成る導電体６が露出している。被検体との接触部（針先）の直径ｄは０．０２〜０．０５ｍｍ程度である。
ここで露出している導電体６の長さがあまりに長いと強度が低くなり、プローブ針が折れ曲がることがあるので、露出される導電体６の長さは、１ｍｍ程度が好ましい。
【００２０】
図４は、本発明のプローブ針の第２の実施形態を示す概略縦断面図である。
本発明の第２の実施形態に係るプローブ針８ｂは、図２のプローブ針用線材５の先端部付近を研削により、直線テーパ状に尖頭加工して製造することができる。
プローブ針８ｂは、先端側が所定の長さｅ（例えば０．５〜８．０ｍｍ）にわたって直線テーパ状に尖頭加工され、被検体との接触部（針先）の直径ｄは０．０１〜０．０２ｍｍ程度で銅または銅合金から成る導電体６が露出している。このときの先端の形状は円錐状であっても、角錐状であってもよく、その他の構成はプローブ針８ａと同様である。
【００２１】
なお、上記全ての実施形態において、導電体６の外周に設ける鋼製外皮材７および鋼スラブ３の材質としては、プロ−ブ針に要求される強度を考慮して、高炭素鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼が好ましい。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるプローブ針は、銅または銅合金から成る導電体の外周に鋼製外皮材を設けているので、コストの低い材料の組み合わせで優れた導電性と強度を同時に実現している。
また、本発明のプローブ針用線材の製造方法によれば、組立スラブの熱間圧延時に、銅または銅合金と鋼、および鋼と鋼との接合が同時に達成されるので、コストの上昇を抑えてプローブ針用線材およびプローブ針を製造することができる。
さらに、銅または銅合金と鋼は、拡散接合により強固に接合するので、容易に剥離することがなく品質の安定したプローブ針を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプロ−ブ針用線材の製造に使用する組立スラブを示す概略横断面図である。
【図２】本発明のプローブ針用線材の実施形態を示す概略横断面図である。
【図３】本発明のプローブ針の第１の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図４】本発明のプローブ針の第２の実施形態を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１  組立スラブ
２  銅または銅合金
３  鋼スラブ
４  溶接
５  プローブ針用線材
６  導電体
７  鋼製外皮材
８  プローブ針
【図１】
2004279283.tif 000003
【図２】
2004279283.tif 000004
【図３】
2004279283.tif 000005
【図４】
2004279283.tif 000006