(57)【要約】【課題】  半導体素子の電気的特性測定や鋼材の焼き入れ深さ検査等に用いるに好適な簡易な構造のプローブ装置を提供する。【解決手段】  絶縁性基板に、該絶縁性基板の表面から突出させて複数の球状体を所定の間隔を隔ててそれぞれ埋め込み、これらの球状体を被検査物に対する複数の接触子とする。球状体として、例えば低抵抗の導電材（銅や銅合金等）を核としてその表面に半田をコーティングした直径０.３ｍｍ程度の半田ボールを用いる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の絶縁性基板に、該絶縁性基板の表面から突出させて複数の球状体を所定の間隔を隔ててそれぞれ埋め込み、これらの球状体を被検査物に対する複数の接触子としたことを特徴とするプローブ装置。
【請求項２】
前記球状体は、低抵抗の導電材を核としてその表面に半田をコーティングした半田ボールからなり、前記絶縁性基板の表面に穿たれた凹部に嵌め込まれて半田リフローにより該絶縁性基板に予め設けられた導電層に半田付けされたものである請求項１に記載のプローブ装置。
【請求項３】
前記絶縁性基板は、絶縁性の基体に所定の配線パターンをなす導電層を形成したプリント回路基板からなる請求項１に記載のプローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の電気的特性測定や鋼材の焼き入れ深さ検査等に用いるに好適な簡易な構造のプローブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子（ウェハやチップ）の電気的特性測定等に用いるプローブ装置は、一般的には複数本の針状接触子（探針プローブ）の針先を、その測定対象（半導体素子）の表面に押し付けるように構成される（例えば特許文献１,２を参照）。また本発明者等が先に提唱した鋼材の焼き入れ深さ検査用のプローブ装置においても、所定の間隔を隔てて設けた複数本（６本）の針状接触子（探針プローブ）の針先を、その測定対象（鋼材）の表面に押し付けるように構成される（例えば特許文献３を参照）。
【０００３】
ちなみにばね材からなる探針プローブの場合には、探針プローブ自体の撓みによる弾性反発力を利用して、その針先が測定対象に確実に接触するように構成される。また剛性の高い材料からなる探針プローブの場合には、通常、所定のホルダにより探針プローブを軸方向に進退自在に支持し、その基部に組み込んだバネ等により該探針プローブを針先側に付勢偏倚するように構成される。
【特許文献１】特開２０００−２１６２０４号公報
【特許文献２】特開平１０−１０４２７２号公報
【特許文献３】特開２００３−１２１４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上述した構成のプローブ装置にあっては、探針プローブの針先を測定対象に押し付けて接触させる際、探針プローブ自体の撓みや前述したホルダによる探針プローブの軸受精度に起因して、該探針プローブと測定対象との接触位置にずれが生じる虞がある。特に測定対象の表面が曲面をなすような場合、比較的大きな位置ずれが生じ易い。このような位置ずれは、測定対象の電気的特性を測定した際の誤差要因となるので、例えば探針プローブの支持精度を十分に高く保つことが必要となる。しかしこの為には、プローブの構造が複雑化する等の不具合があった。また探針プローブの針先が測定対象に押し付けられるので、針先によって測定対象が傷付く虞もあった。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、測定対象と接触子（プローブ）との位置ずれを確実に防ぐことができ、また測定対象の傷付きを防止しながら、例えば半導体素子の電気的特性測定や鋼材の焼き入れ深さ検査等に用いるに好適な簡易な構造のプローブ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するべく本発明に係るプローブ装置は、所定の絶縁性基板に、該絶縁性基板の表面から突出させて複数の球状体を所定の間隔を隔ててそれぞれ埋め込み、これらの球状体を被検査物に対する複数の接触子としたことを特徴としている。
好ましくは前記球状体は、低抵抗の導電材（例えば銅や銅合金）を核としてその表面に半田をコーティングした、例えば直径０.３ｍｍ程度の半田ボールからなる。そしてこの球状体を、前記絶縁性基板の表面に穿たれた凹部に嵌め込んで半田リフローにより該絶縁性基板に予め設けられた導電層に半田付けし、これによって絶縁性基板の表面から突出して固定された接触子として用いることを特徴としている。
【０００７】
ちなみに絶縁性基板としては、絶縁性の基体に所定の配線パターンをなす導電層を形成したプリント回路基板、好ましくは可撓性を有するプリント回路基板を用いることが好適である。
【発明の効果】
【０００８】
このような構成のプローブ装置によれば、接触子として絶縁性基板の表面から突出させて該絶縁性基板に埋め込んだ微小径の球状体を用いているので、各球状体（接触子）間の位置関係を高精度に保った状態で、これらの球状体（接触子）を測定対象の表面に容易に、且つ確実にそれぞれ点接触させることができる。
しかも絶縁性基板として可撓性のプリント回路基板を用いれば、その可撓性を利用して被検査物の表面形状に倣って前記球状体からなる複数の接触子を被検査物の表面にそれぞれ接触させても、被検査物と複数の接触子（球状体）との接触位置にずれが生じることがない。換言すれば複数の接触子（球状体）の相互の位置関係が可撓性のプリント回路基板への埋め込み位置として規定されているので、被検査物の表面に上記各接触子（球状体）をそれぞれ接触させるだけで、被検査物と複数の接触子（球状体）との接触位置を正確に位置決めすることができる。
【０００９】
更には複数の接触子（球状体）を絶縁性基板（プリント回路基板）の表面に埋め込んだだけの構造であるので、構造自体がシンプルである。また従来の探針プローブのようにその針先の曲がりを防止する為の工夫が不必要であり、また針先自体がなく、接触子としての球状体の先端部を測定対象に点接触させるだけなので、測定対象が傷付く虞がない。しかも絶縁性基板（プリント回路基板）に予め設けた所定の配線パターンを導電層をそのまま利用して所定の計測機器本体との電気的接続を行うことも可能であり、その取り扱いが容易である等の効果が奏せられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るプローブ装置について、鋼材の焼き入れ深さ検査用のプローブ装置を例に説明する。
図１はこの実施形態に係るプローブ装置の要部概略構成を示すプローブ先端部分の平面図であり、図２は図１における矢視Ｘ-Ｘの断面構造を示している。このプローブ装置は、例えば３５０μｍ厚の可撓性のプリント回路基板１の表面に、直径０.３ｍｍの複数個の球状体２を接触子としてそれぞれ半分程度埋め込んで構成される。ちなみに各球状体２は低抵抗の導電材である、例えば銅や銅合金を核としてその表面に半田をコーティングした、いわゆる半田ボールからなり、プリント回路基板１の端部に沿って所定の間隔で直線状に並べて設けられる。
【００１１】
この例では６個の球状体２が、その外側から電流供給用の一対の接触子２ａ,２ａ、第１の電位検出用の一対の接触子２ｂ,２ｂ、そして第２の電位検出用の一対の接触子２ｃ,２ｃとして用いられている。尚、電流供給用の接触子２ａ,２ａは、例えば１５ｍｍの距離を隔てて設けられ、第１の電位検出用の接触子２ｂ,２ｂは上記電流供給用の接触子２ａ,２ａからそれぞれ１ｍｍずつ内側に位置して、更に第２の電位検出用の接触子２ｃ,２ｃは前記電流供給用の接触子２ａ,２ａからそれぞれ４ｍｍずつ内側に位置して、左右対称に配列されている。そして各球状体（接触子）２は、プリント回路基板１に印刷配線された所定の配線パターンをなす６本の導体線３の端部にそれぞれ個別に接続され、これらの導体線（配線パターン）３を介して所定の計測装置（図示せず）に接続して用いられるようになっている。
【００１２】
さて各球状体（接触子）２のプリント回路基板１への埋め込みは、次のようにして行われる。即ち、図２にその断面構造を示すように、先ず、プリント回路基板１の表面を覆う略０.２ｍｍ厚の絶縁層１ａに直径０.２５ｍｍの孔４を穿いて導体線３を露出させる。そしてこの孔４に球状体（接触子）２を嵌め込んで該球状体（接触子）２を導体線３上に載置し、プリント回路基板１の表面から前記球状体（接触子）２を半分程度突出させる。この状態で球状体（接触子）２と前記プリント回路基板１の上記球状体２を載置した部位とを加熱することにより、該球状体（接触子）２の表面にコーティングされている半田を溶融させ、いわゆる半田リフローにより球状体（接触子）２を導体線３に半田付けする。
【００１３】
このような半田リフロー処理により可撓性のプリント回路基板１の表面に複数の球状体２が接触子として埋め込み形成される。しかる後、上記プリント回路基板１の裏面側に、必要に応じて板状のサポート部材８を貼付する。このサポート部材８については、例えば前記プリント回路基板１における複数の球状体２を接触子として埋設した部位の剛性が要求される場合にはプラスチック板等であれば良い。またサポート部材８として、ゴム等の弾性部材を貼着し、このサポート部材８を介して複数の球状体２を被検査物の表面に所定の弾性力にて押し付けるように構成することも有用である。
【００１４】
尚、図３に示すように絶縁層１ａにおける孔４の周壁と該絶縁層１ａの孔４の周囲とに前記導体線３に連なる導体部（いわゆるラウンド）３ａを設けておき、孔４に嵌め込んだ球状体１と上記導体部３ａとの間を半田付けすることも有用である。この場合、半田としてはＡg-Ｐb-Ｉn合金等の導電性に優れ、機械的強度の高いものを用いることが好適である。また前記孔４にＡg-Ｐb-Ｉn合金等の粉末を充填しておき、これをリフローして球状体２を半田付けすることも勿論可能である。
【００１５】
このようにして球状体２をプリント回路基板１に埋め込んで、その半田付け接合を行うようにすれば、半田層を介する球状体２と導体部３ａとの間の接合面積を大きくすることが可能となるので、プリント回路基板１からの球状体２の剥離を確実に防止し、機械的強度に優れたプローブ装置を容易に実現することが可能となる。
かくしてこのように構成されたプローブ装置によれば、図４(ａ)にその使用例を示すように被検査物１０の表面が平面であれば、例えば所定の治具７を用いてプリント回路基板１の端部表面を被検査物１０に押し付けるだけで、該プリント回路基板１の表面に埋め込んだ複数の球状体２の先端部が被検査物１０の表面に所定の間隔で正確に位置決めされてそれぞれ当接する。この結果、複数の球状体（接触子）２を介して被検査物１０の電気的特性を精度良く測定することが可能となる。
【００１６】
また図４(ｂ)に示すように被検査物１０の表面が曲面をなしている場合には、前述したようにサポート部材８として弾性部材を用い、この弾性部材を介してプリント回路基板１を被検査物１０に押し付けるようにすれば、プリント回路基板１が被検査物１０の表面形状に倣って変形しながら、該プリント回路基板１の表面に埋め込んだ複数の球状体２の先端部が被検査物１０の表面にそれぞれ当接する。この際、各球状体２はプリント回路基板１の表面に埋め込まれて所定の位置に固定されているので、従来の探針プローブのように被検査物１０との接触位置の間隔にずれが生じることがない。この結果、被検査物１０の計測点の位置を正確に規定しながら、その電気的特性を精度良く計測することが可能となる。
【００１７】
特に上述した構造のプローブ装置によれば、プリント回路基板１からの各球状体２の突出高が該球状体２の直径の半分程度（略０.１５ｍｍ）に設定されているので、プリント回路基板１の曲がりによる複数の球状体２間の間隔の変化を実質的に無視することができる。従って被検査物１０の表面に沿ってプリント回路基板１を押し付けるだけで、該プリント回路基板１に埋め込んだ複数の球状体２を、その配列間隔で被検査物１０にそれぞれ点接触させることが可能となるので簡易にして高精度な計測が可能となる。またその取り扱いの容易化を図ることが可能となる等の効果が奏せられる。また球状体２の先端部が被検査物１０の表面に当接（点接触）するだけなので、従来の探針プローブの針先のように、その針先によって被検査物１０の表面が傷付く虞もない。
【００１８】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは鋼材に対する焼き入れ深さ測定用のプローブ装置を例に説明したが、半導体素子の電気的特性等を測定するプローブ装置にも同様に適用することができる。この場合には絶縁性基板１として、例えば図５(ａ)に示すように半導体ウェハの形状に合わせた円盤状のもの、或いは図５(ｂ)に示すように半導体チップの形状に合わせたカード状のものを用い、その測定部位に応じて複数の球状体２を二次元的に配列するようにすれば良い。この場合、必ずしも可撓性を有するものを用いる必要はない。また複数の球状体２の径やその配列ピッチ、更にはその数や球状体２の材質等については、測定仕様に応じて定めれば良いものであり、特に限定されない。
【００１９】
またサポート部材８にて支持したプリント回路基板１をその面方向に進退自在に設け、このプリント回路基板１を上記サポート部材８を介してバネ等により所定の押圧力にて被検査物１０側に向けて付勢するようにプローブ装置を構成することも可能である。更には簡易型のものにあっては、前述したプリント回路基板１をベルト等にて棒状の非検査物１０に巻き付けることにより複数の球状体（接触子）２を被検査物１０の表面に当接させることも勿論可能である。また絶縁性基板についても種々材質のものを適用可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るプローブ装置の要部概略構成を示す平面図。
【図２】図１に示すプローブ装置の断面構造を示す図。
【図３】プリント回路基板への球状体の埋め込み構造の別の例を示す図。
【図４】図１に示すプローブ装置の使用例を示す図。
【図５】本発明の別の実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００２１】
１  可撓性のプリント回路基板
２  球状体（接触子）
３  導体線
７  治具
８  サポート部材
１０  被検査物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005189187.tif 000006
【図５】
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