特許 6969930 プローブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6969930

(24)【登録日】2021年11月1日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】プローブ

(51)【国際特許分類】

   G01R 1/067 20060101AFI20211111BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   G01R1/067 C

   H01L21/66 B

【請求項の数】12

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-161169(P2017-161169)

(22)【出願日】2017年8月24日

(65)【公開番号】特開2019-39756(P2019-39756A)

(43)【公開日】2019年3月14日

【審査請求日】2020年6月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000153018

【氏名又は名称】株式会社日本マイクロニクス

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100070024

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 宣行

(72)【発明者】

【氏名】那須 美佳

【審査官】 島▲崎▼ 純一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２８１５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２４６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１２２０６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−２２０４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３０９０９５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０７４９１０６９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１５−１４８５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１９７０９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２６９９９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１６／１５５９３６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ １／０６７

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

側面を貫通する螺旋状の複数の切り込みが互いに交わらずに形成されたバネ部を有する管形状のバレルと、
前記バレルの端部の開口端から先端部が露出した状態で前記バレルに接合された棒形状のプランジャーと
を備え、
前記バネ部が、中心軸が同一のコイルバネをそれぞれ構成する複数の素線からなる多重螺旋形状であり、前記複数の素線の線径が互いに異なることを特徴とするプローブ。

【請求項2】

前記複数の素線がそれぞれ構成する前記コイルバネの少なくとも１つが、他の前記コイルバネよりも放熱性を高くした放熱用コイルバネであることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。

【請求項3】

前記放熱用コイルバネに、他の前記コイルバネの材料よりも熱伝導率が高い材料が使用されていることを特徴とする請求項２に記載のプローブ。

【請求項4】

前記放熱用コイルバネが、
導電性を有する基体と、
前記基体よりも熱伝導率の高い材料からなり、前記基体に接触する放熱材と
を有することを特徴とする請求項３に記載のプローブ。

【請求項5】

前記放熱材が、前記基体に周囲を囲まれて前記基体の内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項４に記載のプローブ。

【請求項6】

前記基体に埋め込まれた前記放熱材の表面の一部が、前記バネ部で前記バレルの表面に露出していることを特徴とする請求項４に記載のプローブ。

【請求項7】

前記基体に周囲を囲まれて前記基体の内部に埋め込まれた前記放熱材と、表面の一部が前記バレルの表面に露出した前記放熱材とが、前記基体の膜厚方向に積層されていることを特徴とする請求項４に記載のプローブ。

【請求項8】

前記放熱材が、前記基体の表面に全体が露出して配置されていることを特徴とする請求項４に記載のプローブ。

【請求項9】

前記放熱材が、前記基体の表面に全体が露出して配置された表面領域、及び前記表面領域と一部が接触して前記基体に埋め込まれた埋込領域を有することを特徴とする請求項４に記載のプローブ。

【請求項10】

前記放熱材が導電性を有することを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載のプローブ。

【請求項11】

前記バネ部の最も外側に絶縁材料からなる絶縁層が配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のプローブ。

【請求項12】

前記複数の素線がそれぞれ構成する前記コイルバネの少なくとも１つが、他の前記コイルバネと異なる材料からなることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被検査体の特性の測定に使用されるプローブに関する。

【背景技術】

【0002】

集積回路などの特性をウェハから分離しない状態で測定するために、プローブが用いられている。プローブを用いた検査では、プローブの一方の端部を被検査体に接触させ、プローブの他方の端部を、基板に配置されてテスタと電気的に接続された端子（以下において「ランド」という。）に接触させる。

【0003】

検査において、被検査体やランドとプローブとの電気的な接続を確保する必要がある。このため、プローブを強く被検査体に押し付けるためにオーバードライブ（ＯＤ）をかけたり、プローブを弾性変形させることによってプローブとランドにプリロードをかけたりしている。このため、弾性変形する部分をプローブに設ける構造が採用されている（例えば特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２８１５８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

プリロードとＯＤの両方を１本のプローブの弾性変形によってかけるために、プローブの全長を長くすることが必要である。例えば、全長が８ｍｍ程度のプローブが使用されている。このような全長の長いプローブは、使用によって撓みが生じやすい。その結果、隣接するプローブ間での接触（以下において「隣接ショート」という。）が発生するという問題が生じていた。

【0006】

上記問題点に鑑み、本発明は、プローブ間の隣接ショートを抑制できるプローブ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】

【0007】

本発明の一態様によれば、側面を貫通する螺旋状の複数の切り込みが互いに交わらずに形成されたバネ部を有する管形状のバレルと、バレルの端部の開口端から先端部が露出した状態でバレルに接合された棒形状のプランジャーとを備え、バネ部が、中心軸が同一のコイルバネをそれぞれ構成する複数の素線からなる多重螺旋形状であり、複数の素線の線径が互いに異なるプローブが提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、プローブ間の隣接ショートを抑制できるプローブを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るプローブの構成を示す模式図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係るプローブのバレルと比較例のバレルとの撓み量を比較した結果を示す模式図であり、図２（ａ）〜図２（ｅ）はストローク量を変えて比較した結果をそれぞれ示す。

【図3】本発明の第２の実施形態に係るプローブの構成を示す模式図である。

【図4】本発明の第２の実施形態に係るプローブのバレルの構成を示す模式図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶ−ＩＶ方向に沿った断面図である。

【図5】本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るプローブのバレルの構成を示す模式図であり、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ方向に沿った断面図である。

【図6】本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るプローブのバレルの他の構成を示す模式図であり、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩ−ＶＩ方向に沿った断面図である。

【図7】本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係るプローブのバレルの構成を示す模式図であり、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ方向に沿った断面図である。

【図8】本発明の第２の実施形態の第３の変形例に係るプローブのバレルの構成を示す模式図であり、図８（ａ）は側面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向に沿った断面図である。

【図9】本発明の第２の実施形態の第３の変形例に係るプローブのバレルの他の構成を示す模式的な断面図である。

【図10】本発明の第３の実施形態に係るプローブの構成を示す模式図である。

【図11】本発明の第３の実施形態に係るプローブのバレルの構成を示す模式図であり、図１１（ａ）は側面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸＩ−ＸＩ方向に沿った断面図である。

【図12】本発明の第３の実施形態に係るプローブのバレルの他の構成を示す模式図であり、図１２（ａ）は側面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＸＩＩ−ＸＩＩ方向に沿った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部の長さや厚みの比率などは現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

【0011】

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るプローブは、図１に示すように、側面を貫通する螺旋状の切り込みが形成されたバネ部を有する管形状のバレル１０と、バレル１０の端部の開口端から先端部が露出した状態でバレル１０に接合された棒形状のプランジャー２０とを備える。バレル１０のバネ部には、螺旋状の複数の切り込みが互いに交わらずに形成されている。即ち、バネ部は、中心軸が同一のコイルバネをそれぞれ構成する複数の素線からなる多重螺旋形状である。

【0012】

図１に示したプローブは、バレル１０の両端部の開口端からそれぞれ先端部が露出した状態で、バレル１０に接合された２つのプランジャー２０を備える。接合部３０において、バレル１０の内部に挿入されたプランジャー２０の挿入部とバレル１０とが接合されている。バレル１０とプランジャー２０とは、スポット溶接によって溶接してもよいし、接着材によって接着してもよい。なお、プローブの全体を示す図１では、プランジャー２０のバレル１０の内部に挿入された部分の図示を省略している（以下において同様。）。

【0013】

プローブは、例えば被検査体の電気的特性を判断する際に使用される。即ち、図１に示した一方のプランジャー２０の先端部は被検査体に接触し、他方のプランジャー２０の先端部は配線基板などのランドと接触する。

【0014】

被検査体の電気的特性を検査するために、バレル１０とプランジャー２０には導電性材料が使用される。例えば、バレル１０にニッケル（Ｎｉ）材などが使用され、プランジャー２０にＡｇＰｄＣｕ材などが使用される。

【0015】

バレル１０の一部がバネ部になっているため、バレル１０は軸方向に伸縮自在である。したがって、所定の押圧でプランジャー２０を被検査体や配線基板と接触させることができる。即ち、プローブを強く被検査体に押し付けるように適正な強さのＯＤをかけられる。また、プローブを弾性変形させることによってプローブとランドにプリロードをかけることができる。なお、例えばフォトリソグラフィ技術などを用いて、バレル１０の一部の側面に切り込みをエッチングによって形成し、バネ部とすることができる。

【0016】

図１に示したプローブのバレル１０のバネ部は、中心軸が同一のコイルバネをそれぞれ構成する２本の素線からなる二重螺旋形状である。このため、以下に説明するように、バネ部が単独の螺旋形状である場合と比べて、プローブの撓み量を低減することができる。

【0017】

図２（ａ）〜図２（ｅ）に、単独の螺旋形状のバネ部を有する比較例のバレル１０Ａの撓み量と、二重螺旋形状のバネ部を有するバレル１０の撓み量とを、ＦＥＭ解析によって比較した例を示す。比較は、バレル１０とバレル１０Ａのそれぞれを所定の長さ（以下において「ストローク量」という。）だけ縮めることによって行った。

【0018】

図２（ａ）は、ストローク量が０である状態を示している。バレル１０とバレル１０Ａの長さは、それぞれ８ｍｍである。

【0019】

図２（ｂ）〜図２（ｅ）は、ストローク量がそれぞれ１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍである状態を示す。図２（ｂ）〜図２（ｅ）に示すように、二重螺旋形状のバネ部を有するバレル１０では、ストローク量が大きくなるに従って、両端部の中間を中心に素線の間隔が広がるが、撓み量は小さい。一方、比較例のバレル１０では、ストローク量が大きくなるに従って撓み量が大きくなる。

【0020】

上記のように、バネ部を多重螺旋形状にすることによって、バレル１０の撓み量を低減することができる。また、比較例では一定の方向に大きく撓みが発生するが、多重螺旋形状のバネ部を有するバレル１０では、応力方向が分散されて、複数の方向にそれぞれ小さな撓みが生じている。つまり、バネ部を多重螺旋形状にすることにより、撓みの大きさや方向を制御できる。

【0021】

上記に説明したように、本発明の第１の実施形態に係るプローブでは、バレル１０のバネ部を多重螺旋形状にすることにより、検査時のＯＤやプリロードなどに起因するプローブの撓みを制御できる。その結果、図１に示したプローブによれば、プローブ間の隣接ショートの発生を抑制することができる。

【0022】

（第２の実施形態）
図３に示す本発明の第２の実施形態に係るプローブは、バレル１０のバネ部の多重螺旋形状を構成するコイルバネの１つが、他のコイルバネよりも放熱性を高くした放熱用コイルバネＣ１である。例えば、放熱用コイルバネＣ１に、他のコイルバネＣ２の材料よりも熱伝導率が高い材料を使用する。

【0023】

プローブの使用時には、プローブを介して被検査体に電流が流れる。このときプローブに発生するジュール熱によって、バレル１０に形成したバネ部にヘタリ（熱ヘタリ）が生じることが想定される。バネ部にヘタリが生じると、被検査体やランドに接触するプローブの針圧が低下し、プローブの許容電流値が低下する。これにより、検査に必要な大きさの電流を被検査体に流すことができなくなり、被検査体の十分な検査ができない事態が生じ得る。

【0024】

これに対し、第２の実施形態に係るプローブによれば、バレル１０のバネ部が放熱用コイルバネＣ１を有することにより、放熱用コイルバネＣ１を熱伝導経路としてジュール熱がバネ部の外部に速やかに放熱される。このため、バネ部の温度上昇が抑制され、ヘタリが発生しない。従って、プローブの許容電流値は低下しない。

【0025】

放熱用コイルバネＣ１には、例えば図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、導電性を有する基体１１と、基体１１よりも熱伝導率の高い材料からなり、基体１１に接触する放熱材１２とを有する構造などを採用可能である。図４（ｂ）に示す放熱材１２は、基体１１に周囲を囲まれて基体１１の内部に埋め込まれている。放熱用コイルバネＣ１では、バネ部に配置された放熱材１２が熱伝導経路となり、バネ部に生じるジュール熱を熱伝導によってバネ部の外部に放熱する。

【0026】

なお、被検査体の検査時に電流をバレル１０に流すため、放熱材１２が導電性を有することが好ましい。例えば、放熱材１２には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などが好適に使用される。基体１１には、Ｎｉなどが好適に使用される。バネ部の全体を導電性の材料にすることにより、プローブの許容電流値が増大する。

【0027】

図４（ａ）に示したバレルでは、バネ部の中央に１つの帯状の放熱材１２を配置した例を示したが、放熱材１２の配置方法はこれに限られない。例えば、延伸方向と垂直な幅方向に互いに離間して配置された複数列の放熱材１２を、放熱用コイルバネＣ１の延伸方向に沿って基体１１の内部に配列してもよい。或いは、複数の放熱材１２を基体１１の膜厚方向に積層してもよい。

【0028】

なお、放熱材１２の材料は基体１１よりも熱伝導率の高い材料であるが、更に、放熱材１２の硬度を基体１１の硬度よりも高くしてもよい。例えば、バレル１０の基体１１がＮｉである場合に、Ｎｉよりも硬度の高い材料の放熱材１２を使用する。これにより、バレル１０の剛性が高くなり、バネ部のヘタリを抑制することができる。その結果、プローブの許容電流値の低下を抑制できるとともに、隣接するプローブ間のショートを防止できる。

【0029】

以上に説明したように、本発明の第２の実施形態に係るプローブでは、バネ部で発生したジュール熱が放熱用コイルバネＣ１を伝わって速やかにバネ部以外に放熱される。このため、バネ部の温度上昇が抑制され、バネ部のヘタリが発生しない。したがって、第２の実施形態に係るプローブによれば、プローブの撓みを制御してプローブ間の隣接ショートの発生を抑制するとともに、プローブの許容電流値の減少を抑制することができる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。

【0030】

＜第１の変形例＞
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るプローブでは、放熱用コイルバネＣ１の基体１１に埋め込まれた放熱材１２の一部が、バレル１０の表面に露出している。つまり、放熱材１２の全体が基体１１に囲まれていない点が図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したプローブと異なる。

【0031】

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したプローブでは、基体１１に埋め込まれた放熱材１２が、放熱用コイルバネＣ１の延伸方向に沿って螺旋状に配置されている。放熱用コイルバネＣ１の表面に放熱材１２を露出させることにより、バネ部で生じたジュール熱を効率よくプローブの周囲に放熱させることができる。

【0032】

図５（ａ）及び図５（ｂ）では放熱材１２が連続的に配置されている例を示した。しかし、放熱用コイルバネＣ１の延伸方向に沿って複数の放熱材１２を離間して配列してもよい。

【0033】

或いは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、基体１１の内部に埋め込まれた放熱材１２と、一部がバレル１０の表面に露出した放熱材１２とを、基体１１の膜厚方向に積層してもよい。図６（ａ）に示した例では、それぞれの放熱材１２が放熱用コイルバネＣ１の延伸方向に沿って配置されている。

【0034】

本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るプローブによれば、放熱用コイルバネＣ１において放熱材１２の一部をバネ部の表面に露出させることにより、バネ部で発生したジュール熱をプローブの周囲に効率的に放熱することができる。

【0035】

＜第２の変形例＞
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す第２の実施形態の第２の変形例に係るプローブでは、放熱材１２が、基体１１の表面に全体が露出して配置されている。つまり、放熱材１２が基体１１に埋め込まれた部分を有さない点が第１の変形例と異なる。

【0036】

図７（ａ）及び図７（ｂ）には、放熱用コイルバネＣ１の外部に向いた外表面にのみ放熱材１２を配置する例を示した。しかし、基体１１の周囲を囲むように、放熱用コイルバネＣ１の側面にも放熱材１２を配置してもよい。

【0037】

第２の実施形態の第２の変形例に係るプローブによれば、放熱材１２を基体１１の表面に配置することによって、バネ部で生じたジュール熱をプローブの周囲に速やかに放熱することができる。このため、バネ部のヘタリが発生せず、プローブの許容電流値の減少を抑制することができる。

【0038】

＜第３の変形例＞
本発明の第２の実施形態の第３の変形例に係るプローブは、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、放熱材１２が、基体１１の表面に全体が露出して配置された表面領域１２１、及び、表面領域１２１と一部が接触して基体１１に埋め込まれた埋込領域１２２を有する。つまり、基体１１に埋め込まれた放熱材１２とバレル１０の表面に配置された放熱材１２とが一体化されている。

【0039】

放熱材１２の表面領域１２１と埋込領域１２２は、放熱用コイルバネＣ１の延伸方向に沿って螺旋状に延伸して配置されている。なお、平行に延伸する複数の埋込領域１２２を基体１１に埋め込んだ構成にしてもよい。例えば図９に示した放熱用コイルバネＣ１では、２列の埋込領域１２２が配置されている。また、基体１１の周囲を囲むように、放熱用コイルバネＣ１の側面から外表面に渡って連続的に表面領域１２１が配置されている。

【0040】

第２の実施形態の第３の変形例に係るプローブによれば、バレル１０のバネ部の内部で発生したジュール熱を、速やかにバネ部以外に放熱することができる。

【0041】

なお、上記では多重螺旋形状を構成する各コイルバネの素線の線径が同一である例を示したが、素線の線径が互いに異なってもよい。例えば、放熱用コイルバネＣ１の線径を他のコイルバネよりも広くすることにより、放熱性が向上する。また、放熱用コイルバネＣ１を、他のコイルバネＣ２の材料よりも熱伝導率が高い材料で形成してもよい。例えば、放熱用コイルバネＣ１の材料にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどを使用し、その他のコイルバネＣ２の材料にＮｉなどを使用する。

【0042】

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るプローブは、図１０に示すように、バレル１０のバネ部の最も外側に絶縁材料からなる絶縁層４０が配置されている。このため、仮に隣接するプローブ同士が接触しても、プローブ同士は絶縁層４０によって電気的に絶縁されるためにプローブ間のショートを抑制できる。他は、図１に示したプローブと同様である。

【0043】

例えば図１１（ａ）〜図１１（ｂ）に示すように、バネ部の外側に向いた外表面１０１のみに絶縁層４０を配置する。或いは、図１２（ａ）〜図１２（ｂ）に示すように、コイルバネの外表面１０１と側面１０２に絶縁層４０を配置してもよい。なお、図１２（ａ）〜図１２（ｂ）は、放熱材１２を基体１１の内部に埋め込んだ放熱用コイルバネＣ１とその他のコイルバネＣ２に絶縁層４０を配置した例である。

【0044】

図１１（ａ）に示す構造によれば、バネ部に絶縁層４０を容易に形成することができる。一方、図１２（ａ）に示す構造によれば、より確実にプローブ間のショートを抑制できる。

【0045】

なお、図７や図８に示すプローブのように基体１１の表面に放熱材１２が配置される場合には、放熱材１２の外側に絶縁層４０を配置する。他は、第１〜第２の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。

【0046】

（その他の実施形態）
上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【0047】

例えば、上記ではバレル１０が二重螺旋形状のバネ部を有する場合を説明したが、バネ部が３重以上の螺旋形状であってもよい。その場合、第２の実施形態の係るプローブにおいては、少なくともコイルバネの１つを、他のコイルバネよりも放熱性が高く構成された放熱用コイルバネにする。

【0048】

また、上記ではバレル１０の両端部にプランジャー２０が装着されたプローブの例を説明したが、バレル１０の一方の端部のみにプランジャー２０が装着され、バレル１０の他方の端部がランドなどに接触するプローブにも、本発明は適用可能である。

【0049】

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【符号の説明】

【0050】

１０…バレル
１１…基体
１２…放熱材
２０…プランジャー
３０…接合部
４０…絶縁層
Ｃ１…放熱用コイルバネ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】