特開 2024-82419 プローブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024082419

(43)【公開日】2024-06-20

(54)【発明の名称】プローブ

(51)【国際特許分類】

   G01R 1/067 20060101AFI20240613BHJP

   G01R 31/26 20200101ALI20240613BHJP

   G01R 31/28 20060101ALI20240613BHJP

【ＦＩ】

G01R1/067 C

G01R31/26 J

G01R31/28 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022196254

(22)【出願日】2022-12-08

(71)【出願人】

【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】100070024

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 宣行

(72)【発明者】

【氏名】赤平 明久

(72)【発明者】

【氏名】成田 寿男

(72)【発明者】

【氏名】林▲崎▼ 孝幸

(72)【発明者】

【氏名】今 瑞穂

(72)【発明者】

【氏名】須藤 賢一

【テーマコード（参考）】

2G003

2G011

2G132

【Ｆターム（参考）】

2G003AA07

2G003AG03

2G003AG04

2G003AH04

2G003AH05

2G011AA02

2G011AA10

2G011AA15

2G011AA16

2G011AB01

2G011AB03

2G011AB07

2G011AC14

2G011AE03

2G011AF07

2G132AF01

(57)【要約】

【課題】湾曲させたときの機械的強度を向上させたプローブを提供する。
【解決手段】プローブは、接触部、湾曲部、および接触部と湾曲部を連結する連結部が軸方向に接続された構造を含む柱形状である。湾曲部と連結部の軸方向に垂直な断面は、第１の部材と第１の部材よりも硬度が低い第２の部材とが混在した構造である。断面における第１の部材に対する第２の部材の面積比は、連結部よりも湾曲部の方が高い。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象物の電気的特性の検査に使用されるプローブであって、
接触部、湾曲部、および前記接触部と前記湾曲部を連結する連結部が軸方向に接続された構造を含む柱形状であり、
前記湾曲部と前記連結部の前記軸方向に垂直な断面は、第１の部材と前記第１の部材よりも硬度が低い第２の部材とが混在した構造であり、
前記断面における前記第１の部材に対する前記第２の部材の面積比が、前記連結部よりも前記湾曲部の方が高い、
プローブ。

【請求項2】

前記接触部の剛性は前記連結部の剛性よりも高い、請求項１に記載のプローブ。

【請求項3】

第１の前記接触部、第１の前記連結部、前記湾曲部、第２の前記連結部および第２の前記接触部が前記軸方向に沿って順に接続されている、請求項１又は２に記載のプローブ。

【請求項4】

前記断面が、前記第１の部材により前記第２の部材が挟まれる構造を含む、請求項１又は２に記載のプローブ。

【請求項5】

前記連結部では、前記第２の部材は前記第１の部材に周囲を囲まれている、請求項１又は２に記載のプローブ。

【請求項6】

前記連結部と接続する前記湾曲部の接続領域の前記断面の面積が、前記接続領域を除いた前記湾曲部の残余の領域の前記断面の面積よりも小さい、請求項１又は２に記載のプローブ。

【請求項7】

前記接触部の一部の領域の周囲が、前記接触部よりも硬度の高い保護材で覆われている、請求項１又は２に記載のプローブ。

【請求項8】

前記保護材が、前記接触部と前記連結部の接続部分を超えて前記連結部の一部を覆っている、請求項７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、検査対象物の電気的特性の検査に使用するプローブに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体集積回路などの検査対象物の電気的特性をウェハ状態で検査するために、プローブを含む電気的接続装置が使用されている。プローブを用いた検査では、プローブの一方の端部を検査対象物の電極パッドに接触させ、プローブの他方の端部を、プリント基板などに配置された端子（以下において「ランド」という。）に接触させる。ランドは、テスタなどの検査装置と電気的に接続される。

【0003】

検査対象物の検査において、プローブを電極パッドに接触させた後に、更に電気的接続装置と検査対象物を近づけてプローブを弾性変形により湾曲させる処理が行われている。プローブを湾曲させることにより、プローブの弾性力によって電極パッドおよびランドにプローブを安定して接触させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－９１８７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

検査対象物の電極パッドの狭ピッチ化により、プローブの細径化の要求がある。しかし、プローブの細径化に伴い、プローブを湾曲させたときのプローブの機械的強度が低下する問題が生じる。本発明は、湾曲させたときの機械的強度を向上させた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】

【0006】

本発明の一態様に係るプローブは、接触部、湾曲部、および接触部と湾曲部を連結する連結部が軸方向に接続された構造を含む柱形状である。湾曲部と連結部の軸方向に垂直な断面は、第１の部材と第１の部材よりも硬度が低い第２の部材とが混在した構造である。断面における第１の部材に対する第２の部材の面積比は、連結部よりも湾曲部の方が高い。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、湾曲させたときの機械的強度を向上させたプローブを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明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】図１のＩＩ－ＩＩ方向に沿った模式的な断面図である。

【図3】図１のＩＩＩ－ＩＩＩ方向に沿った模式的な断面図である。

【図4】図１のＩＶ－ＩＶ方向に沿った模式的な断面図である。

【図5】図１のＶ－Ｖ方向に沿った模式的な断面図である。

【図6】本発明の実施形態に係るプローブを有する電気的接続装置の構成を示す模式図である。

【図7】本発明の実施形態の変形例に係るプローブを有する電気的接続装置の構成を示す模式図である。

【図8】図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ方向に沿った模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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、各部の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。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ことはもちろんである。以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置および製造方法などを下記のものに特定するものでない。

【0010】

図１に示す実施形態に係るプローブ１は、検査対象物の電気的特性の検査に使用される。プローブ１は、第１の接触部１１１、第１の連結部１２１、湾曲部１３、第２の連結部１２２および第２の接触部１１２が軸方向に沿って順に接続された構造を含む柱形状である。以下、第１の接触部１１１と第２の接触部１１２のそれぞれを限定しない場合には、接触部１１と表記する。また、第１の連結部１２１と第２の連結部１２２のそれぞれを限定しない場合には、連結部１２と表記する。言い換えると、プローブ１は、接触部１１、湾曲部１３、および接触部１１と湾曲部１３を連結する連結部１２を含む。

【0011】

第１の連結部１２１は、第１の接触部１１１と湾曲部１３を連結する。第２の連結部１２２は、第２の接触部１１２と湾曲部１３を連結する。第１の接触部１１１の先端は、検査において検査対象物（図示略）と接触する。第２の接触部１１２の先端は、検査対象物の検査においてランドと接触する。後述するように、検査対象物の検査時にプローブ１は弾性変形により湾曲する。

【0012】

本発明の実施形態の説明では、図１に示すようにＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を定義する。図１において、Ｘ方向は紙面の左右方向、Ｙ方向は紙面の奥行方向、Ｚ方向は紙面の上下方向にそれぞれ平行である。プローブ１の軸方向は、Ｚ方向に沿っている。以下では、プローブ１が、軸方向に垂直な断面が矩形状である場合を説明する。そして、Ｘ方向をプローブ１の幅の方向とし、Ｙ方向をプローブ１の厚さの方向とする。

【0013】

図２に、図１のＩＩ－ＩＩ方向に沿った湾曲部１３の軸方向に垂直な断面（以下において、単に「断面」という。）の構造を示す。図３に、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ方向に沿った連結部１２の断面の構造を示す。プローブ１では、湾曲部１３と連結部１２の断面が、第１の部材４１と第１の部材４１よりも硬度が低い第２の部材４２とが混在した構造である。以下において、第１の部材４１と第２の部材４２とが混在した構造を「混在構造」とも称する。例えば、図２および図３に示すように、湾曲部１３と連結部１２における混在構造が、第１の部材４１により第２の部材４２が挟まれる積層構造を含むようにしてもよい。この積層構造は、プローブ１の厚さ方向（Ｙ方向）に第１の部材４１と第２の部材４２が積層された構造である。

【0014】

第１の部材４１よりも第２の部材４２の硬度が低いように、第１の部材４１と第２の部材４２が選択される。そして、第２の部材４２の導電性は、第１の部材４１の導電性以上であることが好ましい。例えば、第１の部材４１に、ニッケル（Ｎｉ）またはニッケル合金などが使用される。第２の部材４２に、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などが使用される。

【0015】

プローブ１では、断面における第１の部材４１に対する第２の部材４２の面積比が、連結部１２よりも湾曲部１３の方が高く設定される。例えば、湾曲部１３を、図２に示すように、幅が第２の部材４２と同程度の第１の部材４１によって、第２の部材４２を厚さ方向に挟んだサンドイッチ構造としてもよい。一方、連結部１２を、図３に示すように、第２の部材４２の周囲を第１の部材４１で囲むようにしてもよい。連結部１２と湾曲部１３において第２の部材４２の厚さを同程度にすることにより、断面における第１の部材４１に対する第２の部材４２の面積比が、連結部１２よりも湾曲部１３の方が高くなる。なお、連結部１２から湾曲部１３に渡って第１の部材４１と第２の部材４２のそれぞれが連続するように、プローブ１を形成してもよい。

【0016】

上記のように、プローブ１では、断面における第１の部材４１に対する第２の部材４２の面積比が連結部１２よりも湾曲部１３が高く、且つ、第１の部材４１よりも第２の部材４２の硬度が低い。このため、連結部１２は、湾曲部１３よりも剛性が高い。言い換えると、プローブ１が弾性変形する場合に、湾曲部１３が連結部１２よりも湾曲し易い。

【0017】

接触部１１の剛性は、連結部１２の剛性よりも高く設定される。例えば、図４に示すように、接触部１１の全体が第１の部材４１であってもよい。接触部１１が第２の部材４２を含まないために、接触部１１の剛性は連結部１２および湾曲部１３よりも高い。このため、プローブ１が弾性変形する場合に、接触部１１の湾曲が抑制される。

【0018】

上記のように、プローブ１は、湾曲部１３よりも湾曲し難く且つ接触部１１よりも剛性が低い連結部１２が、湾曲部１３と接触部１１の間に配置された構成である。このため、検査対象物の検査においては、プローブ１が湾曲部１３で大きく湾曲すると共に、連結部１２において湾曲部１３よりも湾曲が抑制される。上記のように湾曲し易さが異なる連結部１２と湾曲部１３が連続しているため、プローブ１が湾曲するときの応力集中が緩和され、且つ、接触部１１の直進性が確保される。

【0019】

なお、図５に示すように、接触部１１の一部の領域の周囲を、接触部１１よりも硬度の高い保護材５０で覆ってもよい。保護材５０には、例えばロジウム（Ｒｈ）材などが好適に使用される。プローブ１の外周に保護材５０を配置することにより、外部との接触によるプローブ１の損傷を抑制できる。図５には保護材５０が接触部１１の外周を周回する場合を例示的に示したが、保護材５０が接触部１１の外周の全体を覆わなくてもよい。例えば、断面の一方の長辺および２つの短辺を保護材５０で覆うようにしてもよい。

【0020】

なお、図１に示すように、湾曲部１３の連結部１２に接続する領域の断面の面積を、湾曲部１３のその他の領域の断面の面積よりも小さくしてもよい。以下において、プローブ１の湾曲部１３の連結部１２と接続する領域を、「接続領域」とも称する。また、接続領域を除いた湾曲部１３の残余の領域を、以下において「中間領域」とも称する。図１に示す湾曲部１３は、中間領域１３３と、中間領域１３３の一方の端部に連結する第１の接続領域１３１と、中間領域１３３の他方の端部に連結する第２の接続領域１３２を含む。第１の接続領域１３１は第１の連結部１２１に接続し、第２の接続領域１３２は第２の連結部１２２に接続している。以下、第１の接続領域１３１と第２の接続領域１３２のそれぞれを限定しない場合には、接続領域１３０と表記する。

【0021】

湾曲部１３において中間領域１３３よりも接続領域１３０の断面の面積を小さくすることにより、プローブ１が湾曲するときに、中間領域１３３と連結部１２の間で接続領域１３０が特に大きく湾曲する。このため、湾曲部１３とは反対側で連結部１２に接続する接触部１１の直進性を更に確実にできる。例えば、図１に示すように、Ｘ方向において接続領域１３０の幅を中間領域１３３の幅よりも狭くすることによって、接続領域１３０の断面の面積を中間領域１３３の断面の面積より小さくしてもよい。このとき、Ｘ方向からみて湾曲部１３の厚みは一定である。

【0022】

プローブ１は、例えば図６に示す電気的接続装置１００に使用される。電気的接続装置１００では、プローブ１はプローブヘッド２０によって保持されている。具体的には、プローブヘッド２０に含まれる第１ガイド板２１、第２ガイド板２２および第３ガイド板２３のガイド穴に挿入されて、複数のプローブ１がプローブヘッド２０に保持される。以下では、第１ガイド板２１、第２ガイド板２２および第３ガイド板２３のそれぞれを限定しない場合には、ガイド板と表記する。プローブヘッド２０は、第１ガイド板２１、第２ガイド板２２、第３ガイド板２３を、ガイド板の主面の面法線方向に相互に離隔して配置した構成を有する。

【0023】

プローブ１の第１の接触部１１１は、検査対象物２の検査時に、検査対象物２の電極パッド（図示略）と接触する。プローブ１の第２の接触部１１２は、基板３０のランド３１に接触する。ランド３１は、図示を省略するＩＣテスタなどの検査装置と電気的に接続されている。

【0024】

図６に示す電気的接続装置１００では、同一のプローブ１が貫通するガイド穴について、第１ガイド板２１のガイド穴に対して第２ガイド板２２のガイド穴の位置が、第１ガイド板２１の主面と平行な方向Ｆにずらして配置されている。以下において、ガイド穴の位置をずらした配置を「オフセット配置」と称する。また、ガイド穴の位置をずらした方向Ｆを「オフセット方向」とも称する。オフセット配置により、第１ガイド板２１と第２ガイド板２２の間でプローブ１が湾曲している。即ち、第１ガイド板２１と第２ガイド板２２の間の中空領域２００で、プローブ１は弾性変形により湾曲した状態である。例えば、オフセット方向は、断面が矩形状のプローブ１の長辺が向いた方向である。第２ガイド板２２のガイド穴の位置と第３ガイド板２３のガイド穴の位置は、ガイド板の面法線方向から見て一致している。

【0025】

第１ガイド板２１のガイド穴と第２ガイド板２２のガイド穴とがオフセット配置されていることにより、プローブ１の第１の接触部１１１が検査対象物２と接触すると、中空領域２００においてプローブ１が座屈する。即ち、プローブ１が検査対象物２に接触した状態（接触状態）において、プローブ１が検査対象物２に接触していない状態（非接触状態）における湾曲形状からプローブ１がたわみ変形により更に湾曲する。プローブ１が更に湾曲することにより、所定の押力でプローブ１が検査対象物２に接触する。したがって、オフセット配置により、プローブ１を用いて検査対象物２の電気的特性を安定して測定することができる。プローブ１は、非接触状態になると、検査対象物２に接触する前の形状に復帰する弾性を有する。

【0026】

接触状態においてプローブ１が湾曲するとき、連結部１２と湾曲部１３が湾曲する。特に、連結部１２よりも第１の部材４１に対する第２の部材４２の割合が高い湾曲部１３が湾曲し易い。湾曲部１３よりも湾曲し難く且つ接触部１１よりも剛性が低い連結部１２が湾曲部１３と接触部１１の間に配置されているため、検査対象物２の検査時にプローブ１が湾曲するときでも、接触部１１はガイド板のガイド穴の中心軸に沿って直線的に移動する。このため、プローブ１とガイド板のガイド穴の側面が接触してプローブ１が損傷することが抑制される。なお、ガイド穴の「側面」は、ガイド穴の内壁面および開口部を含む。

【0027】

更に、湾曲部１３が中間領域１３３と接続領域１３０を含む場合には、接続領域１３０でプローブ１は大きく湾曲する。このため、接触部１１のガイド穴に沿った直線的な移動を更に確保できる。その結果、ガイド穴の側面と接触部１１の接触によるプローブ１の損傷を抑制できる。ただし、湾曲部１３が接続領域１３０を含まなくてもガイド穴の側面と接触部１１の接触を抑制できる場合には、湾曲部１３の径は一定であってもよい。

【0028】

また、プローブ１の接触部１１のガイド穴を通過する領域の周囲に、接触部１１より硬度の高い保護材５０を配置することにより、ガイド穴の側面と接触してプローブ１が損傷することを抑制できる。図６に示すプローブ１では、第１の接触部１１１の第２ガイド板２２と第３ガイド板２３のガイド穴を通過する領域、および、第２の接触部１１２の第１ガイド板２１のガイド穴を通過する領域に、保護材５０を配置している。

【0029】

保護材５０が、接触部１１と連結部１２の接続部分を超えて連結部１２の一部を覆っていてもよい。即ち、連結部１２の接触部１１に近い領域を保護材５０で覆い、連結部１２の湾曲部１３に近い領域を保護材５０で覆わないようにしてもよい。連結部１２の接触部１１に近い領域を保護材５０で覆うことにより、連結部１２の一部がガイド穴の内部を通過する場合にも、ガイド穴の側面との接触によりプローブ１が損傷することを抑制できる。保護材５０が覆う領域においても、連結部１２は第１の部材４１と第２の部材４２の混在構造である。保護材５０が覆う領域も混在構造にすることにより、プローブ１が湾曲した状態において連結部１２に応力が集中することを防止することができる。

【0030】

以上に説明したように、本発明の実施形態に係るプローブ１では、連結部１２よりも湾曲部１３の方が断面における第２の部材４２の割合が大きいため、連結部１２より湾曲部１３が湾曲し易い。湾曲し易さが異なる連結部１２と湾曲部１３が連続するため、プローブ１によれば、プローブ１が湾曲したときの応力集中を抑制することができる。したがって、検査対象物の電極パッドの狭ピッチ化などによりプローブ１を細径化した場合にも、湾曲させたときのプローブ１の機械的強度を向上させることができる。

【0031】

＜変形例＞
図７に示す実施形態の変形例に係るプローブ１は、プローブ１の表面に、プローブ１の軸方向に沿って互いに離隔して複数の絶縁性の被覆材６０が配置されている。被覆材６０は、保護材５０が配置された領域の残余の領域に配置されている。

【0032】

検査対象物の検査時にプローブ１がプローブヘッド２０の内部で座屈したときに、プローブ間の短絡が発生するおそれがある。図７に示した電気的接続装置１００では、プローブ１の表面に配置された絶縁性の被覆材６０が隣接するプローブ１と接触することにより、プローブ間の短絡が防止される。

【0033】

被覆材６０は、プローブ１のオフセット方向を向いた側面（以下、「オフセット側面」と称する。）、若しくはオフセット側面の反対方向を向いた側面に配置することが好ましい。例えば、図８に示すように、矩形状の断面を有するプローブ１のオフセット側面、および、オフセット側面に隣接する２つの側面に、被覆材６０を連続的に配置してもよい。或いは、プローブ１の全周に渡って被覆材６０を配置してもよい。

【0034】

被覆材６０は、プローブ１の中空領域２００を通過する部分において、少なくとも湾曲する部分を含めて間欠的に配置されている。これに対し、第１の接触部１１１から第２の接触部１１２までプローブ１の表面を軸方向に沿って連続的に被覆材６０で覆うと、プローブ１に反りが生じ易い。しかし、図７に示すプローブ１では、軸方向に沿って被覆材６０を間欠的に配置することにより、プローブ１の反りが抑制される。

【0035】

ところで、プローブ１をプローブヘッド２０にセットするために、ガイド板のガイド穴にプローブ１を貫通させる。例えば、すべてのガイド板のガイド穴の中心軸を一致させた状態で、ガイド板のガイド穴にプローブ１を連続的に貫通させる。このため、プローブ１の外径と被覆材６０の厚みの合計は、ガイド穴の内径よりも小さく設定される。つまり、被覆材６０の厚みは、プローブ１の外径と被覆材６０の厚みの合計とガイド穴の内径とのクリアランスを確保できる範囲で、且つプローブ間の短絡を防止できる厚みに設定される。

【0036】

被覆材６０の材料は、例えば樹脂類、ガラス繊維、永久レジスト、セラミック蒸着物などであってもよい。被覆材６０をプローブ１の表面の所定の位置に形成するには、例えば、プローブ１の表面の全面に被覆材６０を形成した後、フォトリソグラフィ技術などを用いて被覆材６０をパターニングしてもよい。

【0037】

（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およ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、実施例および運用技術が明らかとなろう。

【0038】

例えば、上記では、プローブ１の断面の形状が矩形状である場合について説明したが、プローブ１の断面が他の形状であってもよい。例えば、プローブ１の断面が矩形以外の多角形状であってもよい。プローブ１の断面がどのような形状であっても、断面の混在構造における第１の部材４１に対する第２の部材４２の面積比を連結部１２よりも湾曲部１３の方を高くする。これにより、連結部１２よりも湾曲部１３を湾曲し易くすることができる。

【0039】

このように、本発明は上記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。

【符号の説明】

【0040】

１…プローブ
１１…接触部
１２…連結部
１３…湾曲部
２０…プローブヘッド
２１…第１ガイド板
２２…第２ガイド板
２３…第３ガイド板
３０…基板
３１…ランド
４１…第１の部材
４２…第２の部材
５０…保護材
１００…電気的接続装置
１１１…第１の接触部
１１２…第２の接触部
１２１…第１の連結部
１２２…第２の連結部
１３０…接続領域
１３３…中間領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】