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JP2003014779A - 導電性接触子 - Google Patents

導電性接触子

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Publication number
JP2003014779A
JP2003014779A JP2001201176A JP2001201176A JP2003014779A JP 2003014779 A JP2003014779 A JP 2003014779A JP 2001201176 A JP2001201176 A JP 2001201176A JP 2001201176 A JP2001201176 A JP 2001201176A JP 2003014779 A JP2003014779 A JP 2003014779A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
needle
shaped body
conductive
contact
coil spring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001201176A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshio Kazama
俊男 風間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NHK Spring Co Ltd
Original Assignee
NHK Spring Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NHK Spring Co Ltd filed Critical NHK Spring Co Ltd
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Priority to DE10297010T priority patent/DE10297010B4/de
Priority to US10/482,303 priority patent/US7091734B2/en
Priority to KR10-2003-7017235A priority patent/KR20040017250A/ko
Priority to CNB028132521A priority patent/CN1280634C/zh
Priority to PCT/JP2002/006648 priority patent/WO2003005043A1/ja
Priority to TW091114614A priority patent/TW567317B/zh
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 研削クリーニングを行う導電性接触子の電気
的特性を高性能化する。 【解決手段】 導電性針状体２を、硬度及び耐摩耗性が
高い貴金属合金としてのPaliney7（商標）により形成
し、その表面にＮｉ下地層７を介して金メッキ層８を設
け、先端に素材が露出するように研削してなる平坦面２
ｅを形成する。 【効果】 針状体の耐久性を確保すると共に、針状体の
メッキによりコイルばねとの結合部の電気伝導率を高く
することができ、被接触体として例えば半田ボールに対
する接触を繰り返すに連れて接触面に半田が付着して汚
れた場合には接触面を研削して新たな面を形成すること
ができるため、被接触体に対する接触面の接触抵抗がク
リーニングにより変わってしまうことがないため、針状
体を付勢するコイルばねを用いた構造の導電性接触子に
おいて、常に安定した抵抗値による検査を実施すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線板や
電子素子等との間に於いて電気信号を授受するのに適す
る導電性接触子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、プリント配線板の導体パターンや
電子素子などの電気的検査を行うためのコンタクトプロ
ーブに用いられる導電性接触子には、導電性針状体と、
その針状体を軸線方向に変位自在に受容する筒状のホル
ダとを有し、針状体の先端をホルダの前端から突出させ
る向きにコイルばねにて弾発付勢しておき、針状体の先
端を被測定物に弾発的に接触させるようにしたものがあ
る。
【０００３】また、半導体関連でのシリコンウェハやセ
ラミックパッケージ、液晶分野でのガラス製パネルなど
は、硬度の高い材料からなる。これらには電気配線が設
けられており、製造過程において電気的検査が行われ、
その検査に導電性接触子（コンタクトプローブ）が用い
られている。
【０００４】そのような検査においてウェハレベルテス
ト（ＷＬＴ）があり、その時に使用される導電性接触子
の針状体の素材に貴金属合金が使用されることがある。
この貴金属合金としてPaliney7（商標）があり、その特
徴として、電気伝導率が高くまた貴金属の割に硬度及び
耐摩耗性が高く、かつ表面が酸化され難いため経年変化
による抵抗値の上昇が少ないことが上げられる。この貴
金属合金からなる針状体を用いた導電性接触子は、被接
触体に半田ボールが用いられている素子の検査に適す
る。
【０００５】すなわち、半田ボールへの接触を繰り返す
ことにより針状体の接触面に半田などが付着し、そのよ
うにして接触面が汚れた場合には接触面を研削し直すこ
とになるが、上記したように貴金属合金製針状体の場合
には研削しても電気的特性を初期状態に保つことができ
るためである。それに対して、針状体本体を例えばＳＫ
材により形成してメッキ処理したものにあっては、メッ
キが研削により無くなると針状体本体の素材が露出する
ため電気的特性が変わってしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Pa
liney7のような電気伝導率が高い貴金属合金を用いたと
しても、例えば金や金メッキしたものと比較すると電気
的特性に差がある。それに対して、半導体製品の高性能
化が進み、上記した貴金属合金製針状体のままでは電気
的特性が不十分になってきた。また、メッキ層を厚くす
るとメッキ層が無くなって地金が露出するまでの研削回
数を増やすことができるが、メッキ層を厚くすることに
より製造コストが高騰化するという問題が生じるばかり
でなく、研削回数に限度がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、研削によりクリーニングを行う導電性接触子におけ
る電気的特性の高性能化を実現するために、本発明に於
いては、被接触体に当接させる接触面を先端に有する導
電性針状体と、前記接触面を前記被接触体に接触させる
向きに前記針状体を弾発付勢するためのコイルばねとを
有する導電性接触子であって、前記針状体が硬度及び耐
摩耗性が高い貴金属合金からなり、かつ前記針状体の少
なくとも前記コイルばねとの結合部が電気伝導率の高い
物質によりメッキされているとした。
【０００８】これによれば、針状体が硬度及び耐摩耗性
が高い貴金属合金からなることから、針状体における接
触を繰り返すことに対する耐久性を確保することができ
ると共に、針状体とコイルばねとの結合部の電気伝導率
を高くするために針状体をメッキすることにより、針状
体とコイルばねとの結合部の電気伝導率を高い状態に保
持することができる。そして、被接触体として例えば半
田ボールに対する接触を繰り返すに連れて接触面に半田
が付着して汚れた場合には接触面を研削して新たな面を
形成することができるため、被接触体に対する接触面の
接触抵抗がクリーニングにより変わってしまうことがな
い。
【０００９】特に、前記貴金属合金が、パラジウム・銀
・白金・金・銅・亜鉛の内少なくとも３種以上を含む合
金からなると良く、または、前記貴金属合金が、少なく
ともパラジウム・銀・銅を含む合金からなると良い。
【００１０】また、前記コイルばねの前記針状体とは相
反するコイル端部に対となる他方の導電性針状体が設け
られていると共に、前記コイルばねが、前記針状体の前
記結合部と前記他の導電性針状体との間に設けられた密
着巻き部を有すると良い。これによれば、両端可動型導
電性接触子において、一方の針状体の貴金属合金の加工
性が悪くてその全長を長くできない場合であっても、他
の導電性針状体に至る間の導電経路がコイルばねの密着
巻き部となることから、その部分の電気信号の流れがコ
イルばねの軸線に沿うようになって螺旋状に流れること
が少ない推測されるため、低インダクタンス化に有効で
ある。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。
【００１２】図１は、本発明が適用されたコンタクトプ
ローブに用いられる導電性接触子１を示す縦断面図であ
る。本導電性接触子１は、単独で用いることもできる
が、例えばウェハレベルテストに使用する検査機に取り
付けられるボード上に中継基板を介して一体化されたホ
ルダ（ヘッド）に互いに並列に多数配設されて多点同時
測定用コンタクトプローブに適する。なお、図は模式的
に示すものであり、実寸とは異なる。
【００１３】本導電性接触子１は、導電性針状体２と、
圧縮コイルばね３と、それらを受容するべく絶縁材から
なるホルダ４に互いに同軸的に設けられた大小径のホル
ダ孔４ａ・４ｂとからなる。導電性針状体２は、先端を
平坦に形成された針状部２ａと、針状部２ａよりも拡径
されたフランジ部２ｂと、フランジ部２ｂから図に於け
る下方に突出しかつ小径に形成された軸部２ｃとからな
り、それぞれ円形断面にてかつ互いに同軸的に形成され
ている。
【００１４】また、導電性針状体２の軸部２ｃのフラン
ジ部２ｂ側には若干拡径された拡径部２ｄが設けられて
おり、その拡径部２ｄに圧縮コイルばね３の一端部が弾
発的に巻き付く圧入状態で結合されている。なお、拡径
部２ｄに対する圧縮コイルばね３の一端部の結合にあっ
ては、上記弾発的巻き付き状態に限らず、例えば半田付
けしても良い。その圧縮コイルばね３にあっては、図に
示されるように、上記拡径部２ｄに結合される一端部が
密着巻きされ、中間部が粗巻きにされて、他方のコイル
端部側に所定長の密着巻き部３ａが設けられている。
【００１５】ホルダ４の小径ホルダ孔４ｂにより針状部
２ａの円柱状部分が軸線方向に往復動自在に支持され、
大径ホルダ孔４ａ内にフランジ部２ｂ等や圧縮コイルば
ね３が受容されている。また、ホルダ４には、大径ホル
ダ孔４ａの開口面を塞ぐように中継基板５が図示されな
いねじ等で一体的に取り付けられている。その中継基板
５には、大径ホルダ孔４ａに臨む端子面を有する基板内
配線５ａが設けられている。
【００１６】図に示されるようにホルダ４と中継基板５
とを一体化して組み付けた状態で、小径ホルダ孔４ｂと
大径ホルダ孔４ａとにより形成される肩部４ｃにフラン
ジ部２ｂが衝当して導電性針状体２が抜け止めされてい
る。その状態で、圧縮コイルばね３に所定の初期荷重が
発生する程度に大径ホルダ孔４ａの軸線方向長さが設定
されていると共に、軸部２ｃの端部（図における下端
部）が密着巻き部３ａと接触するようにされている。
【００１７】そして、図２に示されるように、被接触体
としての検査対象である例えばウェハ６の半田ボール６
ａに針状部２ａの先端の平坦面２ｅを当接させることに
より、ウェハ６側から得られる電気信号Ｉが針状体２か
ら圧縮コイルばね３を介して中継基板５に伝えられ、さ
らに中継基板５と結合された図示されないボードを経由
して図示されない制御装置に伝えられて、所定の検査が
行われる。
【００１８】なお、上記したように軸部２ｃが密着巻き
部３ａと接触していることから、電気信号Ｉは、図に示
されるように導電性針状体２を軸線方向に流れて密着巻
き部３ａに伝わり、かつ密着巻き部３ａにおいても圧縮
コイルばね３の軸線に沿っても流れることが推測でき
る。これにより、圧縮コイルばね３の粗巻き部３ｂをす
なわち螺旋状に流れることが少ないと推測されるため、
低インダクタンス化に有効である。
【００１９】本発明に基づく導電性接触子１の導電性針
状体２にあっては、電気伝導率が高くまた硬度及び耐摩
耗性が高い貴金属合金として例えば従来例で述べたPali
ney7から形成され、その表面に、図３に示されるように
Ｎｉ下地層７を介して金メッキ層８が設けられている。
そして、例えば導電性針状体２の全体に上記Ｎｉ下地層
７を介して金メッキ層８を設けた場合には、導電性針状
体２の先端（図における上端）の想像線に示される部分
を研削して導電性針状体２本体の素材（Paliney7）を露
出させた平坦面２ｅを形成する。
【００２０】なお、導電性針状体２の素材には、Paline
y7に限定されるものではなく、成分として、パラジウム
（Ｐｄ）を３５％、銀（Ａｇ）を３０％、白金（Ｐｔ）
を１０％、金（Ａｕ）を１０％、銅（Ｃｕ）を１４％、
亜鉛（Ｚｎ）を１％含む貴金属合金であると良い。また
は、他の成分を有するものであっても良く、硬度及び耐
摩耗性が高い貴金属合金であれば良い。
【００２１】このようして形成された導電性針状体２を
上記したように検査の度に半田ボール６ａに当接させる
が、その回数の増大に伴って平坦面２ｅに半田などが付
着して汚れてくるため、定期的にクリーニングする必要
がある。クリーニングは、平坦面２ｅを研削し、新たな
平坦面を形成することにより行うことができる。これに
より新たに形成された平坦面２ｅは初期状態と同じにな
ることから、初期状態の電気的特性が得られる。
【００２２】そして、導電性針状体２の他の部分には電
気伝導率の高い物質として金メッキ層８が設けられてい
ることから、例えば、拡径部２ｄに対する圧縮コイルば
ね３の圧入状態になる部分や、密着巻き部３ａと接触す
る軸部２ｃにおける接触抵抗が低く抑えられている。し
たがって、図２に示されるように軸部２ｃから密着巻き
部３ａに流れる場合に安定した接触抵抗を得ることがで
きる。なお、電気信号Ｉの一部が圧縮コイルばね３の圧
入部分を流れる場合でも、その接触抵抗による影響を小
さくすることができる。
【００２３】なお、接触抵抗の安定化や酸化防止のため
に、圧縮コイルばね３を金メッキすると良い。また、図
示例では半田ボール６ａに当接させるために針状部２ａ
の先端に平坦面２ｅを形成したが、完全な平坦面に限ら
れるものではなく、曲率の大きい凹または凸面であって
も良い。これらの場合であっても、カッタの形状を合わ
せるようにすれば研削によるクリーニングを行うことが
できる。
【００２４】このようにして構成された導電性接触子１
の耐久試験を行った結果、接触回数が２０万回までにお
ける最大導通抵抗が、Paliney7の導電性針状体のみの場
合には約４２０〜７３０ｍΩであったのに対して、図示
例のようにPaliney7で針状体を形成しかつ金メッキした
ものでは約２１０〜４６０ｍΩであった。これにより、
半導体製品の高性能化に十分対応し得ることが証明され
た。
【００２５】なお、上記図示例では一端可動型の導電性
接触子について示したが、本発明にあっては、圧縮コイ
ルばねの両コイル端部にそれぞれ導電性針状体を設けた
両端可動型の導電性接触子にも適用可能であり、その一
例を、図４を参照して以下に示す。
【００２６】図における上側部分の構成は上記図示例と
同様であって良く、同様の部分には同一の符号を付して
その詳しい説明を省略する。なお、本図示例のものにあ
っては、対をなす一方の針状体２の先端部（図における
上側）が先端に向けて若干絞られている。上記針状体２
への圧縮コイルばね３の結合が、圧縮コイルばね３の一
端（図における上端）側に設けられた密着巻き部３ａの
拡径部２ｄへの弾発的圧入により行われ、その圧縮コイ
ルばね３の他端（図における下端）側に他方の導電性針
状体１２が同軸的に設けられている。
【００２７】この両端可動型導電性接触子にあっては、
導電性針状体１２を介して図５に示されるように中継基
板５の基板内配線５ａに電気信号が伝達されるようにな
っている。この導電性針状体１２にあっては、上記導電
性針状体２の針状部２ａの先端を、半田ボール６ａを接
触対象とすることから点に対して面で接触させるため平
坦面２ｅに形成したのに対して、基板内配線５ａのパッ
ド状の平面に接触するため、図に示されるように針状部
１２ａの先端を先鋭に形成している。
【００２８】なお、下側導電性針状体１２の材質は、針
状部１２ａが基板内配線５ａのパッド面に常時接触して
おり、クリーニングのための研削を必要としないことか
ら、貴金属合金でなくて良く、例えば加工性の良いＳＫ
材にして、表面を金メッキして高い電気伝導率を確保す
るようにすると良い。
【００２９】また、Paliney7の加工性があまり良くない
ので、図示例のように導電性針状体２の軸部２ｃを小径
にした際の軸長を長くできない場合には、圧縮コイルば
ね３の導電性針状体２の結合部（拡径部２ｂ）と他方の
導電性針状体１２との間を、導電性針状体２側に設けた
密着巻き部３ａを介して連結すると良い。また、導電性
針状体１２には、抜け止め用のフランジ部１２ｂと、圧
縮コイルばね３の導電性針状体１２側に設けられた粗巻
き部３ｂのコイル端部を圧入結合する拡径部１２ｄとが
設けられている。
【００３０】なお、図示例のように初期状態で密着巻き
部３ａが導電性針状体１２の軸部１２ｃの先端部（図に
おける上方部）に接触するようになっていることが好ま
しいが、検査時の変位により接触するようにしても良
い。いずれにしても、両端可動型導電性接触子の全長が
長い場合には、加工性の良い素材からなる他方の導電性
針状体１２の軸部１２ｃを長くすることができ、上記し
たように検査時に軸部１２ｃと密着巻き部３ａとが互い
に接触し得るようにすれば良い。
【００３１】また、図４における導電性接触子のホルダ
は、図に示されるように基板状の絶縁性部材を３層にし
て形成されている。その図における上層部材１３と中間
層部材１４と下層部材１５とに渡って大径ホルダ孔１６
が形成されている。上層部材１３には導電性針状体２の
針状部２ａを往復動自在に支持しかつフランジ部２ｂを
抜け止めする大きさの小径ホルダ孔１３ａが形成され、
下層部材１５にも導電性針状体１２の針状部１２ａを往
復動自在に支持しかつフランジ部１２ｂを抜け止めする
大きさの小径ホルダ孔１５ａが形成されている。
【００３２】なお、各層部材１３・１４・１５を積層し
かつ図示されないボルトにより締め付けて一体化した状
態で、圧縮コイルばね３が所定量圧縮されて初期荷重が
生じるようにされている。そして、図５に示されるよう
に下層部材１５に中継基板５を積層しかつ図示されない
ボルトにより締め付けて一体化して組み上げる。これに
より、導電性針状体１２が中継基板５の基板内配線５ａ
に常時弾発的に接触している。
【００３３】この両端可動型導電性接触子において半田
ボール６ａとの接触状態にあっては、図５に示されるよ
うに上側導電性針状体２が圧縮コイルばね３の弾発付勢
力に抗して大径ホルダ孔１６内に向けて押し込まれ、圧
縮コイルばね３の圧縮変形荷重にて上側導電性針状体２
が半田ボール６ａに当接する。なお、図５は、上側導電
性針状体２が完全に上層部材１３内に没入した状態であ
り、常にこの状態にして検査を行うことを示すものでは
ない。
【００３４】この時の電気信号は、上側針状体２から密
着巻き部３ａを介して下側導電性針状体１２の軸部１２
ｃに伝わり、下側導電性針状体１２から中継基板５に伝
えられる。密着巻き部３ａと下側導電性針状体１２の軸
部１２ｃとの相対的長さを上記したように設定しておく
ことにより、半田ボール６ａとの接触位置（上側導電性
針状体２の突出量）がどの位置であっても常に密着巻き
部３ａを介して下側導電性針状体１２に電気信号が伝わ
るため、圧縮コイルばね３における電気信号の流れが圧
縮コイルばね３の軸線に沿っても流れることが推測でき
ることから、低抵抗化及び安定した抵抗値による検査を
行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】このように本発明によれば、針状体が硬
度及び耐摩耗性が高い貴金属合金からなることから、針
状体における接触を繰り返すことに対する耐久性を確保
することができると共に、針状体とコイルばねとの結合
部の電気伝導率を高くするために針状体をメッキするこ
とにより、針状体とコイルばねとの結合部の電気伝導率
を高い状態に保持することができる。そして、被接触体
として例えば半田ボールに対する接触を繰り返すに連れ
て接触面に半田が付着して汚れた場合には接触面を研削
して新たな面を形成することができるため、被接触体に
対する接触面の接触抵抗がクリーニングにより変わって
しまうことがないため、針状体を付勢するコイルばねを
用いた構造の導電性接触子において、常に安定した抵抗
値による検査を実施することができる。
【００３６】特に、貴金属合金が、パラジウム・銀・白
金・金・銅・亜鉛を含む合金からなると良く、その成分
の割合を適切にすることにより、貴金属の割に硬度及び
耐摩耗性が高く、かつ表面が酸化され難いため経年変化
による抵抗値の上昇が少ない材質となり、被接触体との
接触面に電気伝導率の高いメッキをする必要が無く、ク
リーニングのために研削する用途に好適である。また
は、貴金属合金が、少なくともパラジウム・銀・銅を含
む合金からなると良く、上記と同様の効果を奏し得る。
【００３７】また、両端可動型導電性接触子において、
圧縮コイルばねに、貴金属合金製の針状体の結合部と他
の導電性針状体との間に密着巻き部を有することによ
り、一方の針状体の貴金属合金の加工性が悪くてその全
長を長くできない場合であっても、他の導電性針状体に
至る間の導電経路がコイルばねの密着巻き部となること
から、その部分の電気信号の流れがコイルばねの軸線に
沿うようになって螺旋状に流れることが少ないと推測さ
れるため、低インダクタンス化に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたコンタクトプローブに用い
られる導電性接触子を示す縦断面図。
【図２】接触状態を示す図１に対応する図。
【図３】針状体の要部拡大部分断面図。
【図４】第２の例を示す図１に対応する図。
【図５】第２の例における使用状態を示す図。
【符号の説明】
１ 導電性接触子 ２ 導電性針状体 ２ａ 針状部、２ｂ フランジ部、２ｃ 軸部、２ｄ
拡径部 ３ 圧縮コイルばね、３ａ 密着巻き部、３ｂ 粗巻き
部 ４ ホルダ、４ａ 大径ホルダ孔、４ｂ 小径ホルダ孔 ５ 中継基板、５ａ 基板内配線 ６ ウェハ、６ａ 半田ボール ７ Ｎｉ下地層 ８ 金メッキ層 １２ 導電性針状体 １２ａ 針状部、１２ｂ フランジ部、１２ｃ 軸部、
１２ｄ 拡径部 １３ 上層部材、１３ａ 小径ホルダ孔 １４ 中間層部材 １５ 下層部材、１５ａ 小径ホルダ孔 １６ 大径ホルダ孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G003 AA07 AG03 AG08 AG12 AH00 AH05 2G011 AA02 AA09 AB01 AB03 AB04 AB06 AB07 AB08 AC14 AE01 AF07 5G050 AA01 AA03 AA13 AA36 AA53 CA01 DA10 EA09

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被接触体に当接させる接触面を先端に有
    する導電性針状体と、前記接触面を前記被接触体に接触
    させる向きに前記針状体を弾発付勢するためのコイルば
    ねとを有する導電性接触子であって、 前記針状体が硬度及び耐摩耗性が高い貴金属合金からな
    り、かつ前記針状体の少なくとも前記コイルばねとの結
    合部が電気伝導率の高い物質によりメッキされているこ
    とを特徴とする導電性接触子。
  2. 【請求項２】 前記貴金属合金が、パラジウム・銀・白
    金・金・銅・亜鉛の内少なくとも３種以上を含む合金か
    らなることを特徴とする請求項１に記載の導電性接触
    子。
  3. 【請求項３】 前記貴金属合金が、少なくともパラジウ
    ム・銀・銅を含む合金からなることを特徴とする請求項
    １に記載の導電性接触子。
  4. 【請求項４】 前記コイルばねの前記針状体とは相反す
    るコイル端部に対となる他方の導電性針状体が設けられ
    ていると共に、 前記コイルばねが、前記針状体の前記結合部と前記他の
    導電性針状体との間に設けられた密着巻き部を有するこ
    とを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の導電
    性接触子。
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