プローブ針及びその製造方法
【課題】被測定体に大きな傷を付けることなく被測定体の電気的特性を安定して測定でき、且つ被測定体の構成材料がプローブ針の先端に付着するのを抑制できるプローブ針を提供する。
【解決手段】先端Ａを被測定体の電極に接触させてその被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針１であって、先端Ａには、四角錐又は三角錐からなる突起２が、マトリクス状に形成された構成とする。このプローブ針１は、金属導体５の外周に絶縁被膜６が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、その絶縁被膜付き金属導体の少なくとも一方の先端Ａに３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起２を４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成する突起形成工程と、その突起２が形成されたプレプローブ針の先端部の絶縁被膜を剥離する工程と、絶縁被膜が剥離された露出部にめっき層を形成する工程で製造する。
【解決手段】先端Ａを被測定体の電極に接触させてその被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針１であって、先端Ａには、四角錐又は三角錐からなる突起２が、マトリクス状に形成された構成とする。このプローブ針１は、金属導体５の外周に絶縁被膜６が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、その絶縁被膜付き金属導体の少なくとも一方の先端Ａに３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起２を４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成する突起形成工程と、その突起２が形成されたプレプローブ針の先端部の絶縁被膜を剥離する工程と、絶縁被膜が剥離された露出部にめっき層を形成する工程で製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先端を被測定体の電極に所定荷重で接触させてその被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等に使用される高密度実装基板、又は、パソコン等に組み込まれるＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）等のＩＣパッケージ基板等、様々な回路基板が多く用いられている。このような回路基板は、実装の前後の工程において、例えば直流抵抗値の測定や導通検査等が行われ、その電気特性の良否が検査されている。電気特性の良否の検査は、電気特性を測定する検査装置に接続された検査装置用治具（以下、「プローブユニット」という。）を用いて行われ、例えば、プローブユニットに装着されたピン形状のプローブ針（コンタクトプローブともいう。）の先端を、その回路基板（以下「被測定体」ともいう。）の電極に接触させることにより行われている（例えば特許文献１を参照。）。
【０００３】
ところで、被測定体の電極はその表面に酸化膜等の絶縁膜が形成され易く、プローブ針を電極に単に接触させただけでは両者間の抵抗値（以下、「接触抵抗値」という。）が高過ぎて正確な検査ができないことがある。そこで、先端を針状に加工したプローブ針が提案されているが、そのプローブ針は、その先端が電極表面の絶縁膜を容易に突き破るので、プローブ針と電極とが確実に接触して接触抵抗値が低下し、その結果、検査の正確性を向上させることができる。しかしながら、こうしたプローブ針は、針状の先端が被測定体の電極に深く突き刺さることがあり、電極に大きな傷が付きやすく、電極が変形し易いという問題が発生すると同時に、その電極材料がプローブに付着し、繰り返し測定での安定性が低下するといった問題がある。
【０００４】
こうした問題に対し、先端が平面状や曲面状のプローブ針を用いれば電極への傷等の発生を防ぐことができるが、このプローブ針は、被測定体の電極との間の接触抵抗値を十分に低下させることができない。そこで、例えば特許文献２には、先端に四角錐状突起を格子状に形成したプローブ針が提案されている。このプローブ針を用いることにより、格子状の四角錐状突起が被測定体の電極上に接触する際に荷重を分散することができるので、プローブ針の先端に設けられためっき層の摩耗を抑制して長期間使用が実現できるとされている。
【特許文献１】特開２００２−１３１３３４号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献２に記載のプローブ針は、当該文献中にも記載のように、突起が電極上の絶縁膜を突き破って接触抵抗値を下げるものではなく、複数の突起によって接触時の荷重を分散させるものであり、具体的には突起先端の高さを変えたり突起先端に微小平坦部を形成したりしてめっき層の摩耗を防いで長期間の使用を実現している。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載のプローブ針は、電極に対する接触荷重を分散でき、プローブ針先端のめっき層の摩耗の進行は遅らせることができるかもしれないが、被測定体の電極表面に形成された酸化膜が比較的厚くなっていた場合にその電極との接触抵抗値を下げることができず、正確な電気的特性を測定することができないという難点がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決したものであって、その目的は、先端を被測定体の電極に接触させてその被測定体の電気的測定を行うためのプローブ針において、被測定体に大きな傷を付けることなく被測定体の電気的特性を安定して測定することができ、且つ被測定体の構成材料がプローブ針の先端に付着するのを抑制できるプローブ針を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そうしたプローブ針を歩留まりよく安定して製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明のプローブ針は、先端を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針であって、前記先端には、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起が、４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、上記頂点角度の範囲で四角錐又は三角錐の突起先端が形成されているので、被測定体の電極表面に酸化膜が形成されている場合であってもその酸化膜を突き破って接触抵抗値を下げることができ、被測定体の電気的特性を測定することができる。さらに、そうした頂点角度は、被測定体の電極材料（例えば半田材料）がプローブ針先端に転写されない角度範囲であるので、プローブ針の先端が電極材料で汚染されず、長期間の使用が可能となる。さらに、そうした四角錐又は三角錐の突起が上記ピッチの範囲内でマトリクス状に形成されているので、複数の突起が被測定体の電極表面に同時に接触して電極への接触圧力を分散することができる。その結果、酸化膜を突き破ることが可能な突起が、被測定体の電極に大きな傷を付けたり変形させたりすることがない。したがって、本発明によれば、被測定体の電極に対する接触抵抗値を下げて被測定体の正確な電気的特性を測定することができるとともに、被測定体の電極を傷つけ難く、しかも、プローブ針先端に電極材料が転写して接触抵抗値が上がるのを防ぐことができるので、プローブ針を用いた繰り返し測定を安定且つ正確に行うことができる。
【００１０】
本発明のプローブ針において、少なくとも前記先端が、金めっき、パラジウムめっき、ロジウムめっき及びニッケルめっきから選ばれる少なくとも１種を有するように構成してもよい。
【００１１】
本発明のプローブ針において、前記プローブ針の先端部以外が絶縁被膜で覆われているように構成してもよい。
【００１２】
上記課題を解決する本発明のプローブ針の製造方法は、先端を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針の製造方法であって、金属導体の外周に絶縁被膜が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、前記絶縁被膜付き金属導体の少なくとも一方の先端に、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起を４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成する突起形成工程と、前記突起が形成されたプレプローブ針の先端部の絶縁被膜を剥離する工程と、前記絶縁被膜が剥離された露出部にめっき層を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、突起形成工程が絶縁被膜剥離工程の前にあるので、金属導体の先端が絶縁被膜で包まれた状態下で突起が加工される。その結果、加工時に金属導体にバリが生じにくく、その後に絶縁被膜を剥離すれば、そのまま金属めっき工程に投入できる。したがって、本発明のプローブ針の製造方法によれば、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起が４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成されている先端を有するプローブ針を、バリ取り等の余計な工程を経ることなく効率的に製造することができる。なお、「プレプローブ針」とは、完成品前のプローブ針中間品のことである。
【００１４】
本発明のプローブ針の製造方法は、前記突起形成工程において、前記四角錐からなる突起を直交する２軸Ｖ溝加工で行い、前記三角錐からなる突起を６０度で交差する３軸Ｖ溝加工で行うように構成することが好ましい。
【００１５】
本発明のプローブ針の製造方法は、前記準備工程において、前記絶縁被膜付き金属導体は、長尺の金属導体の外周に絶縁被膜を連続塗布して絶縁被膜付き長尺導体を形成する工程と、該絶縁被膜付き長尺導体を所定長さに切断する工程とを経て準備されるように構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のプローブ針によれば、（１）被測定体の電極表面に酸化膜が形成されている場合であってもその酸化膜を突き破って接触抵抗値を下げることができ、被測定体の電気的特性を正確に測定することができ、（２）プローブ針の先端が電極材料で汚染されず、長期間の使用が可能となり、（３）複数の突起が被測定体の電極表面に同時に接触して電極への接触圧力を分散することができ、酸化膜を突き破ることが可能な突起が被測定体の電極に大きな傷を付けたり変形させたりすることがない。したがって、本発明によれば、プローブ針を用いた繰り返し測定を安定且つ正確に行うことができる。
【００１７】
本発明のプローブ針の製造方法によれば、加工時に金属導体にバリが生じにくく、その後に絶縁被膜を剥離すればそのまま金属めっき工程に投入できるので、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起が４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成されている先端を有するプローブ針を、バリ取り等の余計な工程を経ることなく効率的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のプローブ針及びその製造方法について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
（プローブ針）
図１は本発明のプローブ針１を示す模式的な概略図である。図２は本発明のプローブ針１の先端Ａの突起２Ａが四角錐である場合の一例を示す概略図であり、図３は本発明のプローブ針１の先端Ａの突起２Ｂが三角錐である場合の一例を示す概略図である。本発明のプローブ針１は、図１に示すように、先端Ａを被測定体１２の電極１１（図５を参照）に接触させてその被測定体１２の電気的特性を測定するためのプローブ針である。そして、このプローブ針１の先端Ａには、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起２が、４μｍ以上２０μｍ以下のピッチＰでマトリクス状に形成されている。
【００２０】
金属導体５としては、高い導電性と高いばね性を有する金属線（「金属ばね線」ともいう。）が用いられる。金属導体５に用いられる金属としては、広い弾性域を持つ金属を挙げることができ、例えばベリリウム銅、りん青銅、銅銀合金等の銅合金、タングステン、レニウムタングステン、鋼（例えば高速度鋼：ＳＫＨ）等を好ましく用いることができる。こうした金属導体５は、通常、上記の金属が所定の径の線状導体となるまで冷間又は熱間伸線等の塑性加工が施される。その長さは特に限定されず、仕様に応じた長さであればよい。また、金属導体５の直径も特に限定されないが、最近の被測定体１２に設けられた電極１１の狭ピッチ化に対応できるように、２０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲内から好ましく選択される。
【００２１】
金属導体５の先端Ａには、所定の形状からなる突起２が所定のピッチＰでマトリクス状に設けられている。図２に示す突起２Ａは四角錐形状であり、図３に示す突起２Ｂは三角錐形状である（これらを総称するときは単に「突起２」という。）。通常は、図２及び図３に示すように、正四角錐や正三角錐であることが好ましいが、頂点３が角錐の中心からずれた形状、すなわち四角錐や三角錐が傾斜したような態様で形成されていてもよい。
【００２２】
突起２の頂点角度は、３５度以上１２５度以下の範囲内であることが望ましい。こうした範囲内の頂点角度を持つ突起２は、被測定体１２の電極１１表面に電気抵抗の高い酸化膜が形成されている場合に、その酸化膜を突き破って電極１１自体に接触して接触抵抗を低下させるので、被測定体１２の電気的特性を正確に測定することができる。さらに、上記範囲の頂点角度は、被測定体１２の電極を構成する電極材料（例えば半田材料）がプローブ針１の先端Ａに転写されない角度範囲であるので、プローブ針１の先端Ａが電極材料で汚染されず、長期間の繰り返し測定を可能とし、安定した長期使用が可能となる。
【００２３】
突起Ａの頂点角度が３５度未満の場合は、プローブ針１の先端Ａが電極１１に突き刺さり易く、その結果、突き刺さった状態から引き抜く時のせん断応力が強くなるため、電極１１を構成する電極材料がプローブ針１の先端Ａに転写して付着しやすいという問題がある。こうした電極材料（例えば半田等）の付着は、電極材料の微粉末がプローブ針１の先端Ａを汚染することになるので、その微粉末が酸化して接触抵抗を上昇させる原因となる。一方、突起Ａの頂点角度が１２５度を超える場合は、プローブ針１の先端Ａが電極１１表面の酸化膜を突き破ることが困難になり、電極１１との接触抵抗値が上がって被測定体１２の正確な電気的特性を評価できないことがある。
【００２４】
突起Ａの頂点角度のより好ましい範囲は、４０度以上１２０度以下である。この範囲の頂点角度は、さらに電極材料が転写し難く、電極表面の酸化膜を容易に突き破ることができるという特徴的な効果を奏する。特に四角錐からなる突起２Ａでは、４０度以上１１０度以下が好ましく、三角錐からなる突起２Ｂでは、５０度以上１２０度以下が好ましい。
【００２５】
突起２の頂点３は、酸化膜を突き破ることができる程度に鋭角であることが好ましく、具体的には、その頂点３は平坦部や曲面部は有さず、尖っていることが望ましい（図６を参照）。なお、電極１１としては、通常、銅パッド上に半田が載っているものを挙げられるが、これに限定されず、金パッドやアルミパッド等の電極１１を挙げることができる。本発明のプローブ針１は、こうした電極１１に接触させるものとして好ましく用いられる。
【００２６】
突起Ａの頂点角度は、四角錐においては、四角錐を構成する対抗する傾斜面間の角度として測定した値で定義される。一方、三角錐においては、三角錐を構成する１つの傾斜面と、頂点３を挟んで対抗する２つの傾斜面の稜線との角度として測定した値で定義される。なお、こうした頂点角度の代わりに、突起２が平面上に形成されているとした場合の仮想面と、四角錐を構成する傾斜面との角度として表したり、その仮想面と、三角錐を構成する傾斜面との角度として表したりすることができる。こうした角度で表せば、７２．５度（頂点角度３５度に対応）〜２７．５度（頂点角度１２５度に対応）の範囲を示すことができる。
【００２７】
突起２はプローブ針１の先端Ａにマトリクス状に形成されている。具体的には、図２に示すように所定のピッチＰで、９０度で交差する方向に配列されている。また、図３に示すように所定のピッチＰで、６０度の角度で交差するそれぞれの方向に配列されている。突起２のピッチＰは、４μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。このとき、ピッチＰは、図２に示す四角錐がマトリクス状に形成されている場合には、隣り合う四角錐の頂点間の距離で表すことができ、図３に示す三角錐がマトリクス状に形成されている場合には、最も近い三角錐間の頂点３を、一辺が平行となる方向の直交方向で測定した値で表すことができる。なお、ここでは、頂点３，３間の距離で表しているが、谷部間の距離で表してもよい。特に好ましいピッチＰは、接触抵抗低減と被測定体電極へのキズを目立たなくさせるという観点から、７μｍ以上１５μｍ以下である。
【００２８】
突起２のピッチＰが上記範囲で二次元平面状に形成されることにより、プローブ針先端Ａの複数の突起２が電極１１の表面に同時に接触する。その結果、プローブ針先端Ａが電極１１に接触する際の接触圧力を複数の突起２に分散することができる。そのため、酸化膜を突き破ることが可能な突起２が、被測定体１２の電極１１に大きな傷を付けたり変形させたりすることがない。しかも、圧力分散した状態でも、プローブ針先端Ａの複数の突起２が酸化膜の多数箇所を突き破ることができるので、プローブ針１と電極１１間の接触抵抗値を低下させることができ、その結果、長期間安定した電気的特性の測定を行うことができる。
【００２９】
突起２のピッチＰが４μｍ未満の場合は、突起２の間隔が細かすぎて接触圧力が多くの突起２に分散し過ぎるため、一つの頂点３に対する接触圧力が低下してしまい、前記した酸化膜を突き破ることが困難になる。一方、突起２のピッチＰが２０μｍを超える場合は、突起２の間隔が粗すぎて接触圧力が複数の突起２に集中し過ぎるため、一つの頂点３に対する接触圧力が増してしまい、電極１１に大きな傷を付けたり変形させたりすることがある。こうした接触圧力の過度の上昇は、突起２の頂点３が電極へ深く突き刺さり易くなるため、電極材料がプローブ針１に付着し易くなり、接触抵抗値が上昇する要因の一つとなる。
【００３０】
上記ピッチＰは突起２の頂点間の距離であるが、突起２の形成態様として突起密度で表してもよい。例えば頂点ピッチが１０μｍの四角錐の場合はおよそ１００００個／ｍｍ２であるので、上記４μｍ以上２０μｍのピッチＰで形成された突起２の密度は、６２５００個／ｍｍ２以上２５００個／ｍｍ２以下と表すことができる。
【００３１】
こうした特徴的な先端形状を備えた本発明のプローブ針１は、被測定体１２の電極１１に対する接触抵抗値を下げて被測定体１２の正確な電気的特性を測定することができるとともに、その電極１１を傷つけ難く、しかも、プローブ針先端Ａに電極材料が転写して接触抵抗値が上がるのを防ぐことができるので、プローブ針１を用いた繰り返し測定を安定且つ正確に行うことができるという格別の効果を奏する。さらに、被測定体１２の電極１１が半田バンプの場合、コンタクト位置がバンプ中心から若干外れた場合であっても、プローブ針先端Ａの突起２が半田バンプ上でグリップし、半田バンプからプローブ針１がずり落ちる（外れる）ことがない。
【００３２】
上記先端Ａの反対側の端部である後端Ｂの形状は特に限定されず、上記のような突起２と同じ形状であってもよいし、一般的な円錐形状、頂点に半球形状を有する円錐形状、頂点に平坦形状を有する円錐形状、等から選ばれるいずれかであってもよい。ここでいう「半球形状」、「円錐形状」は、正確な半球や円錐を含むが、略円錐や略半球も含む。なお、電解研磨や湿式エッチング処理で端部Ｂを処理してもよく、その場合は、その後端Ｂの形状はやや丸みを帯びた形状となるが、こうした形状に必ずしも限定されない。
【００３３】
絶縁被膜６は、金属導体５の外周に設けられており、プローブ針１が後述するプローブユニット１０に装着された場合に、隣接するプローブ針１との電気的な接触を防いで短絡を防止するように作用する。なお、絶縁被膜６は、金属導体５の外周上に長手方向に亘って設けられていればよく、直接設けられていてもよいし、他の層を介して設けられていてもよい。なお、先端Ａと後端Ｂは、それぞれ電極１１とリード線５０に接触するので、絶縁被膜６は端部から所定の長さだけ剥離されている。
【００３４】
絶縁被膜６は、絶縁性を有する被膜であれば特に限定されないが、ポリウレタン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂から選ばれるいずれか１種であることが好ましい。なお、通常は一種類の樹脂により形成される。これらの樹脂からなる絶縁被膜は耐熱性が異なるので、検査の際に発生する熱を考慮して任意に選択することができる。例えば、より耐熱性が要求される場合には、絶縁被膜６がポリエステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等で形成されることが好ましい。なかでも、絶縁被膜６が焼付けエナメル被膜として形成されることが好ましい。焼付けエナメル被膜は、後述するように塗料の塗布と焼付けの繰り返しにより連続工程で形成されるので、生産性がよく、金属導体５との間の密着性が高く且つ被膜強度をより高いものとすることができる。
【００３５】
絶縁被膜６は、隣接するプローブ針１同士の短絡を防ぐために設けられるが、本発明においては、図５に示すように、その絶縁被膜６の先端Ａ側の端面である段差部７が、プローブユニット１０のガイドプレート２０に引っ掛かってプローブ針１の落下を防止する作用又はプローブ針１を係止する作用を有することが好ましい。そうした作用を奏する段差部７を形成するための絶縁被膜６の厚さは金属導体５の直径によっても異なるが、例えば５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【００３６】
プローブ針の先端Ａ又は後端Ｂには、金属導体５と、被測定体１２又は検査装置のリード線５０との接触抵抗値の上昇を抑制するために、めっき層が設けられていてもよい。めっき層を構成する金属としては、金、パラジウム、ロジウム、ニッケル等の金属や金合金等の合金を挙げることができる。めっき層は、単層であってもよいし複層であってもよい。複層のめっき層としては、ニッケルめっき層上に金めっき層が形成されたものを好ましく挙げることができる。こうしためっき層は、プローブ針の先端が酸化するのを防ぐので、更に安定した接触抵抗を得ることができ、より長期間の安定測定が可能になる。
【００３７】
また、プローブ針１をプローブユニット１０に装着し易くするという観点からは、金属導体５の真直度が高いことが好ましく、具体的には真直度が曲率半径Ｒで１０００ｍｍ以上であることが好ましい。真直度の高い金属導体５は、通常、絶縁被膜６が設けられる前に予め直線矯正処理をすることにより得ることができる。ここでの直線矯正処理は、例えば回転ダイス式直線矯正装置等によって行われる。また、プローブ針１の長さも特に限定されないが、通常、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下程度である。
【００３８】
（プローブ針の製造方法）
次に、本発明のプローブ針の製造方法について説明する。本発明のプローブ針１の製造方法は、上記本発明のプローブ針１の製造方法であって、金属導体５の外周に絶縁被膜６が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、その絶縁被膜付き金属導体の少なくとも電極側の先端Ａに、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起２を４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成する突起形成工程と、突起２が形成されたプレプローブ針の先端部の絶縁被膜６を剥離する工程と、絶縁被膜６が剥離された露出部にめっき層を形成する工程とを少なくとも有する。なお、「プレプローブ針」とは、完成品前のプローブ針中間品のことである。以下、順に説明する。
【００３９】
絶縁被膜付き金属導体の準備工程は、金属導体５の外周に絶縁被膜６が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程である。この絶縁被膜付き金属導体は、購入品で準備してもよいし、長尺の金属導体５の外周に絶縁被膜６を連続塗布して絶縁被膜付き長尺導体を形成する工程と、その絶縁被膜付き長尺導体を所定長さに切断する工程とを経て準備してもよい。また、金属導体５を所定の直径に加工する塑性加工工程が含まれていてもよい。絶縁被膜６の連続塗布は、金属導体５の外周に絶縁被膜６をエナメル線製造装置を用いて焼付けエナメルを形成する工程で行ってもよい。また、所定の長さに切断した後においては、プローブ針１の後端Ｂを研削加工したりレーザ照射したりしてリード線５０に接触する部分の絶縁被膜６を除去し、金属導体５を露出させるようにしてもよい。
【００４０】
突起形成工程は、その絶縁被膜付き金属導体の少なくとも電極側の先端Ａに、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起２を４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成する工程である。この突起形成工程では、四角錐からなる突起２Ａは直交する２軸Ｖ溝加工で行い、三角錐からなる突起２Ｂは６０度で交差する３軸Ｖ溝加工で行うことが好ましい。こうした溝加工は、加工する金属導体５の材質によって適当な手段を用い、例えば超音波切削加工や、回転砥石加工等の精密機械加工手段を採用して行うことができる。こうして、図２及び図３に示すマトリクス状の突起２Ａ，２Ｂを加工することができる。
【００４１】
なお、本発明では、そうした突起２Ａ，２Ｂの形成工程を、絶縁被膜６が金属導体５の外周端まで覆った状態（切断端面である先端には絶縁被膜６はない。）でＶ溝加工することにも特徴がある。図４は、絶縁被膜付き金属導体の先端にＶ溝加工するときの形態図である。Ｖ溝加工するにあたっては、図４に示すように、絶縁被膜付き金属導体を俵積みし、少なくとも一方又は二方の側から圧力Ｆを加えて絶縁被膜付き金属導体がＶ溝加工中にずれないように固定する。本発明では、金属導体５の先端側の外周端まで絶縁被膜６が覆われているので、圧力Ｆを加えたとき、金属導体５に比べて弾性のある絶縁被膜６が隣接する絶縁被膜付き金属導体が有する絶縁被膜６に押し当たることによりその接点８が弾性変形し、相互にグリップする。その結果、絶縁被膜付き金属導体の先端はＶ溝加工時にずれが生じないので正確なＶ溝加工を行うことができる。また、絶縁被膜６が金属導体５に密着した状態で外周を覆っているので、Ｖ溝加工時に金属導体のダレが発生するのを防ぐことができ、さらに、金属導体の周縁にバリが生じるのを防ぐことができるという従来技術には見られない効果がある。
【００４２】
絶縁被膜剥離工程は、突起２が形成されたプレプローブ針の先端部の絶縁被膜６を剥離する工程である。このときの剥離は、所定の長さを正確に剥離することができればその手段は特に限定されないが、例えばレーザによる剥離であっても、機械的な剥離であってもよい。この剥離工程によって、図１に示す段差部７を形成することができる。その段差部７はプローブユニット１０のガイドプレート２０に当たってプローブ針１の落下を防ぐように作用する。
【００４３】
めっき層形成工程は、絶縁被膜６が剥離された露出部にめっき層を形成する工程である。めっき層は、上記種類の中から選択されためっき液を用い、電気めっき法又は無電解めっき法等の湿式めっきで形成することができる。また、蒸着やスパッタリング等のいわゆるＰＶＤ法（乾式めっき）で成膜してもよい。
【００４４】
以上説明しように、本発明のプローブ針１の製造方法によれば、突起形成工程が絶縁被膜剥離工程の前にあるので、金属導体５の先端Ａが絶縁被膜６で包まれた状態下で突起２が加工される。その結果、加工時に金属導体５の周縁にバリが生じにくく、その後に絶縁被膜６を剥離すれば、バリ取り処理等を行わずにそのまま金属めっき工程に投入できる。したがって、本発明のプローブ針１の製造方法によれば、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起２が４μｍ以上２０μｍ以下のピッチＰでマトリクス状に形成されている先端Ａを有するプローブ針１を、バリ取り等の余計な工程を経ることなく効率的に製造することができる。
【００４５】
（プローブ針の使用方法）
次に、上述した本発明のプローブ針１を用いた電気特性の検査方法について、図５を参照して説明する。本発明のプローブ針１は、プローブユニット１０に装着されて回路基板等の被測定体１２の電気特性の良否の検査に利用される。プローブユニット１０は、図５に示すように、複数本から数千本のプローブ針１と、プローブ針１を被測定体１２の電極１１にガイドするプレート２０と、プローブ針１を検査装置のリード線５０にガイドするプレート３０とを備えている。検査装置側のプレート３０は、プローブ針１の直径よりも若干大きい案内穴３１を有し、その案内穴３１は一本一本のプローブ針１をリード線５０にガイドする。被測定体側のプレート２０は、金属導体５の直径よりも若干大きい案内穴２１を有し、その案内穴２１は一本一本のプローブ針１の金属導体５の先端Ａを電極１１にガイドする。
【００４６】
プローブ針１が備える段差部７は、電極１１側のガイドプレート２０に当たってプローブ針１が落下したりしないように保持するように作用する。
【００４７】
プローブユニット１０と被測定体１２は、被測定体１２の電気特性を検査する際、プローブ針１と被測定体１２の電極１１とが対応するように位置制御される。電気特性の検査は、プローブユニット１０又は被測定体１２のいずれかを上下させ、プローブ針１の弾性力を利用して電極１１にプローブ針１の先端Ａを所定の圧力で押し当てることにより行われる。このとき、プローブ針１の後端Ｂはリード線５０に常時又は随時接触し、被測定体１２からの電気信号がそのリード線５０を通って検査装置（図示しない。）に送られる。なお、図５中の符号４０はリード線用の保持板を示す。
【００４８】
本発明のプローブ針１は、従来型プローブ針とは異なり、突起２の形状とピッチＰが特定されることにより従来にない優れて効果を奏するものであるので、プローブユニット１０を動作させてプローブ針１を電極１１に押し当てれば、長期間の安定測定を正確に行うことができる。
【実施例】
【００４９】
本発明について、以下のような実験を行って本発明を更に具体的に説明する。なお、以下の実験結果は一例であって、本発明は以下の実験結果に限定されるものではない。
【００５０】
（実験例）
頂点角度と頂点ピッチＰを種々変化させた試料を多数作製し、実験を行った。先ず、金属導体５として長尺のタングステン線（直径：９０μｍ）を用いた。絶縁被膜用の塗料として、ポリウレタン樹脂系のエナメル塗料を用い、図示しない絶縁被膜焼付装置により厚さ１５μｍのポリウレタン被膜６を連続的に焼付け、絶縁被膜付きタングステン線を作製した。次に、定尺切断装置で３０ｍｍ長さに切断した。次に、絶縁被膜付きタングステン線を図４に示す態様で所定の治具に俵積みして固定し、その先端ＡをＶ溝加工した。Ｖ溝加工は超音波切削加工により行い、四角錐は直交する２軸Ｖ溝加工で行い、三角錐は６０度で交差する３軸Ｖ溝加工で行った。Ｖ溝加工では、頂点角度と頂点ピッチＰを種々変化させ、表１に示す形態となるように作製した。なお、得られた四角錐の形態例を図６に示した。図６の中央はタングステン線であり、外周部はポリウレタン樹脂層である。
【００５１】
その後、先端Ａにエキシマレーザを照射し、先端から２．５ｍｍ程度の絶縁被膜６を剥離し、図１に示す態様のプローブ針１を作製した。プローブ針１の後端Ｂは研削加工装置により半球形状に研削加工した。また、絶縁被膜６を剥離した後の先端Ａには、プローブ針先端Ａの酸化を防止し且つ電極１１との接触抵抗値を低減するために、厚さ０．５μｍのパラジウムめっきを電気めっきにより形成した。こうしてＮｏ．１〜２０の試料を作製した。
【００５２】
（測定及び結果）
上記のようにして得た各試料を図５に示すプローブユニット１０に装着し、電極材料が半田（スズ６３％、鉛３７％）からなるでバンプ（直径８０μｍ）の電極１１に対し、コンタクト荷重を１０ｇとして繰り返し接触させ、そのときの接触抵抗値、電極外観傷、電極材料付着を評価した。また、その結果を基にして総合評価を行った。接触抵抗値はマルチメーターで測定し、プローブ針１と電極１１とを前記荷重で１０００回接触させた後の接触抵抗値が１．５Ω以上のときを「×」とし、１．５Ω未満のときを「○」とした。また、電極外観傷は、上記同様、１０００回接触させた後の電極１１を３００倍に拡大した顕微鏡で観察し、許容できる傷（傷の最大幅が１０μｍ未満）である場合は「○」とし、許容できない傷（傷の最大幅が１０μｍ以上）である場合は「×」とした。また、電極材料付着も、上記同様、１０００回接触させた後のプローブ針先端Ａを顕微鏡で観察し、全く付着していないか電極材料色が付く程度に僅か付着していた場合を「○」とし、角錐の輪郭が変わる程度に付着していた場合を「×」とした。結果を表１にまとめた。
【００５３】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のプローブ針１を示す模式的な概略図である。
【図２】本発明のプローブ針１の先端Ａの突起２Ａが四角錐である場合の一例を示す概略図である。
【図３】本発明のプローブ針１の先端Ａの突起２Ｂが三角錐である場合の一例を示す概略図である。
【図４】本発明のプローブ針１の先端Ａの突起２を形成する工程の説明図である。
【図５】本発明のプローブ針１を装着したプローブユニット１０の構成例を示す模式的な構成図である。
【図６】本発明のプローブ針１の先端形状を示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００５５】
１ プローブ針
２，２Ａ，２Ｂ 突起
３ 頂点
４ 谷部
５ 金属導体
６ 絶縁被膜
７ 段差部（当接部）
Ａ 先端
Ｂ 後端
Ｐ ピッチ
Ｆ 加重
１１ 電極
１２ 被測定体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先端を被測定体の電極に所定荷重で接触させてその被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等に使用される高密度実装基板、又は、パソコン等に組み込まれるＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）等のＩＣパッケージ基板等、様々な回路基板が多く用いられている。このような回路基板は、実装の前後の工程において、例えば直流抵抗値の測定や導通検査等が行われ、その電気特性の良否が検査されている。電気特性の良否の検査は、電気特性を測定する検査装置に接続された検査装置用治具（以下、「プローブユニット」という。）を用いて行われ、例えば、プローブユニットに装着されたピン形状のプローブ針（コンタクトプローブともいう。）の先端を、その回路基板（以下「被測定体」ともいう。）の電極に接触させることにより行われている（例えば特許文献１を参照。）。
【０００３】
ところで、被測定体の電極はその表面に酸化膜等の絶縁膜が形成され易く、プローブ針を電極に単に接触させただけでは両者間の抵抗値（以下、「接触抵抗値」という。）が高過ぎて正確な検査ができないことがある。そこで、先端を針状に加工したプローブ針が提案されているが、そのプローブ針は、その先端が電極表面の絶縁膜を容易に突き破るので、プローブ針と電極とが確実に接触して接触抵抗値が低下し、その結果、検査の正確性を向上させることができる。しかしながら、こうしたプローブ針は、針状の先端が被測定体の電極に深く突き刺さることがあり、電極に大きな傷が付きやすく、電極が変形し易いという問題が発生すると同時に、その電極材料がプローブに付着し、繰り返し測定での安定性が低下するといった問題がある。
【０００４】
こうした問題に対し、先端が平面状や曲面状のプローブ針を用いれば電極への傷等の発生を防ぐことができるが、このプローブ針は、被測定体の電極との間の接触抵抗値を十分に低下させることができない。そこで、例えば特許文献２には、先端に四角錐状突起を格子状に形成したプローブ針が提案されている。このプローブ針を用いることにより、格子状の四角錐状突起が被測定体の電極上に接触する際に荷重を分散することができるので、プローブ針の先端に設けられためっき層の摩耗を抑制して長期間使用が実現できるとされている。
【特許文献１】特開２００２−１３１３３４号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献２に記載のプローブ針は、当該文献中にも記載のように、突起が電極上の絶縁膜を突き破って接触抵抗値を下げるものではなく、複数の突起によって接触時の荷重を分散させるものであり、具体的には突起先端の高さを変えたり突起先端に微小平坦部を形成したりしてめっき層の摩耗を防いで長期間の使用を実現している。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載のプローブ針は、電極に対する接触荷重を分散でき、プローブ針先端のめっき層の摩耗の進行は遅らせることができるかもしれないが、被測定体の電極表面に形成された酸化膜が比較的厚くなっていた場合にその電極との接触抵抗値を下げることができず、正確な電気的特性を測定することができないという難点がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決したものであって、その目的は、先端を被測定体の電極に接触させてその被測定体の電気的測定を行うためのプローブ針において、被測定体に大きな傷を付けることなく被測定体の電気的特性を安定して測定することができ、且つ被測定体の構成材料がプローブ針の先端に付着するのを抑制できるプローブ針を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そうしたプローブ針を歩留まりよく安定して製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明のプローブ針は、先端を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針であって、前記先端には、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起が、４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、上記頂点角度の範囲で四角錐又は三角錐の突起先端が形成されているので、被測定体の電極表面に酸化膜が形成されている場合であってもその酸化膜を突き破って接触抵抗値を下げることができ、被測定体の電気的特性を測定することができる。さらに、そうした頂点角度は、被測定体の電極材料（例えば半田材料）がプローブ針先端に転写されない角度範囲であるので、プローブ針の先端が電極材料で汚染されず、長期間の使用が可能となる。さらに、そうした四角錐又は三角錐の突起が上記ピッチの範囲内でマトリクス状に形成されているので、複数の突起が被測定体の電極表面に同時に接触して電極への接触圧力を分散することができる。その結果、酸化膜を突き破ることが可能な突起が、被測定体の電極に大きな傷を付けたり変形させたりすることがない。したがって、本発明によれば、被測定体の電極に対する接触抵抗値を下げて被測定体の正確な電気的特性を測定することができるとともに、被測定体の電極を傷つけ難く、しかも、プローブ針先端に電極材料が転写して接触抵抗値が上がるのを防ぐことができるので、プローブ針を用いた繰り返し測定を安定且つ正確に行うことができる。
【００１０】
本発明のプローブ針において、少なくとも前記先端が、金めっき、パラジウムめっき、ロジウムめっき及びニッケルめっきから選ばれる少なくとも１種を有するように構成してもよい。
【００１１】
本発明のプローブ針において、前記プローブ針の先端部以外が絶縁被膜で覆われているように構成してもよい。
【００１２】
上記課題を解決する本発明のプローブ針の製造方法は、先端を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針の製造方法であって、金属導体の外周に絶縁被膜が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、前記絶縁被膜付き金属導体の少なくとも一方の先端に、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起を４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成する突起形成工程と、前記突起が形成されたプレプローブ針の先端部の絶縁被膜を剥離する工程と、前記絶縁被膜が剥離された露出部にめっき層を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、突起形成工程が絶縁被膜剥離工程の前にあるので、金属導体の先端が絶縁被膜で包まれた状態下で突起が加工される。その結果、加工時に金属導体にバリが生じにくく、その後に絶縁被膜を剥離すれば、そのまま金属めっき工程に投入できる。したがって、本発明のプローブ針の製造方法によれば、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起が４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成されている先端を有するプローブ針を、バリ取り等の余計な工程を経ることなく効率的に製造することができる。なお、「プレプローブ針」とは、完成品前のプローブ針中間品のことである。
【００１４】
本発明のプローブ針の製造方法は、前記突起形成工程において、前記四角錐からなる突起を直交する２軸Ｖ溝加工で行い、前記三角錐からなる突起を６０度で交差する３軸Ｖ溝加工で行うように構成することが好ましい。
【００１５】
本発明のプローブ針の製造方法は、前記準備工程において、前記絶縁被膜付き金属導体は、長尺の金属導体の外周に絶縁被膜を連続塗布して絶縁被膜付き長尺導体を形成する工程と、該絶縁被膜付き長尺導体を所定長さに切断する工程とを経て準備されるように構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のプローブ針によれば、（１）被測定体の電極表面に酸化膜が形成されている場合であってもその酸化膜を突き破って接触抵抗値を下げることができ、被測定体の電気的特性を正確に測定することができ、（２）プローブ針の先端が電極材料で汚染されず、長期間の使用が可能となり、（３）複数の突起が被測定体の電極表面に同時に接触して電極への接触圧力を分散することができ、酸化膜を突き破ることが可能な突起が被測定体の電極に大きな傷を付けたり変形させたりすることがない。したがって、本発明によれば、プローブ針を用いた繰り返し測定を安定且つ正確に行うことができる。
【００１７】
本発明のプローブ針の製造方法によれば、加工時に金属導体にバリが生じにくく、その後に絶縁被膜を剥離すればそのまま金属めっき工程に投入できるので、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起が４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成されている先端を有するプローブ針を、バリ取り等の余計な工程を経ることなく効率的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のプローブ針及びその製造方法について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
（プローブ針）
図１は本発明のプローブ針１を示す模式的な概略図である。図２は本発明のプローブ針１の先端Ａの突起２Ａが四角錐である場合の一例を示す概略図であり、図３は本発明のプローブ針１の先端Ａの突起２Ｂが三角錐である場合の一例を示す概略図である。本発明のプローブ針１は、図１に示すように、先端Ａを被測定体１２の電極１１（図５を参照）に接触させてその被測定体１２の電気的特性を測定するためのプローブ針である。そして、このプローブ針１の先端Ａには、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起２が、４μｍ以上２０μｍ以下のピッチＰでマトリクス状に形成されている。
【００２０】
金属導体５としては、高い導電性と高いばね性を有する金属線（「金属ばね線」ともいう。）が用いられる。金属導体５に用いられる金属としては、広い弾性域を持つ金属を挙げることができ、例えばベリリウム銅、りん青銅、銅銀合金等の銅合金、タングステン、レニウムタングステン、鋼（例えば高速度鋼：ＳＫＨ）等を好ましく用いることができる。こうした金属導体５は、通常、上記の金属が所定の径の線状導体となるまで冷間又は熱間伸線等の塑性加工が施される。その長さは特に限定されず、仕様に応じた長さであればよい。また、金属導体５の直径も特に限定されないが、最近の被測定体１２に設けられた電極１１の狭ピッチ化に対応できるように、２０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲内から好ましく選択される。
【００２１】
金属導体５の先端Ａには、所定の形状からなる突起２が所定のピッチＰでマトリクス状に設けられている。図２に示す突起２Ａは四角錐形状であり、図３に示す突起２Ｂは三角錐形状である（これらを総称するときは単に「突起２」という。）。通常は、図２及び図３に示すように、正四角錐や正三角錐であることが好ましいが、頂点３が角錐の中心からずれた形状、すなわち四角錐や三角錐が傾斜したような態様で形成されていてもよい。
【００２２】
突起２の頂点角度は、３５度以上１２５度以下の範囲内であることが望ましい。こうした範囲内の頂点角度を持つ突起２は、被測定体１２の電極１１表面に電気抵抗の高い酸化膜が形成されている場合に、その酸化膜を突き破って電極１１自体に接触して接触抵抗を低下させるので、被測定体１２の電気的特性を正確に測定することができる。さらに、上記範囲の頂点角度は、被測定体１２の電極を構成する電極材料（例えば半田材料）がプローブ針１の先端Ａに転写されない角度範囲であるので、プローブ針１の先端Ａが電極材料で汚染されず、長期間の繰り返し測定を可能とし、安定した長期使用が可能となる。
【００２３】
突起Ａの頂点角度が３５度未満の場合は、プローブ針１の先端Ａが電極１１に突き刺さり易く、その結果、突き刺さった状態から引き抜く時のせん断応力が強くなるため、電極１１を構成する電極材料がプローブ針１の先端Ａに転写して付着しやすいという問題がある。こうした電極材料（例えば半田等）の付着は、電極材料の微粉末がプローブ針１の先端Ａを汚染することになるので、その微粉末が酸化して接触抵抗を上昇させる原因となる。一方、突起Ａの頂点角度が１２５度を超える場合は、プローブ針１の先端Ａが電極１１表面の酸化膜を突き破ることが困難になり、電極１１との接触抵抗値が上がって被測定体１２の正確な電気的特性を評価できないことがある。
【００２４】
突起Ａの頂点角度のより好ましい範囲は、４０度以上１２０度以下である。この範囲の頂点角度は、さらに電極材料が転写し難く、電極表面の酸化膜を容易に突き破ることができるという特徴的な効果を奏する。特に四角錐からなる突起２Ａでは、４０度以上１１０度以下が好ましく、三角錐からなる突起２Ｂでは、５０度以上１２０度以下が好ましい。
【００２５】
突起２の頂点３は、酸化膜を突き破ることができる程度に鋭角であることが好ましく、具体的には、その頂点３は平坦部や曲面部は有さず、尖っていることが望ましい（図６を参照）。なお、電極１１としては、通常、銅パッド上に半田が載っているものを挙げられるが、これに限定されず、金パッドやアルミパッド等の電極１１を挙げることができる。本発明のプローブ針１は、こうした電極１１に接触させるものとして好ましく用いられる。
【００２６】
突起Ａの頂点角度は、四角錐においては、四角錐を構成する対抗する傾斜面間の角度として測定した値で定義される。一方、三角錐においては、三角錐を構成する１つの傾斜面と、頂点３を挟んで対抗する２つの傾斜面の稜線との角度として測定した値で定義される。なお、こうした頂点角度の代わりに、突起２が平面上に形成されているとした場合の仮想面と、四角錐を構成する傾斜面との角度として表したり、その仮想面と、三角錐を構成する傾斜面との角度として表したりすることができる。こうした角度で表せば、７２．５度（頂点角度３５度に対応）〜２７．５度（頂点角度１２５度に対応）の範囲を示すことができる。
【００２７】
突起２はプローブ針１の先端Ａにマトリクス状に形成されている。具体的には、図２に示すように所定のピッチＰで、９０度で交差する方向に配列されている。また、図３に示すように所定のピッチＰで、６０度の角度で交差するそれぞれの方向に配列されている。突起２のピッチＰは、４μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。このとき、ピッチＰは、図２に示す四角錐がマトリクス状に形成されている場合には、隣り合う四角錐の頂点間の距離で表すことができ、図３に示す三角錐がマトリクス状に形成されている場合には、最も近い三角錐間の頂点３を、一辺が平行となる方向の直交方向で測定した値で表すことができる。なお、ここでは、頂点３，３間の距離で表しているが、谷部間の距離で表してもよい。特に好ましいピッチＰは、接触抵抗低減と被測定体電極へのキズを目立たなくさせるという観点から、７μｍ以上１５μｍ以下である。
【００２８】
突起２のピッチＰが上記範囲で二次元平面状に形成されることにより、プローブ針先端Ａの複数の突起２が電極１１の表面に同時に接触する。その結果、プローブ針先端Ａが電極１１に接触する際の接触圧力を複数の突起２に分散することができる。そのため、酸化膜を突き破ることが可能な突起２が、被測定体１２の電極１１に大きな傷を付けたり変形させたりすることがない。しかも、圧力分散した状態でも、プローブ針先端Ａの複数の突起２が酸化膜の多数箇所を突き破ることができるので、プローブ針１と電極１１間の接触抵抗値を低下させることができ、その結果、長期間安定した電気的特性の測定を行うことができる。
【００２９】
突起２のピッチＰが４μｍ未満の場合は、突起２の間隔が細かすぎて接触圧力が多くの突起２に分散し過ぎるため、一つの頂点３に対する接触圧力が低下してしまい、前記した酸化膜を突き破ることが困難になる。一方、突起２のピッチＰが２０μｍを超える場合は、突起２の間隔が粗すぎて接触圧力が複数の突起２に集中し過ぎるため、一つの頂点３に対する接触圧力が増してしまい、電極１１に大きな傷を付けたり変形させたりすることがある。こうした接触圧力の過度の上昇は、突起２の頂点３が電極へ深く突き刺さり易くなるため、電極材料がプローブ針１に付着し易くなり、接触抵抗値が上昇する要因の一つとなる。
【００３０】
上記ピッチＰは突起２の頂点間の距離であるが、突起２の形成態様として突起密度で表してもよい。例えば頂点ピッチが１０μｍの四角錐の場合はおよそ１００００個／ｍｍ２であるので、上記４μｍ以上２０μｍのピッチＰで形成された突起２の密度は、６２５００個／ｍｍ２以上２５００個／ｍｍ２以下と表すことができる。
【００３１】
こうした特徴的な先端形状を備えた本発明のプローブ針１は、被測定体１２の電極１１に対する接触抵抗値を下げて被測定体１２の正確な電気的特性を測定することができるとともに、その電極１１を傷つけ難く、しかも、プローブ針先端Ａに電極材料が転写して接触抵抗値が上がるのを防ぐことができるので、プローブ針１を用いた繰り返し測定を安定且つ正確に行うことができるという格別の効果を奏する。さらに、被測定体１２の電極１１が半田バンプの場合、コンタクト位置がバンプ中心から若干外れた場合であっても、プローブ針先端Ａの突起２が半田バンプ上でグリップし、半田バンプからプローブ針１がずり落ちる（外れる）ことがない。
【００３２】
上記先端Ａの反対側の端部である後端Ｂの形状は特に限定されず、上記のような突起２と同じ形状であってもよいし、一般的な円錐形状、頂点に半球形状を有する円錐形状、頂点に平坦形状を有する円錐形状、等から選ばれるいずれかであってもよい。ここでいう「半球形状」、「円錐形状」は、正確な半球や円錐を含むが、略円錐や略半球も含む。なお、電解研磨や湿式エッチング処理で端部Ｂを処理してもよく、その場合は、その後端Ｂの形状はやや丸みを帯びた形状となるが、こうした形状に必ずしも限定されない。
【００３３】
絶縁被膜６は、金属導体５の外周に設けられており、プローブ針１が後述するプローブユニット１０に装着された場合に、隣接するプローブ針１との電気的な接触を防いで短絡を防止するように作用する。なお、絶縁被膜６は、金属導体５の外周上に長手方向に亘って設けられていればよく、直接設けられていてもよいし、他の層を介して設けられていてもよい。なお、先端Ａと後端Ｂは、それぞれ電極１１とリード線５０に接触するので、絶縁被膜６は端部から所定の長さだけ剥離されている。
【００３４】
絶縁被膜６は、絶縁性を有する被膜であれば特に限定されないが、ポリウレタン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂から選ばれるいずれか１種であることが好ましい。なお、通常は一種類の樹脂により形成される。これらの樹脂からなる絶縁被膜は耐熱性が異なるので、検査の際に発生する熱を考慮して任意に選択することができる。例えば、より耐熱性が要求される場合には、絶縁被膜６がポリエステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等で形成されることが好ましい。なかでも、絶縁被膜６が焼付けエナメル被膜として形成されることが好ましい。焼付けエナメル被膜は、後述するように塗料の塗布と焼付けの繰り返しにより連続工程で形成されるので、生産性がよく、金属導体５との間の密着性が高く且つ被膜強度をより高いものとすることができる。
【００３５】
絶縁被膜６は、隣接するプローブ針１同士の短絡を防ぐために設けられるが、本発明においては、図５に示すように、その絶縁被膜６の先端Ａ側の端面である段差部７が、プローブユニット１０のガイドプレート２０に引っ掛かってプローブ針１の落下を防止する作用又はプローブ針１を係止する作用を有することが好ましい。そうした作用を奏する段差部７を形成するための絶縁被膜６の厚さは金属導体５の直径によっても異なるが、例えば５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【００３６】
プローブ針の先端Ａ又は後端Ｂには、金属導体５と、被測定体１２又は検査装置のリード線５０との接触抵抗値の上昇を抑制するために、めっき層が設けられていてもよい。めっき層を構成する金属としては、金、パラジウム、ロジウム、ニッケル等の金属や金合金等の合金を挙げることができる。めっき層は、単層であってもよいし複層であってもよい。複層のめっき層としては、ニッケルめっき層上に金めっき層が形成されたものを好ましく挙げることができる。こうしためっき層は、プローブ針の先端が酸化するのを防ぐので、更に安定した接触抵抗を得ることができ、より長期間の安定測定が可能になる。
【００３７】
また、プローブ針１をプローブユニット１０に装着し易くするという観点からは、金属導体５の真直度が高いことが好ましく、具体的には真直度が曲率半径Ｒで１０００ｍｍ以上であることが好ましい。真直度の高い金属導体５は、通常、絶縁被膜６が設けられる前に予め直線矯正処理をすることにより得ることができる。ここでの直線矯正処理は、例えば回転ダイス式直線矯正装置等によって行われる。また、プローブ針１の長さも特に限定されないが、通常、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下程度である。
【００３８】
（プローブ針の製造方法）
次に、本発明のプローブ針の製造方法について説明する。本発明のプローブ針１の製造方法は、上記本発明のプローブ針１の製造方法であって、金属導体５の外周に絶縁被膜６が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、その絶縁被膜付き金属導体の少なくとも電極側の先端Ａに、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起２を４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成する突起形成工程と、突起２が形成されたプレプローブ針の先端部の絶縁被膜６を剥離する工程と、絶縁被膜６が剥離された露出部にめっき層を形成する工程とを少なくとも有する。なお、「プレプローブ針」とは、完成品前のプローブ針中間品のことである。以下、順に説明する。
【００３９】
絶縁被膜付き金属導体の準備工程は、金属導体５の外周に絶縁被膜６が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程である。この絶縁被膜付き金属導体は、購入品で準備してもよいし、長尺の金属導体５の外周に絶縁被膜６を連続塗布して絶縁被膜付き長尺導体を形成する工程と、その絶縁被膜付き長尺導体を所定長さに切断する工程とを経て準備してもよい。また、金属導体５を所定の直径に加工する塑性加工工程が含まれていてもよい。絶縁被膜６の連続塗布は、金属導体５の外周に絶縁被膜６をエナメル線製造装置を用いて焼付けエナメルを形成する工程で行ってもよい。また、所定の長さに切断した後においては、プローブ針１の後端Ｂを研削加工したりレーザ照射したりしてリード線５０に接触する部分の絶縁被膜６を除去し、金属導体５を露出させるようにしてもよい。
【００４０】
突起形成工程は、その絶縁被膜付き金属導体の少なくとも電極側の先端Ａに、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起２を４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成する工程である。この突起形成工程では、四角錐からなる突起２Ａは直交する２軸Ｖ溝加工で行い、三角錐からなる突起２Ｂは６０度で交差する３軸Ｖ溝加工で行うことが好ましい。こうした溝加工は、加工する金属導体５の材質によって適当な手段を用い、例えば超音波切削加工や、回転砥石加工等の精密機械加工手段を採用して行うことができる。こうして、図２及び図３に示すマトリクス状の突起２Ａ，２Ｂを加工することができる。
【００４１】
なお、本発明では、そうした突起２Ａ，２Ｂの形成工程を、絶縁被膜６が金属導体５の外周端まで覆った状態（切断端面である先端には絶縁被膜６はない。）でＶ溝加工することにも特徴がある。図４は、絶縁被膜付き金属導体の先端にＶ溝加工するときの形態図である。Ｖ溝加工するにあたっては、図４に示すように、絶縁被膜付き金属導体を俵積みし、少なくとも一方又は二方の側から圧力Ｆを加えて絶縁被膜付き金属導体がＶ溝加工中にずれないように固定する。本発明では、金属導体５の先端側の外周端まで絶縁被膜６が覆われているので、圧力Ｆを加えたとき、金属導体５に比べて弾性のある絶縁被膜６が隣接する絶縁被膜付き金属導体が有する絶縁被膜６に押し当たることによりその接点８が弾性変形し、相互にグリップする。その結果、絶縁被膜付き金属導体の先端はＶ溝加工時にずれが生じないので正確なＶ溝加工を行うことができる。また、絶縁被膜６が金属導体５に密着した状態で外周を覆っているので、Ｖ溝加工時に金属導体のダレが発生するのを防ぐことができ、さらに、金属導体の周縁にバリが生じるのを防ぐことができるという従来技術には見られない効果がある。
【００４２】
絶縁被膜剥離工程は、突起２が形成されたプレプローブ針の先端部の絶縁被膜６を剥離する工程である。このときの剥離は、所定の長さを正確に剥離することができればその手段は特に限定されないが、例えばレーザによる剥離であっても、機械的な剥離であってもよい。この剥離工程によって、図１に示す段差部７を形成することができる。その段差部７はプローブユニット１０のガイドプレート２０に当たってプローブ針１の落下を防ぐように作用する。
【００４３】
めっき層形成工程は、絶縁被膜６が剥離された露出部にめっき層を形成する工程である。めっき層は、上記種類の中から選択されためっき液を用い、電気めっき法又は無電解めっき法等の湿式めっきで形成することができる。また、蒸着やスパッタリング等のいわゆるＰＶＤ法（乾式めっき）で成膜してもよい。
【００４４】
以上説明しように、本発明のプローブ針１の製造方法によれば、突起形成工程が絶縁被膜剥離工程の前にあるので、金属導体５の先端Ａが絶縁被膜６で包まれた状態下で突起２が加工される。その結果、加工時に金属導体５の周縁にバリが生じにくく、その後に絶縁被膜６を剥離すれば、バリ取り処理等を行わずにそのまま金属めっき工程に投入できる。したがって、本発明のプローブ針１の製造方法によれば、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起２が４μｍ以上２０μｍ以下のピッチＰでマトリクス状に形成されている先端Ａを有するプローブ針１を、バリ取り等の余計な工程を経ることなく効率的に製造することができる。
【００４５】
（プローブ針の使用方法）
次に、上述した本発明のプローブ針１を用いた電気特性の検査方法について、図５を参照して説明する。本発明のプローブ針１は、プローブユニット１０に装着されて回路基板等の被測定体１２の電気特性の良否の検査に利用される。プローブユニット１０は、図５に示すように、複数本から数千本のプローブ針１と、プローブ針１を被測定体１２の電極１１にガイドするプレート２０と、プローブ針１を検査装置のリード線５０にガイドするプレート３０とを備えている。検査装置側のプレート３０は、プローブ針１の直径よりも若干大きい案内穴３１を有し、その案内穴３１は一本一本のプローブ針１をリード線５０にガイドする。被測定体側のプレート２０は、金属導体５の直径よりも若干大きい案内穴２１を有し、その案内穴２１は一本一本のプローブ針１の金属導体５の先端Ａを電極１１にガイドする。
【００４６】
プローブ針１が備える段差部７は、電極１１側のガイドプレート２０に当たってプローブ針１が落下したりしないように保持するように作用する。
【００４７】
プローブユニット１０と被測定体１２は、被測定体１２の電気特性を検査する際、プローブ針１と被測定体１２の電極１１とが対応するように位置制御される。電気特性の検査は、プローブユニット１０又は被測定体１２のいずれかを上下させ、プローブ針１の弾性力を利用して電極１１にプローブ針１の先端Ａを所定の圧力で押し当てることにより行われる。このとき、プローブ針１の後端Ｂはリード線５０に常時又は随時接触し、被測定体１２からの電気信号がそのリード線５０を通って検査装置（図示しない。）に送られる。なお、図５中の符号４０はリード線用の保持板を示す。
【００４８】
本発明のプローブ針１は、従来型プローブ針とは異なり、突起２の形状とピッチＰが特定されることにより従来にない優れて効果を奏するものであるので、プローブユニット１０を動作させてプローブ針１を電極１１に押し当てれば、長期間の安定測定を正確に行うことができる。
【実施例】
【００４９】
本発明について、以下のような実験を行って本発明を更に具体的に説明する。なお、以下の実験結果は一例であって、本発明は以下の実験結果に限定されるものではない。
【００５０】
（実験例）
頂点角度と頂点ピッチＰを種々変化させた試料を多数作製し、実験を行った。先ず、金属導体５として長尺のタングステン線（直径：９０μｍ）を用いた。絶縁被膜用の塗料として、ポリウレタン樹脂系のエナメル塗料を用い、図示しない絶縁被膜焼付装置により厚さ１５μｍのポリウレタン被膜６を連続的に焼付け、絶縁被膜付きタングステン線を作製した。次に、定尺切断装置で３０ｍｍ長さに切断した。次に、絶縁被膜付きタングステン線を図４に示す態様で所定の治具に俵積みして固定し、その先端ＡをＶ溝加工した。Ｖ溝加工は超音波切削加工により行い、四角錐は直交する２軸Ｖ溝加工で行い、三角錐は６０度で交差する３軸Ｖ溝加工で行った。Ｖ溝加工では、頂点角度と頂点ピッチＰを種々変化させ、表１に示す形態となるように作製した。なお、得られた四角錐の形態例を図６に示した。図６の中央はタングステン線であり、外周部はポリウレタン樹脂層である。
【００５１】
その後、先端Ａにエキシマレーザを照射し、先端から２．５ｍｍ程度の絶縁被膜６を剥離し、図１に示す態様のプローブ針１を作製した。プローブ針１の後端Ｂは研削加工装置により半球形状に研削加工した。また、絶縁被膜６を剥離した後の先端Ａには、プローブ針先端Ａの酸化を防止し且つ電極１１との接触抵抗値を低減するために、厚さ０．５μｍのパラジウムめっきを電気めっきにより形成した。こうしてＮｏ．１〜２０の試料を作製した。
【００５２】
（測定及び結果）
上記のようにして得た各試料を図５に示すプローブユニット１０に装着し、電極材料が半田（スズ６３％、鉛３７％）からなるでバンプ（直径８０μｍ）の電極１１に対し、コンタクト荷重を１０ｇとして繰り返し接触させ、そのときの接触抵抗値、電極外観傷、電極材料付着を評価した。また、その結果を基にして総合評価を行った。接触抵抗値はマルチメーターで測定し、プローブ針１と電極１１とを前記荷重で１０００回接触させた後の接触抵抗値が１．５Ω以上のときを「×」とし、１．５Ω未満のときを「○」とした。また、電極外観傷は、上記同様、１０００回接触させた後の電極１１を３００倍に拡大した顕微鏡で観察し、許容できる傷（傷の最大幅が１０μｍ未満）である場合は「○」とし、許容できない傷（傷の最大幅が１０μｍ以上）である場合は「×」とした。また、電極材料付着も、上記同様、１０００回接触させた後のプローブ針先端Ａを顕微鏡で観察し、全く付着していないか電極材料色が付く程度に僅か付着していた場合を「○」とし、角錐の輪郭が変わる程度に付着していた場合を「×」とした。結果を表１にまとめた。
【００５３】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のプローブ針１を示す模式的な概略図である。
【図２】本発明のプローブ針１の先端Ａの突起２Ａが四角錐である場合の一例を示す概略図である。
【図３】本発明のプローブ針１の先端Ａの突起２Ｂが三角錐である場合の一例を示す概略図である。
【図４】本発明のプローブ針１の先端Ａの突起２を形成する工程の説明図である。
【図５】本発明のプローブ針１を装着したプローブユニット１０の構成例を示す模式的な構成図である。
【図６】本発明のプローブ針１の先端形状を示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００５５】
１ プローブ針
２，２Ａ，２Ｂ 突起
３ 頂点
４ 谷部
５ 金属導体
６ 絶縁被膜
７ 段差部（当接部）
Ａ 先端
Ｂ 後端
Ｐ ピッチ
Ｆ 加重
１１ 電極
１２ 被測定体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針であって、
前記先端には、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起が、４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成されていることを特徴とするプローブ針。
【請求項２】
少なくとも前記先端が、金めっき、パラジウムめっき、ロジウムめっき及びニッケルめっきから選ばれる少なくとも１種を有する、請求項１に記載のプローブ針。
【請求項３】
前記プローブ針の先端部以外が絶縁被膜で覆われている、請求項１又は２に記載のプローブ針。
【請求項４】
先端を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針の製造方法であって、
金属導体の外周に絶縁被膜が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、
前記絶縁被膜付き金属導体の少なくとも一方の先端に、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起を４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成する突起形成工程と、
前記突起が形成されたプレプローブ針の先端部の絶縁被膜を剥離する工程と、
前記絶縁被膜が剥離された露出部にめっき層を形成する工程と、
を有することを特徴とするプローブ針の製造方法。
【請求項５】
前記突起形成工程において、前記四角錐からなる突起を直交する２軸Ｖ溝加工で行い、前記三角錐からなる突起を６０度で交差する３軸Ｖ溝加工で行う、請求項４に記載のプローブ針の製造方法。
【請求項６】
前記準備工程において、前記絶縁被膜付き金属導体は、長尺の金属導体の外周に絶縁被膜を連続塗布して絶縁被膜付き長尺導体を形成する工程と、該絶縁被膜付き長尺導体を所定長さに切断する工程とを経て準備される、請求項４又は５に記載のプローブ針の製造方法。
【請求項１】
先端を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針であって、
前記先端には、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起が、４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成されていることを特徴とするプローブ針。
【請求項２】
少なくとも前記先端が、金めっき、パラジウムめっき、ロジウムめっき及びニッケルめっきから選ばれる少なくとも１種を有する、請求項１に記載のプローブ針。
【請求項３】
前記プローブ針の先端部以外が絶縁被膜で覆われている、請求項１又は２に記載のプローブ針。
【請求項４】
先端を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定するためのプローブ針の製造方法であって、
金属導体の外周に絶縁被膜が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、
前記絶縁被膜付き金属導体の少なくとも一方の先端に、３５度以上１２５度以下の頂点角度を持つ四角錐又は三角錐からなる突起を４μｍ以上２０μｍ以下のピッチでマトリクス状に形成する突起形成工程と、
前記突起が形成されたプレプローブ針の先端部の絶縁被膜を剥離する工程と、
前記絶縁被膜が剥離された露出部にめっき層を形成する工程と、
を有することを特徴とするプローブ針の製造方法。
【請求項５】
前記突起形成工程において、前記四角錐からなる突起を直交する２軸Ｖ溝加工で行い、前記三角錐からなる突起を６０度で交差する３軸Ｖ溝加工で行う、請求項４に記載のプローブ針の製造方法。
【請求項６】
前記準備工程において、前記絶縁被膜付き金属導体は、長尺の金属導体の外周に絶縁被膜を連続塗布して絶縁被膜付き長尺導体を形成する工程と、該絶縁被膜付き長尺導体を所定長さに切断する工程とを経て準備される、請求項４又は５に記載のプローブ針の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１９８２３８（Ｐ２００９−１９８２３８Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３８５８４（Ｐ２００８−３８５８４）
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【出願人】（０００００３４１４）東京特殊電線株式会社 (173)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【出願人】（０００００３４１４）東京特殊電線株式会社 (173)
【Ｆターム（参考）】
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