專利名稱：觸針、使用該觸針的探針卡以及電子零件試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過與電子零件的端子接觸來向該電子零件提供信號的觸針、使用該觸針的探針板以及電子零件試驗裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)制造具有半導(dǎo)體集成電路的IC器件等電子零件時，不僅經(jīng)過切片、引線接合以及封裝等諸步驟的完成品的階段(后步驟)，通常在半導(dǎo)體片的階段(前步驟)中還進行集成電路的動作測試，據(jù)此，能提高制造成品率。
在晶片狀態(tài)的測試中，通過使探針板上設(shè)置的多個觸針與晶片上制造的端子分別電接觸，進行電信號的交換，進行試驗。
作為在這樣的晶片狀態(tài)的測試中使用的觸針，從以往就知道在由鋼材構(gòu)成的母材的表面電鍍金合金等低硬度的金屬材料，提高接觸時與晶片的端子的緊貼性的觸針。
但是，這樣的觸針因為該金屬材料柔軟，所以與端子的接觸容易產(chǎn)生變形，存在著耐久性差的問題。
而作為耐久性優(yōu)異的觸針，例如以往就知道使用鎢合金等高硬度的金屬材料而構(gòu)成的觸針。
通常在晶片的端子上形成氧化膜，在接觸時觸針破壞該氧化膜，到達端子。此時，在所述觸針中，作為全體由高硬度材料構(gòu)成的結(jié)果，與氧化膜的接觸面積必然增大，所以接觸時作用的按壓力無法有效地幫助破壞氧化膜，存在著難以確保觸針和端子的穩(wěn)定接觸的問題。另外，在具有數(shù)千以上觸針的探針板中，有時由于與端子的接觸時作用的按壓力，探針板自身彎曲。此時，容易產(chǎn)生與晶片的端子的接觸不良，所以希望能以更小的按壓力確保與端子的穩(wěn)定接觸的觸針。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題的存在，本發(fā)明的目的在于提供一種耐久性優(yōu)異，并且能以小的按壓力來確保與端子穩(wěn)定接觸的觸針、使用該觸針的探針板以及電子零件試驗裝置。
為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供一種觸針，用于與電子零件的端子接觸并向所述電子零件提供信號，它包括由硬度高的第一導(dǎo)電性材料構(gòu)成的第一導(dǎo)電層；由比所述第一導(dǎo)電性材料的硬度低的第二導(dǎo)電性材料構(gòu)成的第二導(dǎo)電層。(參照權(quán)利要求1)在本發(fā)明中，通過由高硬度的第一導(dǎo)電性材料構(gòu)成的第一導(dǎo)電層破壞電子零件的端子上形成的氧化膜。此時，除了第一導(dǎo)電層，還設(shè)置由比第一導(dǎo)電性材料的硬度低的第二導(dǎo)電性材料構(gòu)成的第二導(dǎo)電層，能使接觸時作用的按壓力集中在第一導(dǎo)電層上，能以小的按壓力確保觸針與端子的穩(wěn)定接觸。
另外，在本發(fā)明中，在觸針與端子接觸時，通過高硬度的第一導(dǎo)電層能防止由接觸引起的第二導(dǎo)電層的變形，所以能確保觸針的優(yōu)異耐久性。
在所述發(fā)明中，雖然未特別限定，但是希望所述第一導(dǎo)電性材料對于所述電子零件的端子上形成的氧化膜，具有相對高的硬度(參照權(quán)利要求2)。
據(jù)此，第一導(dǎo)電層能良好地破壞電子零件的端子上形成的氧化膜，到達該端子表面，電接觸。
在所述發(fā)明中，雖然未特別限定，但是希望所述第二導(dǎo)電性材料對于所述電子零件的端子上形成的氧化膜，具有相對低的硬度(參照權(quán)利要求3)。
據(jù)此，第一導(dǎo)電層比第二導(dǎo)電層容易磨損，伴隨著與端子的多次按壓接觸，在觸針的頂端部，第一導(dǎo)電層成為突出的形狀，所以容易使接觸時外加的按壓力集中在第一導(dǎo)電層上。
在所述發(fā)明中，雖然未特別限定，但是具體而言，在所述觸針的晶片一側(cè)的頂端面，所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層一起露出(參照權(quán)利要求4)。
在所述發(fā)明中，雖然未特別限定，但是所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層相比形成在外側(cè)(參照權(quán)利要求5)，所述第一導(dǎo)電層緊貼著所述第二導(dǎo)電層的外側(cè)而形成(參照權(quán)利要求6)。
通過采用這樣的配置，能小的按壓力更有效地確保觸針與端子的穩(wěn)定接觸。
在所述發(fā)明中，雖然未特別限定，但是希望所述觸針形成為頂端變細的錐形(參照權(quán)利要求7)。
據(jù)此，在觸針和端子的接觸時，高硬度的第一導(dǎo)電層進入端子，能良好地破壞氧化膜。
在所述發(fā)明中，雖然未特別限定，但是還具有所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層形成在外側(cè)的母材，該母材的頂端從所述觸針的所述頂端面開始隔開給定間隔，所述母材配置在所述觸針的內(nèi)部(參照權(quán)利要求8)。
據(jù)此，即使觸針的頂端部磨損，也能使新的第一以及第二導(dǎo)電層在頂端面露出，所以能維持觸針的頂端部的穩(wěn)定的形狀，能實現(xiàn)長使用壽命。
在所述發(fā)明中，雖然未特別限定，但是至少具有多層所述第一導(dǎo)電層或所述第二導(dǎo)電層的一方(參照權(quán)利要求9)。
據(jù)此，能取得各導(dǎo)電層間的良好的緊貼性和機械強度，所以對于多頻度的反復(fù)的按壓應(yīng)力，能維持第一導(dǎo)電層的頂端形狀，能謀求觸針的長使用壽命。
另外，為了實現(xiàn)所述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種探針板，包括與電子零件試驗裝置的測試頭電連接的上述的觸針、在一主面上設(shè)置所述觸針的襯底，使所述觸針與電子零件的端子接觸來試驗所述電子零件(參照權(quán)利要求10)。
為了實現(xiàn)所述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種電子零件試驗裝置，具有與所述探針板電連接的測試頭(參照權(quán)利要求11)。
據(jù)此，能提供使用耐久性優(yōu)異，并且能以少的按壓力確保與端子的穩(wěn)定接觸的觸針的探針板以及電子零件試驗裝置。


下面簡要說明附圖。
圖1是表示本發(fā)明實施例1的探針板的平面圖。
圖2是表示圖1所示的探針板的側(cè)視圖。
圖3是表示圖1所示的探針板的背面圖。
圖4是表示圖1所示的探針板的各構(gòu)成構(gòu)件的分解立體圖。
圖5是表示圖1所示的探針板的基本構(gòu)造的分解立體圖。
圖6是表示觸針的單體構(gòu)造的局部剖視圖。
圖7是圖6的VII部的局部立體圖。
圖8是沿著圖7的VIII-VIII線的剖視圖。
圖9是表示本發(fā)明實施例2的觸針的頂端的局部立體圖。
圖10是沿著圖9的X-X線的剖視圖。
圖11是表示本發(fā)明實施例3的觸針的頂端的局部立體圖。
圖12是沿著圖11的XII-XII線的剖視圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)

本發(fā)明實施例。
本發(fā)明實施例1的探針板如圖1～圖5所示，包括印刷電路板10；設(shè)置在印刷電路板10的測試頭一側(cè)的加強板(增強構(gòu)件)20；設(shè)置在印刷電路板10的測試頭的相反一側(cè)的上下2個探針引導(dǎo)裝置30、40；由探針引導(dǎo)裝置30、40支撐的多個觸針50。
該探針板1如圖5所示，與半導(dǎo)體片試驗裝置100的測試頭110電連接，在測試頭110上用電纜連接測試器120。而晶片W由半導(dǎo)體片試驗裝置100的對齊裝置130吸附保持，從而與探針板1相對。對齊裝置130能使晶片W對于探針板相對移動。而且，半導(dǎo)體片試驗裝置100由對齊裝置130對晶片W定位后，分別使探針板1的各觸針50與晶片W上形成的各端子接觸，從而能進行半導(dǎo)體片W的試驗。
該探針板1的探針引導(dǎo)裝置30直接配置在印刷電路板10的測試頭的相反一側(cè)的面(表面)上，構(gòu)成襯底一側(cè)探針引導(dǎo)裝置(以下，把探針引導(dǎo)裝置也稱作襯底一側(cè)探針引導(dǎo)裝置30)。
而探針引導(dǎo)裝置40重疊固定在探針引導(dǎo)裝置30上，構(gòu)成晶片一側(cè)探針引導(dǎo)裝置(以下也把探針引導(dǎo)裝置40稱作晶片一側(cè)探針引導(dǎo)裝置)。
在探針引導(dǎo)裝置30、40中形成與被試驗半導(dǎo)體片對應(yīng)的探針區(qū)31、41。在探針區(qū)31、41中與半導(dǎo)體片的端子的排列對應(yīng)配置多個觸針50。
在襯底一側(cè)探針引導(dǎo)裝置30的周緣部分別交替形成多個螺絲61貫通的通孔32、螺絲62貫通的通孔33。另外，在襯底一側(cè)探針引導(dǎo)裝置30的中心部形成一個螺絲63貫通的通孔34。
在晶片一側(cè)探針引導(dǎo)裝置40的周緣部形成多個螺絲61貫通的通孔42。另外，在晶片一側(cè)探針引導(dǎo)裝置40的中心部內(nèi)側(cè)形成一個與螺絲63螺旋配合的螺絲部43。
兩個探針引導(dǎo)裝置30、40由陶瓷、硅、玻璃等材料構(gòu)成，在本實施例中，由具有與被試驗半導(dǎo)體片的熱膨脹系數(shù)實質(zhì)上相同的熱膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成。
本實施例的印刷電路板10具有比探針引導(dǎo)裝置30、40的直徑還大的薄圓盤形狀。在印刷電路板10的表面中央部，與半導(dǎo)體片的端子的排列對應(yīng)形成多個作為連接端子的焊盤13。另外，在印刷電路板10的背面外周部形成用于進行與測試頭的電信號交換的連接端子14。
在印刷電路板10中，在探針引導(dǎo)裝置30、40的與通孔32、42對應(yīng)的位置形成螺絲61貫通的通孔11，在探針引導(dǎo)裝置30的與通孔33對應(yīng)的位置形成螺絲62貫通的通孔12，這些通孔11、12分別交替形成。另外，在印刷電路板10的中心部形成一個螺絲63貫通的通孔15。
加強板20設(shè)置在印刷電路板10的背面中央部，在本實施例中，作為全體具有盤子的形狀，在周緣部形成法蘭部23。在法蘭部23，在探針引導(dǎo)裝置30、40的與螺絲孔32、42對應(yīng)的位置形成與螺絲61螺旋配合的螺絲孔25，在探針引導(dǎo)裝置30的與螺絲孔33對應(yīng)的位置形成與螺絲62螺旋配合的螺絲孔26，這些螺絲孔25、26分別交替形成。
下面說明2個探針引導(dǎo)裝置30、40上支撐的觸針50。
作為本實施例的觸針50，如圖5和圖6所示，使用垂直型彈簧觸針(彈簧針)。
觸針50由圓筒狀的管53、收藏在其中的導(dǎo)電性螺旋彈簧54、通過螺旋彈簧54的彈力靠向晶片一側(cè)并且停止在管53的上端部的導(dǎo)電性的晶片一側(cè)活塞51、同樣通過螺旋彈簧54的彈力靠向襯底一側(cè)并且停止在管53的下端部的導(dǎo)電性的襯底一側(cè)活塞52構(gòu)成。
這樣的垂直型觸針50能以其自身單體進行處理，所以維護性優(yōu)異。
在襯底一側(cè)探針引導(dǎo)裝置30上，貫通襯底一側(cè)探針引導(dǎo)裝置30形成支撐觸針50的管53，并且用于收藏襯底一側(cè)活塞52的收藏孔30a。另外，在晶片一側(cè)探針引導(dǎo)裝置40中，貫通晶片一側(cè)探針引導(dǎo)裝置40形成支撐觸針50的管53的支撐孔40a、用于引導(dǎo)晶片一側(cè)活塞51的導(dǎo)孔40b。
觸針50的晶片一側(cè)活塞51從晶片一側(cè)探針引導(dǎo)裝置40的導(dǎo)孔40b空出給定量，通過螺旋彈簧54的彈力，能向下彈性后退。而觸針50的襯底一側(cè)活塞52在收藏在襯底一側(cè)探針引導(dǎo)裝置30的收藏孔30a中的狀態(tài)下，通過螺旋彈簧54的彈力，以給定的接觸壓力與印刷電路板10的焊盤13接觸。
在該狀態(tài)下，觸針50的管53的上端部由螺旋彈簧54的彈力付與勢能，與晶片一側(cè)探針引導(dǎo)裝置40的支撐孔40a的上端面接觸。在晶片一側(cè)探針引導(dǎo)裝置40，通過觸針50作用向上方的負載。
本實施例的觸針50的晶片一側(cè)活塞51如圖7和圖8所示，具有由不銹鋼等特殊鋼或銅合金構(gòu)成的母材51a、硬度高的第一導(dǎo)電層51b、比該第一導(dǎo)電層51b硬度低的第二導(dǎo)電層51c，在母材51a的外周面形成第二導(dǎo)電層51c，再與其外側(cè)緊貼把第一導(dǎo)電層51b形成管狀。其頂端部通過研磨處理，加工為第二導(dǎo)電層51c露出。
對形成第二導(dǎo)電層51c的母材51a電鍍第一導(dǎo)電性材料，形成第一導(dǎo)電層51b。作為構(gòu)成第一導(dǎo)電層51b的第一導(dǎo)電性材料，例如能列舉釕、銥、銠、鉻、鎳、氧化鋁、或它們的合金等比形成在電子零件的端子上的氧化膜的硬度更高的導(dǎo)電性材料。
該第一導(dǎo)電層51b具有威氏硬度400Hv以上的硬度，更希望具有威氏硬度500Hv以上的硬度。第一導(dǎo)電層51b具有這樣的硬度，從而能良好地破壞一般的鋁合金制的端子表面形成的氧化膜(Al2O3、威氏硬度400Hv左右)，第一導(dǎo)電層51b到達晶片的端子表面，電接觸。
須指出的是，用高硬度的材料構(gòu)成觸針自身時，機械加工困難，加工性顯著惡劣，但是在本實施例中，母材51a自身由加工性優(yōu)異的材料構(gòu)成，用第一導(dǎo)電性材料對其表面進行電鍍處理，所以能同時實現(xiàn)加工性和高硬度。
對母材51a的表面電鍍第二導(dǎo)電性材料，形成第二導(dǎo)電層51c。作為構(gòu)成第二導(dǎo)電層51c的第二導(dǎo)電性材料，能列舉鈀、鎳、銅、金、鈀鎳、錫或它們的合金等比形成在電子零件的端子上的氧化膜的硬度更低的導(dǎo)電性材料。
第二導(dǎo)電層51c具有威氏硬度400Hv以下的硬度。據(jù)此，在多次按壓接觸中，第二導(dǎo)電層51c比第一導(dǎo)電層51b容易磨損，所以在接觸面50a上，第一導(dǎo)電層51b突出為環(huán)狀。即對于小面積的環(huán)狀的第一導(dǎo)電層51b，按壓力容易集中，所以能以更下的按壓力容易地破壞氧化膜，第一導(dǎo)電層51b到達晶片的端子表面，電接觸。而且即使進行多次按壓接觸，通過高精度的第一導(dǎo)電層51b能維持觸針50的頂端形狀，結(jié)果能實現(xiàn)使用壽命長、能進行穩(wěn)定的電接觸的觸針。
具有這樣的層構(gòu)造的晶片一側(cè)活塞51向著其頂端變細，形成錐形，并且在初始研磨中，使用研磨紙研磨其頂端，第一導(dǎo)電層51b以及第二導(dǎo)電層51c都在觸針50的頂端面50a露出。
在本實施例中，通過使觸針50的頂端為前頭細的錐形，在觸針50和端子的接觸時，高硬度的第一導(dǎo)電層51b以銳角進入，能良好地破壞該端子上形成的氧化膜。
在本實施例中，厚厚地電鍍第二導(dǎo)電層51c，從而母材51a配置在觸針50的內(nèi)部，從觸針50的頂端面50a隔開給定間隔L(參照圖8)。
一般伴隨著與晶片的端子的達數(shù)萬次的按壓接觸，觸針50的頂端部漸漸磨損，但是在本實施例的觸針50中，間隔L的區(qū)間能使在頂端面50a露出新的第一以及第二導(dǎo)電層51b、51c，所以能維持觸針50的頂端部的穩(wěn)定的形狀，能實現(xiàn)長使用壽命。
以上的結(jié)構(gòu)的觸針50與晶片上制作的端子接觸時，首先通過高硬度的第一導(dǎo)電層51b破壞該端子上形成的氧化膜。此時，與氧化膜接觸的突出為環(huán)狀的第一導(dǎo)電層51b是小面積，所以能以更小的按壓力破壞。與此同時，第二導(dǎo)電層51c接觸端子，但是第二導(dǎo)電層51c是低硬度的，所以按壓力的大部分集中作用在第一導(dǎo)電層51b上，結(jié)果以小按壓力就能確保觸針和端子的穩(wěn)定的接觸。
另外，在觸針50和端子的接觸時，通過高硬度的第一導(dǎo)電層51b能防止接觸引起的第二導(dǎo)電層51c的變形，所以能確保觸針50的優(yōu)異的耐久性。
圖9和圖10是表示本發(fā)明實施例2的觸針的頂端的圖。
本發(fā)明實施例2的觸針中，作為第二導(dǎo)電層，具有第二外側(cè)導(dǎo)電層51c1、第二中間導(dǎo)電層51c2、第二內(nèi)側(cè)導(dǎo)電層51c3等合計3層。
對形成第二中間導(dǎo)電層51c2和第二內(nèi)側(cè)導(dǎo)電層51c3的母材51a進行電鍍第二導(dǎo)電性材料等處理來形成第二外側(cè)導(dǎo)電層51c1。同樣，對形成第二內(nèi)側(cè)導(dǎo)電層51c3的母材51a進行電鍍第二導(dǎo)電性材料等處理來形成第二中間導(dǎo)電層51c2，對母材51a的外周面電鍍第二導(dǎo)電性材料，形成第二內(nèi)側(cè)導(dǎo)電層51c3。
組合由鈀、鎳、銅、金、鈀鎳、錫或它們的合金等第二導(dǎo)電性材料中的2種材料構(gòu)成的層，構(gòu)成第二外側(cè)導(dǎo)電層51c1和第二中間導(dǎo)電層51c2，具有同一層構(gòu)造。而第二內(nèi)側(cè)導(dǎo)電層51c3由所述第二導(dǎo)電性材料中的另一種材料構(gòu)成。母材51a以及各電鍍層可以組合使用緊貼性好的材料。
設(shè)置多層第二導(dǎo)電層，取得各電鍍層的良好緊貼強度、機械強度，從而位于最外層，突出為環(huán)狀的第一導(dǎo)電層51b對于多頻度的反復(fù)按壓贏利，能維持其機械的形狀。結(jié)果能實現(xiàn)觸針50的長使用壽命。
圖11和圖12是表示本發(fā)明實施例3的觸針的頂端的圖。
以上說明的結(jié)構(gòu)并不局限于垂直型彈簧觸針(彈簧針)，如同一圖所示，也能對懸臂類型的觸針(針)應(yīng)用。
此時的觸針70與實施例1同樣，具有由不銹鋼等特殊鋼或銅合金構(gòu)成的母材70a、由釕、銥、銠、鉻、鎳、氧化鋁、或它們的合金構(gòu)成的高硬度的第一導(dǎo)電層70b、由鈀、鎳、銅、金、鈀鎳、錫或它們的合金構(gòu)成的低硬度的第二導(dǎo)電層70c，在母材70a的表面，通過電鍍處理形成第二導(dǎo)電層70c，再在其上通過電鍍處理形成第一導(dǎo)電層70b。
該觸針70在初始研磨中，使用研磨紙研磨晶片一側(cè)的面，第一以及第二導(dǎo)電層70b、70c一起露出，在接觸時能同時接觸第一導(dǎo)電層70b和第二導(dǎo)電層70c。
須指出的是，以上所說明的實施例只是為了便于理解本發(fā)明而記載的，并不是為了限定本發(fā)明而記載的。因此，所述實施例中公開的各要素包含屬于本發(fā)明技術(shù)范圍內(nèi)的全部設(shè)計變更或均等物。
權(quán)利要求
1.一種觸針，通過與電子零件的端子接觸來向所述電子零件提供信號，包括由硬度高的第一導(dǎo)電性材料構(gòu)成的第一導(dǎo)電層；和由比所述第一導(dǎo)電性材料的硬度低的第二導(dǎo)電性材料構(gòu)成的第二導(dǎo)電層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針，其中所述第一導(dǎo)電性材料具有比形成在所述電子零件的端子上的氧化膜高的硬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針，其中所述第二導(dǎo)電性材料具有比形成在所述電子零件的端子上的氧化膜低的硬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針，其中在所述觸針的晶片一側(cè)的頂端面上，所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層一起露出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針，其中所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層相比形成在外側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針，其中所述第一導(dǎo)電層緊貼著所述第二導(dǎo)電層的外側(cè)而形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針，其中所述觸針形成為頂端變細的錐形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針，其中還具有所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層形成在外側(cè)的母材；使所述母材的頂端從所述觸針的所述頂端面開始隔開給定間隔來把所述母材配置在所述觸針的內(nèi)部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針，其中具有多層所述第一導(dǎo)電層或所述第二導(dǎo)電層的至少一方。
10.一種探針板，包括與電子零件試驗裝置的測試頭電連接的權(quán)利要求1-9中任意一項所述的觸針和在一主面上設(shè)置有所述觸針的襯底，用于使所述觸針與電子零件的端子接觸來試驗所述電子零件。
11.一種電子零件試驗裝置，具有與權(quán)利要求10所述的探針板電連接的測試頭。
全文摘要
一種觸針(50)，與晶片的端子接觸，用于對該晶片提供信號，包括由具有比晶片的端子上形成的氧化膜更高的硬度的第一導(dǎo)電性材料構(gòu)成的第一導(dǎo)電層(51b)、由具有比所述氧化膜更低的硬度的第二導(dǎo)電性材料構(gòu)成的第二導(dǎo)電層(51c)、在外側(cè)形成第一導(dǎo)電層(51b)以及第二導(dǎo)電層(51c)的母材(51a)，第一導(dǎo)電層(51b)緊貼第二導(dǎo)電層(51c)的外側(cè)形成，在觸針(50)的頂端面(50a)上，第一導(dǎo)電層(51b)以及第二導(dǎo)電層(51c)一起露出。
文檔編號H01L21/66GK1846138SQ20048001936
公開日2006年10月11日 申請日期2004年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者黑鳥文夫, 石川貴治, 齊藤忠男 申請人:株式會社愛德萬測試