專利名稱：探針單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體元件的電特性檢查的探針單元。
背景技術(shù)：
在晶片狀態(tài)或者芯片狀態(tài)的半導(dǎo)體元件的電特性檢查中，使用觸銷(contact Pin)使半導(dǎo)體元件的電極與外部試驗(yàn)裝置電接觸。在反復(fù)地在半導(dǎo)體元件的電特性檢查中使用的過(guò)程中，觸銷會(huì)因發(fā)熱和氧化覆膜的形成而發(fā)生劣化或者損傷。劣化或者損傷的觸銷會(huì)造成電特性檢查的精度下降、半導(dǎo)體元件或觸銷的破壞等問(wèn)題。因此，觸銷有時(shí)需要更換。在更換觸銷時(shí)，必須從通電裝置拆下探針單元，然后拆下被焊在觸銷上的配線，這需要長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)。與此相對(duì)地，通過(guò)將配線焊在套筒(sleeve)上，這樣就很容易更換觸銷，但是，有時(shí)會(huì)在套筒和觸銷的接觸部位發(fā)生熔接的問(wèn)題。因此，提出了一種將觸銷分離成探針部分和柱塞部分，能夠僅更換探針部分的探針單元(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。此外，還提出了一種將比接觸電阻大的電阻串聯(lián)地插入探針，使流經(jīng)各個(gè)探針的電流變得均等，來(lái)防止探針的損壞的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)1 日本特開平11-258295號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開昭60-142526號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
探針單元所配備的探針有時(shí)有數(shù)十個(gè)以上，也并不會(huì)發(fā)生必須更換所有探針的劣化。在此情況下，如果一個(gè)一個(gè)地更換探針單元，那么更換成本就會(huì)增大。此外，在將探針單元中的已經(jīng)劣化的探針一個(gè)一個(gè)拆下更換的情況下，探針的更換作業(yè)的效率很低。本發(fā)明鑒于這一點(diǎn)而完成，其目的在于提供一種能夠容易更換探針的探針單元。為了解決上述課題，探針單元包括保持探針的探針保持件和將與探針電接觸的柱塞保持的柱塞保持件。探針保持件在檢查對(duì)象相對(duì)面具備將探針保持成能夠滑動(dòng)的探針保持孔。探針具備防脫落部、電極抵接部和柱塞抵接部。防脫落部防止探針從探針保持孔中脫落。電極抵接部設(shè)在探針的一側(cè)端部，與檢查對(duì)象電極抵接。柱塞抵接部設(shè)在探針的另一側(cè)端部，與柱塞抵接。柱塞保持件具備套筒和施力部。套筒將柱塞保持成能夠滑動(dòng)。施力部對(duì)柱塞向探針?lè)较蚴┝?。柱塞具備探針抵接部。探針抵接部設(shè)在柱塞的一側(cè)端部，與探針抵接。利用上述探針單元，能夠容易地進(jìn)行探針更換。


圖1是探針未接觸半導(dǎo)體芯片時(shí)探針單元的主要部分截面圖。圖2是探針接觸半導(dǎo)體芯片時(shí)探針單元的主要部分截面圖。
圖3是分離探針保持件和柱塞保持件時(shí)探針單元的主要部分截面圖。
圖4是表示更換探針時(shí)探針保持件的狀態(tài)的主要部分截面圖。
圖5是表示探針和探針保持孔的關(guān)系的圖。
圖6是柱塞保持件的主要部分截面圖。
圖7是表示探針單元的變形例的圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
1、61探針單元
10,66柱塞
11,64電線
12,62電線接合部
13,63電阻器
14,65柱塞接合部
16彈簧
17制動(dòng)器
18探針抵接部
20探針
21柱塞抵接部
22防脫落部
23芯片電極抵接部
30柱塞保持件
31卡合部
32引導(dǎo)銷
33,34套筒
35施力部收納空間
40探針保持件
41卡止爪
42嵌合凹部
43探針保持孔
44檢查對(duì)象相對(duì)面
45探針收納凹室
50半導(dǎo)體芯片
51電極部
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。首先，使用圖1、圖2對(duì)實(shí)施方式的探針單元的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖1是探針未接觸半導(dǎo)體芯片時(shí)探針單元的主要部分截面圖。圖2是探針接觸半導(dǎo)體芯片時(shí)探針單元的主要部分截面圖。探針單元1與外部試驗(yàn)裝置連接，用于晶片狀態(tài)或芯片狀態(tài)的半導(dǎo)體元件(裸芯片)的電特性檢查(包括電特性的測(cè)定)。在探針單元1進(jìn)行半導(dǎo)體芯片50的電特性檢查時(shí)，使探針20接觸半導(dǎo)體芯片50的電極部51。圖1所示的探針單元1是其探針20未接觸電極部51的狀態(tài)。探針單元1尤其適合功率半導(dǎo)體(power semiconductor,電力半導(dǎo)體)元件的電特性檢查。在此情況下，半導(dǎo)體芯片50例如有縱向功率M0SFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、縱向 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管)、FWD(Free Wheeling Diode，續(xù)流二極管)等。探針單元1包括柱塞10、探針20、柱塞保持件30和探針保持件40。柱塞10和探針20成對(duì)，探針單元1具有多對(duì)柱塞10和探針20。柱塞保持件30和探針保持件40成對(duì)，探針單元1具有一對(duì)柱塞保持件30和探針保持件40。柱塞保持件30配備多個(gè)柱塞10。 探針保持件40配備多個(gè)探針20。在配備多個(gè)探針20的情況下，探針單元1可以使兩個(gè)以上的探針20與共用的電極部(檢查對(duì)象電極)51抵接。這樣，探針單元1就能夠控制流經(jīng)各個(gè)探針20的電流量。柱塞10通過(guò)柱塞接合部14、電阻器13、電線接合部12與電線(配線)11連接。電線接合部12可以通過(guò)焊接(軟釬焊)來(lái)與電線11和電阻器13接合，但也可以為了容易更換而采用匯合多個(gè)電線接合部12的連接器連接。電線11是電源線、信號(hào)線、接地線等，根據(jù)所連接的電線11的不同，探針單元1有時(shí)不配備電阻器13。此外，為了根據(jù)檢查對(duì)象變更電阻值，也可以將電阻器13收納在電阻器保持件中，該電阻器保持件可更換地連接電阻器。另外，為了根據(jù)檢查對(duì)象變更電阻值， 電阻器13也可以是可變電阻器等。柱塞10通過(guò)柱塞接合部14與電阻器13連接。柱塞接合部14可以通過(guò)焊接來(lái)與電阻器13和柱塞10接合，但也可以為了容易更換而采用匯合多個(gè)電線接合部14的連接器連接。此外，柱塞10將電線11和探針20電連接。柱塞10被插入并貫通柱塞保持件30 的套筒(sleeve)，被保持成在套筒部分滑動(dòng)。柱塞10被彈簧16向探針?lè)较?檢查對(duì)象方向)施加力，由制動(dòng)器17限制其滑動(dòng)范圍。彈簧16只要是對(duì)柱塞10向探針?lè)较蚴┘恿?彈壓)的彈簧即可，例如可以采用壓縮線圈彈簧，除了板簧等施力部件之外，也可以是橡膠等彈性部件。探針20將柱塞10和電極部51電連接。探針20被可滑動(dòng)地一一保持在探針保持件40的探針保持孔(探針插入孔)43中。探針保持件40保持探針20，使得其從探針保持件40的檢查對(duì)象相對(duì)面44朝著作為檢查對(duì)象的半導(dǎo)體芯片50。柱塞保持件30具有卡合部31和引導(dǎo)銷32。探針保持件40具有卡止爪41。柱塞保持件30和探針保持件40由引導(dǎo)銷32進(jìn)行定位，通過(guò)卡止爪41與卡合部31卡合而連接。 此時(shí)，柱塞10與探針20抵接，對(duì)探針20向檢查對(duì)象方向施力，所以柱塞保持件30對(duì)探針保持件40向檢查對(duì)象方向施力。因此，卡合部31和卡止爪41只要是防脫落程度的輕度卡合即可，該卡合的游隙被施加力(彈壓力)吸收，所以，柱塞保持件30和探針保持件40很好地接合。于是，探針單元1不使用螺絲等固定部件來(lái)連接柱塞保持件30和探針保持件40， 因此柱塞10或探針20的更換操作的操作性得以提高。
此外，卡合部31和引導(dǎo)銷32可以根據(jù)柱塞保持件30的大小、形狀來(lái)配備需要的個(gè)數(shù)。引導(dǎo)銷32 (嵌合凸部)未必需要是銷形狀，也可以根據(jù)柱塞保持件30的大小、形狀， 而采用與探針保持件40嵌合的任意的形狀。此外，引導(dǎo)銷32可以由探針保持件40配備，也可以使柱塞保持件30配備卡止爪 41，探針保持件40配備卡合部31。在探針單元1進(jìn)行電特性檢查時(shí)，使探針20接觸被檢查物的電極部51，并將探針 20按壓在電極部51上。探針20從彈簧16受到斥力，該斥力成為探針20對(duì)電極部51的按壓力。此外，柱塞10和探針20的材料的主要成分為金(Au)、銀(Ag)、鉬(Pt)、錫(Sn)、 鎢(W)、鎳(Ni)等金屬，或者包含這些金屬的至少兩個(gè)以上的金屬構(gòu)成的合金。此外，柱塞10和探針20例如以不銹鋼、碳鋼、銅合金(例如鈹銅)等作為主要成分，并在表面鍍上金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、錫(Sn)、鎢(W)、鎳(Ni)、鈀(Pd)等金屬，或者包含這些金屬的至少兩個(gè)以上的金屬構(gòu)成的合金。這樣，探針單元1降低了柱塞10與探針20的接觸電阻、探針20與電極部51的接觸電阻。此外，電阻器13的電阻值按照以下方式確定，即，使其滿足由對(duì)電極部51施加的電壓與外部試驗(yàn)裝置能夠供給的電力所決定的上限值，和不致使柱塞10和探針20熔化的下限值。例如，如果探針20、柱塞10、電線11的各個(gè)電阻值，和探針20與電極部51、柱塞 10與探針20的接觸部電阻值的總和是160Π1Ω左右，則電阻器13的電阻值就被設(shè)定成比 160mΩ大的1 Ω等。另外，在外部試驗(yàn)裝置中，如果增大電阻器13的電阻值，那么，為了使電流值上升至目標(biāo)值，必須進(jìn)一步增加探針單元1的通電時(shí)間。例如，在電源電壓Vcc = 400V、試驗(yàn)電流Ic = 100Α、電路的電阻成分RL = 1 Ω、負(fù)荷電感L = 50 μ H、探針14根的條件下，與電阻器13的電阻值=0Ω時(shí)相比，在電阻器13的電阻值=7. 7Ω以下時(shí)，通電時(shí)間的增加量在 10%以內(nèi)。因此，電阻器13的電阻值，在考慮到電特性檢查中能夠允許多長(zhǎng)的通電時(shí)間后來(lái)選定。此外，在試驗(yàn)中半導(dǎo)體芯片損壞時(shí)，在不具備電阻器13的情況下，在探針單元1 中，每一個(gè)探針20中流過(guò)21Α (計(jì)算值)的電流，對(duì)3000個(gè)半導(dǎo)體芯片進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)可以確認(rèn)，以兩次左右的頻度，柱塞10和探針20的接觸部會(huì)引起熔化(熔敷)。而在具備電阻值1Ω的電阻器13的情況下，每一個(gè)探針20流過(guò)5. 3Α (計(jì)算值)的電流，在100萬(wàn)次的試驗(yàn)中也不能確認(rèn)到柱塞10和探針20的接觸部發(fā)生熔化。于是，配備電阻器13的探針單元1能夠防止柱塞10和探針20的接觸部處的熔化， 因此，能夠改善被柱塞保持件30所保持的柱塞10、被探針保持件40所保持的探針20的保
養(yǎng)、操作性。下面，利用圖3來(lái)說(shuō)明將實(shí)施方式的探針單元1分離成柱塞保持件30和探針保持件40時(shí)的情況。圖3是分離探針保持件和柱塞保持件時(shí)的探針單元的主要部分截面圖。被柱塞保持件30所保持的柱塞10處于被向探針?lè)较蚴┝?，且被制?dòng)器17限制其滑動(dòng)范圍的狀態(tài)。被探針保持件40所保持的探針20處于被載置在探針收納凹室45內(nèi)的狀態(tài)。于是，通過(guò)將探針保持件40與柱塞保持件30分離，能夠容易地分離柱塞10和探針20。對(duì)于探針單元1來(lái)說(shuō)，通過(guò)分離柱塞10和探針20，柱塞10的更換或者探針20的更換
就變得容易。為了防止對(duì)探針保持件40與柱塞保持件30接合時(shí)發(fā)生干涉，探針保持件40的卡止爪41構(gòu)成為能夠向探針保持件40的外側(cè)傾倒。在將探針保持件40與柱塞保持件30連接的情況下，探針單元1通過(guò)將引導(dǎo)銷32插入嵌合凹部42中，能夠容易地進(jìn)行用于探針保持件40和柱塞保持件30的連接的定位。此外，卡止爪41能夠在保持狀態(tài)(立起的狀態(tài))和解除狀態(tài)(傾倒的狀態(tài)，敞開狀態(tài))間變換，但也可以使用樹脂等撓性材料來(lái)使其能夠在保持狀態(tài)和解除狀態(tài)間變換。下面，使用圖4來(lái)說(shuō)明更換實(shí)施方式的探針保持件40所保持的探針20時(shí)的情況。 圖4是表示更換探針時(shí)探針保持件的狀態(tài)的主要部分截面圖。與柱塞保持件30分離的探針保持件40中，探針收納凹室45的上方是敞開的。檢查對(duì)象相對(duì)面44是與作為檢查對(duì)象的半導(dǎo)體芯片50相對(duì)的面。檢查對(duì)象相對(duì)面44是探針收納凹室45的底面，具有保持探針20的探針保持孔43。探針保持孔43保持探針20使之能夠滑動(dòng)。探針20配備用來(lái)防止其從探針保持孔43脫落的防脫落部22。探針20大致呈圓柱形狀，防脫落部22呈與探針保持孔43發(fā)生干涉(機(jī)械干涉)的圓盤形狀。此外，只要與探針保持孔43發(fā)生干涉以防止探針20的脫落，防脫落部22并非局限于圓盤形狀，也可以是容易抓住的舌片狀等。于是，探針20在未通過(guò)螺絲、螺釘?shù)裙潭ǘ菍⒈倔w部插入并貫通探針保持孔43 的狀態(tài)下，載置在探針收納凹室45的底面上，因此，探針單元1能夠極其容易地進(jìn)行探針更換作業(yè)。此外，探針20通過(guò)將其一端(防脫落部22的相反一側(cè)的端部)形成為截面呈U 字的形狀，使得將探針20插入探針保持孔43中變得容易。此外，為了使探針20的本體部被引導(dǎo)到探針保持孔43，只要探針20的前端部的口徑比探針保持孔43小足夠多即可，也可以為楔形等。下面，利用圖5來(lái)說(shuō)明實(shí)施方式的探針20和探針保持孔43的關(guān)系。圖5是表示探針和探針保持孔的關(guān)系的圖。探針20在大致呈圓柱形狀的本體部的一端配備與柱塞抵接的柱塞抵接部21。柱塞抵接部21呈直徑為dl的圓盤狀，在中心部分與柱塞10抵接。圓盤狀的柱塞抵接部21 兼用作直徑比本體部的直徑d2、探針保持孔43的直徑d3大的，用于防止探針20從探針保持孔43脫落的防脫落部22。探針20在大致呈圓柱形狀的本體部的另一端配備與電極部51抵接的芯片電極抵接部23。芯片電極抵接部23的截面形成為U字形狀，以使前端尖銳。這樣，即使在電極部 51上形成了自然氧化膜，尖銳的前端也容易刺破自然氧化膜，提高芯片電極抵接部23與電極部51的接觸性。此外，雖然例舉了前端尖銳的芯片電極抵接部23，但是，只要與電極部 51的電接觸性良好，前端形狀并非局限于此，除此之外也可以設(shè)置多個(gè)突起，或采用冠狀或者平面狀。探針20的本體部的直徑d2比探針保持孔43的直徑d3略小，探針20能夠在探針保持孔43中滑動(dòng)。其中，探針保持孔43形成于探針收納凹室45的底面(板厚肪)，探針20的本體部的長(zhǎng)度d4比板厚d5足夠大。這樣，即使在探針保持件40和柱塞保持件30分離的情況下， 保持在探針保持孔43中的探針20也能夠被探針保持件40很好地保持。此外，由于這種探針20的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此有利于降低探針單元1的成本。下面，利用圖6來(lái)說(shuō)明本實(shí)施方式的柱塞保持件30對(duì)柱塞10的保持的情況。圖 6是柱塞保持件的主要部分截面圖。柱塞保持件30中，由一組套筒33和套筒34來(lái)保持一根柱塞10并使之能夠滑動(dòng)。 柱塞10呈由直徑各不相同的三個(gè)圓柱串聯(lián)連接的形狀。柱塞10的比制動(dòng)器17靠上(電線11)側(cè)的部分插入彈簧16中，這樣，彈簧16在柱塞10的周圍伸縮自如。柱塞10的上側(cè)部被插入并貫通套筒33。套筒33的直徑比彈簧16的外徑小，但比柱塞10的上側(cè)部的直徑大。柱塞10的比制動(dòng)器17靠下(探針20)側(cè)的部分被插入并貫通套筒34。套筒34 的直徑比制動(dòng)器17的外徑小，但比柱塞10的下側(cè)部的直徑大。柱塞10的最下部配備與探針20的柱塞抵接部21抵接的探針抵接部18。探針抵接部18的截面形成為U字形狀，以使其前端尖銳。這樣，即使在電極部51上形成了自然氧化膜，尖銳的前端也容易刺破自然氧化膜，提高探針抵接部18與柱塞抵接部21的接觸性。 此外，雖然例舉了前端尖銳的探針抵接部18，但是，只要與柱塞抵接部21的電接觸性良好， 前端形狀并非局限于此，除此之外也可以設(shè)置多個(gè)突起，或采用冠狀或者平面狀。柱塞保持件30在套筒33和套筒34之間具有施力部收納空間35。柱塞保持件30 保持柱塞10，使得柱塞10所具有的彈簧16和制動(dòng)器17被收納在施力部收納空間35中。彈簧16的兩端與施力部收納空間35的頂板部和制動(dòng)器17抵接，對(duì)柱塞10向探針20 —側(cè)施力。施力部收納空間35的底板部與制動(dòng)器17抵接，由此來(lái)限制柱塞10的滑動(dòng)范圍。于是，柱塞10被柱塞保持件30很好地保持。并且，探針單元1使得被柱塞保持件 30所保持的柱塞10的保養(yǎng)、操作性良好。此外，這種柱塞10的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此有利于降低探針單元1的成本。下面，利用圖7對(duì)實(shí)施方式的變形例的探針單元進(jìn)行說(shuō)明。圖7是表示探針單元的變形例的圖。探針單元61通過(guò)電線64來(lái)連接電阻器63和柱塞66。探針單元61包含電阻器63和電線64。柱塞66通過(guò)柱塞接合部65與電線64連接。電阻器63在兩端配備電線接合部 62，通過(guò)一個(gè)電線接合部62與電線64連接，通過(guò)另一個(gè)電線接合部62與電線11連接。電線接合部62、柱塞接合部65可以通過(guò)焊接而與電線11或電線64接合。此外，為了容易更換，也可以采用匯合多個(gè)電線接合部62或者柱塞接合部65的連接器連接。于是，通過(guò)經(jīng)由電線64來(lái)連接電阻器63和柱塞66，探針單元61能夠容易地進(jìn)行柱塞66的更換或者電阻器63的更換。此外，探針單元61也可以采用不包含電線64或者電阻器63和電線64的結(jié)構(gòu)。在此情況下，電線64或者電阻器63和電線64可以是外部試驗(yàn)裝置側(cè)的結(jié)構(gòu)要素。此外，在不脫離實(shí)施方式的宗旨的范圍內(nèi)，上述實(shí)施方式能夠進(jìn)行各種各樣的變更。
并且，對(duì)于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員而言，能夠?qū)ι鲜鰧?shí)施方式進(jìn)行多種變形、更改，并不局限于所說(shuō)明的正確的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用例子。
權(quán)利要求
1.一種探針單元，包括保持探針的探針保持件和將與所述探針電接觸的柱塞保持的柱塞保持件，其特征在于所述探針保持件在檢查對(duì)象相對(duì)面具備將所述探針保持成能夠滑動(dòng)的探針保持孔， 所述探針具備防止所述探針從所述探針保持孔中脫落的防脫落部；設(shè)在所述探針的一端，與檢查對(duì)象電極抵接的電極抵接部；和設(shè)在所述探針的另一端，與所述柱塞抵接的柱塞抵接部，所述柱塞保持件具備將所述柱塞保持成能夠滑動(dòng)的套筒；和對(duì)所述柱塞向所述探針?lè)较蚴┝Φ氖┝Σ浚鲋谝欢司邆渑c所述探針抵接的探針抵接部。
2.如權(quán)利要求1所述的探針單元，其特征在于所述探針保持件具備在底面設(shè)置了所述探針保持孔的收納凹室。
3.如權(quán)利要求2所述的探針單元，其特征在于 所述探針保持件具備與所述柱塞保持件卡合的卡止部。
4.如權(quán)利要求3所述的探針單元，其特征在于所述卡止部在將所述收納凹室的敞開區(qū)域擴(kuò)大的方向上變位。
5.如權(quán)利要求4所述的探針單元，其特征在于所述探針保持件具備與所述柱塞保持件所具有的引導(dǎo)部嵌合的嵌合凹部。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的探針單元，其特征在于所述探針大致呈圓柱形狀，所述防脫落部是設(shè)置于所述電極抵接部一側(cè)的端部的舌片。
7.如權(quán)利要求6所述的探針單元，其特征在于 所述柱塞通過(guò)電阻器與配線連接。
8.如權(quán)利要求7所述的探針單元，其特征在于 所述探針和所述柱塞具備多對(duì)，兩個(gè)以上的所述探針與共用的所述檢查對(duì)象電極抵接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠容易地進(jìn)行探針的更換的探針單元。探針單元(1)包括一對(duì)柱塞保持件(30)和探針保持件(40)。柱塞保持件(30)保持多個(gè)柱塞(10)，探針保持件(40)保持多個(gè)與各個(gè)柱塞(10)對(duì)應(yīng)的探針(20)。探針保持件40保持探針(20)，使其從探針保持件40的檢查對(duì)象相對(duì)面(44)朝著檢查對(duì)象。探針(20)在不被螺絲、螺釘?shù)裙潭ǘ菍⒈倔w部插入并貫通探針保持孔的狀態(tài)下，載置在探針收納凹室(45)的底面上，因此，探針單元(1)能夠極其容易地進(jìn)行探針更換作業(yè)。
文檔編號(hào)G01R31/26GK102435927SQ20111028112
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月22日
發(fā)明者丸山真生, 新井信久, 星誠(chéng) 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社