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プローブカードとは？
はじめに
半導体製造の現場では、チップの品質を正確に評価するために「プローブカード」と呼ばれる検査器具が使われます。ウェーハ上のチップに多数のプローブピンを同時に接触させることで、回路の断線や短絡、電流値や高周波特性を測定し、良品と不良品を効率的に判別することが可能です。
当記事では、プローブカードとコンタクトプローブの基礎や種類、寿命やメンテナンス方法などを分かりやすく紹介します。半導体検査に携わる技術者や品質管理担当の方は、ぜひ参考にしてください。
1.プローブカードとは？
プローブカードとは、 半導体製造のウェーハ工程においてチップの良否を判定するために用いられる検査器具です。ウェーハ検査装置に取り付けて使用し、切断やパッケージ化の前に多数のチップを同時に電気的に検査できます。これにより不良品を早期に除去し、コストの抑制と生産効率の向上に役立ちます。
1-1.プローブカードの役割
プローブカードの役割は、 半導体製造においてウェーハ上のチップを電気的に検査し、良品と不良品を判別することです。基板に配置された多数のプローブピンをウェーハの電極端子に同時に接触させることで、回路の断線（オープン）や短絡（ショート）、電流や抵抗値、高周波特性などを測定します。これにより、パッケージ化の前段階で品質を確認し、不良品を早期に除去することが可能となり、製造コストの削減や歩留まり向上に大きく寄与します。
1-2.プローブカードの構造・仕組み
プローブカードは、テストヘッドと半導体チップをつなぐ役割を持ち、上部にはテスト装置との接続端子、下部にはウェーハ電極に接触する多数の精密針が備えられています。針（プローブ）はタングステンやベリリウム銅など導電性と耐久性に優れた素材で作られ、信号はプリント基板（PCB）を経由して伝達されます。
取り付けフレームやアライメント機構によって正確な位置合わせと安定性が確保されます。構造方式には、配列自由度が高い垂直型、狭ピッチ対応のカンチレバー型、高精度なMEMS型があり、用途に応じて選択されます。
2.プローブカードの種類
プローブカードには構造方式の違いによりいくつかのタイプがあり、それぞれ特徴や適用分野が異なります。ここでは、それぞれの種類について紹介します。
2-1.垂直（アドバンスト）型プローブカード
垂直（アドバンスト）型プローブカードは、 配線基板に垂直方向のプローブブロックを取り付けた構造で、ウェーハに対し真上から接触する方式です。ピンの配置自由度が高く、多ピンや高周波の複雑なテストに適しています。また、プローブが垂直に接触するため打痕が小さく、はんだバンプの損傷を防げる点も利点です。個別のプローブを1本単位で交換でき、メンテナンス性に優れています。
一方で製造コストは比較的高く、構造が複雑になりやすいという側面もあります。高精度かつ大規模な検査に対応する代表的な方式です。
2-2.カンチレバー型プローブカード
カンチレバー型プローブカードは、 配線基板にタングステンなどのプローブピンを直接取り付ける構造で、最も古くから用いられてきた方式です。ハウジングを持たないため垂直型に比べてコストが低く、量産検査に適したメリットがあります。また、狭ピッチの電極にも対応できることから、微細化が進む半導体チップの検査に適しています。さらにアルミパッドとの接触性が高く、安定した電気的検査が可能です。
しかし、多数のプローブが外向きに配置されるためプローブ間のクロストークが生じやすく、高周波測定や多ピン対応には限界があります。コスト効率を重視する検査で広く採用される方式です。
2-3.MEMS型プローブカード
MEMS型プローブカードは、 微細加工技術（MEMS）を用いてプローブを基板上に直接形成する方式で、高精度かつ狭ピッチ対応に優れる最新型です。従来のカンチレバー型や垂直型では対応が難しい超多ピンやファインピッチの半導体デバイスに適しており、高周波測定や大容量データ伝送にも強みを発揮します。また、耐久性や信号の安定性に優れるため、先端ロジックやメモリなどの高度な検査に広く利用されています。
製造工程が複雑でコストも高いという課題はありますが、近年は需要が急速に拡大し、現在では主流の方式となっています。
3.コンタクトプローブとは？
コンタクトプローブとは、 電子部品や基板の電極に直接接触させ、導通検査や動作確認を行う検査器具です。半導体や液晶パネル、コネクタ、センサ、電池など多様な対象に用いられ、断線や短絡の有無、高周波特性、抵抗値やインピーダンスのチェックなど幅広い評価が可能です。
別名「ポゴピン」「プローブピン」とも呼ばれ、検査工程で安定した測定精度を確保するために重要な存在です。ここでは、コンタクトプローブの特徴や用途について詳しく解説します。
3-1.コンタクトプローブの構造・仕組み
コンタクトプローブは、 筒状のバレル内部にプランジャー（接触針）とスプリングを内蔵した構造を持ちます。検査時にはプランジャーが押し込まれることでばね圧が働き、安定した接触と導通を実現します。バレルや摺動部には金めっきが施され、腐食防止や接触抵抗の低減に役立っています。
使用時は検査対象物に合わせた樹脂製治具に多数のプローブを組み込み、先端を電極に接触させて導通を確認します。また、摩耗したプローブのみを容易に交換できるため、メンテナンス性やコスト効率にも優れた仕組みとなっています。
3-2.プランジャー先端の形状の種類
コンタクトプローブのプランジャー先端は、検査対象の端子や電極の形状に合わせて選定されます。 先端形状を適切に使い分けることで、導通精度を高めると同時に、繊細な対象物を傷つけずに検査することが可能です。
たとえば、フレキシブル基板の検査にはアール形、基板パッドにはニードル形、スルーホールには三角錐形が用いられます。また、フラットや逆円錐は面や凸端子との接触に有効で、クラウンはリード部品や球状端子に対して安定した多点接触を実現します。以下が代表的な形状と特徴です。
アール ：電極を傷つけにくく、FPC検査に適用
ニードル：基板パッドなどの精密検査に使用
フラット：均一な面接触が可能で電極を傷つけにくい
逆円錐 ：凸端子を受ける形状で安定性が高い
三角錐 ：スルーホールなど凹部に確実に接触
クラウン：多点接触によりBGAやリード部品に適用
4.寿命について
プローブカードやコンタクトプローブは、繰り返しの使用によって摩耗や劣化が進みます。寿命を理解することで、検査精度を維持し、コスト効率を高められます。ここでは両者の寿命について解説します。
4-1.プローブカードの寿命
プローブカードの寿命は使用年数ではなく、ウェーハ上のチップ端子に接触する「タッチダウン」の回数で決まります。数千本の微細なプローブピンが狭ピッチで配置されており、数十万～数百万回のタッチダウンで寿命に達するとされています。
摩耗や異常があると誤判定を招き、歩留まりの低下につながるため、定期的な状態確認が重要です。検査精度を維持するためには、プローブピンの摩耗状況を観察し、必要に応じてメンテナンスや交換を行いましょう。
4-2.コンタクトプローブの寿命
コンタクトプローブの寿命は、使用環境や検査条件、許容される抵抗値によって左右されます。 一般的な耐久回数は約100万回とされますが、温度や接触圧などの条件により変動します。
寿命を見極める上で特に重要なのは、検査対象に接触するプランジャー先端の摩耗状態です。摩耗が進むと接触抵抗の不安定化や誤判定を招き、品質や歩留まり率の低下につながります。そのため、定期的に形状を確認し、必要に応じて交換やメンテナンスを行うことが、安定した検査精度を維持するポイントとなります。
5.寿命を延ばすには？
プローブカードやコンタクトプローブを長持ちさせるには、 摩耗や異物付着を防ぐ定期的なメンテナンスが大切です。プローブ先端をクリーニングして接触精度を保ち、スプリングやバレルの劣化を点検して早めに交換しましょう。
また、耐摩耗性に優れた材質や構造を選び、使用環境に合った仕様を導入することで寿命を延ばすことができます。保管時に専用ケースや保護カバーを用い、湿気や衝撃から守ることも効果的です。これらの取り組みにより、安定した検査精度を維持しつつ交換頻度を抑えることが可能となります。
まとめ
プローブカードはウェーハ上のチップを同時に電気検査し、良否を判定する器具で、垂直型・カンチレバー型・MEMS型といった構造方式があります。コンタクトプローブは基板や電子部品の導通検査に使われ、プランジャー先端はアール・ニードル・フラット・三角錐など用途に応じて選択されます。
両者とも寿命は年数ではなく使用条件や接触回数に依存し、摩耗や劣化が進むと誤判定や歩留まり低下を招きます。定期的なクリーニングや点検、耐摩耗材の採用、適切な保管管理により寿命を延ばし、安定した検査精度とコスト効率を維持することが大切です。
三ツ矢では、金めっきや高温高強度はんだめっきなどの技術を駆使し、プローブカードやプローブピンの高精度化・長寿命化を支援しています。
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