プローブカードとは？針の方式・接触の難しさと主要メーカーを解説

ウェハー上のチップに針を当てて、電気的に動作を確かめる。

言葉にすれば単純な作業です。ところが実際には、数万本の針を同時に、数十マイクロメートルの電極へ、正確に接触させ続ける必要があります。

しかも試験は高温や低温で行われます。温度が変われば、ウェハーもカードも伸び縮みする。針の位置は簡単にずれます。

この記事では、プローブカードの方式、接触という行為の物理的な難しさ、そして主要メーカーの勢力図を解説します。プローバという装置そのものはプローバとテスタの違いとは？で扱っています。

プローブカードとは｜装置ではなく交換部品

プローブカードは、多数の針を並べた交換式の部品です。プローバに装着され、ウェハー上の電極に接触して信号をやり取りします。

押さえておきたいのは、これが装置ではなく製品ごとの専用品であることです。チップの電極配置に合わせて設計されるため、汎用品は存在しません。

そして針は接触を繰り返すうちに摩耗します。プローバを持っていても、対象製品に合ったカードがなければ何も測れません。

この構造は、バーンイン装置におけるバーンインボードやソケットとよく似ています。テストの世界では、装置本体より周辺部材のほうが手間もコストもかかることが珍しくありません。

針の方式｜3つの世代

針をどう配置し、どう押し当てるか。ここに方式の違いがあります。

方式	針の構造	得意	限界
カンチレバー	片持ち梁の針を斜めに配置	構造が単純で安価	針が長く、狭ピッチ・多ピンに不向き
垂直型（バーティカル）	針を垂直に立て、たわみで押し当てる	狭ピッチ、多ピンに対応	製造難度とコストが上がる
MEMS	半導体プロセスで針を作り込む	極めて狭いピッチ、超多ピン	最も高価

なぜ垂直型・MEMSへ移ったのか

カンチレバー型は、針を斜めに寝かせて配置します。針そのものが長いため、隣どうしを近づけるには限界があります。

チップの電極が微細化し、数も増えると、この方式では並べきれなくなりました。そこで針を垂直に立て、上から押し当てる垂直型が広がります。真上から当てるため、平面上により高い密度で配置できます。

さらに微細化が進むと、針を機械加工で作ること自体が難しくなります。ここで登場したのがMEMS技術です。半導体を作る技術で、半導体を測る針を作る。エッチングや成膜で微細な構造を形成すれば、機械加工では届かない寸法に対応できます。

日本マイクロニクスも、非メモリ向けにMEMS方式の製品を投入していると説明しています。

接触の物理｜「当てるだけ」ではない

ここからが、この部材の本質的な難しさです。

電極の表面は絶縁されている

チップの電極には、アルミなどの金属が使われます。ところが金属表面には自然酸化膜が形成されます。これは絶縁体です。

つまり針をそっと乗せただけでは、電気が流れません。酸化膜を突き破らなければ導通しないのです。

オーバードライブとスクラブ

そこで2つの動作が使われます。

• オーバードライブ：針が電極に触れた後、さらに押し込む。針がたわみ、必要な接触圧が生まれる
• スクラブ：押し込む際に針先がわずかに横滑りし、酸化膜を削る

「当てる」のではなく「押し込んで、擦る」——これが導通を得るための実際の動作です。

しかし削りすぎてはいけない

ここに矛盾が生まれます。針が電極に残す傷を針痕（プローブマーク）と呼びます。

削らなければ導通しない。しかし削りすぎれば電極を損傷します。傷が深いと、その後のワイヤボンディングやバンプ形成に支障が出ます。テストのために製品を痛めては本末転倒です。

導通に必要な最小限だけ削る。この加減の設計が、プローブカードの品質を決めます。

数万本の針が生む荷重

もう一つ、直感に反する問題があります。

針1本が電極を押す力は、数グラム程度にすぎません。ところが先端品では、針の数が数万本に達します。

仮に針圧を1本あたり3グラム、針数を20,000本として計算してみます。

3 gf × 20,000本 ＝ 60,000 gf ＝ 60 kgf

ウェハーとカードの間に、およそ60キログラム分の力がかかることになります。大人ひとりが乗っているのと変わりません。

この荷重は無視できない影響を生みます。カードがたわみ、ウェハーを載せたステージもわずかに沈む。たわめば針の位置がずれ、接触が不均一になります。

だからプローブカードには、針の設計だけでなく全体の剛性が求められます。同時に測る数を増やそうとすれば、この問題は必ず大きくなります。

※針圧・針数は製品や方式によって大きく異なります。上の数値は規模感を掴むための一例です。

熱膨張という壁

そして最も厄介なのが温度です。

テストは常温だけで行われるとは限りません。実使用環境を想定して、高温や低温でも実施されます。

ここでシリコンの熱膨張が効いてきます。シリコンの線膨張係数はおよそ2.6×10⁻⁶/K です。直径300mmのウェハーで、温度が100℃変化した場合を考えます。

150mm × 2.6×10⁻⁶ × 100 ＝ 約39μm

中心を基準にすると、外周部では約39マイクロメートル位置がずれます。

電極の寸法が数十マイクロメートルであることを思い出してください。この程度のずれで、針は電極から完全に外れます。

しかもプローブカード側も、材料に応じて別の割合で伸び縮みします。両者の膨張が一致しなければ、中心付近では合っていても外周では外れる、という事態が起きます。

対策として、カードには低膨張の材料が用いられ、温度に応じた位置補正も行われます。「測る温度を変える」という一見単純な要求が、部材の材料選定にまで及ぶわけです。

温度と半導体の関係は半導体の信頼性試験とは？でも扱っています。

並列度がテストコストを決める

プローブカードの価値を左右する最大の指標が、同時に何個のチップを測れるかです。

テストは時間がかかる工程です。1回の接触で測れる数が倍になれば、単純に言えば所要時間は半分になります。テスト費用はチップの原価に直結するため、ここは経済的に大きな意味を持ちます。

ただし並列度を上げれば、これまで見てきた問題がすべて厳しくなります。

• 針の数が増える → 荷重が増え、たわみやすくなる
• 接触面積が広がる → 熱膨張のずれが効いてくる
• 配線が複雑になる → 信号品質の確保が難しくなる

安くするために増やすと、作るのが難しくなる。この綱引きが、この分野の技術開発を駆動しています。

メモリ需要が押し上げる市場

近年この市場を動かしている要因のひとつが、HBMの普及です。

HBMはDRAMを積層して作ります。積む前に良品と確定させる必要があるため、ウェハー段階でのテストが従来より重要になりました。

結果として、DRAM向けプローブカードの需要が伸びています。

FormFactorは2025年12月期に、四半期・通期ともに過去最高となる7億8,500万米ドルの売上高を計上しました。

ただし内訳は単純ではありません。同社はDRAM分野で過去最高の四半期になったとしつつ、その要因としてDDR4やDDR5といったHBM以外のDRAM用途の増加を挙げています。

つまりこの分野を押し上げているのは、HBMだけではありません。DRAM全体の活況が背景にあります。AI向けが注目を集めがちですが、数字の内訳まで見ると景色が変わる一例です。

日本マイクロニクスも、HBM関連需要を取り込んだとしています。同社は青森工場に新棟を稼働させ、メモリ向けプローブカードの生産能力を拡大しました。

この構造変化の全体像はAI・HBM需要で伸びる半導体製造装置で解説しています。

主要メーカー

プローブカードは、装置メーカーとは異なる企業群が担っています。

企業	国	特徴
FormFactor	米国	最大手。DRAM・ロジックとも幅広く展開
Technoprobe	イタリア	先端ロジック向けに強み
日本マイクロニクス	日本	DRAM向けで首位。MEMS方式も展開
日本電子材料	日本	プローブカード専業

日本マイクロニクスは中期経営計画のなかで、2022年度のプローブカード市場シェアを12％とし、DRAM向けでは首位を占め、2位に約2倍の差をつけていると説明しています。

全体としては上位数社への集中が進んでいる分野です。テスト系装置と部材の企業配置は後工程装置メーカー一覧で整理しています。

装置か、消耗品か

最後に、この製品のビジネス上の性格を整理します。

プローブカードは装置ではありません。しかし単なる消耗品とも言い切れません。

• 製品ごとの受注生産：新しいチップが立ち上がるたびに設計・製造される
• 高額である：先端品では1枚が非常に高価になる
• 寿命がある：針の摩耗により交換・整備が必要
• 需要が製品開発に連動する：新製品の立ち上がりが需要を生む

つまり半導体メーカーが新しい製品を出し続ける限り、需要が生まれ続ける構造です。装置のように設備投資の波を受ける一方、消耗品のように稼働に応じた需要もある。両方の性質を併せ持っています。

よくある質問

プローブカードとプローバは何が違いますか？

プローバはウェハーを位置合わせして針を当てる装置、プローブカードはその針を並べた交換部品です。プローバは汎用ですが、カードは製品ごとの専用品になります。

なぜプローブカードは高価なのですか？

製品ごとの受注生産であり、数万本規模の針を微細な精度で配置する必要があるためです。MEMS方式では半導体プロセスを用いて製造するため、さらにコストがかかります。

針痕（プローブマーク）は問題になりますか？

導通のために一定の痕が残ることは避けられませんが、深すぎると後工程のボンディングやバンプ形成に支障が出ます。必要最小限に抑える設計が求められます。

HBM向けで需要が伸びているのはなぜですか？

積層する前に良品を確定させる必要があり、ウェハー段階でのテストの重要性が高まったためです。積んだ後で不良が見つかれば、正常なチップも巻き添えになります。

まとめ

• プローブカードは装置ではなく、製品ごとに設計される交換部品。プローバだけでは検査できない
• 方式はカンチレバー・垂直型・MEMSと進化し、微細化・多ピン化に対応してきた
• 電極表面の自然酸化膜が絶縁するため、押し込んで擦る動作で導通を得る。ただし削りすぎれば製品を傷つける
• 針1本は数グラムでも、2万本なら約60kgfに達する。たわみが接触の均一性を損なう
• 100℃の温度変化で外周部は約39μmずれる。電極寸法を考えれば致命的で、低膨張材料や位置補正が必要になる
• 並列度がテストコストを決めるが、上げるほど荷重・熱・信号の課題が厳しくなる
• DRAM向けの需要が伸長し、FormFactorは2025年12月期に過去最高の7億8,500万米ドルを計上。ただし牽引役はHBMだけでなく、DDR4・DDR5などHBM以外の用途も大きい

テスト工程の全体像は半導体検査装置とは？、工程別の企業配置は工程別・世界シェアまとめをご覧ください。

参考・出典

• FormFactor, Inc.「Reports 2025 Fourth Quarter Results」
• 日本マイクロニクス「中期経営計画FV26」
• 日本マイクロニクス「プローブカード」製品情報
• 日本マイクロニクス「株主・投資家の皆様へ」
• SEAJ「半導体製造装置分類表」