CN102369447A - 弹簧用线材、接触探针以及探针单元 - Google Patents

弹簧用线材、接触探针以及探针单元 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够既确保弹簧性能，又确保还可应对具有1GHz以上频率的高频信号的导电性的弹簧用线材，还提供一种采用了该弹簧用线材的接触探针以及采用了该接触探针的探针单元。为了实现发明目的，本发明具备：线状的芯材，其由电阻率为5.00×10-8Ω·m以下的导电性材料构成；以及被覆材(3)，其由纵弹性系数为1.00×104kgf/mm2以上的弹簧材料构成，并被覆上述芯材的外周。被覆材的被覆厚度d小于从上述芯材的横截面的重心至该横截面的外缘为止的距离的最小值r。

Description

弹簧用线材、接触探针以及探针单元
技术领域
本发明涉及弹簧用线材、采用该弹簧用线材形成的接触探针以及具备该接触探针的探针单元。
背景技术
以往，作为在半导体封装体等的电气特性检查中所使用的接触探针，公知有通过螺旋弹簧将在两端设置的两个导电性接触部彼此连结的销型探针(例如参照专利文献1)。关于构成螺旋弹簧的材料，较多采用铜合金或贵金属合金等单一材料，这些材料一方面虽具有良好的弹簧特性，但另一方面却存在电阻率高的问题。为了解决该问题来降低螺旋弹簧的电阻率，公知有对弹簧材料的表面实施金等电阻率低的高导电性金属镀敷(例如参照专利文献2)。另外，还公知有一种在对实施镀敷后的弹簧材料进行卷绕后的密集卷绕部分的外周进一步实施镀敷的技术(例如参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-345235号公报
专利文献2：日本特开2008-25833号公报
专利文献3：日本特开2004-309490号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，近年来，作为对半导体封装体等输出的信号，使用具有1GHz以上频率的高频信号。为了实现可应对采用这样的高频信号的电气特性检查的接触探针，需要实现螺旋弹簧的低电阻化和低电感化，以确保高导电性。在上述现有技术的情况下，为了实现螺旋弹簧的低电阻化以及使电感降低，考虑使镀敷膜的厚度变厚。然而，由于镀敷膜的厚度存在极限(3μm左右)，因此仅通过使镀敷膜加厚是难以确保还可应对高频信号的导电性的。
本发明就是鉴于上述问题而产生的，其目的在于提供一种能够既确保弹簧性能，又确保还可应对1GHz以上频率的高频信号的导电性的弹簧用线材、采用该弹簧用线材的接触探针以及采用该接触探针的探针单元。
解决课题的手段
为了解决上述问题实现发明目的，本发明涉及的弹簧用线材，其特征在于，包含：线状的芯材，其由电阻率为5.00×10-8Ω·m以下的导电性材料构成；以及被覆材，其由纵弹性系数为1.00×104kgf/mm2以上的弹簧材料构成，并被覆上述芯材的外周。
另外，本发明涉及的弹簧用线材，其特征在于，上述被覆材的被覆厚度小于从上述芯材的横截面的重心至该横截面的外缘为止的距离的最小值。
另外，本发明涉及的弹簧用线材，其特征在于，还具备对上述被覆材的外周进行覆盖的镀敷膜。
另外，本发明涉及的接触探针，其特征在于，包含：第一柱塞以及第二柱塞，其各自分别由导电性材料构成且具有轴对称形状；以及压缩螺旋弹簧，其长度方向的两端部分别被压入上述第一柱塞以及上述第二柱塞的相互对置的端部，并在该长度方向伸缩自如，上述压缩螺旋弹簧是将上述本发明涉及的弹簧用线材以规定的螺距卷绕而形成的。
另外，本发明涉及的探针单元，其特征在于，具备多个接触探针以及探针保持器，其中上述多个接触探针分别具有：第一柱塞以及第二柱塞，其各自分别由导电性材料构成且具有轴对称形状；以及压缩螺旋弹簧，其长度方向的两端部分别被压入上述第一柱塞以及上述第二柱塞的相互对置的端部，并在该长度方向伸缩自如，上述探针保持器呈板状，并具有多个保持孔，该保持孔在上述接触探针的两端部分别从相反的板面露出的状态下，将该接触探针的两端部保持能伸缩自如，上述压缩螺旋弹簧是将上述本发明涉及的弹簧用线材以规定的螺距卷绕而形成的。
另外，本发明涉及的探针单元，其特征在于，上述探针保持器具有：由导电性材料构成的母材、以及覆盖上述母材的表面的绝缘覆膜。
发明的效果
根据本发明，由于具备线状芯材以及被覆材，其中线状芯材由电阻率为5.00×10-8Ω·m以下的导电性材料构成，被覆材由纵弹性系数为1.00×104kgf/mm2以上的弹簧材料构成，并将上述芯材的外周覆盖，故而能够平衡性良好地兼顾导电性和弹簧性能。因此，能够既确保弹簧性能，又确保还可应对具有1GHz以上频率的高频信号的导电性。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式涉及的弹簧用线材的结构的横截面图。
图2是表示本发明的一实施方式涉及的探针单元的结构的立体图。
图3是表示本发明的一实施方式涉及的探针单元的主要部件的结构的部分剖面图。
图4是表示本发明的一实施方式的第一变形例涉及的弹簧用线材的结构的横截面图。
图5是表示本发明的一实施方式的第二变形例涉及的弹簧用线材的结构的横截面图。
图6是表示本发明的一实施方式的第三变形例涉及的弹簧用线材的结构的横截面图。
图7是表示本发明的一实施方式的第四变形例涉及的弹簧用线材的结构的横截面图。
图8是表示本发明的一实施方式涉及的弹簧用线材的其他应用例的连接端子的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明用于实施本发明的实施方式。另外，附图是示意图，有些情况下各部分的厚度与宽度之间的关系、各个部分的厚度比率等与实际有所不同，请留意。当然也有些情况下附图之间包含尺寸之间的关系或比例不同的部分。
图1是表示本发明的一实施方式涉及的弹簧用线材的结构的横截面图。如图1所示的弹簧用线材1，具备：由电阻率为5.00×10-8Ω·m以下的导电性材料构成的线状芯材2、以及由纵弹性系数为1.00×104kgf/mm2以上的弹簧材料构成且被覆(覆盖)芯材2的外周的被覆材3。
芯材2具有圆形横截面，采用金、金合金、铜、铜合金、铝、铍铜、铍镍、银合金等中的至少一种材料来实现。
被覆材3采用弹簧钢、不锈钢、铍铜、硬钢线、磷青铜等中的任一种材料来实现。被覆材3的被覆厚度d比成为芯材2的横截面的圆的半径r(横截面的中心(圆的中心)与横截面的圆周之间的距离的最小值)小。
具有以上构成的弹簧用线材1，是通过对诸如由与被覆材3相同的材料构成的管状部件的中空部插入芯材2后进行了一体化的物材实施抽丝加工或者拉拔加工而形成的。另外，相对于将由形成芯材2的导电性材料和形成被覆材3的弹簧材料构成的包层材做成圆形后被覆材3对芯材2进行被覆，也可以通过实施抽拔加工来形成弹簧用线材1。
图2是表示具备采用弹簧用线材1实现的接触探针的探针单元的结构的立体图。图3是表示如图2所示的探针单元的主要部分的结构的部分剖面图。这些图所示的探针单元4，是实现作为检查对象的半导体封装体100与对半导体封装体100输出检查用信号的测试侧布线基板200之间的连接的装置(测试用插座)。更具体而言，探针单元4具备多个接触探针5，接触探针5在长度方向的两端部分别与作为两个不同被接触体的半导体封装体100以及布线基板200的电极接触，探针单元4并且具备：对多个接触探针5进行保持的探针保持器6、以及按照包围探针保持器6的外周的方式所配置的且对探针保持器6进行固定保持的同时对与探针保持器6接触的半导体封装体100的位置偏离进行抑制的基底部件7。
接触探针5具有：分别具有轴对称形状的由导电性材料构成的第一柱塞51和第二柱塞52、以及压缩螺旋弹簧53，该压缩螺旋弹簧53是以规定的螺距(pitch)缠绕弹簧用线材1而形成的，其长度方向的两端部分别被压入第一柱塞51以及第二柱塞52的相互对置的端部，并在该长度方向自由伸缩。在进行半导体封装体100的检查时，第一柱塞51与半导体封装体100接触，另一方面，第二柱塞52与布线基板200接触。
第一柱塞51具备：具有尖锐端的前端部51a；直径比前端部51a大的凸缘部51b；经由凸缘部51b在与前端部51a相反的方向突出，呈直径小于凸缘部51b的直径且略大于压缩螺旋弹簧53的内径的圆柱状，且压入至压缩螺旋弹簧53的一端部的毂部51c；从毂部51c向与凸缘部51b相反的一侧突出，呈直径小于毂部51c的直径且小于压缩螺旋弹簧53的内径的圆柱状的基端部51d。第一柱塞51相对于长度方向的中心轴呈轴对称的形状。
第二柱塞52，呈与第一柱塞51相同的形状，具有：前端部52a、凸缘部52b、毂部52c、以及基端部52d。另外，第二柱塞52也可以是与第一柱塞51不同的形状。
压缩螺旋弹簧53是以等螺距来缠绕弹簧用线材1而形成的，但在本实施方式中，还可以应用密集卷绕部和粗卷绕部组成的压缩螺旋弹簧，其中以两段不等螺距卷绕了弹簧用线材1。
探针保持器6，是在板厚方向层叠第一基板61与第二基板62而形成的，具有多个用于插通接触探针5并予以保持的保持孔6h。多个保持孔6h的配置图案被规定为与半导体封装体100的电极的配置图案对应。
在第一基板61设置有多个孔部611。孔部611具有：小径孔611a，其可插通第一柱塞51的前端部51a；以及大径孔611b，其与小径孔611a同轴，且具有比小径孔611a的直径大的直径。小径孔611a具有比凸缘部51b小的直径，以防止第一柱塞51的脱离。第一基板61具有：由金属构成的母材61a、以及由树脂等构成的绝缘覆膜61b，该绝缘覆膜61b将母材61a的表面中除与第二基板62对置的表面以外的表面覆盖。
在第二基板62设置多个孔部621，该多个孔部621分别与在第一基板61设置的多个孔部611对应。孔部621与连通的孔部611一起构成保持孔6h。孔部621具有：小径孔621a，其可插通第二柱塞52的前端部52a；和大径孔621b，其与小径孔621a同轴，并具有比小径孔621a的直径大的直径。小径孔621a具有比凸缘部52b小的直径，以防止第二柱塞52脱离。第二基板62具有：由导电性材料构成的母材62a、以及由树脂等构成的绝缘覆膜62b，该绝缘覆膜62b将母材62a的表面中除与第一基板61对置的表面以外的表面覆盖。
根据具有以上构成的探针保持器6，通过采用金属作为母材61a、62a，从而能够提高保持孔6h的强度。并且，如果采用探针保持器6，则可抑制因热而产生的变形、或抑制在探针保持器6所保持的接触探针5的根数为大量(例如1000根左右)的情况下荷重增加而引起的翘曲变形。并且，如果采用探针保持器6，则由于母材61a、62a形成强有力的接地，因此能够产生电磁波屏蔽效果，抑制检查用信号的串扰，使作为探针单元4的电气特性提高。
另外，在图3中，虽然第一基板61与第二基板62呈上下对称的形状，但第一基板和第二基板的板厚也可以是不同的。
在此，对第一基板61、第二基板62的加工方法的概要进行说明。另外，由于第一基板61和第二基板62的加工方法是相同的，因此以下以第一基板61为例进行说明。在加工第一基板61时，首先通过激光加工或钻孔加工等，在母材61a中形成孔部611的位置形成具有规定直径的贯通孔。接着，通过使作为绝缘覆膜62b的材料的液状树脂流入装有母材61a后的规定模型中使之硬化，从而覆盖母材61a的周围，并且填充贯通孔的内部。之后，通过对在贯通孔中填充的树脂部分进行开孔加工，从而形成孔部611。最后，对与半导体封装体100对置的表面保留绝缘覆膜62b地进行平面切削，另一方面，通过对与第二基板62对置的部分的表面按照使母材61a露出的方式进行平面切削，从而完成第一基板61。
根据上述的第一基板61的加工方法，由于在形成绝缘覆膜61b之后进行基于平面切削的平坦度加工，因此母材61a的尺寸精度的容许范围变宽，能够大幅缩短第一基板61的加工时间。
另外，作为绝缘覆膜61b的材料，可以采用粉末状的陶瓷、或树脂与陶瓷的混合体。这种情况下，通过对绝缘覆膜61b的材料加热以及/或者加压，从而使母材61a的表面硬化。
根据以上所说明的本发明的一实施方式，由于具备：由电阻率为5.00×10-8Ω·m以下的导电性材料构成的线状芯材2、以及由纵弹性系数为1.00×104kgf/mm2以上的弹簧材料构成且将芯材2的外周覆盖的被覆材3，故而能够平衡性良好地兼顾导电性与弹簧性能。因此，能够既确保弹簧性能，又能确保还可应对具有1GHz以上频率的高频信号的导电性。
另外，根据本实施方式，由于如上述兼顾导电性和弹簧性能，因此，即使减少压缩螺旋弹簧53的线圈数使电感降低也不会显著损坏弹簧性能。因此，能够使接触探针5变短，能够实现探针单元4的薄化。尤其是，在本实施方式中，由于探针保持器6的母材是金属的，因此即使进行这样的薄化也能够提供一种强度方面没有问题的探针单元4。
另外，根据本实施方式，由于被覆材3是对芯材2的整个外周进行覆盖的，因此，与例如日本特开2006-284292号公报中公开的以在被覆材中夹持芯材的形式构成接触探针的情况不同，不会在作为弹簧的特性上产生异向性。因此，容易应用于各种用途。
图4是表示本实施方式的第一变形例涉及的弹簧用线材的结构的横截面图。该图所示的弹簧用线材8，除了弹簧用线材1的构成外，在被覆材3的外周面还具有由金、金锡合金或者钯等金属构成的镀敷膜9。如果采用具有这样结构的弹簧用线材8，则不必使镀敷膜9加厚至极限，便能够确保还可应对高频信号的导电性。
图5是表示本实施方式的第二变形例涉及的弹簧用线材的结构的横截面图。该图所示的弹簧用线材10，具有：由与芯材2相同的材料构成的线状芯材11、以及由与被覆材3同样的材料构成的、将芯材11的外周覆盖的被覆材12，呈矩形横截面。被覆材12的厚度d1比芯材11的横截面的重心与圆周之间的距离的最小值r1小。
图6是表示本实施方式的第三变形例涉及的弹簧用线材的结构的横截面图。如图所示的弹簧用线材13，具有：由与芯材2同样的材料构成的线状的芯材14；以及由与被覆材3同样的材料构成、并将芯材14的外周覆盖的被覆材15，且形成角部取R倒角的大致矩形形状的横截面。被覆材15的厚度d2比芯材14的横截面的重心与外缘之间的距离的最小值r2小。
图7是表示本实施方式的第四变形例涉及的弹簧用线材的结构的横截面图。该图所示的弹簧用线材16具有：由与芯材2同样的材料构成的线状的芯材17、以及由与被覆材3同样的材料构成并将芯材17的外周覆盖的被覆材18，并呈椭圆形状的横截面。被覆材18的厚度d3，比芯材14的横截面的重心与外缘之间的距离的最小值r3小。
由图5～图7可知，在本实施方式中，能够实现具有各种横截面形状的弹簧用线材。
图8是表示本实施方式涉及的弹簧用线材1的其他应用例即连接端子的结构的图。该图所示的连接端子19具备：螺旋弹簧部19a，其按照形成圆筒形状的方式以等螺距卷绕弹簧用线材1而形成；以及一对电极针部19b、19c，其按照从该螺旋弹簧部19a的两端起呈尖细的锥状的方式将弹簧用线材1分别密集卷绕而成。具有这样结构的连接端子19，还可以应用为连接探针。另外，还可以中途改变螺旋弹簧部的螺距。
作为弹簧用线材1的应用例，除此以外，还可以应用金属线型探针、牵引型螺旋弹簧、以及扭力弹簧等。
至此已对实施本发明的实施方式作了说明，但本发明不应仅由上述一种实施方式来限定。即，本发明还包含并未在此记载的各种实施方式，在不脱离权利要求书所特定的技术思想的范围内，还可以进行各种设计变更。
产业上的可利用性
本发明除了可适用作为进行半导体封装体等的电气特性检查的接触探针所具备的弹性部件以外，还可作为电路的电气接点用部件。
标号说明
1、8、10、13、16弹簧用线材
2、11、14、17芯材
3、12、15、18被覆材
4探针单元
5接触探针
6探针保持器
6h保持孔
7基底部件
9镀敷膜
19连接端子
19a螺旋弹簧部
19b、19c电极针部
51第一柱塞
51a、52a前端部
51b、52b凸缘部
51c、52c毂部(boss section)
51d、52d基端部
52第二柱塞
53压缩螺旋弹簧
61第一基板
61a、62a母材
61b、62b绝缘覆膜
62第二基板
100半导体封装体
200布线基板
611、621孔部
611a、621a小径孔
611b、621b大径孔

Claims (6)

1.一种弹簧用线材，其特征在于，包含：
线状的芯材，其由电阻率为5.00×10-8Ω·m以下的导电性材料构成；以及
被覆材，其由纵弹性系数为1.00×104kgf/mm2以上的弹簧材料构成，且被覆上述芯材的外周。
2.根据权利要求1所述的弹簧用线材，其特征在于，
上述被覆材的被覆厚度小于从上述芯材的横截面的重心至该横截面的外缘为止的距离的最小值。
3.根据权利要求1或2所述的弹簧用线材，其特征在于，
还具备对上述被覆材的外周进行覆盖的镀敷膜。
4.一种接触探针，其特征在于，包含：
第一柱塞以及第二柱塞，其各自分别由导电性材料构成并且具有轴对称形状；以及
压缩螺旋弹簧，其长度方向的两端部分别被压入上述第一柱塞以及上述第二柱塞的相互对置的端部，并在该长度方向伸缩自如，
上述压缩螺旋弹簧是将权利要求1～3中的任一项所述的弹簧用线材以规定的螺距卷绕而形成的。
5.一种探针单元，其特征在于，
具备多个接触探针以及探针保持器，
其中，
上述多个接触探针分别具有：
第一柱塞以及第二柱塞，其各自分别由导电性材料构成并且具有轴对称形状；以及
压缩螺旋弹簧，其长度方向的两端部分别被压入上述第一柱塞以及上述第二柱塞的相互对置的端部，并在该长度方向伸缩自如，
上述探针保持器呈板状，并具有多个保持孔，该保持孔在上述接触探针的两端部分别从相反的板面露出的状态下，将该接触探针的两端部保持能伸缩自如，
上述压缩螺旋弹簧是将权利要求1～3中任一项所述的弹簧用线材以规定的螺距卷绕而形成的。
6.根据权利要求5所述的探针单元，其特征在于，
上述探针保持器具有：由导电性材料构成的母材、以及被覆上述母材的表面的绝缘覆膜。
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Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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