JP2004219282A - プローブとそれを用いたコンタクト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンタクト装置のプローブに半田等の軟らかな電極のくずが多くこびりつく前に簡単に除去できるようにし、電極のくずが多くこびりついてプローブと例えば半田ボール等の電極との接触面積が狭められて検査精度の低下、測定ミスが生じることを未然に防止できるようにし、プローブを長寿命化する。
【解決手段】プローブとして、中央部２２より小径のピストン部２４、２４を突出させた中央導電体１４と、ピストン部２４、２４に外嵌され、一端が中央導電体１４の中央部２２とそれより小径のピストン部２４により形成された段部２６に衝止されたコイルスプリング１６と、各ピストン部２４、２４のプリング１６から食み出した部分に外嵌され、外側の端部が半田電極４４と好適に接触しうる接触端２８とされた２個の無底筒状プローブ素子１８、１８からなるものを用いる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品、例えばＩＣ、プリント配線基板等の試験、特性、性能等の検査、測定のために、その各電極、各配線部分と測定回路との間を電気的に接続するプローブと、該プローブを用いたコンタクト装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品、例えばＩＣ、プリント配線基板等の試験、特性、性能等の検査、測定のために、その各電極、各配線部分と測定回路との間を電気的に接続することによりその各電極、各配線膜をその測定回路に電気的に導出することが必要である。そして、各配線膜、電極等の電気的導出にはコンタクト装置が用いられる。この種のコンタクト装置はプレートに多数のプローブを備え、各プローブの一端をプリント基板の各配線膜等の測定回路に電気的に接続すべき部分に接触させ、他端を測定回路に接続されたコードの先端に接触させるようになっているものが多い。これに関しては、本願出願人会社は特願平７−６１７２８、特願平８−１８３４４９、特願平１０−６６３３３、特願２００１−１３９４２０等により各種提案を行っている。
【０００３】
図２はそのようなコンタクト装置の従来例の一つを示す断面図である。ａはプローブ保持ボードで、複数枚の板ａ１、ａ２、ａ３、ａ４を重ね合わせてなる。ｂは該プローブ保持ボードａに形成された保持孔で、上記重ね合わされた各板ａ１、ａ２、ａ３、ａ４に形成された孔ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４が連通して構成されてなる。ｃはプローブで、第１のプローブ素子ｄと、第２のプローブ素子ｅと、該プローブ素子ｄ・ｅ間に介在する縮設されたコイルスプリングｆからなる。該プローブ素子ｄ・ｅは各々係合フランジｇを有する。ｈは両端に内向きの係合片ｉ・ｉを有するバレルで、該係合片ｉ・ｉが上記プローブ素子ｄ・ｅの係合フランジｇ・ｇと係合して、第１のプローブ素子ｄと第２のプローブ素子ｅを、接触端が外側を向き、それ等の反接触端側の端部間にスプリングｆが縮設された状態で、外側から保持する。
【０００４】
そして、バレルｈによって保持された第１のプローブ素子ｄと、第２のプローブ素子ｅと、該プローブ素子ｄ・ｅ間に介在する縮設されたスプリングｆからなるプローブｃが上記プローブ保持ボードａの保持孔ｂ内に収納されてコンタクト装置が構成されている。
上記第１のプローブ素子ｄの接触端及び上記第２のプローブ素子ｅの接触端は上記プローブ保持ボードａの下面及び上面から突出せしめられている。
ｊはプローブと、図示しない測定回路との間を電気的に接続する被覆コードで、その芯線ｋが第１のプローブ素子ｄの接触端と弾接せしめられる。
【０００５】
ｌは第２のプローブ素子ｅの接触端と弾接せしめられる、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）タイプの半導体装置（図示しない）の電極を成す半田ボールである。
電極が半田ボールからなる半導体装置は、検査時において、その電極ｌ側を下向きにして、該各電極ｌと、それに対応するプローブｃの第２のプローブｅとが接するように位置合わせしてプローブ保持ボードａ上に臨まされ、所定の圧力で下側に押圧される。すると、各第２のプローブ素子ｄはコイルスプリングｆを介して押圧され、その接触端がそのコイルスプリングｆの弾力により被覆ケーブルｊの芯線ｋとの間が弾接し、その間に良好な電気的接続状態を形成することができる。従って、検査、測定が可能になるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図２に示すような従来のコンタクト装置は、ＢＧＡタイプの半導体装置の検査測定をする場合に、測定の繰り返しに伴って、第２のプローブ素子ｅのクラウン状の接触端が半田ボールｌと接することにより生じる半田くずが第２のプローブ素子ｅの表面に少しずつこびりつき、そのこびりつき量が多くなると、検査精度の低下、測定ミスをもたらす原因になるという問題があった。
【０００７】
即ち、ＢＧＡタイプの半導体装置の電極を成す半田ボールｌは、材料が半田からなり、軟らかなので、第２のプローブ素子ｅと接すると表面が削られて半田ゴミをつくり、それが第２のプローブ素子ｅの表面に付着する。そして、検査測定の繰り返しにより、その第２のプローブ素子ｅの表面に半田ゴミがこびりつき、そして、徐々に大きくなる。その付着した半田ゴミは大きくなればなるほど、第２のプローブ素子ｅと半田ボールｌとの接触する面積を狭め、延いては、検査精度の低下、測定ミスをもたらす。即ち、半田ゴミが全くないときは、第２のプローブ素子ｅの表面と半田ボールｌとはその間に良好な電気的接続状態を形成するに必要な接触面積が得られても、半田ゴミが局部的に大きく成長すると、第２のプローブ素子ｅの表面と半田ボールｌとはその局部的に大きく成長した半田ゴミを介してのみ接触する、或いはそれに近い状態になり、接触面積が極めて狭くなり、その間に良好な電気的接続状態を形成することができなくなる場合が生じる。すると、必然的に精確な測定、検査ができなくなり、更には、測定ミス、検査ミスが生じ得る。
【０００８】
そこで、本願発明者は、検査測定を何回か繰り返したら、各プローブ素子に付着した半田ゴミを簡単に除去できるようにすべく模索をし、更に、両方のプロー素子を半田電極との接触に用い得るようにし、半田電極との接触に使っていた方のプローブ素子が半田電極との接触に不適切になったらプローブの向きを逆にし、他方のプローブ素子を半田電極との接触に用いるようにするという着想を得た。
【０００９】
本発明はそのような模索、着想の結果として為されたものであり、コンタクト装置に使用するプローブに半田等の軟らかな電極のくずが多くこびりつく前に簡単に除去できるようにし、延いては、電極のくずが多くこびりついてプローブと例えば半田ボール等の電極との接触面積が狭められて検査精度の低下、測定ミスが生じることを未然に防止できるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１のプローブは、中央部から両側に該中央部より小径のピストン部を突出させた中央導電体と、該各ピストン部に外嵌され、一端が上記中央導電体の中央部とそれより小径のピストン部により形成された段部に係合する２個のコイルスプリングと、該各ピストン部の上記コイルスプリングから食み出した部分に外嵌され、外側の端部が半田電極と好適に接触し得る接触端とされた２個の筒状のプローブ素子と、からなり、上記中央導電体の上記各ピストン部は、上記各スプリングの弾力に抗して上記プローブ素子を中央導電体側に移動したとき先端がそのプローブ素子から食み出し得る長さにされてなることを特徴とする。
【００１１】
従って、請求項１のプローブによれば、上記各プローブ素子が無底筒状なので、非使用時に、プローブ素子をその接触端側から真空引きすることによりそのプローブ素子の接触端表面の半田等の電極くずを吸引除去することができる。
また、各プローブ素子はコイルスプリングの弾力に抗して中央導電体の中央部側に押すとそのプローブ素子に内嵌されたピストン部が相対的にプローブ素子の内周を先に向かって移動し、プローブ素子の内周面に電極のくずが多くこびりつく前に電極くずを除去することができる。
【００１２】
従って、電極のくずが多くこびりついてプローブ素子と例えば半田ボール等の電極との接触面積が狭められて検査精度の低下、測定ミスが生じることを、未然に防止することが可能となる。
そして、二つのプローブ素子の接触端が共に半田電極と好適に接触し得るようにされているので、一つのプローブ素子が半田電極との接触の繰り返しによって半田電極と好適に接触し得ない形状になっても、プローブの向きを逆にして他方のプローブ素子を半田電極と接触させるようにすることにより、プローブの使用を続けることができ、プローブの寿命を長くすることができる。
【００１３】
請求項２のプローブは、請求項１記載のプローブにおいて、上記各プローブ素子の接触端がクラウン状に形成されたことを特徴とする。
従って、請求項２のプローブによれば、各プローブ素子の接触端がクラウン状に形成されてなるので、被コンタクト体との接触をクラウン状の先端面の尖った部分にて為し得るので、より接触を良好に為すことができ、延いては、プローブと被コンタクト体との電気的接続性を良好に為し得る。
【００１４】
請求項３のプローブは、請求項１又は２記載のプローブにおいて、前記中央導電体の中央部とその両側のピストン部に外嵌されたコイルスプリングをカバーする導電性のある筒状のケースが、上記中央導電体の中央部にて強固に固定されるように外嵌されてなることを特徴とする。
従って、請求項３のプローブによれば、筒状のケースにより中央導電体とその両側のピストン部に外嵌されたコイルスプリングを保持できるので、プローブのプローブ保持ボードへの装着作業がやり易く、コンタクト機器の組み立てがやり易い。
【００１５】
請求項４のコンタクト装置は、請求項１、２又は３記載の複数のプローブと、貫設された複数の収納孔を有し、該各収納孔にて上記各プローブを脱落しないように収納するプローブ保持ボードと、を有し、上記各プローブは、前記第１及び第２のプローブ素子の接触端にて二つの被コンタクト体によって押圧されると該第１及び第２のプローブ素子間の前記スプリングが縮んで該被コンタクト体と第１及び第２のプローブ素子の接触端との電気的接続に必要な弾力を蓄えるようにされたことを特徴とする。
【００１６】
従って、請求項４のコンタクト装置によれば、請求項１、２又は３記載のプローブを用いるので、請求項１、２又は３記載のプローブが奏する効果を享受することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明プローブは、基本的に、中央部から両側にピストン部を突出させた中央導電体と、該各ピストン部に外嵌された２個のコイルスプリングと、該各ピストン部の上記コイルスプリングから食み出した部分に外嵌された２個の筒状のプローブ素子からなり、上記各ピストン部は、上記各スプリングの弾力に抗して上記プローブ素子を中央導電体側に移動したとき先端がそのプローブ素子から食み出し得る長さにしたものであるが、各プローブ素子の接触端はクラウン状に形成するのが、半田ボール電極とのコンタクトに好適である。そして、前記中央導電体の中央部とその両側のピストン部に外嵌されたコイルスプリングをカバーする導電性のある筒状のケースを、上記中央導電体の中央部に固定されるように外嵌するようにしても良い。
本発明プローブを脱落しないようにプローブ保持ボードに収納すれば、本発明コンタクト機器が出来上がる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明プローブの第１の実施例を用いた本発明コンタクト機器の第１の実施例の一部を示す断面図であり、（Ａ）はコンタクトの前の状態を、（Ｂ）はコンタクト時の状態を示す。
図において、２はプローブ保持ボードで、複数枚の板２ａ、２ｂ、２ｂを重ね合わせてなる。４は該プローブ保持ボード２に形成された保持孔で、上記重ね合わされた各板２ａ、２ｂ、２ｂに形成された孔４ａ、４ｂ、４ｂを連通させるようにして構成されてなる。該保持孔４は図では１個のみ示されているが、プローブ保持ボード２には、数百乃至数千個設けられている。該各保持孔４内に、後で述べるプローブ（８）が１個づつ収納される。
【００１９】
８、８は可動ボードで、上記プローブ保持ボード２の上下両面側に、該プローブ保持ボード２と近接したり離間する移動が可能なるように設けられており、上記各保持孔４に対応したところに、後述するプローブ（１２）のプローブ素子（１８、１８）を通すプローブ素子挿通孔１０が形成されている。
該可動ボード８、８は、コンタクトを取るときに各プローブ素子挿通孔１０の開口部にて半田ボール電極（４４）を受けてプローブ素子（１８）の接触端が半田ボール電極（４４）の表面を滑ることなく良好なコンタクトを取れるようにするために設けられている。該可動ボード８、８は、図１（Ａ）に示すように、コンタクトをしないときは、上記プローブ保持ボード２から離れ、図１（Ｂ）に示すように、コンタクトをするときは、上記プローブ保持ボード２に密着した状態になる。
【００２０】
１２はプローブで、中央導電体１４と、二つの導電性スプリング１６、１６と、筒状のプローブ素子１８、１８と、導電性のある筒状のケース２０とからなる。
上記中央導電体１４は中央部２２の両面からそれより小径のピストン部２４、２４が突出形成された形状を有する。２６、２６は中央導電体１４の中央部２２とそれより小径のピストン部２４、２４との間に形成された段部である。
【００２１】
上記導電性スプリング１６、１６は上記中央導電体１４のピストン部２４、２４に外嵌され、その一端は上記段部２６、２６に衝止される。
上記プローブ素子１８、１８は筒状の導電体からなり、その中心孔の径が上記ピストン部２４、２４の外径よりも稍大きく、ピストン部２４、２４が相対的にそのプローブ素子１８、１８に慴動可能に嵌合され得るような径にされている。そして、その各プローブ素子１８、１８の一端は半田ボール電極（４４）等と良好な接触を取り得るクラウン状の接触端２８とされている。
【００２２】
そして、上記プローブ素子１８、１８は、上記ピストン部２４、２４の上記導電性スプリング１６、１６から食み出した部分に外嵌されている。このプローブ素子１８、１８の長さは、ピストン部２４、２４の長さよりも短くされ、該プローブ素子１８、１８を上記上記導電性スプリング１６、１６の弾力に抗して上記中央導電体１４の中央部２２側に移動するとピストン部２４、２４の先端が該プローブ素子１８、１８の先端から食み出し得るようにされている。
上記筒状のケース２０は、導電性材料からなり、上記中央導電体１４の中央部２２とその両側のピストン部２４、２４に外嵌された導電性のコイルスプリング１６、１６をカバーし、上記中央導電体１４の中央部に外嵌され強固に固定されている。
【００２３】
上記中央導電体１４と、二つの導電性スプリング１６、１６と、筒状のプローブ素子１８、１８と、導電性のある筒状のケース２０とからなるプローブ２が多数個図１に示すようプローブ装着ボード２に抜け止めされた状態で装着される。このように装着することによってコンタクト機器４０が構成される。尚、図１（Ａ）に示すように、通常時には、プローブ１２の両端部を成す各プローブ素子１８の接触端２８、２８は上下の可動板８、８内部に位置するが、コンタクト時には、当然のことながら、図１（Ｂ）に示すように、各プローブ素子１８の接触端２８、２８は上下の可動板８、８から上或いは下へ食み出す。
【００２４】
４２はＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）タイプの半導体装置、４４は半田ボール電極、４６はコード配設板４８の表面から露出するコードの芯線であり、各芯線４６が上記各プローブ１２の下側（図１における下側）のプローブ素子１６の接触端２８が接するようにされる。
【００２５】
本コンタクト機器４０は、通常時には図１（Ａ）に示す状態にあり、コンタクト時（測定時）には、図１（Ｂ）に示すように、下側の可動板８、プローブ装着ボード２及び上側の可動板８を低下させ、更に、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）タイプの半導体装置４２を低下させ、下側のプローブ素子１８の接触端２８をコード配設板４６の芯線４６に接触させると共に、上側のプローブ素子１８の接触端２８を半導体装置４２の半田ボール電極４４に接触させる。その際、上側の可動板４２のプローブ素子挿通孔１０の開口部が半田ボール電極４４を受けてコンタクト動作中におけるそのプローブ素子１８に対する位置関係を安定させ、その接触端２８が半田ボール電極４４上を滑ることなく良好に接触するようにする。このようにするのは、 元来、半田ボール電極４４表面は滑らかであり、素子１８の接触端２８が滑り易く、滑ったら良好な電気的接触を取ることができないので、滑りを阻むためである。
【００２６】
下側のプローブ素子１８の接触端２８をコード配設板４６の芯線４６に接触させると共に、上側のプローブ素子１８の接触端２８を半導体装置４２の半田ボール電極４４に接触させた後、その後も更に、半導体装置４２を下側に稍押すと、上記導電性スプリング１６、１６が縮んで下側のプローブ素子１８の接触端２８をコード配設板４６の芯線４６に、上側のプローブ素子１８の接触端２８を半導体装置４２の半田ボール電極４４に押圧する弾力を蓄え、良好な電気的接触を得ることができる。これにより、各半田ボール電極４４とそれに対応する芯線４６との電気的導通を確保することができる。
【００２７】
本発明コンタクト装置においては、その半田くずが上側のプローブ素子１８の先端及びその近傍にこびりついて検査精度が低くなったり、検査誤差が生じたりする前に、プローブ１２の上側のプローブ素子１８をその接触端２８側から真空引きすることにより、半田くずを除去することができるという利点がある。
【００２８】
具体的には、各プローブ素子１８が無底筒状であるので、真空引きすることができる状態にし、その接触端２８側から真空引きする。すると、それにより電極くずを極めて簡単に吸引除去することができるのである。それは、プローブ素子一つごとに電極くずの除去をするのではなく、上側のプローブ素子１８、１８、・・・に対して一斉に、或いは相当程度の数のプローブ素子１８、１８、・・・単位で一斉に電極くずの除去をすることができる。
従って、電極のくずが多くこびりついて上側のプローブ素子と例えば半田ボール等の電極との接触面積が狭められて検査精度の低下、測定ミスが生じることを未然に防止できる。これは数十回乃至数百回程度のコンタクト（測定）の繰り返しに対して一回というような頻度で行う。
【００２９】
更に、より確実に、電極のくずを除去する場合には、上側の可動板８を取り去り、その状態で、各上側のプローブ素子１８、１８、・・・に対して一斉に、或いは相当程度の数のプローブ素子１８、１８、・・・単位で導電性スプリング１６の弾力に抗して加工させる力を加えるようにする。すると、相対的に、ピストン部２４がプローブ素子１８に対して上側に移動し、その先端がプローブ素子１８先端から稍突出し、その過程でプローブ素子１８内周面の半田電極くずが除去される。これは例えば数千回のコンタクト（測定）に対して１回という頻度で行う。
このような動作により、より有効、確実な半田電極くずを除去することができ、各プローブ１２及びそれを用いたコンタクト機器４０の寿命をより長くすることができる。
【００３０】
そして、コンタクト機器４０によるコンタクト（測定）の繰り返し（数千回乃至数万回の繰り返し）により、半田ボール電極４４とコンタクトしていた上側の各プローブ素子１８が全体的に劣化し、半田ボール電極４４とのコンタクトに適切な状態でなくなった場合には、各プローブ１２の上下方向の向きを反対にする（これは全プローブ１２を収納するプローブ収納ボード２及び可動ボード８、８を上下反対に、即ち、逆さにすることにより為し得る）。 すると、コンタクト機器４０に装着された下側の芯線４８にコンタクトして半田ボール電極４４とのコンタクトに比較して劣化の少ない下側の各プローブ端子１８を劣化し易い半田ボール電極４４とコンタクトとのコンタクトに使用できる。
【００３１】
従って、コンタクト機器４０の各プローブ１２の寿命を顕著に、具体的には２倍弱に長くすることができる。尚、半田ボール電極４４とのコンタクトで劣化した各プローブ端子１８は、芯線４８とのコンタクトには充分に使用が可能である。
【００３２】
尚、本実施例においては、導電性の筒状のケース２０を有しており、該導電性筒状のケース２０は、上下のプローブ素子１２・１２間の電気的導通性をより良くし、中央導電体１４、プローブ素子１８、１８及び導電性スプリング１６、１６を一体化してプローブ収納ボード２への組付けをし易くする役割を果たすが、必ずしも不可欠ではない。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１のプローブによれば、上記各プローブ素子が無底筒状なので、非使用時に、プローブ素子をその接触端側から真空引きすることによりそのプローブ素子の接触端表面の半田等の電極くずを吸引除去することができる。
また、各プローブ素子はコイルスプリングの弾力に抗して中央導電体の中央部側に押すとそのプローブ素子に内嵌されたピストン部が相対的にプローブ素子の内周を先に向かって移動し、プローブ素子の内周面に電極のくずが多くこびりつく前に電極くずを除去することができる。
【００３４】
従って、電極のくずが多くこびりついてプローブ素子と例えば半田ボール等の電極との接触面積が狭められて検査精度の低下、測定ミスが生じることを、未然に防止することが可能となる。
そして、二つのプローブ素子の接触端が共に半田電極と好適に接触し得るようにされているので、一つのプローブ素子が半田電極との接触の繰り返しによって半田電極と好適に接触し得ない形状になっても、プローブの向きを逆にして他方のプローブ素子を半田電極と接触させるようにすることにより、プローブの使用を続けることができ、プローブの寿命を長くすることができる。
【００３５】
請求項２のプローブによれば、各プローブ素子の接触端がクラウン状に形成されてなるので、被コンタクト体との接触をクラウン状の先端面の尖った部分にて為し得る。従って、より接触を良好に為すことができ、延いては、プローブと被コンタクト体との電気的接続性を良好に為し得る。
【００３６】
請求項３のプローブによれば、筒状のケースにより中央導電体とその両側のピストン部に外嵌されたコイルスプリングを保持できるので、プローブのプローブ保持ボードへの装着作業がやり易く、コンタクト機器の組み立てがやり易い。
【００３７】
請求項４のコンタクト装置によれば、請求項１、２又は３記載のプローブを用いるので、請求項１、２又は３記載のプローブが奏する効果を享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明プローブの第１の実施例を用いた本発明コンタクト機器の第１の実施例の一部を示す断面図であり、（Ａ）はコンタクトの前の状態を、（Ｂ）はコンタクト時の状態を示す。
【図２】コンタクト装置の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
２・・・プローブ保持ボード、４・・・プローブ収納孔、１２・・・プローブ、
１４・・・中央導電体、１６・・・導電性コイルスプリング、
１８・・・プローブ素子、２０・・・筒状のケース、
２２・・・中央導電体１４の中央部２４・・・ピストン部、
２８・・・接触端、４０・・・コンタクト機器。

Claims (4)

1. 中央部から両側に該中央部より小径のピストン部を突出させた中央導電体と、
   上記各ピストン部に外嵌され、一端が上記中央導電体の中央部とそれより小径のピストン部により形成された段部に係合する２個のコイルスプリングと、
   上記各ピストン部の上記コイルスプリングから食み出した部分に外嵌され、外側の端部が半田電極と好適に接触しうる接触端とされた２個の無底筒状のプローブ素子と、
   からなり、
   上記中央導電体の上記各ピストン部は、上記各スプリングの弾力に抗して上記プローブ素子を中央導電体側に移動したとき先端がそのプローブ素子から食み出し得る長さにされてなる
   ことを特徴とするプローブ。
2. 上記各プローブ素子の接触端がクラウン状に形成された
   ことを特徴とする請求項１記載のプローブ。
3. 前記中央導電体の中央部とその両側のピストン部に外嵌されたコイルスプリングをカバーする筒状のケースが、上記中央導電体の中央部にて固定されて外嵌されてなる
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のプローブ。
4. 請求項１、２又は３記載の複数のプローブと、
   貫設された複数の収納孔を有し、該各収納孔にて上記各プローブを脱落しないように収納するプローブ保持ボードと、
   を有し、
   上記各プローブは、前記第１及び第２のプローブ素子の接触端にて二つの被コンタクト体によって押圧されると該第１及び第２のプローブ素子間の前記スプリングが縮んで該被コンタクト体と第１及び第２のプローブ素子の接触端との電気的接続に必要な弾力を蓄えるようにされた
   ことを特徴とするコンタクト装置。

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