JP2004309490A

JP2004309490A - 導電性接触子

Info

Publication number: JP2004309490A
Application number: JP2004130185A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kazama; 俊男風間
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-07-09
Also published as: JP4167202B2

Abstract

【課題】低抵抗化・低インダクタンス化および製造の低コスト化が可能な接触子を提供する。
【解決手段】コイルばね導電性接触子は、ばね材からなる素線３ａを金メッキ処理し、金メッキ層８ａを形成する。これをコイリングしてコイルばね部４と電極ピン部５ａ・５ｂを形成する。電極ピン部５ａ・５ｂ部は密着巻きにし、コイル軸線方向に隣接する素線３ａの金メッキ層８ａ同士を荷重力をもって接触させる。さらに密着巻き部分の外周全体に金メッキ処理を実施し第２の金メッキ層８ｂを形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体素子などの検査やウェハテスト用のコンタクトプローブやプローブカード、あるいはＬＧＡ（ランド・グリッド・アレイ）・ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）・ＣＳＰ（チップ・サイド・パッケージ）・ベアチップなどのソケットや、コネクタなどに用いるのに適する導電性接触子に関するものである。

従来、プリント配線板の導体パターンや電子部品などの電気的検査（オープン・ショートテスト、環境テスト、バーンインテストなど）を行うため、またはウェハテスト用などのコンタクトプローブや、半導体素子（ＬＧＡ・ＢＧＡ・ＣＳＰ・ベアチップ）用ソケット（製品用も含む）及びコネクタに種々の構造の導電性接触子が用いられている。

例えば上記半導体素子用ソケットに用いる場合には、近年、半導体素子に用いられる信号周波数が高速化され、数百ＭＨｚのものも使用されるようになっている。したがって、そのような高速で動作する半導体素子に使用されるソケットには、その導電部分である導電性接触子に高周波数に対応するべく低インダクタンス化及び低抵抗化をより一層促進することと、取付スペース上におけるコンパクト化とが要求される。

上記課題を解決するため、本発明においては、被接触体に弾発的に接触させるためのコイルばね状導電性接触子を絶縁性支持部材に設けた貫通孔に同軸的に受容し、前記貫通孔を、その軸線方向の少なくとも一端側に縮径部を有する形状に形成し、前記コイルばね状導電性接触子が、前記貫通孔の中間部に受容されたコイルばね部と、前記コイルばね部の両端側にて密着巻きされかつ少なくとも一方を前記縮径部により抜け止めされるテーパ形状または段付き形状に形成された一対の電極ピン部からなると共に、高導電性材により表面処理されていることとした。

これにより、導電性針状体と導電性コイルばねとを組み合わせて接触子を構成するものに比べて異なる部品間の結合部がないため低抵抗化し得ると共に、コイル状をなすが密着巻きしかつ高導電性材により表面処理しているため、密着巻き部分における電気経路がコイル軸線方向の直線状になって低インダクタンス化を達成し得る。また、貫通孔の先細り部と電極ピン部のテーパ形状とにより、電極ピン部を抜け止めかつ位置決めできるため、直線状孔により針状体を摺動自在に支持するものに対して軸線方向長さを極力短くすることができ、コンパクト化を向上し得る。

また、前記縮径部が、前記貫通孔のその軸線方向両端側にて先細り部を有する形状に形成されてそれぞれ設けられていると共に、前記一対の電極ピン部が、前記コイルばね部の両端側にてそれぞれ前記先細り部により抜け止めされるテーパ形状をなして密着巻きされていることとした。これにより、両端可動型導電性接触子における両電極ピン部の抜け止めかつ位置決めをそれぞれできるため、上記と同様の効果を奏し得る。

また、前記縮径部が、前記コイルばね部の外径よりも縮径されかつ前記貫通孔のその軸線方向両端側にそれぞれ設けられていると共に、前記一対の電極ピン部の他方が前記縮径部よりも小径の円筒形状に形成されていることとした。これにより、被接触体が半田ボールのように凸状曲面をなしている場合に、その凸状曲面を円筒形状電極ピン部内に案内するように突入させて接触させることができ、半田ボールなどとの接触状態が安定し得る。

また、前記コイルばね部が単一のピッチ巻きで形成されていることにより、密着巻き部と等ピッチ巻き部との簡単なコイリングで形成することができ、製造コストを低廉化し得る。

また、前記電極ピン部が、初張力をもって密着巻きされていることにより、初張力により密着巻き部の素線同士の密着性を向上でき、密着状態による低抵抗化の実現をより一層確実なものにすることができる。

また、前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成した後の状態で行われていることにより、工程が簡略化されかつ密着巻き部の接触抵抗を低減し得る。

また、前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成する前の素線の状態と当該形成後の状態との両状態で行われていることにより、密着巻き部の接触抵抗を極力低減し得る。

次に、本発明の実施の態様を添附図面を参照して以下に示す。

図１は、本発明が適用された半導体素子用ソケットの要部拡大側断面図である。本図示例におけるソケットは、絶縁性支持部材として例えば２枚の合成樹脂製の絶縁板１を積層して形成されている。そのようにして一体化された両絶縁板１からなる支持部材には、両絶縁板１の厚さ方向に貫通する貫通孔２が設けられており、その貫通孔２内には、同軸的にコイルばね状導電性接触子３が受容されている。

貫通孔２は、その軸線方向中間部を所定長の直線同一径孔に形成され、その軸線方向両端側を外方に臨む開口に向けて先細りのテーパ孔状に形成されている。なお、そのテーパ孔状に形成されたテーパ孔部２ａの先細り部分と外方との連通部分には所定長の同一径孔からなる縮径部としての直線小孔部２ｂが形成されている。

コイルばね状導電性接触子３は、ばね材からなる１本の素線をコイル状に巻回して形成されており、上記貫通孔２の中間部の直線同一径孔内に径方向にある程度の遊びをもって受容される所定ピッチ巻きのコイルばね部４と、そのコイルばね部４の軸線方向両端側にてコイルばね部４と同一径にて複数巻きされた後コイルエンドに至るまでの間をテーパ状に密着巻きされた一対の電極ピン部５ａ・５ｂとからなる。なお、電極ピン部５ａ・５ｂのテーパ状部分は、上記貫通孔２の先細り部２ａと概ね補完的形状をなすと共に、その先細りの先端部分を上記直線小孔部２ｂから外方に突出可能に直線小孔部２ｂの孔径よりも細くなるまで巻かれている。

また、コイルばね状導電性接触子３は、上記コイルばね部４を圧縮させた状態で貫通孔２内に収められるようになっている。例えば、両絶縁板１の各貫通孔２内に各電極ピン部５ａ・５ｂを受容しつつ両絶縁板１同士を重ね合わせて、コイルばね部４に初期荷重を与えた状態でコイルばね状導電性接触子３を両絶縁板１に組み付ける。なお、コイルばね部４を圧縮させないフリー状態で貫通孔２内に収めるようにしても良く、このようにすることにより、組付けが容易になる。

このとき、電極ピン部５ａ・５ｂがテーパ形状になっていることから、その先端を各絶縁板１に設けられた貫通孔２の開口に対して任意の位置で若干没入させるのみで、両絶縁板１同士を重ね合わせる作業において、電極ピン部５ａ・５ｂの先端がテーパ孔部２ａに案内されて、電極ピン部５ａ・５ｂがテーパ孔部２ａに容易に収まる。そのため、針状の電極ピンを孔に通して組み付けるものに対して、組み付け作業を極めて容易に行うことができる。

そして、両絶縁板１を密着状態に例えばねじ止めにて固着することにより、コイルばね部４の弾発付勢力により各テーパ孔部２ａのテーパ面に各電極ピン部５ａ・５ｂの補完的形状をなすテーパ部分が衝当して、コイルばね状導電性接触子３が抜け止めされると共に、テーパ嵌合状態により、電極ピン部５ａ・５ｂの先端の側方に対する位置のばらつきを好適に小さくし得る。したがって、ソケットなど複数の導電性接触子をマトリクス状に配置したものにおいて、単に組み付けを行うだけで、各電極ピン部５ａ・５ｂの各突出端の高精度な平面座標位置の確保を実現し得る。

このようにして、貫通孔２に受容されたコイルばね状導電性接触子３の各電極ピン部５ａ・５ｂは、自然状態で貫通孔２の外方に各先端部を所定量突出し得るようになっている。そして、それら各電極ピン部５ａ・５ｂを、基板６の配線パターン６ａと、半導体素子としての例えばＢＧＡ７の半田球からなる端子７ａとに接触させて、本ソケットを使用する。

なお、上記したようにコイルばね状導電性接触子３に初期荷重を与えておくことにより、被接触体（配線パターン６ａ・端子７ａ）に弾発的に接触させた場合における相手の高さの違いに対するたわみ量の変化による荷重変化を好適に少なくすることができる。

図２に本発明に基づくコイルばね状導電性接触子３の形成要領を示す。まず、図２（ａ）に示されるように、前記したようにばね材からなる素線３ａに対して高導電性材としての金を用いた表面処理として金メッキを行い、素線３ａの外面全体に金メッキ層８ａを形成する。なお、金メッキに限ることはなく、例えばＮｉやＣｕのメッキを行っても良い。

次に、上記金メッキされた素線３ａをコイリングして、図１に示されるようにコイルばね部４と電極ピン部５ａ・５ｂとを形成する。このとき、電極ピン部５ａ・５ｂにあっては、図２（ｂ）に示されるように密着巻きにするが、さらに初張力を与えて、密着巻き部における素線３ａ同士がコイル軸線方向に互いに衝当するように巻く。これにより、密着巻きされた電極ピン部５ａ・５ｂにあっては、コイル軸線方向に隣接する素線３ａの金メッキ層８ａ同士が荷重力をもって接触することになる。

さらに、図２（ｃ）に示されるように、図２（ｂ）に示された状態のものにさらに金メッキ処理を施して、密着巻き部分の外周全体に第２の金メッキ層８ｂを形成する。この場合も、上記と同様に金メッキに限ることはなく、例えばＮｉやＣｕのメッキを行っても良い。これにより、機械的な密着力のみならず、第２の金メッキ層８ｂがコイル軸線方向に連続して形成されることによる結合力が生じ、密着巻き部分の素線３ａ同士の密着性をより一層高めることができると共に、密着における接触抵抗を極力低減し得る。

このようにして形成された本コイルばね状導電性接触子３によるソケットとしての使用状態を図３に示す。この場合には、コイルばね状導電性接触子３のみを介して電気信号が伝達されることになり、基板６とＢＧＡ７との間に何ら不必要な半田付けなどの結合部がないため、電気的抵抗が安定化する。また、接触子を被接触体に弾発的に接触させて使用するためにはコイルばね部４が必要であるが、その巻き数ＮとインダクタンスＨとの間には、係数をＡとし、ばね長さをＬとすると、Ｈ＝Ａ・Ｎ２／Ｌの関係があり、低インダクタンス化のためにはＮを極力少なくすることが重要である。そのため、本図示例のように２巻き程度にすると良いが、１０巻き以下であれば良い。

さらに、上記したように電極ピン部５ａ・５ｂが初張力をもって密着しかつコイル軸線方向に連続する第２の金メッキ層８ｂで全体を覆われていることから、電極ピン部５ａ・５ｂにおける電気経路はコイル軸線方向に直線的になる。したがって、コイル状に巻いて形成したにもかかわらず、コイル状に電気が流れることはなく、低抵抗化・低インダクタンス化を向上し得る。

なお、前記したように、貫通孔２のテーパ孔部２ａの先細り部分と外方との連通部分に直線小孔部２ｂを形成していることから、テーパ状をなす電極ピン部５ａ・５ｂの先端が引っかかることが防止されると共に、直線小孔部２ｂの形状により開口部の肉厚が有る程度確保されており、半田球からなる端子７ａが接触して直線小孔部２ｂの開口部が破損することを防止し得る。

図４は、本発明に基づく第２の実施の形態を示す図である。なお、前記図示例と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。この形態にあっては、図における上側絶縁板１の上面に同様に絶縁板からなるストッパ１１が積層されており、ストッパ１１には貫通孔２に対応する位置に孔１１ａが設けられている。

また、図における下側の一方の電極ピン部５ａは前記実施の形態と同様にテーパ状に形成されているが、上側の他方の電極ピン部５ｃは、コイルばね部４よりも縮径された円筒形状に形成されており、その円筒状電極ピン部５ｃが上記孔１１ａ内に受容されている。そして、大径のコイルばね部４と小径の円筒状電極ピン部５ｃとの間の段部がテーパ孔部２ａに衝当して、前記実施の形態と同様にコイルばね状導電性接触子３が抜け止めされている。

なお、本実施の形態にあっては、被接触体である端子７ａを電極ピン部５ｃに接触させる前の状態である上記抜け止め状態にあっては、電極ピン部５ｃの突出端が孔１１ａ内に埋没状態になるようにされている。

このようにして形成されたコイルばね状導電性接触子１３による前記と同様にソケットとしての使用状態を図３に対応する図５を参照して以下に示す。上記したように、絶縁板１の上面にストッパ１１が積層されていることからＢＧＡ７の下面がストッパ上面に当接し、その位置でＢＧＡ７が止められる。そのため、端子７ａの孔１１ａ内への突入量が抑えられて、常に略一定の荷重で電極ピン部５ｃを端子７ａに当接させることができる。これにより、ストッパ１１を設けない場合に対して導電性接触子３の接触圧が安定化し、同一種の製品に対する大量の検査において、安定した接触状態を得ることができる。

この第２の実施の形態においても、前記実施の形態と同様に、両電極ピン部５ａ・５ｃには共にコイル状に電気が流れることはなく、低抵抗化・低インダクタンス化を向上するという効果を奏し得る。

また、図６に本発明に基づく第３の実施の形態を示す。この場合においても、前記図示例と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

この第３の実施の形態にあっては、貫通孔２の中間部に連続するテーパ孔部２ａが設けられてしないが、図の下側のテーパ状電極ピン部５ａを抜け止めするべく、下側絶縁板１の下面に抜け止め板１２が積層されている。抜け止め板１２には、コイルばね部４よりも縮径された縮径部としての小径孔１２ｂが設けられており、テーパ状電極ピン部５ａの軸線方向中間部が小径孔１２ｂの縁に衝当して、貫通孔２内に受容されたコイルばね状導電性接触子３が抜け止めされている。

コイルばね部４の上側に設けられた電極ピン部５ｄは、図に示されるようにコイルばね部４と同一径の密着巻きストレートコイル形状に形成されている。このように、コイルばね状導電性接触子３の一方を抜け止めしない構造にしても、図に示されるようにテーパ状電極ピン部５ａを下側にして抜け止めすることにより、前記実施の形態と同様に使用することができる。この場合においても、前記実施の形態と同様に、両電極ピン部５ａ・５ｄには共にコイル状に電気が流れることはなく、低抵抗化・低インダクタンス化を向上するという効果を奏し得る。

さらに、テーパ孔部２ａの形成を省略することから、加工や組立が容易であると共に、例えば対象機種が変わるまで同一の中継基板を上側絶縁板１の上面に一体的に組み付けて、上側の電極ピン部５ｄに常時接触させた状態にして、下側の電極ピン部５ａのみを異なる検査対象に接触させるような使い方であれば、検査時に伸縮を繰り返すことになるコイルばね状導電性接触子３が抜け出てしまう心配はなく、装置の低廉化と合わせて好適である。

なお、前記した図２の例では、コイリングする前に金メッキ層８ａを形成したが、金メッキ処理を行わない素線３ａのままコイリングし、その後全体を金メッキ処理して金メッキ層（第２の金メッキ層８ｂに相当）を１層のみにしたものであっても良い。

例えば図７（ａ）に示されるように素線３ａをコイリングして、図１に示されるようにコイルばね部４と電極ピン部５ａ・５ｂとを形成し、電極ピン部５ａ・５ｂにあっては、前記と同様に密着巻きする。次に図７（ａ）に示された状態のものに金メッキ処理を施して、密着巻き部分の外周全体に金メッキ層８ｂを形成する。この場合にあっても、前記と同様に金メッキに限ることはなく、例えばＮｉやＣｕのメッキを行っても良い。

いずれにしても、メッキ層が１層であっても２層であっても、素線３ａには、導電性の材料を意識して選択する必要がなく、安価なばね材を用いることができる。

本発明が適用された半導体素子用ソケットの要部拡大側断面図である。（ａ）は、素線に対して金メッキを行った状態を示す要部破断部分斜視図であり、（ｂ）は、さらに密着巻きした状態を示す（ａ）に対応する図であり、（ｃ）は、さらに金メッキ処理を行った状態を示す（ｂ）に対応する図である。本発明が適用された半導体素子用ソケットの使用状態を示す図１に対応する図である。本発明に基づく第２の実施の形態を示す図１に対応する図である。第２の実施の形態を示す図３に対応する図である。本発明に基づく第３の実施の形態を示す図である。（ａ）は、素線をコイリングした状態を示す要部破断部分斜視図であり、（ｂ）は、金メッキ処理を行った状態を示す図である。

Claims

被接触体に弾発的に接触させるためのコイルばね状導電性接触子を絶縁性支持部材に設けた貫通孔に同軸的に受容し、
前記貫通孔を、その軸線方向の少なくとも一端側に縮径部を有する形状に形成し、
前記コイルばね状導電性接触子が、前記貫通孔の中間部に受容されたコイルばね部と、前記コイルばね部の両端側にて密着巻きされかつ少なくとも一方を前記縮径部により抜け止めされるテーパ形状または段付き形状に形成された一対の電極ピン部からなると共に、高導電性材により表面処理されていることを特徴とする導電性接触子。
前記縮径部が、前記貫通孔のその軸線方向両端側にて先細り部を有する形状に形成されてそれぞれ設けられていると共に、前記一対の電極ピン部が、前記コイルばね部の両端側にてそれぞれ前記先細り部により抜け止めされるテーパ形状をなして密着巻きされていることを特徴とする請求項１に記載の導電性接触子。
前記縮径部が、前記コイルばね部の外径よりも縮径されかつ前記貫通孔のその軸線方向両端側にそれぞれ設けられていると共に、前記一対の電極ピン部の他方が前記縮径部よりも小径の円筒形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導電性接触子。
前記コイルばね部が単一のピッチ巻きで形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の導電性接触子。
前記電極ピン部が、初張力をもって密着巻きされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の導電性接触子。
前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成した後の状態で行われていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の導電性接触子。
前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成する前の素線の状態と当該形成後の状態との両状態で行われていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の導電性接触子。