JP2005351731A - テストソケット - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明はテストソケットに関し、各接続点間でのインピーダンスが等しく、またパッケージへ安定した電圧供給及び大容量の電流供給を可能にするテストソケットを提供することを目的としている。
【解決手段】 プリント基板２１と、該プリント基板２１に穿たれたスルーホール２２と、前記プリント基板２１の表裏面とスルーホール面に形成された導体パターン２３と、前記スルーホール２２に接着して設けられた電気的絶縁材２５と、該電気的絶縁材２５の中心に保持されるプローブ２４とで構成される。これにより、信号の伝送路を同軸構造とすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はテストソケットに関し、更に詳しくは半導体試験設備及びプリント基板（ＭＢ）上でのデバイス実機試験において、高周波帯域で安定したデバイス試験環境を提供するためのテストソケットに関する。

プリント基板上に部品が実装されたものを試験する方法としては、従来より種々の方法が実現されている。近年、ＬＳＩのピン数が増大し、それと共にＬＳＩが実装されたプリント基板の試験を行なう方法も困難になってきている。このような試験では、各信号地点の信号を引き出すためのピンの接触が問題となる。例えば、信号を取り出すための取り出し口やスルーホールにどのようにテストピンを接触させるかが問題となる。

図７はピンアサインを示す図である。図中の○は信号（シグナル）、×は電源ＶＤＤ、△はグランド（ＧＮＤ）である。図において、１はプリント基板である。ａ、ｂはそれぞれ信号を示している。信号ａは周囲を信号で取り囲まれており、周囲にＧＮＤはない。これに対して、信号ｂは周囲をＧＮＤで取り囲まれており、シールド効果が期待できる。

図８はインピーダンスによる反射波の影響を示す図である。（ａ）は信号ａの波形を、（ｂ）は信号ｂの波形を示している。ａはシールドされていない結果、図に示すようなインピーダンスＺ０不一致によるハンチングが生じている。ｂはシールドされているため、波形に影響は出ていない。

従来までのプリント基板の試験方法として以下のような方法がある。
図９は従来装置の構成例を示す図である。図において、１は部品が搭載されるパッケージ、２は該パッケージ１の裏面に設けられた接触ポイントである。４はプローブである。該プローブ４は樹脂（絶縁体）によりその周囲を取り囲まれている。５はプローブ４内に設けられたバネである。該バネ５の作用により、プローブ４の先端は接触ポイント２に確実に接触する。このような方式の信号インピーダンスＺ０は不整合であり、信号遅延時間は等しくない。

図１０は従来装置の他の構成例を示す図である。図において、１０はプローブである。該プローブ１０の周囲には、樹脂、接着剤等の絶縁体が充填されている。１２はプローブ１０を取り囲む金属パイプである。１４は金属パイプであるが、絶縁体は充填されていない。そして、金属パイプ１２と金属パイプ１４はワイヤ、パターンで接続されており、この金属パイプをグランド電位に接続することにより、プローブ１０に対する同軸構造が形成される。１５は金属パイプとＧＮＤを接続するワイヤである。１６はＧＮＤピンである。この装置では、信号インピーダンスＺ０は等しく、また信号遅延時間も等しくなるという特徴がある。

従来のこの種のシステムとしては、プリント基板の表面上の部品搭載パッドと層間接続スルーホールとを、部品搭載パッドと概略同一幅の配線パターンで接続する構成が知られている（特許文献１参照）。また、内層パターンに接続する段差を設けたスルーホールを使用し、各層のグランド電位を零にする構成が知られている（例えば特許文献２参照）。

また、回路基板１と回路基板２との間に回路基板３を設け、回路基板３に回路基板１と回路基板２間の電気的接続を行なう機構を設けた構成が知られている（例えば特許文献３参照）。また、プローブカードとテストヘッド部との間に介在されるプローブカードインターフェース装置において、絶縁材よりなるリンク本体にプローブピンを設けて、同軸構造で信号を伝達するようにした構成が知られている（例えば特許文献４参照）。
特開平９−１３９５６７号公報（第３頁、図１） 特開平８−１２５３４３号公報（第３頁、図１） 特開平７−２４４１１６号公報（第４頁、第５頁、図１） 特開平６−２１６２０５号公報（第３頁、第４頁、図１）

（ａ）高速信号伝播
従来、高速信号を伝播させる方法として以下のような方法がある。
１．インダクタンスを低減するために接触子の長さを短くし、伝播波形への影響を最小にしたもの
２．プローブを樹脂で整列（ガイド）した一般的なテストソケット
３．プローブ外周を樹脂（接着剤）で覆い、更にその外周を金属チューブで覆って、樹脂ガイドに実装する同軸構造
前記１．に示す方法では、耐久性に乏しく、導入コストがかかる。また、前記２．に示す方法では、テスト条件緩和（試験周波数の調整等）が必須であり、テストでの障害検出率が低下するという問題がある。また、前記３．に示す方法では、製造コストが大になるという問題がある。

近年、パッケージの動作周波数の高速化に伴い、クロックマージンの許容範囲が厳しく（狭く）なり、そのため、テスト環境を実動作環境（高周波伝送）と等価であることが必須となってきた。そのため、製造コストを抑えることが重要課題となっている。
（ｂ）大容量の電流の供給
従来、ＬＳＩとしては低消費電力パッケージが殆どであり、テストソケットをプリント基板上（信号／ＶＤＤ／ＧＮＤ層を積層）に実装（コンタクト）し、プリント基板（パフォーマンスボード、子亀等）を介して電源供給を行なっていた。

しかしながら、近年、パッケージのリーク電流増加、テスト周波数の高速化、テスト時の発熱量増加に伴い、必然的に動作電流量が増加しており、従来方式では、プリント基板内（外周と内周のパターン抵抗値の差が顕著に表面化）の電圧分布にばらつきがあり、パッケージへの安定した電圧供給及び大容量の電流供給が不可能となってきた。

従来技術の延長としては、表面層パターンの厚みを変更することにより、若干の改善は考えられるが、パッケージの狭ピッチ化（例えば１．２７ｍｍ→１．００ｍｍ→０．８０ｍｍ）していることもあり、パッド、ランド径に対するクリアランス（ピッチ）形成が困難になり、実現性が難しいという問題がある。

また、図９に示す従来構成では、隣接部分にＧＮＤ（グランド）の有無によりインピーダンスが異なり、高速伝送した場合の波形品質にばらつきが発生し、位相ずれが生じるという問題がある。一方、図１０に示す従来構成では、信号プローブを同軸構成できるという効果があるが、製造・組み立てコストがかかるという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、各接続点間でのインピーダンスが等しく、またパッケージへ安定した電圧供給及び大容量の電流供給を可能にするテストソケットを提供することを目的としている。

（１）請求項１記載の発明は、プリント基板と、該プリント基板に穿たれたスルーホールと、前記プリント基板の表裏面とスルーホール面に形成された導体パターンと、前記スルーホールに接着して設けられた電気的絶縁材と、該電気的絶縁材の中心に保持されるプローブと、で構成されることを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、前記電気的絶縁材として４フッ化エチレン樹脂を用いることを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記導体パターンはグランド電位に保持されることを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、プリント基板と、該プリント基板に穿たれたスルーホールと、前記プリント基板の表裏面とスルーホール面に形成された導体パターンと、前記スルーホールに接着して設けられた電気的絶縁材と、該電気的絶縁材の中心に保持されるプローブとを具備し、前記プローブとしてそれぞれ長さの異なるプローブを使用すると共に、該プローブの下に当該プローブと接触されて配置される複数の導電プレートとで構成されることを特徴とする。
（５）請求項５記載の発明は、前記プローブは、内部にバネを有しており、バネの付勢力により外部接触面とプローブ先端が確実に接触するように構成されたことを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、零電位のプローブと該プローブ内に保持されたプローブとで同軸構造を構成することができ、波形のひずみの少ないテストソケットを実現することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、プローブを取り囲む部分に電気的絶縁材として４フッ化エチレン樹脂を用いることにより、プローブと金属部分（スルーホール）との間を高絶縁に保つことができ、良好な同軸構造を実現することができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、前記導体パターンをＧＮＤ電位に保持することで、スルーホール部と該スルーホール部に電気的絶縁材を介してプローブを保持することで、良好な特性を有する同軸構造を構成することができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、電源、ＧＮＤ用として設けた各電源プレートに対して、それぞれにアサインされた当該プローブを接触させる構造とすることでパッケージへ安定した電圧供給及び大容量の電流を供給可能にするテストソケットを提供することができる。
（５）請求項５記載の発明によれば、前記プローブとしてバネを内蔵することにより、該バネの付勢力によりパッケージとプローブ先端とを確実に接触させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明の原理構成図である。図において、２１はプリント基板、２２はプリント基板の表裏面に穿たれたスルーホール、２３はプリント基板２１の表裏面とスルーホール面に形成された導体パターンである。プリント基板２１の表裏面とスルーホール面とが導体パターン２３で同電位に保持されている。２４は上下のプレート（図示せず）間を接触させるプローブである。該プローブ２４とスルーホール２２間は絶縁性の電気的絶縁材で充填されている。電気的絶縁材としては例えば４フッ化エチレン樹脂が用いられる。このように構成されたテストソケットの構成を説明すれば、以下の通りである。

プリント基板２１の表裏面は、導体パターンであり、安価な両面ベタ構造としている。そして、これら表裏面の導体パターン２３は、プリント基板２１内に穿たれたスルーホール２２により上下の表裏面が電気的に接続される。スルーホール２２の面も導体で形成されているので、プリント基板２１の両面はスルーホール２２を介して同電位になる。ここで、この導体パターン２３をＧＮＤに落とせば、ＧＮＤ電位のスルーホール２２とプローブ２４は同軸構造とすることができる。実際のテストソケットは、図１に示す構造のものが複数個設けられている。本発明によれば、これらＧＮＤ電位に保持されるスルーホール同軸構造でプローブを取り囲む構造とすることができるので、プローブ２４は全てのプローブに対して信号ａが信号ｂと等しくすることができ、また信号ａと信号ｂの遅延時間を等しくすることができる。しかも、製造コストを安くすることができる。

このように、本発明によれば、零電位のプローブと該プローブ内に保持されたプローブとで同軸構造を構成することができ、波形のひずみの少ないテストソケットを実現することができる。

また、本発明によれば、プローブを取り囲む部分に電気的絶縁材として４フッ化エチレン樹脂を用いることにより、プローブと金属パイプとの間をインピーダンス５０Ωに保つことができ、良好な特性の同軸構造を実現することができる。

また、本発明によれば、前記導体パターンをＧＮＤ電位に保持することで、スルーホール部と該スルーホール部に電気的絶縁材を介してプローブを保持することで、良好な特性を有する同軸構造を構成することができる。

図２は本発明の一実施の形態例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図では、図１に示した導体パターンで構成されるスルーホールが図示を省略されている。図において、２４はプローブであり、このプローブ２４の内部には図に示すようにバネ２６が内蔵されており、両面プリント基板の外部に設けられた、例えばパッケージと当接する場合にプローブ先端のピンが当接部分に確実に当接するようにすることができる。図では、ＧＮＤピン２７にてプリント基板を短絡するように構成されている。

２１は両面ベタ・スルーホール基板であり、ＧＮＤ電位に保持されている。２５はパイプ形状の電気的絶縁材である。このように、本発明によれば、複数のスルーホール毎に信号伝達のためのプローブ２４を設けて、それぞれの信号毎に独立した同軸構造となる。

図３は本発明の他の実施の形態例を示すブロック図である。図１、図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、３５は放熱フィン（ＦＩＮ）兼加圧プレート、３０はテスト対象パッケージである。３１はテスト対象パッケージ３０に設けられたプローブ２４の先端と接触するための接触子である。４０は本発明に係るテストソケットである。該テストソケット４０は両面ベタのプリント基板２１に設けられている。即ち、プリント基板２１の両面にスルーホールを穿ち、該スルーホールの表面には導電性パターンを形成し、該スルーホールにプローブ２４を保持することで、スルーホール部分を同軸構造となしている。

４１は信号引き出し基板、４２は導電プレート（ＧＮＤ用）、４３は導電プレート（ＶＤＤ用）である。ＶＤＤは、テスト対象パッケージ３０を動作させるための電源である。信号引き出し基板４１、ＧＮＤ用導電プレート４２及びＶＤＤ用導電プレート４３にはプローブ２４の先端が接触するようになっている。プローブ２４は、信号引き出し基板４、ＶＤＤ用導電プレート４３、ＧＮＤ用導電プレート４２の何れに接続されるかで、長さが異なっている。５０は電源、５１は該電源５０のプラス側端子、５２は電源５０のＧＮＤ側端子である。プラス側端子５１はＶＤＤ用導電プレート４３と接続され、ＧＮＤ側端子５２はＧＮＤ用導電プレート４２と接続される。具体的には、プラス側端子５１及びＧＮＤ側端子５２をそれぞれの導電プレート４２、４３にねじ締めすることで固定するようになっている。

このように構成されたものにおいて、放熱フィン兼加圧プレート３５を矢印方向に移動させると、該放熱フィン兼加圧プレート３５はテスト対象パッケージ３０を押し下げる。この結果、該テスト対象パッケージ３０に設けられた接触子３１は、テストソケット４０のプローブ１４と接触する。これにより、テスト対象パッケージ３０には、電源電圧ＶＤＤ，ＧＮＤと信号引き出し基板４１とが接続されることになる。

この状態で、テスト対象パッケージ３０は動作を開始する。この結果、電源電圧ＶＤＤからＧＮＤ間に動作電流が流れる。また、各電源供給ピン間電位差低減を図るため、引き出し基板４１とは別に、各電源ライン毎に導電プレートを設け、複数のプローブを介して電源供給することで、電源ラインに大電流が流れた場合においても、安定した高精度な電源電圧供給が可能となる。放熱フィン兼加圧プレート３５は、大電流が流れた時の放熱を行なう。

図４は従来のテストソケット組み立て手順を示すフローチャート、図５は本発明のテストソケット組み立て手順を示すフローチャートである。先ず、図４に示す従来の組み立て手順から説明する。部材としては、樹脂と、接着剤と、金属チューブと、プローブピンとが用いられる。先ずソケット枠製造を行なう（Ｓ１）。具体的には、樹脂の外形加工と穴加工を行なう。次に、シールド処理１を行なう（Ｓ２）。具体的には、プローブピンに樹脂を塗布する。次に、シールド処理２を行なう（Ｓ３）。具体的には、金属チューブにプローブピンを挿入する。次に、組み立て処理を行なう（Ｓ４）。具体的には、上記プローブピンを樹脂に挿入する。

次に、図５に示す本発明の手順について説明する。部材としては、スルーホール基板と、４フッ化エチレン樹脂チューブと、プローブピンが用いられる。先ず、スルーホール基板を製造する（Ｓ１）。次に、スルーホール基板に４フッ化エチレン樹脂チューブを挿入する（Ｓ２）。次に、スルーホール基板（具体的には４フッ化エチレン樹脂チューブ）にプローブピンを挿入する（Ｓ３）。以上の説明より明らかなように、本発明は従来の手順に比較して工数が少なくなっていることが分かる。更に、従来の手順では、それぞれの手順が工数がかかり、全体としての組み立て時間は本発明のそれに比較して大幅に長くなる。

図６は本発明で用いるプローブの構成例を示す図である。プローブの全長は例えば１２．５ｍｍ、プローブの直径は０．４ｍｍ程度である。図において、６０は固定部、６１、６２は可動部を示す可動ピンである。固定部６０の内部は中空になっており、その中にバネ６５が取り付けられている。６３は可動ピン６１を規制するストッパ、６４は可動ピン６２を駆動するストッパである。このように構成されたプローブにおいて、可動ピン６１の先端Ｂと可動ピン６２の端部Ａは、押し込むと付勢力を発生する。このバネ６５により、常に全長が長くなる方向に付勢力がかかり、接触面に接触する場合に、この付勢力により確実に接触面と接触することができるようになっている。即ち、プローブを押すと、プローブはバネの付勢力により外側に伸びようとする力が作用するので、接触面と確実に接触することができる。

上述の実施の形態例では、スルーホールに充填する電気的絶縁材として４フッ化エチレン樹脂を用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、その他の種類の絶縁材（誘電体）を用いることができる。例えばエポキシ樹脂等を用いることができる。

本発明の原理構成図である。 本発明の一実施の形態例を示す構成図である。 本発明の他の実施の形態例を示す構成図である。 従来のテストソケット組み立て手順を示すフローチャートである。 本発明のソケット組み立て手順を示すフローチャートである。 プローブの構成例を示す図である。 ピンアサインを示す図である。 インピーダンスによる反射波の影響を示す図である。 従来装置の構成例を示す図である。 従来装置の他の構成例を示す図である。

符号の説明

２１ プリント基板
２２ スルーホール
２３ 導体パターン
２４ プローブ
２５ 電気的絶縁材

Claims (5)

1. プリント基板と、
   該プリント基板に穿たれたスルーホールと、
   前記プリント基板の表裏面とスルーホール面に形成された導体パターンと、
   前記スルーホールに接着して設けられた電気的絶縁材と、
   該電気的絶縁材の中心に保持されるプローブと、
   で構成されるテストソケット。
2. 前記電気的絶縁材として４フッ化エチレン樹脂を用いることを特徴とする請求項１記載のテストソケット。
3. 前記導体パターンはグランド電位に保持されることを特徴とする請求項１記載のテストソケット。
4. プリント基板と、
   該プリント基板に穿たれたスルーホールと、
   前記プリント基板の表裏面とスルーホール面に形成された導体パターンと、
   前記スルーホールに接着して設けられた電気的絶縁材と、
   該電気的絶縁材の中心に保持されるプローブと、
   を具備し、前記プローブとしてそれぞれ長さの異なるプローブを使用すると共に、該プローブの下に当該プローブと接触されて配置される複数の導電プレートと、
   で構成されるテストソケット。
5. 前記プローブは、内部にバネを有しており、バネの付勢力により外部接触面とプローブ先端が確実に接触するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のテストソケット。