JP2006004932A5 - - Google Patents

Description

シールド集積回路プローブ

本発明は概ね、非常に狭い面積に集中させることができ、電気接点（接触面）の間の相互接続をシールドするように設計された高密度導電性テストプローブに関連するものである。

ＩＣなどの電気部品は、実際の使用の前に信頼性について試験と評価を受けなければならない。正しい試験と評価のために、ＩＣは、信頼できる手段によってプリント回路基板（“ＰＣＢ”）に電気接続されなければならない。マイクロエレクトロニクス分野が進歩するにつれて、ＩＣ内の部品の複雑度と集中度はめざましく上昇している。この上昇はＩＣチップの導線密度の増加につながり、これに対応して導線間の間隙は狭くなっている。そのため、このように複雑度の上昇したＩＣを収容するための小型テストプローブの必要性が存在する。

ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）およびランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）パッケージは、その高密度とロープロファイルゆえにますます普及されるようになっている。ＢＧＡパッケージでは、通常、ピングリッドアレイＩＣパッケージのピンではなく、プリント回路基板の対応する表面実装パッドに直接、ＢＧＡの丸いはんだボールがはんだ付けされる。

ＩＣパッケージを交換可能とするための別の方法は、ＩＣパッケージと回路基板との間に永続的な接続が設けられないようにソケットを使用することである。ＢＧＡおよびＬＧＡパッケージに使用するためのソケットは、試験を目的とする時など、これらのパッケージを回路基板へ非永続的に接続できるように開発されてきた。しかし、ＢＧＡパッケージを従来のソケットへ装着するには、問題が存在する。詳しく述べると、これは、ＢＧＡパッケージが従来と異なる係合状態を持つために生じるものである。ＢＧＡの丸いはんだボールは、リフローが施されるという本来の目的のみに適しているので、はんだ付けの接触点としては比較的好ましくない。さらに、ボールの凹凸とＢＧＡパッケージのゆがみにより、丸いはんだボールの各々の各接触点の間の共面精度が欠如している。

従来の半導体チップ担体に使用される集積回路プローブに関わる別の問題は、電気的干渉に関連する。マイクロプロセッサと他の電気部品の速度が上昇するにつれて、そして異なる発生源から生じるあらゆるタイプのスプリアス電気信号で空中波が満たされるにつれて、シールドコネクタの必要性が深刻となる。シールドコネクタは、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）などの絶縁材料によって中央ピンが包囲された同軸コネクタと類似しており、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）は金めっきの円筒形部材によって包囲され、円筒形部材はプラスチックで包囲され、同軸コネクタ部品を接続するための相互接続手段が設けられる。半導体チップ担体では、各接点（各接触面）つまり各テストプローブについて個別にシールドを設けるとともに、高密度でもあることが望ましい。

したがって、ＢＧＡパッケージの複雑度と密度の上昇に対処した改良が当該技術には見られる。このようなデバイスの例は、１９９３年４月２０日にＲｉｃｈａｒｄｓ ｅｔ ａｌ．に発行された特許文献１に開示されている。特許文献１には、絶縁材料と、テストプローブに取り付けるための略Ｔ字形スロットと、ＩＣと接触するためのチゼル状(chisel tipped)先端のテスト導線と、ワイヤ導線へはんだ付けするための基板の反対側の接続端部とを含むモジュールが開示されている。

しかし、特許文献１のデバイスは、１つのデバイスの接続面に刻み目を付ける(score)ように設計され、高周波数の用途のためには設計されていない。絶縁コーティングを除去するため部品の表面に刻み目を付けることは、汚染物質を部品の表面と接触させて、結合部の導電性を低くする結果を生み出す表面の酸化を引き起こすので、望ましくない。

多数の部品を含む他の先行技術ばね接触プローブは、カンザス州カンザスシティのＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．にすべて譲渡されている特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５に開示されている。
米国特許第５，２０４，６１５号 米国特許第４，７８３，６２４号 米国特許第５，００９，６１３号 米国特許第５，２２５，７７３号 米国特許第６，１０４，２０５号

したがって、最新のＩＣチップに高密度の導線を収容するのに充分に小型である新規の改良型テストプローブを提供することが、本発明の目的である。

本発明のさらなる目的は、部品をＰＣＢへ接続するための耐久性のある可撓性接触面を有するテストプローブを提供することである。

本発明のさらなる目的は、多数の運転サイクルの後に設計時と同様に作動し続ける信頼できるテストプローブを提供することである。

本発明のまた別の目的は、ボールグリッドアレイ（“ＢＧＡ”）またはランドグリッドアレイ（“ＬＧＡ”）チップを収容できるテストプローブを提供することである。

本発明のさらなる目的は、製造が低コストで部品点数が最少である新規の改良型テストプローブを提供することである。

本発明のさらなる目的は、ＰＣＢの表面を損傷させないテストプローブを提供することである。

本発明の別の目的は、高周波数テストの用途での使用に適したテストプローブを提供することである。

本発明のさらなる目的は、集積回路の導線とプリント回路基板との間に抵抗が最低でインダクタンスが最小の電気接続が確立されるように機能するテストプローブを提供することである。

異なる発生源から生じるスプリアス(spurious)電気信号により発生する電気的緩衝からシールドされる集積回路プローブを提供することも、本発明の目的である。

本発明は、ＩＣチップをプリント回路基板へ接続するための新規の改良型テストプローブを提供する。本発明はさらに、当該技術の集積回路チップの現状により必要とされる密度での使用に充分に小型である新規の改良型テストプローブを提供する。動作時に本発明のテストプローブは、高い電気接続性を維持する一方で、テストプローブの寿命を延ばして試験によるＩＣチップの導線への損傷を最小にするように挿入力パラメータを低く維持する。

ＩＣパッケージとプリント回路基板との間に複数の電気接続を形成するための本コネクタアセンブリの好適な実施例では、コネクタアセンブリは、上面と底面との間に延在する複数の環状貫通孔を有する非導電性の基板を含む。各貫通孔は、上面と底面との中間に拡径部分を有し、対応する複数の弾性電気プローブが貫通孔に配置される。各電気プローブは、伸長接触面とらせんばねとから形成される。伸長接触面は、貫通孔の拡径部分に位置する中間拡径カラー部分を有するのに対して、伸長接触面の第１端部は基板の上面から延出して、ＩＣ導線、例えばＢＧＡ導線と嵌合するための王冠部分を含む。反対側の伸長接触面の第２端部は貫通孔の中に配置されて、接触面のカラー部分の直径よりも小さい直径を持つ。

本電気プローブの長形らせんばねは、伸長接触面の周囲に配置され、上方部分と中間部分と下方部分とを有する。ばねの上方部分は貫通孔の拡径部分の中に配置され、伸長接触面のカラーの下側を圧迫する。いかなるらせんばねにも固有であるように、らせんばねの上方部分の上面の平面は、カラーの底部の平面に対して傾斜している。別の言い方をすると、ばねの上方部分の平面は貫通孔の長手軸に対して直交していない。言い換えると、ばねの上方部分はカラーの底面と同一平面でなく、ばねの一部分のみがカラーを圧迫しているのである。本接触面のこの物理的な特徴は、後で説明するようにコネクタアセンブリの動作においてきわめて重要である。ばねの中間部分は貫通孔の中に完全に配置され、伸長接触面の第２端部の直径よりも大きい直径を持つ。

ばねの下方ばね部分は、らせんが連続するように緊密に巻かれており、下方ばね部分の直径は、基板の底面における貫通孔の直径よりも小さい。下方ばね部分の内径は接触面の第２端部の直径よりも大きい。下方ばね部分は、プリント回路基板への接続のため貫通孔の外側まで延在する。

試験動作中には、電気接触を設けるとともにらせんばねを部分的に圧縮するように、プリント回路基板のパッドが下方ばね部分と接触する。次に、集積回路パッケージがコネクタアセンブリへ押圧される。つまり、はんだボールが伸長接触面の王冠と嵌合するのである。ばねがさらに圧縮されると、ばねの上面が接触面のカラーの底部に対して傾斜しているため、接触面の長手軸が貫通孔の長手軸に対して鋭角を成すように伸長接触面が傾斜する。この時、伸長接触面の第２端部が下方ばね部分の連続らせんと電気接触する。その結果、はんだボールから、接触面の全長を通り、また下方ばね部分の連続らせんを通って、プリント回路基板のパッドまでの直接的な電気経路が生じる。

本発明は、最低の抵抗およびインダクタンスで、そして高周波数の用途での使用を可能にする方法で、ＩＣパッケージとプリント回路基板との間に電気的な接触を確立する。

シールドされた集積回路プローブの本実施例では、各電気プローブが、長形の略円筒形プラスチックハウジングの中に配置される伸長接触面とらせんばねとから形成され、ばねの下方小径連続部分が金属とプラスチックのいずれかのインサートによってハウジングの中に保持され、電気プローブとプラスチックハウジングによるアセンブリ全体が金属製の基板に固定され、プローブアセンブリは電気的干渉に対してシールドされる。金属またはプラスチック製のリングインサートは、プローブをプラスチックハウジングの中に保持するための分割リングタイプのものである。

本発明のシールド集積回路プローブは、外側ハウジングとともに、アルミニウムなどの導電性材料の基板へ圧入される。

あるいは、一緒にサンドイッチ状となり中間拡径凹部を画定するような形態を持つ２つの平面部分から基板が製作されてもよい。アセンブリを一緒に維持するため、プラスチックハウジングは、中間凹部の中に収容されるように環状突出部を有する。

図１〜５において、本発明のコネクタのシールド集積回路プローブには１００の図面参照番号が付けられている。

シールド集積回路プローブ１００は基本的に、周囲にらせんばね４２が配置される伸長接触面４０と、数字１０２が付けられた誘電体ハウジングと、伸長接触面４０およびらせんばね４２をハウジング１０２の中に維持して中央に配置するように機能する拘束リングインサート１０４とで構成される。

伸長接触面４０は、はんだボール導線と嵌合するための上端部の王冠部分４４と、中間カラー４６と、下端部４８とを含む。

ハウジング１０２は、上方部分に制限開口部１０３を含み、伸長接触面を誘電体ハウジング１０２の中に維持するため、カラー４６は開口部１０３よりも大きい直径を持つ。誘電体ハウジング１０２の下方部分は、誘電体ハウジング１０２の内径に相当する環状開口部１０６を有する。

ばね４２は、ほぼ円筒形状であり、はんだボールとプリント回路基板との間にプローブが配置された際にばね４２の弾性収縮を許容するベリリウム銅など、良好なばね特性を有する材料で形成される。ほぼ円筒形の弾性ばね４２は、らせん状に巻かれた単一の一体的導体で形成される。ばね４２は、上方部分５０と中間部分５２と下方部分５４とを含む。

ばね４２の上方部分５０は、連続していて伸長接触面４０のカラー４６の直径に対応する直径を持つコイルで形成される。ばね４２のコイル部分５０の上方コイルは、カラー４６の下方部分の略水平面に対してコイルばねの上部が鋭角“ａ”（図２参照）に配置されるようにカラー４６の下面を圧迫する。この配置により、最初は上方ばね部分５０の一部分のみがカラー４６と接触状態にある。

対向する力の作用を受けて長手方向の圧縮が可能となるように、ばね４２は、中間コイル部分５２では開放ピッチの形態を持つ。ばね４２の中間部分５２の直径は、誘電体ハウジング１０２の内径よりも小さい。

図２〜５にも見られるように、ばね４２の下方部分５４は、連続関係にあるとともにプリント回路基板と電気接触するように設計されたコイルを含む。

接触面４０が下方へ移動すると、カラー４６は上方ばね部分５０を圧迫し、上方ばね部分が傾斜面であるため、接触面は強制的に回転または傾斜して、接触面の長手軸は円筒形ハウジング１０２の長手軸に対して鋭角を成す。その結果、図４に図示されているように、各接触面４０の下方部分４８が下方ばね部分５４と電気接触することにより、集積回路１２のはんだボール導線２４から接触面４０の全長と連続下方ばねコイル５４とを通ってプリント回路基板１４へと直接的な電気経路が設けられる。

シールド集積回路プローブ１００を電気シールドするため、誘電体ハウジング１０２はプローブの全長にわたって延在し、はんだボールとの嵌合のため円筒形ハウジング１０２の上面を超えるように、接触面４０の王冠４４は開口部１０３から延出する。

接触面４０とばね４２のアセンブリを円筒形ハウジング１０２の中に維持するため、拘束リングインサート１０４が設けられる。望ましくは、拘束リングインサート１０４はプラスチックまたは金属材料で製作され、円筒形ハウジング１０２の下方部分と摩擦嵌合してプローブをハウジング１０２の中に維持するようにハウジング１０２の開口部１０６において下方ばね部分５４の周囲に延在するため、最初に径方向に圧縮されるような分割リング形態を持つ。

円筒形ハウジング１０２は、円筒形ハウジングの形態へ機械加工または成形されるプラスチックなどの非導電性材料で製作される。円筒形ハウジングは金属製の伸長接触面４０とばね４２とを電気的に絶縁するように機能し、低誘電性のプラスチック材料で製作されることが望ましい。

拘束リングインサート１０４は、分割リング形態であることが望ましく、適当な金属またはプラスチック材料で製作される。プラスチックは成形または打抜き加工され、同様に分割リングインサート１０４が金属製である場合には、リングインサートは打抜き加工法により形成される。拘束リングインサートの主な目的は、接触面４０とらせんばね４２とを円筒形ハウジング１０２の中に維持し中央に配置することである。

図２は、シールド集積回路プローブ１００の中央軸に沿った断面における正面図であり、プローブ１００の部品は組立状態にある。図２に図示されているように、拘束リングインサート１０４は、円筒形ハウジング１０２の内面と嵌合するように伸張位置にあり、円筒形ハウジング１０２の下方開口部１０６の付近に配置されてばね４２の連続ばね部分５４を中央配置位置に維持するように作用している。さらに図２に見られるように、連続ばね部分５４は、プリント回路基板との嵌合のため円筒形ハウジング１０２の下面から延出している。

組立済みの回路プローブ１００は、導電性基板の中に配置されることによってシールドされる。図３を見ると、アルミニウムなどの導電性材料で製作された基板１１０の貫通孔へ圧入された集積回路プローブ１００が図示されている。あるいは、金や銅などの金属材料で被覆されたプラスチック材料で基板１１０が製作されてもよい。したがって、集積回路プローブ１００の全長が導電性材料によって全体的に包囲されることにより、電気シールドが設けられる。

図４に見られるように、集積回路１２がコネクタアセンブリへ圧入されると、各はんだボール２４が接触面の王冠４４と嵌合することにより結果的に接触面４０が移動する。接触面４０が下方へ移動すると、カラー４６は上方ばね部分５０を圧迫し、傾斜角“ａ”のため接触面４０が回転または傾斜して、接触面４０の長手軸６０は誘電体ハウジング１０２の長手軸３８に対して鋭角を成す。図４に図示された位置では、接触面４０の下方端部４８が下方ばね部分５４と電気接触することにより、はんだボール導線２４から接触面４０の全長を通り、連続下方コイル１５を通ってプリント回路基板１４までの直接的な電気経路が設けられる。また、導電性基板１１０により、プローブ１００は電気的干渉からシールドされる。

図５を見ると、各集積回路プローブ１００を導電性基板に取り付ける代替方法は、各々が環状凹部１１６，１１８を含む２つの導電層１１２，１１４を設けることである。一方、誘電体ハウジング１０２には中間環状突出部１０８が形成されている。ハウジング１０２の環状突出部１０８を収容するための環状凹部を画定することにより、層１１２，１１４によって形成されるサンドイッチ状の導電性基板に誘電体ハウジング１０２を固定するように、導電性基板１１２，１１４は図５に見られるように組み立てられる。

要約すると、図１〜５に図示された本発明の実施例は、導電性基板に取り付けられることにより、異なる発生源から生じるスプリアス電気信号により発生する電気的干渉からシールドされる新規の改良型集積回路プローブを提供する。したがって、シールド集積回路プローブは、高周波数の用途での使用を可能にする。

容易に明らかとなるように、当該技術の熟練者には多数の変形および変更が簡単に思い浮かび、ゆえに図示および説明された構造および動作そのものに本発明を限定することは望ましくない。したがって、クレームされた本発明の範囲に包含されるものとして、適当な変形均等物すべてを扱ってもよい。

本発明のシールド集積回路プローブを示す分解斜視図である。 基板へ取り付けられる前の、本発明の組立済みシールド集積回路プローブを示す断面図である。 導電性基板へ圧入された本発明のシールド集積回路プローブを示す図である。 シールド電気プローブがプリント回路基板およびＩＣパッケージのはんだボールと接触して完全に圧縮された、本発明のコネクタを示す断面図である。 本シールド集積回路プローブを導電性基板へ取り付ける代替方法を示す図である。

１２ 集積回路
１４ プリント回路基板
２４ はんだボール
３８ 誘電体ハウジングの長手軸
４０ 伸長接触面
４２ らせんばね
４４ 王冠部分
４６ 中間カラー
４８ 下端部
５０ 上方ばね部分
５２ 中間ばね部分
５４ 下方ばね部分
６０ 伸長接触面の長手軸
１００ シールド集積回路プローブ
１０２ 誘電体ハウジング
１０３ 制限開口部
１０４ 拘束リングインサート
１０６ 環状開口部
１０８ 環状突出部
１１０ 導電性基板
１１２，１１４ 導電層
１１６，１１８ 環状凹部

Claims (10)

1. 集積回路パッケージとプリント回路基板との間に複数のシールド電気接続を形成するためのコネクタアセンブリであって、
   前記コネクタアセンブリは、導電性基板と、非導電性の円筒形ハウジングと、複数の弾性電気プローブと、さらに分割リング拘束リングとを備え、
   前記導電性基板は、対向する上面および底面と、該上面と底面との間に延在する複数の環状の貫通孔とを有し、各貫通孔は前記上面と底面の間の距離に相当する長さを有し、
   前記非導電性の円筒形ハウジングは、前記貫通孔の各々に配置され、各ハウジングは、前記環状の貫通孔の長さに対応する長さを規定する対向する上端部および底端部を持ち、かつ前記円筒形ハウジングのその上端部において制限開口部と、前記制限開口部から前記ハウジングの底端部まで延在する大径開口部とを有し、
   前記複数の弾性電気プローブは、前記複数の貫通孔に対応し、各電気プローブは、伸長接触面とらせんばねとから形成され、各々が前記円筒形ハウジングの各々に配置され、
   前記伸長接触面の各々が、前記円筒形ハウジングの中に配置される中間拡径カラーを有し、該伸長接触面の第１端部が前記制限開口部から前記ハウジングの前記上面と前記基板とを超えて延出するのに対して、該電気接触面の第２端部が該ハウジングの中に配置され、前記らせんばねが、該伸長接触面の周囲に配置されるとともに、上方部分と中間部分と下方部分とを有し、該上方ばね部分が該拡径カラーの片側を圧迫し、該中間ばね部分が該ハウジングの中に完全に配置されて該伸長接触面の該第２端部の直径よりも大きい直径を持ち、該下方ばね部分が、前記らせんが連続するように緊密に巻かれ、該下方ばね部分が、プリント回路基板への接続のため該ハウジングの前記底端部と前記基板の前記底面とを超えて延出するように、該ハウジングの前記大径開口部の直径よりも小さい直径を持ち、
   さらに、
   前記分割リング拘束リングは、前記電気プローブを前記ハウジングの中に保持して中央に配置するため該ハウジングの底端部に配置され、前記分割リング拘束リングは、前記ハウジングの大径開口部にインサートされるよう最初に径方向に圧縮され、次いで前記ハウジングの内面と摩擦嵌合するよう伸長され、
   該電気プローブの動作位置において、前記伸長接触面の前記カラーが前記ばねの前記上方部分を圧迫する結果、前記第２端部が該下方ばね部分と電気接触するように該伸長接触面が傾斜することを特徴とするコネクタアセンブリ。
2. 前記伸長接触面が、ＢＧＡ集積回路のはんだボールと嵌合するための王冠形状をその一端に有するのに対して、該伸長接触面の他端部が、前記らせんばねの連続らせんの中に配置されることを特徴とする請求項１に記載のコネクタアセンブリ。
3. 前記長形らせんばねの前記中間部分が一定のピッチを有することを特徴とする請求項１に記載のコネクタアセンブリ。
4. 前記らせんばねがベリリウム銅で製作されることを特徴とする請求項１に記載のコネクタアセンブリ。
5. 前記導電性基板がアルミニウムで製作されることを特徴とする請求項１に記載のコネクタアセンブリ。
6. 前記導電性基板が金属コーティングで被覆された誘電体であることを特徴とする請求項１に記載のコネクタアセンブリ。
7. 前記金属コーティングが金であることを特徴とする請求項６に記載のコネクタアセンブリ。
8. 前記金属コーティングが銅であることを特徴とする請求項６に記載のコネクタアセンブリ。
9. 各ハウジングが前記導電性基板に圧入されることを特徴とする請求項１に記載のコネクタアセンブリ。
10. 各ハウジングが、該ハウジングの全長の中間に配置されるとともに該ハウジングから径方向外方に延出する環状突出部を含み、前記導電性基板が、複数の中間環状凹部を画定する２つの層で形成され、該凹部の各々が、該ハウジングを該基板に固定するためにハウジング突出部を収容することを特徴とする請求項１に記載のコネクタアセンブリ。