JP2008051506A - 可動コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】自己機能として所定の反復動作を行なうことができ、周辺機器の簡略化や製作コストの低減を図ることができる可動コネクタを提供する。
【解決手段】対向配置した第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２と、電圧の印加により変形する弾性高分子材料の両面に柔軟な電極を設けて成る電歪アクチュエータＡを備え、第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２の少なくとも一方に接触子Ｐ１を設けると共に、第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２の間に電歪アクチュエータＡを介装し、電歪アクチュエータＡが、第１及び第２の支持部材Ｓ，１Ｓ２を互いに近接離間動作させる駆動源である可動コネクタＣ１。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、ウエハ上に形成した集積回路を検査するためのプローブカードや、ＩＣチップを検査するためのソケット等のように比較的頻繁に所定の反復動作を伴う接続用具として好適な可動コネクタに関するものである。

プローブカードは、集積回路の製造工程で使用する検査用端子基板であって、ウエハ上に形成する集積回路の端子の配置に応じて多数の接触子（プローブ）を備えており、ウエハを個々のチップに切り離す前に、テスト装置において集積回路の端子に接触子を接触させて電気的導通をとることで、回路状態の良否判定を行なうものである。

ところで、上記の集積回路は、１チップあたりに数個から数百個の端子があるうえに、近年のチップの微細化に伴って端子のサイズや間隔がさらに小さくなる傾向にある。そこで、プローブカードは、検査時間の短縮等の目的で多くの集積回路を同時に検査可能にするには、より多数の接触子を備えたものとする必要があり、例えば五千個以上の接触子を備えたものがあることが周知である。

また、プローブカードにおける接触子には、基板の周囲から中心部に向けて略水平に取り付けたカンチレバー型（水平型）や、基板から下向きに取り付けたピン型（垂直型）がある。カンチレバー型の接触子は、それ自体の弾力性で、接触時の緩衝作用と所定の圧接力を得ることができる。

他方、ピン型の接触子は、図７に示すように、基板１００に取り付ける中空状の本体部１０１と、本体部１０１からの抜け止め１０２ａを有する下向きのピン１０２と、本体部１０１に収容されてピン１０２を突出状態に付勢するコイルばね１０３を備えたもので、この構造によって接触時の緩衝作用と所定の圧接力を得ることができる。ピン型の接触子は、平面上の占有面積が小さいので、カンチレバー型の接触子に比べて、基板上でのレイアウトの自由度が高いなどの利点がある（非特許文献１）。
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ところが、上記したようなプローブカードは、搬入されたウエハに対して接触子を接触離間させる反復動作が頻繁に行なわれることとなるが、自ら反復動作を行なうことはできないので、ウエハに対して進退させる駆動手段が不可欠であり、従来では駆動手段としてエアシリンダを用いていた。このため、従来のプローブカードは、頻繁に所定の反復動作を伴う可動コネクタとして機能させるには、周辺機器の構造が複雑化したり製造コストが嵩んだりするといった問題があり、このような問題を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、自己機能として所定の反復動作を行なうことができ、周辺機器の簡略化や製作コストの低減を図ることができる可動コネクタを提供することを目的としている。

本発明の可動コネクタは、請求項１として、対向配置した第１及び第２の支持部材と、電圧の印加により変形する弾性高分子材料の両面に柔軟な電極を設けて成る電歪アクチュエータを備え、第１及び第２の支持部材の少なくとも一方に接触子を設けると共に、第１及び第２の支持部材の間に電歪アクチュエータを介装し、電歪アクチュエータが、第１及び第２の支持部材を互いに近接離間動作させる駆動源である構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の可動コネクタは、請求項２として、第１支持部材に、第２支持部材に向けて突出するピン状の接触子を設けると共に、第２支持部材に、接触子の先端側を摺動自在に貫通させ、第１及び第２の支持部材の近接離間動作に伴って第２支持部材から接触子の先端部を突没させることを特徴とし、請求項３として、第１及び第２の支持部材の両方に接触子を設けると共に、互いの接触子同士を伸縮可能な配線で電気的に接続したことを特徴とし、請求項４として、第１及び第２の支持部材を互いに近接離間可能に保持するホルダを備えたことを特徴とし、請求項５として、第１及び第２の支持部材の間に第３支持部材を備えると共に、第１及び第３の支持部材の間及び第２及び第３の支持部材の間に電歪アクチュエータを夫々介装したことを特徴とし、請求項６として、第１及び第２の支持部材の両方に接触子を設けると共に、第１及び第２の支持部材の近接離間動作に伴って互いの接触子同士を接触離間させることを特徴としている。

本発明の可動コネクタは、上記の如く第１及び第２の支持部材を近接離間動作させるものであるから、当該可動コネクタを要する周辺機器と組合わせる場合には、第１及び第２の支持部材のいずれか一方を固定し、他方を往復動可能な構成にしておくことがが望ましく、とくに、請求項２の構成においては、接触子が貫通する第２支持部材を固定し、接触子を設けた第１支持部材を往復動可能にするのがより望ましい。

また、請求項４の構成においては、ホルダに対して第１及び第２の支持部材の両方を往復動可能にしても良いし、ホルダに対して第１及び第２の支持部材のいずれか一方を往復動可能にし、他方をホルダに固定しても良い。さらに、請求項５の構成においては、第１〜第３の支持部材のいずれか一つを固定すれば良いが、中間となる第３支持部材を固定した構成にすれば、より安定した動作が可能となる。

さらに、接触子は、プローブ等のピン状のものや回路基板に設ける一般的な端子などを含み、その数が限定されることはない。

電歪アクチュエータは、いわゆる人工筋肉（ＥＰＡＭ：Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍｕｓｃｌｅ）と呼ばれるもので、誘電性エラストマー、高分子ゲル、イオン導電性高分子及び導電性高分子などの種類が知られているが、これらのうちの誘電性エラストマーは、その他のもののように水分を必要とせず、動作環境に制約が無いうえに、応答速度、伸縮率、材料コスト、耐久性及び駆動力などの面で優れている。

この電歪アクチュエータは、スピンコーティング法、ディップコーティング法、キャスト法及びスプレー法などの従来既知の方法に基いて弾性高分子材料の膜を形成し、図６（ａ）に示すように、高分子膜１１０の両面に、フォトリソグラフィなどにより膜状や線状等の適宜形状の柔軟な電極１１１，１１２を形成したものである。そして、両電極１１１，１１２に電圧を印加すると、図６（ｂ）に示す如く厚さを減少させ且つ面積を拡大する状態に変形し、電圧の印加を停止すれば元の形状に戻り、この反復動作により機械的な駆動力を生じる。さらに、電圧の増減により変形量が変わるので、簡単な電圧制御によって駆動量や駆動力を容易に調整することが可能である。

本発明の可動コネクタによれば、駆動源となる電歪アクチュエータを備えていることから、自己機能として第１及び第２の支持部材を近接離間させる反復動作を自在に行なうことができ、この反復動作を利用して被接触物に対する接触子の接触離間動作を行なうことが可能となる。したがって、当該可動コネクタは、通電の断続等の反復動作を頻繁に行なう接続用具に適用すれば、他の駆動手段が不要になるので、当該可動コネクタを要する周辺機器の簡略化や製作コストの低減に貢献することができる。

図１及び図２は、本発明に係わる可動コネクタの一実施例を説明する図である。

図示の可動コネクタＣ１は、対向配置した第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２と、電圧の印加により変形する弾性高分子材料の両面に柔軟な電極を設けて成る電歪アクチュエータ（図６参照）Ａを備え、第１支持部材Ｓ１に接触子Ｐ１を設けると共に、第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２の間に電歪アクチュエータＡを介装し、電歪アクチュエータＡが、第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２を互いに近接離間動作させる駆動源となっている。

この実施例の可動コネクタＣ１は、集積回路の製造工程で使用する検査用のプローブカードに適用されるものである。第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２は、いずれも矩形のプレート状であって、例えば合成樹脂製である。この実施例では、第１支持部材Ｓ１の中央部に、第２支持部材Ｓ２に向けて突出する多数のピン状の接触子Ｐ１が互いに平行な状態で縦横に配列してあると共に、第２支持部材Ｓ２に、各接触子Ｐ１の先端側を摺動自在に貫通させている。

各接触子Ｐ１は、夫々の基端部（図２では上端部）に、いずれも図外の基板本体などに接続するためのリード線Ｌを有している。また、実際にプローブカードに適用する場合には、図示例よりも多数の接触子（プローブ）が取り付けられる。

この実施例の電歪アクチュエータＡは、上記の接触子Ｐ１群を包囲するように矩形の枠状を成している。また、電歪アクチュエータＡは、動作環境に制約の無い誘電性エラストマーであって、この場合には高い駆動電圧が要求されるので、配線に昇圧用の電圧変換チップＶｃが介装してある。なお、第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２と電歪アクチュエータＡとの接合には、電歪アクチュエータＡの変形を妨げないように、弾性に富む接着剤などを使用するのが良い。

上記構成を備えた可動コネクタＣ１は、電歪アクチュエータＡに電圧を印加していないときには、図２（ａ）に示すように、全ての接触子Ｐ１の先端部が第２支持部材Ｓ２内に没入した状態にあり、電歪アクチュエータＡに電圧を印加すると、同電歪アクチュエータＡが厚さを減少させるように変形するので、第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２が互いに近接し、これにより、図２（ｂ）に示すように、全ての接触子Ｐ１の先端部が第２支持部材Ｓ２から一斉に突出した状態になる。

つまり、可動コネクタＣ１は、電歪アクチュエータＡへの電圧の印加を断続的に行なうことで、第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２が互いに近接離間して、第２支持部材Ｓ２から各接触子Ｐ１が突没動作することとなり、この際、第２支持部材Ｓ２が各接触子Ｐ１のガイド体としても機能して、全ての接触子Ｐ１の突没動作を円滑にする。

また、可動コネクタＣ１は、プローブカードに適用されるものであるから、ウエハ上の集積回路を検査するテスト装置において、搬入されたウエハ（図２中に仮想線で示す）Ｗに対向するように第２支持部材Ｓ２を固定すると共に、第１支持部材Ｓ１を上下に往復動自在に保持する。そして、ウエハＷ上の集積回路を検査する際に、電歪アクチュエータＡに通電し、第１支持部材Ｓ１の下降とともに各接触子Ｐ１を第２支持部材Ｓ２から突出させて集積回路の端子に接触させる。

このように、可動コネクタＣ１は、駆動源となる電歪アクチュエータＡを備えていることから、自己機能として第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２を近接離間させる反復動作を自在に行なうことができ、この反復動作を利用して被接触物（例えばウエハＷ）に対する接触子Ｐ１の接触離間動作を行なうことが可能となる。とくに、この実施例の可動コネクタＣ１のように、接触子Ｐ１群を包囲する形態の電歪アクチュエータＡを用いれば、充分な駆動力を確保して多数の接触子Ｐ１を一斉に突没動作させることができる。

また、可動コネクタＣ１は、プローブカードに適用した場合、従来のテスト装置で使用していたエアシリンダ等の他の駆動手段が不要になるので、テスト装置を含む周辺機器の簡略化や製作コストの低減を実現することができ、さらには、ハンドラー方式の自動測定（検査）が可能になるので、高速測定が可能になる。

そしてさらに、可動コネクタＣ１は、上記の如くプローブカードに適用する場合、電歪アクチュエータＡを構成する弾性高分子材料の弾力性により、接触子Ｐ１がウエハＷに接触した際の緩衝作用や所定の圧接力が得られることから、従来のスプリング内蔵型の接触子（図７参照）が一切不要になり、図示の如く構造が簡単で小径のピン状接触子Ｐ１を用いることができる。

これにより、プローブカード自体の構造を簡単にすることができ、また、接触子の寿命を大幅に高めることができると共に、プローブカードに取り付け可能な接触子の数を飛躍的に増すことができ、また、接触子同士の間隔をより小さくすることもできるので、集積回路のさらなる微細化に貢献し得るものとなる。

図３は、本発明の可動コネクタの他の実施例を説明する図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図示の可動コネクタＣ２は、プレート状を成す第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２の両方に複数の接触子Ｐ２を設けると共に、互いの接触子Ｐ２同士をコイル等のように伸縮可能な配線Ｒで電気的に接続したものとなっており、さらに、第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２の間に枠状の第３支持部材Ｓ３を備えると共に、第１及び第３の支持部材Ｓ１，Ｓ３の間及び第２及び第３の支持部材Ｓ２，Ｓ３の間に電歪アクチュエータＡを夫々介装した構成になっている。

このとき、図３中で上側となる第１支持部材Ｓ１においては、短いピン状の接触子Ｐ２が上方に突出した状態で設けてあり、他方、下側の第２支持部材においては、同じくピン状の接触子Ｐ２が下方に突出した状態で設けてある。そして、第１支持部材Ｓ１の上側及び第２支持部材Ｓ２の下側には、夫々の接触子Ｐ２を摺動自在に貫通させるガイド板Ｇ１，Ｇ２が設けてある。

上記の可動コネクタＣ２は、例えば、当該可動コネクタＣ２の上下に配置される図示しない装置同士の間を電気的に断続するものであり、より好ましい構成としては、第３支持部材と上下のガイド板Ｇ１，Ｇ２を固定し、第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２を上下に往復動自在に保持する。

そして、上記可動コネクタＣ２は、電歪アクチュエータＡに電圧を印加していないときには、図３（ａ）に示すように、各ガイド板Ｇ１，Ｇ２から接触子Ｐ２が上下に突出した状態にあり、図示しない装置間を通電状態にする。

また、図３（ｂ）に示すように、下側の電歪アクチュエータＡに電圧を印加すると、同電歪アクチュエータＡが厚さを減少させるように変形するのに伴って、第２支持部材Ｓ２が上昇し、接触子Ｐ２の先端部がガイド板Ｇ２に没入状態となって、図示しない装置間を非通電状態にする。なお、上側の電歪アクチュエータＡ又は両方の電歪アクチュエータＡに電圧を印加した場合も同様である。

図４は、本発明の可動コネクタの他の実施例を説明する図である。

図示の可動コネクタＣ３は、プレート状を成す第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２の両方にピン状の接触子Ｐ２を互いに相反する方向（上下方向）に向けて設けると共に、互いの接触子Ｐ２同士を伸縮可能な配線Ｒで電気的に接続したものとなっており、さらに、第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２を互いに近接離間可能に保持する円筒状のホルダＨを備え、このホルダＨに、第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２及び電歪アクチュエータＡを収容したコンパクトな構造になっている。

上記の可動コネクタＣ３は、先の実施例と同様に、例えば、当該可動コネクタＣ２の上下に配置される図示しない装置同士の間を電気的に断続するものであって、電圧を印加していないときには、図４（ａ）に示すように、両接触子Ｐ２の突出量が最大となって、図示しない装置間を通電状態にし、電歪アクチュエータＡに電圧を印加すると、図４（ｂ）に示すように、両接触子Ｐ２の突出量が最小となって、図示しない装置間を非通電状態にする。

この可動コネクタＣ３は、ホルダＨを備えているので、取扱いが容易であると共に、他の装置類に対する取付けにも容易に対処することができる。なお、この実施例では、ホルダＨに対して第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２を摺動自在に収容した構造としたが、ホルダＨに対して第１及び第２の支持部材Ｓ１，Ｓ２のいずれか一方を固定しても良く、このような構造にすればより安定した動作を得ることができる。

図５は、本発明の可動コネクタの他の実施例を説明する図である。

図示の可動コネクタＣ４は、第１及び第２の支持部材Ｓ１１、Ｓ１２の両方に同数の接触子（端子）Ｐ３を設けると共に、電歪アクチュエータＡを駆動源とする第１及び第２の支持部材Ｓ１１、Ｓ１２の近接離間動作に伴って、互いの接触子Ｐ３同士を接触離間させるものとなっている。

上記の可動コネクタＣ４は、図中上側の第１支持部材Ｓ１１が、中央に矩形等の適宜形状の凹部Ｑを備えたものとなっていて、例えば、ＩＣチップ検査用のソケットに適用することができる。この場合、第１支持部材Ｓ１１の接触子Ｐ３は図５（ａ）中に仮想線で示すＩＣチップＩｃの端子に対応したものとなっている。そして、第１支持部材Ｓ１１の凹部ＱにＩＣチップＩｃを嵌合し、必要に応じてクランプ類でＩＣチップＩｃを第１支持部材Ｓ１１に固定する。

そして、上記の可動コネクタＣ４は、電歪アクチュエータＡに電圧を印加していないときには、図５（ａ）に示すように、第１及び第２の支持部材Ｓ１１，Ｓ１２の各接触子Ｐ３が離間した状態になり、電歪アクチュエータＡに電圧を印加すると、図５（ｂ）に示すように、第１及び第２の支持部材Ｓ１１，Ｓ１２の各接触子Ｐ３が互いに接触した状態になる。

また、上記のようにＩＣチップ検査用のソケットとして用いる場合には、例えば、凹部Ｑの部分を開口部にして第１支持部材Ｓ１１を枠状に形成し、この第１支持部材Ｓ１１により、ＩＣチップＩｃをその端子が下側に露出するように保持する構成とし、電歪アクチュエータＡに電圧を印加した際に、ＩＣチップＩｃの端子と第２支持部材Ｓ１２の接触子３とを直接接触させる構成としても良い。

なお、本発明の可動コネクタは、その構成の細部が上記各実施例に限定されるものではなく、各支持部材、電歪アクチュエータ及び接触子などの形状や材料を適宜変更することができ、また、電歪アクチュエータの取り付ける向きによっては、電圧の印加の有無に対して第１及び第２の支持部材の近接離間動作を上記各実施例とは逆（ＯＮ／ＯＦＦを逆）にすることも可能である。

さらに、本発明の可動コネクタは、その用途がとくに限定されるものではないが、上記実施例で説明したように、ウエハ上の集積回路を検査するためのプローブカードやＩＣチップを検査するためのソケットなどのように、頻繁に所定の反復動作を伴う接続用具への適用にきわめて有効である。

本発明の可動コネクタの一実施例を説明する一部破断状態の平面図である。 図１に示す可動コネクタの非通電状態を説明する断面図（ａ）、及び通電状態を説明する断面図（ｂ）である。 本発明の可動コネクタの他の実施例において、非通電状態を説明する断面図（ａ）、及び通電状態を説明する断面図（ｂ）である。 本発明の可動コネクタのさらに他の実施例において、非通電状態を説明する断面図（ａ）、及び通電状態を説明する断面図（ｂ）である。 本発明の可動コネクタのさらに他の実施例において、非通電状態を説明する断面図（ａ）、及び通電状態を説明する断面図（ｂ）である。 電歪アクチュエータの非通電状態を説明する斜視図（ａ）、及び通電状態を説明する斜視図（ｂ）である。 従来のプローブカードにおけるピン型の接触子を説明する断面図である。

符号の説明

Ａ 電歪アクチュエータ
Ｃ１〜Ｃ４ 可動コネクタ
Ｈ ホルダ
Ｓ１ Ｓ１１ 第１支持部材
Ｓ２ Ｓ１２ 第２支持部材
Ｓ３ 第３支持部材
Ｐ１〜Ｐ３ 接触子
Ｒ 配線

Claims (6)

1. 対向配置した第１及び第２の支持部材と、電圧の印加により変形する弾性高分子材料の両面に柔軟な電極を設けて成る電歪アクチュエータを備え、第１及び第２の支持部材の少なくとも一方に接触子を設けると共に、第１及び第２の支持部材の間に電歪アクチュエータを介装し、電歪アクチュエータが、第１及び第２の支持部材を互いに近接離間動作させる駆動源であることを特徴とする可動コネクタ。
2. 第１支持部材に、第２支持部材に向けて突出するピン状の接触子を設けると共に、第２支持部材に、接触子の先端側を摺動自在に貫通させ、第１及び第２の支持部材の近接離間動作に伴って第２支持部材から接触子の先端部を突没させることを特徴とする請求項１に記載の可動コネクタ。
3. 第１及び第２の支持部材の両方に接触子を設けると共に、互いの接触子同士を伸縮可能な配線で電気的に接続したことを特徴とする請求項１に記載のコネクタ。
4. 第１及び第２の支持部材を互いに近接離間可能に保持するホルダを備えたことを特徴とする請求項３に記載の可動コネクタ。
5. 第１及び第２の支持部材の間に第３支持部材を備えると共に、第１及び第３の支持部材の間及び第２及び第３の支持部材の間に電歪アクチュエータを夫々介装したことを特徴とする請求項３に記載の可動コネクタ。
6. 第１及び第２の支持部材の両方に接触子を設けると共に、第１及び第２の支持部材の近接離間動作に伴って互いの接触子同士を接触離間させることを特徴とする請求項１に記載の可動コネクタ。

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