JP2009186262A - プローブユニット - Google Patents

Abstract

【課題】検体の通電検査において、プローブユニットの接触子の弾性変形による変位量および接触力に上限を設け、オーバードライブ量を簡便に増やす。
【解決手段】プローブ群１１は支持ブロック１２の先端に装着され、上部ブロック１３の荷重ブロックである可動部ベース１５により所定の加重を受ける。可動部ベース１５は、プローブユニットの基体部である固定部ベース１６に対し、係合用貫通孔１７ａおよび１７ｂ、係合軸２１ａおよび２１ｂ、あるいはコイルバネ２２ａおよび２２ｂ等により上下可動に係合する。そして、ガイド孔２０ａおよび２０ｂ、ガイドピン２３ａおよび２３ｂ、ガイドブッシュ２４等のガイド機構により、可動部ベース１５の上下動が案内される。ここで、可動部ベース１５は、接触子が所定の接触力を超え弾性変形すると、上方に移動するようになる。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体デバイスや表示パネル等を通電検査や測定するためのプローブユニットに関する。

近年、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）等の電子デバイス基板あるいは回路配線基板等の検体に設けられる端子用電極は、上記基板の上面において益々高密度に配設される傾向にある。例えば基板の周辺に沿って１列に配設される電極は、その寸法および配列間隔が微小化し、益々狭ピッチ化してきている。また、これ等の電極は基板上面において複数列に並行して配設されるようにもなってきている。

そこで、これ等の電子デバイスあるいは回路配線板を通電検査する通電検査装置（以下、プローバともいう）の検査プローブ（以下、プローブともいう）では、上記電極の狭ピッチ化に対応した狭ピッチの接触子が例えばフォトリソグラフィのような微細加工技術を用いて製造される（例えば、特許文献１，２参照）。あるいは、上記電極の複数列の配設に対応し複数のプローブが積層して配置され、これ等のプローブのそれぞれの先端位置を高精度に調整できるプローブユニットあるいはプローブヘッドが提示されている（例えば、特許文献３参照）。

以下、図９および図１０を参照して従来のプローブユニットについて説明する。図９は従来技術におけるプローブユニットの一例を模式的に示した一部切截斜視図である。図１０はプローブの先端部の一例を示した斜視図であり、図９に記した領域Ｐの拡大斜視図である。ここで、図１０はプローブの先端部を検体側からみたものである。

図９に示すように、２つの例えば上段プローブ１０１および下段プローブ１０２から成るプローブ群が例えばステンレス製の支持ブロック１０３の下面に積層して取り付けられている。ここで、図示しないが上記それぞれのプローブは支持ブロック１０３の下面においてその高精度の位置調整が自在にできるようになっている。そして、それぞれのプローブの先端位置が所定間隔でずらして固定されている。

また、上段プローブ１０１の一側縁は第１のフレキシブル配線板１０４に接続され、下段プローブ１０２は同様に第２のフレキシブル配線板１０５に接続され、これ等のフレキシブル配線板（ＦＰＣ；Flexible Printed Circuits）を下部ブロック１０６が下方で保持するようになっている。そして、上記支持ブロック１０３は上部ブロック１０７に締結されている。

上述したような構造の複数個のプローブユニットは、それ等の上部ブロック１０７がヘッド基部に適宜に配置されプローブヘッドを構成する。例えば、検体の二辺に対向して配設された端子用電極に当接するように、２つのプローブユニットがヘッド基部に取り付けられる。あるいは、検体の四辺に配設された電極に当接するように、４つのプローブユニットがヘッド基部に取り付けられる。

そして、所要の例えばプリント配線板（ＰＣＢ；Printed Circuits Board）に上記プローブヘッドが固定され、上記フレキシブル配線板１０５がＰＣＢに電気的接続されてプローブカードが構成される。例えばこのようなプローブカードがプローバに装着されて検体の通電検査が行われる。

ここで、検体の端子用電極に接触する上述したプローブ群の各プローブ１０１，１０２では、図１０に示すように例えばジルコニア、アルミナ、ガラス、シリコン等の絶縁体材料から成る平坦な基板１０１１上にその端部まで配設された細長導電層のリード１０１２が形成されている。そして、リード１０１２の先端部が基板１０１１の縁端から突出し弾性接片（接触子）１０１３になっている。ここで、リード１０１２は、所要の弾性特性をもつ金属材料、例えばニッケル（Ｎｉ）−鉄（Ｆｅ）、Ｎｉ−マンガン（Ｍｎ）、Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）等のＮｉ合金を基材として形成され、プローブの一側縁に延在するリード１０１２の基端部が例えばはんだ、異方性導電フィルム（ＡＣＦ；Anisotropic Conductive Film）、バンプ等によりフレキシブル配線板１０４，１０５の配線に接続している。

ところで、上述した電子デバイス等の検体の小型化および高性能化による端子用電極の微小ピッチ化に伴い、リード先端の接触子１０１３の数（ピン数ともいう）は増加の一途をたどり多ピン化し、各プローブ１０１，１０２は例えば２００〜３００程度のピン数を有するようになってきている。

上述したようなプローブユニットを用いた検体の通電検査では、例えば図９に示すようにＸ−Ｙ方向の水平方向に可動なステージに載置された検体Ｗがさらに高さ方向であるＺ方向の上向きに移動する。そして、プローブ群の接触子１０１３が所定角度の傾斜状態で検体Ｗ表面の端子用電極（図示せず）に当接し小さな接触力で接触する。このような初期接触は所定のセンサ検知を通して制御される。この初期接触の後に続いて、検体Ｗを所定の変位量で上方移動させ、上記電極に対しプローブユニットの押し込み（オーバードライブ）を行うことで、上記全ピン数の接触子１０１３は所定の接触力で電極に確実に接触するようになる。

更に、上記オーバードライブにより接触子１０１３と端子用電極間での低インダクタンスおよび低インピーダンスの確保が容易になる。そして、電子デバイス等の検体Ｗの動作の高速化に対応し高周波のパルス信号となる通電検査信号が、接触子１０１３から端子用電極を通して検体Ｗに高速に伝送できるようになる。

通常、上記プローブユニットの使用においては、弾性を有する接触子１０１３は所定量に弾性変形すると共に電極表面をスクラブする。そして、この接触子１０１３のスクラブは、例えばアルミニウム（Ａｌ）金属から成る端子用電極の表面に形成され易い極薄の絶縁層を破壊し電極との電気接続を確保にする。
特開平８−１５３１８号公報 特開２００５−２２７２２１号公報 特開２００６−３４９５１１号公報

プローブユニットを用いた検体の通電試験にあっては、検体表面に形成されている端子用電極に全ての接触子が適度な接触力で接することが好ましい。ところで、多ピン化した接触子群あるいはプローブ群の間においては、それ等の接触子のＺ方向の高さ位置は、その製造上全てが同一になっているものでない。また、複数のプローブユニットが取り付けられたプローブヘッドでは、複数のプローブユニット間においてそれ等のプローブのＺ方向の高さ位置がヘッド製造上ばらつくことは避けられない。そこで、上述した初期接触後のオーバードライブを施すことにより、上述した接触子の高さ位置のバラツキが吸収されて全ての接触子が電極に弾性接触できるようにする。

しかしながら、従来の技術では、プローブユニットのオーバードライブは接触子の弾性変形による変位のみで対応している。すなわち、プローブユニットのオーバードライブ量は接触子の弾性変形による変位量にほぼ等しくなっていた。このために、上述した接触子の高さ位置のバラツキが大きくなると、オーバードライブにおいて過度の弾性変形および接触力を受ける接触子が生じることになる。そして、通電検査におけるこの過度の弾性変形および接触力の繰り返しが接触子の弾性特性を劣化させプローブ寿命を短くするようになる。

また、過度の弾性変形を受ける接触子では、それが検体の電極上をスクラブする長さ（以下、スクラブ量という）が増大する。そして、検体の電極の狭ピッチ化による電極の小型化のため、スクラブ量の値が大きくなると接触子が電極から脱落してしまい、通電検査に不具合が生じる虞がある。

そこで、上述したような問題を解消するために、プローブユニットあるいはプローブヘッドの製造において、接触子の高さ位置の均一性を高めるべくバラツキの許容範囲を小さくして製造管理することが考えられる。しかし、この場合にはプローブユニットあるいはプローブヘッドの製造コストが増大する。そして、検体の端子用電極の狭ピッチ化あるいは接触子の多ピン化と共に上記製造コストの増大は顕著になる。また、プローブユニットの使用におけるプローブ群の高精度の位置調整、プローブカードの水平からの傾斜度の調整、あるいはそのプローブヘッドにおけるプローブユニットのオーバードライブ量を微調節が考えられるが、このような場合には通電検査における作業性の低下が避けられない。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、検体の通電検査において、プローブユニットの接触子の弾性変形による変位量あるいはその端子用電極との接触力を変えないで、プローブユニットのオーバードライブ量を簡便に大きくできるようにすることを主目的とする。そして、小型化／高性能化する電子デバイス等の検体の上記電極の狭ピッチ化に効果的に対応でき、その低コスト化および長寿命化を可能にし、通電検査の作業性を向上させるプローブユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかるプローブユニットは、検体の電極に対して相対的に上下移動し、前記電極に接触子が弾性接触して前記検体の通電検査を可能にするプローブユニットであって、基体部と、先端部に前記接触子を備えた検査プローブと、前記基体部に対して上下可動に係合し、前記検査プローブに対して所定の加重をする荷重ブロックと、を有し、前記荷重ブロックは、前記接触子が所定の接触力を超えて弾性接触すると、上方に移動して、前記接触力の増加を抑制する、という構成になっている。

そして、上記発明の好適な態様では、前記基体部と前記荷重ブロックの間に、前記荷重ブロックの前記基体部に対する上下動を案内するガイド機構が設けられている。また、好ましくは、前記基体部と前記荷重ブロックの間にそれ等を弾性付勢する弾性部材が介装されている。そして、前記弾性部材は、コイルバネを有し、前記コイルバネのバネ定数が前記接触子の示すバネ定数より小さく形成されている。例えば、前記コイルバネのバネ定数は前記接触子の示すバネ定数の１／１００以下に設定されている。

本発明の構成により、検体の通電検査において、プローブユニットの接触子の弾性変形による変位量あるいはその端子用電極との接触力を殆ど変えることなく、プローブユニットのオーバードライブ量が簡便に自在に大きくできる。そして、小型化／高性能化する電子デバイス等の検体の上記電極の狭ピッチ化に効果的に対応でき、その低コスト化および長寿命化が可能になり、通電検査の作業性が従来に増して向上する。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は一部省略される。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。

はじめに、本実施形態にかかる好適なプローブユニットの構造について図１ないし図３を参照して説明する。図１は本実施形態にかかるプローブユニットの一例を示す斜視図である。図２は上記プローブユニットの側面図であり、図３は図２に示すＡ−Ａ矢視の縦断面図である。なお、これ等は検体の通電検査の後述される待機状態における概略図となっている。

本実施形態にかかるプローブユニット１０では、従来技術で説明したのと同様に複数のプローブ（図では２つのプローブ）から成るプローブ群１１が例えば支持ブロック１２の下面に所定角度で傾斜して取り付けられている。図示しないがこれ等のプローブ群は支持ブロック１２の下面においてその高精度の位置調整が自在にできるようになっている。また、支持ブロック１２は上部ブロック１３に例えばネジ１４により締結されるようになっている。

そして、本実施形態のプローブユニット１０は、上部ブロック１３に固設された上下可動の可動部ベース１５、該可動部ベース１５が上下方向に移動可能に係合しプローブユニット１０の基体部を構成する固定部ベース１６を備えている。ここで、図３に示すように固定部ベース１６には、その上面から下面に貫通する例えば２つの係合用貫通孔１７ａおよび１７ｂが穿設されている。そして、これ等の貫通孔は固定部ベース１６の上面側および下面側に径拡大部を有し、貫通孔の深さ方向の中間領域に径縮小部を備えている。また、その両側に２つのガイドピン用ネジ穴１８ａおよび１８ｂが設けてある。

そして、荷重ブロックを構成する可動部ベース１５には、上記係合用貫通孔１７ａおよび１７ｂに対応する位置にそれぞれ係合用ネジ穴１９ａおよび１９ｂが設けられ、同様に上記ガイドピン用ネジ穴１８ａおよび１８ｂに対応する位置にそれぞれガイド孔２０ａおよび２０ｂが設けてある。

そして、係合軸２１ａおよび２１ｂが、固定部ベース１６の係合用貫通孔１７ａおよび１７ｂにそれぞれ挿通し、それ等の先端部において係合用ネジ穴１９ａおよび１９ｂに螺合して可動部ベース１５に締結されている。ここで、係合軸２１ａおよび２１ｂは、その拡径した頭頂部がそれぞれ係合用貫通孔１７ａおよび１７ｂの上記径縮小部で係止される構造にあって、それ等の上下動が自在にできるようになっている。また、係合軸２１ａおよび２１ｂのそれぞれに巻装されたコイルバネ２２ａおよび２２ｂが固定部ベース１６および可動部ベース１５を弾性付勢するように取り付けられている。ここで、これ等のコイルバネ２２ａおよび２２ｂは、それ等の一端側がそれぞれ係合用貫通孔１７ａおよび１７ｂの下面側の径拡大部に収容されるようになっている。

また、剛性のガイドピン２３ａおよび２３ｂが、それ等の基端部においてガイドピン用ネジ穴１８ａおよび１８ｂに螺合して固定部ベース１６に締結されている。そして、ガイドピン２３ａおよび２３ｂは、その先端部がそれぞれガイド孔２０ａおよび２０ｂに往復移動可能に滑合している。ここで、ガイド孔２０ａおよび２０ｂの内壁に例えば真鍮製のガイドブッシュ２４が介挿され、上下可動の可動部ベース１５の動きを滑らかにしその移動ズレが低減できるようになっている。このガイド孔２０ａおよび２０ｂ、ガイドピン２３ａおよび２３ｂ、ガイドブッシュ２４等がガイド機構を構成している。そして、図２に示されるように可動部ベース１５の上面と固定部ベース１６の下面との間には所定の隙間Ｓ_０が設定されている。

ここで、上述したプローブ群１１の各プローブは、図１の領域Ｐの拡大斜視図として図１０で説明したのと同じようになっている。すなわち、例えばアルミナセラミックスのような靭性の絶縁体材料から成る基板１０１１上にその端部まで配設された厚さが例えば２０〜３０μｍ程度の細長導電層のリード１０１２が形成され、リード１０１２の先端部が基板１０１１の縁端から数百μｍ長程度に突出し弾性変形する接触子１０１３になっている。これ等のリード１０１２および接触子１０１３はフォトリソグラフィを用いた微細加工技術により形成され、例えば３０〜７０μｍ程度の狭ピッチに簡便に植設できる。そして、プローブ群１１の各プローブでは、上述したような接触子１０１３から成る接触子群が例えば２００〜３００程度ビーム状に形成される。

そして、リード１０１２の基端部は、図示しないが、例えばＡＣＦの接合部を介して例えばフレキシブル配線板に接続され、従来技術で説明したのと同じようにプローバと電気的につながるようになっている。

なお、上記リード１０１２は、従来技術で説明したＮｉ合金のような弾性特性をもつ金属材料を基材としている。そして、少なくとも接触子１０１３は、検体の端子用電極との安定した電気的な接触を確保するために、その表面部に耐酸化性の金属材料あるいは酸化しても導電性を有する金属材料からなり、端子用電極に対する耐磨耗性を有する被覆層が適宜に形成される。このような金属材料としては、例えばＡｕ−Ｃｏ合金のようなＡｕ合金の他に、酸化しても導電性を有するＲｕ、Ｉｒ金属およびこれ等の合金が挙げられる。また、リード１０１２および接触子１０１３の基材としては、Ｎｉ系金属材料の他に、例えばロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅合金等が挙げられる。

上記プローブ群１１のプローブにおいては、絶縁層が、接触子１０１３およびリード１０１２の基端部を除き、リード１０１２を被覆して形成されていてもよい。ここで、この絶縁層としては基板１０１１との密着性のよい絶縁体薄膜が好適である。例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）あるいはシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）が挙げられる。

一方、上記プローブ群１１の接触子１０１３が接触する検体Ｗの端子用電極は、例えば金（Ａｕ）、Ａｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金のような金属材料、あるいはＦＰＤで多用されるインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ膜）、インジウム亜鉛酸化膜（ＩＺＯ膜）等で構成される。

なお、上記プローブユニット１０において、その固定部ベース１６はプローブユニットが取り付けられるプローブヘッドのヘッド基部と一体構造になっていても構わない。また、可動部ベース１５は上部ブロック１３に固設されていなくてもよく、例えば弾性部材を介して可動部ベース１５の重量がプローブ群１１に伝達するような構造になっていても構わない。

次に、検体の通電検査における上記プローブユニットの動作について図２、図４ないし図６を参照して説明する。これ等はプローブユニットの側面図であり、図４は、プローブ群１１の接触子１０１３が、所定角度の傾斜し検体Ｗ表面の端子用電極（図示せず）に小さな接触力で初期接触した状態を示す。そして、図５は、上記初期接触後のオーバードライブでその量がプローブ群１１の全接触子の弾性変形からコイルバネ２２ａ、２２ｂの弾性変形に切り換わる臨界オーバードライブ量（例えば５０μｍ程度）となる状態を示す。図６は、上記臨界オーバードライブ後で可動部ベース１５と固定部ベース１６の隙間Ｓ_０が無くなる最大オーバードライブ量（例えば１ｍｍ程度）の状態を示す。

図２に示したような通電検査における待機状態では、検体ＷはプローバにおいてＸ、Ｙ、Ｚ移動、θ回転の制御がなされる可動ステージ（図示せず）上に載置される。なお、このステージはプローブユニット１０のプローブ群１１から下方の所定の高さ位置にある。また、この待機状態にあっては、可動部ベース１５の上面と固定部ベース１６の下面との間に上述した隙間Ｓ_０が形成されている。

そして、検査段階になると、初めにステージのＸ−Ｙ方向走査およびθ回転による調整がなされ、プローブ群１１の接触子１０１３と検体の端子用電極（図示せず）とが位置合わせ（アライメント）される。以下、このアライメントにおける検体ＷのＺ方向位置を基準点（Ｚ＝０）として検体Ｗ表面の高さ位置をＺとする。

次に、図４に示すように、検体Ｗはその肉厚および端子用電極の厚さが考慮されてＺ方向に上方移動され、従来技術で説明したように接触検知用のセンサで制御され端子用電極に初期接触する。この初期接触では、プローブ群１１の先端から突出する所定のピン数の接触子１０１３から成る接触子群が、水平面に対し所定角度に傾斜しそれぞれ対向する端子用電極に小さな接触力で接触する。以下、この時の検体Ｗ表面の上記基準点からの高さ位置を初期接触高さＺ_０とする。

上記初期接触において、実際には、プローブ群１１における接触子１０１３の加工寸法の公差（例えば数μｍ程度）等の植設精度、あるいは２つのプローブ間の位置の調整精度によって接触子群の中でそれ等の接触程度が僅かに異なる。このために、初期接触では、接触子群の中の接触子により弾性変形の程度にバラツキが生じている。

この初期接触の後に続いて、更に検体ＷはＺ方向の上方移動を受け、プローブ群１１の接触子群の全ての接触子１０１３が弾性変形するようになる。この時の検体Ｗ表面のＺ方向における基準点からの高さ位置をＺとすると、プローブユニットすなわちこの場合は接触子１０１３のオーバードライブ量Ｄは、Ｄ＝Ｚ−Ｚ_０で表される。ここで、接触子群の弾性変形による弾発力はプローブユニット１０を構成しているプローブ群１１、支持ブロック１２、上部ブロック１３、可動部ベース１５の全重量およびコイルバネ２２ａ、２２ｂのプリロード分の荷重からなる基準荷重Ｇ_０以下となる。プローブユニットによっては、この状態で、その接触群の全ての接触子１０１３が通電検査における電気的接触に必要な所要の接触力で電極に接触する。

更に、検体ＷがＺ方向の上方移動を受けると、上記接触子群の弾性変形による上向き弾発力は上記基準荷重Ｇ_０と等しくなる。図５は、上記接触子群の弾発力が基準荷重Ｇ_０と等しく釣り合った状態を示している。また、この状態におけるオーバードライブ量Ｄが臨界オーバードライブ量Ｄ_０となっている。

そして、検体Ｗが更に上向きに移動しその高さ位置ＺがＺ_０＋Ｄ_０＜Ｚを満たすようになると、接触子群の弾発力は、これ等のプローブ群１１、支持ブロック１２、上部ブロック１３および可動部ベース１５をその全重量に抗して上向きに浮上させる。このようになると、図３で説明した係合軸２１ａおよび２１ｂは、それ等の頭頂部がそれぞれ係合用貫通孔１７ａおよび１７ｂの径縮小部に係止された状態から解除される。そして、可動部ベース１５は、今度はコイルバネ２２ａおよび２２ｂの弾性付勢に抗し、固定部ベース１６に固持されたガイドピン２３ａおよび２３ｂにより高精度に案内され、移動ズレすることなく上方移動する。図６は最大オーバードライブ量Ｄ_１で検体Ｗが上方移動した状態である。

本実施形態のプローブユニット１０は、図５から図６の状態において、そのプローブ群の全ての接触子１０１３が通電検査における電気的接触に必要な所要の接触力で電極に確実に接触することを保証する。そこで、検体Ｗの通電検査では、検体Ｗのその高さ位置ＺはＺ_０＜Ｚ＜Ｚ_０＋Ｄ_１を満たす所定値に設定される。そして、検体の通電検査が終了すると検体Ｗはステージの降下により待機状態に戻される。ここで、通電検査での検体Ｗの高さ位置ＺがＺ_０＋Ｄ_０＜Ｚ＜Ｚ_０＋Ｄ_１の範囲にあった場合には、上方移動した可動部ベース１５は、コイルバネ２２ａおよび２２ｂの弾性付勢による復元力と上述した基準荷重Ｇ_０により元の高さ位置に戻される。そして、引き続き別の検体Ｗの通電検査のために同じ動作が繰り返して行われる。

次に、上述したプローブユニットの動作におけるオーバードライブ量および接触子の検体Ｗへの接触力について図７および図８を参照して説明する。図７はオーバードライブ量の説明に供するための概念図である。図８はオーバードライブ量および接触力と検体Ｗの高さ位置Ｚとの関係を示すグラフである。

図７（ａ）は図２で説明した待機状態にあるプローブユニット１０の概念図である。この場合、荷重物体２５が係止部材２６に支持された状態にある。ここで、荷重物体２５はプローブユニット１０におけるプローブ群１１、支持ブロック１２、上部ブロック１３および可動部ベース１５に相当し、コイルバネ２２ａ、２２ｂのプリロード分の荷重と共に基準荷重Ｇ_０を形成する。また、係止部材２６は図３で説明した係合軸２１ａおよび２１ｂの頭頂部を係止する係合用貫通孔１７ａおよび１７ｂの径縮小部に相当する。

そして、プローブユニット１０の固定部ベース１６の下方に取り付けられたコイルバネ２２が荷重物体２５を弾性付勢し、荷重物体２５の下方にプローブ群１１の全接触子に相当する接触バネ２７が取り付けられる構造になっている。また、検体Ｗは接触バネ２７の先端から下方の所定の高さ位置にある。なお、コイルバネ２２はプローブユニットのコイルバネ２２ａおよび２２ｂを合わせたものに相当している。

そして、検体ＷがＺ方向に上方移動し、図４で説明した初期接触高さＺ_０において接触バネ２７の先端に接触する。その後、検体Ｗがこの基準点から上方移動すると、接触バネ２７が弾性変形するようになる。そして、図７（ｂ）に示すように接触バネ２７の弾性変形による変位量すなわち接触バネ弾性変位量（ｄ_１）がオーバードライブ量となる。ここで、接触バネ２７のバネ定数をｋ_１とし、その弾発力をＦ_１とすると、Ｆ_１＝ｋ_１×ｄ_１となる。なお、バネ定数ｋ_１はプローブ群１１の全接触子の弾性変形における弾性率に相当し、弾発力Ｆ_１は接触力に相当する。

上記接触バネ２７が示すＦ_１＝ｋ_１×ｄ_１の関係は、接触バネ２７の弾発力が荷重物体２５の重量およびコイルバネ２２のプリロード分の荷重すなわち基準荷重Ｇ_０に等しくなり、ｄ_１が臨界オーバードライブ量Ｄ_０になるまで続く。すなわち、Ｆ_１＝ｋ_１×Ｄ_０＝Ｇ_０となる。そして、更に検体ＷがＺ方向の上方移動を受けると、接触バネ２７の弾発力Ｆ_１が基準荷重Ｇ_０を超え、図７（ｃ）に示すように荷重物体２５が上向きに浮上するようになり、コイルバネ２２の弾性変形が生じる。この弾性変形による変位量をコイルバネ弾性変位量（ｄ_２）としコイルバネ２２の弾発力をＦ_２、バネ定数をｋ_２すると、Ｆ_２＝ｋ_２×ｄ_２となる。

そして、オーバードライブ量ＤはＤ＝ｄ_１＋ｄ_２となる。また、Ｆ_１＝Ｇ_０＋Ｆ_２が成り立つ。ここで、Ｇ_０＝ｋ_１×Ｄ_０として、ｋ_１×（ｄ_１−Ｄ_０）＝ｋ_２×ｄ_２が成り立つ。そこで、本実施形態ではコイルバネ２２のバネ定数ｋ_２は接触バネ２７のバネ定数ｋ_１に較べて小さくなるように決められる。例えば、ｋ_２／ｋ_１は１／１００以下になるように設定され、（ｄ_１−Ｄ_０）／ｄ_２比は１／１００以下の設定値になる。このようにして、臨界オーバードライブ量Ｄ_０を超えると、接触バネ弾性変位量ｄ_１の増加はコイルバネ弾性変位量ｄ_２の増加に較べ微小になる。

上述したようなプローブユニットのオーバードライブ量と接触力の一例が図８に示される。図８に示すように、オーバードライブ量Ｄは、検体Ｗの高さ位置ＺがＺ_０から増加し始め、その高さ位置Ｚ＝Ｚ_０＋Ｄ_０までは接触バネ弾性変位量ｄ_１となる。そして、その高さ位置ＺがＺ_０＋Ｄ_０を超えるとコイルバネ弾性変位量ｄ_２値が立ち上がり、接触バネ弾性変位量ｄ_１の増加は非常に小さくなる。そして、オーバードライブ量Ｄの増加はコイルバネ弾性変位量ｄ_２のほぼ増加によるようになる。なお、検体Ｗの高さ位置ＺがＺ_０＋Ｄ_１を超えてくると、図６で説明したように隙間Ｓ_０がなくなり荷重物体２５は上方移動しなくなる。そして、再び接触バネ２７の弾性変形が起こるようになる。

一方、プローブの接触力は、検体Ｗの高さ位置ＺがＺ_０〜Ｚ_０＋Ｄ_０の範囲において、接触バネ弾性変位量ｄ_１に比例した接触バネ２７の弾発力に等しくなる。そして、検体Ｗの高さ位置ＺがＺ_０＋Ｄ_０〜Ｚ_０＋Ｄ_１の範囲では、接触力は、基準荷重Ｇ_０にコイルバネ２２の小さな弾発力が僅かに加わる程度でほとんど増加しなくなる。なお、検体Ｗの高さ位置ＺがＺ_０＋Ｄ_１を超えてくると、上述したように再び接触バネ２７の弾性変形が起こるようになり、その弾性変位量に比例して接触力が大きく増大する。

本実施形態のプローブユニット１０では、図７および図８で説明したように、プローブユニットのオーバードライブ量は、プローブに植設された接触子１０１３（図１０）の弾性変形による変位量ｄ_１と、コイルバネ２２ａおよび２２ｂの弾性変形による変位量ｄ_２との和にすることができる。ここで、上記変位量ｄ_２は接触子１０１３の弾性変形による変位量ｄ_１に較べて極めて増加し易いようになっている。

そして、このようなオーバードライブにおいて、全ての接触子１０１３は、その弾性変形による変位量の上限およびそれ等の接触力の増加が基準荷重Ｇ_０でほぼ制限されて検体Ｗの端子用電極に接触するようになる。ここで、弾性変形による変位量の上限は略臨界オーバードライブ量Ｄ_０＝Ｇ_０／ｋ_１であり、接触力の上限は基準荷重Ｇ_０をプローブ群１１における接触子１０１３の全ピン数（Ｎ）で除したＧ_０／Ｎ値にほぼなる。このようにして、プローブユニット１０の接触子の弾性変形による変位量を変えないで、あるいは検体Ｗの端子用電極との接触力の増加を抑制して、プローブユニットのオーバードライブ量を簡便に大きくできるようになる。

上記実施形態においては、コイルバネ２２ａおよび２２ｂの換わりに種々の弾性部材が使用できる。その弾性部材として例えばゴム類、合成樹脂等の高分子材料、あるいはこれ等の発泡性材料から構成されたものが挙げられる。あるいは、通電検査の終了後の検体Ｗの降下の際に、プローブユニット１０におけるプローブ群１１、支持ブロック１２、上部ブロック１３および可動部ベース１５に相当する荷重物体２５がその自重のみで元の高さ位置に戻る構造になっていてもよい。この場合には、コイルバネ２２ａおよび２２ｂの弾性付勢による復元力は不要となり、プローブユニット１０においてコイルバネ２２ａおよび２２ｂ等の弾性部材のない構造であっても同様の効果が生じる。

また、荷重物体２５を構成する例えば可動部ベース１５は、自在にその重量の調節ができる構造になっていてもよい。この場合には、基準荷重Ｇ_０がプローブ群１１の接触子１０１３の弾性特性に合わせて適宜にしかも簡便に調節できるようになる。

上記実施形態では、例えばプローブユニット１０のプローブ群１１においてそれ等の接触子１０１３間の高さ位置にバラツキがあっても、上記プローブユニットのオーバードライブ量により充分に吸収されて全ての接触子１０１３が検体Ｗの電極に適度な接触力で電気接続するようになる。同様に、上記オーバードライブ量は、複数のプローブユニット１０が備えられたプローブヘッドにおけるプローブ群１１間の高さ位置にバラツキを吸収し、複数のプローブユニットの全ての接触子１０１３を検体Ｗの電極に適度な接触力で電気接続させる。

このために、プローブ群１１の接触子１０１３は過度の接触力を受けることが防止され、従来技術で説明した通電検査における過度の接触力の繰り返しによる接触子１０１３の弾性劣化によるプローブ寿命の短縮は低減する。このようにして、接触力の安定性および接触の繰り返し耐久性に優れて、信頼性の高い接触子群から成るプローブユニットが提供される。

また、上記オーバードライブにおいて、全ての接触子１０１３の接触力に上限が設定されることから、接触子１０１３の検体Ｗの端子用電極上におけるスクラブ量が制約される。このために、特定の電極に接触するようにアライメントされた接触子１０１３が隣接する電極に接触することが抑制され、電極の狭ピッチ化が極めて容易になる。

あるいは、本実施形態では、接触子１０１３のＺ方向の高さ位置の均一性が余り高くない安価なプローブユニットあるいはプローブヘッドであっても、検体Ｗの通電検査が高効率の作業性の下に高精度にできるようになる。また、検体の品種が異なりその肉厚が変化する場合であっても、そして同品種において検体の肉厚あるいはその端子用電極の厚さにバラツキが生じる場合であっても、同様に高い作業性の下にそれ等の通電検査が高精度にできるようになる。

このようにして、本実施形態のプローブユニットは、小型化／高性能化する電子デバイス等の検体の上記電極の狭ピッチ化に効果的に対応でき、その低コスト化および長寿命化を可能にし、通電検査の作業性を向上させる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。

例えば、プローブはその接触子１０１３が図１０における基板１０１１の縁端から突出しない構造になっていてもよい。但し、この場合には、リード１０１２は適度な弾性と靭性を有する導電体材料により形成される。あるいは、プローブの基板１０１１が可撓性を有してもよい。また、接触子は弾性付勢のピンで構成されていても構わない。

上記実施形態では、支持ブロック１２の下面に２つのプローブが取り付けられる場合について説明しているが、１つのプローブあるいは３つ以上のプローブが取り付けられていてもよい。

また、上記実施形態では、検体ＷがＺ方向の上方に移動しプローブユニット１０の接触子１０１３が電極に接触する場合について説明しているが、逆に検体Ｗが固定しプローブユニット１０がＺ方向に移動できるようになっていても構わない。あるいは、検体Ｗおよびプローブユニット１０が共にＺ方向に移動できる構造になっていてもよい。

発明の実施形態にかかるプローブユニットの一例を示す斜視図である。 図１のプローブユニットの側面図である。 図２に示すプローブユニットのＡ−Ａ矢視の縦断面図である。 本発明の実施形態にかかるプローブユニットの動作の説明に供するために、初期接触の状態で接触子が検体の電極に接触したプローブユニットを示す側面図である。 本発明の実施形態にかかるプローブユニットの動作の説明に供するために、臨界オーバードライブ量Ｄ_０の状態で接触子が検体の電極に接触したプローブユニットを示す側面図である。 本発明の実施形態にかかるプローブユニットの動作の説明に供するために、最大オーバードライブ量Ｄ_１の状態で接触子が検体の電極に接触したプローブユニットを示す側面図である。図５に続くプローブコンタクトの製造工程を示す製造工程別断面図である。 本発明の実施形態におけるプローブの接触子のオーバードライブ量の説明に供するための概念図であり、（ａ）はプローブユニットの待機状態を示す断面図、（ｂ）は接触子群が弾性変形しオーバードライブした状態を示す断面図、（ｃ）はコイルバネが弾性変形しオーバードライブした状態を示す断面図である。 プローブユニットのオーバードライブ量および接触子の接触力と検体Ｗの高さ位置Ｚとの関係を示すグラフである。 従来技術におけるプローブユニットの一例を示す一部切截斜視図である。 プローブの先端部の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０…プローブユニット，１１…プローブ群，１２…支持ブロック，１３…上部ブロック，１４…ネジ，１５…可動部ベース，１６…固定部ベース，１７ａ，１７ｂ…係合用貫通孔，１８ａ，１８ｂ…ガイドピン用ネジ穴，１９ａ、１９ｂ…係合用ネジ穴，２０ａ，２０ｂ…ガイド孔，２１ａ，２１ｂ…係合軸，２２，２２ａ，２２ｂ…コイルバネ，２３ａ，２３ｂ…ガイドピン，２４…ガイドブッシュ，２５…荷重物体，２６…係止部材，２７…接触バネ，１０１１…基板，１０１２…リード，１０１３…接触子

Claims (7)

1. 検体の電極に対して相対的に上下移動し、前記電極に接触子が弾性接触して前記検体の通電検査を可能にするプローブユニットであって、
   基体部と、
   先端部に前記接触子を備えた検査プローブと、
   前記基体部に対して上下可動に係合し、前記検査プローブに対して所定の加重をする荷重ブロックと、を有し、
   前記荷重ブロックは、前記接触子が所定の接触力を超えて弾性接触すると、上方に移動して、前記接触力の増加を抑制することを特徴とするプローブユニット。
2. 前記基体部と前記荷重ブロックの間には、前記荷重ブロックの前記基体部に対する上下動を案内するガイド機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプローブユニット。
3. 前記基体部と前記荷重ブロックの間には、それ等を弾性付勢する弾性部材が介装されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブユニット。
4. 前記弾性部材は、コイルバネを有し、前記コイルバネのバネ定数が前記接触子の示すバネ定数より小さく形成されていることを特徴とする請求項３に記載のプローブユニット。
5. 前記コイルバネのバネ定数が前記接触子の示すバネ定数の１／１００以下であることを特徴とする請求項３に記載のプローブユニット。
6. 前記接触子は、基板の表面に配設された導電体材料から成るリードが前記基板の縁端から突出した弾性接片から成ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプローブユニット。
7. 前記荷重ブロックは、その重量が調節できるようになっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のプローブユニット。

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