JP2010156700A

JP2010156700A - 接触子及びこれを用いた接触子組立体

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Publication number: JP2010156700A
Application number: JP2010019490A
Authority: JP
Inventors: Isao Kimoto; 軍生木本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2010-07-15

Abstract

【課題】適切な変形部分の占有空間を確保できる格子配置型接触子組立体の機構方式を提供すると共に、薄板状接触子を傾斜して配置する方式に適合する、適切な変形構造を有する接触子を提供する。
【解決手段】弾性変形部４に多数の形状選択の可能性を有し、入力部２と出力部３の相対的位置関係を自由選定可能とする蛇行する弾性変形部の形状の接触子を、格子状に配置された端子の並び角度に対して傾斜した角度方向に配置し、且つ前記格子ピッチ間には、その格子を形成する端子に接触する接触子以外の、複数の接触子が横切って配置することにより、配置ピッチの小さい格子配置の接触子組立体を可能にした。
【選択図】図３

Description

本発明は、回路端子の配置が平面状をなす電子デバイスの回路検査等に使用する電気接続用接触子及び平面状に回路端子が配置され、電子部品用コネクターとしても使用可能な接触子組立体に関する。

垂直方向に変形する弾性体の変形と、変形によって発生する力を利用して導電性を有する接触子と回路端子間に接触圧を得ることにより、上記回路端子との間で通電を行ない、被試験回路を検査したり、或いはコネクタを構成したりする技術が従来からあった。このような従来の接触子においては、弾性体として、コイルばねが利用されているものが一般的である。

しかしながら、近年になって、集積回路の製造技術の発展に伴い、その回路網がきわめて微細化し、これを試験するための装置の接触子の通電部に要求されるピッチも非常に小さくなってきた。また、各種電子機器間を接続するコネクタも小型化が進み、その結果端子部分に要求されるピッチも非常に小さくなってきた。その結果１個の接触子に割り当てられる弾性体材料の占有できる空間に不足を生じ、適切なばね定数を有する接触子を実現することは難しかった。弾性変形量が小さくなると、動作範囲が狭くなるため、接触子の製作誤差、接触子を内蔵する装置の接触動作時の機械停止誤差等が発生すると、適切な接触圧が得られない欠点があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、集積回路等に構成される電子回路のように回路端子間隔が小さくなった場合でも適切な動作ストロークと接触圧を確保できる接触子を提供することである。

本発明の第２の目的は、適切な変形部分の占有空間を確保でき、接触子の製作誤差、回路端子の機械停止位置のばらつきにも対応できる接触子組立体を提供することである。

本発明は上記目的を達成するため、接触子の変形部に多数の形状選択の可能性を有し、入力部と出力部の相対的位置関係を自由選定可能とする、蛇行する変形構造を採用した。

また接触子組立体を構成するために、個々の接触子の配置方向を確実にする固定手段を採用した。接触子の電子デバイスと接触する入力部近傍に案内手段を設け高精度化した。上記の接触子を直交座標の座標軸に対して一定の傾斜角度をもって配置することにより、入力部および出力部の配置ピッチを小さく設定した格子配置の接触子組立体を実現可能にした。

また、被試験回路の回路端子の格子座標軸と一定角度傾斜させて薄板状接触子を配置し、前記格子の複数ピッチにまたがる長さで配置しても他の接触子との干渉がないものとし、変形動作方向に一定の幅と厚さを有し横方向にも長い材料取りを可能にし、撓みに関与できる材料取り空間を大きくした。

このような各種態様を有する発明として、本発明の請求項１に記載の発明は、一端部に被試験デバイスの端子と接触する入力部を有する一方、他端に試験回路網の端子と接続される出力部を有し、前記入力部と出力部の間に介在せしめられた弾性変形部を有する薄板状接触子を、複数個配置して成り、また前記複数の接触子は、ｘｙ直交座標系のｘ軸に対して所定の角度を成すように配置され、前記ｘｙ直交座標系は、前記被試験デバイスの複数の端子または試験回路網の複数の端子が格子状に配置された平面の、前記格子の行および列方向にそれぞれ軸を設定したｘｙ直交座標系であり、前記複数の接触子は、前記ｘｙ直交座標系において、格子ピッチ間を前記所定の角度で横切って、当該格子ピッチよりも長い寸法にわたって、且つ前記複数の接触子が互いに干渉することなく配置され、また、前記格子ピッチ間には、その格子を形成する端子に接触する接触子以外の、複数の接触子が横切って配置されており、前記接触子の出力部には固定部が設けられ、当該固定部と嵌合する複数の取付け穴を有し、前記複数の接触子を固定支持する固定手段と、複数のガイド穴を有し、前記固定手段に対して所定の間隔を置いて配置されるとともに、当該固定手段と連結された前記接触子の案内手段と、前記接触子の出力部と接続する回路端子を有する回路網とを有することを特徴とする接触子組立体であり、１つの接触子に許容される体積内で、適切な長さの変形部位が得られるという作用を有する。

本発明に従えば、薄板状接触子を傾斜して配置する方式に適合する、適切な変形構造を有する接触子を提供出来るため、集積回路等に構成される電子回路のように回路端子間隔が小さくなった場合、接触子の変形部の材料配置空間がなく、適切な動作ストロークと接触圧を確保できなかった問題を解決でき、接触子の製作誤差、回路端子の機械停止位置のばらつきにも対応でき停止動作マージンの大きい高精度格子配置の接触子組立体を可能にする。

また、このような接触子組立体を使って端子の集積密度の高い接続部に適用可能な高密度コネクタを実現することもできる。

本発明を具体化した実施の形態１の接触子の正面図接触子の平面図実施の形態１の接触子１の配置を示す平面図図３の正面図実施の形態１の接触子組立体の正面図図５の分解図固定シートの穴図ガイドシートの穴図本発明を具体化した実施の形態２の接触子の正面図

（実施の形態１）
図１は本発明を具体化した実施の形態１の接触子の正面図、図２は接触子の平面図である。図１において、符号１は被試験回路と試験回路を電気的に導通する導電性材料から成る接触子、２は接触子１の一部で被試験回路の端子と接触する入力部、３は試験回路の端子と接触ないしは接続して電気的導通状態にある出力部、４は入力部２と出力部３との間に介在せしめられ、入力部２と被試験回路の端子が一定の位置関係の範囲で配置したとき適切な接触力で接触するべく弾性変形する弾性変形部である。５は先端部分に上記出力部３が設けられ、また接触子１の位置及び方向を精度よく保持する固定部である。この固定部５の両側には凹部５ｂが切り欠き状に形成され、この凹部５ｂが固定シート（後出の６）の穴（後出の１２）にハメアイ嵌合により挿入され固定される。また固定部５には内部に空洞部５ａが設けられて外部から力を加えると変形可能となっており、接触子組立体を組み立てる時に適度の力で圧入作業することを可能にしている。

本実施の形態１において、弾性変形部４は、図１に示すように入力部２と固定部５との間を接続する１つの蛇行する梁構造体により構成される。すなわち、この梁構造体は、図１において入力部の根元部分（４ａとする）から略水平左方向へ所定寸法隔てられた第１端部（４ｂとする）までを第１の梁部、第１端部４ｂの直下の第２端部（４ｃとする）から略水平右方向へ所定寸法隔てられた第３端部（４ｄとする）までを第２の梁部、第３端部４ｄの直下の第４端部（４ｅとする）から略水平左方向へ所定寸法隔てられた固定部５の根元部分（４ｆとする）までを第３の梁部としている。そして、梁構造の弾性変形体４全体が曲げ変形することにより復元力が発生する。Ｓは接触子１の全長寸法である。Ｒは入力部２と出力部３との間の正面から見た距離（変位寸法）でありこの値によって後述するＬが一定であっても変形部４の弾性係数は変化する。従ってＲは適切な復元力を得るべく決定される。またＲはゼロでなく所定の変位寸法を保っている（すなわち、入力部２と出力部３とが同一垂直線上にない）場合は、入力部２から垂直方向の外力が加えられて梁構造体が変形したとき、接触子１の両端にある入力部２および出力部３の間で上記外力の入力方向に対して略直角方向の力が生じ、入力部２および出力部３の間でズレ変位を起こさせようとするから、Ｒはゼロでないことが好ましい。また、Ｌは本発明において接触子１の全長寸法として許容できる限界寸法（すなわち、Ｓのとり得る最大寸法）を示す。

図２は実施の形態１の接触子１の平面図である。図１および図２から明らかなように、この実施の形態に係る接触子１は薄板材料から入力部２、出力部３、および弾性変形体４を切り出した構造を有する。本発明の特徴は、接触子１により接触子組立体を構成したとき、入力部２及び出力部３の格子ピッチＰより接触子１の全長寸法Ｓがはるかに大きくでき、しかも変位寸法Ｒの値を限定されたＳの範囲内で選定可能であることにある。なお、接触子１は、他の回路の端子と接触する入力部２および出力部３を除いて、ほぼ全体に絶縁コーティングが施され、絶縁性が保たれている。

図３は実施の形態１の接触子１を複数個配置することにより接触子組立体を構成したときの、接触子１の配置状態を示す平面図である。図４は図３の正面図である。図３および図４において、接触子１は複数個配置されているから、当然のこととして入力部２及び出力部３もまた複数個配置される。そして、入力部２及び出力部３はそれぞれｘｙ直交座標上でｘ軸方向およびｙ軸方向へ配置され、また入力部２及び出力部３は、ｘ軸方向およびｙ軸方向ともピッチＰで配置されている。このｘｙ直交座標は、被試験電子デバイスの複数の端子または試験回路網の複数の端子が格子状に配置された平面の、前記格子の行および列方向にそれぞれ軸を設定したｘｙ直交座標系に対応する（すなわち同等である）。また、上記ｘｙ直交座標上でのｘ方向ｙ方向のピッチＰは、被試験電子デバイスの複数の端子または試験回路網の複数の端子が格子状に配置された平面の、前記格子のピッチに対応するよう接触子１の配置が行なわれる。

また、図３において、角度Φは薄板状構造の接触子１の長手方向（図１および図２において左右方向）の接触子端部を結ぶ直線がｘｙ直交座標系のｘ軸と成す角度である。また、ＳｓｉｎΦ＜ＬｓｉｎΦ＜Ｐの関係を満足すればｙ方向の配置に関しても接触子１間の干渉なく配置することが可能であることを示す。すなわち、上記角度Φは、入力部２及び出力部３をそれぞれｘｙ直交座標上でｘ軸方向およびｙ軸方向へ配置するために、薄板状構造の接触子１自体は、ｘｙ直交座標上でｘ軸に対して角度Φだけ傾斜して配置されていることを示す。更に、図１、図３に示すＬ及びＴは、上述のように、入力部２及び出力部３がピッチＰの格子状に配置されるように接触子１が配置された状態において、干渉を生じない最大寸法を意味している。

図３に示された接触子１の配置についてもう少し詳細に説明する。図３においては説明のために各接触子１に個別の符号を付け、最上段に描かれた５個の接触子をそれぞれ左から接触子１−１、１−２、・・・１−５とする。次に第２段目に描かれた１０個の接触子をそれぞれ左から接触子１−６、１−７、・・・１−１５とする。また、第３段目に描かれた９個の接触子をそれぞれ左から接触子１−１６、１−１７、・・・１−２４とする。第４段目に描かれた５個の接触子をそれぞれ左から接触子１−２５、１−２６、・・・１−２９とする。第５段目に描かれた５個の接触子をそれぞれ左から接触子１−３０、１−３１、・・・１−３４とする。またそれぞれの接触子１−１、１−２、・・・１−３４に対応する入力部をそれぞれ２−１、２−２、・・・２−３４とする。なお図３中においては、同図が不明瞭になるのを避けるため、入力については一部の符号のみを記載し、その他は省略してある。図３において、入力部２及び出力部３がｘｙ直交座標上でｘ軸方向およびｙ軸方向へピッチＰの格子状に配置されるように接触子１−１〜１ー３４がｘ軸に対して角度Φだけ傾斜して配置される。隣合う接触子（例えば１−１と１−２）との間には僅かな隙間が形成されるのみである。このように接触子１−１〜１ー３４を配置すると、１この接触子は薄板状であるから、入力部２−１〜２−３４が配置された格子ピッチの間に複数の接触子が入ることができる。すなわち、格子ピッチ間には複数の接触子が横切って配置されていることになる。例えば入力部２−８とこれからｙ軸方向下方へ１ピッチずれた入力部２−１８との間に注目すると、この２つの入力部２−８と２−１８との間には接触子１−９と、１−１０と、１−１１と、１−１６と、１−１７とが延びている。すなわちこの実施の形態においては格子の１ピッチＰの中に５個の接触子が配置できるのである。もちろん、接触子を構成する板材料をもっと薄くすればより多くの接触子を格子の１ピッチＰの中に配置できる。

また、これらの接触子１−９と、１−１０と、１−１１と、１−１６と、１−１７は、格子ピッチ間を角度Φで横切って、当該格子ピッチの寸法よりも長い寸法範囲にわたって延びている。しかも第２段目の接触子の集まり１−６〜１−１５と、第３段目の接触子の集まり１−１６〜１−２４とに注目すると、第２段目の接触子１−１２の左斜め延長方向の位置には第３段目の接触子の集まりに属する接触子１−１６が配置されており、第２段目の接触子１−１３の左斜め延長方向の位置には第３段目の接触子の集まりに属する接触子１−１７が配置されている。そして、接触子１−１２と接触子１−１６の間には隙間２１が形成され、また接触子１−１３と接触子１−１７の間には隙間２２が形成されている。これにより接触子はその長手方向および幅方向に隣り合う接触子と干渉することなく配置されていることになる。そして、接触子１の長手方向寸法を最大限にとれば、隙間２１、２２もきわめて小さくすることができる。こうすれば、入力部２−１〜２−３４の配置区域である格子領域（これは被試験電子デバイスの複数の端子または試験回路網の複数の端子が格子状に配置された領域でもある。）のほぼ全体面積を使って（すなわち上記格子領域を埋めつくすようにして）接触子を配置していることになる。これにより、集積回路の集積度が高くなってその回路網がきわめて微細化しても、狭い面積を有効に使って端子との接続を行なうことができる。

接触子１をＸ軸とΦの角度を有する配置理由は隣接する接触子との干渉を回避しながら格子ピッチＰより長い変形部を確保するためである。また接触子１の板厚方向の許容寸法ＴはピッチＰよりはるかに小さい寸法が望ましいが、現状ではウェハバーンイン試験に関係するウェハ端子のピッチＰが１５０ミクロン前後対応する場合においても、板厚が１０〜２０ミクロンの鉄系ばね鋼等の材料も市販されているので、実施の形態の実現に関し接触子１の材料からの制約はない。Ｐ／Ｎ（Ｎは正の数）の板厚素材を接触子１に使用すれば、ピッチＰより大きいＳの接触子が得られることは明白である。

図５は実施の形態１の接触子組立体を集積回路の接続試験に用いる試験装置の概略正面図、図６は図５の試験装置の分解図。図７は固定シートの穴図、図８はガイドシートの穴図である。図５、図６において６は固定シート、７はプリント基板、８は連結ポスト、９は支持ポスト、１０はガイドシート、１１はウェハである。固定シート６は絶縁性材料から成り、図７に示す傾斜した矩形と台形の合成した形状の穴１２があり、接触子１の固定部部５と嵌合関係を保ち挿入され結合される。台形形状の部分は固定部５の挿入を容易にし、矩形部分の穴は結合後の接触子の回転を防止する役目を果たしている。プリント基板７と固定シート６は連結ポスト８により位置関係が保持され結合されている。尚矩形部の傾斜はｘ軸と成す角度Φである。固定シート６とガイドシート１０は支持ポスト９により連結固定されている。ガイドシート１０には図８に示すｘ軸とΦの角度を有する矩形穴１３があり、接触子１の入力部２が挿入されている。矩形穴１３と入力部２は適当なハメアイ関係にあり接触子１の動作を妨げる力は作用せず、接触子１の曲がり、倒れ等を防止する案内の役目を果たし、適切な精度保持を保証するものである。

１１は被試験回路網を有するウェハである。図５は接触子１の入力部２とウェハの端子（図示せず）が接触した状態にあり、接触子１の変形部４は下方に圧縮変形せしめられ適切な接触力が作用している状態にある。一般には、ウェハ１１を試験するときは、一つのウェハ１１が接触子１の入力部２側へ搬送され、ウェハ１１の移動動作によりウェハ１１の端子と接触子１の入力部２との間の接触が実現する。このとき、ウェハ１１が接触子１の入力部２を垂直方向へ押圧することにより接触子１の弾性変形部４が圧縮変形せしめられるが、この圧縮動作時に、入力部２にはわずかながら横方向（水平方向）の力が作用する。これは、上述した接触子１の構成の説明において、入力部２と出力部３との変位距離Ｒが所定の値に設定されていることによる。この変位距離があるために、入力部２に垂直方向の外力が加えられて弾性変形部４が変形したとき、接触子１の両端にある入力部２および出力部３の間で上記外力の入力方向に対して略直角方向（すなわち水平方向）の力が生じ、入力部２および出力部３の間でズレ変位を起こさせようとするのである。そして出力部３は固定部５により固定シート６に固定され、その先はプリント基板７に接続されているから静止状態にあり、結局、入力部２の側に上記ズレ変位が生じる。これにより入力部２は、この入力部２が接触したウェハ１１の端子に対してわずかなズレ運動を生じて引っ掻き動作を行ない、両部材間に入り込んだ塵埃を取り去ったり、端子部分に絶縁物質が残っていた場合はこの絶縁物質をはぎ取るなどの作用を及ぼす。

なお図５および図６に於いては、ウェハ１１は接触子組立体の上方に位置しているが、通常のウェハ試験装置では、プリント基板７が最上部、接触子組立体が中間部分（したがって入力部２は下向きに突出）、ウェハ１１が下部という配置構成になっている場合が多い。したがって、図５および図６は天地或いは左右逆であってもよく、各部材の配置に関して本発明は制約されない。

図９は本発明に係る接触子の別の構造例を示す本発明の第２の実施の形態を示す正面図である。図９において、符号３１は被試験回路と試験回路を電気的に導通する導電性材料から成る接触子、３２は接触子１の一部で被試験回路の端子と接触する入力部、３３は試験回路の端子と接触ないしは接続して電気的導通状態にある出力部、３４は入力部３２と出力部３３との間に介在せしめられ、入力部３２と被試験回路の端子が一定の位置関係の範囲で配置したとき適切な接触力で接触するべく弾性変形する弾性変形部である。３５は先端部分に上記出力部３３が設けられ、また接触子３１の位置及び方向を精度よく保持する固定部である。この固定部３５の両側には凹部３５ｂが切り欠き状に形成され、この凹部３５ｂが固定シート６の穴１２にハメアイ嵌合により挿入され固定される。また固定部３５には内部に空洞部３５ａが設けられて外部から力を加えると変形可能となっており、接触子組立体を組み立てる時に適度の力で圧入作業することを可能にしている。

本実施の形態２において、弾性変形部３４は、図９に示すように入力部３２と固定部３５との間を接続する複数（図では３個）の湾曲構造の梁構造体により構成される。この梁構造体は、外力が加わる方向に関して交差する両方向（すなわち略直角の両側方向）へ対称に延びる１または複数往復の湾曲した構造を有している。すなわち、この梁構造体は、長円形状（陸上竸技場のトラックに類似する形状）を有している。そして、梁構造の弾性変形体４全体が曲げ変形することにより復元力が発生する。また、接触子３１の機能および配置の方法は上記第１の実施の形態と同様である。なお、接触子３１は、上記第１の実施の形態におけると同様、他の回路の端子と接触する入力部３２および出力部３３を除いて、ほぼ全体に絶縁コーティングが施され、絶縁性が保たれている。

なお、以上の説明では接触子組立体の用途として集積回路の試験装置としての適用事例について説明してきたが、集積された端子の接続を必要とする分野ではどのような場面でも有効に適用することができる。例えば本発明の接触子組立体を使って端子の集積密度の高い接続部に適用可能な高密度コネクタを実現することもできる。この場合は、接触子１の入力部２側がコネクタの差し込み口となり、出力部３側がケーブルに接続される。

本発明によれば、薄板状接触子を傾斜して配置する方式に適合する、適切な変形構造を有する接触子を提供出来るため、集積回路等に構成される電子回路のように回路端子間隔が小さくなった場合、接触子の変形部の材料配置空間がなく、適切な動作ストロークと接触圧を確保できなかった問題を解決でき、接触子の製作誤差、回路端子の機械停止位置のばらつきにも対応でき停止動作マージンの大きい高精度格子配置の接触子組立体を可能にする。

１接触子
２入力部
３出力部
４入力部
５固定部
５ａ空洞部
６固定シート
７プリント基板
８連結ポスト
９支持ポスト
１０ガイドシート
１１ウェハ

Claims

一端部に被試験デバイスの端子と接触する入力部を有する一方、他端に試験回路網の端子と接続される出力部を有し、前記入力部と出力部の間に介在せしめられた弾性変形部を有する薄板状接触子を、複数個配置して成り、また前記複数の接触子は、ｘｙ直交座標系のｘ軸に対して所定の角度を成すように配置され、
前記ｘｙ直交座標系は、前記被試験デバイスの複数の端子または試験回路網の複数の端子が格子状に配置された平面の、前記格子の行および列方向にそれぞれ軸を設定したｘｙ直交座標系であり、
前記複数の接触子は、前記ｘｙ直交座標系において、格子ピッチ間を前記所定の角度で横切って、当該格子ピッチよりも長い寸法にわたって、且つ前記複数の接触子が互いに干渉することなく配置され、また、
前記格子ピッチ間には、その格子を形成する端子に接触する接触子以外の、複数の接触子が横切って配置されており、
前記接触子の出力部には固定部が設けられ、
当該固定部と嵌合する複数の取付け穴を有し、前記複数の接触子を固定支持する固定手段と、
複数のガイド穴を有し、前記固定手段に対して所定の間隔を置いて配置されるとともに、当該固定手段と連結された前記接触子の案内手段と、
前記接触子の出力部と接続する回路端子を有する回路網とを有する
ことを特徴とする接触子組立体。
一端部に被試験デバイスの端子と接触する入力部を有する一方、他端に試験回路網の端子と接続される出力部を有し、前記入力部と出力部の間に介在せしめられた弾性変形部を有する薄板状接触子を、複数個配置した接触子組立体と、前記出力部に接続された試験回路基板とから成り、
前記複数の接触子は、
ｘｙ直交座標系のｘ軸に対して所定の角度を成して配置され、
前記ｘｙ直交座標系は、前記被試験デバイスの複数の端子または試験回路網の複数の端子が格子状に配置された平面の、前記格子の行および列方向にそれぞれ軸を設定したｘｙ直交座標系であり、
前記複数の接触子は、前記ｘｙ直交座標系において、格子ピッチ間を前記所定の角度で横切って、当該格子ピッチよりも長い寸法にわたって、且つ前記複数の接触子が互いに干渉することなく配置され、さらに、
前記格子ピッチ間には、その格子を形成する端子に接触する接触子以外の、複数の接触子が横切って配置されており、また、
前記入力部には被試験電子デバイスの端子が接続されることを特徴とする回路試験装置。
一端部に被試験デバイスの端子と接触する入力部を有する一方、他端に試験回路網の端子と接続される出力部を有し、前記入力部と出力部の間に介在せしめられた弾性変形部を有する薄板状接触子を、複数個配置した接触子組立体と、前記出力部に接続されたケーブルとから成り、
前記複数の接触子は、
ｘｙ直交座標系のｘ軸に対して所定の角度を成して配置され、
前記ｘｙ直交座標系は、前記被試験デバイスの複数の端子または試験回路網の複数の端子が格子状に配置された平面の、前記格子の行および列方向にそれぞれ軸を設定したｘｙ直交座標系であり、
前記複数の接触子は、前記ｘｙ直交座標系において、格子ピッチ間を前記所定の角度で横切って、当該格子ピッチよりも長い寸法にわたって、且つ前記複数の接触子が互いに干渉することなく配置され、さらに、
前記格子ピッチ間には、その格子を形成する端子に接触する接触子以外の、複数の接触子が横切って配置されていることを特徴とするコネクタ。