JP2010210340A - 接触子およびこの接触子を備える垂直型プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、熱膨張、熱収縮によるずれを確実に吸収する。
【解決手段】相手部材の端子に電気的に接触される接触子と、一側面に前記接触子の基端部と電気的に接触するランド部を有するメイン基板と、複数の前記接触子の基端部を前記メイン基板のランド部に接触させその先端部を前記相手部材の端子に向けて延出させた状態で支持する支持体とを備えた垂直型プローブカードである。前記メイン基板のランド部が、大きく形成されると共に隣同士で互いにずらして配設されている。前記接触子は、前記メイン基板のランド部に接触する基端ピン部と、前記相手部材の端子に接触される先端ピン部と、これら基端ピン部及び先端ピン部を支持して互いに接合させる接合部とを有する。前記接合部はＳ字状に形成されて、前記基端ピン部と先端ピン部とを偏芯させて支持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＩＣチップ等の端子に電気的に接触して検査等を行う垂直型プローブカードおよび、このプローブカードに用いる接触子に関するものである。

このようなプローブカードとして、いわゆる垂直型プローブカードと呼ばれるものがあり、中でも、相手部材（ＩＣチップ等）の端子に電気的に接触される接触子と、一方の側面に前記接触子の基端と電気的に接触するランド部を有するメイン基板と、複数の前記接触子の基端を前記メイン基板のランド部に接触させ、その先端を前記相手部材の端子に向けて延出させた状態で支持する支持体とを備えているものがある。そして、この支持体は、接触子の基端を支持する基端支持板部と、接触子の先端を支持する先端支持板部とを備えている。接触子は複数並列に配設された状態で支持体に支持されている。また、接触子は直線の棒状に形成され、メイン基板のランド部は、直線状に一列に配設されている。

このような従来の垂直型プローブカードでは、一列に配設されるランド部に対して、複数並列に配設された接触子が、各ランド部に正確に位置決めして配設される。例えば、図２に示すＩＣチップ等のデバイス１のパッド２の直線的な配列に対して、図３に示す基板４のランド部５の配列も一列になっている。パッド２とランド部５とは互いに整合する位置に配設されるため、基端側及び先端側のガイド板６，７に支持される接触子（ポゴピン）８も図４に示すように直線状に形成されている。

しかし、このような従来の垂直型プローブカードの場合、高温、あるいは低温での測定において発生する熱膨張や熱収縮による位置ずれを防止するため、接触子の先端側のガイド板７だけでなく、接触子の基端側のガイド板６も、高い寸法精度のセラミックス等のガイド板を使用していた。このため、大幅なコストアップになっていた。

また、正確な位置決めのための対策を施したものとして次のようなものがある。

例えば特許文献１では、接触子である線状の複数のプローブ針を、基板と、複数のガイドマスクで支持して、各プローブの曲線的な位置決めを行う。

特許文献２では、線状の複数のプローブ針を、２枚のガイド板の貫通孔に挿入し、各ガイド板をずらして各プローブ針の位置決めを行う。

特許文献３では、プローブ針を、形状記憶素子を収納した収納管で支持して、この収納管を変形させることでプローブ針の位置決めを行う。

特許文献４では、プローブ針の周囲に絶縁性ゴムを設け、この絶縁性ゴムの周囲に金属製リボンを設けて、この金属製リボンを変形させることでプローブ針の位置決めを行う。

特開平６−５０９９１号公報 特開平６−２８１１３９号公報 特開平１１−６４４２９号公報 特開２００４−４５１４７号公報

しかしながら、前記特許文献１の装置では、ワイヤ状のプローブを用いており、ポゴピン形の接触子に用いることは難しい。即ち、弾性的に伸縮するポゴピンの基端がランド部に弾性的に接触して確実に電気的接続を保っている。多数のポゴピンをランド部に確実に接続させるためにはこの構造が望ましい。特許文献１の線状のプローブの場合、その全てを端子に確実に接続するのは難しい。また、熱膨張に対する対策としても充分でない。

前記特許文献２の装置の場合も前記特許文献１の装置と同様に、線状のプローブ針の場合、その全てを端子に確実に接続するのは難しい。また、熱膨張に対する対策としても充分でない。

前記特許文献３の装置の場合、形状記憶素子を収納した収納管を多数配設するのは容易でなく、コストが嵩む。また、熱膨張に対する対策としても充分でない。

前記特許文献４の装置の場合、前記特許文献３の装置と同様に、絶縁性ゴムの周囲に設けた金属製リボンを多数配設するのは容易でなく、コストが嵩む。また、熱膨張に対する対策としても充分でない。

本発明は、これら従来技術の問題点を解決するものであり、低コストで、熱膨張、熱収縮によるずれを確実に吸収できる垂直型プローブカードを提供することを目的とする。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたもので、本発明に係る垂直型プローブカードは、相手部材の端子に電気的に接触される接触子（ポゴピン）と、一側面に前記接触子の基端部と電気的に接触するランド部を有するメイン基板と、複数の前記接触子の基端部を前記メイン基板のランド部に接触させその先端部を前記相手部材の端子に向けて延出させた状態で支持する支持体とを備え、前記メイン基板のランド部が、大きく形成されると共に隣同士で互いにずらして配設され、前記接触子が、前記メイン基板のランド部に接触する基端ピン部と、前記相手部材の端子に接触される先端ピン部と、これら基端ピン部及び先端ピン部を支持して互いに接合させる接合部とを有し、前記接合部が略Ｓ字状に形成されて、前記基端ピン部と先端ピン部とを偏芯させて支持することを特徴とする。

前記構成により、前記メイン基板のランド部を大きく形成されると共に隣同士で互いにずらして配設すると共に、前記接触子をＳ字状に形成して前記基端ピン部と先端ピン部とを偏芯させて支持するため、熱膨張、熱収縮しても基端ピン部をランド部に接触させることができ、低コストで、熱膨張、熱収縮によるずれを確実に吸収することができる。

本発明に係る垂直型プローブカードの支持体を示す要部拡大断面図である。 ＩＣチップ等のデバイスのパッド配列を示す平面図である。 デバイスのパッド配列に対応したランド部を示す平面図である。 従来の垂直型プローブカードの支持体を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る垂直型プローブカードを示す断面図である。 本発明に係る垂直型プローブカードのランド部を示す要部拡大図である。 本発明に係る垂直型プローブカードの支持体を示す要部拡大断面図である。 本発明の変形例を示す要部拡大断面図である。

以下、図面を参照して本願発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る垂直型プローブカードの支持体を示す要部拡大断面図、図５は本発明の第１実施形態に係る垂直型プローブカードを示す断面図、図６は本実施形態に係る垂直型プローブカードのランド部を示す要部拡大図、図７は本発明の第２実施形態に係る垂直型プローブカードの支持体を示す要部拡大断面図である。

［第１実施形態］
本実施形態に係る垂直型プローブカード１０は、図５に示すように、メイン基板１１と、支持体１２とを備えて構成されている。

メイン基板１１は、検査装置本体(図示せず)側に取り付けられて、支持体１２を支持するための部材である。メイン基板１１の下側面には、図６に示すように、相手部材（ＩＣチップ等）側の端子に電気信号を送信するための端子であるランド部１３を備えている。このランド部１３に、後述する接合ピン１４（ポゴピン形の接触子）の基端部が電気的に接触される。ランド部１３は、大きく形成されると共に隣同士で互いにずれて配設されている。具体的には、ランド部１３は、千鳥状に配設されて、隣同士の間隔が縮められている。各ランド部１３は、相手部材の端子配列のうち余裕のある方向（図２では図中のＸ方向）にずらされる。

支持体１２は、図５に示すように、複数の接合ピン１４の基端部をメイン基板１１のランド部１３に接触させ、その先端部を前記相手部材の端子に向けて延出させた状態で支持するための部材である。支持体１２は、メイン基板１１の下側面に沿って配設されている。また、支持体１２は板状に形成されている。さらに、支持体１２は、相手部材側の表面に設けられたすべての端子に接合ピン１４を接触させることができる大きさ及び形状に形成されている。支持体１２は、具体的には、２枚重ね構造になっている。即ち、支持体１２は、上側板部１６と、下側板部１７とから構成されている。

上側板部１６には、図１に示すように、複数の上側貫通穴１８が設けられている。上側貫通穴１８は、メイン基板１１の各ランド部１３に対応した位置にそれぞれ設けられている。上側貫通穴１８は、接合ピン１４の基端部（上端部）を支持するための穴である。上側貫通穴１８は、接合ピン１４の基端部よりも大きく形成されて隙間が設けられ、接合ピン１４の基端側を緩く支持している。即ち、上側板部１６は、セラミックス板で形成されているが、ランド部１３の拡大に伴ってあまり高い精度では形成されず、位置精度規格を緩めて形成されている。各上側貫通穴１８は、隣同士で互いにずれて配設されたメイン基板１１の各ランド部１３に対応して、隣同士で互いにずれて配設されている。これにより、各上側貫通穴１８は、各ランド部１３との関係で、互いにずれた位置に配設されることになる。これに対応して接合ピン１４も、偏芯の程度の異なる複数種類が用いられる。

下側板部１７には複数の下側貫通穴１９が設けられている。下側貫通穴１９は、接合ピン１４の先端部（下端部）を支持するための穴である。下側貫通穴１９は、相手部材側の各端子に対応した位置にそれぞれ設けられている。相手部材側の各端子は通常一列に配設されているため、下側貫通穴１９も一列に配設される。下側貫通穴１９は、接合ピン１４の先端部とほぼ同じ大きさに形成されて、接合ピン１４の先端側ががたつかないように密に支持している。下側貫通穴１９の配設位置も正確に位置決めして設けられ、接合ピン１４の先端部を相手部材側の各端子に正確に位置決めして支持している。即ち、下側板部１７は、位置精度規格に沿って高い精度で形成されたセラミックス板で構成されている。

接合ピン１４はポゴピン形の接触子として構成されている。この接合ピン１４は、前記各ランド部１３に対応して隣同士で互いにずれて配設された各上側貫通穴１８と、相手部材の端子に対応して一列に配設された下側貫通穴１９とにそれぞれ貫通するため、偏芯させて形成されている。その偏芯の程度は、端子の密度等の諸条件に応じて設定される。その一例を図１に示す。

接合ピン１４は、図１に示すように、メイン基板１１のランド部１３に接触する基端ピン部２１と、前記相手部材の端子に電気的に接触される先端ピン部２２と、これら基端ピン部２１及び先端ピン部２２を支持して互いに電気的に接合させる接合部２３とから構成されている。

基端ピン部２１は、ランド部１３に電気的に確実に接触できるように、導電性と強度を兼ね備えた材料で構成されている。具体的には、基端ピン部２１は、ベリリウム銅に金めっきを施した銅合金や、リン青銅に金めっきを施した銅合金で構成されている。基端ピン部２１は、スライド支持部２４と、接触端部２５とから構成されている。スライド支持部２４は、接合部２３の後述する筒部２９の内径とほぼ同じ径の円筒状に形成され、接合部２３の筒部２９内にスライド可能に挿入されている。接合部２３の筒部２９の端部は僅かに絞られてスライド支持部２４が接合部２３から抜け落ちないように支持されている。接触端部２５は、スライド支持部２４よりも小径の棒状に形成されその先端部を尖らせて形成されている。接触端部２５は、スライド支持部２４に一体的に形成され、接合部２３から延出して設けられている。

先端ピン部２２も基端ピン部２１と同様に、ランド部１３及び相手部材の端子に電気的に確実に接触できるように、導電性と強度を兼ね備えた材料で構成されている。具体的には、基端ピン部２１及び先端ピン部２２は、ベリリウム銅に金めっきを施した銅合金や、リン青銅に金めっきを施した銅合金で構成されている。先端ピン部２２も基端ピン部２１と同様に、スライド支持部２６と、接触端部２７とから構成されている。スライド支持部２６は、接合部２３の筒部２９の内径とほぼ同じ径の円筒状に形成され、接合部２３の筒部２９内にスライド可能に挿入されている。接合部２３の筒部２９の端部は僅かに絞られてスライド支持部２６が接合部２３から抜け落ちないように支持されている。接触端部２７は、スライド支持部２６よりも小径の棒状に形成されその先端部を尖らせて形成されている。接触端部２７は、スライド支持部２６に一体的に形成され、接合部２３から延出して設けられている。

接合部２３は、緩く湾曲した略Ｓ字状に形成されている。これにより、接合部２３は基端ピン部２１と先端ピン部２２とを僅かに偏芯させて支持している。この接合ピン１４は、少しずらしたランド部１３に対応して取り付けられる。接合部２３は、筒部２９と、スプリング３０と、連結棒部３１から構成されている。これらは全て導電性を有し、基端ピン部２１と先端ピン部２２とを電気的に接続している。

筒部２９は、接合部２３の両端にそれぞれ設けられて、基端ピン部２１と先端ピン部２２をそれぞれ支持している。スプリング３０は、各筒部２９にそれぞれ装着されて、基端ピン部２１と先端ピン部２２をそれぞれ付勢している。これにより、基端ピン部２１と先端ピン部２２が、各筒部２９にそれぞれ出没可能に支持されている。各筒部２９は、連結棒部３１の両端にそれぞれ取り付けられている。連結棒部３１は緩く湾曲した略Ｓ字状に形成されている。これにより、基端ピン部２１と先端ピン部２２を僅かに偏芯させてランド部１３と相手部材の端子にそれぞれ整合させている。

以上のように構成された垂直型プローブカード１０は、次のようにして使用される。

接合ピン１４は、支持体１２の上側板部１６の上側貫通穴１８と下側板部１７の下側貫通穴１９にそれぞれ通されて装着される。そして、支持体１２はメイン基板１１の下側面に取り付けられる。

このとき、接合ピン１４の基端ピン部２１は、上側板部１６の上側貫通穴１８に緩く支持されて、ランド部１３の弾性的に接触して、電気的に接続される。接合ピン１４の先端ピン部２２は、下側板部１７の下側貫通穴１９に通されて、正確に位置決め支持されている。

この状態で、先端ピン部２２がＩＣチップ等の相手部材の端子に電気的に接触されて検査信号が印加される。このとき、ＩＣチップ等の相手部材が高温に加熱されたり、低温に冷やされたりする。これに伴って、メイン基板１１や支持体１２も熱膨張、熱収縮して、接合ピン１４とランド部１３とが互いにずれる。

この場合、基端ピン部２１は、上側板部１６の上側貫通穴１８に緩く支持されているため、熱膨張、熱収縮によって上側貫通穴１８がある程度ずれても基端ピン部２１はずれずにランド部１３に接触した状態を維持でき、ここで熱膨張、熱収縮によるずれをある程度吸収する。

さらに、ランド部１３を隣同士で互いにずらして大きく形成しているため、上側貫通穴１８が大きくずれて基端ピン部２１がずれても、そのずれをランド部１３内に納めることができ、ここで熱膨張、熱収縮によるずれを吸収する。

この結果、２段階で熱膨張、熱収縮によるずれを吸収して、接合ピン１４とランド部１３との電気的接続を確実に維持することができる。

さらに、この熱膨張、熱収縮のための対策として、基端ピン部２１が挿入される上側板部１６の上側貫通穴１８に緩くすると共に、ランド部１３を隣同士で互いにずらして大きく形成して、それに対応する接合ピン１４を装着しているだけなので、非常に低コストで、熱膨張、熱収縮によるずれを確実に吸収することができる。即ち、上側板部１６を高価なセラミックス基板にする必要がなく、大幅なコストダウンを実現することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る垂直型プローブカードについて説明する。本実施形態の垂直型プローブカードの全体構成は、前記第１実施形態の垂直型プローブカード１０とほぼ同様であるため、ここではその説明を省略する。本実施形態の垂直型プローブカードの特徴は、接合ピンにあるため、この接合ピンを中心に説明する。前記第１実施形態では、偏芯の程度が弱い接合ピン１４を用いたが、ここでは偏芯の程度が強い接合ピン１５を用いる。

接合ピン１５は、図７に示すように、メイン基板１１のランド部１３に接触する基端ピン部２１と、前記相手部材の端子に電気的に接触される先端ピン部２２と、これら基端ピン部２１及び先端ピン部２２を支持して互いに電気的に接合させる接合部３３とから構成されている。

基端ピン部２１及び先端ピン部２２は、前記第１実施形態の接合ピン１４と同様である。接合部３３は、接合ピン１４の接合部２３と異なり、強く湾曲した略Ｓ字状に形成されている。これにより、接合部３３は基端ピン部２１と先端ピン部２２とを大きく偏芯させて支持している。この接合ピン１５は、さらなる高密度化、高集積化に応じて大きくずらされたランド部１３に対応して取り付けられる。

接合部３３は、筒部２９と、スプリング３０と、連結棒部３４から構成されている。これらは全て導電性を有し、基端ピン部２１と先端ピン部２２とを電気的に接続している。

筒部２９とスプリング３０は前記接合ピン１４と同様である。そして、連結棒部３４は強く湾曲した略Ｓ字状に形成されている。これにより、基端ピン部２１と先端ピン部２２を大きく偏芯させてランド部１３と相手部材の端子にそれぞれ整合させている。

以上のように構成された垂直型プローブカードは、次のようにして使用される。なお、全体的な動作は前記第１実施形態と同様である。

接合ピン１５は、支持体１２の上側板部１６の上側貫通穴１８と下側板部１７の下側貫通穴１９にそれぞれ通されて装着される。そして、支持体１２はメイン基板１１の下側面に取り付けられる。

このとき、接合ピン１５の基端ピン部２１は、上側板部１６の上側貫通穴１８に緩く支持されて、ランド部１３の弾性的に接触して、電気的に接続される。接合ピン１５の先端ピン部２２は、前記第１実施形態に比べて大きくずれた下側板部１７の下側貫通穴１９に通されて、正確に位置決め支持されている。

この状態で検査信号が印加され、ＩＣチップ等の相手部材が高温に加熱されたり、低温に冷やされたりする。これに伴って、メイン基板１１や支持体１２も熱膨張、熱収縮して、接合ピン１５とランド部１３とが互いにずれる。

この場合、基端ピン部２１は、上側板部１６の上側貫通穴１８に緩く支持されているため、前記第１実施形態と同様に、熱膨張、熱収縮によって上側貫通穴１８がある程度ずれても基端ピン部２１はずれずにランド部１３に接触した状態を維持でき、ここで熱膨張、熱収縮によるずれをある程度吸収する。

さらに、ランド部１３を隣同士で互いにずらして大きく形成しているため、上側貫通穴１８が大きくずれて基端ピン部２１がずれても、そのずれをランド部１３内に納めることができ、ここで熱膨張、熱収縮によるずれを吸収する。

この結果、２段階で熱膨張、熱収縮によるずれを吸収して、接合ピン１５とランド部１３との電気的接続を確実に維持することができる。

さらに、前記第１実施形態と同様に、非常に低コストで、熱膨張、熱収縮によるずれを確実に吸収することができ、大幅なコストダウンを実現することができる。

本発明に係る垂直型プローブカード１０は、この垂直型プローブカード１０を使用することができる検査装置であって、高密度化、高集積化が進むＩＣデバイス等の検査を行う検査装置全てに用いることができる。

なお前記第２実施形態では、接合ピン１５の接合部３３を互いに密着した略Ｓ字状に形成したが、図８に示すように、接合ピン３５の接合部３６を広げて隙間を空けた略Ｓ字状に形成しても良い。広げる間隔は、基端ピン部２１と先端ピン部２２の偏芯量の大きさに応じて適宜調整する。これにより、前記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

前記各実施形態では、ランド部１３の配列態様に応じて接合ピン１４と接合ピン１５の２種類の接合ピンを用いたが、偏芯量の異なる３種類以上の接合ピンを用いても良い。ランド部１３と相手部材の端子とが整合している場合は図４に示す直線の接合ピンを用いる。

前記実施形態では、ランド部１３を千鳥状に配列したが、これ以外の配列パターンでも良い。隣同士で互いにずらして各ランド部１３の間隔を縮めることができる配列全てを用いることができる。

また、図８に示すように、接合ピン３５の先端ピン部２２側を、上側板部１６と下側板部１７との間に挟んで支持するようにしても良い。この場合、先端ピン部２２側の筒部３７に対して接合部３６を出没可能にしてスプリング３８で弾性的に支持することで、接合ピン３５を、上側板部１６と下側板部１７との間に弾性的に支持させて、上側貫通穴１８に緩く挿入された基端ピン部２１を支持するようにしても良い。前記実施形態の図７においても同様である。これにより、接合ピン１５、３５の基端ピン部２１側を安定して支持することができ、この基端ピン部２１をランド部１３に安定して接触させることができる。

１０：垂直型プローブカード、１１：メイン基板、１２：支持体、１３：ランド部、１４：接合ピン（接触子）、１５：接合ピン、１６：上側板部、１７：下側板部、１８：上側貫通穴、１９：下側貫通穴、２１：基端ピン部、２２：先端ピン部、２３：接合部、２４：スライド支持部、２５：接触端部、２５：接触端部、２６：スライド支持部、２７：接触端部、２９：筒部、３０：スプリング、３１：連結棒部、３３：接合部、３４：連結棒部、３５：接合ピン、３６：接合部、３７：筒部、３８：スプリング。

Claims (5)

1. 相手部材の端子に電気的に接触される接触子であって、
   メイン基板のランド部に接触する基端ピン部と、前記相手部材の端子に接触される先端ピン部と、これら基端ピン部及び先端ピン部を支持して互いに接合させる接合部とを有し、
   前記接合部が略Ｓ字状に形成されて、前記基端ピン部と先端ピン部とを偏芯させて支持することを特徴とする接触子。
2. 請求項１に記載の接触子において、
   前記接合部が、前記ランド部のずれ量に応じて、緩く湾曲した略Ｓ字状および強く湾曲した略Ｓ字状の複数の形状に形成されることを特徴とする接触子。
3. 相手部材の端子に電気的に接触される接触子と、
   一側面に前記接触子の基端部と電気的に接触するランド部を有するメイン基板と、
   複数の前記接触子の基端部を前記メイン基板のランド部に接触させその先端部を前記相手部材の端子に向けて延出させた状態で支持する支持体とを備え、
   前記メイン基板のランド部が、大きく形成されると共に隣同士で互いにずらして配設され、
   前記接触子が、前記メイン基板のランド部に接触する基端ピン部と、前記相手部材の端子に接触される先端ピン部と、これら基端ピン部及び先端ピン部を支持して互いに接合させる接合部とを有し、
   前記接合部が略Ｓ字状に形成されて、前記基端ピン部と先端ピン部とを偏芯させて支持することを特徴とする垂直型プローブカード。
4. 請求項３に記載の垂直型プローブカードにおいて、
   前記接合部が、緩く湾曲した略Ｓ字状および強く湾曲した略Ｓ字状の複数の形状に形成され、前記ランド部のずれ量に応じた接合部が配設されることを特徴とする垂直型プローブカード。
5. 請求項３に記載の垂直型プローブカードにおいて、
   前記支持体で支持される前記接触子の先端側ががたつかないように密に支持されると共に、前記接触子の基端側が隙間を設けて緩く支持されたことを特徴とする垂直型プローブカード。

Images