JP2011232313A - コンタクトプローブおよびプローブユニット - Google Patents

Abstract

【課題】屈曲方向を一様に揃えることができるとともに、装置に対して容易に取り付けおよび取り外し可能なコンタクトプローブおよびプローブユニットを提供すること。
【解決手段】一端が先鋭化した柱状をなす第１接触部と、第１接触部の他端から第１接触部の長手方向に沿って略柱状をなして延び、外部からの荷重によって弾性座屈を生じる弾性座屈部と、弾性座屈部が延びる方向の端部であって第１接触部に連なる端部とは異なる端部から延びる接続部と、接続部の弾性座屈部に連なる端部とは異なる端部から延びる腕部と、腕部の端部のうち接続部に連なる端部とは異なる端部から腕部以上の長さで延びるとともに、腕部との間に空間を形成する延在部と、延在部の端面のうち腕部に連なる端部とは異なる端部側であって、第１接触部の先鋭化した一端に対して最も遠くに位置する端面と直交する方向へ突出し、先端が先鋭化した第２接触部と、を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体集積回路や液晶パネルなどの電子部品における導通状態検査や動作特性検査を行う際に、その電子部品の電極や端子に接触して電気信号の送受信を行うコンタクトプローブおよびプローブユニットに関する。

従来、半導体集積回路や液晶パネルなどの検査対象の導通状態検査や動作特性検査を行う際には、検査対象と検査用信号を出力する信号処理装置との間の電気的な接続を図るために、導電性のコンタクトプローブを複数収容するプローブユニットが用いられる。プローブユニットにおいては、近年の半導体集積回路や液晶パネルの高集積化、微細化の進展に伴い、コンタクトプローブ間のピッチを狭小化することにより、高集積化、微細化された検査対象にも適用可能な技術が進歩してきている。

コンタクトプローブ間のピッチを狭小化する技術として、外部からの荷重に応じて屈曲可能な弾性を備えたワイヤ型のコンタクトプローブに関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、切り込みによる傾斜面、破断面等を先端部に設け、一様に屈曲変形させて装置に取り付けることで、屈曲方向を一様に揃えることができる技術が開示されている。

特許第４０５４２０８号公報

しかしながら、特許文献１が開示するコンタクトプローブは、屈曲された状態で装置に導入されるため、コンタクトプローブの装置への取り付けまたは取り外しを行なうのが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、屈曲方向を一様に揃えることができるとともに、装置に対して容易に取り付けおよび取り外し可能なコンタクトプローブおよびプローブユニットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、両端で異なる二つの回路構造とそれぞれ接触し、該二つの回路構造を電気的に接続する導電性のコンタクトプローブにおいて、一端が先鋭化した柱状をなす第１接触部と、前記第１接触部の他端から前記第１接触部の長手方向に沿って略柱状をなして延び、外部からの荷重によって弾性座屈を生じる弾性座屈部と、前記弾性座屈部が延びる方向の端部であって前記第１接触部に連なる端部とは異なる端部から前記延びる方向に沿って柱状をなして延びる接続部と、前記接続部の前記弾性座屈部に連なる端部とは異なる端部から、前記接続部が延びる方向と垂直な方向に延びる腕部と、前記腕部の端部のうち前記接続部に連なる端部とは異なる端部から前記腕部が延びる方向と平行であり、かつ前記接続部に近づく方向へ片持ち梁状をなして延びる延在部と、前記延在部の端部のうち前記腕部に連なる端部とは異なる端部側であって、前記第１接触部の先鋭化した一端に対して最も遠くに位置する端面から該端面と直交する方向へ突出し、先端が先鋭化した第２接触部と、を備え、前記弾性座屈部の軸線と、前記第２接触部の先端を通過する軸とが異なることを特徴とする。

また、本発明にかかるコンタクトプローブは、上記の発明において、前記延在部の前記第２接触部が形成された面の背面であって、前記接続部の端部上方に設けられ、前記背面と垂直な方向に突出する第３接触部を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかるコンタクトプローブは、上記の発明において、前記腕部の端部のうち前記接続部に連なる端部とは異なる端部であって、前記延在部が延びる面の背面から、該背面と直交する方向へ柱状をなして突出する柱状部を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかるコンタクトプローブは、上記の発明において、前記弾性座屈部は、前記第１接触部の他端から前記第１接触部の長手方向に沿って略柱状をなして延び、この延びる方向と直交する方向のうち少なくとも一つの方向の幅は前記延びる方向に沿って変化する一方、前記一つの方向と直交する方向の幅は前記延びる方向に沿って一定であることを特徴とする。

また、本発明にかかるプローブユニットは、上記の発明にかかる複数のコンタクトプローブと、前記接続部を挿通する第１保持孔を複数有する第１ホルダと、前記第１接触部を挿通する第２保持孔を複数有する第２ホルダと、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかるコンタクトプローブおよびプローブユニットは、外部からの荷重によって弾性座屈を生じる弾性座屈部の軸線と、第２接触部の先端を通過する軸とが異なるように配置し、弾性座屈部に加わる荷重を軸線から傾斜して与えるようにしたので、弾性座屈部の屈曲方向を一様にできるとともに、装置に対して容易に取り付け可能であるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るコンタクトプローブの構成を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態に係るコンタクトプローブおよびプローブユニットの要部の構成を示す部分断面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係るプローブユニットに対して配線基板を取り付けた状態を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態に係るプローブユニットを用いて検査を行っている状態を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態の変形例１であるプローブユニットの要部の構成を示す部分断面図である。 図７は、図６に示すプローブユニットを用いて検査を行っている状態を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態の変形例２であるプローブの要部の構成を示す部分断面図である。 図９は、本発明の実施の形態の変形例２に係るコンタクトプローブおよびプローブユニットの要部の構成を示す部分断面図である。 図１０は、図９に示すプローブユニットを用いて検査を行っている状態を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態の変形例３であるプローブの要部の構成を示す部分断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態の変形例３に係るコンタクトプローブおよびプローブユニットの要部の構成を示す部分断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す斜視図である。同図に示すプローブユニット１は、半導体集積回路や液晶パネル等の検査対象の配線パターンにおける短絡や断線の有無を検査する導通検査や検査対象に信号を入力したときの動作特性検査を行う際、検査対象と検査用の信号を生成出力する信号処理装置との電気的な接続を図る装置である。具体的には、プローブユニット１は、検査対象側および信号処理装置側にそれぞれ設けられた電極または端子と両端で接触する複数の導電性のコンタクトプローブ２（以下、単に「プローブ２」という）と、複数のプローブ２を収容して保持するプローブホルダ３とを備える。

図２は、プローブ２の構成を示す斜視図である。図３は、プローブ２およびプローブホルダ３の要部の構成を示す部分断面図である。プローブ２は、一端が先鋭化した柱状をなす第１接触部２１と、第１接触部２１の他端から第１接触部２１の長手方向であるｚ軸方向に沿って略角柱状をなして延び、この延びる方向であるｚ軸方向と直交する方向のうち少なくとも一つの方向であるｘ軸方向の幅はｚ軸方向に沿って変化する一方、ｘ軸方向と直交するｙ軸方向の幅は延びる方向に沿って一定であり、プローブ２の外部からの荷重によって弾性座屈を生じる弾性座屈部２２と、弾性座屈部２２が延びるｚ軸方向の端部であって第１接触部２１に連なる端部とは異なる端部からｚ軸方向に沿って角柱状をなして延びる接続部２３と、接続部２３からｘ軸方向に沿って延びる腕部２４ａと、腕部２４ａの端部のうち接続部２３に連なる端部とは異なる端部から腕部２４ａが延びる方向と平行であり、かつ接続部２３に近づく方向へ片持ち梁状をなして延びる延在部２４ｂと、延在部２４ｂの端面のうち腕部２４ａに連なる端部とは異なる端部側であって、第１接触部２１の先鋭化した一端に対して最も遠くに位置する端面からこの端面と直交する方向（ｚ軸正の方向）へ突出し、先端が先鋭化した第２接触部２５と、を備える。

弾性座屈部２２は、ｘ軸方向の幅を含む断面が、腕部２４ａが延びている側で円弧状にくぼんだ形状をなしている。また、図３に示すように、弾性座屈部２２のｘ軸方向の幅のうち最も小さい幅（第１接触部２１の柱状部分のｘ軸方向における最大幅Ｒとの差が最も大きい幅）の中点Ｍを通過してｚ軸と平行な平面Ｐ_０は、第１接触部２１の先鋭化した先端Ｔ_１を通過してｚ軸と平行な平面Ｐ_１と異なっている。また、平面Ｐ_０は平面Ｐ_１よりも腕部２４ａから近くに位置している。なお、くぼみの形状は、円弧状に限らず、切欠き形状をなすものであってもよい。

第２接触部２５は、先端部Ｔ_２を通過してｚ軸と平行な平面Ｐ_２が平面Ｐ_１に対して対面側に配設される。

以上の構成を有するプローブ２は、ニッケル合金の電気鋳造によって形成されている。なお、プローブ２を形成する際には、エッチング、プレス加工およびそれらの組み合わせによって形成しても構わない。また、プローブ２の材質として、銅、鉄（ステンレス）、タングステン、ベリリウム系の合金などを用いて形成してもよい。

プローブ２の板幅（図２のｙ軸方向の幅）は３０〜５０μｍ程度である。また、プローブ２の長手方向（図２のｚ軸方向）の長さは５ｍｍ程度である。なお、この寸法はあくまでも一例に過ぎない。

プローブホルダ３は、プローブ２の接続部２３を挿通するとともに腕部２４ａを保持する板状の第１ホルダ３１と、第１ホルダ３１と離間して設けられ、プローブ２の第１接触部２１を保持する板状の第２ホルダ３２と、第１ホルダ３１および第２ホルダ３２をそれぞれ挟持して固定する二つのホルダ固定部材３３、３４と、を有する。第１ホルダ３１の表面と第２ホルダ３２の表面とは互いに平行である。

第１ホルダ３１は、プローブ２の腕部２４ａが第１ホルダ３１の上面と当接した際に接続部２３を挿通する複数の第１保持孔３１１を有する。第１保持孔３１１は、ドリル加工等によって形成される。複数の第１保持孔３１１は、長手方向が互いに平行で列状をなしている。第１保持孔３１１のピッチは、５０〜１５０μｍ程度である。

第２ホルダ３２は、プローブ２の腕部２４ａが第１ホルダ３１の上面と当接した際に第１接触部２１を挿通する円柱状をなす複数の第２保持孔３２１を有する。第２保持孔３２１の位置は、第１保持孔３１１の位置に対応して列状に形成される。複数の第１保持孔３１１が複数の第２保持孔３２１のいずれかと上下方向に連通することとなり、この連通している第１保持孔３１１と第２保持孔３２１の組がプローブ２を保持する。

ホルダ固定部材３３、３４は、第１保持孔３１１および第２保持孔３２１が列状に並んでいる方向と直交する方向の第１ホルダ３１および第２ホルダ３２の端面を挟持し、この挟持した端面を固定して支持する。

以上の構成を有するプローブホルダ３は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）や窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）等のセラミックス、プラスチック樹脂等の絶縁性材料を用いて形成される。なお、プローブホルダ３の原材料として、金属等の導電性材料の表面を絶縁性材料によってコーティングしてもよい。プローブホルダ３の配線パターンは検査対象の電極または端子の配線パターンに応じて定められるものであり、適宜設計変更を施すことが可能である。

図４は、以上の構成を有するプローブユニット１に対して配線基板２００を取り付けて第２接触部２５へ荷重を加えた状態を示す図である。同図に示す配線基板２００は、ポリイミドからなるシート状の基材の一方の表面に、ニッケル等からなる多数の配線および接続用の電極が形成されたものである。配線基板２００をプローブホルダ３に固定する際には、対応する電極２０１と第２接触部２５とが接触するように位置合わせを行った後、プローブホルダ３と同様の材料からなる固定部材および第１ホルダ３１によって配線基板２００を挟持し、ネジ止め等によって固定する。このようにして配線基板２００をプローブホルダ３に固定すると、コンタクトプローブ２には所定の荷重が加わる。なお、配線基板２００と第１ホルダ３１との間に適宜スペーサを設けるようにしてもよい。

図４において、延在部２４ｂは、電極２０１との接触によって生じる荷重に応じて腕部２４ａと連なる部分で弾性変形を生じ、第２接触部２５に対向する端面で接続部２３に当接する。また、延在部２４ｂの弾性変形によって、第２接触部２５が接続部２３に当接して図４右下方向に荷重を加え、プローブ２が図４で反時計回りに若干回転するため、第１接触部２１および接続部２３が第２保持孔３２１および第１保持孔３１１にそれぞれ当接する。その結果、弾性座屈部２２は、中央部がｘ軸の正の方向へ撓む。この際、弾性座屈部２２は、第２接触部２５が接続部２３を押圧する側でくぼんだ形状をなしているため、容易に撓むことができる。

図５は、図４に示す状態から第１接触部２１に半導体集積回路１００の電極１０１を接触させることによって半導体集積回路１００の検査を行う状態を示す図である。図５に示すように、弾性座屈部２２は半導体集積回路１００からの荷重に応じてさらに撓む。この撓みを生じる際、第１接触部２１は半導体集積回路１００の電極１０１をｘ軸方向に摺動する。したがって、電極１０１が酸化膜で覆われていたり、電極１０１の表面に汚れが付着したりしている場合には、これらの酸化膜または汚れを削り取ることができる。また、第２接触部２５と接続部２３との当接部分を介して導通が可能となり、腕部２４ａおよび延在部２４ｂを迂回することなく導通経路を短絡化することができる。

プローブユニット１を組み立てる際には、互いに対応する第１保持孔３１１と第２保持孔３２１が連通するように第１ホルダ３１と第２ホルダ３２とを厚さ方向に積層する。続いて、複数の第１保持孔３１１の各開口面から第１接触部２１を先頭にコンタクトプローブ２を挿入して第１保持孔３１１および第２保持孔３２１を貫通させ、腕部２４ａの下面を第１にホルダ３１の上面に当接させる。その後、第２ホルダ３２を第１ホルダ３１から離間させ、第１ホルダ３１および第２ホルダ３２の相互の位置合わせを行ってホルダ固定部材３３、３４によって固定することにより、プローブユニット１が完成する。

以上説明した本実施の形態に係るプローブによれば、外部からの荷重によって弾性座屈を生じる弾性座屈部２２の軸線と、第２接触部２５の先端を通過する軸とが異なるように第２接触部２５を配置し、第２接触部２５が、外部から加えられる荷重を弾性座屈部２２に対して軸線から傾斜して加えて所定方向に撓ませるため、取付位置にずれが生じた場合であっても弾性座屈部２２の屈曲方向を一様にできるとともに、装置に対して容易に取り付け可能となる。

また、第１接触部２１の先端Ｔ₁を通過する平面Ｐ_１が、弾性座屈部２２の最小幅の中点Ｍを通過しないようにオフセットしているため、外部から荷重が加わった時の撓み方向を一段と確実に制御することができる。なお、弾性座屈部２２は、第２接触部２５が接続部２３を押圧する過程において撓み方向が一様にできれば、弾性座屈部２２のｘ軸方向のくぼみを形成しなくてもよい。

延在部２４ｂおよび第２接触部２５は、第１接触部２１、弾性座屈部２２、接続部２３および腕部２４ａが形成されるｚ軸と平行な平面上に形成されるものとして説明したが、接触させる電極等の配置によっては、ｘ軸またはｙ軸に平行な平面上に形成されてもよい。

図６は、本実施の形態の変形例１であるプローブユニットの要部の構成を示す部分断面図である。図６に示すプローブユニットでは、第１ホルダ３１および第２ホルダ３２の第１保持孔３１１および第２保持孔３２２がオフセットされて形成され、プローブ２がｚ軸方向に対して傾斜して取り付けられている。

図７は、図６に示すプローブユニットを用いて検査を行っている状態を示す図である。プローブ２がｚ軸方向に傾斜して第１ホルダ３１および第２ホルダ３２に取り付けられている場合であっても、第２接触部２５から加えられる荷重によって、接続部２３が図７のｘ軸正の方向に傾斜するため、弾性座屈部２２の撓み方向を一様とすることができる。

また、図８は、本実施の形態の変形例２であるプローブ４の要部の構成を示す部分断面図である。図９は、プローブ４およびプローブホルダ３の要部の構成を示す部分断面図である。同図に示すプローブ４のように、延在部２６ｂが長く、第２接触部２７が接続部２３に対して距離を有して配設される場合、延在部２６ｂと接続部２３とを当接させるためには、第２接触部２７のｚ軸負の方向に対する移動距離が増大する。場合によっては、延在部２６ｂと接続部２３とが当接前に配線基板２００と延在部２６ｂの腕部２６ａ側の端部とが接触してしまうおそれがある。これに対し、プローブ４は、延在部２６ｂの第２接触部２７が形成される端面と対向する端面にｚ軸負の方向に突出する凸部２６ｃを設けた。

プローブ４は、図９に示すように、上述した第１接触部２１、弾性座屈部２２および接続部２３と、腕部２４ａに対応する腕部２６ａと、プローブ２と比して延在部が伸び、第１接触部２１の先鋭化した先端Ｔ_１を通過してｚ軸と平行な平面Ｐ_１と先端部Ｔ_３を通過してｚ軸と平行な平面Ｐ_３とがｘ方向において距離を有するように配設された第２接触部２７と、平面Ｐ_１と平面Ｐ_３との間であって、接続部２３の腕部２６ａ側の端部と異なる端部の上方に配設される凸部２６ｃとを備える。

図１０は、図９に示すプローブユニットに対して半導体集積回路１００および配線基板２００を取り付けて第２接触部２７へ荷重を加えた状態を示す図である。第２接触部２７に加えられる荷重によって延在部２６ｂが弾性変形を生じ、凸部２６ｃが接続部２３の端部（端面）に当接して、押圧する。この凸部２６ｃからの押圧によって、弾性座屈部２２がｘ軸正の方向に撓む。

変形例２にかかるプローブ４に配設された凸部２６ｃによって、上述したプローブ２と同様の効果を有するとともに、延在部の長さにかかわらず回路構造間の導通を行なうことができるため、電極の配置に関わらず使用することが可能となる。

図１１は、本実施の形態の変形例３であるプローブ５の要部の構成を示す部分断面図である。図１２は、プローブ５およびプローブホルダの要部の構成を示す部分断面図である。同図に示すプローブ５は、上述した第１接触部２１、弾性座屈部２２、接続部２３、延在部２４ｂおよび第２接触部２５と、接続部２３と連なる端部とは異なる端部からｚ軸負の方向に延びる略柱状の柱状部２８を有する腕部２４ｃとを備える。

第１ホルダ３１は、柱状部２８に対応した第３保持孔３１２を有する。第３保持孔３１２によって柱状部２８を保持することで、プローブ５の弾性変形に影響なく、プローブ５を所定位置に保持することが可能となるとともに、プローブ５がｘ軸およびｙ軸で形成される平面上を回転することを防止することができる。

以上のように、本発明にかかるコンタクトプローブは、電極と接続し、電気信号を導通させることに有用である。

１ プローブユニット
２、４、５ コンタクトプローブ（プローブ）
３ プローブホルダ
２１ 第１接触部
２２ 弾性座屈部
２３ 接続部
２４ａ、２４ｃ、２６ａ 腕部
２４ｂ、２６ｂ 延在部
２５、２７ 第２接触部
２６ｃ 凸部
３１ 第１ホルダ
３２ 第２ホルダ
３３、３４ ホルダ固定部材
１００ 半導体集積回路
１０１、２０１ 電極
２００ 配線基板
３１１ 第１保持孔
３２１、３２２ 第２保持孔
３１２ 第３保持孔

Claims (5)

1. 両端で異なる二つの回路構造とそれぞれ接触し、該二つの回路構造を電気的に接続する導電性のコンタクトプローブにおいて、
   一端が先鋭化した柱状をなす第１接触部と、
   前記第１接触部の他端から前記第１接触部の長手方向に沿って略柱状をなして延び、外部からの荷重によって弾性座屈を生じる弾性座屈部と、
   前記弾性座屈部が延びる方向の端部であって前記第１接触部に連なる端部とは異なる端部から前記延びる方向に沿って柱状をなして延びる接続部と、
   前記接続部の前記弾性座屈部に連なる端部とは異なる端部から、前記接続部が延びる方向と垂直な方向に延びる腕部と、
   前記腕部の端部のうち前記接続部に連なる端部とは異なる端部から前記腕部が延びる方向と平行であり、かつ前記接続部に近づく方向へ片持ち梁状をなして延びる延在部と、
   前記延在部の端部のうち前記腕部に連なる端部とは異なる端部側であって、前記第１接触部の先鋭化した一端に対して最も遠くに位置する端面から該端面と直交する方向へ突出し、先端が先鋭化した第２接触部と、
   を備え、
   前記弾性座屈部の軸線と、前記第２接触部の先端を通過する軸とが異なることを特徴とするコンタクトプローブ。
2. 前記延在部の前記第２接触部が形成された面の背面であって、前記接続部の端部上方に設けられ、前記背面と垂直な方向に突出する第３接触部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のコンタクトプローブ。
3. 前記腕部の端部のうち前記接続部に連なる端部とは異なる端部であって、前記延在部が延びる面の背面から、該背面と直交する方向へ柱状をなして突出する柱状部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のコンタクトプローブ。
4. 前記弾性座屈部は、前記第１接触部の他端から前記第１接触部の長手方向に沿って略柱状をなして延び、この延びる方向と直交する方向のうち少なくとも一つの方向の幅は前記延びる方向に沿って変化する一方、前記一つの方向と直交する方向の幅は前記延びる方向に沿って一定であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンタクトプローブ。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の複数のコンタクトプローブと、
   前記接続部を挿通する第１保持孔を複数有する第１ホルダと、
   前記第１接触部を挿通する第２保持孔を複数有する第２ホルダと、
   を備えたことを特徴とするプローブユニット。

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