JP2013057677A

JP2013057677A - 電気的接続装置

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Publication number: JP2013057677A
Application number: JP2012238597A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Takenaka; 康泰竹中; Kunihiro Sato; 邦宏佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-03-28

Abstract

【課題】球状電極との好適な導通を得ることが可能な電気的接続装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る電気的接続装置は、球面を有する電極と電気的に接続する電気的接続装置であって、前記球面を包囲する形状を有し、前記電極の出し入れが可能な導電性の受け部材と、前記受け部材の前記球面を包囲する側に設けられた弾性変形可能で導電性を有する凸構造接触子と、前記受け部材を支持する軸部と、前記受け部材に対し前記軸部側への押え圧を加えることで前記軸部の中心線を軸として前記受け部材が回転動作することを可能とする回転機構と、備えることを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、電気的接続装置に係わり、半導体デバイスの電気的特性の測定や、球状電極と他の基板との導通に好適な電気的接続装置に関する。

従来、例えば特開２００３−１９７２９５号公報に開示されるように、球状電極と平面や曲面で導通を行う電気的接続装置が知られている。球状電極には、サイズ、形状のバラツキがある。

特開２００３−１９７２９５号公報

上述のような従来の電気的接続装置では、球状電極と点での接触となることがある。この場合には電気的接続装置と球状電極間でコンタクト不良が発生する可能性がある。このため、従来の電気的接続装置では、半導体デバイスの電気特性の測定に際し十分な測定精度を得られない問題や、他の基板との好適な導通が得られない問題がある。

本発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、球状電極との好適な導通を得ることが可能な電気的接続装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電気的接続装置は、球面を有する電極と電気的に接続する電気的接続装置であって、前記球面を包囲する形状を有し、前記電極の出し入れが可能な導電性の受け部材と、前記受け部材の前記球面を包囲する側に設けられた弾性変形可能で導電性を有する凸構造接触子と、前記受け部材を支持する軸部と、前記受け部材に対し前記軸部側への押え圧を加えることで前記軸部の中心線を軸として前記受け部材が回転動作することを可能とする回転機構と、を備えることを特徴とする。

本発明により、球面を有する電極を包囲する形状の受け部材および、受け部材に設けられた弾性変形可能な凸構造接触子から球状電極が接触を受けることが可能となる。このため、球状電極との好適な導通が可能である電気的接続装置を得られる。

実施の形態１に係るテストソケットおよび半導体デバイスの縦断面図実施の形態１の電気的接続装置の縦断面図、平面図実施の形態１のタケノコバネが球状電極から押圧される状態を示す模式図実施の形態１の電気的接続装置と球状電極が接続する状態を示す縦断面図実施の形態１の電気的接続装置からタケノコバネを取去った電気的接続装置の縦断面図実施の形態１の変形例の電気的接続装置の縦断面図実施の形態１の変形例の凸構造導電性ゴムが球状電極から押圧された状態を示す模式図実施の形態２の電気的接続装置と球状電極が接続する状態を示す縦断面図、平面図実施の形態３の電気的接続装置の縦断面図実施の形態３の変形例の電気的接続装置の縦断面図実施の形態４の電気的接続装置の縦断面図

実施の形態１．
[実施の形態１の構成］
本発明の実施の形態１は球状電極との好適な導通が可能である電気的接続装置に関する。図１は、この実施の形態１に係るテストソケット１０および半導体デバイス１２の縦断面図である。図１に示すように、テストソケット１０はプリント基板１４とプリント基板１４上に二点鎖線の枠１６内に示すように格子状に配置した電気的接続装置１８を備える。半導体デバイス１２はパッケージ２０と球状電極２２を備える。パッケージ２０の底面に、球状電極２２は格子状に配置されている。電気的接続装置１８間のピッチは球状電極２２間のピッチと同一である。本実施形態のテストソケット１０においては電気的接続装置１８が球状電極２２と導通する。

図２は電気的接続装置１８を示す図である。図２（ａ）は縦断面図、図２（ｂ）は平面図である。図２（ａ）は、図２（ｂ）におけるＡ‐Ａ断面図に該当する。電気的接続装置１８は導電性の受け部材２４と導電性の軸部材２６とを備える。図２（ａ）に示すように、受け部材２４は凹部に凹部曲面２８と開口部３０を備える。凹部曲面２８は放物線をその対称軸を中心として回転した形状を有する。開口部３０は円形である。凹部曲面２８にはタケノコバネ３２を五つ配置する。図２（ｂ）に示すように、タケノコバネ３２の五つのうち一つを凹部曲面２８の中心に配置する。タケノコバネ３２の五つのうち四つを凹部曲面２８の中心と端部の中間に配置する。五つのタケノコバネ３２は、それらの先端面３４が球状電極２２を模した仮想球体３６に接するように、各々配置される。

図３は、球状電極２２が凹部曲面２８上のタケノコバネ３２を押圧する動作を模式的に示す（模式的に示すため球状電極２２がタケノコバネ３２に対し相対的に小さい）。凹部曲面２８はタケノコバネ３２配置箇所下部に空洞部３８を備える。タケノコバネ３２の外観は凸型である。タケノコバネ３２は渦巻き機構４０を備える。タケノコバネ３２は導電性を有する。

図３（ａ）は、球状電極２２がタケノコバネ３２を押圧する直前の状態を示す。図３（ｂ）は、球状電極２２がタケノコバネ３２を押圧する状態を示す。球状電極２２がタケノコバネ３２を押圧することで先端面３４は沈降する。図３（ｂ）に示すように、空洞部３８を備えるために、先端面３４は凹部曲面２８の下側まで沈降しうる。この動作のため、タケノコバネ３２は包み込むように球状電極２２と接触する。また先端面３４が沈降する際には、タケノコバネ３２の渦巻き機構４０の回転動作を伴う。この動作により、球状電極２２の接触領域４２（図３（ａ）参照）はタケノコバネ３２から摺動作用を受ける。この作用によって、接触領域４２の酸化膜等の異物は除去される。以上の結果、タケノコバネ３２は球状電極２２と好適に導通する。

［実施の形態１の動作］
図４は、本実施形態の電気的接続装置１８が球状電極２２と接続する状態を示す断面図である。一方、図５は、本実施形態の電気的接続装置１８の構成からタケノコバネ３２を取去った電気的接続装置４４を示す断面図である。電気的接続装置４４は凹部曲面４６を備える。凹部曲面４６は凹凸のない曲面である。図５は、図４と同様に電気的接続装置４４が球状電極２２と電気的に接続する際の状態を示す。球状電極２２が規定通りの球面を有するならば、図５において凹部曲面４６と球状電極２２は円形の曲線で接する。しかし一般に球状電極２２の形状は必ずしも一律ではない。また球状電極２２はパッケージ２０の底面で規定位置からずれて配置されていることもある。このため、凹部曲面４６と球状電極２２間の接触は点もしくは極めて短い曲線による接触となりうる。さらに、パッケージ２０の底面での球状電極２２の突出部分の高さが不揃いの場合もある。よって、凹部曲面４６と球状電極２２は接触しないこともありうる。以上が原因で図５に示す電気的接続装置４４と球状電極２２の導通は不安定になりやすい。

図４に示すように、本実施形態では、球状電極２２が、弾性変形可能な凸構造を有するタケノコバネ３２により各方向から包囲されるように、接触を受ける。このため、上述のような球状電極２２の形状が一律でない、配置位置がずれている、突出部分の高さが不揃いである等の場合でも、電気的接続装置１８と球状電極２２は確実に接触することが可能となる。

さらに、球状電極２２がタケノコバネ３２と接触する際には、球状電極２２がタケノコバネ３２の先端面３４各々に対して押圧を付加する。このため、各々のタケノコバネ３２は前述のように動作する。この動作により、各々のタケノコバネ３２は包み込むように球状電極２２と接触する。また、球状電極２２の接触領域４２の酸化膜等の異物は除去される。以上の結果、各々のタケノコバネ３２は球状電極２２と好適に導通する。

以上に説明した動作の結果、電気的接続装置１８は球状電極２２と好適な導通を得ることが可能となる。

［実施の形態１の変形例］
本実施形態の電気的接続装置１８は、放物線を回転した形状の凹部曲面２８を備える。本実施形態の凹部曲面の形状は、これに限定されない。図６に示す電気的接続装置４８のように、球面の形状の凹部曲面５０としてもよい。

本実施形態においては、タケノコバネ３２が凹部曲面２８に五つ配置される。本実施形態におけるタケノコバネ３２の配置数は五つに限定されない。タケノコバネ３２を凹部曲面２８に一つだけ配置することとしてもよい。この場合でも、球状電極２２は弾性変形可能なタケノコバネ３２と接触しうる。このため、電気的接続装置が球状電極２２と好適に導通する効果を得られる。

さらに、タケノコバネ３２を凹部曲面２８に三つ配置することとしてもよい。この際には、三つのタケノコバネ３２を、凹部曲面２８の中心と端部の中間において中心角１２０°の間隔で位置する三箇所にそれぞれ配置する。この場合には、球状電極２２が、等間隔に配置された三つのタケノコバネ３２により支えられる。このため、球状電極２２は、電気的接続装置から安定した接触を受けられる。

本実施形態においては、球状電極２２と導通する凸構造接触子としてタケノコバネ３２を適用した。本実施形態はこれに限定されない。凸構造接触子として凸構造導電性ゴムを適用してもよい。図７に、凹部曲面２８に配置した凸構造導電性ゴム５２を球状電極２２が押圧する動作を模式的に示す（模式的に示すため球状電極２２が凸構造導電性ゴム５２に対し相対的に小さい）。図７（ａ）は球状電極２２が凸構造導電性ゴム５２を押圧する直前を示す。図７（ｂ）は球状電極２２が凸構造導電性ゴム５２を押圧する様子を示す。凸構造導電性ゴム５２は弾性変形可能である。従って、図７（ｂ）に示すように、球状電極２２に押圧された場合には、凸構造導電性ゴム５２は包み込むように球状電極２２と接触する。このため、凸構造導電性ゴム５２は球状電極２２と好適に導通しうる。なお、この変形は以下の他の実施の形態においても適用できる。

本実施形態においては、球状電極２２との好適な導通を取るためにタケノコバネ３２をそのまま使用した。本実施形態はこれに限定されない。タケノコバネ３２はＴｉやＷのような硬質な金属の金属膜をその表面に形成した上で使用してもよい。この金属膜により、タケノコバネ３２の耐久性が向上する。なお、この変形は以下の他の実施の形態においても適用できる。

実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
本発明の実施の形態２は開口部に鋭角部を設けた電気的接続装置に関する。図８に、この実施の形態２に係る電気的接続装置５４と球状電極２２が接続した状態を示す。図８（ａ）、（ｂ）に、それぞれ縦断面図、平面図を示す。図８（ａ）は、図８（ｂ）におけるＡ‐Ａ断面図に該当する。

図８（ａ）に示すように、電気的接続装置５４は受け部材５６を備える。受け部材５６は凹部曲面５８、開口部６０および鋭角部６２を備える。受け部材５６は形状記憶合金で構成したものである。凹部曲面５８上には、凸構造導電性ゴム５２が配置されている。鋭角部６２先端は開口部６０の中心を向くように設けられている。鋭角部６２先端を結ぶ直線を二点鎖線で示す。球状電極２２の中心６４は鋭角部６２先端を結ぶ直線より凹部曲面５８の底側に位置する。また、図８（ｂ）に示すように、鋭角部６２は円形の開口部６０の縁に等間隔で四箇所に配置されている。さらに、対向する鋭角部６２の先端間の長さは球状電極２２の直径よりも短い。

［実施の形態２の動作］
このため、球状電極２２を電気的接続装置５４に接続する場合、球状電極２２を開口部６０に押し込む必要がある。球状電極２２を開口部６０に押し込む場合、球状電極２２表面の酸化膜等の異物が鋭角部６２の先端により削り取られ除去されうる。また、球状電極２２が押し込まれた後には、上述のように球状電極２２の中心６４は鋭角部６２先端を結ぶ直線より凹部曲面５８の底側に位置する。このため、球状電極２２は鋭角部６２からの押圧を受けることでより強く押し込まれる。これらの結果として、球状電極２２と電気的接続装置５４は好適に導通しうる。さらに、鋭角部６２と球状電極２２の接触によっても、球状電極２２と電気的接続装置５４の導通が取られる。

一方で、球状電極２２を開口部６０に押し込む際、鋭角部６２が球状電極２２からの力を受けることにより塑性変形して折れ曲がるという問題が生じる。しかし、上述のように、受け部材５６は形状記憶合金で構成したものである。このため、受け部材５６を加熱することによって、塑性変形して折れ曲がった鋭角部６２を元の形状に戻すことが可能である。

［実施の形態２の変形例］
本実施形態に係る電気的接続装置５４は、球状電極２２が接続した場合に球状電極２２の中心６４が鋭角部６２先端を結ぶ直線より凹部曲面５８の底側に位置する形状を有している。本実施形態の電気的接続装置５４の形状はこれに限定されない。電気的接続装置５４の形状は、球状電極２２が接続する場合に鋭角部６２によって球状電極２２表面の酸化膜等の異物が除去されることを条件に適宜定めてよい。このため、電気的接続装置５４は、球状電極２２が接続した場合に球状電極２２の中心６４が鋭角部６２先端を結ぶ直線を挟んで凹部曲面５８とは逆側に位置する形状を有するものでもよい。

本実施形態に係る電気的接続装置５４の受け部材５６は形状記憶合金で構成したものである。本実施形態の受け部材５６は必ずしも形状記憶合金で構成したものでなくてもよい。受け部材５６は形状記憶合金以外の弾性を有する金属で構成したものでもよい。

本実施形態に係る電気的接続装置５４の受け部材５６は、凹部曲面５８、開口部６０および鋭角部６２を備える。本実施形態の受け部材５６の構成はこれに限定されない。受け部材５６は鋭角部６２表面にＴｉやＷのような硬質な金属の金属膜を形成したものでもよい。この金属膜により、鋭角部６２の耐久性が向上する。

実施の形態３．
［実施の形態３の構成］
本発明の実施の形態３は回転機構を設けた電気的接続装置に関する。図９に、この実施の形態３に係る電気的接続装置６６を示す。図９（ａ）は、電気的接続装置６６と球状電極２２が接続する前の状態を示す縦断面図である。図９（ｂ）は、電気的接続装置６６と球状電極２２が接続した状態を示す縦断面図である。

図９（ａ）に示すように、電気的接続装置６６は接触部６８と軸部７０で構成される。接触部６８は受け部材７２およびタケノコバネ３２を備える。タケノコバネ３２は受け部材７２の凹部曲面７４上に複数配置されている。軸部７０はプローブソケット７６、バネ７８およびプローブ芯８０で構成される。プローブソケット７６は下端が開口された円柱形状の空洞部８２を備える。空洞部８２の上端にはバネ７８が接続されている。空洞部８２の開口された下端からはプローブ芯８０が差し込まれている。プローブ芯８０の上部はバネ７８の下端を支持している。プローブ芯８０の下部はプリント基板１４に固定されている。

プローブ芯８０の側面にはボールブッシュ８４が取付けられている。これに対しボールブッシュ移動溝８６が空洞部８２の側面の下端付近から上端付近にまで設けられている。このボールブッシュ移動溝８６は平面視した場合における空洞部８２側面の半周に渡って設けられている。ボールブッシュ８４はボールブッシュ移動溝８６に嵌め込まれている。

ボールブッシュ８４はプローブ芯８０の側面に取付けられた状態で回転可能である。このため、ボールブッシュ移動溝８６がボールブッシュ８４を嵌め込んだままの状態で、ボールブッシュ移動溝８６におけるボールブッシュ８４の位置を移動させることが可能である。例えば、プローブソケット７６に対してプリント基板１４側に押し下げる力を加えた場合、ボールブッシュ移動溝８６におけるボールブッシュ８４の位置は上端側に移動する。これとともに、プローブソケット７６は下方向に移動する。この押し下げる力を除いた場合、プローブソケット７６がバネ７８の弾性力により押し上げられる力を受ける。この結果、ボールブッシュ８４のボールブッシュ移動溝８６内での位置が下端側に移動する。これとともに、プローブソケット７６が上方向に移動する。また、上述のように、ボールブッシュ移動溝８６は平面視した場合における空洞部８２側面の半周に渡って設けられている。このため、プローブソケット７６が上下方向に移動する場合、平面視した場合における空洞部８２側面の周上のボールブッシュ８４の位置が移動し、プローブソケット７６がプローブ芯８０を中心軸として回転する。

［実施の形態３の動作］
図９（ｂ）に示すように、電気的接続装置６６と球状電極２２が接続する場合には、プローブソケット７６が押し下げられる。上述したように、この場合には、プローブソケット７６がプローブ芯８０を軸として回転する。そして、プローブソケット７６の上部に固定された受け部材７２が回転する。この結果、タケノコバネ３２が球状電極２２の表面を擦りながら回転する。これにより、球状電極２２の表面からは酸化膜等の異物が除去されうる。酸化膜等の除去によって、球状電極２２と電気的接続装置６６は好適に導通しうる。

［実施の形態３の変形例］
本実施形態に係る電気的接続装置６６のボールブッシュ移動溝８６は空洞部８２の側面の半周に渡って設けられている。本実施形態のボールブッシュ移動溝の構造はこれに限定されない。ボールブッシュ移動溝の構造は螺旋状に設けることを条件に適宜定めて構わない。ボールブッシュ移動溝は、図１０（ａ）に示す電気的接続装置８８のボールブッシュ移動溝９０のように、空洞部の側面の一周半に渡って設けられたものとしてもよい。図１０（ｂ）に示すように、電気的接続装置８８のプローブソケット９２が球状電極２２によって押し下げられた場合には、上述の電気的接続装置６６よりも多く回転する。

実施の形態４．
［実施の形態４の構成］
本発明の実施の形態４はブロック部材で構成した電気的接続装置に関する。図１１は、この実施の形態４に係る電気的接続装置９４と球状電極２２が接続する状態を示す縦断面図である。電気的接続装置９４は受け部材９６および軸部材９８をブロック部材で構成したものである。受け部材９６は窪み１００を備える。また、窪み１００の曲面にはタケノコバネ３２が配置されている。

［実施の形態４の特徴］
図１１に示すように、電気的接続装置９４と球状電極２２が接続する際には受け部材９６が球状電極２２により押圧を受ける。上述のように、電気的接続装置９４においては、受け部材９６および軸部材９８がブロック部材で構成されている。このため、電気的接続装置９４は押圧されても撓むことがない。このため、電気的接続装置９４は耐久性が高い。

また、ブロック部材で構成された受け部材９６および軸部材９８は熱容量が大きくなる。このため、電気的接続装置９４と球状電極２２が導通する箇所で発生する抵抗熱による受け部材９６および軸部材９８の温度上昇は抑制される。これにより、受け部材９６および軸部材９８の温度上昇にともなう抵抗率の上昇を抑制できる。そして、受け部材９６および軸部材９８は断面積が大きくなるため電気容量も大きくなる。以上の要因のために、電気的接続装置９４に係る導通時の電気抵抗は小さくなる。

１４プリント基板、１８；５４；６６；９４；４８；８８電気的接続装置、２２球状電極、２４；５６；７２；９６受け部材、２６；９８軸部材、２８；５８；７４，５０凹部曲面、３０；６０開口部、３２タケノコバネ、５２凸構造導電性ゴム、６２鋭角部、７６プローブソケット、８０プローブ芯、８４ボールブッシュ、８６ボールブッシュ移動溝

Claims

球面を有する電極と電気的に接続する電気的接続装置であって、
前記球面を包囲する形状を有し、前記電極の出し入れが可能な導電性の受け部材と、
前記受け部材の前記球面を包囲する側に設けられた弾性変形可能で導電性を有する凸構造接触子と、
前記受け部材を支持する軸部と、
前記受け部材に対し前記軸部側への押え圧を加えることで前記軸部の中心線を軸として前記受け部材が回転動作することを可能とする回転機構と、
を備えることを特徴とする電気的接続装置。
前記受け部材が窪みを有するブロック部材で構成され、
前記凸構造接触子が前記窪みの曲面上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。
前記凸構造接触子の表面に形成されたＴｉもしくはＷの金属皮膜を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気的接続装置。