JP2013088245A - パワー半導体測定用コンタクトプローブ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、かつ小型で精密な電気特性検査が可能なパワー半導体測定用コンタクトプローブを提供する。
【解決手段】パワー半導体測定用コンタクトプローブ１は、円筒状のスリーブ２と、スリーブ２内を摺動自在に嵌合するプランジャーコンタクト３と、プランジャーコンタクト３をパワー半導体の外部接続用端子へ向けて付勢するコイルスプリング４とを備え、プランジャーコンタクト４のコンタクト側を可動軸受け５に圧入して固定し、非コンタクト側を固定軸受け６に摺動自在に挿通し、可動軸受け５と、固定軸受け６とで、スリーブ２内にプランジャーコンタクト３を摺動自在とし、可動軸受け５と、固定軸受け６との間にコイルスプリング４をプランジャーコンタクト３に装着して配置し、コイルスプリング４を、スリーブ２、プランジャーコンタクト３、可動軸受け５、固定軸受け６に対して電気的に絶縁した。
【選択図】図１

Description

この発明は、基板の表面に電極を備えたパワー半導体の断線、ショート等を精密に検査することのできるパワー半導体測定用コンタクトプローブに関するものである。

周知のように、種々の電子機器の高品質化に伴って、これらに使用される電子部品においても同様の高品質が求められている。そのため、この種の電子部品は、製造後出荷される前や、実際に使用される際に電気的特性を測定する検査が行われている。

従来技術による電子部品の検査用コンタクトプローブは、電子部品の集積回路を検査するには、集積回路の接続用端子を、プランジャーコンタクトに対して押した状態で接触させることにより、接続用端子と検査用回路とを、バネに付勢された状態で、プランジャーコンタクトを通して電気的に接続することにより行われる。

しかしながら、このような従来のコンタクトプローブには、検査用回路から供給される電流がプランジャーコンタクトへ流れる際には、バネにも流れてしまうため、バネをスリーブおよびプランジャーコンタクトに対して電気的に絶縁したものがある（特許文献１）。

特開平１１−１７４０８４号公報

この特許文献１に記載のものは、スリーブをバネに対して分離して配置し、バネとプランジャーコンタクトとの間に電気絶縁部材を配置し、スリーブはバネを収納しないようにしてプランジャーコンタクトからバネへ電気が流れることを防止しており、バネを支持する別部材が必要であり、またプランジャーコンタクトをバネが直接付勢しており、構成が複雑で、かつコンタクトプローブが長くなるなどの問題がある。

この発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、簡単な構造で、かつ小型で精密な電気特性検査が可能なパワー半導体測定用コンタクトプローブを提供することを目的とする。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。

請求項１に記載の発明は、円筒状のスリーブと、
前記スリーブ内を摺動自在に嵌合するプランジャーコンタクトと、
前記プランジャーコンタクトをパワー半導体の外部接続用端子へ向けて付勢するコイルスプリングとを備え、
前記プランジャーコンタクトのコンタクト側を可動軸受けに圧入して固定し、非コンタクト側を固定軸受けに摺動自在に挿通し、
前記可動軸受けと、前記固定軸受けとで、前記スリーブ内に前記プランジャーコンタクトを摺動自在とし、
前記可動軸受けと、前記固定軸受けとの間に前記コイルスプリングを前記プランジャーコンタクトに装着して配置し、
前記コイルスプリングを、前記スリーブ、前記プランジャーコンタクト、前記可動軸受け、前記固定軸受けに対して電気的に絶縁したことを特徴とするパワー半導体測定用コンタクトプローブである。

請求項２に記載の発明は、前記プランジャーコンタクトを電気絶縁フィルムパイプで被覆し、
前記可動軸受けと前記コイルスプリングの一方の端部との間に第１の電気絶縁フィルムリングを介在させ、
かつ前記固定軸受けと前記コイルスプリングの他方の端部との間に第２の電気絶縁フィルムリングを介在させたことを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体測定用コンタクトプローブである。

請求項３に記載の発明は、前記スリーブと前記コイルスプリングとの間に、前記プランジャーコンタクトを押した状態で接触させて測定するとき、前記コイルスプリングが圧縮し拡大しても前記スリーブと接触することがないようにする隙間を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパワー半導体測定用コンタクトプローブである。

請求項４に記載の発明は、前記プランジャーコンタクトの表面を、銀層、金層の順に積層した複合層構造としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のパワー半導体測定用コンタクトプローブである。

請求項５に記載の発明は、前記スリーブのコンタクト側を凹ませて前記可動軸受けの抜け止めとし、
前記スリーブの非コンタクト側端部を内側に曲げて前記固定軸受けの抜け止めとしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のパワー半導体測定用コンタクトプローブである。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１に記載の発明では、プランジャーコンタクトのコンタクト側を可動軸受けに圧入して固定し、非コンタクト側を固定軸受けに摺動自在に挿通し、可動軸受けと、固定軸受けとで、スリーブ内にプランジャーコンタクトを摺動自在とし、可動軸受けと、固定軸受けとの間にコイルスプリングをプランジャーコンタクトに装着して配置し、コイルスプリングを、スリーブ、プランジャーコンタクト、可動軸受け、固定軸受けに対して電気的に絶縁したことで、簡単な構造で、かつ小型で精密な電気特性検査が可能である。

請求項２に記載の発明では、プランジャーコンタクトを電気絶縁フィルムパイプで被覆し、可動軸受けとコイルスプリングの一方の端部との間に第１の電気絶縁フィルムリングを介在させ、かつ固定軸受けとコイルスプリングの他方の端部との間に第２の電気絶縁フィルムリングを介在させ、電気絶縁フィルムを利用してコイルスプリングを安価な構造で、電気的に絶縁することができる。

請求項３に記載の発明では、スリーブとコイルスプリングとの間に、プランジャーコンタクトを押した状態で接触させて測定するとき、コイルスプリングが圧縮し拡大してもスリーブと接触することがないようにする隙間を設けたことで、コイルスプリングを安価な構造で、電気的に絶縁することが可能で、測定誤差の発生を防止することができる。

請求項４に記載の発明では、プランジャーコンタクトの表面を、銀層、金層の順に積層した複合層構造としたことで、ミリΩの抵抗値が得られる。

請求項５に記載の発明では、スリーブのコンタクト側を凹ませて可動軸受けの抜け止めとし、スリーブの非コンタクト側端部を内側に曲げて固定軸受けの抜け止めとしたことで、コンパクトな構造でスリーブに組み付けることができる。

第１の実施の形態のパワー半導体測定用コンタクトプローブの断面図である。 プランジャーコンタクトの一部の断面図である。 パワー半導体測定用コンタクトプローブの組み付けを説明する図である。 パワー半導体測定を示す図である。 第２の実施の形態のパワー半導体測定用コンタクトプローブの断面図である。 パワー半導体測定用コンタクトプローブの組み付けを説明する図である。

以下、この発明のパワー半導体測定用コンタクトプローブの実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。

［第１の実施の形態］
（パワー半導体測定用コンタクトプローブの構造）
この実施の形態のパワー半導体測定用コンタクトプローブの構成を、図１に基づいて説明する。図１はパワー半導体測定用コンタクトプローブの断面図である。

この実施の形態のパワー半導体測定用コンタクトプローブ１は、パワー半導体の外部接続用端子と検査用回路とを電気的に接続するものであって、円筒状のスリーブ２と、スリーブ２内を摺動自在に嵌合するプランジャーコンタクト３と、プランジャーコンタクト３をパワー半導体の外部接続用端子へ向けて付勢するコイルスプリング４とを備え、これらはいずれも導電性材料で構成されている。

プランジャーコンタクト３のコンタクト側３ａを可動軸受け５に圧入して固定し、非コンタクト側３ｂを固定軸受け６に摺動自在に挿通し、可動軸受け５と、固定軸受け６とで、スリーブ２内にプランジャーコンタクト３を摺動自在とした構成であり、可動軸受け５及び固定軸受け６はいずれも金属の導電性材料で構成されている。

プランジャーコンタクト３は、銅、銅合金、タングステンなどの材料から形成され、 このプランジャーコンタクト３には、表面の酸化防止のために、ニッケルメッキを行いその上に金メッキの加工を行うが、この実施の形態では、図２に示すように、表面にまず銀メッキを行いその上に銀の酸化防止をするために金メッキの加工を行い、銀層１００、金層１０１を順に積層した複合層構造とした。電気抵抗は、金より銀の方がより優れており、プランジャーコンタクト３の表面を銀層１０１と金層１００を順に積層した複合層構造とすることで、低いミリΩの抵抗値が得られる。

ニッケルメッキを行いその上に金メッキの加工を行うものでは、金メッキは、０．２ミクロンであるが、プランジャーコンタクト３による測定時のコンタクト作業では、コンタクト部分が金の０．２ミクロン層であるため、表面の金磨耗が早く、金の０．２ミクロン層が磨耗で消化された後は、ニッケルメッキ部分に到達する。このため、測定時にニッケルの抵抗に変化し電気抵抗値が２倍以上になり、パワー半導体測定には、使用不能になる。

この実施の形態では、プランジャーコンタクト３の第１の加工には、ニッケルの変わりに銀メッキを行い、その上に金メッキ加工を行っており、プランジャーコンタクト３の表面が銀層１００、金層１０１を順に積層した複合層構造となり、従来にないミリΩの抵抗値が得られる。

この可動軸受け５と、固定軸受け６との間にコイルスプリング４をプランジャーコンタクト３に装着して配置し、このコイルスプリング４を、スリーブ２およびプランジャーコンタクト３に対して電気的に絶縁している。この実施の形態では、プランジャーコンタクト３のコイルスプリング４が位置する部分を電気絶縁フィルムパイプ１０で被覆し、可動軸受け５とコイルスプリング４の一方の端部４ａとの間に第１の電気絶縁フィルムリング１１を介在させ、かつ固定軸受け６と付勢部材４の他方の端部４ｂとの間に第２の電気絶縁フィルムリング１２を介在させている。

スリーブ２の内周面とコイルスプリング４との間に、隙間９０を設け、この隙間９０によってコイルスプリング４を安価な構造で、電気的に絶縁している。すなわち、スリーブ２のパイプ内径（φ０．３６±０．０２ｍｍ）に対し、プランジャーコンタクト３に装着した電気絶縁フィルムパイプ１０のパイプ外径（φ０．２６２ｍｍ）が小さく、更にコイルスプリング４のコイルバネ外径（φ０．３３ｍｍ）が電気絶縁フィルムパイプ１０のパイプ外径より大きく、かつスリーブ２のパイプ内径より小さくなるように寸法が設定される。

パワー半導体の外部接続用端子に、プランジャーコンタクト３のコンタクト部３ｃを押した状態で接触させて測定するために、コンタクト部３ｃを０．２〜０．３ｍｍ押し当てると、その分コイルスプリング４が圧縮し、コイルスプリング４のコイルバネの外径はφ０．３４１ｍｍ程度に拡大する。スリーブ２のパイプ内径は、（φ０．３６±０．０２ｍｍ）であり、スリーブ２のパイプ内径と拡大したコイルスプリング４のコイルバネの外径との差は、約０．２程度の隙間９０が残り、スリーブ２のパイプ内径とコイルスプリング４のコイルバネの外径は、スリーブ２とコイルスプリング４とが接触することがないように隙間９０が設定される。このように、スリーブ２とコイルスプリング４とが接触することがないように隙間９０を設定することで、測定誤差の発生を防止することができる。

この実施の形態では、電気絶縁フィルムパイプ１０と、第１の電気絶縁フィルムリング１１及び第２の電気絶縁フィルムリング１２を用い、電気絶縁フィルムを利用したコイルスプリング４を安価な構造で、電気的に絶縁することができる。この電気絶縁フィルムパイプ１０、第１の電気絶縁フィルムリング１１及び第２の電気絶縁フィルムリング１２は、耐熱３００℃以上のものが用いられる。

また、電気絶縁フィルムパイプ１０に代えてプランジャーコンタクト３のコイルスプリング４に対向する部分に、電気絶縁性樹脂剤を塗布して電気絶縁層を設けてもよい。

スリーブ２は、コンタクト側２ａを凹ませ、この凹み部２ｃを可動軸受け５の小径軸５ａに形成される段部５ｂに係止して可動軸受け５の抜け止めとし、非コンタクト側２ｂは端部２ｄを内側に曲げて固定軸受け６の抜け止めとしている。

また、プランジャーコンタクト３のコンタクト部３ｃには、接触部３ｄの軸心位置に円錐穴３ｅを形成している。これにより、プランジャーコンタクト３のコンタクト部３ｃを、パワー半導体の外部接続用端子に接触させて検査を行うときに、接触部３ｄの軸心位置に形成した円錐穴３ｅによって接触部３ｄを安定して接触することができる。

（パワー半導体測定用コンタクトプローブの組み付け）
次に、この実施の形態のパワー半導体測定用コンタクトプローブの組付けを、図３に基づいて説明する。図３はパワー半導体測定用コンタクトプローブの組み付けを説明する図である。

プランジャーコンタクト３を可動軸受け５に圧入し、プランジャーコンタクト３に所定位置に可動軸受け５を固定する。このプランジャーコンタクト３に電気絶縁フィルムパイプ１０を挿入し、プランジャーコンタクト３のコイルスプリング４が位置する部分を電気絶縁フィルムパイプ１０で被覆し、第１の電気絶縁フィルムリング１１を挿入して可動軸受け５に接触させるようにする。

次に、プランジャーコンタクト３の電気絶縁フィルムパイプ１０の位置に、コイルスプリング４を挿入して装着し、コイルスプリング４の端部に接触させるように第２の電気絶縁フィルムリング１２を挿入する（図３（ａ））。

予め、スリーブ２の非コンタクト側２ｂの端部２ｄを内側に曲げて固定軸受け６の抜け止めとしておき、このスリーブ２の中に固定軸受け６をコンタクト側２ａから挿入し、さらに図３（ａ）において組み付けが完了したプランジャーコンタクト３を挿入する（図３（ｂ））。

この状態では、プランジャーコンタクト３が固定軸受け６に移動可能に挿通され、固定軸受け６に第２の電気絶縁フィルムリング１２が接触しており、さらにプランジャーコンタクト３をコイルスプリング４が圧縮するまで押し込み、コンタクト側２ａをスリーブ２の内側へ凹ませ、この凹み部２ｃが可動軸受け５の段部５ｂに係合するようにし、可動軸受け５の抜け止めとする（図３（ｃ））。

（パワー半導体測定）
この実施の形態のパワー半導体測定用コンタクトプローブ１は、図４に示すように、パワー半導体５０の接続用端子５１に、プランジャーコンタクト３のコンタクト部３ｃを押した状態で接触させる。これにより、接続用端子５１とテスト回路６０とは、プランジャーコンタクト３及びスリーブ２を通して、コイルスプリング４に付勢された状態で電気的に接続されるので、テスト回路６０を通してパワー半導体５０の電気的特性を検査することができる。

このとき、プランジャーコンタクト３とコイルスプリング４との間は、電気絶縁フィルムパイプ１０、第１の電気絶縁フィルムリング１１、第２の電気絶縁フィルムリング１２により電気的に絶縁される。また、スリーブ２とコイルスプリング４との間に、プランジャーコンタクト３を押した状態で接触させて測定するとき、コイルスプリング４が圧縮し拡大してもスリーブ２と接触することがないようにする隙間９０により電気的に絶縁されており、測定誤差の発生を防止することができる。また、可動軸受け５と固定軸受け６は、プランジャーコンタクト３と密着され、高電流を吸収し、電気抵抗が小さくなり電流損失も小さくなる。

また、この実施の形態では、コイルスプリング４がスリーブ２、プランジャーコンタクト３、可動軸受け４、固定軸受け５に対して電気的に絶縁されているので、コイルスプリング４によるインダクタンスや抵抗値変化が発生することない。また、スリーブ２とコイルスプリング４との間に隙間９０があり、スリーブ２にプランジャーコンタクト３が可動軸受け４を介して摺動するために十分な長さを確保したとしても、電流の流れる経路が短くなり特性検査を高精度に実施することができると共に、構造を簡素化できるので製造コストを低減することができる。

［第２の実施の形態］
（パワー半導体測定用コンタクトプローブの構造）
この実施の形態のパワー半導体測定用コンタクトプローブの構成を、図５に基づいて説明する。図５はパワー半導体測定用コンタクトプローブの断面図である。

この実施の形態では、第１の実施の形態と同じ構成は同じ符号を付して説明を省略する。この実施のパワー半導体測定用コンタクトプローブ１は、円筒状のスリーブ２と、スリーブ２内を摺動自在に嵌合するプランジャーコンタクト３と、プランジャーコンタクト３をパワー半導体の外部接続用端子へ向けて付勢するコイルスプリング４とを備え、プランジャーコンタクト３のコンタクト側３ａを可動軸受け５に圧入して固定し、非コンタクト側３ｂを固定軸受け６に摺動自在に挿通し、可動軸受け５と、固定軸受け６とで、スリーブ２内にプランジャーコンタクト３を摺動自在とした構成であるが、コイルスプリング４を電気絶縁材料２０で被覆した構成である。この電気絶縁材料２０での被覆は、例えばガラス粉末等の電気絶縁材料を塗布して硬化させて被覆してもよく、またガラス粉末等の電気絶縁材料のシートを巻き付けて被覆したものでもよい。

このコイルスプリング４を電気絶縁材料２０で被覆することで、コイルスプリング４を、スリーブ２、プランジャーコンタクト３、可動軸受け５、固定軸受け６に対して電気的に絶縁している。この実施の形態では、コイルスプリング４を電気絶縁材料２０で被覆し、安価な構造で、電気的に絶縁することができる。

（パワー半導体測定用コンタクトプローブの組み付け）
次に、この実施の形態のパワー半導体測定用コンタクトプローブの組付けを、図６に基づいて説明する。図６はパワー半導体測定用コンタクトプローブの組み付けを説明する図である。

プランジャーコンタクト３を可動軸受け５に圧入し、プランジャーコンタクト３に所定位置に可動軸受け５を固定する。このプランジャーコンタクト３にコイルスプリング４を挿入して可動軸受け５に接触させるようにする（図６（ａ））。

予め、スリーブ２の非コンタクト側２ｂの端部２ｄを内側に曲げて固定軸受け６の抜け止めとしておき、このスリーブ２の中に固定軸受け６をコンタクト側２ａから挿入し、さらに図６（ａ）において組み付けが完了したプランジャーコンタクト３を挿入する（図６（ｂ））。

この状態では、プランジャーコンタクト３が固定軸受け６に移動可能に挿通され、さらにプランジャーコンタクト３を可動軸受け５によってコイルスプリング４が圧縮されるまで押し込み、コンタクト側２ａをスリーブ２の内側へ凹ませ、この凹み部２ｃが可動軸受け５の段部５ｂに係合するようにし、可動軸受け５の抜け止めとする（図６（ｃ））。

（パワー半導体測定）
この実施の形態のパワー半導体測定用コンタクトプローブ１は、図４に示すように、パワー半導体５０の接続用端子５１に、プランジャーコンタクト３のコンタクト部３ｃを押した状態で接触させ、テスト回路６０を通してパワー半導体５０の電気的特性を検査することができる。

このとき、コイルスプリング４は、電気絶縁材料２０で被覆することで、スリーブ２、プランジャーコンタクト３、可動軸受け５、固定軸受け６に対して電気的に絶縁される。また、可動軸受け５と固定軸受け６は、プランジャーコンタクト３と密着され、高電流を吸収し、電気抵抗が小さくなり電流損失も小さくなる。

また、この実施の形態では、コイルスプリング４がスリーブ２、プランジャーコンタクト３、可動軸受け４、固定軸受け５に対して電気的に絶縁されているので、コイルスプリング４によるインダクタンスや抵抗値変化が発生することない。

この発明は、基板の表面に電極を備えたパワー半導体の断線、ショート等を精密に検査することのできるパワー半導体測定用コンタクトプローブに適用され、簡単な構造で、かつ小型で精密な電気特性検査が可能である。

１ パワー半導体測定用コンタクトプローブ
２ スリーブ
２ａ コンタクト側
２ｂ 非コンタクト側端部
２ｃ 凹み部
３ プランジャーコンタクト
３ａ コンタクト側
３ｂ 非コンタクト側
３ｃ コンタクト部
３ｅ 円錐穴
４ コイルスプリング
５ 可動軸受け
６ 固定軸受け
１０ 絶縁フィルムパイプ
１１ 第１の絶縁フィルムリング
１２ 第２の絶縁フィルムリング
２０ 電気絶縁材料

Claims (5)

1. 円筒状のスリーブと、
   前記スリーブ内を摺動自在に嵌合するプランジャーコンタクトと、
   前記プランジャーコンタクトをパワー半導体の外部接続用端子へ向けて付勢するコイルスプリングとを備え、
   前記プランジャーコンタクトのコンタクト側を可動軸受けに圧入して固定し、非コンタクト側を固定軸受けに摺動自在に挿通し、
   前記可動軸受けと、前記固定軸受けとで、前記スリーブ内に前記プランジャーコンタクトを摺動自在とし、
   前記可動軸受けと、前記固定軸受けとの間に前記コイルスプリングを前記プランジャーコンタクトに装着して配置し、
   前記コイルスプリングを、前記スリーブ、前記プランジャーコンタクト、前記可動軸受け、前記固定軸受けに対して電気的に絶縁したことを特徴とするパワー半導体測定用コンタクトプローブ。
2. 前記プランジャーコンタクトを電気絶縁フィルムパイプで被覆し、
   前記可動軸受けと前記コイルスプリングの一方の端部との間に第１の電気絶縁フィルムリングを介在させ、
   かつ前記固定軸受けと前記コイルスプリングの他方の端部との間に第２の電気絶縁フィルムリングを介在させたことを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体測定用コンタクトプローブ。
3. 前記スリーブと前記コイルスプリングとの間に、前記プランジャーコンタクトを押した状態で接触させて測定するとき、前記コイルスプリングが拡大しても前記スリーブと接触することがないようにする隙間を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパワー半導体測定用コンタクトプローブ。
4. 前記プランジャーコンタクトの表面を、銀層、金層の順に積層した複合層構造としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のパワー半導体測定用コンタクトプローブ。
5. 前記スリーブのコンタクト側を凹ませて前記可動軸受けの抜け止めとし、
   前記スリーブの非コンタクト側端部を内側に曲げて前記固定軸受けの抜け止めとしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のパワー半導体測定用コンタクトプローブ。