JP2013130516A - コンタクトプローブ及びそれを備えた半導体素子用ソケット - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子の電極部とプランジャの接触子との接触位置のばらつきを修正して均一に接触させることができるとともに、半導体素子の電極部に対する接触子の接触抵抗の増加を抑制し、電極部に安定的に接触子を接触させて半導体素子の検査を円滑かつ良好に行うことが可能なコンタクトプローブ及びそれを備えた半導体素子用ソケットを提供する。
【解決手段】コンタクトプローブ１１は、半導体素子の電極部である半田ボール７１が接触する円柱状の接触子１３を備えている。接触子１３は、そのベース部１５の先端に山型形状で弾性変形可能な弾性接触片である複数の尖鋭部１７を有している。尖鋭部１７は、半田ボール７１を保持するコンタクト部１８と、各コンタクト部１８より先端側に、半田ボール７１の中心軸Ｃ０側へ接触子１３の中心軸Ｃ１を案内するガイド部１９を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンタクトプローブ及びコンタクトプローブを備えた半導体素子用ソケットに関する。

従来、電極部として半田ボールや半田バンプを有するＩＣ（集積回路）パッケージなどの半導体素子と検査装置の検査回路基板との間を電気的に接続する接続子としてコンタクトプローブが配設された半導体素子用ソケットが提供されている。この種の半導体素子用ソケットに配設されたコンタクトプローブとしては、ＩＣパッケージの半田ボールに接触するプランジャと、半田ボールに所定の圧力で接触させるための弾性付勢力をプランジャに与えるコイルバネとから構成されるものが用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。

電極部とコンタクトプローブとの間で良好な電気的接続を得るためには、電極部表面に存在する酸化被膜を除去する必要がある。このため、コンタクトプローブは、金属薄板からプレス加工により所定の形状に打抜かれた板状（特許文献１参照）、または円柱状（特許文献２参照）に形成されたプランジャの先端に、複数の鋭利な接点部（コンタクト部）を有する接触子を備えている。そして、コイルバネによる弾性付勢力によりプランジャの接触子が電極部に点接触して突き刺さることにより酸化被膜が破られて良好な電気的接続を得ることができるようになっている。

特開２００４−１５２４９５号公報 特開２００３−１６７００１号公報

ところで、半導体素子の電極部は、略球状の半田ボールからなるバンプであったり、平板状のパッドであったりとその形態は様々である。特に、バンプとなる略球状の半田ボールは、その形状も真の球形とは限らず、位置精度や大きさのばらつきもある。このため、プランジャの接触子に設けられた複数のコンタクト部が半田ボールに均一に接触することは稀であり、半導体素子の電極部とプランジャのコンタクト部との接触位置にばらつきが生じ易く、設定されたワイピング量の不足や電気的接続が不安定となるおそれがある。

また、半田の表面は、酸化被膜で覆われているだけでなく、異物が付着していることもあるため、活性な半田に接触子を安定的に接触させるためには、大きな圧力を付与して電極部に接触子を食い込ませなければならず、半導体素子の電極部とプランジャのコンタクト部との接触位置のばらつきにより電極部を損傷させてしまうおそれもある。

本発明の目的は、半導体素子の電極部とプランジャの接触子との接触位置のばらつきを修正して均一に接触させることができるとともに、半導体素子の電極部に対する接触子の接触抵抗の増加を抑制し、電極部に安定的に接触子を接触させて半導体素子の検査を円滑かつ良好に行うことが可能なコンタクトプローブ及びそれを備えた半導体素子用ソケットを提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明のコンタクトプローブは、プランジャの先端に設けられて半導体素子の電極部が接触してワイピングをする接触子を備えたコンタクトプローブであって、前記接触子は、前記プランジャの先端に形成された山型形状の複数の尖鋭部を有し、前記電極部を保持する前記尖鋭部のコンタクト部より先端側に、前記電極部の中心軸側へ前記プランジャの中心軸を案内するガイド部を有していることを特徴とする。

本発明のコンタクトプローブにおいて、前記ガイド部は、前記プランジャの中心軸に対して前記コンタクト部の傾斜角度よりも大きな傾斜角度を有していることが好ましい。

本発明のコンタクトプローブにおいて、複数の前記尖鋭部の先端が前記接触子の水平断面形状に内接する内接円と同心円を形成し、前記内接円の直径と同じか又はそれより小さい直径を有する少なくとも１つの仮想円の円周上に配置されるとともに、垂直方向に弾性変形可能なように前記尖鋭部が渦巻状に形成されていることが好ましい。

本発明の半導体素子用ソケットは、半導体素子の電極部と検査用基板の電極部とを、前記コンタクトプローブを介して導通させることを特徴とする。

本発明のコンタクトプローブによれば、接触子は、プランジャの先端に形成された山型形状の複数の尖鋭部を有し、電極部を保持する尖鋭部のコンタクト部より先端側に電極部の中心軸側へプランジャの中心軸を案内するガイド部を有している。これにより、電極部とワイピングするプランジャの先端部が電極部と接触したとき、半導体素子の電極部とコンタクトプローブとの当初の接触位置がずれていても、電極部に接触したガイド部によって、プランジャの中心軸が電極部の中心軸側に移動する。その後、尖鋭部が弾性変形しながら、電極部の表面上を摺動する。したがって、半導体素子の電極部とプランジャの接触子との接触位置のばらつきを修正して均一に接触させることができ、電極部の損傷を防ぐことができるとともに、電極部の設定されたワイピング量も確保することができる。

また、本発明の半導体素子用ソケットによれば、半導体素子の電極部に対する接触子の接触抵抗の増加を抑制し、電極部に安定的に接触子を接触させて半導体素子の検査を円滑かつ良好に行うことができる。これにより、半導体素子の電極部と検査用基板の電極部とを、コンタクトプローブを介して確実に導通させることができ、多数回にわたる半導体素子の検査の信頼性を維持することができる。

本発明に係るコンタクトプローブにおける接触子の尖鋭部の第１実施形態を示す斜視図である。 図１の正面図である。 図１の平面図である。 図１の接触子の半田ボールへの案内状態を示す作用説明図である。 図４の接触子と半田ボールとの接触状態を示す斜視図である。 図１に示した第１実施形態の変形例を示す斜視図である。 本発明に係るコンタクトプローブにおける接触子の尖鋭部の第２実施形態を示す斜視図である。 図７の接触子と半田ボールとの接触状態を示す斜視図である。 図８の接触子の半田ボールへの案内状態を示す作用説明図である。 本発明に係るコンタクトプローブにおける接触子の尖鋭部の第３実施形態を示す斜視図である。 図１０の接触子と半田ボールとの接触状態を示す斜視図である。 図１１の接触子の半田ボールへの案内状態を示す作用説明図である。 本発明に係るコンタクトプローブにおける接触子の尖鋭部の第４実施形態を示す斜視図である。 図１３の接触子と半田ボールとの接触状態を示す斜視図である。 図１４の接触子の半田ボールへの案内状態を示す作用説明図である。 本発明に係る半導体素子用ソケットの一例を示す断面図である。 図１６の半導体素子用ソケットの動作を示す断面図である。

以下、本発明に係るコンタクトプローブ及びそれを備えた半導体素子用ソケットの実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係るコンタクトプローブ１１は、導電性を有する金属材料から形成されたプランジャ１２の先端に半導体素子の電極部である半田ボール７１（図１６参照）が接触してワイピングをする円柱状の接触子１３を備えている。この接触子１３は、そのベース部１５の先端に山型形状で弾性変形可能な弾性接触片である複数（本実施形態では、４個構造）の尖鋭部１７を有している。

尖鋭部１７は、半田ボール７１を保持するコンタクト部１８と、各コンタクト部１８より先端側に、半田ボール７１の中心軸Ｃ０（図４参照）側へ接触子１３の中心軸Ｃ１を案内するガイド部１９を有している。この尖鋭部１７に囲まれた中心部に窪みである凹部１６を有している。このガイド部１９は、切削加工によって形成され、中央に凹部１６を有することで、容易に加工することができる。

図２に示すように、尖鋭部１７のガイド部１９は、接触子１３の中心軸Ｃ１に対してコンタクト部１８の傾斜角度θ１よりも大きな傾斜角度θ２を有している。このようにガイド部１９が大きな傾斜角度θ２を有することで、半田ボール７１と尖鋭部１７との接触時に、半田ボール７１に接触したガイド部１９によって、接触子１３を半田ボール７１の中心軸Ｃ０方向へ移動させる。

図３に示すように、尖鋭部１７の先端は、接触子１３の水平断面形状に内接する内接円（本実施形態では、接触子１３の外周円と一致する）と同心円を形成し、内接円の直径Ｄと同じか又はそれより小さい直径ｄを有する少なくとも１つの仮想円Ａの円周上に配置されている。また、尖鋭部１７は、その先端が垂直方向に弾性変形可能なように基端部分から時計回り方向に渦巻状に延在している。また、尖鋭部１７は、各基端部分から先端に向かってベース部１５の上端面に対して傾斜するとともに、先細状に形成されている。

接触子１３の形成は、後述のように行われる。先ず、銅または鉄系等の金属の棒材の一端に、旋盤等を用いて棒材の中心に凹部１６を形成し、その周辺に所定肉厚を有する円筒部を作製する。次に、円筒部の複数箇所に所定角度に傾斜した切り込みを形成、山型形状の複数の尖鋭部１７が形成する。次に、尖鋭部１７の所定位置をさらに切削することで、コンタクト部１８およびガイド部１９が形成される。その後、棒体から円筒部を切り離して、ニッケルメッキまたは金メッキ等の表面処理を行う。なお、上述の尖鋭部１７とガイド部１９の形成順序を逆にしても良い。

図４に示すように、接触子１３は、半田ボール７１と尖鋭部１７とが接触する時、例えば、半田ボール７１の中心軸Ｃ０に対して接触子１３の中心軸Ｃ１が位置ずれしている場合、尖鋭部１７先端のガイド部１９が半田ボール７１に接触し、半田ボール７１の中心軸Ｃ０方向へ移動する。移動後、尖鋭部１７が弾性変形することで、コンタクト部１８が半田ボール７１の表面上を摺動して線接触する。

接触子１３を基準にして言い換えると、半田ボール７１は、接触子１３のガイド部１９に接触し、接触子１３の中心軸Ｃ１方向（図中、矢印方向）へ移動する。これにより、図５に示すように、位置ずれしていた半田ボール７１の中心軸Ｃ０と接触子１３の中心軸Ｃ１が一致する。半田ボール７１が複数のコンタクト部１８に均一に接触して安定的に保持される。よって、半田ボール７１の想定以上のイレギュラーな損傷を防ぐことができる。また、尖鋭部１７が弾性変形することで、コンタクト部１８が半田ボール７１の表面上を摺動して線接触するため、半田ボール７１のワイピングも行うことができる。なお、符号７３の斜線部分は半田ボール７１が配置されているＩＣパッケージなどの半導体素子の下面である。

図６は、上記第１実施形態の変形例であり、上記実施形態のコンタクトプローブ１１は、４個の尖鋭部１７を有する４接点構造であったが、本変形例のコンタクトプローブ１１Ａは、６個の尖鋭部１７を有する６接点構造である。接点数が多いことで、ガイド部１９の数も多くなり、接触子１３を一層確実に半田ボール７１の中心軸Ｃ０へ案内することができる。なお、尖鋭部１７の数は、最低２個有れば良く、好ましくは４個以上であり、接触子１３の中心軸Ｃ１を中心に平面上で均等配置されていれば良い。その他の構成に関しては、上記第１実施形態と同じであるため、説明は省略する。

（第２実施形態）
図７及び図８に示すように、本実施形態に係るコンタクトプローブ２１の接触子２３は、円柱状のベース部２５の先端に鋸刃形状の弾性接触片である複数（本実施形態では、４個構造）の尖鋭部２７を有している。なお、上記第１実施形態と同じ構成部分については同一又は類似符号を付けることで説明を省略する。

尖鋭部２７は、半田ボール７１を保持するコンタクト部２８と、各コンタクト部２８より先端側に、半田ボール７１の中心軸Ｃ０側へ接触子２３の中心軸Ｃ１を案内するガイド部２９を有している。このガイド部２９は、尖鋭部２７の頂上の中心軸Ｃ１方向へ傾斜した頂辺であり、点接触した半田ボール７１の表面を摺動する（図９参照）。また、コンタクト部２８は、尖鋭部２７の頂上の角部であり、この角部で半田ボール７１を保持する。尖鋭部２７の肉厚は略同じであり、尖鋭部２７に囲まれた窪みである凹部２６を中心に切削加工によって容易に加工できる。

図９に示すように、接触子２３の尖鋭部２７と半田ボール７１が接触する時、尖鋭部２７先端のガイド部２９によって、接触子２３を半田ボール７１の中心軸Ｃ０方向へ移動させる。

接触子２３を基準にして言い換えると、半田ボール７１は、接触子２３のガイド部２９に接触し、接触子２３の中心軸Ｃ１方向（図中、矢印方向）へ移動する。これにより、位置ずれしていた半田ボール７１の中心軸Ｃ０と接触子２３の中心軸Ｃ１が一致することで、半田ボール７１が複数箇所のコンタクト部２８に均一に接触して安定的に保持される。また、尖鋭部２７が弾性変形することで、コンタクト部２８が半田ボール７１の表面上を摺動して点接触するため、半田ボール７１のワイピングも行うことができる。

（第３実施形態）
図１０及び図１１に示すように、本実施形態に係るコンタクトプローブ３１の接触子３３は、円柱状のベース部３５の先端に鋸刃形状の弾性接触片である複数（本実施形態では、４個構造）の尖鋭部３７を有している。なお、上記第１実施形態と同じ構成部分については同一又は類似符号を付けることで説明を省略する。

尖鋭部３７は、半田ボール７１を保持するコンタクト部３８と、各コンタクト部３８より先端側に、半田ボール７１の中心軸Ｃ０側へ接触子３３の中心軸Ｃ１を案内するガイド部３９を有している。このガイド部３９は、尖鋭部３７の頂上から中心軸Ｃ１方向へ傾斜した略三角形の湾曲面であり、面接触した半田ボール７１の表面を摺動する（図１２参照）。また、コンタクト部３８は、ガイド部３９の底辺を構成する一方の鋭角部であり、この鋭角部で半田ボール７１を保持する。尖鋭部３７の肉厚は頂点に向うに従って先細状の薄肉となり、尖鋭部３７に囲まれた窪みである凹部３６を中心に切削加工によって容易に加工できる。

図１２に示すように、接触子３３の尖鋭部３７と半田ボール７１が接触する時、尖鋭部３７が半田ボール７１に接触して弾性変形する。このとき、半田ボール７１の中心軸Ｃ０に対して接触子３３の中心軸Ｃ１が位置ずれしている場合、ガイド部３９によって、半田ボール７１の表面上を摺動して、接触子３３を半田ボール７１の中心軸Ｃ０方向へ移動させる。

接触子３３を基準にして言い換えると、半田ボール７１は、接触子３３のガイド部３９に接触すると、ガイド部３９上を摺動して接触子３３の中心軸Ｃ１方向（図中、矢印方向）へ移動する。これにより、位置ずれしていた半田ボール７１の中心軸Ｃ０と接触子３３の中心軸Ｃ１が一致することで、半田ボール７１が複数箇所のコンタクト部３８に均一に接触して安定的に保持される。また、尖鋭部３７が弾性変形することで、コンタクト部３８が半田ボール７１の表面上を摺動して線接触するため、半田ボール７１のワイピングも行うことができる。

（第４実施形態）
図１３及び図１４に示すように、本実施形態に係るコンタクトプローブ２１Ａの接触子２３Ａは、円柱状のベース部２５Ａの先端に鋸刃形状の弾性接触片である複数（本実施形態では、４個構造）の尖鋭部４７を有している。この尖鋭部４７は、上記第２実施形態の尖鋭部２７と前記第３実施形態の尖鋭部３７を組み合わせた構成を有している。なお、上記第１実施形態と同じ構成部分については同一又は類似符号を付けることで説明を省略する。

尖鋭部４７は、半田ボール７１を保持するコンタクト部４８と、各コンタクト部４８より先端側に、半田ボール７１の中心軸Ｃ０側へ接触子２３Ａの中心軸Ｃ１を案内するガイド部４９を有している。このガイド部４９は、尖鋭部４７の頂上から中心軸Ｃ１方向へ傾斜した略四角形の湾曲面であり、面接触した半田ボール７１の表面を摺動する（図１５参照）。また、コンタクト部４８は、ガイド部４９上端の一方の鈍角部であり、この鈍角部で半田ボール７１を保持する。尖鋭部４７の肉厚は頂点に向うに従って先細状の薄肉となり、尖鋭部４７に囲まれた窪みである凹部４６を中心に切削加工によって容易に加工できる。

図１５に示すように、接触子２３Ａの尖鋭部４７と半田ボール７１が接触する時、尖鋭部４７が半田ボール７１に接触して弾性変形する。このとき、半田ボール７１の中心軸Ｃ０に対して接触子２３Ａの中心軸Ｃ１が位置ずれしている場合、ガイド部４９によって、半田ボール７１の表面上を摺動して、接触子２３Ａを半田ボール７１の中心軸Ｃ０方向へ移動させる。

接触子２３Ａを基準にして言い換えると、半田ボール７１は、接触子２３Ａのガイド部４９に接触すると、ガイド部４９上を摺動して接触子２３Ａの中心軸Ｃ１方向（図中、矢印方向）へ移動する。これにより、位置ずれしていた半田ボール７１の中心軸Ｃ０と接触子２３Ａの中心軸Ｃ１が一致することで、半田ボール７１が複数箇所のコンタクト部４８に均一に接触して安定的に保持される。また、尖鋭部４７が弾性変形することで、コンタクト部４８が半田ボール７１の表面上を摺動して線接触するため、半田ボール７１のワイピングも行うことができる。

次に、上記第１実施形態のコンタクトプローブ１１を備えた半導体素子用ソケットについて説明する。

図１６に示すように、半導体素子用ソケット４１は、プローブ収容ブロック４３を有し、検査用基板４２上に、位置決めピン４４によって位置決めされて締結ボルト４５によって固定されている。プローブ収容ブロック４３は、それぞれ絶縁性を有する接触子配列基板５１とソケット基板５２とから構成されている。ソケット基板５２には、その下面側に、配列基板収容凹部５３が形成されており、この配列基板収容凹部５３に接触子配列基板５１が嵌め込まれ、位置決めピン５４で位置決めされてビス５５で締結固定されている。

ソケット基板５２には、複数のプローブ収容孔６１が形成されており、これらのプローブ収容孔６１には、下方側からコンタクトプローブ１１が挿し込まれて収容されている。プローブ収容孔６１は、その軸方向の中間部に段部６２が形成されており、この段部６２を境として、上方側がプランジャ１２のフランジ部２２よりも小径に形成され、下方側がプランジャ１２のフランジ部２２よりも僅かに大径に形成されている。これにより、下方側から挿し込まれたコンタクトプローブ１１は、プランジャ１２のフランジ部２２が段部６２に係合し、上方側への移動が規制されている。

ソケット基板５２に固定された接触子配列基板５１には、各プローブ収容孔６１に対応する複数の接触子保持孔６５が形成されている。これらの接触子保持孔６５には、各プローブ収容孔６１に収容されたコンタクトプローブ１１の下部接触子１４が挿入されている。これにより、コンタクトプローブ１１の下部接触子１４が、接触子保持孔６５によって保持されて検査用基板４２の所定位置に配置されている。検査用基板４２には、コンタクトプローブ１１の下部接触子１４の配置位置に、電極部（図示省略）が設けられており、それぞれのコンタクトプローブ１１の下部接触子１４が導通接触されている。

ソケット基板５２には、その上面側に、ソケット凹部６７が形成されており、このソケット凹部６７には、半田ボール７１を有する複数の電極部７２が下面側に設けられた半導体素子７３が上方側から収容可能とされている。

図１７に示すように、上記半導体素子用ソケット４１で半導体素子７３を検査する場合は、ソケット基板５２のソケット凹部６７へ半導体素子７３を収容させ、押圧体７５で半導体素子７３を下方へ押圧する。これにより、半導体素子７３がソケット凹部６７へ押し込まれ、電極部７２を構成する各半田ボール７１が対応するコンタクトプローブ１１の上部接触子１３に近接し、半田ボール７１が上部接触子１３に押し付けられて接触する。

このように、コンタクトプローブ１１の上部接触子１３に半田ボール７１が押し付けられると、コンタクトプローブ１１には、軸方向に沿う圧縮力が付与され、プランジャ１２内のコイルスプリングが圧縮される。これにより、コンタクトプローブ１１の下部接触子１４が検査用基板４２の電極部に押し付けられる。

図１から図４に示したように、コンタクトプローブ１１の上部接触子１３の尖鋭部１７は、半田ボール７１を保持する各コンタクト部１８より先端側に、半田ボール７１の中心軸Ｃ０側へ上部接触子１３の中心軸Ｃ１を案内するガイド部１９を有している。これにより、半田ボール７１と尖鋭部１７とが接触する時、半田ボール７１の中心軸Ｃ０に対して上部接触子１３の中心軸Ｃ１が位置ずれしている場合、尖鋭部１７先端のガイド部１９が半田ボール７１に接触して弾性変形する。そして、ガイド部１９は、弾性変形しながら半田ボール７１の表面上を摺動して、半田ボール７１の中心軸Ｃ０方向へ移動する。

このように位置ずれしていた半田ボール７１の中心軸Ｃ０と上部接触子１３の中心軸Ｃ１が一致することで、半田ボール７１が複数のコンタクト部１８に均一に接触して安定的に保持される。これにより、半田ボール７１の想定以上のイレギュラーな損傷を防ぐことができる。

また、半田ボール７１の表面または各尖鋭部１７の表面が酸化被膜で覆われていたり、半田ボール７１の表面または各尖鋭部２５の表面に異物が付着していても、半田ボール７１の表面上をガイド部１９が摺動することで、酸化被膜や異物を除去することができる。これにより、半導体素子７３の電極部７２と検査用基板４２の電極部とがコンタクトプローブ１１を介して確実に導通され、半導体素子７３の検査が可能となる。

なお、本発明に係るコンタクトプローブ１１の尖鋭部１７の形状としては、上記実施形態に限定されない。例えば、尖鋭部１７の個数は、複数であれば良く、４個や６個に限定されない。２つの尖鋭部１７を対向位置することも可能であり、３つの尖鋭部１７を周方向へ等間隔に形成しても良い。また、８つの尖鋭部１７を周方向へ等間隔に形成しても良い。さらにまた、尖鋭部１７の先端が垂直方向に弾性変形可能なように基端部分から逆時計回り方向に渦巻状に延在しても良い。

１１，１１Ａ，２１，２１Ａ，３１：コンタクトプローブ、１２：プランジャ、１３，２３，２３Ａ，３３，：接触子、１６：凹部、１７，２７，３７，４７：尖鋭部、１８，２８，３８，４８：コンタクト部、１９，２９，３９，４９：ガイド部、４１：半導体素子用ソケット、７１：半田ボール（電極部）、７３：半導体素子

Claims (4)

1. プランジャの先端に設けられて半導体素子の電極部が接触してワイピングをする接触子を備えたコンタクトプローブであって、
   前記接触子は、前記プランジャの先端に形成された山型形状の複数の尖鋭部を有し、前記電極部を保持する前記尖鋭部のコンタクト部より先端側に、前記電極部の中心軸側へ前記プランジャの中心軸を案内するガイド部を有していることを特徴とするコンタクトプローブ。
2. 請求項１に記載のコンタクトプローブであって、
   前記ガイド部は、前記プランジャの中心軸に対して前記コンタクト部の傾斜角度よりも大きな傾斜角度を有していることを特徴とするコンタクトプローブ。
3. 請求項１または２に記載のコンタクトプローブであって、
   複数の前記尖鋭部の先端が前記接触子の水平断面形状に内接する内接円と同心円を形成し、前記内接円の直径と同じか又はそれより小さい直径を有する少なくとも１つの仮想円の円周上に配置されるとともに、垂直方向に弾性変形可能なように前記尖鋭部が渦巻状に形成されていることを特徴とするコンタクトプローブ。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載のコンタクトプローブを備え、半導体素子の電極部と検査用基板の電極部とを、前記コンタクトプローブを介して導通させることを特徴とする半導体素子用ソケット。

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