JP2014163765A - 接触子及び検査治具 - Google Patents

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Abstract

【課題】 製造及び保守が容易な検査治具及び接触子を提供する。
【解決手段】 電子部品の検査に用いられる検査治具1は、接触子10、接触子保持体30、電極部40を備える。接触子10は導電性の円形線材からなり、先端11、軸状部分である突出部12、接触子10の円周上14cに方向を略垂直に変える立ち上げ部13、ばね特性を有する本体部14、本体部の内側に最端部がある他端部15を有している。本体部14の中心軸14bと円周上14cの突出部12とは平行である。接触子保持体30は、先端が露出するように突出部12を摺動可能に支持する案内部と、立ち上げ部13に係合する係止部と、本体部14と他端部15とを収納する筒状空洞部とを有している。電極部40は、電極板42と、電極板を貫通するように固定され、本体部14を付勢する電極41とを有する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、プリント配線基板や電子部品等に備えられた電極端子に接触される接触子及び検査治具に関するものである。
近年、プリント配線基板の微細、高密度に対応したビルドアップ工法による多層製品が定在化している。この製造工法による基板には、層間の配線である微細なビアホールなどが多数存在することになる。その信頼性試験の1つとして、検査端子間の内部配線抵抗を正確に測定して良否を判定する4端子測定(ケルビン法)が増加している。
4端子測定は1つの検査端子に2本の接触子を導電接触させるために、接触子の個数が2倍になる。微細な検査端子には2本の接触点の間隔が小さいことが必要になる。
上記に対応した先行技術として、特許文献1のプリント配線板の検査治具がある。この検査治具は、図5(特許文献1の図1)に示す通りプランジャー(特許文献1の符号3、26、27)の軸を移動させ、かつ先端を斜め断面にすることにより接触点の間隔を最小にしている。しかし、特殊な形状(外形の上面が長円)のプランジャーが必要になる。しかも、検査治具に占める面積が広くなり、接触子の配置蜜度を小さくするという問題点があった。
特許文献2に開示される従来技術は、プランジャー(特許文献2の符号3)を傾斜させることにより、接触点の間隔を小さくしている。このプランジャーは単純な形状をなしており、一般的にも採用されている技術である。しかし、接触子の配置密度は特許文献1と同様である。また、プランジャーの先端形状が円錐であると、接触点の間隔は特許文献1の外周点と比べてプランジャーの径分が広くなる。
特許文献2のコイルばねと接点(特許文献2の符号6)との接続の改善例として、特許文献3の図7に示すコイルばねの最端部をコイルばね中心線の近傍にした先行技術がある。しかし、接触針(特許文献3の符号10b)の先端形状が円錐であることに由来する問題点は、特許文献2と同様である。
特許文献3では、さらに、コイルばねの内側に接触針の延設部(特許文献3の符号116)を延長して接触子の内部抵抗を改善している。しかし、4端子測定においては、各々の接触子の内部抵抗と接触抵抗はキャンセルされて、検査端子間の正確な抵抗値が測定されるという特性がある。従って、4端子測定においては、接触子の内部抵抗の改善は必ずしも要しない。又、通常の2端子測定において、良否の判定値が接触抵抗のバラツキをも考慮した100オーム以上である場合も同様である。
特許文献4には、1個の部品からなるプローブ(接触子)と、当該プローブを備えるコンタクト装置(検査治具)とが開示されている。特許文献4の図1に示されるように、当該文献に開示されるそのプローブでは、両端がコイルばね本体の中心軸の方向に延設されて形成されている。特許文献2又は特許文献3にそのプローブを採用できれば、先端形状が円錐であることに由来する上述の問題点は残るものの、部品が1個になるために、製造コストが低減される。
しかし、このプローブの製作にはいくつかの問題がある。第1に、コイルばねの巻線径(コイル径)に関しては、ばね指数C(=コイル径D/線径d)が3以上でなければならない、という制約がある。同図のコイル本体を最小巻線径に設定すると、コイルの曲げ半径がコイル巻線機の最小曲げ半径に近くなる。そのため、図に示す通りに両端部を中心軸へ向かうように縮径することは、実際上出来ないことになる。その結果、コイル本体の径は、大きく(最小曲げ半径の2倍以上、ばね指数では5から6以上)ならざるを得ない。このことは、高密度のプローブの配置を困難にする。第2に、巻線が中心から垂直に折り曲げられているが、このような折り曲げは、巻線径が小さい場合には容易ではない。第3に、先端が円錐加工されているが、この加工も容易ではないという問題点がある。
上記のように、各種の工夫がなされているが、それぞれに問題点を有している。
特許4636865号公報 特開2011−153915号公報 特開2012−73213号公報 特開2004−163364号公報
プリント配線基板の4端子測定を行う場合、接触子の数が2倍となり、これに検査点の増加が相乗することにより、検査治具の全体価格が騰貴する。このように検査治具の製造コストが問題となっている。本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、製造が容易であり、安価に製造でき、加えて保守も容易であって、高密度のプリント配線板への通電に好適であり、かつ4端子測定に好適な検査治具及び接触子を提供することを目的とする。
本発明の第1の手段は、電子部品の検査に用いられる検査治具に組み込まれて使用される接触子であって、導電性の円形線材からなっている。当該接触子は、螺旋をなすことにより、ばね特性を有する本体部と、本体部の一端に続いて、螺旋の円周上にあって、螺旋の中心軸に平行となるまで方向を変える立ち上げ部と、立ち上げ部に続く軸状部分であり、螺旋の円周上にあって、螺旋の中心軸に平行な突出部と、突出部に続く先端であって、検査対象電子部品の検査部位に接触する先端と、本体部の他端に続く部分であって、螺旋の中心に方向を変え、螺旋の内側に最端部を有する他端部とを含んでいる。
本発明の第2の手段は、第1の手段において、上述の先端の形状が、検査部位と接触する接触点が接触子の外周となる斜め断面である。
本発明の第3の手段は、第1又2の手段において、上述の接触子がコイル巻線機において押出し加工により形成されている。
本発明の第4の手段は、第1乃至3の何れかの手段において、上述の接触子の立ち上げ部及び他端部の曲げ半径が、実質的に本体部の曲げ半径より縮小することなく形成されている。
本発明の第5の手段は、第1乃至4の何れかの手段において、上述の本体部のコイル径が、最小巻線径以上、かつ最小巻線径の2倍の径以下の範囲 にある。
本発明の第6の手段は、第1乃至5の何れかの手段において、上述の本体部が、立ち上げ部の側に蜜巻部を有している。
本発明の第7の手段は、電子部品の検査に用いられる検査治具であって、第1乃至6の何れかの手段による接触子と、当該接触子を保持する接触子保持体と、当該接触子保持体に連結された電極部とを備えている。接触子保持体は、先端が露出するように突出部を軸方向に摺動可能に支持する案内部と、立ち上げ部又は本体部に係合することにより先端の所定以上の突出を係止する係止部と、本体部と他端部とを収納する筒状空洞部とを含んでいる。電極部は、接触子保持体に連結された電気絶縁性の電極板と、電極板を貫通するように電極板に固定され一端面が他端部の最端部に当接することにより他端部に電気的に接続されるとともにコイルばねを付勢する軸状の導電性の電極とを含んでいる。
本発明の第8の手段は、第7の手段において、電極板には、電極を支持する筒状空洞部と同軸の同径又は同径未満の貫通孔が形成されており、電極は接触子の最大径よりも径が小さい。
本発明の第1の手段に依れば、接触子は1個の部品のみからなるため、製造コストが低減される。螺旋状の本体部の内側に最端部あり、突出部の位置が本体部の円周上にあるので、接触点が外側に移動する。これは、4端子測定用の接触子として好都合な形状である。当該接触子は、基本的には圧縮コイルばねであるので、適切な突出量(すなわち、導電接触の可動範囲)を確保できる。これは、面積が大きい、検査端子に凹凸がある等のプリント配線板であっても、安定した導電接触がえられる 。
本発明の第2の手段に依れば、先端の形成が容易であり、接触点の間隔が最小となる。
本発明の第3の手段に依れば、コイル巻線機おいて自動で製作できるので、製作が容易である。
本発明の第4の手段に依れば、急激に曲げられることがなく、集中応力が分散するので、寿命短縮が回避される。
本発明の第5の手段に依れば、接触子の外径を小さくして、配置密度を上げることが出来る。
本発明の第6の手段に依れば、蜜巻部が係止を容易にする。又、密巻部は、本体部の伸縮を案内し、それにより本体部の屈曲を抑止することが出来る。
本発明の第7の手段に依れば、常時、接触子は電極の中心近傍を付勢しているので、検査治具の内部接続が確実となり、検査の信頼性が確保される。案内部と中心軸が異なる筒状空洞部に保持された接触子は回転することがなく、接触点は外周であっても良く接触点の位置を確保する。
本発明の第8の手段に依れば、電極の径を小さくできるので、細径のエナメル線などを使用し製造容易にコストを低減することが出来る。また電極部が配置密度を下げることもない 。
各々の手段に依って上述した効果は、第1の手段が共通しているので、他の手段に係るものの効果になることがある。
図1は本発明の実施形態を示す検査治具の全体の構成を示す説明図。 図2は本発明の実施の形態1における検査治具の断面図。 図3(a)、図3(b)は本発明の接触子を拡大した説明図。 図4(a)、図4(b)は本発明の接触子を拡大した説明図。 図5は従来発明の4端子測定用の検査治具の断面図。
プリント配線板の検査に適用可能な検査治具の例について、図1を参照しつつ説明する。検査治具1は、被検査プリント配線板と検査装置との間に配置されることにより、導電を確保し、抵抗値などの電気特性を検査する接続装置である。検査治具1は、被検査プリント配線板の検査端子に導電接触する複数の接触子10を保持する接触子保持体30と、この接触子保持体30を着脱可能に支持して接触子10と導電接触する電極41を有する電極部40とを有している。電極部40は、コネクタ45を介して検査装置と接続されている。この接触子保持体30と電極部40とを分離可能にする構成は、製作と保守に有効である。
本発明は特に4端子測定用の接触子をコイルばねの両端を接触点とすることで、製造容易で保守も容易な検査治具を実現した。以下、本発明の実施形態に係る検査治具1及び接触子10について、関連する添付図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
本実施の形態による接触子10を使用する検査治具1は、図1に示すように、複数の接触子10が接触子保持体30に保持されて、電極板42に着脱可能に装着されている。電極板42には図2に示す電極41が、接触子10の本体部14と同軸に配設されて支持体43に固着されている。支持体43はコネクタ45と共に治具ベース板46に固着されている。電極41とコネクタ45はリード線44で配線されて電極部40を形成している。検査治具1が検査装置に搭載されて、コネクタ45を介して電気的に接続される。接触子10の先端11が被検査プリント配線板の検査端子に圧接することにより、電気特性を測定することが可能となる。4端子測定においては1つの検査端子に左右対称に対向して 、2つの接触子10が配置されることになる。
図2を参照しつつ、内部の構成を説明する。接触子10は導電性金属のコイルばねからなる。断面円形の線材は連続して先端11、突出部12、係止部13、本体部14、他端部15からなっている。
先端11は、2つの接触子10の接触点の間隔を最少にするために45度の断面となっている。突出部12は接触子保持体30の案内板31の第1案内孔311から伸縮可能に突出することにより、被検査プリント配線板の検査端子との圧接を確保している。立ち上げ部13は、接触子保持体30に保持されるために、本体部(コイルばね)14の円周上14cへ垂直方向に方向を変えることにより、係止孔322に係止されている。この係止板32の立ち上げ部13の所定部分を含む係止孔322は、本発明の「係止部」の一具体例に相当する。係止板32には、第1案内孔311と同軸に第2案内孔321があり、突出部12と本体部14の垂直な可動と伸縮を案内している。この2層の案内孔は本発明の「案内部」の一具体例に相当する。2層の細径の案内孔の間に、径の大きい間隔孔312を設けることにより、垂直な運動の案内と位置精度を確実にしている。
本体部14は、コイル保持板33のコイル保持孔331に伸縮可能に保持されている。コイル保持孔331は、本発明の「筒状空洞部」の一具体例に相当する。他端部15は、本体部14の中心を横切る様に方向を変えており、中心軸14bの近傍に最端部15aがあり電極41との接触を確実にしている。絶縁性の案内板31、係止板32、及びコイル保持板33は一体に固定されることにより、接触子保持体30を構成している。図2は、多数の接触子10を接触子保持体30に実装し、接触子保持体30を電極板42に着脱可能に固定した状態を示している。立ち上げ部13は、係止孔322によって押圧され、それにより本体部14は圧縮する。その結果、初期荷重が電極41に架るので、導電接続が確実なものとなる。
図3(a)を参照しつつ、係止部322の詳細を説明する。接触子10をコイル保持孔331に入れた状態を、上面から観た平面図である。2点鎖線は係止板32を重ねた時の状態を示している。接触子10の線材の円周14c(コイル中心径)と係止孔322とが交差して係止していることが解る。係止孔322の内側に第2案内孔321がある。係止孔322の径は、例えばコイル保持孔331の約3/4から約1/2である。
図3(b)は接触子10の底面図である。図3(b)が示すように、他端部15は円周14cから中心に立体的に方向が変わっており、その結果、最端部15aが本体部14の中心に位置している。その結果、接続先である電極41の径を小さくできることになる。本体部14の円周14cの径(コイル径)はばね指数が約3の最小巻線径になっている。
電極部40について、図2を参照しつつ説明する。絶縁性の電極板42にコイル保持孔331と同軸の電極孔411が形成されている。この電極孔411にエナメル線などのリード線44が挿入され、かつ接着剤411aによりで固定された後に、平面加工されることによって、電極41が形成されている。最端部15aと電極41とが同軸の中心近傍で導電接触している。電極41の表面処理は、導電接触を確実にするために金めっきが望ましい。
電極41の製作において、細径のリード線44と電極孔411との間のクリアランスを大きくすると、挿入と接着は容易になるが電極41の位置ずれは大きくなる。この製作法によれば、製作に適正なクリアランスに相当する位置ずれが発生するが、電極41として個別部品は要らずコストを低減することが出来る。
本実施の形態の接触子10について、図4を参照しつつ詳細を説明する。接触子10の材料は、ピアノ線などの導電性の金属の断面円形の線材である。接触子10は、コイル巻線機を用いて押出し加工することにより製作される。先端11から突出部12までは曲げることなく押出し軸(孔)から押し出される。立ち上げ部13から曲げが開始される。押出し長さに合わせて曲げ半径と曲げ方向を連動して変えることにより、で立ち上げ部13が形成される。これにより、押出し軸と突出部12とが約直角となるように、本体部14の円周14cの上に突出部12が形成される。続いて本体部14の密着巻14aが所定回行われる。続いてばね特性を有する疎巻きがを所定回の間行われる。終端の他端部15は、曲げ方向が変わり、それにより本体部14の中心軸14bに斜めに交差するように、中心軸14bないしその付近に達し、中心軸14bの近傍で切断される。
図4の(a)は接触子10の正面図であり、図4(b)は右側面図である。これらの図は、接触子10の両端部の立体的な(3次元の)形状を示している。突出部12は、2層の案内孔に案内されることにより、垂直運動を確実にするために、所定の長さを有している。立ち上げ部13は、本体部14の円周上14cにおいて滑らかに方向を約90度変えて垂直になり、突出部12に続いている。突出部12は、本体部14の中心軸14bから軸が移動した軸状部分であり、中心軸14bとは平行になっている。
本体部14に密着巻14aが設けられることに依り、係止孔322による接触子10の係止が容易なものとなっている。また、密着巻14aは、本体部14の伸縮も容易にする。疎巻きによって所要のばね定数が得られる。他端部15は、中心軸14bを斜めに横切る様に方向が変わり、例えば中心軸14b上において切断されている。最端部14aが中心近傍にあると、突出部12は円周上14cの何れの位置であっても良く、巻線の巻き始めと巻終わりとの間の円周角に特異性がないので、巻線が容易となる。接触子10の表面処理は、導電接触を確実にするために金めっきが望ましい。
コイル巻線機の押出し軸(押し出し長)、曲げ半径、曲げ方向(ピッチ角も含む)を連動して制御することにより、突出部12、立ち上げ部13、密着巻14a、疎巻き、他端部15を連続して、押出し加工により形成することができる。それにより、生産効率を高め、製造コストを低減することができる。接触子10の両端の接触位置が外周から中心軸14bに移動するので、荷重が付加されたときのコイルばねのバランスは理想的ではないが、実用性を損なうものではない。さらに、この形状は、4端子測定の接触子10として好都合の形状である。加えて、ばね指数(C=D/d)が小さくなると、荷重時のアンバランスの影響は小さくなる。
接触子10が押出し加工により形成されるので、コイル巻線機に依って最小曲げ半径が制限される。このため、急激に曲げられることがなく、集中応力が分散する。また、本体部14のコイル径が最小巻線径であっても、密着巻14aから疎巻きに連続的に変わるのと同様に、曲げ方向が変わることにより、本体部14の両端部は、曲げ半径を同一に保ちつつ形成することが可能である。それにより、微細径の接触子10を高密度に配置することが可能になる。
組立と保守の手順について、図1、2を参照しつつ説明する。案内板31、係止板32、コイル保持板33を重ねて螺子止めし、接触子保持体30とする。コイル保持板33を上側にして、かつ接触子10の先端11を前方にして(すなわち下方にして)、全てのコイル保持孔331から係止孔322の第2案内孔321と第1案内孔311に、接触子10を挿入する。次に、電極41の形成も含めて組立完了した電極部40を90度に設置する。接触子10が装着された接触子保持体30を電極板42に整合させ、螺子により互いを固定する。これにより組立は完了する。
不良の接触子10の交換は、接触子保持体30を取り外して接触子10を取り出し、良品に交換する。各板を整合する場合、図には示していないが、複数の位置合わせピンと位置合わせ孔を整合することにより機械的な位置が決まる構成になっている。接触子10の挿入された接触子保持体30を取り扱う場合、コイル保持板33を下側にすると全ての接触子10が落下するので注意を要するが、注意を怠らない限り、作業は容易である。
(その他の実施形態)
先端11の形状、を突出部12の軸と直角に交差する平面にしても良い。この形態は、例えば、検査端子が半球の半田バンプの接触に適応する。平面にする加工では、研磨が容易である。先端11の平面形状は、直角のほかに、45度、多角錐などのその他の形状であっても良い。
密着巻14aの巻き回数を多くすると、長い密着巻14aがコイル保持孔331に案内されることにより、本体部14の荷重のアンバランスが改善される。それにより、本体部の伸縮がより容易なものとなる。又、他端部側等にも密着巻があっても良い。
本接触子10は4端子測定に適応するが、通常の2端子測定に使用しても良い。接触子10を共用化すると、製造と保守が容易になる。また、接触子10は、他の種類の接触子の併用を妨げるものではない。必要に依り併用が可能である。
突出部12の案内を第1案内孔311と第2案内孔321の2層で行ったが、案内板31と係止板32の間に中間板を追加して、第3案内孔を設けても良い。それにより、接触子10の垂直の動作がより確実になる。又、案内板31を無くして第2案内孔321のみとしても良い。ただし、接触子10に荷重のアンバランスがあるので、案内板31を設ける方が望ましい。
係止孔322は、立ち上げ部13又は本体部14を係止し、第2案内孔321を内側に含めば良いので、図に示さないが、対向する係止孔と重なっても良い。また、対向する2つの係止孔322を1つにしても良い。この場合は加工工数が減る。間隔孔312も同様である。案内孔以外は径が大きく孔加工は容易である。
上述した例では、接触子10の形成は押出し加工を突出部12から開始し他端部15で終了しているが、反対の方向の他端部15から開始し突出部12で終了しても良い。コイル巻線機の機能に合わせることが好ましい。
図2乃至4の接触子10を、コイル巻線加工に折り曲げ加工を追加することにより製造しても良い。但し、コイル巻線加工のみによって接触子10を製造する方が、通常はコストを著しく低減することができ、より好ましい。
条件が合えば、他端部15を一般的な縮径(ピックテールエンド)としても良い。ただし、最端部15aが本体部14の内周の内側にあり、電極41の径が本体部14の外径より小さくても電極41との導電接触が確保されて、電極孔411の径が同軸のコイル保持孔331より大きくならない、という要件を充たしていることが望ましい。この形態では、最端部15aの位置について、中心近傍とした範囲よりも広くなる。しかし、この形態では、本体部14が最小巻線径に近くなると、最端部15aは円周に近くなる。これに対して、縮径によらずに他端部15の曲げ方向を立体的に変えることによって、最端部15aを中心軸14bの近傍に配置する図4の形態は、圧縮時のバランスがより好ましいものとなる。
本発明の特定の実施形態についての上述の説明は、例示を目的として提示したものである。それらは、網羅的であったり、記載した形態そのままに本発明を制限したりすることを意図したものではない。数多くの変形や変更が、上述の記載内容に照らして可能であることは当業者に自明である。
本発明の接触子は、プリント配線基板、ICパッケージ、IC等の電子部品に備えられた検査端子に導電接触させる通電治具と通電装置全般に用いることができる。
1・・・・検査治具
10・・・接触子
11・・・先端
12・・・突出部
13・・・立ち上げ部
14・・・本体部
14b・・中心軸
14c・・円周(円周上、コイル径)
15・・・他端部
15a・・最端部
30・・・接触子保持体
31・・・案内板
32・・・係止板
322・・係止孔、係止部
33・・・コイル保持板
40・・・電極部
41・・・電極

Claims (8)

  1. 電子部品の検査に用いられる検査治具に組み込まれて使用される接触子であって、
    導電性の断面円形の線材からなり、螺旋をなすことにより、ばね特性を有する本体部と、前記本体部の一端に続いて、前記螺旋の円周上にあって、前記螺旋の中心軸に平行となるまで方向を変える立ち上げ部と、当該立ち上げ部に続く軸状部分であり、前記螺旋の円周上にあって、前記螺旋の中心軸に平行な突出部と、当該突出部に続く先端であって、検査対象電子部品の検査部位に接触する先端と、
    前記本体部の他端に続く部分であって、前記螺旋の中心に方向を変え、前記螺旋の内側に最端部を有する他端部と、を含む接触子。
  2. 前記先端の形状は、前記検査部位と接触する接触点が前記接触子の外周となる斜め断面である請求項1に記載の接触子。
  3. 前記接触子は、コイル巻線機において押出し加工により形成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の接触子。
  4. 前記立ち上げ部及び前記他端部の曲げ半径は、実質的に前記本体部の曲げ半径より縮小することなく形成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の接触子。
  5. 前記本体部のコイル径は、最小巻線径以上、かつ最小巻線径の2倍の径以下の範囲にある請求項1乃至4の何れかに記載の接触子。
  6. 前記本体部が、前記立ち上げ部の側に蜜巻部を有している請求項1乃至5の何れかに記載の接触子。
  7. 電子部品の検査に用いられる検査治具であって、
    請求項1乃至6の何れかに記載の接触子と、当該接触子を保持する接触子保持体と、当該接触子保持体に連結された電極部とを備え、
    前記接触子保持体は、前記先端が露出するように前記突出部を軸方向に摺動可能に支持する案内部と、前記立ち上げ部又は前記本体部に係合することにより前記先端の所定以上の突出を係止する係止部と、前記本体部と前記他端部とを収納する筒状空洞部と、を含み、
    前記電極部は、前記接触子保持体に連結された電気絶縁性の電極板と、当該電極板を貫通するように当該電極板に固定され、一端面が前記他端部の前記最端部に当接することにより、前記他端部に電気的に接続されるとともに、前記本体部を付勢する軸状の導電性の電極と、を含む検査治具。
  8. 前記電極板には、前記電極を支持する前記筒状空洞部と同軸の、同径又は同径未満の貫通孔が形成されており、
    前記電極は前記接触子の最大径よりも径が小さい請求項7に記載の検査治具。
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