JP2016153796A - Ｉｃデバイス検査用ソケット - Google Patents

Abstract

【課題】コンタクトピンの交換作業性を低下させることなく、ＩＣデバイスの検査時には高い信号伝送効率を発揮できるＩＣデバイス検査用ソケットを提供する。【解決手段】基板２は、ガラスエポキシ樹脂等の誘電体からなる基材２１に積層された層状の高誘電体２２−２５を有し、各高誘電体の両側には銅等の導電層が形成される。コンタクトピン３の各々は、基板２の面２６又は２７に略垂直に延びて基板２を貫通する。基板２を構成する基材２１、各高誘電体及び各導電層には各コンタクトピンを圧入可能な貫通孔２８が形成されており、さらに各貫通孔２８の内面には銅等の導電性材料２８１が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ＣＰＵやメモリ等の半導体集積回路（以降、ＩＣと略称）デバイスの検査に使用されるＩＣソケットに関し、特には、半導体パッケージテスト用のコンデンサ機能を具備したＩＣデバイス検査用ソケットに関する。

ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）デバイス等のＩＣデバイスの信号伝送特性等の評価試験を行う際には、そのＩＣデバイスの端子の各々に導通接続可能な接触子を備えたＩＣソケットが使用される。近年、ＩＣデバイスではその処理速度の高速化に伴い、扱う信号が高周波化している。信号の高速化に対応して、ＩＣソケットも高速信号を伝送できることが求められている。

高速信号を伝送するためには、ＩＣソケットに含まれるコンタクトピンの自己インダクタンスを下げることが好ましい。このため、一般にコンタクトピンは太くかつ短いものが好ましいとされている。

高速信号に対応する他の方法が、特許文献１に記載されている。特許文献１には、「本発明のＬＳＩソケット１０１は、プリント基板１０２、ポゴピン１０３、ポゴピン支持筐体部１０４の３つの部品から構成されている。プリント基板１０２には、印加される電圧値が異なる第１の電源ピン１０５と第２の電源ピン１０６、ＧＮＤピン１０７、信号ピン１０８用となるポゴピン１０３がそれぞれ挿入される複数のスルーホール１０９が設けられており、信号ピン１０８が貫通するスルーホール１０９以外の全てのスルーホール１０９内面にメッキ層１１６が形成されている」と記載されている。

特許文献２には、「一般的に、電源用プローブのバイパス用チップコンデンサは、検査用ソケット下面側の配線基板上において、電気的な距離ができるだけデバイスに近い配線パターン上に実装される」及び「チップコンデンサを被検査デバイスの直下であり検査ソケットの上部である位置に実装する事が必要となった」と記載されている。

国際公開第２００５／００６００３号パンフレット 特開２００９−８５９４８号公報

上述のようにコンタクトピンは太くかつ短いものが好ましいとされているが、ＩＣデバイスの端子間のピッチの狭小化によってコンタクトピンの太さには制限がある。一方、コンタクトピンは高価であることから、繰り返し使用により信頼性が低下したコンタクトピンは随時交換されることが一般的であり、コンタクトピンの交換時の作業性を考慮するとコンタクトピンは一定以上の長さを有する必要がある。

或いは、ＩＣソケットの筐体やＩＣソケットに組み込まれるコンタクトピンに直接、コンデンサを接続することにより信号の高周波化に対応していた。しかし、ＩＣソケットの筐体やコンタクトピンに直接コンデンサを接続することでＩＣソケットが占める体積が大きくなり、ＩＣソケットのコンタクトピンを高密度に配置することの妨げとなる虞がある。また、ＩＣソケットの筐体や該基板の周辺にコンデンサを配置・接続できたとしても、コンタクトピンから数ミリメートル離れた位置にしかコンデンサを配置・接続できない場合があり、その場合はコンデンサまでの配線長による自己インダクタンスによってコンデンサの効果が有効に作用しない虞がある。

そこで本発明は、コンタクトピンの交換作業性を低下させることなく、ＩＣデバイスの検査時には高い信号伝送効率を発揮できるＩＣデバイス検査用ソケットを提供する。

上記目的を達成するために、本発明は、基板と、前記基板に形成された貫通孔に摩擦力によって保持される複数の導電性のコンタクトピンと、を有し、前記基板は、基材と、前記基材に積層され、該基材よりも高い誘電率を有する少なくとも１つの層状誘電体と、前記基材に積層され、前記層状誘電体の両側に形成された導電層とを有し、前記少なくとも１つの層状誘電体は、０．５マイクロメートル以上かつ２０マイクロメートル以下の厚みを有し、１０以上３０以下の比誘電率を有し、前記複数のコンタクトピンの少なくとも１つは前記導電層のいずれか１つに電気的に接続されている、ＩＣデバイス検査用基板状ソケットを提供する。

本発明に係るＩＣデバイス検査用ソケットによれば、コンデンサを構成する高誘電体及び導電層とそれらを包埋する基材とにより実質一体物の基板が形成されるので、コンタクトピンとコンデンサとの距離を極めて短くすることができ、ＩＣソケットの性能を高めることができる。また各コンタクトピンは基板に圧入され保持されているので、基板はコンタクトピンの支持体としても作用し、コンタクトピンを支持するための他の部材が不要となる。

本発明の実施形態に係るＩＣソケットの斜視図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 図２のIII部の拡大図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るＩＣデバイス検査用ソケット（以降、ＩＣソケットと略称する）１を示す斜視図であり、図２は図１のII−II断面を示す図である。ＩＣソケット１は、基板２と、基板２に圧入等により保持された複数の導電性のコンタクトピン３と、基板２を支持するガイドボディ４とを有する。ガイドボディ４は、検査すべきＩＣデバイス（図示せず）を基板２上の所定位置に配置するためのガイド部又はガイド壁４１を有し、さらにＩＣソケット１を該ＩＣデバイスを検査する検査装置（図示せず）の所定位置に配置するための位置決め部（本実施形態では図２に示す位置決めピン４２）を有する。なおガイドボディ４は、必要に応じてＩＣソケット１に組み込まれる。また基板２は、位置決め手段と協働して位置決めを行う孔や切欠きを有していてもよい。

図２のIII部の拡大図である図３に示すように、基板２は、ガラスエポキシ樹脂等の誘電体からなる基材２１に積層（好ましくは包埋）された少なくとも１つ（図示例では４つ）の層状の誘電体２２−２５を有し、各層状誘電体の両側には銅等の導電層が形成される。従って各層状誘電体とその両面の導電層は、協働してコンデンサを構成する。つまり基板２は、基材２１を構成する材料と、導電層と、層状誘電体とを積層して構成されている。またコンデンサの容量を高めるためには各層状誘電体の誘電率は高い程好ましく、各層状誘電体は基材２１の誘電率よりも高い誘電率を有する高誘電体であることが好ましい。例えば高誘電体としてスリーエム社製のEmbedded Capacitor Material（ＥＣＭ）が使用可能である。ＥＣＭは、高誘電材料を柔軟性のあるシート状に形成したものである。このような基板は、印刷回路板を作製する方法によって、作製することができる。

基板２を構成する材料は、ガラス繊維の代わりに紙を含んでいてもよいし、エポキシ樹脂の代わりにフェノール樹脂やポリアミド樹脂を含んでもよい。また導電層を構成する材料として、銅以外に銀や金を使用してもよい。層状誘電体は、ポリマーを含むことができる。好ましくは、層状誘電体はポリマーと複数の粒子とを含み、具体的には樹脂と粒子とを混合することによって作製される。好適な樹脂としては、エポキシ、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ベンゾシクロブテン、ポリノルボルネン、ポリテトラフルオロエチレン、アクリレート、及びそれらの混合物が挙げられる。粒子は、誘電性（又は絶縁性）粒子を含み、その代表例としては、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、酸化チタン、チタン酸鉛ジルコニウム、及びそれらの混合物が挙げられる。

各誘電体層の厚みは、例えば０．５マイクロメートル以上とすることができ、２０マイクロメートル以下とすることができる。該厚みはより薄い方が、キャパシタの静電容量を高くできるので好ましく、例えば１５マイクロメートル以下、或いは１０マイクロメートル以下とすることができる。但し該厚みはより厚い方が、接着強度の点からは好ましく、例えば１マイクロメートル以上とすることができる。

また誘電体の比誘電率は高い程好ましく、例えば１０以上、或いは１２以上とすることができる。比誘電率の上限には特に制限はないが、例えば３０以下、２０以下、或いは１６以下とすることができる。

また、層状誘電体として高誘電率を有する材料を使用すると、隣接する２つのコンデンサ間の距離を小さくできるというメリットを有する。２つのコンデンサが隣接すると、１つのコンデンサを構成する電源層と隣接する他のコンデンサを構成するグランド層との間でも静電容量が構成される。静電容量を構成したい導電層間に高誘電体を使用すると、１つのコンデンサを構成する導電層間の距離と、２つのコンデンサの隣接距離とを同じくしても、１つのコンデンサが生じる静電容量が大きくなる。そのため、隣接するコンデンサ間の距離を相対的に短くすることができ、基板の薄型化に貢献する。

各高誘電体の両面に形成された導電層のうち、一方の導電層はＩＣソケットの電源ピンと電気的に接続された電源層を構成し、他方の導電層はＩＣソケットのグラウンドピンと電気的に接続されたグラウンド（ＧＮＤ）層を構成する。詳細には、基板２の図示しないＩＣデバイス側の面（図２では上面）２６に最も近い第１の高誘電体２２の上面２２１には第１の電源層２２２が形成され、下面２２３には第１のＧＮＤ層２２４が形成される。同様に、第１の高誘電体２２の直下の第２の高誘電体２３の上面２３１には第２の電源層２３２が形成され、下面２３３には第２のＧＮＤ層２３４が形成される。さらに、基板２の図示しない検査装置側の面（図２では下面）２７に最も近い第４の高誘電体２５の上面２５１には第４の電源層２５２が形成され、下面２５３には第４のＧＮＤ層２５４が形成される。同様に、第４の高誘電体２５の直上の第３の高誘電体２４の上面２４１には第３の電源層２４２が形成され、下面２４３には第３のＧＮＤ層２４４が形成される。ここで第１の電源層２２２及び第３の電源層２４２は実質同電位であり、第２の電源層２３２及び第４の電源層２５２は実質同電位である。同様に、第１のＧＮＤ層２２４及び第３のＧＮＤ層２４４は実質同電位であり、第２のＧＮＤ層２３４及び第４のＧＮＤ層２５４は実質同電位である。

なお各層状高誘電体及びその両面の導電層は、基板２に全面的に配置される。従って、基板２の面積と略等しい面積のコンデンサが形成可能である。

コンタクトピン３の各々は、基板２の面２６又は２７に略垂直に延びて基板２を貫通する。詳細には、基板２を構成する基材２１、各高誘電体及び各導電層には各コンタクトピンを圧入可能な貫通孔２８が形成されており、さらに各貫通孔２８の内面には銅、金又は銀等の導電性材料２８１がメッキ等により形成されている。導電性材料２８１が上記導電層のいずれか１つに導通接続されることにより、貫通孔２８内に圧入されたコンタクトピン３のピンボディ３１は、コンタクトピンが信号ピンである場合を除き、導電性材料２８１を介していずれかの導電層に電気的に接続されることになる。なお信号ピン用の孔の内面にも導電性材料２８１を形成してもよいが、しなくともよい。

各貫通孔２８の寸法は、該貫通孔内に保持されたコンタクトピン３が、ＩＣソケット１を検査装置の基板に配置したときに生ずるコンタクトピン３の内蔵バネの反力によって脱落しないように決定される。例えば、コンタクトピンの圧入保持力は０．１Ｎ以上であることが好ましい。また各貫通孔２８の寸法は、コンタクトピンの保守・交換時等には該貫通孔からコンタクトピンが比較的容易に抜き出すことができるように決定され、またコンタクトピンを基板から引き抜いたときに貫通孔２８内面の導電性材料２８１が剥離しないように決定される。例えば、コンタクトピンの圧入保持力は２．０Ｎ以下であることが好ましい。

コンタクトピン３の各々は、基板２に圧入保持される略円筒状のピンボディ３１と、ピンボディ３１の一端（図示例では下端）から突出して図示しない検査装置に電気的に当接すなわち導通接続可能な第１接触部３２と、ピンボディ３１の他端（図示例では上端）から突出して図示しないＩＣデバイスに電気的に当接すなわち導通接続可能な第２接触部３３とを有する。コンタクトピンとしては種々の形態が可能であるが、例えばポゴピンと呼ばれるタイプのように、両接触部３２、３３がピンボディ３１に対して図示しないスプリング等によってピンボディ３１の軸方向に変位可能なものが好適である。

コンタクトピン３のピンボディ３１は、円筒状であることが好ましい。このようなコンタクトピンでは、ピンボディ３１の外周表面と貫通孔２８とが広い面積で接するので、コンタクトピンを貫通孔２８に対して略同軸上に配置することが容易となる。さらに導電性材料２８１とコンタクトピンとの接触面積が増え、電気的に安定した接続を実現できる。

コンタクトピン３は、上述の電源層に電気的に接続される電源ピンと、ＧＮＤ層に接続されるグラウンド（ＧＮＤ）ピンと、いずれの層にも接続されない信号ピンとに分類される。例えば図３に示すように、コンタクトピン３ｂ及び３ｉの各々は第１の電源層２２２及び第３の電源層２４２の双方に接続されて第１電源ピンとして作用し、コンタクトピン３ｃ及び３ｆの各々は第２の電源層２３２及び第４の電源層２５２の双方に接続されて第２電源ピンとして作用する。同様に、コンタクトピン３ａ及び３ｈの各々は第１のＧＮＤ層２２４及び第３の電源層２４４の双方に接続されて第１ＧＮＤピンとして作用し、コンタクトピン３ｄ及び３ｇの各々は第２のＧＮＤ層２３４及び第４の電源層２５４の双方に接続されて第２ＧＮＤピンとして作用する。またコンタクトピン３ｅはいずれの導電層にも接続されておらず、信号ピンとして作用する。

本発明に係る実施形態では、コンデンサを構成する高誘電体及び導電層とそれらを包埋する基材とにより実質一体物の基板が形成される。従ってコンタクトピンとコンデンサとの距離を極めて短くすることができ、ＩＣソケットの性能を高めることができる。また各コンタクトピンは基板に摩擦力によって保持（好ましくは圧入）されているので、基板はコンタクトピンの支持体としても作用し、コンタクトピンを支持するための他の部材が不要となる。つまり、コンタクトピンは、実質的に基板のみによって保持及び位置決めされる。また高誘電体を使用することにより、基板のさらなる薄型化が図られる。

図３に示すように、基板２は高誘電体を挟む電源層とＧＮＤ層とで構成されるコンデンサを、基板２の上面２６及び下面２７に成るべく近い位置（すなわち表層側）に具備することが好ましい。この理由は、基板２の表面と導電層との距離が小さい方が、ＩＣデバイス検査時において良好な信号伝送特性が得られるからである。より具体的に言えば、基板２の上面２６と高誘電体２２、２３との距離が短い程検査対象であるＩＣデバイスの入力感度が上昇し、一方基板２の下面２７と高誘電体２４、２５との距離は短い程該ＩＣデバイスの出力感度が上昇する。本発明では、基板が電源層とＧＮＤ層とに挟まれた高誘電体を内包した実質一体物として構成されているので、コンデンサを基板の表面近傍に配置した構成を容易に実現することができ、より正確なＩＣデバイスの検査ができるようになる。

上述のようにコンタクトピンは実質的に基板のみによって保持されるため、コンデンサを任意の位置に配置することができる。また基板は、その厚さ方向の中心付近に、層状高誘電体とその両面に形成された導電層とからなるコンデンサをさらに有してもよい。

コンタクトピンの長さは、信号の伝送特性等の観点からは短い方が好ましい。しかし、コンタクトピンの長さが短い程、ピンの交換作業性や組立性は落ちることになる。しかし本発明によれば、上記基板２の構成により、信号伝送特性に関しては実際より短いポゴピンを使用した場合と同様の効果が得られるので、比較的長いコンタクトピンを使用してもＩＣソケットの性能低下を考慮する必要はない。

ピンボディ３１の長さが基板２の厚さよりも長ければ、結果的にコンタクトピン長さも長くなって信号伝送特性が低下する。一方ピンボディ３１の長さが基板２の厚さよりも短すぎてピンボディ３１の軸方向端部がある導電層よりも基板厚さ方向について基板内部側に位置する場合、コンタクトピンからその導電層に至る経路が複雑になってＩＣソケットの性能低下につながる。従って各コンタクトピン３のピンボディ３１の軸方向長さは、基板２の厚さと概ね同等であることが好ましい。

１ ＩＣソケット
２ 基板
２１ 基材
２２−２５ 高誘電体
２２２、２３２、２４２、２５２ 電源層
２２４、２３４、２４４、２５４ ＧＮＤ層
２８ 貫通孔
３ コンタクトピン
３１ ピンボディ
３２ 第１接触部
３３ 第２接触部
４ ガイドボディ

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板に形成された貫通孔に摩擦力によって保持される複数の導電性のコンタクトピンと、を有し、
   前記基板は、
   基材と、
   前記基材に積層され、該基材よりも高い誘電率を有する少なくとも１つの層状誘電体と、
   前記基材に積層され、前記層状誘電体の両側に形成された導電層とを有し、
   前記少なくとも１つの層状誘電体は、０．５マイクロメートル以上かつ２０マイクロメートル以下の厚みを有し、１０以上３０以下の比誘電率を有し、
   前記複数のコンタクトピンの少なくとも１つは前記導電層のいずれか１つに電気的に接続されている、ＩＣデバイス検査用基板状ソケット。
2. 前記基板の前記貫通孔の内表面は導電性材料が形成され、該導電性材料が前記導電層の少なくとも１つに導通接続される、請求項１に記載のＩＣデバイス検査用基板状ソケット。
3. 前記導電層は第１の電源層、第２の電源層、第１のグラウンド層及び第２のグラウンド層を有し、
   前記少なくとも１つの層状誘電体は、第１の層状誘電体及び第２の層状誘電体を含み、
   前記第１の電源層及び第１のグラウンド層は、前記第１の層状誘電体の両面にそれぞれ配置されて第１のコンデンサを形成し、
   前記第２の電源層及び第２のグラウンド層は、前記第２の層状誘電体の両面にそれぞれ配置されて第２のコンデンサを形成し、
   前記複数のコンタクトピンは、
   前記第１の電源層に電気的に接続される電源ピンと、
   前記第１のグラウンド層に接続されるグラウンドピンと、
   前記第１の電源層及び前記第１のグラウンド層のいずれにも接続されない信号ピンとを含み、
   前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサの少なくとも一方の静電容量が大きくなるように、互いに隣接配置されている、請求項１又は２に記載のＩＣデバイス検査用基板状ソケット。

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