JP2018116066A - 電気的接触子及び電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な電気的接触性を少ない要素数で実現できる、変形に対する耐性が高い電気的接触子を提供する。
【解決手段】本発明は、第１接触対象及び第２接触対象間を電気的に接触する電気的接触子において、長手方向の一部の区間がスプリング機能を発揮する複数のスプリング部と、スプリング機能を発揮し得ない複数の非スプリング部となっているバレルと、少なくとも一部がバレルの一端から挿入されている、第１接触対象に電気的に接触する第１のプランジャーと、少なくとも一部がバレルの他端から挿入されてバレルの他端開口を閉塞すると共に、第２接触対象に電気的に接触する第２のプランジャーとを有し、第１のプランジャーにおけるバレル内の端部と、第２のプランジャーにおけるバレル内の端部とが、同一の非スプリング部の内部空間に位置していることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は電気的接触子及び電気的接続装置に関し、例えば、配線基板や半導体集積回路等に備えられた電極に接触する電気的接触子や、複数の電気的接触子を有する電気的接続装置に適用し得るものである。

対向して配設された配線基板上の電気回路等を互いに電気的に接続する電気的接触子は良く知られている。このような電気的接触子として、例えば、特許文献１に記載のものを挙げることができる（なお、特許文献１では、電気的接触子をプローブと表現している）。

図１０は、特許文献１に記載の電気的接触子１を示す縦断面図であり、電気的接触子１の中心軸を通る平面で切断した断面図である。

電気的接触子１は、共に導電性のバレル２とプランジャー３とを有する。バレル２は、概ね円筒形状を有する。バレル２は、上下方向（長手方向）に弾性力を発揮する２つのスプリング部２ｂ及び２ｄを有する。すなわち、バレル２は、上側から、上方部分２ａ、上側スプリング部２ｂ、中間部分２ｃ、下側スプリング部２ｄ及び下方部分２ｅを有する。プランジャー３は、概ね円柱形状を有する。バレル２の内径とプランジャー３の外径とがほぼ一致している。プランジャー３は、バレル２の内部空間に大半が挿入されている。プランジャー３は、当該電気的接触子１に外力が印加されていない状態でも印加されている状態でも、その上端がバレル２の上方部分２ａから外部に突出しないように、バレル２の内部空間に挿入されている。プランジャー３の下方は、バレル２の下方部分２ｅより下方に突出している。バレル２の下方部分２ｅの所定高さの位置（１点ではなく、数点又は円を表している）Ｐにおいて、下方部分２ｅとプランジャー３とが、例えば、抵抗溶接、レーザ溶接又はかしめによって接合されて互いに固定されている。

電気的接続装置に電気的接触子１が組み込まれて使用される際には、バレル２のスプリング部２ｂ及び２ｄが外力の印加を受けて蓄勢して上下方向に弾性力を発揮しながら、バレル２の上端が、図示しない上方の外部の電極等に電気的に接続し、プランジャー３の下端が、図示しない下方の外部の電極等に電気的に接続する。

特開２０１３−７７３０号公報

特許文献１に記載の電気的接触子１は、上述したように、バレル２の円環状の上端で外部の電極等に電気的に接続する。電気的接触子１は数ｍｍ程度の長さを有するものであり、そのため、円環状の上端の径は非常に小さく、上端を平坦にする処理を行うと上端の円環が歪んでしまう恐れがある。そのため、端面の平坦処理を実行しておらず、仮に、平坦処理を行うとしてもその程度は緩いものとなる。その結果、バレル２の円環状の上端はギザギザ形状となっており、外部の電極等との接触抵抗が、電気的接触子１によってばらついて安定しない。中心軸が上下方向からわずかに傾斜した場合や外部の電極の平坦度が不十分な場合などでは、電気的接触性が特に悪くなる。

従来、接触を確実にするために、電気的接触子を接触のための移動させる際にはオーバードライブさせる。上述のように、電気的接触性が悪い場合には、オーバードライブ量を多くしたりオーバードライブでの圧力を大きくしたりすることも考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の電気的接触子１は、バレル２がスプリング部を有しているため、上述のようにオーバードライブを強くした場合に、スプリング部の位置で変形を起こす電気的接触子も生じていた。

本発明は、十分な電気的接触性を少ない要素数で実現できる電気的接触子や、そのような電気的接触子を適用した電気的接続装置を提供しようとしたものである。

また、本発明は、接触時の変形を抑えることができる電気的接触子や、そのような電気的接触子を適用した電気的接続装置を提供しようとしたものである。

第１の本発明は、第１接触対象及び第２接触対象間を電気的に接触する電気的接触子において、（１）長手方向の一部の区間がスプリング機能を発揮する複数のスプリング部と、スプリング機能を発揮し得ない複数の非スプリング部となっているバレルと、（２）少なくとも一部がバレルの一端から挿入されている、第１接触対象に電気的に接触する第１のプランジャーと、（３）少なくとも一部がバレルの他端から挿入されてバレルの他端開口を閉塞すると共に、第２接触対象に電気的に接触する第２のプランジャーとを有し、（４）第１のプランジャーにおけるバレル内の端部と、第２のプランジャーにおけるバレル内の端部とが、同一の非スプリング部の内部空間に位置していることを特徴とする。

第２の本発明は、第１接触対象及び第２接触対象間を電気的に接触する電気的接触子を複数有する電気的接続装置において、少なくとも一部の電気的接触子として、第１又は第２の本発明の電気的接触子を適用したことを特徴とする。

第１の本発明によれば、十分な電気的接触性を少ない要素数で実現できる電気的接触子を実現でき、接触時の変形を抑えることができる電気的接触子を実現でき、第２の本発明によれば、第１の本発明の電気的接触子を適用した電気的接続装置を実現できる。

第１の実施形態の電気的接触子が適用されている電気的接続装置を含む検査装置の構成を、一部断面で示す概略正面図である。 第１の実施形態の電気的接続装置（接触子支持基板）を示す概略縦断面図である。 第１の実施形態の電気的接触子を示す概略縦断面図である。 第１の実施形態の電気的接触子におけるバレルを示す正面図である。 第１の実施形態の電気的接触子におけるトッププランジャーの上端近傍を示す正面図である。 バレルに設けるスプリング部の数と変形量との関係を測定した結果を示す説明図である。 第１の実施形態から、ボトムプランジャー及びトッププランジャーの長さを変更した変形実施形態の電気的接触子を示す概略縦断面図である。 第１の実施形態から、トッププランジャーの上端形状若しくは上端位置を変更した変形実施形態の電気的接触子におけるトッププランジャーの上端近傍を示す概略縦断面図である。 スプリング部の数を、第１の実施形態の３個から２個に変更した変形実施形態の電気的接触子が適用された電気的接続装置（接触子支持基板）を示す概略縦断面図である。 従来の電気的接触子を示す縦断面図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による電気的接触子及び電気的接続装置の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

まず、第１の実施形態の電気的接触子が適用されている第１の実施形態の電気的接続装置を含む検査装置（プローバと呼ばれることが多い）について、図１を参照しながら説明する。検査装置は、図１のように設置されるものに限定されないが、図１及び後述する他の図面の説明における「上下方向」は、図１の上下方向を表している。

検査装置１０は、主に、装置本体１１と、ＸＹＺθステージ１２と、チャック１３と、カード状接続装置（プローブカードと呼ばれることが多い）１４と、接続装置保持部１５とを有する。

装置本体１１は、ＸＹＺθステージ１２、カード状接続装置１４等を支持するための部材である。装置本体１１は、主に、下部ベース１６と、上部ベース１７と、これら下部ベース１６及び上部ベース１７の間を支持する複数の支柱１８とを備えている。上部ベース１７の中央には開口１７ａが設けられている。開口１７ａは、円形や矩形など（以下では円形として説明する）、カード状接続装置１４の外形と近似した形をしている。開口１７ａの内周縁の上側には、接続装置保持部１５を取り付けるための段状凹部１７ｂが設けられている。

ＸＹＺθステージ１２は、チャック１３をＸ軸方向、Ｙ軸方向又はＺ軸方向に沿って移動させたり、チャック１３を回転させたりするためのステージである。チャック１３は、ウェハ等の検査対象物１９を真空吸着等の手段で保持するための機構である。

カード状接続装置１４は、検査対象物１９と試験装置（図示を省略している）を電気的に接続するための部材である。カード状接続装置１４は、円盤状の配線基板２１と、接触子支持基板（第１の実施形態の電気的接続装置に該当する）２２とを有する。

配線基板２１は、電気的接触子２０に繋がる信号線等を配設すると共に、接続装置保持部１５を介して装置本体１１に取り付けられて、下方に設けられたカード状接続装置１４全体を支持するための部材である。

接触子支持基板２２は、多数の電気的接触子２０を支持するための部材である。接触子支持基板２２は、円形や矩形等の形状に形成され、その上側面が配線基板２１の下側面と一体的に設けられている。接触子支持基板２２には、多数の電気的接触子２０が取り付けられている。

各電気的接触子２０は、例えば、検査対象物１９上に形成された半導体デバイスの電極パッド（図示せず）に対応した位置に設けられている。電気的接触子２０が、ＸＹＺθステージ１２で制御されたチャック１３の上側面に載置された検査対象物１９の電極パッドなどに接触して検査が実行される。

図２は、接触子支持基板２２の概略構成を説明するための縦断面図である。図２では、説明の簡単化のために９本の電気的接触子２０を示しているが、上述したように、接触子支持基板２２は、多数の電気的接触子２０を支持している。また、図２では、電気的接触子２０の一群を取り付ける空洞（キャビティ）が１つの場合を示しているが、接触子支持基板２２が、複数の空洞を備え、各空洞がそれぞれ、電気的接触子２０の一群を取り付けるようにしても良い。各空洞のそれぞれにおいて、複数の電気的接触子２０の配列は１列に限定されず、上下方向から見てマトリックス状の配置など、任意に配置されていても良い。さらに、電気的接触子２０の詳細構成は後述する図３に示しており、図２では、電気的接触子２０の配置を示すことに重点を置いており、図２は、電気的接触子２０の構成を正確に表していない。

接触子支持基板２２は、ボトムガイド板３０と、下側絶縁シート３１と、中間スペーサ３２と、上側絶縁シート３３と、トップガイド板３４と、ガイドピン３５と、固定ネジ３６とを有する。

ボトムガイド板３０は、各電気的接触子２０の下部を位置決めして保持し、電気的接触子２０の摺動を許すための支持部材である。すなわち、ボトムガイド板３０は、各電気的接触子２０の下部の位置保持ガイドである。ボトムガイド板３０は、中央に下方に向かう凹部３０ａを有する平板状に形成されている。凹部３０ａには、電気的接触子２０の下部が貫通されて支持される下部支持穴３０ｂが設けられている。下部支持穴３０ｂは、検査対象物１９の各電極パッド１９ａと整合する位置に、各電極パッド１９ａにそれぞれ対応するように設けられている。これにより、各下部支持穴３０ｂに各電気的接触子２０の下部が嵌り込むことで、各電気的接触子２０の下端部が検査対象物１９の各電極パッド１９ａと接触するようになっている。各電気的接触子２０の後述する伸縮機能により、各電気的接触子２０の下部は、電気的接触子２０の伸縮に伴って、各下部支持穴３０ｂを貫通している状態で摺動するようになっている。ボトムガイド板３０は、例えば、セラミックで成形されていて絶縁性を有する。

下側絶縁シート３１は、隣接する電気的接触子２０間でのショートを防止すると共に各電気的接触子２０の垂直性を保持するための部材である。下側絶縁シート３１は、耐摩耗性及び耐熱性に優れた合成樹脂製フィルム、例えばポリイミドフィルム等で薄く構成されている。

下側絶縁シート３１には、ボトムガイド板３０の各下部支持穴３０ｂに整合する位置に、各下部支持穴３０ｂにそれぞれ対応するガイド穴３１ａが設けられている。ガイド穴３１ａの径は、電気的接触子２０の外径とほぼ同じに設定されている。これにより、電気的接触子２０が、ガイド穴３１ａに挿入されて、がたつくことなく確実に支持されるようになっている。下側絶縁シート３１は、各電気的接触子２０の下寄りの中間部を支持している。

下側絶縁シート３１は、その周縁部が、ボトムガイド板３０と中間スペーサ３２とで挟まれて支持されている。下側絶縁シート３１の上下方向の位置については、後述の電気的接触子２０の具体的構成の説明の中で明らかにする。

中間スペーサ３２は、下側絶縁シート３１と上側絶縁シート３３とを所定の間隔に保つと共に、下側絶縁シート３１及び上側絶縁シート３３をボトムガイド板３０及びトップガイド板３４と共に挟んで支持するための部材である。中間スペーサ３２は、肉厚の環状に形成されている。中間スペーサ３２は、ボトムガイド板３０の形状に合わせて、円環や矩形環等に形成されている。中間スペーサ３２の厚さは、下側絶縁シート３１及び上側絶縁シート３３の上下方向の位置を所定位置にするように選定されている。

上側絶縁シート３３は、下側絶縁シート３１と同様に、隣接する電気的接触子２０間でのショートを防止すると共に、各電気的接触子２０の垂直性を保持するための部材である。上側絶縁シート３３も、耐摩耗性及び耐熱性に優れた合成樹脂製フィルム、例えばポリイミドフィルム等で薄く構成されている。

上側絶縁シート３３には、下側絶縁シート３１の各ガイド穴３１ａに整合する位置に、各ガイド穴３１ａにそれぞれ対応するガイド穴３３ａが設けられている。ガイド穴３３ａの径は、電気的接触子２０の外径とほぼ同じに設定されている。これにより、電気的接触子２０が、ガイド穴３３ａに挿入されて、がたつくことなく確実に支持されるようになっている。上側絶縁シート３３は、各電気的接触子２０の上寄りの中間部を支持している。

上側絶縁シート３３は、その周縁部が、中間スペーサ３２とトップガイド板３４とで挟まれて支持されている。上側絶縁シート３３の上下方向の位置については、後述の電気的接触子２０の具体的構成の説明の中で明らかにする。

トップガイド板３４は、各電気的接触子２０の上部を位置決めして保持し、電気的接触子２０の摺動を許すための支持部材である。すなわち、トップガイド板３４は、各電気的接触子２０の上部の位置保持ガイドである。トップガイド板３４は、中央に上方に向かう凹部３４ａを有する平板状に形成されている。凹部３４ａには、電気的接触子２０の上部が貫通されて支持される上部支持穴３４ｂが設けられている。上部支持穴３４ｂは、上側絶縁シート３３の各ガイド穴３３ａに整合する位置で、しかも、配線基板２１の図示しない各電極と整合する位置に、配線基板２１の各電極にそれぞれ対応するように設けられている。これにより、各上部支持穴３４ｂに各電気的接触子２０の上部が嵌り込むことで、各電気的接触子２０の上端部が配線基板２１の各電極と接触するようになっている。各電気的接触子２０の後述する伸縮機能により、各電気的接触子２０の上部は、電気的接触子２０の伸縮に伴って、各上部支持穴３４ｂを貫通している状態で摺動するようになっている。トップガイド板３０は、例えば、セラミックで成形されていて絶縁性を有する。

なお、トップガイド板３４に代えて、円環や矩形環等に形成されているスペーサを適用するものであっても良い（特開２０１１−１４５２７９号公報参照）。

ガイドピン３５は、少なくともボトムガイド板３０と中間スペーサ３２とトップガイド板３４とを重ね合わせるときに、互いに正確に位置決めされるようにするためのピンである。なお、ガイドピン３５が、カード状接続装置１４の図示しない他の構成要素をも貫通して位置決めするものであっても良い。

固定ネジ３６は、接触子支持基板２２全体を一体的に固定するためにネジである。ボトムガイド板３０、下側絶縁シート３１、中間スペーサ３２、上側絶縁シート３３及びトップガイド板３４は、固定ネジ３６によって一体的に固定され、かつ着脱自在に配設されている。これにより、絶縁シート３１、３３及び中間スペーサ３２は適宜付け替えられるようになっている。

図３は、第１の実施形態の電気的接触子２０の構成を示す断面図であり、電気的接触子２０の中心軸を通る平面で切断した縦断面図である。

電気的接触子２０は、バレル４０と、ボトムプランジャー４１と、トッププランジャー４２とを有する。バレル４０、ボトムプランジャー４１及びトッププランジャー４２は、いずれも導電性の材質で形成されている。

バレル４０は、概ね円筒形状を有する。第１の実施形態の電気的接触子２０におけるバレル４０は、上下方向（長手方向）に弾性力を発揮する３つのスプリング部４０ｂ、４０ｄ及び４０ｆを有し、それ以外の部分は弾性力を発揮しない非スプリング部４０ａ、４０ｃ、４０ｅ及び４０ｇとなっている。すなわち、バレル４０は、下側から、第１の非スプリング部４０ａ、第１のスプリング部４０ｂ、第２の非スプリング部４０ｃ、第２１のスプリング部４０ｄ、第３の非スプリング部４０ｅ、第３のスプリング部４０ｆ及び第５の非スプリング部４０ｇを有する。

３つのスプリング部４０ｂ、４０ｄ及び４０ｆにより、上下方向に、所望する弾性力を発揮できる。所望する弾性力を発揮するだけならば、３つのスプリング部４０ｂ、４０ｄ及び４０ｆの長さの総和と等しい長さを有する１つのスプリング部を設けるようにしても良い。しかし、第１の実施形態では、以下の理由により、３つのスプリング部４０ｂ、４０ｄ及び４０ｆを設けることとしている。

検査対象物１９を上昇させて（図２参照）、電気的接触子２０の両端を、検査対象物１９の電極パッド１９ａや配線基板２１（図１）の電極に接触させる際には、接触時点以降も検査対象物１９を多少上昇（オーバードライブ）させて接触をより確実なものとしている。このようなオーバードライブ時には、電気的接触子２０への抗力も大きくなる。スプリング部の長さが長いような状況では、抗力の方向が多少でも上下方向からずれると、スプリング部の部分で、電気的接触子が上下方向に直交する方向へ変形し易いが、スプリング部の長さが短いほど、このような変形がし難くなる。

上述したように、電気的接触子２０は、下部及び上部だけでなく、その中間部分も、下側絶縁シート３１及び上側絶縁シート３３によって垂直性が保持される。下側絶縁シート３１又は上側絶縁シート３３に接触する電気的接触子２０の部分がスプリング部の場合には、オーバードライブやその解放により、電気的接触子２０が上下方向に移動するのを妨害する。そのため、下側絶縁シート３１又は上側絶縁シート３３に接触する電気的接触子２０の部分は非スプリング部が好ましい。下側絶縁シート３１又は上側絶縁シート３３に接触する電気的接触子２０の部分を非スプリング部にするには、３つのスプリング部４０ｂ、４０ｄ及び４０ｆを設けることが適切である。下側絶縁シート３１及び上側絶縁シート３３に接触する電気的接触子２０の部分を同一の非スプリング部にし、スプリング部を２つにすることも考えられるが、この場合は、３つのスプリング部を設けた場合に比較し、上述したオーバードライブ時の変形の恐れが大きくなってしまう。

図４は、第１の実施形態の電気的接触子２０におけるバレル４０を示す正面図である。第１の実施形態の電気的接触子２０が上下動に伴う中心軸周りの回転が問題とならないものである場合には、図４（Ａ）に示すように、バレル４０における３つのスプリング部４０ｂ、４０ｄ及び４０ｆ共に、同じ螺旋状のものを適用すれば良い。第１の実施形態の電気的接触子２０が上下動に伴う中心軸周りの回転が問題とならないものである場合には、図４（Ｂ）に示すように、バレル４０における３つのスプリング部４０ｂ、４０ｄ及び４０ｆとして、異なる方向の螺旋を有する部分の長さが同じになるようにしたものを適用すれば良い。図４（Ｂ）は、スプリング部４０ｂの螺旋が右上がりで、スプリング部４０ｆの螺旋が左上がりで、スプリング部４０ｄが、右上がりの螺旋部分と左上がりの螺旋部分とが半々になっている例を示している。

ボトムプランジャー４１は概ね円柱形状を有する。ボトムプランジャー４１の外径は、バレル４０の内径とほぼ一致しており、ボトムプランジャー４１がバレル４０の下端の開口から上方へ挿通されている。

ボトムプランジャー４１の下部４１ａは、バレル４０の下端から下方へ突出している。下部４１ａの突出量は、ボトムガイド板３０の下部支持穴３０ｂを貫通し、検査対象物１９の電極パッド１９ａと接触し得る長さに選定されている。ボトムプランジャー４１がバレル４０の下端から突出することにより、バレル４０の下端にできる段差が、ボトムガイド板３０の下部支持穴３０ｂ周辺の上面（内面）部分と係合することにより、電気的接触子２０が下部支持穴３０ｂから抜けないようになっている。ボトムガイド板３０の下部支持穴３０ｂの径は、ボトムプランジャー４１の外径とほぼ同じになっている。

バレル４０の最も下の非スプリング部４０ａの所定高さの位置（周方向の１点ではなく、数点又は円を表している；ここでの点は、微小な点に限定されず、例えば長手方向に長い長円などの接合領域をかせぐ領域であっても良い）ＰＢにおいて、非スプリング部４０ａとボトムプランジャー４１とが、例えば、抵抗溶接（スポット溶接）、レーザ溶接又はかしめによって接合されて互いに固定されている。抵抗溶接を適用する場合には、抵抗溶接による接合が強固になるように、バレル４０の内周面の全域若しくは一部領域や、ボトムプランジャー４１の外周面の一部領域等に同一材質（例えば金）によるメッキを施すようにしていても良い。

ボトムプランジャー４１の上端は、電気的接触子２０に上下方向の外力が印加されていない状態においても、最も上方に位置している非スプリング部４０ｇの内部に達している。ボトムプランジャー４１における固定点ＰＢより上の大半の部分は、スプリング部４０ｂ、４０ｄ及び４０ｆの伸縮により、バレル４０内を相対的に摺動する。

トッププランジャー４２は概ね円柱形状を有する。トッププランジャー４２の外径は、バレル４０の内径とほぼ一致しており、トッププランジャー４２がバレル４０の上端の開口から下方へ挿通されている。トップガイド板３４の上部支持穴３４ｂの径は、トッププランジャー４２の外径とほぼ同じになっている。

トッププランジャー４２の概ね上半部４２ａは、バレル４０の上端から上方へ突出している。上半部４２ａの突出量は、配線基板２１（図１）の電極と接触する部分が、バレル４０ではなく、トッププランジャー４２であることを保証できる量に選定されている。バレル４０の最も上の非スプリング部４０ｇの所定高さの位置ＰＴにおいて、非スプリング部４０ｇとトッププランジャー４２とが接合されて互いに固定されている。バレル４０とトッププランジャー４２との接合方法は、上述したバレル４０とボトムプランジャー４４との接合方法と同様である。

電気的接触子２０に上下方向の外力が印加されていない状態で、トップガイド板３４の上部支持穴３４ｂを、バレル４０の最も上の非スプリング部４０ｇが貫通しているように、上部支持穴３４ｂや非スプリング部４０ｇの長さが選定されている。また、仮に、電気的接触子２０に上下方向の外力が加わり、トッププランジャー４２の上端が、トップガイド板３４の上面とほぼ同じになったとしても、バレル４０の最も上の非スプリング部４０ｇの一部が上部支持穴３４ｂ内に位置しているように、上部支持穴３４ｂや非スプリング部４０ｇの長さが選定されている。

図５は、第１の実施形態の電気的接触子におけるトッププランジャー４２の上端近傍を示す正面図である。

第１の実施形態の電気的接触子２０は、従来の電気的接触子とは異なり、バレルの上端ではなく、トッププランジャー４２の上端が配線基板２１の電極と接触する。そのため、配線基板２１の電極の形状などに応じて、トッププランジャー４２の上端形状を選定すれば良い。従来の電気的接触子では、配線基板の電極に接触するのが、バレルの上端、すなわち円環であるため、配線基板の電極の形状などに応じて、バレルの上端形状を選定する余地はない。第１の実施形態の場合、トッププランジャー４２の上端が配線基板２１の電極と接触するため、接触する上端の形状を選定することができる。例えば、トッププランジャー４２の上端を、図５（Ａ）に示すようにフラットにしても良く、また、図５（Ｂ）に示すようにフラットの角を面取りした形状としても良く、さらに、図５（Ｃ）に示すように半球状にしても良い。

トッププランジャー４２の下端は、電気的接触子２０に上下方向の外力が印加されていない状態において、最も上方に位置している非スプリング部４０ｇの内部に位置している。

ボトムプランジャー４１の上端とトッププランジャー４２の下端との隙間は、電気的接触子２０に上下方向の外力が印加されていない状態において最も大きい。電気的接触子２０に上下方向の外力が最も印加された上述したオーバードライブ状態においても、ボトムプランジャー４１の上端とトッププランジャー４２の下端との間に隙間があるように、ボトムプランジャー４１の長さや上端位置、トッププランジャー４２の長さや下端位置、並びに、非スプリング部４０ｇの長さなどが選定されている。

円柱形状を有するボトムプランジャー４１及びトッププランジャー４２は、中実のものであっても良く中空のものであっても良い。また、ボトムプランジャー４１とトッププランジャー４２とで材質が異なっていても良い。

新たな検査対象物１９の検査を行う際には、検査対象物１９が、それを保持したチャック１３と共にＸＹＺθステージ１２によって上動され、やがて検査対象物１９の電極パッド１９ａが電気的接触子２０のボトムプランジャー４１の下端と接触し、また、電気的接触子２０のトッププランジャー４２の上端と配線基板２１の電極ともより接触する。これ以降、検査対象物１９が所定量だけ上動されてオーバードライブ状態となる。位置ＰＢでボトムプランジャー４１に固定されていると共に、位置ＰＴでトッププランジャー４２に固定されているバレル４０のスプリング部４０ｂ、４０ｄ、４０ｆはオーバードライブにより圧縮され、弾性力により上下方向に抗力を発揮する。そのため、検査対象物１９の電極パッド１９ａと電気的接触子２０のボトムプランジャー４１の下端との接触や、トッププランジャー４２の上端と配線基板２１の電極との接触が十分なものとなる。このような接触状態では、検査対象物１９の電極パッド１９ａと配線基板２１の電極とは、ボトムプランジャー４１、バレル４０及びトッププランジャー４２を介して電気的に接続される。

今回の検査対象の検査対象物１９の検査が終了すると、検査対象物１９が下動され、検査対象物１９の電極パッド１９ａと電気的接触子２０のボトムプランジャー４１の下端とが非接触となる。これに伴い、バレル４０のスプリング部４０ｂ、４０ｄ、４０ｆが待機状態まで伸長し、次の検査対象物１９の検査を待ち受ける状態に変化する。

第１の実施形態によれば、配線基板側との接触を担当するトッププランジャーを設けたので、十分な電気的接触性を実現することができ、製品ばらつきも小さくなった。従来の電気的接触子の接触抵抗を多数のサンプル（５００個以上）について測定した所、接触抵抗は１〜１３Ω（抵抗値を１Ω単位で測定）の範囲でばらつき、最頻値は３Ωであった。一方、第１の実施形態の電気的接触子２０の接触抵抗を多数のサンプル（５００個以上）について測定した所、接触抵抗は１〜２Ωの範囲でばらつき、最頻値は１Ωであった。

その結果、測定値にシビアな電気的特性を特定する箇所にも、第１の実施形態の電気的接触子を適用することができる。

また、第１の実施形態の電気的接触子は、構成要素として、従来よりトッププランジャーが多くなったが、それでも部品数は僅か３個であり、電気的接触子の製造は容易である。

さらに、第１の実施形態によれば、バレル４０が３つのスプリング部を備え、ボトムプランジャー４１が、バレル４０における全てのスプリング部４０ｂ、４０ｄ、４０ｆを通っているので、オーバードライブされても上下方向に直交する方向等への変形を防止することができる。

本願発明者は、バレルに設けるスプリング部の数と変形量との関係を測定した。図６は、その結果を示す説明図である。

長さ５．７ｍｍ、外径７０μｍ、内径５４μｍの純ニッケル（純Ｎｉ）で形成された、スプリング部の数が異なる測定用バレルを５種類用意した。その製作は、特許文献１に記載の方法を適用した。スプリング部の数はそれぞれ、１、２、３、４、５であり、全てのスプリング部の長さの総和がどの種類のバレルでも３．２８４１ｍｍとなるようにした。なお、スプリング部の数を除き、測定用バレルは、概ね実製品のスペックと同様なものである。そして、測定用バレルの一端を固定し、他端からバレルの長手方向に対して２００μｍだけ押し込んだ。図６は、バレルの中心軸から直交方向に最も離れた箇所までの距離（以下、変形量と呼ぶ）を表しており、バレルの中心軸から直交方向に最も離れた箇所は、どの種類の測定用バレルでもスプリング部における中央部分の箇所であった。

スプリング部が１個の測定用バレルの変形量は４４２．３４μｍであり、スプリング部が２個の測定用バレルの変形量は１７０．５１μｍであり、見た目にも変形が分かるものであった。スプリング部が３個の測定用バレルの変形量は１０．７５μｍであり、スプリング部が２個の測定用バレルの変形量の１／１６であった。スプリング部が４個の測定用バレルの変形量は７．２０μｍであり、スプリング部が５個の測定用バレルの変形量は４．２８μｍであった。スプリング部が３個以上の測定用バレルの変形量では、見た目で変形を認識できない程度である。

バレル４０の内部の大半にボトムガイド４１が挿通され、ボトムガイド４１が長手方向（上下方向）に直交する方向の変形を防止する機能を果たすとは言え、バレル４０自体が変形に対する耐性が高いことが好ましく、それにより、変形を防止することができる。すなわち、第１の実施形態のバレル４０のようにスプリング部が非スプリング部を挟むことで３つのスプリング部に分割されていることや、バレルがそれより多くのスプリング部に分割されていることが好ましい。

第１の実施形態によれば、ボトムガイド板３０及びトップガイド板３４だけでなく、バレル４０における非スプリング部４０ｃ及び４０ｅを保持する下側絶縁シート３１及び上側絶縁シート３３によっても、電気的接触子２０を保持するようにしたので、電気的接触子２０を安定に垂直に保持でき、その結果、電気的接触子２０への外力方向を上下方向に安定できて変形を防止することができる。

（Ｂ）他の実施形態
上記第１の実施形態の説明においても種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。

第１の実施形態においては、ボトムプランジャー４１の上端とトッププランジャー４２の下端とが、バレル４０の最も上方に位置している非スプリング部４０ｇの内部に達するように、ボトムプランジャー４１及びトッププランジャー４２の長さ等が選定されているものを示したが、ボトムプランジャー４１の上端とトッププランジャー４２の下端とが、バレル４０の他の非スプリング部４０ａ、４０ｃ又は４０ｅの内部に達するように、ボトムプランジャー４１及びトッププランジャー４２の長さ等が選定されていても良い。例えば、図７に示すように、ボトムプランジャー４１の上端とトッププランジャー４２の下端とが、バレル４０の上から２番目の非スプリング部４０ｅの内部に達するように、ボトムプランジャー４１及びトッププランジャー４２の長さ等が選定されていても良い。

第１の実施形態では、配線基板２１の電極に接触する、電気的接触子２０の部材として円柱状のトッププランジャー４２を示したが、バレル２０の上端に代わって配線基板２１の電極に接触する部材であれば良く、その形状等は限定されないものである。例えば、図８（Ａ）に示すような円柱状の上端部が外径より大きな頭デッカチな部材であっても良く、また、図８（Ｂ）に示すようなバレル２０の上端開口を塞ぐような蓋体であっても良く、さらに、図８（Ｃ）に示すようなバレル２０の上端円環を面に変換するための栓状部材であっても良い。特許請求の範囲では、蓋体や栓状部材を含めて「第２のプランジャー」と呼んでいる。

第１の実施形態の電気的接触子２０は、配線基板２１の電極との電気的接触性を高めるトッププランジャー４２を設けたこと（第１の特徴）、及び、バレル４０のスプリング部の数が３個であること（第１の実施形態の効果の説明で言及したように３個に限らず３個以上であれば良い；第２の特徴）を大きな特徴とするものである。これら２つの特徴のうち、いずれか一方の特徴だけを適用して電気的接触子を構成するようにしても良い。

例えば、第１の特徴を適用しているならば、スプリング部の数が１個や２個であっても良い。バレル４０の材質や肉厚等によって変形の恐れが小さい場合であれば、電気的接触性を高めるために、トッププランジャーを設けることだけを導入するようにしても良い。図９は、２個のスプリング部を有する電気的接触子が適用された接触子支持基板（電気的接続装置）の概略構成を示しており、描画の簡易化を期して、１個の電気的接触子だけを適用しているように描いている。図９に示す接触子支持基板は、ボトムガイド板と、中間絶縁シートと、トップガイド板とによって、電気的接触子を保持するものであり、中間絶縁シートは、電気的接触子の中間の非スプリング部の部分を保持する。

また例えば、第２の特徴を適用しているならば、電気的接触子がトッププランジャーを備えていなくても良い。測定信号がデジタル信号であって、アナログ信号の場合と異なり、電気的接触子に要求される信号の伝達性能がシビアでない場合には、変形を防止し得るバレルのスプリング部が３個以上にすることだけを導入するようにしても良い。例えば、検査に供する信号がアナログ信号の場合には第１の実施形態の電気的接触子を適用し、検査に供する信号がデジタル信号の場合にはトッププランジャーを備えないスプリング部が３個以上のバレルを有する電気的接触子を適用するようにしても良い。

第１の実施形態では、断面円形の電気的接触子を示したが、矩形や楕円形など、他の断面形状を有する電気的接触子であっても良い。

本発明の電気的接触子は、配線基板や半導体集積回路等に備えられた電極などに接触される装置全般に用いることができる。また、本発明の電気的接続装置は、本発明の電気的接触子を少なくとも一部に用いた装置であり、装置の用途は検査装置に限定されるものではない。

１９…検査対象物、２０…電気的接触子、２２…接触子支持基板（電気的接続装置）、
３０…ボトムガイド板、３１…下側絶縁シート、３２…中間スペーサ、３３…上側絶縁シート、３４…トップガイド板、
４０…バレル、４０ａ、４０ｃ、４０ｅ、４０ｇ…非スプリング部、４０ｂ、４０ｄ、４０ｆ…スプリング部、４１…ボトムプランジャー、４２…トッププランジャー。

Claims (3)

1. 第１接触対象及び第２接触対象間を電気的に接触する電気的接触子において、
   長手方向の一部の区間がスプリング機能を発揮する複数のスプリング部と、スプリング機能を発揮し得ない複数の非スプリング部となっているバレルと、
   少なくとも一部が上記バレルの一端から挿入されている、上記第１接触対象に電気的に接触する第１のプランジャーと、
   少なくとも一部が上記バレルの他端から挿入されて上記バレルの他端開口を閉塞すると共に、上記第２接触対象に電気的に接触する第２のプランジャーと
   を有し、
   上記第１のプランジャーにおける上記バレル内の端部と、上記第２のプランジャーにおける上記バレル内の端部とが、同一の非スプリング部の内部空間に位置している
   ことを特徴とする電気的接触子。
2. 上記バレルが、非スプリング部を介して分離されている３個以上のスプリング部を有することを特徴とする請求項１に記載の電気的接触子。
3. 第１接触対象及び第２接触対象間を電気的に接触する電気的接触子を複数有する電気的接続装置において、
   少なくとも一部の電気的接触子として、請求項１又は２に記載の電気的接触子を適用したことを特徴とする電気的接続装置。

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