JP2019007925A - コンタクトプローブ及び検査治具 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルスプリングの構造を工夫することで、外径を増加させずに従来品より大きな電流を流すことができるコンタクトプローブ及び検査治具を提供する。【解決手段】コンタクトプローブ１０は、互いに摺動自在に嵌合する導電性の第１及び第２プランジャ２０，３０と、第１プランジャ２０の外側に配置されて第１及び第２プランジャ２０，３０を相互に離間する方向に付勢する導電性のコイルスプリング４０と、を備え、第１プランジャ２０は大径部２３の基端側に第２プランジャ３０に嵌入する小径部２５を有し、コイルスプリング４０は第２プランジャ側に密巻部４２を有し、少なくともコイルスプリング４０の圧縮状態では密巻部４２の隣接する線同士が相互に密着し電気的に接触して筒状導体部を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路等の検査対象物を検査するコンタクトプローブ及びこれを備える検査治具に係り、とくに大電流を通電可能なコンタクトプローブ及び検査治具に関する。

コンタクトプローブは、大別してチューブの両端部にプランジャを設け、チューブ内にコイルスプリングを配置する内スプリング型と、相互に摺動自在に嵌合するプランジャの外側にコイルスプリングを配置する外スプリング型とがある。

一般に、大電流用途にはコイルスプリングの線径を太くするのに有利な外スプリング型が採用されている。

図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）乃至図１０で従来例の外スプリング型のコンタクトプローブ及び及びこれを備える検査治具を説明する。検査治具１Ｂは、コンタクトプローブ１０Ｂと、コンタクトプローブ１０Ｂを貫通状態で保持する絶縁樹脂製のソケット５とを備える。ソケット５に支持されるコンタクトプローブ１０Ｂの数は、図示の例では１つであるが、複数であってもよい。ソケット５は、第１絶縁支持体６、第２絶縁支持体７及び第３絶縁支持体８を組み合わせてネジ止め等により相互に一体化したものである。第１絶縁支持体６の小径孔部６ａ及び大径孔部６ｂと、第２及び第３絶縁支持体７，８の孔部７ａ，８ａとが、コンタクトプローブ１０Ｂを保持する貫通孔を構成する。孔部７ａ，８ａは大径孔部６ｂと同径である。

コンタクトプローブ１０Ｂは、相互に接触状態で摺動自在に嵌合する第１プランジャ２０及び第２プランジャ３０と、第１プランジャ２０の外側に配置されて第１及び第２プランジャ２０，３０を相互に離間する方向に付勢するコイルスプリング６０とを有する。第１プランジャ２０は、図８（Ｂ），（Ｃ）に示す検査対象物７０との接続部品である。また、第２プランジャ３０は、図８（Ｂ），（Ｃ）に示す検査用基板８０との接続部品である。第１プランジャ２０及び第２プランジャ３０は、いずれも銅又は銅合金等の導電性金属体からなる。コイルスプリング６０は、例えばピアノ線やステンレス線等の一般的な導体金属材質で形成されており、第１プランジャ２０及び第２プランジャ３０を互いに離れる方向に付勢して、第１プランジャ２０及び第２プランジャ３０に対して検査対象物７０及び検査用基板８０との接触力を与える。検査対象物７０は、例えば電極が所定間隔で配列された半導体集積回路であり、図示の場合、電極パッド７１が所定間隔で配列されたものである。検査用基板８０は、不図示の測定器側に接続される電極パッド８１を所定間隔で有するものである。

第１プランジャ２０は、先端側（検査対称物７０に向かう側を先端側とする）から順に、先端側棒状部としての先端側円柱部２１、抜け止め用の大径部としてのフランジ部２２、大径部２３、テーパー部２４，小径部２５、及び小径部２５よりも大径の基端側円柱部２６を有する。先端側円柱部２１は、第１絶縁支持体６の小径孔部６ａを貫通し、第１絶縁支持体６の表面から突出する。先端側円柱部２１の先端は、テーパー状（円錐状）に先細りした形状とされた接触部２１ａとなっている。フランジ部２２は、先端側円柱部２１よりも大径であり、第１絶縁支持体６の大径孔部６ｂの内側に収容される。フランジ部２２の外径は、小径孔部６ａの内径よりも大径である。このため、フランジ部２２が小径孔部６ａと大径孔部６ｂの境界となる段差面と係合することで、第１プランジャ２０の第１絶縁支持体６からの抜けが防止される。フランジ部２２は、第１プランジャ２０の長さ方向と垂直な断面が円形であり、フランジ部２２の外径は大径孔部６ｂの内径よりも若干小さく形成される。フランジ部２２よりも基端側に第２プランジャ３０に向かって大径部２３、テーパー部２４、小径部２５及び基端側円柱部２６が形成され、基端側円柱部２６が第２プランジャ３０のチューブ状部（有底円筒状部）３２の内側に常時摺動自在に嵌入している。図８（Ａ）のように小径部２５は、コイルスプリング６０の非圧縮状態では一部のみがチューブ状部３２の内側に嵌入し、図８（Ｃ）のコイルスプリング６０の圧縮状態では大部分がチューブ状部３２の内側に嵌入する。

第２プランジャ３０は、検査用基板８０に向かう方向を先端側としたとき、先端側から順に、先端側円柱部３１及び基端側のチューブ状部３２を有する。第２プランジャ３０は、第１絶縁支持体６の大径孔部６ｂ、これと同径の第２及び第３絶縁支持体７，８の孔部７ａ，８ａを摺動自在に移動可能であり、孔部７ａ，８ａを貫通して、第３絶縁支持体８の表面から突出する。先端側円柱部３１の先端は、テーパー状（円錐状）に先細り形状とされた接触部３１ａとなっている。第１プランジャ２０の基端側円柱部２６をチューブ状部３２に嵌入した状態で、チューブ状部３２の基端側に絞り加工による小径部３２ａを形成している。チューブ状部３２の内側を摺動する第１プランジャ２０の基端側円柱部２６は、チューブ状部３２の小径部３２ａの内径よりも大径である。このため、基端側円柱部２６が小径部３２ａと係合することで、第１プランジャ２０のチューブ状部３２からの抜けが防止される（第１プランジャ２０から第２プランジャ３０が抜けることがない）。

コイルスプリング６０は、第１プランジャ２０の外側かつ第１絶縁支持体６の大径孔部６ｂの内側で、第１プランジャ２０のフランジ部２２と、第２プランジャ３０の基端側端面（チューブ状部３２の基端側端面）との間に配置される。コイルスプリング６０は全体的に線間に隙間のある粗巻となっている。

図８（Ａ）の初期状態ではソケット５から第１プランジャ２０及び第２プランジャ３０共に突出しており、同図（Ｂ）のセット状態のようにソケット５を検査用基板８０上に設置することで、第２プランジャ３０先端の接触部３１ａが検査用基板８０の電極パッド８１に接触する。この状態から図８（Ｃ）の検査状態のように検査対象物７０の電極パッド７１を第１プランジャ２０先端の接触部２１ａに押し当てることで、コイルスプリング６０が圧縮され、コンタクトプローブ１０Ｂは十分な接触圧で検査対象物７０の電極パッド７１と検査用基板８０の電極パッド８１とに接触し、電極パッド７１，８１間を電気的に接続し、両者間に電流を流すことが可能である。

ところで、従来例のコンタクトプローブ１０Ｂでは、図８（Ｃ）の検査状態において、電流路の断面積が小さくなる部分が存在する。すなわち、図８（Ｃ）のIX−IX断面における電流路を示す説明図である図９では、第１プランジャ２０の大径部２３の断面積及びコイルスプリング６０の線材断面積の総和が通電に寄与できるのに対し、図８（Ｃ）のX−X断面における電流路を示す説明図である図１０では、コイルスプリング６０の線材断面積は変化しないものの、第１プランジャ２０の小径部２５寄りのテーパー部２４の断面積は大径部２３に比較してかなり小さくなってしまう。このため、コンタクトプローブ１０Ｂに通電可能な電流最大値は図１０の電流路の断面積で制約される。とくに図１０の断面付近ではコイルスプリング６０の発熱が大きくなり、コイルスプリング６０が溶けてしまう事象が発生する。

図４の実線Ｊは従来例のコンタクトプローブ１０Ｂの通電電流［Ａ］と、スプリング力の低下割合［％］との関係を示す。０.４Ａでスプリング力が２０％低下し、１Ａでは４０％以上低下している。
測定条件は以下の通りである。
第１プランジャ２０の大径部２３の直径：０.０５３ｍｍ
第１プランジャ２０の小径部２５の直径：０.０３３ｍｍ
第２プランジャ３０のチューブ状部３２の肉厚：０.０２５ｍｍ
コイルスプリング６０の外径：０.１０６ｍｍ
コイルスプリング６０の内径：０.０６６ｍｍ
コイルスプリング６０の線径：０.０２ｍｍ

特開２０１０−１５１７３２号公報 特許文献１は外スプリング型のプローブピンの一例であり、チューブ形状の外側にコイルスプリングを配置しているため、プローブピンの小径化には向かない構造である。

近年、大電流用途のコンタクトプローブにおいても、小径化が要求されるようになってきており、コイルスプリングの線径を大きくできない制約がある。このため、大電流の通電によりコイルスプリングの溶断が発生する問題が生じていた。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、コイルスプリングの構造を工夫することで、外径を増加させずに従来品より大きな電流を流すことができるコンタクトプローブ及び検査治具を提供することにある。

本発明のある態様はコンタクトプローブである。このコンタクトプローブは、互いに摺動自在に嵌合する導電性の第１及び第２プランジャと、前記第１プランジャの外側に配置されて前記第１及び第２プランジャを相互に離間する方向に付勢する導電性のコイルスプリングと、を備え、
前記第１プランジャは大径部の基端側に前記第２プランジャに嵌入する小径部を有し、前記コイルスプリングは前記第２プランジャ側に密巻部を有し、少なくとも前記コイルスプリングの圧縮状態では前記密巻部の隣接する線同士が相互に密着し電気的に接触して筒状導体部を構成することを特徴とする。

前記コイルスプリングは、前記密巻部の隣接する線同士を電気的に接触させる金属メッキ層を有し、前記密巻部が筒状導体部を構成するとよい。

前記コイルスプリングは、圧縮状態では前記筒状導体部が前記第１プランジャの前記大径部に電気的に接触するとよい。

前記コイルスプリングの前記第２プランジャ３０に当接する側の端面が傾斜しているとよい。

本発明のもう一つの態様は検査治具である。この検査治具は、前記コンタクトプローブと、前記コンタクトプローブを貫通状態で保持する絶縁樹脂製のソケットとを備えることを特徴とする。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、コイルスプリングに密巻部を設けたことで、少なくとも検査状態において前記密巻部の隣接する線同士が相互に密着し電気的に接触して筒状導体部を構成可能であり、前記筒状導体部を電流路として利用することで、コンタクトプローブの外径を増加させずに従来品より大きな電流を流すことができる。

本発明に係るコンタクトプローブ及び検査治具の実施の形態１であって、（Ａ）は初期状態、（Ｂ）はセット状態（検査用基板に設置した状態）、（Ｃ）は検査状態をそれぞれ示す側断面図。 図１（Ｃ）のII−II断面位置における電流路を示す説明図。 図１（Ｃ）のIII−III断面位置における電流路を示す説明図。 実施の形態１と従来例の場合の、コンタクトプローブの通電電流［Ａ］と、スプリング力の低下割合［％］との関係を示すグラフ。 本発明に係るコンタクトプローブ及び検査治具の実施の形態２であって、（Ａ）は初期状態、（Ｂ）はセット状態（検査用基板に設置した状態）、（Ｃ）は検査状態をそれぞれ示す側断面図。 図５（Ｃ）のVI−VI断面位置における電流路を示す説明図。 図６（Ｃ）のVII−VII断面位置における電流路を示す説明図。 従来例のコンタクトプローブ及び検査治具であって、（Ａ）は初期状態、（Ｂ）はセット状態（検査用基板に設置した状態）、（Ｃ）は検査状態をそれぞれ示す側断面図。 図８（Ｃ）のIX−IX断面位置における電流路を示す説明図。 図８（Ｃ）のX−X断面位置における電流路を示す説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

＜実施の形態１＞
図１は本発明に係るコンタクトプローブ及び検査治具の実施の形態１であって、（Ａ）は初期状態、（Ｂ）はセット状態（検査用基板に設置した状態）、（Ｃ）は検査状態をそれぞれ示す側断面図、図２は図１（Ｃ）のII−II断面位置における電流路を示す説明図、図３は図１（Ｃ）のIII−III断面位置における電流路を示す説明図である。検査治具１は、コンタクトプローブ１０と、コンタクトプローブ１０を貫通状態で保持する絶縁樹脂製のソケット５とを備える。ソケット５に支持されるコンタクトプローブ１０の数は、図示の例では１つであるが、複数であってもよい。

コンタクトプローブ１０は、相互に接触状態で摺動自在に嵌合する第１プランジャ２０及び第２プランジャ３０と、第１プランジャ２０の外側に配置されて第１及び第２プランジャ２０，３０を相互に離間する方向に付勢するコイルスプリング４０とを有する。コンタクトプローブ１０と従来例のコンタクトプローブ１０Ｂとの相違点はコイルスプリングの構造にあるので、コイルスプリング４０について説明する。

コイルスプリング４０は、粗巻部４１及び密巻部４２を有し、粗巻部４１の第２プランジャ３０側に密巻部４２は形成される。そして、密巻部４２の隣接する線同士が相互に密着し電気的に接触して筒状導体部を構成する。コイルスプリング４０としてはピアノ線やステンレス線等の一般的な導体金属線材を用いるが、密巻部４２の隣接する線同士の電気的接触を確実にするためにＡｕ等の金属メッキ層を設けることが望ましい。コイルスプリング４０の密巻部４２の加工後にＡｕ等の金属メッキ層を設けてもよいし、予めＡｕ等の金属メッキ層を設けた線を密巻部４２を有するコイルスプリング４０として加工してもよい。

コイルスプリング４０は、第１プランジャ２０の外側かつ第１絶縁支持体６の大径孔部６ｂの内側で、第１プランジャ２０のフランジ部２２と、第２プランジャ３０の基端側端面（チューブ状部３２の基端側端面）との間に配置される。コイルスプリング４０に圧縮力が加わると、コイルスプリング４０が撓んで筒状導体部を構成している密巻部４２の内周が第１プランジャ２０の大径部２３の外周に電気的に接触する。これを確実にするために（より積極的に撓ませるために）、コイルスプリング４０の第２プランジャ３０に当接する側の端面を傾斜させている。

コイルスプリング４０以外の構成は図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の従来例と同じであるので説明を省略する。

実施の形態１の構成において、図１（Ａ）の初期状態ではソケット５から第１プランジャ２０及び第２プランジャ３０共に突出しており、同図（Ｂ）のセット状態のようにソケット５を検査用基板８０上に設置することで、第２プランジャ３０先端の接触部３１ａが検査用基板８０の電極パッド８１に接触する。セット状態では第１プランジャ２０のテーパー部２４がコイルスプリング４０の密巻部４２内に入り込んだ状態になっており、次ステップの検査状態に移行するための第１プランジャ２０の密巻部４２内への挿入が円滑に行えるようにしている。セット状態から図１（Ｃ）の検査状態のように検査対象物７０の電極パッド７１を第１プランジャ２０先端の接触部２１ａに押し当てることで、コイルスプリング４０が圧縮され、コンタクトプローブ１０は十分な接触圧で検査対象物７０の電極パッド７１と検査用基板８０の電極パッド８１とに接触し、電極パッド７１，８１間を電気的に接続し、両者間に電流を流すことが可能である。なお、図１（Ｃ）の検査状態では、コイルスプリング４０は、筒状導体部を構成している密巻部４２の粗巻部４１に近い側が第１プランジャ２０の大径部２３に電気的に接触している。

ところで、従来例のコンタクトプローブ１０Ｂでは、検査状態において、電流路の断面積が小さくなる部分が存在して通電電流に制約を受けたが、実施の形態１のコンタクトプローブ１０の場合には、電流路の断面積の変化が小さくなっている。すなわち、図１（Ｃ）のII−II断面位置における電流路を示す説明図である図２では、第１プランジャ２０の大径部２３の断面積及びコイルスプリング４０の線材断面積の総和が通電に寄与でき、十分大きな電流に耐え得るのに加え、図１（Ｃ）のIII−III断面位置における電流路を示す説明図である図３では、コイルスプリング４０の密巻部４２（隣接する線同士が相互に密着し電気的に接触している）が筒状導体部となっていて、第１プランジャ２０の小径部２５寄りのテーパー部２４の断面積が小さいことを補うように断面積の大きな電流経路を構成している。従って、必要な電流範囲においてコイルスプリング４０の溶断は発生せず、コンタクトプローブ１０に通電可能な電流最大値は、従来例のコンタクトプローブ１０Ｂよりも大きくできる。

図４の実線Ｋは実施の形態１のコンタクトプローブ１０の通電電流［Ａ］と、スプリング力の低下割合［％］との関係を示す。１.３Ａ程度でもスプリング力の低下は僅かであり（２０％未満であり）、大電流用途に十分対応できる性能である。
測定条件は以下の通りである（密巻部４２のある点を除き従来例と同じ）。
第１プランジャ２０の大径部２３の直径：０.０５３ｍｍ
第１プランジャ２０の小径部２５の直径：０.０３３ｍｍ
第２プランジャ３０のチューブ状部３２の肉厚：０.０２５ｍｍ
コイルスプリング４０の外径：０.１０６ｍｍ
コイルスプリング４０の内径：０.０６６ｍｍ
コイルスプリング４０の線径：０.０２ｍｍ

本実施の形態１によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 半導体集積回路等の検査に使用する外スプリング構造コンタクトプローブ１０及びこれを備える検査治具１において、第２プランジャ３０に接触する側のコイルスプリング４０の形状を線同士が密着して電気的に接触する密巻部４２（つまり筒状導体部）とし、第１プランジャ２０の軸部分となる大径部２３に直接接触させることにより、電流路の断面積を拡大して従来品より大きな電流を流すことが可能になる。

(2) コイルスプリング４０の第２プランジャ３０に当接する側の端面を傾斜させることで、圧縮力でコイルスプリング４０が撓んだときに密巻部４２の内周が第１プランジャ２０の大径部２３の外周にいっそう確実に電気的に接触する。

(3) コイルスプリング４０としてはピアノ線やステンレス線等の一般的な導体金属線材を用いるが、Ａｕ等の金属メッキ層を設けることにより、密巻部４２の隣接する線同士の電気的接触をいっそう確実にすることができる。

＜実施の形態２＞
図５は本発明に係るコンタクトプローブ及び検査治具の実施の形態１であって、（Ａ）は初期状態、（Ｂ）はセット状態（検査用基板に設置した状態）、（Ｃ）は検査状態をそれぞれ示す側断面図、図６は図５（Ｃ）のVI−VI断面位置における電流路を示す説明図、図７は図５（Ｃ）のVII−VII断面位置における電流路を示す説明図である。検査治具１Ａは、コンタクトプローブ１０Ａと、コンタクトプローブ１０Ａを貫通状態で保持する絶縁樹脂製のソケット５とを備える。ソケット５に支持されるコンタクトプローブ１０Ａの数は、図示の例では１つであるが、複数であってもよい。

コンタクトプローブ１０Ａは、相互に接触状態で摺動自在に嵌合する第１プランジャ２０及び第２プランジャ３０と、第１プランジャ２０の外側に配置されて第１及び第２プランジャ２０，３０を相互に離間する方向に付勢するコイルスプリング５０とを有する。実施の形態２におけるコンタクトプローブ１０Ａと実施の形態１に示したコンタクトプローブ１０との相違点はコイルスプリングの構造にあるので、コイルスプリング５０について説明する。

コイルスプリング５０は、粗巻部５１及び密巻部５２を有し、粗巻部５１の第２プランジャ３０側に密巻部５２は形成される。ここで、密巻部５２は図５（Ａ）の初期状態では密巻部５２の隣接する線間に微小な隙間が存在しているが（拡大部分参照）、同図（Ｃ）の検査状態に至る過程でコイルスプリング５０が圧縮されることで、密巻部５２の隣接する線間同士が相互に密着し電気的に接触して筒状導体部を構成する。従って、実際に通電する検査状態ではコイルスプリング５０は実施の形態１のコイルスプリング４０と同様に機能する。コイルスプリング５０としてはピアノ線やステンレス線等の一般的な導体金属線材を用いるが、密巻部５２の隣接する線同士の電気的接触を確実にするためにＡｕ等の金属メッキ層を設けることが望ましい。

実施の形態２で用いるコイルスプリング５０の場合、圧縮された検査状態で密巻部５２の隣接する線間同士が相互に密着して筒状導体部を構成すればよいから、コイルスプリング５０の製造が容易である。その他の構成及び作用効果は実施の形態１と同様である。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

検査対称物に応じて、コンタクトプローブの第１及び第２プランジャの先端形状は変更可能である。

１，１Ａ，１Ｂ 検査治具
５ ソケット
１０，１０Ａ，１０Ｂ コンタクトプローブ
２０ 第１プランジャ
２３ 大径部
２５ 小径部
３０ 第２プランジャ
４０，５０，６０ コイルスプリング
４１，５１ 粗巻部
４２，５２ 密巻部
７０ 検査対称物
７１，８１ 電極パッド
８０ 検査用基板

Claims (5)

1. 互いに摺動自在に嵌合する導電性の第１及び第２プランジャと、
   前記第１プランジャの外側に配置されて前記第１及び第２プランジャを相互に離間する方向に付勢する導電性のコイルスプリングと、を備え、
   前記第１プランジャは大径部の基端側に前記第２プランジャに嵌入する小径部を有し、前記コイルスプリングは前記第２プランジャ側に密巻部を有し、少なくとも前記コイルスプリングの圧縮状態では前記密巻部の隣接する線同士が相互に密着し電気的に接触して筒状導体部を構成することを特徴とするコンタクトプローブ。
2. 前記コイルスプリングは、前記密巻部の隣接する線同士を電気的に接触させる金属メッキ層を有し、前記密巻部が筒状導体部を構成することを特徴とする請求項１に記載のコンタクトプローブ。
3. 前記コイルスプリングは、圧縮状態では前記筒状導体部が前記第１プランジャの前記大径部に電気的に接触することを特徴とする請求項１又は２に記載のコンタクトプローブ。
4. 前記コイルスプリングの前記第２プランジャ３０に当接する側の端面が傾斜していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンタクトプローブ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコンタクトプローブと、前記コンタクトプローブを貫通状態で保持する絶縁樹脂製のソケットとを備えることを特徴とする検査治具。

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