JP2019174433A - スプリングプローブおよびプランジャー - Google Patents

Abstract

【目的】 導電性を有し略筒状の形態を有する外部導体と、前記外部導体に挿入され、一端を前記外部導体から突出する導電性を有するプランジャーとを、機械的電気的に接合する信頼性と接合強度の高い接合方法を提供することによって、実用性と信頼性の高い小径のスプリングプローブを提供することを目的とする。【構成】 導電性を有し略筒状の形態を有する外部導体と、前記外部導体に挿入され、一端を前記外部導体から突出する導電性を有するプランジャーとを、機械的電気的に接合する接合方法として、前記プランジャーの外周面に、両端に滑らかな形状を有する溝または切り欠けを設けた上で、前記外部導体に外周側から圧力を加えて、前記溝または切り欠けに対して前記外部導体の一部を食い込ませて、かしめることによって、接合強度と信頼性を高めている。【選択図】図１

Description

この発明は、半導体デバイスのウェハ上での電気検査や、電子部品の電気検査を行うためのスプリングプローブとプランジャーに関する。

狭ピッチ半導体検査用の小径スプリングプローブとして、ニッケル電鋳で製造した小径薄肉パイプの軸方向の中央部近辺に螺旋溝を形成し、導電性の優れたプランジャーをパイプに挿入し、小径パイプの端部近辺で前記パイプと前記プランジャーを接続固定したスプリングプローブが実用化され始めている。

しかしながら、前記パイプと前記プランジャーとの接合は、前記パイプの内面に施した金メッキと、前記プランジャーの外周面に施した金メッキとをスポット溶接によって溶融接合させているため、接合の強度と信頼性に乏しく、前記プランジャーが前記パイプから抜けて落下すると言う不具合が発生している。

前記プランジャーの材質としては、タングステン、ロジウムなどが使用されている。しかしながら、これらの前記プランジャーの材質としての金属は融点が高く、前記パイプの材質であるニッケルは融点が低いため、前記のプランジャーと前記パイプとを溶接接合することは困難であった。

そのため、薄い金メッキで接合された前記プランジャーは前記のパイプから抜けて落下すると言う不具合が発生している。

このようなスプリングプローブとしての提案は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に見られる。以下、従来の小径スプリングプローブの構成とその不具合を、図５にしたがって説明する。

図５において、ニッケル等の電気的導電性の良い金属を材料とする略円筒形状を有する外部導体１０１は、上部外部導体１０２、下部外部導体１０３、および中央部のバネ部１０４とで構成されており、前記のバネ部１０４には、螺旋溝１０５が設けられ、前記外部導体１０１に軸方向への可撓性を付与している。また、前記導体１０１の内面側には、約１ミクロンの金メッキが施されている。

前記の上部外部導体１０２は、上側ホールプレート１０９の貫通穴１１０に挿入されて、中間スペーサ１１１の下面に接している。また、前記の下部外部導体１０３は、下側ホールプレート１１２の上面に接している。

前記の外部導体１０１には、タングステンを材料とする上方プランジャー１０６と下方プランジャー１０７が互いに接しないように挿入されている。前記上方プランジャー１０６と下方プランジャー１０７は、電気導通性がよく硬度などの機械的特性の優れたタングステン、ロジウム等の材料で作られており、表面には膜厚１ミクロン以下の金メッキが施されている。

前記上方プランジャー１０６の上端部１１３は、前記中間スペーサ１１１の穴１１４を貫通して、プリント回路基板１１５の検査電極１１６に接し電気的に導通するようになっている。また、前記下方プランジャー１０７の下端部１１７は、前記の下側ホールプレート１１２の穴１１８を貫通して、ウェファー１１９上の電極パッド１２０に接触し、電気的に導通するようになっている。

前記の上部外部導体１０２と上方プランジャー１０６とは、接合点１２１において、機械的および電気的に結合されて、電気導通するようになっている。また、前記下部外部導体１０３と下方プランジャー１０７とは、接合点１２２において、機械的および電気的に結合されて、電気導通するようになっている。

前記の接合点１２１および１２２の接合形態は、実質的に前記のプランジャー１０６および１０７の表面の金メッキと、前記の外部導体１０１の材料であるニッケルまたは前記外部導体１０１の内面に施された金メッキとの溶融接合であって、接合強度および接合の信頼性が乏しい。その理由は以下の通りである。

前記プランジャー１０６、１０７の材質はタングステンであり、その溶融温度は３４０７℃である。一方、前記外部導体１０１の材料であるニッケルの溶融温度は１４５５℃、メッキの金の溶融温度は１０６４℃である。したがって、溶融温度の差が大きい前記の外部導体１０１と前記のプランジャー１０６、１０７とを溶接で接合することは困難である。

それ故に、前記の接合点１２１および１２２の接合形態は、実質的に前記のプランジャー１０６および１０７の表面の金メッキと、前記の外部導体１０１の材料であるニッケルまたは前記外部導体１０１の内面に施された金メッキとの溶融接合、と言えるのである。

一般にタングステンの表面に金メッキを施しても、金メッキがタングステンと溶融結合することはなく、タングステン表面の面粗さを足場として、金がタングステン表面に付着しているだけで、金メッキの付着強度は小さい。すなわち、前記のプランジャー１０６および１０７の表面の金メッキと、前記の導体１０１の材料であるニッケルまたは前記外部導体１０１の内面に施された金メッキとの溶融接合であって、接合強度および接合の信頼性が乏しい。

特開２０１３−１９０２７０号公報 特開２０１３−１５２２００号公報 特開２０１３−０６１１８６号公報 特開２０１１−１６４０２８号公報

本発明は、上述したような不具合に鑑みてなされたもので、略円筒形状を有し軸方向に可撓性を有する外部導体と、前記外部導体に挿入され電気伝導性に優れたプランジャーとを電気的・機械的に接合する信頼性の高い接合方法を実現し、信頼性の高い小径スプリングプローブとプランジャーの提供を目的とする。

本発明の請求項１によると、検査対象に設けられた接続点との電気接続を行う電気導通検査用のスプリングプローブであって、導電性を有し、略筒状の形態を有し、軸方向に可撓性を有する外部導体と、前記外部導体内に挿入され、一端を前記外部導体から突出する導電性を有するプランジャーを有し、前記外部導体と前記プランジャーとを機械的および電気的に接合する手段として、前記プランジャーの外周面に、両端に滑らかな形状を有する溝または切り欠けを設けた上で、前記外部導体に外周側から圧力を加えて、前記溝または切り欠けに対して前記外部導体の一部を食い込ませて、かしめたこと、を特徴とする。

本考案によるスプリングプローブでは、前記の外部導体とプランジャーとの接合が、機械的な「かしめ」による機械的、電気的な接合であるため、前記のプランジャーが前記の外部導体から抜けて落下すると言う従来の不具合が解消されて、信頼性の高いスプリングプローブの提供を可能とする。

は、一実施例としての、スプリングプローブの構成を説明する図。 、 、 は、プランジャーの実施例説明図。 は、従来例としてのスプリングプローブの構成を説明する図。

以下に図面を参照して本発明に係わる実施例の形態を詳細に説明する。
先ず、本発明に基づく実施例を図１、図２、図３、図４に従って説明する。

図１において、電導性を有し、略円筒形状の外部導体１は、上部外部導体２、中央のバネ部３、下部外部導体４で構成され、一体として成形加工されている。前記のバネ部３は螺旋溝５を有し、軸方向の可撓性を前記外部導体１に付与している。

前記の上部外部導体２は、上側ホールプレート６の貫通穴７を通って、中間スペーサ８の下面に接することができるようになっている。また、前記の下部外部導体４は、下側ホールプレート９の上面に接している。

上側プランジャー１０と下側プランジャー１１とは、前記外部導体１に上下に対照的な位置となるように挿入されて、互いに接することなく対向している。

前記の上側プランジャー１０には、くびれた形状の外周溝１２が設けられており、電気的機械的接合部１３において、前記上部外部導体２の一部が当該溝に食い込んで、前記外周溝１２を、かしめて、固定するようになっている。また、前記の下側プランジャー１１には、くびれた形状の外周溝１４が設けられており、電気的機械的接合部１５において、前記下部外部導４の一部が当該溝に食い込んで、前記外周溝１４を、かしめて、固定するようになっている。

前記の上側プランジャー１０の突出部１６は、前記中間スペーサ８の穴１７を貫通して、プリント回路基板１８の検査電極１９に接している。また、前記の下側プランジャー１１の突出部２０は、前記下側ホールプレート９の穴２１を貫通して、ウェファー２２のパッド電極２３に接している。

検査治具２４は、前記ウェファー２２の方へ移動することによって、前記突出部２０の下端が前記パッド電極２３に接触し、前記突出部２０が上側へ変位する。前記変位は、突出部２０、前記外周溝１４、前記接合部１５、前記下部外部導体４を介して、前記バネ部３に伝達され、前記バネ部３は軸方向に撓むことによって、前記突出部２０と前記パッド電極２３との間の接触力を与えるようになっている。

前記突出部１６の上端は、前記検査電極１９から接触力を受けているが、この接触力は、前記外周溝１２、前記接合部１３、前記上部外部導体２を介して、前記バネ部３に伝達されるようになっている。

なお、図１では、前記プランジャー１０、１１の外周溝１２、１４として、図２に示すような、滑らかなＲ形状を有する全円周に形成された溝を示したが、図３に示すような、切り欠け１２ａ、１２ｂとすることもあり得る。さらに、図４に示すように、直線部２４を有する外周溝１２ｃとすることもあり得るものとする。

次に本発明の効果を説明する。
第一の効果は、前記プランジャー１０、１１と前記の外部導体１とは、前記外周溝１２、１４が、それぞれ前記接合部１３、１５において、前記外部導体１の外周に圧力を加えて、機械的に前記外部導体１の一部を前記外周溝１２、１４に食い込ませる、所謂かしめる方法によって固定されているので、接合の強度と信頼性が高い。

したがって、前記プランジャーが前記外部導体から抜けて落下すると言う、従来の不具合が解消される、という効果がある。

第二の効果は、前記接合部１３、１５の製造工程が容易かつ簡素であり、製造コストが引き下げられる、と言う効果がある。図５で説明した従来の方法では、接合部は高価で煩雑な工程となるスポット溶接であったが、本考案による接合部では前記外部導体１の一部に機械的な塑性変形を与える簡単な方法である。

１ 外部導体
２ 上部外部導体
３ バネ部
４ 下部外部導体
５ 螺旋溝
６ 上側ホールプレート
７ 貫通穴
８ 中間スペーサ
９ 下側ホールプレート
１０ 上側プランジャー
１１ 下側プランジャー
１２ 外周溝
１２ａ 切り欠け
１２ｂ 切り欠け
１２ｃ 外周溝
１３ 電気的機械的接合部
１４ 外周溝
１５ 電気的機械的接合部
１６ 突出部
１７ 穴
１８ プリント回路基板
１９ 検査電極
２０ 突出部
２１ 穴
２２ ウェファー
２３ パッド電極
２４ 検査治具

Claims (2)

1. 検査対象に設けられた接続点との電気接続を行う電気導通検査用のスプリングプローブであって、導電性を有し、略筒状の形態を有し、軸方向に可撓性を有する外部導体と、前記外側導体内に挿入され、一端を前記外部導体から突出する導電性を有するプランジャーを有し、前記外部導体と前記プランジャーとを機械的および電気的に接合する手段として、前記プランジャーの外周面に、両端に滑らかな形状を有する溝または切り欠けを設けた上で、前記外部導体に外周側から圧力を加えて、前記溝または切り欠けに対して前記外部導体の一部を食い込ませて、かしめたこと、を特徴とするスプリングプローブ。
2. 前記の請求項１のスプリングプローブに使用されるプランジャーであって、外周面に両端に滑らかな形状を有する溝または切り欠けを設けたこと、を特徴とするプランジャー。

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