JP2021188992A - スプリングプローブ - Google Patents

Abstract

【課題】スプリングプローブを構成する内側バネおよび外側バネに対して曲げ加工を施した後において設計時のストローク、荷重等に生じる誤差を抑制することができるスプリングプローブを提供すること。【解決手段】筒状スリーブ２に内装されるスプリング４は、筒状スリーブ２の中心軸線を中心として渦巻き状に巻き取られてなる外側バネ４１と、外側バネ４１の両端のそれぞれから渦巻き状に巻き取られて延在してなる一対の内側バネ４２，４２とで構成されたバネ部材を有し、外側バネ４１の一端から他端までの中間点における幅方向両端からそれぞれ中心軸の上下方向に突出した上側凸部４２ａと下側凸部４２ｂが形成され、一対の内側バネ４２，４２が巻き取られた状態において上側凸部４２ａによって一方の内側バネ４２のスプリングバックが抑制され、下側凸部４２ｂによって他方の内側バネ４２のスプリングバックが抑制されるように構成される。【選択図】 図２

Description

この発明は、半導体部品やプリント配線基板等の電気的特性を検査する際に用いられるスプリングプローブに関する。

従来より、ＩＣやＬＳＩ等の半導体部品は、ウエハ上に形成された段階、パッケージ化された段階等の各製造段階において電気的特性が検査されて、良品、不良品の選別が成されている。このような電気的特性を検査する検査装置としては、プローブカードを備えたテスタ、ＩＣソケットが一般的に知られている。

プローブカードやＩＣソケットには、導電性を有する複数のコンタクトプローブが設けられており、それらコンタクトプローブを半導体部品の電極と検査用回路の電極との間に介在させて、これら電極間を通電状態とすることで、半導体部品の電気的特性を調査するようになっている。

この種のコンタクトプローブとしては、例えば、図６に示すようなスプリングプローブが知られている。スプリングプローブは、筒状スリーブ（図示せず）の一端部に取り付けられた端子（図示せず）と、端子を突出方向に付勢するスプリング部とを備えている。端子を、半導体部品の電極に接触させるとともに、筒状スリーブの他端部を、検査用回路の電極に接続して、端子をスプリング部の付勢によって半導体部品の電極に安定的に押し付けることで、電極間の通電状態を良好に維持するようになっている。

特許第５７２４０９５号公報

ところで、スプリングプローブ製造において後述するバネを丸める工程（バネ曲げ加工）があるが、その工程でバネ材料を曲げたときに元に戻ってしまういわゆるスプリングバックと呼ばれる現象が生じることが知られている。このスプリングバックは、高張力鋼、ハイテン材など、引張強さの大きな材料ほどきつくなり、曲げる角度が急なほどこのスプリングバック現象も大きくなってしまう。したがって、従来のスプリングプローブのスプリング部１００を構成する内側バネと外側バネ（図６に示す内側バネ１１０と外側バネ１２０、隣接する内側バネ１１１と外側バネ１２１・・・）にそれぞれ曲げ加工を施すと、内側バネおよび外側バネの曲げ加工後の形状は上記したスプリングバックにより当初の設計とは異なる形状となってしまい、設計時のストローク、荷重等に誤差が生じてしまう。

この発明が解決しようとする課題は、スプリングプローブを構成する内側バネおよび外側バネに対して曲げ加工を施した後において設計時のストローク、荷重等に生じる誤差を抑制することができるスプリングプローブを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のスプリングプローブの一側面は、上下に加えられる圧力に対して弾発緩衝作動するバネ部を有するスプリングプローブにおいて、円筒状のスリーブ部がバネ部を覆うように、かつ、上下移動案内可能に設置され、バネ部は、スリープ部の中心軸線を中心として渦巻き状に巻き取られてなる外側バネと、該外側バネの両端のそれぞれから渦巻き状に巻き取られて延在してなる一対の内側バネとで構成されたバネ部材を少なくとも一つを有して構成され、外側バネの一端から他端までの中間点における外側バネの幅方向両端からそれぞれ中心軸の上下方向に突出した上側凸部と下側凸部が形成され、一対の内側バネが巻き取られた状態において上側凸部によって一方の内側バネのスプリングバックが抑制され、下側凸部によって他方の内側バネのスプリングバックが抑制されることを特徴とする。

本発明のスプリングプローブの他の側面は、上側凸部および下側凸部は平板形状であり、上側凸部の一方の面の一部と一方の内側バネの一方の面の一部とが当接され、下側凸部の一方の面の一部と他方の内側バネの一方の面の一部とが当接されされていることを特徴とする。

本発明のスプリングプローブの他の側面は、内側バネは、その収縮方向の幅が外側バネの幅以下であって外側バネの両端のそれぞれから徐々に狭くなるように形成されていることを特徴とする。

本発明のスプリングプローブの他の側面は、バネ部は、外側バネと、隣接する外側バネの端部同士を連結するようにして設けられる略Ｕ字状の内側バネとを備え、中心軸方向に、外側バネと内側バネとが交互に連続しており、内側バネが外側バネに向かって渦巻き状に巻回された状態で、スリーブ部に内装されていることを特徴とする。

本発明のスプリングプローブの他の側面は、中心軸方向に対する外側バネの延在方向の角度は、中心軸方向に対する内側バネの延在方向の角度より小さいことを特徴とする。

この発明のスプリングプローブは、スプリングプローブを構成する内側バネおよび外側バネに対して曲げ加工を施した後において設計時のストローク、荷重等に生じる誤差を抑制することができる。

図１はスプリングプローブの構成を示した図である。 図２はスプリングの構造を示した展開平面図である。 図３（ａ）はスプリングバック抑制部の全体形状を示した図であり、（ｂ）は平板形状の凸部を示した図であり、（ｃ）は変形例としての湾曲形状の凸部を示した図である。 図４は外側バネの上側凸部と下側凸部の機能を説明するための斜視図である。 図５はスプリングの変形例を示した展開平面図である。 図６は従来のスプリングプローブを構成するスプリングの構造を示した展開平面図である。 図７は従来のスプリングプローブにおけるストロークを説明するための展開平面図である。

以下、この発明のスプリングプローブについて図面に基づいて詳細に説明する。この発明の実施形態に係るスプリングプローブ１は、図１に示すように、筒状スリーブ２と、筒状スリーブ２の一端部に設けられた被検査体接触用の端子３と、筒状スリーブ２の内側に上下移動案内可能に内装され、端子３を突出方向（中心軸方向Ｌ_Ｃ）に付勢する機能を有するスプリング４とを一体成形してなる。ここで、筒状スリーブ２は請求項１のスリーブ部に相当し、スプリング４は請求項１のバネ部に相当する。

このスプリングプローブ１は、例えばプローブガードを備えたテスタ、ＩＣソケット等の検査装置に装着されて、その端子３を、半導体部品等の被検査体の電極に接触させるとともに、筒状スリーブ２の他端部を、検査用回路（図示せず）の電極に接続して、端子３をスプリング４の付勢によって半導体部品の電極に安定的に押し付けることで、電極間の通電状態を良好に維持するようになっている。

図２に示すように、スプリング４は、スプリングプローブ１の軸方向（中心軸Ｌ_Ｃ）に沿って断続的に設けられる複数の外側バネ４１・・と、外側バネ４１・・から延在する略Ｕ字状の内側バネ４２・・とで形成される。また、この内側バネ４２は、図２に示すように、一端部が、互いに対向する外側バネ４１、４１の端部にそれぞれ連結されるとともに、一対の延設部４２ａ、４２ａと、この一対の延設部４２ａ、４２ａの他端部同士を連結する湾曲部４２ｂとから構成されている。なお、外側バネ４１・・と内側バネ４２・・は請求項1のバネ部材に相当する。

外側バネ４１・・は、図２（展開平面図）及び図４（巻回後の図）に示すように、スプリングバック抑制部４５とその両端から延在された側片部４３ａ，４３ｂとで構成され、スプリングバック抑制部４５は平板形状（図３（ｂ）参照）の凸部（上側凸部）４５ａおよび凸部（下側凸部）４５ｂを有している。凸部４５ａ，４５ｂはそれぞれプローブ軸方向の上下方向に突出した形状であるが図示のような山形状に限定されず、例えば矩形状であっても良いし、台形状であっても良いし、中心軸Ｌ_Ｃの軸方向に湾曲（外周バネ４１の曲率半径Ｒと同じくらいまで湾曲）させてもよい（図３（ｃ）参照）。

中心軸Ｌ_Ｃに対する外側バネ４１・・の延在方向線分の角度（θ_１）は、中心軸Ｌ_Ｃに対する延設部４２ａの延在方向線分の角度（θ_２）よりも小さい。言い換えれば外側バネ４１・・の延在方向線分と延設部４２ａの延在方向線分とは所定の角度をなしており、少なくとも平行ではない状態にある。そして互いに隣接する内側バネ４２・・において、一方の内側バネ４２が外側バネ４１の一端側に位置され、他方の内側バネ４２が外側バネ４１の他端側に位置されるように互い違いに設けられている。

すなわち、スプリング４は、最上部に位置する外側バネ４１の下端部に、一方側の内側バネ４２の上方側の延設部４２ａの端部が連結され、この内側バネ４２の下方側の延設部４２ａの端部に、別の外側バネ４１の上端部が連結され、この外側バネ４１の下端側に他方側の内側バネ４２の上方側の延設部４２ａの端部が連結され、この内側バネ４２の下方側の延設部４２ａの端部に、さらに別の外側バネ４１の上端部が連結され、この外側バネ４１の下端部にさらに別の内側バネ４２の上方側の延設部４２ａの端部が連結され、このように最下部に位置する外側バネ４１まで外側バネ４１と内側バネ４２とが交互に連続形成された形態とされており、この形態を筒状プローブ２の上端から下端にかけて繰り返し連続することでスプリング４が構成されている。また、内側バネ４２は、その幅が湾曲部４２ｂに向かって徐々に狭くなるようにテーパー状に形成される（Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３）。

内側バネ４２・・は、湾曲部４２ｂが概ね中心軸近傍に位置するように、湾曲部４２ｂから外側バネ４１に向かって渦巻き状に巻回される。その後、内側バネ４２の両端部に連結されている外側バネ４１、４１はそれぞれ中心軸Ｌｃに向かって曲げ加工（巻回処理）が施される。詳細については後述する。

外側バネ４１・・の凸部４５ａの頂点から凸部４５ｂの頂点を結ぶ線分Ｌ４は、各外側バネ４１の両端（連結境界線）から延在している一対の内側バネ４２、４２の内の一方の内側バネ４２の連結境界線の線分の下端点Ａと、他方の内側バネ４２の連結境界線の線分の上端点Ｂとの間の中心軸方向における距離Ｌ５よりも長い。換言すると、外側バネ４１・・と内側バネ４２・・が巻回された状態において、凸部４５ａの一方の面の一部と一方側の内側バネ４２の面の一部とが当接され、凸部４５ｂの一方の面の一部と他方側の内側バネ４２の一方の面の一部とが当接された状態になる。したがって、外側バネ４１・・の凸部４５ａと凸部４５ｂが、内側バネ４２の外側バネ側領域（内側バネ４２の延設部４２ａの外側バネ側端部近傍領域）をバネ径方向に広がらないようにして内側バネ４２の戻りを抑制する機能を発揮するため、内側バネ４２、外側バネ４１の順に巻回した後に外側バネ４１の両端から延在している一対の内側バネ４２、４２が径方向外側に戻る現象（スプリングバック）を抑制することができる。

また、従来のスプリングプローブを構成する図７に示すスプリング部１００は、プローブ軸方向に直行するラインであって外側バネ１２０の一端部（図７の上側円の中心）を通過するラインと他端部（図７の下側円の中心）を通過するラインは重なるためプローブ軸方向（中心軸Ｌ_Ｃ方向）に沿って互いに隣接する外側バネ１２０と外側バネ１２１のプローブ軸方向における間隔が全くないのでスプリングに荷重がかかった時のストロークを確保することができない。一方、上記した実施例によれば、図２に示すようにプローブ軸方向に直行するラインであって外側バネ４１の一端部（図２のＡ点）を通過するラインと他端部（図２のＢ点）を通過するラインは重ならない。このためプローブ軸方向（中心軸方向Ｌ_Ｃ）に沿って互いに隣接する外側バネ４１の側片部４３ａ，４３ｂのプローブ軸方向における間隔Ｌ５が所定の距離を有するためスプリング部４に荷重がかかった時のストロークを大きくすることができる。

また、上記した実施例によれば、内側バネ４２は、その幅が湾曲部４２ｂに向かって徐々に狭くなるようにテーパー状に形成されるので、内側バネの荷重を小さくでき、結果として内側バネの荷重と外側バネの荷重との良好なバランスを保つことができる。したがって、外側バネに比べて荷重の大きい内側バネの荷重を軽減できるのでスプリング部４のより大きなストロークを確保することができる。

［変形例］
上記した実施例は、外側バネ４１の一端および他端から湾曲部４２ｂに向かってそのバネ幅が徐々に狭くなるいわゆるテーパー状に形成された例であるが、それに限定されることはない。以下、図５を参照して変形例について説明する。ここで、理解しやすいように図５は、本変形例を示す（ａ）と、上記した実施例を示す（ｂ）を併記するものとした。

図５（ａ）の例は、凸部（上側凸部）５５ａおよび凸部（下側凸部）５５ｂを有する外側バネ５１と内側バネ５２との境界線Ｌ_Ｃから湾曲部５２ｂに向かってバネ幅が狭くなるように形成されている点は図５（ｂ）の例と同じであるが、本変形例は内側バネ５２のバネ幅を狭くする変化率を図５（ｂ）の例に比べてより増大させた点で異なる。この点について図５図（ａ）を参照して詳細に説明する。

図５（ａ）の例では、内側バネ５２・・は延設部５２ａおよび延設部５２ａから延在する湾曲部５２ｂを有して構成される。外側バネ５１・・は、スプリングバック抑制部５５とその両端から延在された側片部５３ａ，５３ｂとで構成される。側片部５３ａ，５３ｂは同じバネ幅で湾曲部５２ｂに向かって延在している。
延設部５２ａは、その幅方向一端側を、湾曲部５２ｂに向かって、かつ、中心軸方向Ｌ_Ｃに対して直行する方向に延在させている。さらに延設部５２ａの幅方向他端側を、湾曲部５２ｂに向かって外側バネ５１の側片部５３ａ（５３ｂ）の延在方向と概ね同方向に延在させている。

これにより図５（ｂ）の例よりも湾曲部４２ｂの内側曲線の曲率は大きくなり、結果として外側バネのバネ幅に対する内側バネ５２のバネ幅の変化率を図５（ｂ）の例よりも大きくすることができる。したがって、外側バネに比べて荷重の大きい内側バネの荷重をさらに軽減できるのでスプリング部４のさらに大きなストロークを確保することができる。

以下に、スプリングプローブ１の製造方法について説明する。この製造方法においては、順送型による自動組立方式を採用しており、例えばベリリウム銅製又はベリリウムニッケル製の高硬度で導電性に優れた薄肉帯状の基板を、その長手方向に搬送しながら、基板に対して以下の各工程を順次実行することで、大量のスプリングプローブ１・・を連続して製造可能とする。

まず、第１工程において、基板（図示せず）に打ち抜き加工を施して、略長方形状のスリーブ成形部（図示せず）と、このスリーブ成形部の短手方向の一端部中央から折曲境界部（図示せず）を介して延出したスプリング４と、スプリング４の先端部分を拡張してなる端子成形部（図示せず）とをそれぞれ同一平面上に形成する。

続いて、第２工程において、端子成形部に曲げ加工を施して、端子成形部を筒状に丸めることで端子を成形する。

続いて、第３工程において、スプリング４の内側バネ４２・・及び外側バネ４１・・・に曲げ加工を施す。具体的には、図５〜図７に示すように、内側バネ４２の先端部（湾曲部４２ｂ）が中心に位置するようにして、湾曲部４２ｂから外側バネ４１に向かって渦巻き状に内側バネ４２・・を巻回する。また、この際、互い違いに延出された内側バネ４２・・が同一面側（例えば表面側）に位置するように、また、渦巻き状の内側バネ４２・・の軸心同士が略一致するように、さらに、渦巻き状の内側バネ４２の軸心と外側バネ４１の軸心とが略平行となるように内側バネ４２・・が巻回される。その後、外側バネ４１を中心軸Ｌｃに向かって外側バネ４１が曲げ加工（巻回処理）される。

続いて、第４工程において、基板と端子の先端部とを接続している接続部を切断し、スリーブ成形部とスプリング４との間の折曲境界部を折り曲げて、スプリングの中心軸をスリーブ成型部の長手方向の中心線に沿わせるようにしてスリーブ成形部とスプリング４とを重ね合わせる。

続いて、第５工程において、スリーブ成形部に曲げ加工を施して、スリーブ成形部を筒状に丸めることで、端子のそれぞれの根元部及びスプリング４を包み込むように筒状スリーブ２を成形する。

そして、第６工程において、端子をスプリング４の付勢力に抗して筒状スリーブ２に押し込み、焼入れ及び焼き戻しを行って、スプリング４を含めた製品全体に硬さと粘り強さを与えた後、最後に、基板１０と筒状スリーブ２とを接続する接続部を切断して、製品すなわち図１に示すスプリングプローブ１を切り離す。以上の各工程を、搬送される基板１０に対して順次実行することで、各構成部品（筒状スリーブ２、被検査体接触用の端子３、スプリング４）が一体成形されたスプリングプローブ１が連続的に製造される。

以上にこの発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施例においては、複数の内側バネ４２・・が設けられていたが１個でも良い。また、上記実施の形態では、内側バネ、外側バネの巻回は渦巻き状に行う旨説明したが、渦巻き状とは、螺旋状（らせん状）も含む概念である。

１ スプリングプローブ
２ 筒状スリーブ
３ 被検査体接触用の端子
４ スプリング
４１ 外側バネ（バネ部材を構成する）
４２ 内側バネ（バネ部材を構成する）
４２ａ 延設部
４２ｂ 湾曲部
４３ａ 側片部
４３ｂ 側片部
４５ スプリングバック抑制部
４５ａ 凸部（上側凸部）
４５ｂ 凸部（下側凸部）
５１ 外側バネ（バネ部材を構成する）
５２ 内側バネ（バネ部材を構成する）
５２ａ 延設部
５２ｂ 湾曲部
５３ａ 側片部
５３ｂ 側片部
５５ スプリングバック抑制部
５５ａ 凸部（上側凸部）
５５ｂ 凸部（下側凸部）

Claims (5)

1. 上下に加えられる圧力に対して弾発緩衝作動するバネ部を有するスプリングプローブにおいて、
   円筒状のスリーブ部が前記バネ部を覆うように、かつ、上下移動案内可能に設置され、
   前記バネ部は、前記スリーブ部の中心軸線を中心として渦巻き状に巻き取られてなる外側バネと、該外側バネの両端のそれぞれから渦巻き状に巻き取られて延在してなる一対の内側バネとで構成されたバネ部材を少なくとも一つを有して構成され、
   前記外側バネの一端から他端までの中間点における前記外側バネの幅方向両端からそれぞれ前記中心軸の上下方向に突出した上側凸部と下側凸部が形成され、
   前記一対の内側バネが巻き取られた状態において前記上側凸部によって一方の内側バネのスプリングバックが抑制され、前記下側凸部によって他方の内側バネのスプリングバックが抑制される、
   ことを特徴とするスプリングプローブ。
2. 前記上側凸部および前記下側凸部は平板形状であり、前記上側凸部の一方の面の一部と前記一方の内側バネの一方の面の一部とが当接され、前記下側凸部の一方の面の一部と前記他方の内側バネの一方の面の一部とが当接されされている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスプリングプローブ。
3. 前記内側バネは、その収縮方向の幅が前記外側バネの幅以下であって前記外側バネの両端のそれぞれから徐々に狭くなるように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスプリングプローブ。
4. 前記バネ部は、前記外側バネと、前記隣接する外側バネの端部同士を連結するようにして設けられる略Ｕ字状の前記内側バネとを備え、前記中心軸方向に、前記外側バネと前記内側バネとが交互に連続しており、前記内側バネが前記外側バネに向かって渦巻き状に巻回された状態で、前記スリーブ部に内装されている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスプリングプローブ。
5. 前記中心軸方向に対する前記外側バネの延在方向の角度は、前記中心軸方向に対する前記内側バネの延在方向の角度より小さい、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスプリングプローブ。

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