JP2022182675A - 電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブを被検査体に確実に接触させ、かつプローブを保持する保持基板の撓みを抑制できる電気的接続装置を提供する。【解決手段】電気的接続装置は、第１面から第２面まで貫通する貫通孔を有する保持基板と、第２面に外側から当接するストッパーを有するプローブを備える。プローブは、ストッパーに連結して貫通孔の内部を貫通し、端部が第１面に露出する第１部分と、ストッパーに連結し、貫通孔の外部に位置する第２部分を有する。第１部分は、プローブの軸方向に沿って伸縮自在な第１バネ部を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、被検査体の電気的特性の検査に使用する電気的接続装置に関する。

半導体集積回路などの被検査体の電気的特性をウェハから分離しない状態で検査するために、被検査体に接触するプローブおよびプローブを保持する基板を有する電気的接続装置を用いる。電気的接続装置を用いる測定では、プローブの一方の端部を被測定体の信号端子に接触させ、プローブの他方の端部をプリント基板などに配置された電極端子（以下において「ランド」とも称する。）に接触させる。ランドは、ＩＣテスタなどの測定装置と電気的に接続する。電気的接続装置を介して、被測定体と測定装置の間で電気信号が伝搬する。

以下において、被検査体に接触させる端部をプローブの「先端部」、ランドに接触させる端部をプローブの「基端部」とも称する。また、プローブを保持する基板を「保持基板」とも称する。

電気的接続装置は、例えば、保持基板に形成した貫通孔の内部にプローブを配置した構造を有する。この構造の電気的接続装置において、貫通孔の内部で保持基板に当接するストッパーを有し、ストッパーと先端部の間にバネ部を配置したプローブを使用してもよい。プローブのバネ部は、プローブを被検査体に接触させたときに弾性変形する。弾性変形により生じるバネ部の弾力によって、プローブの先端部を被検査体に確実に接触させることができる。

特開２０１６－９９３３７号公報

しかしながら、プローブを被検査体に接触させたときに、ストッパーが当接する保持基板の位置にかかる押力により、保持基板が撓む。本発明は、プローブを被検査体に確実に接触させ、かつプローブを保持する保持基板の撓みを抑制できる電気的接続装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、第１面から第２面まで貫通する貫通孔を有する保持基板と、第２面に外側から当接するストッパーを有するプローブを備える電気的接続装置が提供される。プローブは、ストッパーに連結して貫通孔の内部を貫通し、端部が第１面に露出する第１部分と、ストッパーに連結して貫通孔の外部に位置する第２部分を有する。第１部分は、プローブの軸方向に沿って伸縮自在な第１バネ部を有する。

本発明によれば、プローブを被検査体に確実に接触させ、かつプローブを保持する保持基板の撓みを抑制できる電気的接続装置を提供できる。

図１は、実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。 図２は、実施形態に係る電気的接続装置のプローブの断面の形状を示す模式図である。 図３は、実施形態に係る電気的接続装置の他の構成を示す模式図である。 図４は、比較例の電気的接続装置の構成を示す模式図である。 図５は、実施形態に係る電気的接続装置のプローブのバネ部の形状を示す模式図である。 図６は、実施形態の変形例に係る電気的接続装置のプローブの形状を示す模式図である。 図７は、実施形態の変形例に係る電気的接続装置のプローブの他の形状を示す模式図である。 図８は、実施形態の変形例に係る電気的接続装置のプローブの第１バネ部と第２バネ部の組み合わせを示す模式図である。 図９は、実施形態の変形例に係る電気的接続装置のプローブの第１バネ部と第２バネ部の他の組み合わせを示す模式図である。 図１０は、実施形態の変形例に係る電気的接続装置のプローブの第２バネ部の形状を示す模式図である。 図１１は、実施形態の変形例に係る電気的接続装置のプローブの第２バネ部の他の形状を示す模式図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置および製造方法などを下記のものに特定するものでない。

本発明の実施形態に係る電気的接続装置１は、図１に示すように、プローブ１０と、プローブ１０を保持する保持基板２０を備える。保持基板２０は、第１面２１と第１面２１に対向する第２面２２とで両面が定義され、第１面２１から第２面２２まで貫通する貫通孔を有する。プローブ１０は、保持基板２０の貫通孔の開口部の周囲で第２面２２に外側から当接するストッパー１３と、ストッパー１３を挟んでストッパー１３にそれぞれ連結する第１部分１１および第２部分１２を有する。第１部分１１は、保持基板２０の貫通孔の内部を貫通し、かつ端部が第１面２１に露出する。第２部分１２は、保持基板２０の貫通孔の外部に位置する。

図１に示す電気的接続装置１では、第１面２１に露出する第１部分１１の端部が、被検査体２の測定時に被検査体２に接触するプローブ１０の先端部である。図１は、プローブ１０が被検査体２に接触していない状態を示す。第２面２２の上方に露出する第２部分１２の端部が、配線基板３に配置したランド３１に接触するプローブ１０の基端部である。ランド３１は金属などの導電性材からなり、テスタなどの検査装置（図示略）とランド３１が電気的に接続する。電気的接続装置１を介して、検査装置と被検査体２の間で電気信号が伝搬する。配線基板３は、例えばプリント基板（ＰＣＢ）やインターポーザ（ＩＰ）基板である。電気信号が伝搬するプローブ１０には、金属などの導電性の高い材料が使用される。

プローブ１０の第１部分１１は、プローブ１０の軸方向に沿って伸縮自在な第１バネ部１１０を有する。ここで、「軸方向」とは、プローブ１０の先端部と基端部を結ぶ直線の延伸方向である。プローブ１０の第２部分１２は、軸方向に沿って伸縮自在な第２バネ部１２０を有する。以下において、第１バネ部１１０と第２バネ部１２０を総称して、プローブ１０の「バネ部」とも称する。

プローブ１０のバネ部は、例えば、断面が矩形状の板状の弾性体を屈曲させた形状のばね（以下において「角ばね」とも称する。）である。図１に示すプローブ１０のバネ部は、保持基板２０の貫通孔の延伸方向に垂直な部分と延伸方向に平行な部分を組み合わせた構造を有する。

角ばねを用いたバネ部では、プローブ１０の側面に垂直なバネ部の断面は、図２に示すように矩形状である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ方向に沿った断面図である。バネ部に角ばねを使用することにより、バネ部に印加可能な荷重を大きくできる。また、板状の弾性体をバネ部に使用することにより、線状の弾性体をバネ部に使用する場合よりも、バネ部のよじれを抑制できる。

被検査体２およびランド３１とプローブ１０との電気的な接続を確保するために、プローブ１０を被検査体２に押し付けるオーバードライブ（ＯＤ）を発生させたり、プローブ１０をランド３１に押し付けるプリロードを発生させたりすることが有効である。プローブ１０では、軸方向に沿って弾性変形した第１バネ部１１０の弾力によりオーバードライブを発生させる。更に、軸方向に沿って弾性変形した第２バネ部１２０の弾力によりプリロードを発生させる。

電気的接続装置１によれば、プローブ１０が、ストッパー１３を挟んで第１部分１１の第１バネ部１１０と第２部分の第２バネ部１２０を有することにより、第１バネ部１１０と第２バネ部１２０とで役割を分担することができる。すなわち、第１バネ部１１０は、プローブ１０が被検査体２と確実に接触できるように機能する。第２バネ部１２０は、プローブ１０とランド３１との接触によってランド３１にかかる押圧を調整する。このように、第１バネ部１１０と第２バネ部１２０とで役割を分担することにより、第１バネ部１１０によるオーバードライブの押力と第２バネ部１２０によるプリロードの押力を独立して適切に設定できる。

なお、軸方向に沿ってプローブ１０のバネ部が弾性変形した場合において、第１バネ部１１０の弾力により被検査体２が受ける押圧よりも、第２バネ部１２０の弾力によりランド３１が受ける押圧が小さくてもよい。これは以下の理由による。例えば複数のプローブ１０を同時に被検査体２に接触させる場合、プローブ１０の長さのばらつきなどを考慮して、プローブ１０を被検査体２に確実に接触させるために強くオーバードライブをかけることが好ましい場合がある。一方、保持基板２０と配線基板３との間隔のばらつきは小さい。このため、プローブ１０の基端部をランド３１に接触させる押力は、プローブ１０の先端部を被検査体２に接触させる押力よりも弱くてもよい。したがって、第１バネ部１１０の弾力よりも、第２バネ部１２０の弾力を小さくしてもよい。第２バネ部１２０の弾力を弱くしてプリロードの押力を小さくすることにより、第２部分１２から保持基板２０が受ける押力を抑制し、保持基板２０の損傷を低減できる。

上記のように、保持基板２０の第２面２２の上方に配置する第２部分１２が第２バネ部１２０を有することにより、被検査体２の測定時にプリロードを発生することができる。しかし、第２部分１２から第２バネ部１２０を除くことにより、プリロードを発生しないフローティング（プリロードレス）状態で被検査体２を測定してもよい。図３に、プローブ１０の第２部分１２が第２バネ部１２０を有さない電気的接続装置１の例を示す。例えば、第２バネ部１２０がなくても所定の押圧で第２部分１２をランド３１に当接させることができる場合は、第２部分１２に第２バネ部１２０がなくもよい。

また、バネ部は熱が加わることにより、弾力性が低下する。第１バネ部１１０は周囲を保持基板２０によって覆われているため、第１バネ部１１０からの放熱はしやすい。一方、保持基板２０から露出した第２バネ部１２０からの放熱は難しく、プローブ１０に加わる熱によって第２バネ部１２０の弾性が失われる可能性がある。このため、第２部分１２に第２バネ部１２０がないことにより、プローブ１０全体として、熱に起因する弾性の低下を抑制できる。

実施形態に係る電気的接続装置１と比較するために、比較例の電気的接続装置１ａを図４に示す。電気的接続装置１ａでは、保持基板２０ａの貫通孔の内部に配置されたプローブ１０ａのバネ部の端部が、保持基板２０ａに当接するストッパー１３ａである。このため、被検査体２の測定においてプローブ１０ａに荷重Ｆが軸方向に加わる場合に、ストッパー１３ａが当接して押力Ｐがかかる部分の保持基板２０の厚みｔａが薄い。その結果、保持基板２０ａが撓む。

これに対し、電気的接続装置１では、プローブ１０のストッパー１３が、保持基板２０の第２面２２に当接する。このため、例えば図３に示した電気的接続装置１では、被検査体２の測定においてプローブ１０に荷重Ｆが軸方向に加わる場合に、保持基板２０の外側からストッパー１３による押力Ｐがかかる。つまり、押力Ｐのかかる部分の保持基板２０の厚みは、保持基板２０全体の厚みである。このため、電気的接続装置１によれば、保持基板２０が撓むことを抑制できる。

ところで、図１および図２に示した電気的接続装置１では、軸方向に対して垂直な側面方向から見て、バネ部の凹部がプローブ１０の中心軸を超えている。つまり、バネ部に弾性を付与する凹部が大きい。このため、プローブ１０のばね性を高くできる。一方、図５に示すように、バネ部の凹部がプローブ１０の中心軸を超えないプローブ１０を用いることにより、プローブ１０を撓み難くできる。このように、バネ部の形状を調整することにより、プローブ１０の針圧を設定することができる。

＜変形例＞
上記に説明したプローブ１０では、第１バネ部１１０が、保持基板２０の貫通孔の延伸方向に垂直な部分と貫通孔の延伸方向に平行な部分を組み合わせた構造（以下において、「水平構造」とも称する。）を有する。これに対し、図６に示すように、第１バネ部１１０が、保持基板２０の貫通孔の延伸方向に垂直な部分と延伸方向に斜めに延伸する部分を組み合わせた構造（以下において、「斜め構造」とも称する。）であってもよい。

また、図７に示すように、貫通孔の延伸方向に垂直な部分と斜めに延伸する部分の接続箇所について、第１バネ部１１０の外縁部を面取りしてもよい。第１バネ部１１０の外縁部を面取りして角を取った状態にすることにより、貫通孔の内壁面と第１バネ部１１０が接触した際に、接触点を多くすることができる。接触点を多点にすることにより、貫通孔と第１バネ部１１０の摩擦が小さくなり、貫通孔と第１バネ部１１０の損傷を低減できる。

更に、第２バネ部１２０についても、水平構造と斜め構造のいずれも選択することができる。例えば、図８に示すように、第１バネ部１１０を水平構造、第２バネ部１２０を斜め構造にしてもよい。或いは、図９に示すように、第１バネ部１１０を斜め構造、第２バネ部１２０を水平構造にしてもよい。また、第１バネ部１１０と第２バネ部１２０の両方を斜め構造にしてもよい。このように、第１バネ部１１０と第２バネ部１２０の構造の組み合わせは任意である。

また、第２バネ部１２０について、軸方向に沿った弾力が発生するのであれば、任意の形状を採用可能である。例えば、第２バネ部１２０は、軸方向に垂直な面から見て、図１０に示すように円形状であってもよいし、図１１に示すように四角形状であってもよい。或いは、第２バネ部１２０が、四角形以外の多角形状であってもよい。

（その他の実施形態）
上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記では、プローブ１０のバネ部が角ばねである場合について説明したが、バネ部が他の形状のばねであってもよい。例えば、バネ部が、断面が矩形状のコイルばねであってもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。

１…電気的接続装置
１０…プローブ
１１…第１部分
１２…第２部分
１３…ストッパー
２０…保持基板
２１…第１面
２２…第２面
１１０…第１バネ部
１２０…第２バネ部

Claims (8)

1. 第１面と前記第１面に対向する第２面とで両面が定義され、前記第１面から前記第２面まで貫通する貫通孔を有する保持基板と、
   前記貫通孔の開口部の周囲で前記第２面に外側から当接するストッパー、前記ストッパーに連結して前記貫通孔の内部を貫通し、端部が前記第１面に露出する第１部分、および、前記ストッパーに連結して前記貫通孔の外部に位置する第２部分を有するプローブと
   を備え、
   前記第１部分が、前記プローブの軸方向に沿って伸縮自在な第１バネ部を有する、
   電気的接続装置。
2. 前記第２部分が、前記プローブの軸方向に沿って伸縮自在な第２バネ部を有する、請求項１に記載の電気的接続装置。
3. 前記第１バネ部の前記軸方向に沿って弾性変形したときの弾力が、前記第２バネ部の前記弾力よりも大きい、請求項２に記載の電気的接続装置。
4. 前記第１バネ部が、板状の弾性体を屈曲させた角ばねである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
5. 前記第１バネ部が、前記貫通孔の延伸方向に垂直な部分と前記延伸方向に平行な部分を組み合わせた構造を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
6. 前記第１バネ部が、前記貫通孔の延伸方向に垂直な部分と前記延伸方向に斜めに延伸する部分を組み合わせた構造を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
7. 前記垂直な部分と前記斜めに延伸する部分の接続箇所の外縁部が面取りされている、請求項６に記載の電気的接続装置。
8. 前記プローブの側面に垂直な前記第１バネ部の断面が矩形状である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電気的接続装置。

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