JP3272262B2 - 接触用ピンおよびその製造方法ならびに同ピンを用いた接触方法 - Google Patents
接触用ピンおよびその製造方法ならびに同ピンを用いた接触方法Info
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Description
の製造方法ならびに同ピンを用いた接触方法に関し、特
に、集積回路の測定のためにこの集積回路を外部回路に
接続するためのソケットにおいて、この集積回路を封止
したパッケージのリードと接触して電気的接続を得るた
めの、接触用ピンおよびその製造方法ならびに同ピンを
用いた接触方法に関するものである。
う目的でこの集積回路を封止したパッケージのリードと
個々に接触し電気的接続を得るための接触用ピンについ
ては、多数の形状が提案されている。
と、それぞれのリードに対応して複数設けられた接触用
ピンとの配置をを示した図である。ここで1は接触用ピ
ンであり、これら複数の接触用ピン1は図のX軸方向に
沿って並んでいる。各接触用ピン1は、X、Y、Z軸に
各々平行な面を有した構成とされている。2は、各接触
用ピン1のZ軸方向の端部に形成された接触面であり、
X軸に平行であるとともに、パッケージ4のリード3か
らの機械的圧力を受けてこのリード3と直接に接触す
る。リード3の材料には、通常、鉄ニッケル合金もしく
は銅合金が用いられる。また、リード3の表面には、プ
リント基板へのハンダ付けが容易となるように錫メッキ
もしくはハンダメッキが施される。パッケージ4は、リ
ード3の一端と集積回路とを封止している。5はソケッ
ト本体で、複数の接触用ピン1におけるZ軸方向の基端
部をそれぞれ固底している。接触用ピン1は、湾曲部6
を有する。その接触面2には、端部9が存在する。
が良好となるように、比較的強い機械的な圧力がリード
3から接触面2に加えられる。多数の集積回路を検査の
ために測定する際には、比較的強い圧力により新しいリ
ード3との接触が繰り返されることによって接触面2に
磨耗が生じてくる。磨耗が生じると、電気抵抗の低い良
好な接触面積を減少させて、接触抵抗値の増加を招く。
特にアナログ回路の測定系においては、接触抵抗値が測
定系の直列抵抗値の一部として組み込まれ調整されてい
る。このような測定系において接触抵抗値が変化する
と、本来の測定値と異なった値が認識されるという問題
が生じる。このような状態を避けるために、接触用ピン
1の交換が定期的に行われており、通常約10万回の測
定を行った時点で接触用ピン1を含むソケット全体が交
換される。
である。一般に、接触用ピン1は金属板から製造されて
おり、金属板の主面は接触用ピン1の主面1aとなる。
この主面1aは、この図の正面図に相当する。この正面
図に対する背面が対面1bとなる。接触用ピン1の端部
における線A−A′に沿った断面図が、図8の端部にお
けるXZ面を成す。
した状態を図8におけるX軸方向から示したものであ
る。ここでは、接触前においてソケット5から接触用ピ
ン1の先端までの距離がhであるものが、接触後におい
てΔhだけ圧縮された状態を示す。この圧縮により、湾
曲部6を支点として、接触用ピン1からリード3に向か
う応力が働く。この応力によって、接触用ピン1の接触
面2とリード3とが強く接触する。ここで、接触面2が
接触時においてリード3と最大面積で接触するように、
この接触面2がリード3の傾斜角度に対して所定の角度
を有するように設定されることがある。すなわちこの場
合は、接触用ピン1がΔhだけ沈み込んだ状態でリード
3と最大面積で接触するように、前述の角度および機械
的圧力が設定される。この沈み込む過程において、リー
ド3と接触面2の端部9との間で強い摩擦力が発生す
る。
を120倍に拡大して示した顕微鏡写真である。この従
来の接触用ピン1は、金属板を切断して形成された金属
片にメッキ処理を施したもので、切断面の一部が接触面
2として用いられている。この切断面では、接触用ピン
1を形成する金属板の一方の面である主面から切断が開
始され、他方の面である対面で切断が終了している。こ
の主面に始まって対面に至る中央部までは切断による歯
形が残っており、この中央部から対面にかけては裂けた
面が出現している。
くは銅合金が用いられ、これら金属の表面を安定化させ
るために、切断によるピン形状の形成の後にメッキ処理
を施す。詳細には、硬い皮膜を形成させるためのニッケ
ルメッキと、その周りを覆って酸化を防止するための金
メッキとを施す。このメッキの厚さは、全体として通常
0.3ミクロン程度が採用されており、このうち、金メ
ッキの部分の厚さは金格子の数にして7〜8個の厚さに
相当する。
る切断によって形成する工程を示したものである。ここ
で、7は金属板であり、8は切断工具である。図12
(a)〜(c)にかけて金属板7に対してほぼ垂直に切
断工具8の歯先が当てられ、切断が進行する様子を示
す。図12(d)は、切断が完了した状態を示す。
面から、厚み方向の中央部にかけては、工具8の歯が押
しつけられるためにできた歯形が残り、中央部から終了
部にかけては金属板の引き裂かれた形状が残り、切断終
了部には金属板7から外に向かう突起状部7aが生じ
る。
において、接触用ピン1は上述のように切断加工された
面を接触面2として使用しており、その面が荒い面とな
っている。また、この接触面2のほぼ全面でリード3と
接触するために、比較的強い摩擦力がリード3と接触面
2との間で発生する。このため、接触面2に施されたメ
ッキ面が比較的強い力で研磨される状況となる。研磨が
進むと下地の金属材が露出するようになる。
端部9が、金属板7の突起状部7aにて構成された場合
には、この接触用ピン1の端部において発生する摩擦力
の平均を考慮してリード3を接触面2に強く押し当てる
必要があり、メッキ面の磨耗を早めてしまうこととな
る。
比較的弱い機械的圧力でもリードに接触することができ
ると共に磨耗を抑えることのできる接触面の形状、構造
を得ること、(2)このような形状および構造を備えた
接触用ピンを製造する方法を得ること、(3)接触面の
磨耗を抑えた接触方法を得ること、を目的とするもので
ある。
に、請求項1に記載の本発明の接触用ピンは、互いに平
行な主面および対面を備えるとともに、前記主面の外縁
部と前記対面の外縁部とを結ぶ面によって形成された接
触面を備え、この接触面がピン内部に向かう凹面形状で
あり、前記外縁部は前記凹面形状の接触面の底部から前
記主面及び対面の延長方向に隆起した構成であり、この
隆起した部位全体がメッキ金属層であることを特徴とす
る。
接触部において主面の外縁部と対面の外縁部とが平行で
あり、この両外縁部を結ぶ接触面が凹面形状となってい
るため、他の部材との接触に際して前記他の部材と外縁
部とが接触するときに、この外縁部が他の部材にくさび
状に食い込んで強い接触力を得ることができる。また、
両外縁部が平行であるので、両外縁部が他部材の面上を
擦れて移動する場合に、面全体で擦れる場合と比べて比
較的低い摩擦力が発生するのみであり、したがって外部
から加える圧力を弱くすることができる。このため、外
縁部に生じる磨耗を抑えることができる。
いに平行な主面と対面とを有した金属片と、この金属片
の表面にメッキにより形成された金属層とを有し、前記
金属層は、前記金属片の表面にメッキにより形成され
て、前記金属片よりも高硬度であるとともに、前記金属
片の主面および対面の延長方向に隆起形状を有し、かつ
前記主面および対面の外縁部から前記ピンの内部に向か
う凹面形状を有する第1の金属層と、この第1の金属層
の表面にメッキにより形成されて、この第1の金属層よ
りも電気抵抗の低い第2の金属層とを備えたものであ
る。この請求項2に記載の接触用ピンによれば、金属片
の輪郭に沿って形成される外縁部の磨耗を抑えることが
できる。また、第1の金属層が比較的硬い金属である代
わりにその電気抵抗が高い場合であっても、その表面を
覆う第2の金属層の電気抵抗を低くしてやることで、外
縁部の耐磨耗性を確保しつつ接触用ピンの電気抵抗を低
く保つことができる。
縁部の長さ方向の両端に円弧状の端部が形成されている
ことを特徴とする。この請求項3に記載の接触用ピンに
よれば、外縁部が他の部材の面上を擦れて移動する場合
に、その外縁部のコーナーである端部が円弧状であるた
めに、擦れた部位で生じる摩擦力を低く抑えることがで
きる。
は、接触用ピンの輪郭に対応して金属板の所定領域に貫
通孔を形成する貫通工程と、所定領域に前記貫通孔を形
成した状態の金属板における前記ピンの形状をなす部分
に、前記金属板よりも硬い金属層をメッキするメッキ工
程とを備えることを特徴とする。
によれば、ピンの形状の外縁と残余の金属板との間の貫
通部による隙間を所定の幅に設定することができる。す
ると、この隙間を用いることによって、金属板全体をメ
ッキしたときにこのピン形状を覆うメッキの厚さを変え
ることができる。具体的には、電気メッキを採用するこ
とで、前記所定の幅の隙間の作用によって、金属板の両
面におけるピン形状の外縁部に生じる電界強度の強い部
分においてメッキの成長を促進させるとともに、金属板
の厚みの中央部においてはメッキ液の循環を抑えかつ電
界強度を弱くすることができるため、この中央部のメッ
キの厚みを外縁部に対して相対的に薄くすることができ
る。このようにして、ピン形状の外縁部を結ぶ接触面を
凹面形状に形成させることができる。メッキ後、支持部
を切断することによって接触用ピンを取り出すことがで
きる。
いた接触方法は、接触用ピンが、互いに平行な主面と対
面とを有した金属片と、この金属片の表面にメッキによ
り形成された金属層とを有し、前記金属層は、前記金属
片の表面にメッキにより形成されて、前記金属片よりも
高硬度であるとともに、前記金属片の主面および対面の
延長方向に隆起形状を有し、かつ前記主面および対面の
外縁部から前記ピンの内部に向かう凹面形状を有する第
1の金属層と、この第1の金属層の表面にメッキにより
形成されて、この第1の金属層よりも電気抵抗の低い第
2の金属層とを備え、前記金属層の外縁部と他の部材と
を接触させた後に前記凹面形状の少なくとも一部と前記
他の部材とを接触させることを特徴とする。
比較的面積の狭い外縁部が他の部材と接触するために単
位面積当たりの圧力が強い状態で接触し、しかも、その
うえで比較的広い面積を有する凹面形状の少なくとも一
部が他の部材と接触するために、この接触面では単位面
積当たりの圧力が比較的弱い状態で接触して電気的接続
を得ることができる。このため、確実な接触を得ること
ができるとともに、接触面での磨耗を抑えることができ
る。
もとにして説明する。図1は、本発明の実施の形態に係
る接触用ピンの形状を示す図であり、この接触用ピンを
図8のXZ面に対応する面から見た断面図である。この
接触用ピン38において、31は金属板であり、通常
0.3ミリメートル程の厚さを備えており、その材料と
して鉄ニッケル合金もしくはベリリウム銅合金が用いら
れる。金属板31の表面には第1の金属層32が形成さ
れており、この第1の金属層32の表面にはさらに第2
の金属層33が形成されている。第1の金属層32には
ニッケルを主とした材料が用いられ、第2の金属層33
には金を主とした材料が用いられる。金属板31の主面
とそれに対応する側面とが接する外縁部に沿って、第
1、第2の金属層32、33の外縁部34、35が形成
されている。また、金属板31の対面とそれに対応する
側面とが接する外縁部に沿った部分にも、第2、第3の
金属層32、33の外縁部36、37が形成されてい
る。金属板31は、後述するエッチング加工がされてい
るため、板の側面の中央部で盛り上がった形状を備えて
いる。jは接触面2を基準とした外縁部34、36の高
さ、Kは金属層32と金属層33との合計厚さである。
用ピン38の主面と対面と側面とを覆うようにニッケル
が電気メッキされ、また第2の金属層33を形成するた
めに、ニッケルの表面を覆うように金が電気メッキされ
る。このようにしてできた第1、第2の金属層32、3
3の主面側の外縁部と対面側の外縁部とを結ぶ面が、接
触用ピン38の側面上に、接触面2として曲面で形成さ
れる。
は、ニッケルの層とその周囲を覆った金の層とによる平
行な縁部を構成しており、接触面2における外縁部3
4、36がリードの表面の錫もしくはハンダの層に食い
込むように接触する。この接触に要する機械的圧力を調
整することで、接触面2とリードの面との接触面積を調
整することができる。
擦を起こす過程においては、比較的小さな面積で接触す
るために、そこで発生する摩擦力が小さく、接触のため
に外部から加える機械的圧力を小さくすることができ
る。圧力が小さいことで、接触面2の磨耗を抑制するこ
とができる。
の正面図、平面図、右側面図を示したものである。この
正面図を線B−B′から見た図が図1の断面図である。
この接触面2は、中央部で盛り上がった部分を有した凹
面形状を備える。
92は正面から見て円弧状に形成され、同様に外縁部3
6の端部93、94も円弧状に形成されている。この円
弧形状を有することによって、リード3と端部91〜9
4とが円滑に接することができる。この円弧形状の半径
は、任意の値に設定することができるが、接触面2の外
縁部34、36に所要の有効長さを確保するためには、
この外縁部34、36の全長に相当する長さtの約1/
10の長さが適切である。
の製造方法を示す図である。図3(a)は、接触用ピン
38の形状と、このピン38を金属板31に支持させる
支持部39と、貫通孔40とを示す図である。図3
(b)は、図3(a)におけるC−C′に沿った断面図
を示したものである。
支持部39とを金属板31から分離させるためのもので
あり、接触用ピン38の輪郭に沿って形成される。支持
部39はその一端部において金属板31に繋がれる。貫
通孔40の幅wは、通常1〜2ミリメートルの値に設定
される。
8を形成した様子を示すものである。この場合において
貫通孔40は、接触用ピン38の周囲の全体に渡って均
一な幅である必要はなく、少なくとも接触面2の近傍の
必要とされる部分において、この接触面2の断面の凹面
形状を形作るための所定の幅wが確保されれば足りる。
金属板31には20センチメートル×40センチメート
ル程度の大きさのものが使用されるが、1つの接触用ピ
ン38の形成に必要な面積が約1平方センチメートルで
あるときは、この1枚の金属板31から約1000個の
接触用ピン38を取り出すことができる。
ち接触用ピン38を形成する方法を示す図である。図5
(a)において、41はレジストであり、金属板31の
主面および対面の相対する位置に精度良く塗布される。
貫通孔40を必要とする部分はレジスト41が除かれて
おり、この除かれた部分でエッチングが開始される。エ
ッチング液は、金属板31がベリリウム銅合金の場合
は、塩化第2鉄もしくは過酸化水素水が用いられる。
したものである。金属板31の主面および対面とレジス
ト41の端部とから、金属板31の内部に向かってエッ
チングが進行する。
を示したものである。この図において、42は、金属板
31および接触用ピン38の側面の中央部に形成された
突起部である。この突起部42は、エッチング時間を調
整することによって数ミクロン程度の高さに抑えること
が可能である。このようにエッチング処理することによ
って、従来のように刃物で切断を行う際に避けられない
金属表面の歯形、裂けた形状、切り屑などの発生を防ぐ
ことができる。また、接触用ピン38の輪郭が複雑であ
っても容易に貫通させることができ、微細な部分でのピ
ン形状を容易に工夫することができる。
を示したものである。この図5(d)において、ピン3
8と金属板31との相対位置を保つための幅wは、支持
部39によって保持される。
38と金属板31とが繋がったままで、電気メッキが施
される。一般に電流効率が100パーセントである場合
において、被メッキ体である金属板31の表面に析出す
る単位時間当たりの金属原子数は、電流密度に比例す
る。この析出した原子は集合して結晶の核となり、次第
にメッキ層を形成する。ここで、電流密度が小さい場合
には結晶核の生成頻度が小さく、少数の結晶がゆっくり
成長する。逆に電流密度が大きい場合には結晶核の生成
頻度が大きく、結晶成長が早くなり、多数の微少な結晶
ができる。
びピン38の外縁部43〜46には、電気メッキ処理に
おいて電界が集中するために、他の部分よりも厚いメッ
キ層が形成される。厚いメッキ層が形成され始めるとそ
の形状が突起状となり、さらに電界が集中することによ
って、メッキ層の成長が促進される。また、貫通孔40
の領域と他の領域とを比べた場合に、貫通孔40の領域
では、その形状からイオンの供給が乏しい。このため、
貫通孔40が形成された側面でのメッキ層の厚さは、他
の部分と比較してさらに薄くなる。このようなことか
ら、メッキ層の成長方向に対して特定の方位性が出現
し、貫通孔40の領域で凹面形状が形成される。
形成されるが、これを所要の厚さとするために、メッキ
液の温度、濃度、pH値およびそのメッキ時間につい
て、通常の必要とされる管理がなされる必要がある。こ
こで、特に金属層33を形成するための金メッキについ
ては、純金の箔の光沢と接触用ピンの表面の光沢とを比
較することによってメッキの出来具合を評価し、管理す
ることができる。
示す顕微鏡写真である。図6は、接触面2が形成された
端部を120倍に拡大して見たものであり、図7は、接
触面2およびその周辺を斜め方向から60倍に拡大して
見たものである。金属板の材料として硬度1/2のベリ
リウム銅を用い、接触用ピン38の厚さを0.3ミリメ
ートルとし、接触面2の端部91〜94を形成する円弧
の半径を0.1ミリメートルとし、接触面2を構成する
側面から外縁部34、36までの高さjを約18ミクロ
ン、内側の金属層32を形成するニッケルメッキの厚さ
を約5ミクロン、表面側の金属層33を形成する金メッ
キの厚さを約2ミクロンとしたものである。このような
構成の接触用ピンでは、平均200万回の接触に対する
寿命を得た。
行な主面および対面を備えるとともに、前記主面の外縁
部と前記対面の外縁部とを結ぶ面によって形成された接
触面を備え、この接触面がピン内部に向かう凹面形状で
あることによって、他の部材と強く接触することができ
るとともに、接触面の磨耗を抑える効果を得ることがで
きる。
端部が形成されていることで、外縁部が他の部材の面上
を擦れて移動する場合に上記端部で生じる摩擦力を低く
抑える効果を得ることができる。
板の所定領域に貫通孔を形成する貫通工程と、所定領域
に前記貫通孔を形成した状態の金属板における前記ピン
の形状をなす部分に、前記金属板よりも硬い金属層をメ
ッキするメッキ工程とを備えたことで、メッキ時にピン
の外縁部の金属層の成長を促進させ、その結果、ピンの
表面の外縁部と対面の外縁部とを結ぶ面によって形成さ
れる接触面を、確実に凹面形状とすることができる。
状を示す図である。
ある。
するための図である。
写真である。
微鏡写真である。
態を示す図である。
す図である。
写真である。
程を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 他の部材と接触して電気的接続を得るた
めの接触用ピンであって、互いに平行な主面および対面
を備えるとともに、前記主面の外縁部と前記対面の外縁
部とを結ぶ面によって形成された接触面を備え、この接
触面がピン内部に向かう凹面形状であり、前記外縁部は
前記凹面形状の接触面の底部から前記主面及び対面の延
長方向に隆起した構成であり、この隆起した部位全体が
メッキ金属層であることを特徴とする接触用ピン。 - 【請求項2】 他の部材と接触して電気的接続を得るた
めの接触用ピンであって、 互いに平行な主面と対面とを有した金属片と、この金属
片の表面にメッキにより形成された金属層とを有し、 前記金属層は、 前記金属片の表面にメッキにより形成されて、前記金属
片よりも高硬度であるとともに、前記金属片の主面およ
び対面の延長方向に隆起形状を有し、かつ前記主面およ
び対面の外縁部から前記ピンの内部に向かう凹面形状を
有する第1の金属層と、 この第1の金属層の表面にメッキにより形成されて、こ
の第1の金属層よりも電気抵抗の低い第2の金属層と を
備えたことを特徴とする接触用ピン。 - 【請求項3】 外縁部の長さ方向の両端に円弧状の端部
が形成されていることを特徴とする請求項1または2記
載の接触用ピン。 - 【請求項4】 他の部材と接触して電気的接続を得る接
触用ピンの製造方法であって、前記接触用ピンの輪郭に対応して金属板の所定領域に貫
通孔を形成する貫通工程と、 所定領域に前記貫通孔を形成した状態の金属板における
前記ピンの形状をなす部分に、前記金属板よりも硬い金
属層をメッキするメッキ工程とを備える ことを特徴とす
る接触用ピンの製造方法。 - 【請求項5】 他の部材と接触して電気的接続を得るた
めの接触用ピンを用いた接触方法であって、 前記接触用ピンが、互いに平行な主面と対面とを有した
金属片と、この金属片の表面にメッキにより形成された
金属層とを有し、 前記金属層は、前記金属片の表面にメッキにより形成さ
れて、前記金属片よりも高硬度であるとともに、前記金
属片の主面および対面の延長方向に隆起形状を有し、か
つ前記主面および対面の外縁部から前記ピンの内部に向
かう凹面形状を有する第1の金属層と、この第1の金属
層の表面にメッキにより形成されて、この第1の金属層
よりも電気抵抗の低い第2の金属層とを備え、 前記金属層の外縁部と他の部材とを接触させた後に前記
凹面形状の 少なくとも一部と前記他の部材とを接触させ
ることを特徴とする接触用ピンを用いた接触方法。
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