JP3881682B2 - 両端変位型コンタクトプローブ - Google Patents

Description

本発明は、コンタクトプローブ、特にＩＣパッケージや集積回路素子を造り込んだウェハーの試験装置及び検査用ソケットに装備される両端変位型コンタクトプローブに関する。

ＩＣパッケージ、あるいは、集積回路素子を造り込んだウェハーの試験装置には、テストされるＩＣパッケージやウェハーの接続端子とテスト回路基板側の接続端子との間に複数のコンタクトプローブを兼ね備えた試験用装置及び検査用ソケットがが装備されており、そのコンタクトプローブには、両端のコンタクト部の間に圧縮部材を設けて所要の接触圧付与と接触位置のばらつきの吸収を可能にする両端変位（摺動）型のものがある。

この種の両端変位型ばねプローブとしては、例えば有底円筒状のバレル内にプランジャーの内頭部を摺動可能に保持させるとともに、プランジャーの内頭部とバレルの内底面部の間に圧縮コイルばねを介在させた内部ばねプローブ（特許文献１の図１（ａ）参照）、あるいは、有底円筒状のバレル内にプランジャーの内頭部を摺動可能に保持させるとともに、プランジャーの外頭部とバレルの間に圧縮コイルばねを介在させた外部ばねプローブ（特許文献１の図１（ｂ）参照）がある。

また、当該特許公報の図５に図示されるようにバレル内端部を縮径させたり、同公報図１０、１３にそれぞれ図示されるようにソケットの一端内面側を縮径したりして、プランジャ及びバレルを抜け止めする構造とする一方、プランジャ及びバレルの内端側を互いに摺動可能に接触させ、プランジャ及びバレルのフランジ部をばね受けとして両者をコイルばねにより離隔方向に付勢しているものがある。
特許第３２１０６４５号公報

しかしながら、従来の両端変位型コンタクトプローブにあっては、導体のプランジャ及びバレルといった雌雄形状の電気的接触部材（以下、コンタクト部材ともいう）の摺動部がバレル内にあったり、コイルスプリング内方の軸方向中央部に位置したりするものであったため、プランジャ内頭部のバレルへの組み込みや圧縮コイルばねの組み付け後に、バレル内端部を塑性変形させてバレルとプランジャの抜け止めの加工を行なうといった必要があり、組立てが容易でなかった。

また、電気的接触部材であるプランジャ及びバレルがソケット等により同一直線上に並ぶように共軸的に配置されガイドされるにも拘わらず、両コンタクト部材の電気的接触を良好に得るために、両コンタクト部材の軸線を傾けるよう圧縮コイルばねの巻き端部をそろえるなどして、両コンタクト部材の接触圧を確保するといったことが必要であった。しかし、これらコンタクト部材のソケット側へのガイドや両部材相互の摺動に適した摺動隙間（クリアランス）を確保することと、これらコンタクト部材相互の接触圧を確保するための傾斜姿勢とを両立させることは、相反する要求であってきわめて厳密な部品寸法管理が必要であり、プローブ動作時の両コンタクト部材の軸方向変位（接近及び復帰）の安定性を低下させることにもなっていた。また、高温で長時間のテストを行なうようなテスト装置にあっては、そのような問題がより顕著になっていた。

さらに、ＩＣパッケージ等の被検査物側のコンタクト部には多数回のテストに対し安定した電気的接触を確保するために繰返し圧接に耐え得る高硬度の材料が要求される一方、摺動部では安定した高導電率が要求され、更に、近時の環境対策から鉛フリー材料の選択も必要になってきているが、これらの条件をすべて満足し得るようなプランジャ及びバレルの材料選定が困難で、プローブの耐久性やコストの面でも問題があった。

本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、組立てが容易で、安定した両端変位と電気的接触の確保を両立し得る両端変位型コンタクトプローブを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の両端変位型コンタクトプローブは、それぞれ電気的接触部を構成する第１導電部材及び第２導電部材と、前記第１導電部材及び前記第２導電部材が軸方向の所定間隔より接近するとき該間隔を拡大する方向に両導電部材を付勢する中空の弾性部材と、前記弾性部材内に収納され、軸方向に延在する第３導電部材と、を備え、前記弾性部材が、前記第１導電部材を保持結合した一端部と、前記第２導電部材を保持結合した他端部と、前記第３導電部材を前記第１導電部材及び前記第２導電部材に摺動可能な所定姿勢で保持する中間部とを有することを特徴とするものである。

この構成により、第１導電部材及び第２導電部材の間の導通が第３導電部材を介してなされ、この第３導電部材が、第１導電部材及び第２導電部材に摺動可能な所定姿勢で両導電部材間の弾性部材の中間部によって安定保持されることになり、安定した両端変位と電気的接触の確保を両立し得る両端変位型コンタクトプローブとなる。しかも、第１導電部材及び第２導電部材を弾性部材の一端部及び他端部にそれぞれ保持結合させることから、第１導電部材及び第２導電部材を簡素な形状とすることができ、第１導電部材及び第２導電部材と第３導電部材の摺動部に高度な寸法管理が要求されることもなく、機能分離や摺動部の分割によって、各導電部材の材料選定や部品加工も容易となる。

また、本発明においては、前記弾性部材が、前記中間部を他の部分より小ピッチとしたコイルばねで構成されたもの、あるいは、前記弾性部材が、前記中間部を密着巻きとしたコイルばねで構成されたものであるのがよい。

これにより、第３導電部材を、弾性部材のうち形状変化の少ない中間部によって、第１導電部材及び第２導電部材に摺動可能な所定姿勢で安定保持することが可能となる。

本発明の両端変位型コンタクトプローブは、より好ましくは、前記第１導電部材及び前記第２導電部材の前記軸方向に対向する部位に、前記第３導電部材の一端部及び他端部を収納する一対の凹部が形成され、前記第３導電部材がその一端部及び他端部より大径の中間部を有し、前記第１導電部材又は前記第２導電部材のいずれか一方に形成された一方の凹部に向かい前記コイルばねを通して前記第３導電部材が挿入され、前記コイルばねの中間部より該挿入方向先方側で前記コイルばねが圧縮されたとき、前記第３導電部材の一端部又は他端部が前記一方の凹部の内部の側面及び底面に近接又は当接するとともに、前記第３導電部材の中間部が前記弾性部材の中間部に保持されるようになしたものである。

この構成により、第１導電部材又は第２導電部材を弾性部材の一端部又は他端部に保持結合させ、第３導電部材をコイルばね内に挿入すると、コイルばねの中間部より挿入方向先方側でコイルばねがほぼ密着するときに、第３導電部材の一端部又は他端部が第１導電部材又は第２導電部材の凹部底面に近接又は当接するとともに、第３導電部材の中間部が弾性部材の中間部に自動的に保持されることになり、組立てが容易にできる。

この場合、さらに、前記コイルばねの一端部若しくは他端部又は両端部の内径が、前記中間部の内径より大径であるようにすると、第３導電部材のコイルばね中への挿入等の作業性がより向上する。

さらに、本発明の両端変位型コンタクトプローブは、前記第１導電部材及び前記第２導電部材のそれぞれが、前記コイルばねの端面に当接するフランジ部と、該フランジ部から軸方向一方側に突出する導通部と、該フランジ部から軸方向他方側に突出するとともに前記コイルばねの対応する端部内周に所定の径方向圧力を伴って嵌入された嵌入部と、該嵌入部の内方で軸方向に延在し前記第３導電部材の一端部又は他端部が挿入される孔部とを有するものとすることができる。

この構成により、前記孔部の深さを適宜設定して、所要の両端変位ストロークを確保することができ、かつ、第１導電部材及び第２導電部材の弾性部材による自己保持機能が生じることになり、工数のかさむ抜け止め加工等も不要となる。さらに、第１導電部材及び第２導電部材の共用化も容易に可能である。

前記第３導電部材が、前記第１導電部材より導電率の高い材料からなるのがよい。これにより、導通経路が長くなる部材の導電率を高めることになり、好ましい電気的特性が得られる。

また、前記第３導電部材が、前記第１導電部材より導電率の高い銅系金属からなり、前記第１導電部材が前記第３導電部材より硬質の導電性金属材料からなるようにすると、電気的特性の確保のみならず、第１導電部材の耐摩耗性、耐久性が高められる。

さらに、前記第２導電部材が、前記第１導電部材より導電率の高い材料からなるようにすることで、試験装置側の所要の電気的接続を安定的に確保できることとなる。
また、前記第１導電部材および第２導電部材が、それぞれ前記第３導電部材と同等の導電率材料からなるようにしてもよい。電気的特性その他の要求特性を満足する材料であれば、実質的に同等な導電率を有する材料とすることで、所要の電気的、機械的特性を確保することができる。

本発明によれば、第１導電部材及び第２導電部材の間の導通を第３導電部材を介してなし、第１導電部材及び第２導電部材の間に介在する弾性部材の中間部によって、この第３導電部材を両導電部材に摺動可能な所定姿勢で安定保持するようにしているので、第１導電部材及び第２導電部材による安定した両端変位と電気的接触の確保とを両立し得る両端変位型コンタクトプローブを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１〜図３は本発明の第１の実施の形態に係る両端変位型コンタクトプローブを示す図である。

まず、図１により、その構成を説明すると、本実施形態の両端変位型コンタクトプローブ（以下、単にプローブともいう）は、その軸方向両端側に、それぞれ電気的接触部を構成する第１導電部材１１及び第２導電部材１２を有し、全体を図示しないテスト装置のソケット２０内に隔壁部２３を隔てて複数本、互いに平行に所定ピッチ（図１中の左右方向で一定の間隔）で配設されている。

第１導電部材１１及び第２導電部材１２の間には圧縮コイルばね１３が介装されており、第１導電部材１１及び第２導電部材１２の外端部であるコンタクト部１１ａ、１２ａは、それぞれ圧縮コイルばね１３により軸方向変位可能に付勢されてソケット２０から外方に突出している。また、第１導電部材１１及び第２導電部材１２の各々は、コンタクト部１１ａ、１２ａより大径に形成されるとともにコンタクト部１１ａ、１２ａの基端側で圧縮コイルばね１３の何れか一方の端面に当接するフランジ部１１ｆ、１２ｆと、これらフランジ部１１ｆ、１２ｆから内方（軸方向他方側）に突出するとともに圧縮コイルばね１３の対応する端部内周に嵌入された嵌入部１１ｅ、１２ｅと、これら嵌入部１１ｅ、１２ｅの径方向内方で軸方向に延在する有底の又は貫通した孔部１１ｃ、１２ｃとを有している。第１導電部材１１及び第２導電部材１２のコンタクト部１１ａ、１２ａは、それぞれ、フランジ部１１ｆ、１２ｆから軸方向一方側に突出する導通部となっており、ソケット２０のガイド穴部２１、２２により軸方向に変位（摺動）可能に保持されている。

検査対象物と高頻度に係合・離脱する第１導電部材１１は、導電率及び耐摩耗性が高い硬質の金属材料、例えばチタン（Ｔｉ）系金属及び炭素鋼（ＳＫ）からなり、テスト基板側に係合する第２導電部材１２は、第１導電部材１１ほどの硬度は要求されないので、例えば燐青銅、黄銅、ベリリウム銅等の銅系金属からなる。これら第１導電部材１１及び第２導電部材１２は、それぞれ快削性のある材料を用いることでその旋削加工等を容易化することができる。

圧縮コイルばね１３は、任意の断面形状と材料（例えば、ばね用のピアノ線、ステンレス線、あるいは、プラスチック）で形成することができ、第１導電部材１１及び第２導電部材１２に比べ導電性が要求されない部材となっている。また、圧縮コイルばね１３は、第１導電部材１１及び第２導電部材１２が軸方向の所定間隔より接近するときその間隔を拡大する方向（図中の上下方向）に両導電部材１１、１２を付勢する中空の弾性部材となっている。ここにいう弾性部材は、金属のみならず、ゴムのような粘弾性体やプラスチックからなるもの、あるいはこれらの複合品で形成することができ、その形状としては、軸方向中間部分を径方向内側に屈曲又は湾曲した複数の帯状撓部及び開口部を有する筒状としてもよい。

本実施形態においては、圧縮コイルばね１３は、その中間部を両端部１３ａ、１３ｂ側（他の部分）より小ピッチとした不等ピッチのコイルばねで構成されており、特に、中間部１３ｃを所謂密着巻き形状としたつづみ（鼓）形の圧縮コイルばね、すなわち、圧縮コイルばね１３の両端部１３ａ、１３ｂの内径が、圧縮コイルばね１３の中間部１３ｃの内径より大径であるようなばね形状となっている。なお、圧縮コイルばね１３の全体形状は、つづみ形に限らず、通常の円筒形、円錐形その他の形状のものでもよく、そのばね用線材は円形断面に限定されるものではない（例えば方形断面でもよい）。

第１導電部材１１及び第２導電部材１２を導通させるのは、圧縮コイルばね１３内に収納された第３導電部材１４である。この第３導電部材１４は、第１導電部材１１より導電率の高い材料、あるいは両導電部材１１、１２より導電率の高い材料からなり、例えば無酸素銅やベリリウム銅等の銅系金属で形成されている。この第３導電部材１４は、圧縮コイルばね１３の軸方向にほぼ平行であるがわずかに傾いた方向（略軸方向；図中では、前記傾きを誇張して図示している）に延在しており、第３導電部材１４の第１端部１４ａが第１導電部材１１の孔部１１ｃに、第３導電部材１４の第２端部１４ｂが第２導電部材１２の孔部１２ｃに、それぞれ摺動可能に挿入されている。

また、第３導電部材１４は、第１端部１４ａ及び第２端部１４ｂの間に位置する中間部１４ｃを有しており、この中間部１４ｃは第１端部１４ａ及び第２端部１４ｂより大径に形成されている。この第３導電部材１４の拡径した中間部１４ｃは、例えばその外周面が円弧形又は「く」の字形の断面形状となる円板状のものであるが、外周の全部又は一部に環状溝や螺旋溝を形成したもの、周方向所定間隔に複数の凸部を形成したもの等でもよく、特にその形状は限定されない。第３導電部材１４は、また、第１導電部材１１ほどの硬度は要求されない。

なお、第３導電部材１４に快削性のある材料を用いることでその旋削加工等を容易化することができるし、延展性のよい材料を用いて第３導電部材１４を鍛造加工するようなことも考えられる。さらに、本実施形態においては、第３導電部材１４の中間部１４ｃは第１端部１４ａ及び第２端部１４ｂと同一の材料でこれらと一体に形成されているが、中間部１４ｃを第１端部１４ａ及び第２端部１４ｂと別の材料で形成することも可能である。

圧縮コイルばね１３の両端部１３ａ、１３ｂは、それぞれ、第１導電部材１１及び第２導電部材１２の嵌入部１１ｅ、１２ｅよりも内径が小さくなるように形成されており、圧縮コイルばね１３に第１導電部材１１及び第２導電部材１２の嵌入部１１ｅ、１２ｅがそれぞれ嵌入されたとき、これら嵌入部１１ｅ、１２ｅが圧縮コイルばね１３の両端部１３ａ、１３ｂから所定の径方向圧力で締め付けられるようになっている。すなわち、圧縮コイルばね１３は、第１導電部材１１を保持結合した一端部１３ａと、第２導電部材１２を保持結合した他端部１３ｂとを有し、これによってプローブ両端の変位部の自己保持機能を発揮させるようになっている。なお、第１導電部材１１及び第２導電部材１２の嵌入部１１ｅ、１２ｅの外周に、詳細は図示しない結合強化用凹部１１ｎ、１２ｎを、例えば環状溝、螺旋溝、Ｄカット溝、少なくとも一対の平行溝等のような形態で形成しておき、前記保持結合を締付け力のみならず、抜け止めの機能をより高めた構造とすることもできる。また、第１導電部材１１及び第２導電部材１２の嵌入部１１ｅ、１２ｅの内端部は外周に面取りを施したり所定テーパー角度で部分的又は全体的に傾斜させることができる。

圧縮コイルばね１３の中間部１３ｃは、第３導電部材１４が第１導電部材１１及び第２導電部材１２に安定して摺動できるように、第３導電部材１４を所定姿勢で保持するようになっており、この中間部１３ｃの内径は第３導電部材１４の拡径した中間部１４ｃの外径より所定寸法分だけ小径になっている。これにより、例えば圧縮コイルばね１３の中間部１３ｃの内周の半周近くの線材間の谷間に第３導電部材１４の中間部１４ｃの外周が入り込み、残りの半周の一部にも当接した状態で、第３導電部材１４の安定した傾斜姿勢が得られるようにしている。

次に、図２を用いて、本実施形態の両端変位型コンタクトプローブの組立て方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、第１導電部材１１又は第２導電部材１２のいずれか一方、例えば第２導電部材１２の嵌入部１２ｅを圧縮コイルばね１３の他端部１３ｂに嵌入させるとともに、圧縮コイルばね１３の他端部１３ｂを第２導電部材１２のフランジ部１２ｆに係合させ、コイルばね１３の他端部１３ｂに第２導電部材１２を保持結合させる。このとき、コイルばね１３と第２導電部材１２は、組立て後の通常の搬送や振動、落下衝撃程度では容易に外れず、一定値以上の抜去力が与えられた場合に分離できるように、保持結合された状態となる。

次いで、第２導電部材１２に形成された孔部１２ｃに向かい、圧縮コイルばね１３内を通して第３導電部材１４が第２端部１４ｂ側から第２導電部材１２の中心軸線に沿って真っ直ぐに挿入される（図２（ａ）、図２（ｂ）参照）。これにより、圧縮コイルばね１３の中間部１３ｃよりその挿入方向先方側で、圧縮コイルばね１３の線材が圧縮された状態、例えばほぼ密着した状態となる（図２（ｂ）参照）。

このとき、第３導電部材１４の第１端部１４ａ又は第２端部１４ｂが、第２導電部材１２に形成された一方の孔部１２ｃの内部の側面及び底面の双方に当接し、あるいはその一方に当接し他方に近接して、第３導電部材１４の中間部１４ｃが圧縮コイルばね１３の中間部１３ｃ内に入り込んで保持される。

また、このとき、例えば図２（ｂ）に示すように、第３導電部材１４の第２端部１４ｂを第２導電部材１２の孔部１２ｃの底面に当接させるとすれば、圧縮コイルばね１３の図中下半部の圧縮高さｈ１とフランジ部１２ｆのばね受け面から凹部１２ｃの底面（当接点）までの深さｈ２との和（ｈ１+ｈ２）が、第３導電部材１４の長さのほぼ１／２の長さ（Ｌｐ／２）に等しくなるように、圧縮コイルばね１３の線形、形状及び孔部１２ｃの深さｈ２を設定する。また、孔部１２ｃの全長は、第２導電部材１２の嵌入部１２ｅを圧縮コイルばね１３の他端部１３ｂに保持結合させるのに必要な嵌入深さｈ３と深さｈ２の和（ｈ２+ｈ３）として設定される。

また、第２導電部材１２の孔部１２ｃの内径ｄ１は、第３導電部材１４の第２端部１４ｂの外径ｄ２に対して、第２導電部材１２の中心軸線に対する第３導電部材１４の中心軸線の傾きθと、第２導電部材１２及び第３導電部材１４の間の摺動のための適当な隙間ｇと、部品の組合わせの寸法公差による減少量ｅ等を考慮した上で、所定の寸法的余裕を持って大きく（ｄ１≧ｄ２／ｃｏｓθ+ｇ+ｅ；ただし、ｇ＞（ｈ１+ｈ２）ｓｉｎθ）設定される。

第３導電部材１４の中間部１４ｃが圧縮コイルばね１３の中間部１３ｃ内に保持結合されると、図２（ｃ）に示すように、次いで、残りの第１導電部材１１の嵌入部１１ｅが圧縮コイルばね１３の一端部１３ａに嵌入されるとともに、第１導電部材１１のフランジ部１１ｆが圧縮コイルばね１３の他端部１３ｂに当接して、第１導電部材１１が圧縮コイルばね１３の他端部１３ｂに保持結合される。このとき、第３導電部材１４は第１導電部材１１又は第２導電部材１２の中心軸線に対する最終的な傾きθより大きな傾きをなしているが、その傾きは第２導電部材１２の孔部１２ｃによって所定角度範囲内に規制される。さらに、第２導電部材１２の孔部１２ｃの入り口部分や第３導電部材１４の第１端部１４ａに適当な面取り等を施すことで、第２導電部材１２の孔部１２ｃ内に第３導電部材１４の第１端部１４ａを確実に挿入させることができ、圧縮コイルばね１３の一端部１３ａがほぼ密着する状態に達したときに、第３導電部材１４の第１端部１４ａが第２導電部材１２の孔部１２ｃの底面にほぼ当接するとともに、第１導電部材１１が圧縮コイルばね１３の一端部１３ａに保持結合されることになる。

次に、動作について説明する。

上述のように構成された本実施形態の両端変位型コンタクトプローブでは、図３に示すように、テストを行なうＩＣパッケージや集積回路を造りこんだウェハー等の検査対象物３０の接続端子に第１導電部材１１のコンタクト部１１ａが当接するとともに、検査機器や診断機器を構成するテスト基板４０の接続端子４１に第２導電部材１２のコンタクト部１２ａが当接する。また、圧縮コイルばね１３により、両コンタクト部１１ａ、１２ａによるプローブ両端の変位Ｓ１、Ｓ２が許容されるとともに、第１導電部材１１及び第２導電部材１２への電気的接続をなすための所要の接触圧が付与される。

なお、図１〜図３においては、単一の両端変位型コンタクトプローブに関連するテスト装置の一部のみを図示したが、上述したような構成と電気的接続の構造は、図示しない他のプローブについても、まったく同様である。

このように、本実施形態の両端変位型コンタクトプローブでは、第１導電部材１１及び第２導電部材１２の間の導通が、導電率の高い第３導電部材１４を介してなされ、この第３導電部材１４が、第１導電部材１１及び第２導電部材１２に摺動可能な所定姿勢で圧縮コイルばね１３の中間部１３ｃによって安定保持されることになる。したがって、プローブ両端の安定した軸方向変位と電気的接触の確保を両立させることができる。しかも、第１導電部材１１、第２導電部材１２及び第３導電部材１４のそれぞれについて、要求される耐摩耗性や導電率、加工性等の観点から最適な材料を選定することができ、導通経路の長くなる第３導電部材１４には所要の導電率を確保し得る材料を、耐摩耗性の要求される第１導電部材１１にはそれに適した硬度の材料をそれぞれ選択することができ、更に、鉛フリー対応材料の選定も容易化できる。また、摺動部が第１導電部材１１側と、第２導電部材１２側とに分散されることから、両導電部材１１、１２の孔部１１ｃ、１２ｃの深さを所要の両端変位ストロークの半分程度まで浅くすることができ、従来のバレルのように深い孔加工を施す必要がなく、コスト低減が可能となる。

本実施形態では、また、第１導電部材１１及び第２導電部材１２を圧縮コイルばね１３の一端部１３ａ及び他端部１３ｂにそれぞれ保持結合させているので、第１導電部材１１及び第２導電部材１２を軸長が短く簡素な形状とすることができ、第１導電部材１１及び第２導電部材１２と第３導電部材１４との摺動部に、高度な寸法管理が要求されることもない。

さらに、本実施形態では、第１導電部材１１又は第２導電部材１２を圧縮コイルばね１３の一端部１３ａ又は他端部１３ｂに保持結合させ、第３導電部材１４を圧縮コイルばね１３内に挿入すると、圧縮コイルばね１３の中間部１３ｃより挿入方向先方側で圧縮コイルばね１３が圧縮されるのと同時に、第３導電部材１４の第１端部１４ａ又は第２端部１４ｂが第１導電部材１１又は第２導電部材１２の孔部１１ｃ又は１２ｃの内部の側面及び底面に当接するとともに、第３導電部材１４の中間部１４ｃが圧縮コイルばね１３の中間部１３ｃに自動的に保持されることになる。したがって、組立てが容易にできる。

この場合、さらに、圧縮コイルばね１３の一端部１３ａ若しくは他端部１３ｂ又は両端部１３ａ、１３ｂの内径Ｄ１が、その中間部１３ｃの内径Ｄ３より大径であることから、第３導電部材１４の圧縮コイルばね１３中への挿入等の作業性がよいものとなる。

さらに、本実施形態の両端変位型コンタクトプローブでは、孔部１１ｃ、１２ｃの深さ（ｈ２+ｈ３）を適宜設定することで、第１導電部材１１及び第２導電部材１２による所要の両端変位ストローク（Ｓ１+Ｓ２）を確保することができ、しかも、第１導電部材１１及び第２導電部材１２の圧縮コイルばね１３による自己保持機能が生じることになり、組立て工数のかさむ抜け止め加工等も不要となる。さらに、第１導電部材１１及び第２導電部材１２は機構的には同一形状のものが採用でき、両導電部材１１、１２の共用化ができる。

（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態に係る両端変位型コンタクトプローブを示す図である。なお、本実施形態は、第１導電部材及び第２導電部材のコンタクト部分の形状が第１の実施の形態のものと異なり、両導電部材を同一形状として共用化を図るようにしたものであり、さらに、弾性部材である圧縮コイルばねに上述のようなつづみ形でなくストレートな円筒型の圧縮コイルばねを採用しており、他の構成については上述の実施形態と同様である。したがって、上述の構成と同一の構成要素については、上述の実施形態と同一符号を付して説明する。

図４に示すように、本実施形態の両端変位型コンタクトプローブは、その軸方向両端側に、それぞれ電気的接触部を構成する第１導電部材５１及び第２導電部材５２を有し、テスト装置のソケット２０内に複数本、互いに平行に所定ピッチ（図４中の左右方向で一定の間隔）で配設されている。

第１導電部材５１及び第２導電部材５２の間には円筒型（中間部がわずかに小径であってもよい）の圧縮コイルばね５３が介装されており、第１導電部材５１及び第２導電部材５２の外端部であるコンタクト部５１ａ、５２ａがソケット２０から外方に軸方向変位可能に突出している。また、第１導電部材５１及び第２導電部材５２の各々は、コンタクト部５１ａ、５２ａより大径に形成されるとともにコンタクト部５１ａ、５２ａの基端側で圧縮コイルばね５３の何れか一方の端面に当接するフランジ部５１ｆ、５２ｆと、これらフランジ部５１ｆ、５２ｆから内方（軸方向他方側）に突出するとともに圧縮コイルばね５３の対応する端部内周に嵌入された嵌入部５１ｅ、５２ｅと、これら嵌入部５１ｅ、５２ｅの内方で軸方向に延在する有底の又は貫通した孔部５１ｃ、５２ｃとを有している。第１導電部材５１及び第２導電部材５２のコンタクト部５１ａ、５２ａは、それぞれ、フランジ部５１ｆ、５２ｆから軸方向一方側に突出する導通部となっている。

圧縮コイルばね５３は、第１導電部材５１及び第２導電部材５２が軸方向の所定間隔より接近するときその間隔を拡大する方向（図中の上下方向）に両導電部材５１、５２を付勢する中空の弾性部材となっている。本実施形態においては、圧縮コイルばね５３は、その中間部５３ｃを両端部５３ａ、５３ｂ側（他の部分）より小ピッチとした不等ピッチの円筒型コイルばねで構成されており、圧縮コイルばね５３の両端部５３ａ、５３ｂの内径が、圧縮コイルばね５３の中間部５３ｃの内径とほぼ同一（中間部５３ｃの内径がわずかに小径でもよい）となるばね形状となっている。

第１導電部材５１及び第２導電部材５２を導通させるのは、導電率の高い金属材料、例えば銅系の金属で形成されて圧縮コイルばね５３内に収納された第３導電部材１４であるが、挿入を容易にするため、その中間部１４ｃの外周面を例えば断面円弧状にしている。この第３導電部材１４は、圧縮コイルばね５３の軸方向にほぼ平行であるがわずかに傾いた方向（略軸方向；図中では、前記傾きを誇張して図示している）に延在しており、第３導電部材１４の第１端部１４ａが第１導電部材５１の孔部５１ｃに、第３導電部材１４の第２端部１４ｂが第２導電部材５２の孔部５２ｃに、それぞれ摺動可能に挿入されている。

圧縮コイルばね５３の両端部５３ａ、５３ｂは、上述の実施形態の圧縮コイルばね１３の場合と同様に、それぞれ、第１導電部材５１及び第２導電部材５２の嵌入部５１ｅ、５２ｅよりも内径が小さくなるように形成されており、圧縮コイルばね５３に第１導電部材５１及び第２導電部材５２の嵌入部５１ｅ、５２ｅがそれぞれ嵌入されたとき、これら嵌入部５１ｅ、５２ｅが圧縮コイルばね５３の両端部５３ａ、５３ｂから所定の径方向圧力で締め付けられるようになっている。すなわち、圧縮コイルばね５３は、第１導電部材５１を保持結合した一端部５３ａと、第２導電部材５２を保持結合した他端部５３ｂとを有し、これによってプローブ両端の変位部の自己保持機能を発揮するようになっている。なお、第１導電部材５１及び第２導電部材５２の嵌入部５１ｅ、５２ｅの外周に、図中に仮想線で示すような結合強化用凹部５１ｎ、５２ｎを形成することができ、第１導電部材５１及び第２導電部材５２の嵌入部５１ｅ、５２ｅの内端部外周を面取りしたり所定テーパー角度で部分的又は全体的に傾斜させたりできることは上述の実施形態について説明した通りである。

圧縮コイルばね５３は、さらに、第３導電部材１４が第１導電部材５１及び第２導電部材５２に摺動できるように、第３導電部材１４の中間部１４ｃを所定姿勢で保持する中間部５３ｃを有しており、この中間部５３ｃの内径は第３導電部材１４の拡径した中間部１４ｃの外径より所定寸法分だけ小径になっている。

このように構成された本実施形態の両端変位型コンタクトプローブにおいても、第１導電部材５１及び第２導電部材５２の間の導通が、第３導電部材１４を介してなされ、この第３導電部材１４が、第１導電部材５１及び第２導電部材５２に摺動可能な所定姿勢で圧縮コイルばね５３の中間部５３ｃによって安定保持されることになるから、プローブ両端の安定した軸方向変位と電気的接触の確保を両立させることができる。また、第１導電部材５１及び第２導電部材５２を圧縮コイルばね５３の一端部５３ａ及び他端部５３ｂにそれぞれ保持結合させているので、第１導電部材５１及び第２導電部材５２を軸長が短く簡素な形状とすることができ、第１導電部材５１及び第２導電部材５２と第３導電部材１４との摺動部に、高度な寸法管理が要求されることもない。

また、孔部５１ｃ、５２ｃの深さが比較的浅くとも、第１導電部材５１及び第２導電部材５２は、これらの孔深さの和に近い大きな両端変位ストロークを確保することができるから、部品加工コストを低減させることができ、しかも、第１導電部材５１及び第２導電部材５２の圧縮コイルばね５３による自己保持機能が生じることになり、組立てコストも低減させることができる。

さらに、第１導電部材５１及び第２導電部材５２を共用化することも可能な為、製造コストの低減が可能であるのみならず、コンタクトプローブの軸方向両端形状が同一で、方向性が無くなるから、取り扱いや、ソケット２０への組み付けが容易化できることになる。

なお、上述の拡実施形態においては、第３導電部材１４を中間部１４ｃが円板状のもので、その両端部形状は円錐形状に図示しているが、第３導電部材の中間部形状は外周部に円周部と平坦な面を含むもの、所定数の平行面を有するもの、突起又は環状や螺旋状の突条を有する金属製又は樹脂製のものとすることができる。また、第３導電部材の両端部を構成する軸部分と中間部とを別ピースで構成し、その中間部を、所要の保持機能を発揮させるための特定形状の複数の係合突起を配したプレス加工部品、若しくはモールド部品とすることができ、その場合、弾性部材側に第３導電部材の中間部を保持するリテーナを装着して、中間部をさほど拡径しないか縮径した第３導電部材を保持することも考えられる。

また、第３導電部材の両端部の接触点を明確にするために、両端部に拡径した部分、あるいは、第１、第２導電部材の凹部内に位置する適当な長さの環状凹部を設けてもよい。さらに、第３導電部材の両端部と中間部を同一軸線上に配置することは必ずしも必要でなく、第３導電部材の両端部が第１、第２導電部材の中心軸線に対しわずかに偏心しかつ平行になるように、偏心した中間部配置の第３導電部材を傾斜させない安定摺動方式としたり、第１、第２導電部材の凹部内周面若しくは底面又はその双方を第１、第２導電部材の軸線に対しゆるやかな傾斜角を持つ摺動面として、第１、第２導電部材の接近時のみこれらと第３導電部材の摺動接触圧を高めるといったことも可能である。また、第１導電部材および第２導電部材は、電気的特性その他の要求特性（例えば、耐摩耗性、強度、加工の容易さ等）を満足する材料であれば、それぞれ第３導電部材と実質的に同等の導電率を有する材料から形成してもよいことはいうまでもなく、そのようにしても所要の電気的、機械的特性を確保することができる。

以上説明したように、本発明は、第１導電部材及び第２導電部材の間の導通を第３導電部材を介してなし、両導電部材の間に介在する圧縮コイルばね１３の中間部によって、第３導電部材を、第１導電部材及び第２導電部材に摺動可能な所定姿勢で安定保持するようにしているので、第１導電部材及び第２導電部材による安定した両端変位と電気的接触の確保とを両立することができるという効果を奏するものであり、ばねを用いるコンタクトプローブ、特にＩＣパッケージや集積回路素子を造り込んだウェハーのアニールテストその他の試験装置や検査用ソケットに装備される両端変位型コンタクトプローブに有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る両端変位型コンタクトプローブの概略構成を検査用ソケットの一部と共に示すその正面断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る両端変位型コンタクトプローブの組立て方式を説明する説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る両端変位型コンタクトプローブの実装状態及びテスト時動作状態を示すその正面断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る両端変位型コンタクトプローブの概略構成を示すその正面断面図である。

符号の説明

１１、５１ 第１導電部材
１１ａ、１２ａ、５１ａ、５２ａ コンタクト部
１１ｃ、１２ｃ、５１ｃ、５２ｃ 孔部
１１ｅ、１２ｅ、５１ｅ、５２ｅ 嵌入部
１１ｆ、１２ｆ、５１ｆ、５２ｆ フランジ部
１１ｎ、１２ｎ、５１ｎ、５２ｎ 結合強化用凹部
１２、５２ 第２導電部材
１３、５３ 圧縮コイルばね（弾性部材）
１３ａ、５３ａ 一端部
１３ｂ、５３ｂ 他端部
１３ｃ、５３ｃ 中間部
１４ 第３導電部材
１４ａ 第１端部
１４ｂ 第２端部
１４ｃ 中間部
２０ ソケット
３０ 検査対象物
４０ テスト基板
４１ 接続端子

Claims (10)

1. それぞれ電気的接触部を構成する第１導電部材及び第２導電部材と、
   前記第１導電部材及び前記第２導電部材が軸方向の所定間隔より接近するとき該間隔を拡大する方向に両導電部材を付勢する中空の弾性部材と、
   前記弾性部材内に収納され、軸方向に延在する第３導電部材と、を備え、
   前記弾性部材が、前記第１導電部材を保持結合した一端部と、前記第２導電部材を保持結合した他端部と、前記第３導電部材を前記第１導電部材及び前記第２導電部材に摺動可能な所定姿勢で保持する中間部とを有することを特徴とする両端変位型コンタクトプローブ。
2. 前記弾性部材が、前記中間部を他の部分より小ピッチとしたコイルばねで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の両端変位型コンタクトプローブ。
3. 前記弾性部材が、前記中間部を密着巻きとしたコイルばねで構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の両端変位型コンタクトプローブ。
4. 前記第１導電部材及び前記第２導電部材の前記軸方向に対向する部位に、前記第３導電部材の一端部及び他端部を収納する一対の凹部が形成され、
   前記第３導電部材がその一端部及び他端部より大径の中間部を有し、
   前記第１導電部材又は前記第２導電部材のいずれか一方に形成された一方の凹部に向かい前記コイルばねを通して前記第３導電部材が挿入され、前記コイルばねの中間部より該挿入方向先方側で前記コイルばねが圧縮されたとき、前記第３導電部材の一端部又は他端部が前記一方の凹部の内部の側面及び底面に近接又は当接するとともに、前記第３導電部材の中間部が前記弾性部材の中間部に保持されるようになしたことを特徴とする請求項２又は３に記載の両端変位型コンタクトプローブ。
5. 前記コイルばねの一端部若しくは他端部又は両端部の内径が、前記中間部の内径より大径であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の両端変位型コンタクトプローブ。
6. 前記第１導電部材及び前記第２導電部材のそれぞれが、前記コイルばねの端面に当接するフランジ部と、該フランジ部から軸方向一方側に突出する導通部と、該フランジ部から軸方向他方側に突出するとともに前記コイルばねの対応する端部内周に所定の径方向圧力を伴って嵌入された嵌入部と、該嵌入部の内方で軸方向に延在し前記第３導電部材の一端部又は他端部が挿入される孔部とを有することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の両端変位型コンタクトプローブ。
7. 前記第３導電部材が、前記第１導電部材より導電率の高い材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の両端変位型コンタクトプローブ。
8. 前記第３導電部材が、前記第１導電部材より導電率の高い銅系金属からなり、前記第１導電部材が前記第３導電部材より硬質の導電性金属材料からなることを特徴とする請求項７に記載の両端変位型コンタクトプローブ。
9. 前記第２導電部材が、前記第１導電部材より導電率の高い材料からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の両端変位型コンタクトプローブ。
10. 前記第１導電部材および第２導電部材が、それぞれ前記第３導電部材と同等の導電率材料からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の両端変位型コンタクトプローブ。

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