JP4962794B2 - コネクタ装置および半導体試験システム - Google Patents

Description

本発明は、コネクタ装置および半導体試験システムに関し、詳しくは、プリント基板収納部におけるプリント基板の高密度収納とそれら収納されたプリント基板とのコネクタ接続に関する。

図５は従来の半導体試験システムの一例を示す構成図である。図５において、テストヘッド１０は回動機構２０を介してプローバ３０の上面と所定の間隔を保って対向するように回動可能に配置される。

テストヘッド１０の内部には、複数のピンエレクトロニクスカード１１が収納されている。一方、プローバ３０には、複数のプローブカード３１が収納されている。これらピンエレクトロニクスカード１１とプローブカード３１は、テストヘッド１０の上面に設けられている変換ボックス４０を介して電気的に接続される。

具体的には、変換ボックス４０のピンエレクトロニクスカード１１との対向面には、ピンエレクトロニクスカード１１に設けられたコネクタ１２と嵌合接続されるコネクタ４１が設けられている。プローブカード３１との対向面にはプローブカード３１に設けられた図示しないコネクタと嵌合接続されるコネクタが設けられているが、図示しない。

プローバ３０のプローブカードの下側には被試験対象半導体基板（ウェハ）５０が載置され、図示しないプローブピンを介してプローブカード３１との間で信号の授受が行われる。ウェハ５０への入力信号の流れは、ピンエレクトロニクスカード１１→変換ボックス４０→プローブカード３１→ウェハ５０となり、ウェハ５０からの出力信号の流れは、ウェハ５０→プローブカード３１→変換ボックス４０→ピンエレクトロニクスカード１１となる。

テストヘッド１０は、これらウェハ５０への入力信号およびウェハ５０からの出力信号に基づいて、ウェハ５０の良否判定を行う。

ところで、テストヘッド１０に変換ボックス４０を装着するのにあたっては、ピンエレクトロニクスカード１１に設けられたコネクタ１２と変換ボックス４０に設けられたコネクタ４１を嵌合接続する。このとき、製品寸法や組立誤差などによりこれらコネクタ相互の嵌合位置がずれていると、コネクタを破損する恐れがある。

そこで、従来から、たとえば変換ボックス４０に設けられたコネクタ４１を前後左右上下の各方向に揺動可能なフローティング構造とし、ピンエレクトロニクスカード１１に設けられたコネクタ１２の位置に応じて変換ボックス４０に設けられたコネクタ４１の位置補正が行われるように構成することが行われている。

従来の半導体試験システムにおけるテストヘッドと変換ボックスの装着に関する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開平９−２８８１４７号公報

図６は従来の半導体試験システムにおけるテストヘッドと変換ボックスの構成を説明する簡略斜視図であり、テストヘッド１０と変換ボックス４０を接続するためにピンエレクトロニクスカード１１に設けられたコネクタ１２と変換ボックス４０に設けられたコネクタ４１を示している。なお、これらコネクタ１２と４１は、それぞれ２個のコネクタ１２ａと１２ｂ、４１ａと４１ｂが対向するように直線上に設けられている。

図７は図６の変換ボックス４０に設けられたコネクタ４１の構成説明図であり、（Ａ）は部分断面拡大図、（Ｂ）は側面図である。図７において、コネクタ４１の両端は、ネジ４２および４３により、変換ボックス４０の一方の面に揺動可能なフローティング構造となるようにして取り付けられている。

コネクタ４１の嵌合部には、図示しない接触子を収納するように長手方向に沿って溝４４が形成されている。この溝４４の一方の側面には、ピンエレクトロニクスカード１１に設けられたコネクタ１２と嵌合するときのガイド部材として機能する突起部４５が設けられている。

また、溝４４の両端近傍にはネジ穴４６、４７が設けられている。これらネジ穴４６、４７は、ネジ４２、４３のネジ部の直径よりも大きくて頭部よりも小さい小判穴状に形成されている。コネクタ４１は、これらのネジ穴４６、４７にネジ４２、４３を挿入して変換ボックス４０の一方の面に取り付けられる。このとき、ネジ４２、４３を変換ボックス４０の一方の面に固着した状態で変換ボックス４０の取付面とコネクタ４１の取付面との間に多少の隙間が形成されていて、コネクタ４１は変換ボックス４０の一方の面に対して前後左右上下の各方向に揺動可能なフローティング構造となっている。

また、コネクタ４１は、揺動可能であることにより、コネクタとテストヘッド１０のコネクタ１２との嵌合時に位置補正ができるとともに、製品寸法や組立誤差などによる嵌合位置のずれによるコネクタの破壊を防止できる。

図８は図６のテストヘッド１０に設けられたコネクタ１２の構成説明図であり、（Ａ）は拡大図、（Ｂ）は部分断面側面図である。

図８において、コネクタ１２は、嵌合部１３が変換ボックス４０に設けられたコネクタ４１と対向するように、ピンエレクトロニクスカード１１の端面に支持部材１４を介して取り付けられている。支持部材１４の上面には嵌合部１３の一方の側面に接するようにしてガイドプレート１５が取り付けられている。嵌合部１３にはコネクタ４１の接触子と嵌め合う複数の接触子が設けられているが図示しない。

ガイドプレート１５の嵌合部１３との対向面には、変換ボックス４０のコネクタ４１に設けられた突起部４５が嵌め合うように形成されたガイド溝１６が設けられている。ガイド溝１６の幅は突起部４５の幅よりも大きく形成されているが、深さ方向の中央付近には突起部４５がぎりぎり通過できる程度の絞り部が設けられている。

図９はテストヘッド１０に変換ボックス４０を装着する工程の説明図であり、（Ａ）はテストヘッド１０に変換ボックス４０を垂直方向に嵌め合わせた状態を示し、（Ｂ）は（Ａ）の状態から変換ボックス４０を矢印Ａの方向にスライドさせた状態を示している。

（Ａ）において、テストヘッド１０に変換ボックス４０を装着するのにあたり、ピンエレクトロニクスカード１１の嵌合部１３とコネクタ４１に形成された溝４４が嵌め合うように、変換ボックス４０に揺動可能に設けられたコネクタ４１が移動する。

このとき、ガイドプレート１５はコネクタ４１を嵌め合う位置に案内する。変換ボックス４０のコネクタ４１に形成された突起部４５は、テストヘッド１０のガイドプレート１５に形成されたガイド溝１６に入り込み、コネクタ４１の溝４４をピンエレクトロニクスカード１１の嵌合部１３との嵌合位置に誘導する。

嵌合部１３は、コネクタ４１に形成された溝４４に嵌め合う。そして（Ｂ）に示すようにコネクタ４１を矢印Ａの方向にスライドさせる。これにより、嵌合部１３の接触子とコネクタ４１の接触子が電気的に接続されるとともに、テストヘッド１０と変換ボックス４０が装着固定される。

このようにしてテストヘッド１０に変換ボックス４０を装着固定した後、前述図５に示すように、変換ボックス４０が装着固定されたテストヘッド１０を、回動機構２０を介してプローバ３０の上面と所定の間隔を保って対向するように回動させる。

ところで、近年の高密度化、多ピン化が進むＩＣチップなどの被試験対象である半導体に対応するためには、テストヘッド１０に収納されるピンエレクトロニクスカード１１の間隔を狭くして実装密度を高くし、テストヘッド１０に収納されるピンエレクトロニクスカード１１の枚数を増やす必要がある。

しかしながら、従来のテストヘッド１０の構成では、ピンエレクトロニクスカード１１の端面には支持部材１４を介してガイドプレート１５が取り付けられていることから、ピンエレクトロニクスカード１１をテストヘッド１０に収納するのにあたってはガイドプレート１５のスペースを考慮しなくてはならず、ピンエレクトロニクスカード１１の間隔を狭くして実装密度を高くすることには限界があった。

本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、プリント基板収納部におけるプリント基板の高密度収納とそれら収納されたプリント基板とのコネクタ接続を実現することにある。

より具体的には、ピンエレクトロニクスカードのガイドプレートを取り除き、フローティング構造のコネクタを有する変換ボックスが装着されるテストヘッドに収納されるピンエレクトロニクスカードの実装密度を高めることができる半導体試験システムを提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
開口部に、途中部分が小径部で端部が大径部として形成された断面形状段付きの柱状体として形成されたガイドブロックを中心にして対称になる位置関係で直線上に配置された２個のコネクタを単位とする第１のコネクタが位置するように、複数のプリント基板が収納されたプリント基板収納部と、
この第１のコネクタに嵌合するように直線上に設けられた２個のコネクタを単位とする複数の第２のコネクタが前後左右上下の各方向に揺動可能なフローティング構造で取り付けられ、これら第２のコネクタの前記ガイドブロック側に位置する端面には、前記ガイドブロックの端部を挟持する係合溝が形成されたコネクタ収納部、
とで構成されたことを特徴とするコネクタ装置である。

請求項２記載の発明は、
前記プリント基板収納部は複数のピンエレクトロニクスカードを収納するテストヘッドであり、前記コネクタ収納部はプローバに設けられたプローブカードを電気的に接続するためにテストヘッドに設けられる変換ボックスであることを特徴とする半導体試験システムである。

本発明によれば、高密度実装が行えるコネクタ装置が実現でき、このコネクタ装置を半導体試験システムに用いることにより、テストヘッドの各カード間隔を縮小することができ、テストヘッドのカード枚数を増やすことができ、テストヘッドの省スペース化ができる。

図１は本発明の半導体試験システムのテストヘッドと変換ボックスの構成を説明する簡略斜視図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付けてそれらの説明は省略する。図６との相違点は、ピンエレクトロニクスカードのガイドプレートを取り除いてガイドブロック１７を設け、ピンエレクトロニクスカード１１の実装密度を高めた点にある。

図２は図１の変換ボックス４０に設けられたコネクタ４１の構成説明図であり、（Ａ）は部分断面拡大図、（Ｂ）は側面図である。図２において、コネクタ４１の両端は、ネジ４２および４３により、変換ボックス４０の一方の面に揺動可能なフローティング構造となるようにして取り付けられている。

コネクタ４１の嵌合部には、図示しない接触子を収納するように長手方向に沿って溝４４が形成されている。溝４４の両端近傍にはネジ穴４６、４７が設けられている。これらネジ穴４６、４７は、ネジ４２、４３のネジ部の直径よりも大きくて頭部よりも小さい小判穴状に形成されている。そして溝４４の両端面には、係合溝４８、４９が形成されている。

コネクタ４１は、ネジ穴４６、４７にネジ４２、４３を挿入して変換ボックス４０の一方の面に取り付けられる。このとき、ネジ４２、４３を変換ボックス４０の一方の面に固着した状態で変換ボックス４０の取付面とコネクタ４１の取付面との間に多少の隙間が形成されていて、コネクタ４１は変換ボックス４０の一方の面に対して前後左右上下の各方向に揺動可能なフローティング構造となっている。

また、コネクタ４１は、揺動可能であることにより、コネクタとテストヘッド１０のコネクタ１２との嵌合時に位置補正ができるとともに、製品寸法や組立誤差などによる嵌合位置のずれによるコネクタの破壊を防止できる。

図３は図１のテストヘッド１０に設けられたコネクタ１２の構成説明図であり、（Ａ）は拡大図、（Ｂ）は部分断面側面図である。

図３において、コネクタ１２は、嵌合部１３が変換ボックス４０に設けられたコネクタ４１と対向するように、ピンエレクトロニクスカード１１の端面に支持部材１４を介して取り付けられている。嵌合部１３にはコネクタ４１の接触子と嵌め合う複数の接触子が設けられているが図示しない。

また、支持部材１４の上面には、コネクタ１２の端部から一定の間隔をおいた位置にガイドブロック１７が設けられている。ガイドブロック１７は、途中部分が小径部で端部が大径部として形成された断面形状段付きの柱状体として形成されている。

なお、コネクタ１２は、図１に示すように、ガイドブロック１７を中心にして対称になる位置関係で２個のコネクタ１２ａと１２ｂが直線上に設けられているが、このようなガイドブロック１７を挟むようにして２個のコネクタ１２ａと１２ｂが直線上に設けられたものをユニットとして複数ユニットを直線上に設けてもよい。これらコネクタ１２ａと１２ｂに対応して、変換ボックス４０のコネクタ４１も２個のコネクタ４１ａと４１ｂが直線上に設けられている。

図４はテストヘッド１０に変換ボックス４０を装着する工程の説明図であり、（Ａ）はテストヘッド１０に変換ボックス４０を垂直方向に嵌め合わせるときの位置決め状態を示し、（Ｂ）は嵌合部１３とコネクタ４１を垂直方向に嵌め合わせた状態を示し、（Ｃ）はガイドブロック１７を変換ボックス４０のコネクタ４１ａと４１ｂで挟持した状態を示している。

（Ａ）に示すように、変換ボックス４０は、テストヘッド１０に装着するためにピンエレクトロニクスカード１１の嵌合部１３とコネクタ４１の溝４４とを嵌め合わせるように矢印Ｂで示す垂直方向に移動させる。

変換ボックス４０のコネクタ４１ａおよび４１ｂの端部がガイドブロック１７の上面に当たることにより、コネクタ４１ａおよび４１ｂの端部のガイドブロック１７との対向面にはテーパーが設けられているので、ピンエレクトロニクスカード１１の嵌合部１３ａおよび１３ｂに対するコネクタ４１ａおよび４１ｂの溝４４ａおよび４４ｂの位置が補正されて所定の嵌合位置に誘導案内される。

このように所定の嵌合位置に誘導案内された状態で変換ボックス４０をさらにテストヘッド１０に向かって押し下げると、コネクタ４１ａおよび４１ｂは上述のように前後左右上下の各方向に揺動可能なフローティング構造となっているので、コネクタ４１ａおよび４１ｂは（Ｂ）に矢印Ｃで示すように互いに開く方向にスライドする。これにより、ピンエレクトロニクスカード１１の嵌合部１３ａおよび１３ｂとコネクタ４１ａおよび４１ｂの溝４４ａおよび４４ｂが嵌合されるとともに、ガイドブロック１７の大径部はコネクタ４１ａの係合溝４９ａとコネクタ４１ｂの係合溝４８ｂの間に入り込む。

その後、コネクタ４１ａおよび４１ｂに（Ｃ）に矢印Ｄで示すようにガイドブロック１７を挟む方向の力を外部から加えることにより、ガイドブロック１７の大径部はコネクタ４１ａの係合溝４９ａとコネクタ４１ｂの係合溝４８ｂで挟持され固定され、ピンエレクトロニクスカード１１の嵌合部１３ａおよび１３ｂとコネクタ４１ａおよび４１ｂの溝４４ａおよび４４ｂが電気的に接続される。

このように構成することにより、従来の構成でテストヘッド１０のピンエレクトロニクスカード１１に設けられていたガイドプレート１５が削除できることから、ＩＣチップなどの半導体の高密度化、多ピン化に対応して、半導体試験システムのテストヘッドに収納されるピンエレクトロニクスカード１１の間隔を狭くして実装密度を高くすることができ、テストヘッドの省スペース化も実現できる。

なお、上記実施例では、プローバ３０のプローブカードの下側にウェハ５０が載置され、図示しないプローブピンを介してプローブカード３１との間で信号の授受が行われる半導体試験システムが例示されているが、特にこれに限定するものではなく、パッケージ化された半導体デバイスを被試験対象とするものであって、ＩＣハンドラを利用して半導体試験装置との信号接続部へ被試験対象の半導体デバイスを搬送する半導体試験システムであってもよい。

たとえば、ＩＣハンドラは搬送した半導体デバイスをテスタヘッドとの信号接続部へ押し付けて接触させるコンタクトヘッド（押圧部）を備え、一般に信号接続部はＴＡＢ用ハンドラではプローブカードが用いられる。

具体的には、テストヘッド１０のピンエレクトロニクスカードとＩＣハンドラのプローブカードは、テストヘッド１０の上面に設けられている変換ボックス４０を介して電気的に接続される。またＩＣハンドラのプローブカードの上側には被試験対象半導体デバイスが載置され、プローブピンを介してプローブカードとの間で信号の授受が行われる。

そして、半導体デバイスへの入力信号の流れは、ピンエレクトロニクスカード→変換ボックス→プローブカード→半導体デバイスとなり、半導体デバイスからの出力信号の流れは、半導体デバイス→プローブカード→変換ボックス→ピンエレクトロニクスカードとなる。テストヘッド１０は、これらの入力信号および出力信号に基づき、半導体デバイスの良否判定を行う。

このような場合であっても、テストヘッドに変換ボックスを装着するのにあたっては、本発明に係るコネクタ装置を利用することにより、ＩＣチップなどの半導体の高密度化、多ピン化に対応して、半導体試験システムのテストヘッドに収納されるピンエレクトロニクスカード１１の間隔を狭くして実装密度を高くすることができ、テストヘッドの省スペース化も実現できる。

また、上記実施例では、変換ボックスに設置されたフローティング構造のコネクタとテストヘッドに直列に設置された複数のコネクタの間に設けられるガイドブロックを用いることによってガイドプレートを形成することなくテストヘッドのカードと変換ボックスを装着できる半導体試験システムについて説明したが、本発明の用途は半導体試験システムに限るものではなく、その他の電子機器に応用することもできる。

すなわち、上記実施例におけるテストヘッドをプリント基板収納部とし、変換ボックスをコネクタ収納部とすることにより、各種の電子機器で利用可能なコネクタ装置として把できる。

以上説明したように、本発明によれば、プリント基板収納部におけるプリント基板の高密度収納とそれら収納されたプリント基板とのコネクタ接続が実現でき、特に、半導体試験システムにおけるテストヘッドと変換ボックスの装着に好適である。

本発明の半導体試験システムのテストヘッド１０と変換ボックス４０の構成を説明する斜視図である。 図１の変換ボックス４０に設けられたコネクタ４１の詳細な説明図である。 図１のテストヘッド１０に設けられたコネクタ１２の詳細な説明図である。 図１のテストヘッド１０と変換ボックス４０の装着状況を説明する説明図である。 従来の半導体試験システムの一例を示す構成図である。 従来の半導体試験システムにおけるテストヘッドと変換ボックスの構成を説明する斜視図である。 図６の変換ボックス４０に設けられたコネクタ４１の詳細な説明図である。 図６のテストヘッド１０に設けられたコネクタ１２の詳細な説明図である。 図９はテストヘッド１０と変換ボックス４０の装着に関する説明図である。

符号の説明

１０ テストヘッド
２０ 回動機構
１１ ピンエレクトロニクスカード
１２、４１ コネクタ
１３ 嵌合部
１７ ガイドブロック
３０ プローバ
４０ 変換ボックス
４４ 溝
４２、４３ ネジ
４６、４７ ネジ穴
４８、４９ 係合溝
５０ ウェハ

Claims (2)

1. 開口部に、途中部分が小径部で端部が大径部として形成された断面形状段付きの柱状体として形成されたガイドブロックを中心にして対称になる位置関係で直線上に配置された２個のコネクタを単位とする第１のコネクタが位置するように、複数のプリント基板が収納されたプリント基板収納部と、
   この第１のコネクタに嵌合するように直線上に設けられた２個のコネクタを単位とする複数の第２のコネクタが前後左右上下の各方向に揺動可能なフローティング構造で取り付けられ、これら第２のコネクタの前記ガイドブロック側に位置する端面には、前記ガイドブロックの端部を挟持する係合溝が形成されたコネクタ収納部、
   とで構成されたことを特徴とするコネクタ装置。
2. 前記プリント基板収納部は複数のピンエレクトロニクスカードを収納するテストヘッドであり、前記コネクタ収納部はプローバに設けられたプローブカードを電気的に接続するためにテストヘッドに設けられる変換ボックスであることを特徴とする半導体試験システム。

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