JP5406310B2 - コンタクトプローブ - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路や液晶パネルなどの検査対象の導通状態検査または動作特性検査に用いられるコンタクトプローブに関するものである。

従来、半導体集積回路や液晶パネルなどの検査対象の導通状態検査や動作特性検査を行う際には、検査対象と検査用信号を出力する信号処理装置との間の電気的な接続を図るために、コンタクトプローブであるコンタクトプローブを複数収容するプローブユニットが用いられる。プローブユニットにおいては、近年の半導体集積回路や液晶パネルの高集積化、微細化の進展に伴い、コンタクトプローブ間のピッチを狭小化することにより、高集積化、微細化された検査対象にも適用可能な技術が進歩してきている。

ところで、上述したコンタクトプローブの先端形状は、使用目的によりフラット形、ポイント形、クラウン形に分類される。このうち、ポイント形は、平坦な接点部品とのコンタクトに使用される。また、クラウン形は、半田ボール等の球面的な接点部品とのコンタクトに使用される。

ここで、クラウン形の先端形状を有するプローブが半田ボールにコンタクトする際、電気信号の通電性を確保するには、半田ボールの表面に存在する汚れや不導体被膜（以下、「酸化被膜」という）を突き破り、半田内部に接触する必要がある。そのため、クラウン形の先端部は鋭利な頂点を有することが求められている。

そこで、プローブ電気特性の維持・安定化のため、外部電極と接触しないベース部を貴金属として電気的安定性を確保し、外部電極と接触する先端部を異種の金属または金属合金として、外部電極材料の付着、および外部電極材料の酸化被膜による接触抵抗の増加を抑制するコンタクトプローブが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２５８１００号公報

しかしながら、特許文献１が開示する従来のコンタクトプローブでは、先端部で隣接する頂点の間隔よりも小さい半田ボールと接触する場合、クラウン形状の内周側で半田ボールと接触するため、半田表面の酸化被膜を突き破ることができず、接触対象との間で導通不良を生じるおそれがあった。また、従来のコンタクトプローブの先端部で隣接する頂点が半田ボールと接触する場合にも、その頂点が酸化被膜を完全に突き破って半田まで到達することができず、接触対象との間で導通不良を生じるおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接触対象との間で確実な導通を得ることができるコンタクトプローブを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、長手方向に沿って伸縮可能な針状をなす導電性のコンタクトプローブであって、前記長手方向の少なくとも一方の端部は、互いに同じ錘状をなして突出し、前記長手方向の中心軸を対称軸として回転対称に配置された複数の爪部を備え、前記爪部は、先端と前記対称軸とを通過し、少なくとも該先端に近い部分で複数の凸部が連続する階段状をなす稜線を有することを特徴とする。

また、本発明にかかるコンタクトプローブは、上記の発明において、前記爪部の先端と、前記複数の凸部の頂点と、前記対称軸と前記稜線との交点とを通過する線のうち、長さが最小である線は、直線状をなすことを特徴とする。

また、本発明にかかるコンタクトプローブは、上記の発明において、前記複数の凸部の頂点は、前記対称軸と前記稜線との交点と、前記爪部の先端とを通過し、かつ該交点と該先端とを通過する直線と対称軸との間を通過する弧状曲線上に位置することを特徴とする。

また、本発明にかかるコンタクトプローブは、上記の発明において、前記階段状をなす部分は、電界メッキが施されていることを特徴とする。

本発明にかかるコンタクトプローブは、プローブの先端部に、階段状をなす稜線を有する爪部を複数設け、接触対象の大きさに関わらず階段状部分のいずれかの頂点と接触するようにしたので、確実な導通を得ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかるプローブユニットの構成を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかるプローブユニットの要部の構成を示す部分断面図である。 図３は、本発明の実施の形態にかかるコンタクトプローブの第１プランジャの先端部を示す上方斜視図である。 図４は、図３に示すコンタクトプローブの爪部の形状を示す矢視Ａ方向の斜視図である。 図５は、本発明の実施の形態にかかる爪部の稜線を通過する平面を切断面とする断面図である。 図６は、半導体集積回路の検査時におけるプローブユニットの要部の構成を示す部分断面図である。 図７は、図６に示す第１プランジャの爪部近傍を示す断面図である。 図８は、図６に示す爪部に対して他の接続用電極を用いた場合を示す断面図である。 図９は、本実施の形態の変形例にかかるプローブの爪部の構成を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態にかかるプローブユニットの構成を示す斜視図である。図１に示すプローブユニット１は、検査対象物である半導体集積回路１００の電気特性検査を行う際に使用する装置であって、半導体集積回路１００と半導体集積回路１００へ検査用信号を出力する回路基板２００との間を電気的に接続する装置である。

プローブユニット１は、長手方向の両端で互いに異なる二つの被接触体である半導体集積回路１００および回路基板２００に接触する導電性のコンタクトプローブ２（以下、単に「プローブ２」という）と、複数のプローブ２を所定のパターンにしたがって収容して保持するプローブホルダ３と、プローブホルダ３の周囲に設けられ、検査の際に複数のプローブ２と接触する半導体集積回路１００の位置ずれが生じるのを抑制するホルダ部材４と、を有する。

図２は、プローブホルダ３に収容されるプローブ２の詳細な構成を示す図である。図２に示すプローブ２は、導電性材料を用いて形成され、半導体集積回路１００の検査を行なうときにその半導体集積回路１００の接続用電極に接触する第１プランジャ２１と、検査回路を備えた回路基板２００の電極に接触する第２プランジャ２２と、第１プランジャ２１と第２プランジャ２２との間に設けられて二つの第１プランジャ２１および第２プランジャ２２を伸縮自在に連結するバネ部材２３とを備える。プローブ２を構成する第１プランジャ２１および第２プランジャ２２、ならびにバネ部材２３は同一の軸線を有している。プローブ２は、半導体集積回路１００をコンタクトさせた際に、バネ部材２３が軸線方向に伸縮することによって半導体集積回路１００の接続用電極への衝撃を和らげるとともに、半導体集積回路１００および回路基板２００に荷重を加える。

第１プランジャ２１は、クラウン形状をなす先端部２１ａと、先端部２１ａの径と比して大きい径を有するフランジ部２１ｃと、フランジ部２１ｃを介して先端部２１ａと反対側に延び、フランジ部２１ｃと比して径の小さく、バネ部材２３の端部が圧入されるボス部２１ｄと、ボス部２１ｄを介してフランジ部２１ｃと反対側に延び、ボス部２１ｄと比して若干径の小さい基端部２１ｅとを有する。

ここで、図３は、第１プランジャ２１の先端部２１ａを示す上方斜視図である。また、図４は、図３に示す第１プランジャ２１の爪部２１ｂの形状を示す矢視Ａ方向の斜視図である。図３に示すように、第１プランジャ２１の先端部２１ａは、複数の爪部２１ｂを有する。複数の爪部２１ｂは、互いに同じ錘状をなして突出し、第１プランジャ２１の軸線を対称軸として回転対称に配置されている。各爪部２１ｂは、図４に示すように、爪部２１ｂの先端Ｐ０と第１プランジャ２１の対称軸Ｏとを結ぶ稜線Ｌ１を有する。稜線Ｌ１の先端側は、頂点Ｐ１をそれぞれ有する複数の凸部が連続した階段状をなす。また、対称軸Ｏに対する稜線Ｌ１の傾斜角度θは、使用する接続用電極によって、０°〜９０°の範囲で任意に設定可能である。

また、図５は、爪部２１ｂの稜線Ｌ１を通過する平面を切断面とする断面図である。図５に示すように、対称軸Ｏと稜線Ｌ１との交点Ｑ１と、爪部２１ｂの先端Ｐ０と、稜線Ｌ１における全ての頂点Ｐ１とは、直線Ｃ１上に位置する。交点Ｑ１と先端Ｐ０と頂点Ｐ１が直線Ｃ１上に位置することによって、爪部２１ｂの先端Ｐ０または階段状の各頂点Ｐ１が、接続用電極の球面に対応してそれぞれが接触可能となるため、異なる大きさの接続用電極であっても爪部２１ｂと接続用電極とを確実に接触させることができる。

第２プランジャ２２は、図２に示すように、回路基板２００上に形成された電極に当接する先鋭端を有する先端部２２ａと、先端部２２ａの径と比して大きい径のフランジ部２２ｂと、フランジ部２２ｂの先端部２２ａと対向して設けられ、フランジ部２２ｂと比して径の小さく、バネ部材２３の端部が圧入されるボス部２２ｃと、ボス部２２ｃのフランジ部２２ｂと対向して設けられ、ボス部２２ｃと比して若干径の小さい基端部２２ｄとを有する。この第２プランジャ２２は、バネ部材２３の伸縮作用によって軸線方向に移動が可能であり、バネ部材２３の弾性力によって回路基板２００方向に付勢され、回路基板２００の電極と接触する。

バネ部材２３は、第１プランジャ２１側が密着巻き部２３ａである一方、第２プランジャ２２側が粗巻き部２３ｂである。密着巻き部２３ａの端部は、ボス部２１ｄに圧入されて、フランジ部２１ｃに当接している。一方、粗巻き部２３ｂの端部は、ボス部２２ｃに圧入され、フランジ部２２ｂに当接している。また、第１プランジャ２１および第２プランジャ２２とバネ部材２３とは、バネの巻き付き力および／または半田付けによって接合されている。

プローブホルダ３は、樹脂、マシナブルセラミック、シリコンなどの絶縁性材料を用いて形成され、図２の上面側に位置する第１部材３１と下面側に位置する第２部材３２とが積層されて成る。第１部材３１および第２部材３２には、複数のプローブ２を収容するためのホルダ孔３３および３４がそれぞれ同数ずつ形成され、プローブ２を収容するホルダ孔３３および３４は、互いの軸線が一致するように形成されている。ホルダ孔３３および３４の形成位置は、半導体集積回路１００の配線パターンに応じて定められる。

ホルダ孔３３および３４は、ともに貫通方向に沿って径が異なる段付き孔形状をなしている。すなわち、ホルダ孔３３は、プローブホルダ３の上端面に開口を有する小径部３３ａと、この小径部３３ａよりも径が大きい大径部３３ｂとからなる。他方、ホルダ孔３４は、プローブホルダ３の下端面に開口を有する小径部３４ａと、この小径部３４ａよりも径が大きい大径部３４ｂとからなる。これらのホルダ孔３３および３４の形状は、収容するプローブ２の構成に応じて定められる。第１プランジャ２１のフランジ部２１ｃは、ホルダ孔３３の小径部３３ａと大径部３３ｂとの境界壁面に当接することにより、プローブ２のプローブホルダ３からの抜止機能を有する。また、第２プランジャ２２のフランジ部２２ｂは、ホルダ孔３４の小径部３４ａと大径部３４ｂとの境界壁面に当接することにより、プローブ２のプローブホルダ３からの抜止機能を有する。

図６は、プローブホルダ３を用いた半導体集積回路１００の検査時の状態を示す図である。また、図７は、図６に示す第１プランジャ２１の爪部２１ｂ近傍を示す断面図である。半導体集積回路１００の検査時には、半導体集積回路１００からの接触荷重により、バネ部材２３は長手方向に沿って圧縮された状態となる。バネ部材２３が圧縮されると、図６に示すように、密着巻き部２３ａが第２プランジャ２２の基端部２２ｄと接触する。これにより確実な電気導通が得られる。この際には、第２プランジャ２２の基端部２２ｄが密着巻き部２３ａの下方まで進入しているため、第２プランジャ２２の軸線が大きくぶれることはない。

また、図７に示すように、爪部２１ｂの先端Ｐ０が鋭利に形成されているため、接続用電極１０１の表面に当接して、接続用電極１０１の表面に形成された酸化被膜を突き破り、爪部２１ｂの先端Ｐ０を接続用電極１０１と直接接触させることができる。

検査時に回路基板２００から半導体集積回路１００に供給される検査用信号は、回路基板２００の電極２０１からプローブ２の第１プランジャ２１、密着巻き部２３ａ、第２プランジャ２２を経由して半導体集積回路１００の接続用電極１０１へ到達する。このように、プローブ２では、第１プランジャ２１と第２プランジャ２２が密着巻き部２３ａを介して導通するため、電気信号の導通経路を最小にすることができる。したがって、検査時に粗巻き部２３ｂに信号が流れるのを防止し、インダクタンスの低減および安定化を図ることができる。

なお、図８に示す断面図は、接続用電極の幅が、先端部２１ａの径より小さい場合である。この場合、複数の爪部２１ｂの内部側のうち、先端から１つ目と２つ目の頂点Ｐ１が接続用電極１０１ａと接触している。この場合も、鋭利な各頂点Ｐ１のいずれかが接続用電極１０１ａの酸化被膜を突き破って接続用電極と接触させることができる。

上述した実施の形態によって、接触用電極の大きさに関わらず、接続用電極表面の酸化被膜を突き破ることができるため、回路基板と半導体集積回路との間に電気信号を確実に流し、検査の精度を維持することができる。また、プランジャの先端部または階段状をなす凸部の各頂点が鋭利に形成されることで、接続用電極の酸化被膜を突き破って接続用電極と接触させることができるうえ、プローブの先端部および各頂点の磨耗を抑制し、プローブの寿命低下を防止することが可能となる。

なお、本実施の形態においては、少なくとも爪部の内部側面をメッキ被膜で覆うようにしてもよい。特に、電界メッキ、例えば金メッキを用いて爪部を覆った場合、図４，５に示す先端Ｐ０および頂点Ｐ１の膜厚が周辺部の膜厚と比して厚くなる。このため、先端Ｐ０および頂点Ｐ１の耐久性を向上させることができる。また、爪部の数は、任意に設定可能である。

図９は、本実施の形態の変形例にかかるプローブの爪部の構成を示す断面図である。図９に示す第１プランジャ２１の爪部２１ｆにおいて、稜線Ｌ２の一部は階段状をなし、対称軸Ｏと稜線Ｌ２との交点Ｑ２と、爪部２１ｂの先端Ｐ２と、稜線Ｌ２における全ての頂点Ｐ３とは、弧状曲線Ｃ２を通過する。弧状曲線Ｃ２は、対称軸Ｏと稜線Ｌ２との交点Ｑ２および爪部２１ｂの先端Ｐ２を通過する直線Ｃ３と、対称軸Ｏとの間を通過することで、接触用電極１０１の球面に対して逆向きに湾曲する弧状をなす。弧状曲線Ｃ２のように接触用電極１０１の球面に対して逆向きの弧状をなすことによって、プランジャの径より小さく、半導体集積回路から突出する高さの低い接続用電極を用いた場合においても、爪部２１ｆの先端Ｐ２が半導体集積回路の基板表面と接触することなく、階段状の各頂点Ｐ３と接続用電極とを接触させることができる。

以上のように、本発明にかかるコンタクトプローブは、球面の電極と接続し、電気信号を導通させることに有用であり、特に、半田等、表面に酸化被膜を形成する電極を使用する場合に適している。

１ プローブユニット
２ コンタクトプローブ（プローブ）
３ プローブホルダ
２１ 第１プランジャ
２１ａ，２２ａ 先端部
２１ｂ，２１ｆ 爪部
２１ｃ，２２ｂ フランジ部
２１ｄ，２２ｃ ボス部
２１ｅ，２２ｄ 基端部
２２ 第２プランジャ
２３ バネ部材
２３ａ 密着巻き部
２３ｂ 粗巻き部
３１ 第１部材
３２ 第２部材
３３，３４ ホルダ孔
３３ａ，３４ａ 小径部
３３ｂ，３４ｂ 大径部
１００ 半導体集積回路
１０１，１０１ａ 接続用電極
２００ 回路基板

Claims (4)

1. 長手方向に沿って伸縮可能な針状をなす導電性のコンタクトプローブであって、
   前記長手方向の少なくとも一方の端部は、互いに同じ錘状をなして突出し、前記長手方向の中心軸を対称軸として回転対称に配置された複数の爪部を備え、
   前記爪部は、先端と前記対称軸とを通過し、少なくとも該先端に近い部分で複数の凸部が連続する階段状をなす稜線を有することを特徴とするコンタクトプローブ。
2. 前記爪部の先端と、前記複数の凸部の頂点と、前記対称軸と前記稜線との交点とを通過する線のうち、長さが最小である線は、直線状をなすことを特徴とする請求項１に記載のコンタクトプローブ。
3. 前記複数の凸部の頂点は、前記対称軸と前記稜線との交点と、前記爪部の先端とを通過し、かつ該交点と該先端とを通過する直線と対称軸との間を通過する弧状曲線上に位置することを特徴とする請求項１に記載のコンタクトプローブ。
4. 前記階段状をなす部分は、電界メッキが施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンタクトプローブ。

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