JP5607934B2 - プローブユニット - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路等の電気特性検査で信号の入出力を行う導電性プローブを収容するプローブユニットに関する。

ＩＣチップなどの半導体集積回路の電気特性検査においては、その半導体集積回路が有する外部電極の設置パターンに対応して、複数の導電性プローブを所定の位置に収容したプローブユニットが用いられる。プローブユニットは、コンタクトプローブを挿通する孔部が複数設けられたプローブホルダを備えており、このプローブホルダが保持する導電性プローブの両端部が、半導体集積回路および検査用信号を出力する回路基板の電極とそれぞれ接触することにより、半導体集積回路と回路基板との間を電気的に接続する（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００２−１０７３７７号公報

ところで、近年では、自動車の制御システム用半導体などの検査を行う場合などにおいて、電流値が１０〜２０Ａ程度の大電流を流すことが可能なプローブが要求されるようになってきている。この要求に応えるには、プローブの径を太くすればよい。しかしながら、半導体の電極の最大径またはピッチが１ｍｍ以下であるような場合には、むしろプローブの径を細くしなければならず、結果的に許容電流が小さくなってしまうという問題があった。また、４端子測定のように１つの端子に２本のプローブが必要な検査の場合にも細い径のプローブが必要であり、許容電流を小さくせざるを得なかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、プローブの細径化に起因する許容電流の低下を抑制することが可能なプローブユニット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、本発明に係るプローブユニットは、各々が導電性材料を用いて形成され、長手方向に沿って伸縮自在である複数の大径プローブと、各々が導電性材料を用いて形成され、前記大径プローブの径よりも小さい径を有する複数の小径プローブと、前記複数の大径プローブを個別に保持する複数の大孔部と、前記大孔部よりも径が小さく、前記複数の大孔部のいずれかと連通し、前記小径プローブの端部を前記大径プローブと接触した状態で受容する複数の受容孔部とを有し、互いに連通する前記大孔部および前記受容孔部の組が厚さ方向に貫通する大径プローブホルダと、前記複数の小径プローブを個別に抜け止めした状態で保持する複数の小孔部が厚さ方向に貫通して設けられ、各小孔部が前記複数の受容孔部のいずれかと連通するように前記大径プローブホルダに積層された小径プローブホルダと、を備え、互いに連通する前記大孔部および前記小孔部の長手方向の中心軸は異なり、前記複数の小孔部には、隣接する二つの小孔部の中心軸間距離が該二つの小孔部にそれぞれ対応する二つの大孔部の中心軸間距離より小さいものが含まれることを特徴とする。

また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記大径プローブは、略針状をなす第１プランジャと、先端が前記第１プランジャの先端と相反する方向を指向し、前記小径プローブと接触する第２プランジャと、長手方向の一端部が前記第１プランジャに取り付けられるとともに他端部が前記第２プランジャに取り付けられ、当該長手方向に沿って伸縮自在な弾性部材と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記第２プランジャの先端は、前記大径プローブの長手方向と略直交する平面をなすことを特徴とする。

また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記大径プローブホルダは、前記第１プランジャの先端部を表出させて保持する第１基板と、前記第１基板に積層されるとともに前記小径プローブホルダに積層され、前記小径プローブホルダが保持する前記小径プローブの端部を受容する第２基板と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記大径プローブはポゴピンであることを特徴とする。

また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記小径プローブと接触する前記ポゴピンの先端は、前記大径プローブの長手方向と略直交する平面をなすことを特徴とする。

また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記大径プローブホルダは、前記小径プローブと接触しない前記ポゴピンの先端を表出させて保持する第１基板と、前記第１基板に積層されるとともに前記小径プローブホルダに積層され、前記小径プローブホルダが保持する前記小径プローブの端部を受容する第２基板と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記小径プローブホルダは、前記小径プローブのいずれか一方の端部をそれぞれ表出させて保持する二つの基板が積層されて成ることを特徴とする。

また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記大径プローブホルダおよび前記小径プローブホルダは、少なくとも前記大径プローブおよび／または前記小径プローブと接触する部分が絶縁性を有することを特徴とする。

本発明に係るプローブユニットによれば、大径プローブと小径プローブを互いの軸線をずらした状態で組み合わせることによって一組のプローブを構成しているため、検査対象のピッチの狭小化に対応させる場合にも、プローブの両方の端部を細径化しないで済む。したがって、プローブの細径化に起因する許容電流の低下を抑制することが可能となる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの要部の構成を示す図である。 図２は、大孔部と小孔部との位置関係を模式的に示す図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの組み立ての概要を示す図である。 図４は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの全体構成を模式的に示す斜視図である。 図５は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの検査時の状態を示す図である。 図６は、本発明の別な実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す図である。

符号の説明

１、７ プローブユニット
２、８ 大径プローブ
３ 小径プローブ
４ 大径プローブホルダ
４ａ 大孔部
４ｂ 受容孔部
５ 小径プローブホルダ
５ａ 小孔部
６ ホルダ部材
２１、８１ 第１プランジャ
２１ａ、２３ａ、３１ 先端部
２１ｂ、３３ フランジ部
２１ｃ、２３ｂ ボス部
２１ｄ、２３ｃ、３２ 基端部
２２ バネ部材
２２ａ 粗巻き部
２２ｂ 密着巻き部
２３、８２ 第２プランジャ
４１ 第１基板
４１ａ 第１孔部
４２ 第２基板
４２ａ 第２孔部
５１ 第３基板
５１ａ 第３孔部
５２ 第４基板
５２ａ 第４孔部
８３ パイプ部材
１００ 半導体集積回路
１０１、２０１ 電極
２００ 回路基板
４１１ａ、５１１ａ、５２１ａ 小径孔
４１２ａ、５１２ａ、５２２ａ 大径孔

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。なお、図面は模式的なものであって、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合もあることに留意すべきであり、図面の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る場合があることは勿論である。

図１は、本発明の一実施の形態に係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。同図に示すプローブユニット１は、検査対象である半導体集積回路の電気特性検査を行う際に使用する装置であって、半導体集積回路と半導体集積回路へ検査用信号を出力する回路基板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、各々の一端が回路基板に設けられた電極と接触する複数の大径プローブ２と、各々の一端が大径プローブ２と接触するとともに他端が半導体集積回路の電極と接触し、大径プローブ２の径よりも小さい径を有する複数の小径プローブ３と、複数の大径プローブ２を抜け止めした状態で保持する大径プローブホルダ４と、大径プローブホルダ４に着脱自在に積層され、複数の小径プローブ３を抜け止めした状態で保持する小径プローブホルダ５と、を備える。

大径プローブ２は導電性材料を用いて形成され、略針状をなす第１プランジャ２１と、一端が第１プランジャ２１に取り付けられ、長手方向に伸縮自在な弾性部材であるバネ部材２２と、バネ部材２２の他端を取り付けるとともに先端が第１プランジャ２１の先端と相反する方向を指向する第２プランジャ２３とを有する。図１に示す状態で、第１プランジャ２１、バネ部材２２および第２プランジャ２３は、長手方向の中心軸が一致している。

第１プランジャ２１は、先鋭端を有する先端部２１ａと、先端部２１ａの径よりも大きい径を有するフランジ部２１ｂと、フランジ部２１ｂを介して先端部２１ａと反対方向に突出し、フランジ部２１ｂの径よりも小さくかつバネ部材２２の内径よりも若干大きい径を有する円柱状をなし、バネ部材２２の端部が圧入されるボス部２１ｃと、ボス部２１ｃの径よりも小さくかつバネ部材２２の内径よりも小さい径を有する円柱状をなす基端部２１ｄと、を備える。

バネ部材２２は、第１プランジャ２１のボス部２１ｃに端部が圧入される粗巻き部２２ａと、バネ部材２２を構成する線材が粗巻き部２２ａよりも密着した状態で巻回され、その端部が第２プランジャ２３に圧入される密着巻き部２２ｂとを有する。粗巻き部２２ａと密着巻き部２２ｂとはつながっており、互いの径は等しい。

第２プランジャ２３は、円柱状をなす先端部２３ａと、先端部２３ａの径よりも小さくかつバネ部材２２の内径よりも若干大きい径を有する円柱状をなし、密着巻き部２２ｂの端部が圧入されるボス部２３ｂと、ボス部２３ｂよりも径が小さくかつバネ部材２２の内径よりも小さい径を有する基端部２３ｃと、を備える。先端部２３ａの外径はバネ部材２２の外径よりも若干大きい。なお、基端部２３ｃの長さは、大径プローブ２が最大ストロークしても第１プランジャ２１と接触しない範囲であれば任意に設定することが可能である。例えば、基端部２３ｃの長手方向の長さを図１に示す長さより長くしてもよい。図１で第２プランジャ２３の上面をなす先端部２３ａの先端面は、大径プローブ２の長手方向と直交する平面であり、この平面には小径プローブ３が接触する。

小径プローブ３は、各々が先鋭端を有する先端部３１および基端部３２と、先端部３１と基端部３２との間に設けられ、先端部３１や基端部３２よりも径が大きいフランジ部３３とを有する。先端部３１の径と基端部３２の径はほぼ等しく、それらの径は大径プローブ２の外径よりも小さい。基端部３２の先端は、上記の如く大径プローブ２の第２プランジャ２３の先端部２３ａと接触している。小径プローブ３は、その中心軸が大径プローブ２の中心軸と平行でありかつ異なるように大径プローブ２に対してオフセットした位置に配置されている。

大径プローブホルダ４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それぞれ形成された第１基板４１と第２基板４２が厚さ方向（図１の上下方向）に積層されて成る。大径プローブホルダ４は、複数の大径プローブ２を個別に保持する複数の大孔部４ａと、大孔部４ａよりも径が小さく、複数の大孔部４ａのいずれかと連通し、小径プローブ３の基端部３２を大径プローブ２と接触した状態で受容する複数の受容孔部４ｂとを有する。互いに連通する大孔部４ａおよび受容孔部４ｂの組は、大径プローブホルダ４を厚さ方向に貫通する。また、互いに連通する大孔部４ａおよび受容孔部４ｂの長手方向の中心軸は平行でありかつ異なっている。大孔部４ａの中心軸と受容孔部４ｂの中心軸との距離ｄは、先端部２３ａの先端面をなす円の半径よりも小さく設定される。このように距離ｄを設定することにより、互いに連通する大孔部４ａおよび受容孔部４ｂにそれぞれ挿通される大径プローブ２および小径プローブ３を確実に接触させることができる。

第１基板４１には、大孔部４ａの一部をなす第１孔部４１ａが複数設けられている。第１孔部４１ａは、第１プランジャ２１の先端部２１ａを挿通可能な円筒状の小径孔４１１ａと、小径孔４１１ａよりも径が大きく、かつ小径孔４１１ａと同軸をなす円筒状の大径孔４１２ａとを有する。小径孔４１１ａの径は、第１プランジャ２１のフランジ部２１ｂの径よりも小さい。小径孔４１１ａは、第１プランジャ２１の先端部２１ａを表出させた状態で第１プランジャ２１を抜け止めしている。また、大径孔４１２ａの最大径は大径プローブ２の最大径よりも大きい。

第２基板４２には、複数の受容孔部４ｂと、大孔部４ａの一部をなし、対応する受容孔部４ｂと連通して第２基板４２を厚さ方向に貫通する複数の第２孔部４２ａとが設けられている。第２孔部４２ａの径は大径孔４１２ａの径と等しい。複数の第２孔部４２ａの各々は、受容孔部４ｂに連通する端部と異なる端部で複数の大径孔４１２ａのいずれかと同軸的に連通している。

小径プローブホルダ５は、大径プローブホルダ４と同様の絶縁性材料を用いてそれぞれ形成される第３基板５１および第４基板５２が厚さ方向（図１の上下方向）に積層されて成る。小径プローブホルダ５には、複数の小径プローブ３を個別に抜け止めした状態で保持し、厚さ方向に貫通する複数の小孔部５ａが設けられている。小径プローブホルダ５は、複数の小孔部５ａの各々が、複数の受容孔部４ｂのいずれかと同軸的に連通するように大径プローブホルダ４に積層されている。

第３基板５１には、小孔部５ａの一部をなす第３孔部５１ａが複数設けられている。第３孔部５１ａは、小径プローブ３の先端部３１を挿通可能な円形断面を有する円筒状の小径孔５１１ａと、小径孔５１１ａよりも径が大きく、かつ小径孔５１１ａと同軸をなす円筒状の大径孔５１２ａとを有する。小径孔５１１ａの径は小径プローブ３のフランジ部３３の径よりも小さい。また、大径孔５１２ａの径は、小径プローブ３のフランジ部３３を収容可能な大きさであってフランジ部３３と同程度の大きさを有している。第３基板５１は、小径プローブ３の先端部３１を表出させた状態で小径プローブ３を抜け止めしている。

第４基板５２には、対応する第３孔部５１ａと連通して小孔部５ａを構成する第４孔部５２ａが複数設けられている。第４孔部５２ａは、小径プローブ３の基端部３２を挿通可能な円筒状の小径孔５２１ａと、小径孔５２１ａよりも径が大きく、かつ小径孔５２１ａと同軸をなす円筒状の大径孔５２２ａとを有する。小径孔５２１ａは受容孔部４ｂと連通している。小径孔５２１ａの径は受容孔部４ｂの径と等しい。また、大径孔５２２ａの径は大径孔５１２ａの径と等しい。複数の大径孔５２２ａの各々は、複数の大径孔５１２ａのいずれかと同軸的に連通している。第４基板５２は、小径プローブ３の基端部３２を表出させた状態で小径プローブ３を抜け止めしている。

大孔部４ａ、受容孔部４ｂおよび小孔部５ａは、ドリル加工、エッチング、打抜き成形を行うか、あるいはレーザ、電子ビーム、イオンビーム、ワイヤ放電等を用いた加工を行うことによって形成される。

なお、大径プローブホルダ４および小径プローブホルダ５は、導電性材料から成る基板の表面（大孔部４ａ、受容孔部４ｂおよび小孔部５ａの側面に対応する部分も含む）を絶縁性材料によって被覆した構成とすることも可能である。

図２は、大孔部４ａと小孔部５ａとの位置関係を模式的に示す図であり、より具体的には大径孔４１２ａと小径孔５１１ａとの位置関係を示す図である。大径孔４１２ａの中心軸間距離Ｈは、小径孔５１１ａの中心軸間距離ｈよりも大きい。また、連通する大孔部４ａと小孔部５ａにおいて、大径孔４１２ａの中心軸と小径孔５１１ａの中心軸の距離は、大孔部４ａの中心軸と受容孔部４ｂの中心軸との距離ｄに等しい。このように大孔部４ａと小孔部５ａとの位置関係を設定することにより、検査対象と接触する小径プローブ３側のピッチを大径プローブ２側のピッチよりも狭小化することができる。

図３は、プローブユニット１の組み立ての概要を示す図である。プローブユニット１を組み立てる際には、大径プローブホルダ４の第２基板４２と小径プローブホルダ５の第４基板５２とが対向するようにして２つのプローブホルダを組み合わせた後、ネジ等を用いて締結する。なお、大径プローブホルダ４および小径プローブホルダ５に位置決め用の開口部をそれぞれ設けておき、大径プローブホルダ４の開口部とこの開口部に対応する小径プローブホルダ５の開口部に位置決めピンを挿入することによって両者の位置決めを行うようにすれば、プローブユニット１の組み立てを一段と容易にかつ迅速に行うことができる。

図４は、プローブユニット１の全体構成と、プローブユニット１を用いた半導体集積回路の電気特性検査の概要を示す斜視図である。プローブユニット１には、検査の際に半導体集積回路１００の位置ずれが生じるのを抑制するホルダ部材６が、大径プローブホルダ４および小径プローブホルダ５の外周に設けられている。ホルダ部材６の底面側には、検査用信号を出力する回路を備えた回路基板２００が取り付けられる。

図５は、半導体集積回路１００の検査時におけるプローブユニット１の要部の構成を示す部分断面図である。図５に示す状態で、大径プローブ２は回路基板２００の電極２０１と接触することによって図で上向きの力を受ける。一方、小径プローブ３は、半導体集積回路１００の電極１０１と接触することによって図で下向きの力を受ける。したがって、大径プローブ２のバネ部材２２は、小径プローブ３が半導体集積回路１００の電極１０１と接触していない状態よりも長手方向に沿って縮んでいる。

半導体集積回路１００の検査時に生じる検査用信号は、回路基板２００の電極２０１を介して大径プローブ２の第１プランジャ２１、密着巻き部２２ｂ、第２プランジャ２３を経由した後、小径プローブ３を経由して半導体集積回路１００の電極１０１へ到達する。このように、大径プローブ２では、第１プランジャ２１と第２プランジャ２３が密着巻き部２２ｂ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２２ａへ信号が流れるのを防止し、インダクタンスおよび抵抗の低減および安定化を図ることができる。

プローブユニット１が検査を繰り返し行うと、小径プローブ３は検査のたびに電極１０１との接触、離間を繰り返すため、長期にわたる使用によって先端部３１が磨耗したり小径プローブ３が破損したりすることがある。このような場合、本実施の形態では、小径プローブホルダ５を大径プローブホルダ４から取り外すことができるため、小径プローブ３のみを簡単に交換することができる。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、大径プローブと小径プローブを互いの軸線をずらした状態で組み合わせることによって一組のプローブを構成しているため、検査対象のピッチの狭小化に対応させる場合にも、プローブの両方の端部を細径化しないで済む。したがって、プローブの細径化に起因する許容電流の低下を抑制することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、経時劣化が激しく、接触抵抗値の増加の最大要因である小径プローブを大径プローブとは独立に交換することができるため、メインテナンスを簡単に行うことが可能となる。加えて、小径プローブのみを交換するので、大径プローブホルダ側は特に問題がなければそのまま使用を続けることができる。したがって、大径プローブを節約することができ、経済的である。

また、本実施の形態によれば、大径プローブの第２プランジャと小径プローブとを別に加工するため、大径プローブと小径プローブとをオフセットして一体成形するよりも加工が容易である。

大径プローブと小径プローブとをオフセットして一体成形した場合には、プローブが軸対称な形状をなしていない。このため、一体成形したプローブをプローブホルダへ収容する際には、小径プローブに対応する部分を挿通する孔部の位置に留意して位置決めを行わなければならず、プローブの収容に手間がかかるという問題があった。これに対して、本実施の形態においては、大径プローブと小径プローブとを分離し、各プローブが軸対称な形状をなすようにしたため、各プローブのプローブホルダへの収容を容易に行うことができる。

ここまで、本発明を実施するための最良の形態を説明してきたが、本発明は上述した一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。図６は、本発明の別な実施の形態に係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。同図に示すプローブユニット７は、大径プローブの構成を除いて上述したプローブユニット１と同じ構成を有している。プローブユニット７が有する大径プローブ８はポゴピンであり、第１プランジャ８１と、第２プランジャ８２と、第１プランジャ８１および第２プランジャ８２の間に介在するバネ部材（図示せず）の外周を被覆するパイプ部材８３とを有する。第２プランジャ８２の先端は、大径プローブ８の長手方向と直交する平面をなす。このような構成を有するプローブユニット７によれば、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

以上の説明からも明らかなように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

以上のように、本発明に係るプローブユニットは、ＩＣチップなどの半導体集積回路の電気特性検査に有用である。

Claims (8)

1. 各々が導電性材料を用いて形成され、長手方向に沿って伸縮自在である複数の大径プローブと、
   各々が導電性材料を用いて形成され、前記大径プローブの径よりも小さい径を有する複数の小径プローブと、
   前記複数の大径プローブを個別に保持する複数の大孔部と、前記大孔部よりも径が小さく、前記複数の大孔部のいずれかと連通し、前記小径プローブの端部を前記大径プローブと直接的に接触した状態で受容する複数の受容孔部とを有し、互いに連通する前記大孔部および前記受容孔部の組が厚さ方向に貫通する大径プローブホルダと、
   前記複数の小径プローブを個別に抜け止めした状態で保持する複数の小孔部が厚さ方向に貫通して設けられ、各小孔部が前記複数の受容孔部のいずれかと連通するように前記大径プローブホルダに積層された小径プローブホルダと、
   を備え、
   互いに連通する前記大孔部および前記小孔部の長手方向の中心軸は異なり、
   前記小径プローブと接触する前記大径プローブの先端は、前記長手方向と略直交する平面をなし、
   前記複数の小孔部には、隣接する二つの小孔部の中心軸間距離が該二つの小孔部にそれぞれ対応する二つの大孔部の中心軸間距離より小さいものが含まれること
   を特徴とするプローブユニット。
2. 前記大径プローブは、
   略針状をなす第１プランジャと、
   先端が前記第１プランジャの先端と相反する方向を指向し、前記小径プローブと接触する第２プランジャと、
   長手方向の一端部が前記第１プランジャに取り付けられるとともに他端部が前記第２プランジャに取り付けられ、当該長手方向に沿って伸縮自在な弾性部材と、
   を有することを特徴とする請求項１記載のプローブユニット。
3. 前記大径プローブホルダは、
   前記第１プランジャの先端部を表出させて保持する第１基板と、
   前記第１基板に積層されるとともに前記小径プローブホルダに積層され、前記小径プローブホルダが保持する前記小径プローブの端部を受容する第２基板と、
   を有することを特徴とする請求項２記載のプローブユニット。
4. 前記大径プローブはポゴピンであることを特徴とする請求項１記載のプローブユニット。
5. 前記大径プローブホルダは、
   前記小径プローブと接触しない前記ポゴピンの先端を表出させて保持する第１基板と、
   前記第１基板に積層されるとともに前記小径プローブホルダに積層され、前記小径プローブホルダが保持する前記小径プローブの端部を受容する第２基板と、
   を有することを特徴とする請求項４記載のプローブユニット。
6. 前記小径プローブホルダは、
   前記小径プローブのいずれか一方の端部をそれぞれ表出させて保持する二つの基板が積層されて成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のプローブユニット。
7. 前記大径プローブホルダおよび前記小径プローブホルダは、少なくとも前記大径プローブおよび／または前記小径プローブと接触する部分が絶縁性を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のプローブユニット。
8. 前記小径プローブは、前記大径プローブと接触する先端が先鋭端を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載のプローブユニット。

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