JP5624746B2 - コンタクトプローブ及びソケット - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路等の被測定デバイスの検査に使用するコンタクトプローブ及びこれを備えたソケットに関する。
半導体集積回路等の検査対象物の検査を行う場合において、検査対象物と測定器側の検査用基板とを電気的に接続するためにコンタクトプローブが一般的に使用されている。
下記特許文献１のコンタクトプローブは、電流経路となる圧縮コイルばねのインダクタンス及び抵抗によって検出信号に電気特性の劣化が生じるという問題(段落［０００３］)を解決するためのものである。このコンタクトプローブでは、同文献図１に示されるように「自然状態で密着巻きにした密着巻き部５ａ」を「圧縮コイルばね５」に設けておき(段落［００１３］)、「支持基板２を被検査体７側に下げて、図２に示されるように、頭部４ａの先鋭端をパッド７ａに衝当させ、かつ圧縮コイルばね５を圧縮変形させて、パッド７ａ表面の酸化膜を突き破ることができる程度の荷重をもって導電性針状体４をパッド７ａに接触させ」て検査を行う(段落［００１６］)。そして「導電性針状体４から圧縮コイルばね５に伝達される電気信号」が「密着巻き部５ａでは図２に示されるように圧縮コイルばね５の軸線方向に沿う直線的に」流れるようにして、「粗巻き部にコイル状に電気信号が流れることによるインダクタンス及び抵抗の増大が生じない」としている(段落［００１８］)。
特許第３３２６０９５号公報
上記特許文献１では、導電性針状体４と圧縮コイルばね５との接触に関し、「圧縮コイルばね５の内径が軸部４ｃより若干拡径されていることから、圧縮変形により圧縮コイルばね５は支持孔３内にて湾曲状に変形して蛇行するようになり、密着巻き部５ａの内周部が軸部４ｃの外周面に接触する部分が生じる」(段落［００１７］)としている。しかし、圧縮変形による湾曲には不確定要素が多いため、上記のような構造では密着巻き部５ａの内周部と軸部４ｃの外周面とを一定の接圧で確実に接触させることは困難であるという問題があった。
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、プランジャーとコイルスプリングの密着巻き部とを一定の接圧で確実に接触させることで検査の信頼性を高めることが可能な、コンタクトプローブ及びソケットを提供することにある。
本発明の第１の態様は、コンタクトプローブである。このコンタクトプローブは、
検査対象物と検査用基板とを接続するコンタクトプローブであって、
プランジャー及びコイルスプリングを備え、
前記プランジャーは、先端が検査対象物との接続部であり、末端側が前記コイルスプリングの内側の空間に延在し、
前記コイルスプリングは、先端が検査用基板との接続部であり、末端が前記プランジャーと当接して前記プランジャーを離れる方向に付勢し、かつ、先端を含む少なくとも一部が密着巻き部となっていて、前記密着巻き部の一部が偏心し、
前記プランジャーの先端が検査対象物と接触して前記コイルスプリングが縮んでいるときに、前記プランジャーの末端側が前記密着巻き部のうち偏心している部分と接触する構造であり、
前記偏心している部分は、第１の方向に偏心した第１偏心部と、前記第１の方向と反対の第２の方向に偏心した第２偏心部とを含む。
第１の態様のコンタクトプローブにおいて、前記プランジャーの先端が検査対象物と接触していない状態で、前記プランジャーの末端側が前記密着巻き部のうち偏心している部分と接触するとよい。
本発明の第２の態様も、コンタクトプローブである。このコンタクトプローブは、
検査対象物と検査用基板とを接続するコンタクトプローブであって、
プランジャー及びコイルスプリングを備え、
前記プランジャーは、先端が検査対象物との接続部であり、かつ、末端に開口した所定深さの穴ぐり部を有し、
前記コイルスプリングは、先端が検査用基板との接続部であり、末端側が前記プランジャーの前記穴ぐり部に入っていて、末端が前記プランジャーと当接して前記プランジャーを離れる方向に付勢し、かつ、先端を含む少なくとも一部が密着巻き部となっていて、前記密着巻き部の一部が偏心し、
前記プランジャーの先端が検査対象物と接触して前記コイルスプリングが縮んでいるときに、前記プランジャーの前記穴ぐり部の内側面が前記密着巻き部のうち偏心している部分と接触する構造である。
第２の態様のコンタクトプローブにおいて、前記プランジャーの先端が検査対象物と接触していない状態で、前記プランジャーの前記穴ぐり部の内側面が前記密着巻き部のうち偏心している部分と接触するとよい。
第２の態様のコンタクトプローブにおいて、前記偏心している部分は、第１の方向に偏心した第１偏心部と、前記第１の方向と反対の第２の方向に偏心した第２偏心部とを含んでもよい。
第１又は第２の態様のコンタクトプローブにおいて、前記密着巻き部は、前記偏心している部分よりも先端側の所定位置から先端までが巻軸方向と垂直な面に対して非平行になるように斜め巻きされていてもよい。
本発明の第３の態様は、ソケットである。このソケットは、第１又は第２の態様のコンタクトプローブを複数本絶縁支持体で支持してなるものである。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、コイルスプリングは先端を含む少なくとも一部が密着巻き部となっていてかつ前記密着巻き部の一部が偏心し、プランジャーの先端が検査対象物と接触して前記コイルスプリングが縮んでいるときに前記プランジャーが前記密着巻き部のうち偏心している部分と接触する構造であるため、前記プランジャーと前記コイルスプリングの前記密着巻き部とを一定の接圧で確実に接触させることができ、検査の信頼性を高めることが可能となる。
本発明の第１の実施の形態に係るコンタクトプローブの構成説明図。 同コンタクトプローブを複数本支持してなるソケットの構成説明図。 本発明の第２の実施の形態に係るコンタクトプローブの構成説明図。 本発明の第３の実施の形態に係るコンタクトプローブの構成説明図。 本発明の第４の実施の形態に係るコンタクトプローブの構成説明図。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
(第１の実施の形態)
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るコンタクトプローブ１００の構成説明図である。図２は、同コンタクトプローブ１００を複数本支持してなるソケット３０の構成説明図である。
図１に示すように、コンタクトプローブ１００は、コイルスプリング１と、プランジャー７とを備える。コイルスプリング１は検査用基板５(ＤＵＴボード)との接続部品であり、プランジャー７は検査対象物３(ＤＵＴ)との接続部品である。
銅合金等の導電性金属体であるプランジャー７は、検査用基板５側から検査対象物３側に向けて、末端部１１と、フランジ部１２と、先端側本体部１３とを順次有する棒形状である。円柱等の棒状の末端部１１は、コイルスプリング１の内径よりも小径でコイルスプリング１の内側の空間に延在する。フランジ部１２は、コイルスプリング１の内径よりも大径で、末端側の端面がコイルスプリング１の一端と当接する。先端側本体部１３は、フランジ部１２よりも小径で、先端が検査対象物３のハンダボール４と接触する接触部１３ａとなっている。
例えばピアノ線やステンレス線等の一般的な材質で形成されたコイルスプリング１は、プランジャー７に対して設けられている(プランジャー７に連結されている)。具体的には、コイルスプリング１の末端がプランジャー７のフランジ部１２の末端側端面と当接してプランジャー７を摺動可能としている。コイルスプリング１は、また、使用時(検査時)にプランジャー７を離れる方向に付勢して、プランジャー７に検査対象物３との接触力を与えるとともに、自身も先端に検査用基板５のコンタクトパッド６との接触力を得る。
コイルスプリング１は、中間部よりも先端側(先端を含む少なくとも一部)が密着巻き部１ａ、中間部よりも末端側が粗巻き部１ｂとなっている。なお、密着巻き部とは、コンタクトプローブ１００の非使用状態すなわちプランジャー７の先端が検査対象物３のハンダボール４と接触していない状態で複数巻きに渡って軸方向に接触(密着)している部分をいう。図１内に拡大して示されるように、密着巻き部１ａの一部は偏心している。この偏心している部分は、１箇所(一巻き)であってもよいが、好ましくは２箇所以上(二巻き以上)とする。そして、一部の偏心箇所(第１の偏心部)の偏心方向が第１の方向であれば、他の偏心箇所(第２の偏心部)の偏心方向は第１の方向と反対の第２の方向であるとよい。つまり、反対方向に交互に偏心するとよい。図１では、第１の偏心部１１１が右方向(第１の方向の例示)に偏心し、その下の第２の偏心部１１２が左方向(第２の方向の例示)に偏心している場合を例示している。ここで、末端部１１が第１の偏心部１１１及び第２の偏心部１１２と接触していない状態では、第１の偏心部１１１及び第２の偏心部１１２の内周に内接する内接円の径は、末端部１１の外径よりも僅かに小さい。コンタクトプローブ１００の使用時すなわちプランジャー７の先端が検査対象物３のハンダボール４と接触してコイルスプリング１が縮んでいるとき、プランジャー７の末端側(末端部１１の側面)が密着巻き部１ａのうち偏心している部分と接触する。好ましくは、コンタクトプローブ１００の非使用状態においてもプランジャー７の末端側が密着巻き部１ａのうち偏心している部分と接触する位置関係とする。
検査対象物３は、例えば電極が所定間隔で配列された半導体集積回路であり、図２の場合、電極バンプとしてのハンダボール４が所定間隔で配列されている。検査用基板５は、ハンダボール４に対応してコンタクトパッド６を所定間隔で有するとともに、測定器側に接続される電極パッド(図示せず)をハンダボール４に対応して所定間隔で有するものである。
図２に示すように、ソケット３０は、コンタクトプローブ１００を複数本平行に配置するための空洞部３２を所定間隔で有するハウジング３１(絶縁支持体)を備え、各空洞部３２にコンタクトプローブ１００を挿入配置したものである。具体的には、コイルスプリング１及びプランジャー７の二者を図１に示すように一体的に組み立ててコンタクトプローブ１００を構成したものを、図２に示すようにハウジング３１の空洞部３２に挿入配置する。空洞部３２の上端の開口側摺動支持部３３は、プランジャー７の先端側本体部１３を摺動自在に支持(嵌合)する。空洞部３２のうち開口側摺動支持部３３を除く中間部３５は、開口側摺動支持部３３よりも大径で、フランジ部１２及びコイルスプリング１が自由に動ける内周径となっている。空洞部３２の開口側摺動支持部３３は、フランジ部１２に係合してプランジャー７の抜け出しを規制する。なお、ハウジング３１は、コンタクトプローブ１００を空洞部３２内に組み込むために、あるいは空洞部３２の深さを確保するために、複数層(図示の例では二層)重ね合わせた構造となっている。
図２のように組み立てられたソケット３０を使用して検査を行う場合、ソケット３０は検査用基板５上に位置決め載置され、この結果、コイルスプリング１は所定長だけ縮んで先端が検査用基板５のコンタクトパッド６に弾接する。半導体集積回路等の検査対象物３が無い状態では、プランジャー７はフランジ部１２が開口側摺動支持部３３で規制されるまで突出方向に移動しており、先端側本体部１３の突出量は最大となっている。検査対象物３がソケット３０のハウジング３１に対して所定の間隔で対向配置されることにより、先端側本体部１３は後退してコイルスプリング１はさらに圧縮され、その結果、先端側本体部１３の接触部１３ａは検査対象物３のハンダボール４に弾接する。この状態で検査対象物３の検査が実行される。
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
(1) コイルスプリング１は中間部よりも先端側が密着巻き部１ａとなっていて、密着巻き部１ａの一部が偏心し、プランジャー７の先端が検査対象物３のハンダボール４と接触してコイルスプリング１が縮んでいるときにプランジャー７の末端側が密着巻き部１ａのうち偏心している部分と接触する構造であるため、プランジャー７の末端側とコイルスプリング１の密着巻き部１ａとを一定の接圧で確実に接触させることができ、検査の信頼性を高めることが可能となる。
(2) コンタクトプローブ１００の非使用状態においてもプランジャー７の末端側が密着巻き部１ａのうち偏心している部分と接触する位置関係とすれば、コイルスプリング１の縮み量が足りずにコイルスプリング１の密着巻き部１ａとプランジャー７とを接触し損なうことを防止できる。また、使用状態に移行する際に密着巻き部１ａのうち偏心している部分とプランジャー７とが接触し始める時の引っかかりも防止できる。
(3) 密着巻き部１ａのうち偏心している部分は、第１の偏心部１１１が右方向に偏心し、第２の偏心部１１２が左方向に偏心しているので、コンタクトプローブ１００の使用時にプランジャー７の末端部１１が第１の偏心部１１１と第２の偏心部１１２とに左右から挟まれることになり、密着巻き部１ａとプランジャー７との接触の確実性が高い。
(第２の実施の形態)
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るコンタクトプローブの構成説明図である。このコンタクトプローブは、第１の実施の形態のものと比較して、コイルスプリング１の密着巻き部１ａの偏心している部分１ｃよりも先端側の所定位置からコイルスプリング１の先端までが巻軸方向と垂直な面に対して非平行になるように斜め巻き(図示の例では左上から右下に斜め巻き)され、プランジャー７の末端側が、プランジャー７の先端が検査対象物３に接触していない状態で斜め巻き部分に位置している点で主に相違し、その他の点は同様である。なお、所定位置は特に限定されず、密着巻き部１ａの偏心している部分１ｃの直下であってもよいし、偏心している部分１ｃと先端との中間であってもよい。なお、コイルスプリング１の先端(斜め巻き部の先端)は、検査用基板５のコンタクトパッド６の中央と接触するように他の部分と比較して小径かつ偏心している。
本実施の形態によれば、コイルスプリング１の先端と検査用基板５のコンタクトパッド６とが点状ないし短線状に接触するので、コンタクトパッド６との接触部位が常に一定となり、コイルスプリング１の先端と検査用基板５のコンタクトパッド６との接触がより確実なものとなる。また、粗巻き部１ｂに加えて斜め巻き部も伸縮可能なため、コイルスプリング１の全長を短くすることもできる。さらに、斜め巻き部は使用時に湾曲しやすいため、これによってもプランジャー７の末端側と接触させることができて好ましい。また、万一プランジャー７の押下げ量が過大になっても、斜め巻き部が変形して荷重を緩和でき、検査対象物３及び検査用基板５の損傷を防止できる。
(第３の実施の形態)
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るコンタクトプローブの構成説明図である。このコンタクトプローブは、第１の実施の形態のものと比較して、プランジャー７が穴ぐり構造となっている点で主に相違し、その他の点は同様である。以下、相違点を中心に説明する。
プランジャー７は、末端に開口した所定深さの穴ぐり部１８を有する。穴ぐり部１８の内部にコイルスプリング１の末端側が入っている。なお、コイルスプリング１の抜け止めのため、穴ぐり部１８の開口径は穴ぐり部１８の内径よりも小さくなっていて、コイルスプリング１は、穴ぐり部１８の内部では巻径が穴ぐり部１８の開口径よりも大きく、穴ぐり部１８の外部では巻径が穴ぐり部１８の開口径以下となっている。実際の組立てにおいては、穴ぐり部１８の開口径よりも大きなコイルスプリング１の粗巻き部１ｂ及び密着巻き部１ａの偏心している部分を穴ぐり部１８に入れた後に穴ぐり部１８の開口部をかしめて狭くしている。コイルスプリング１の末端は穴ぐり部１８の底部と当接してプランジャー７を付勢している。プランジャー７の先端が検査対象物３のハンダボール４と接触してコイルスプリング１が縮んでいるとき、穴ぐり部１８の内側面が密着巻き部１ａのうち偏心している部分(第１の偏心部１１１及び第２の偏心部１１２)と接触する。好ましくは、コンタクトプローブの非使用状態においても穴ぐり部１８の内側面が密着巻き部１ａのうち偏心している部分と接触する位置関係とする。
本実施の形態も、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、プランジャー７を穴ぐり構造としているため、第１の実施の形態と比較してコンタクトプローブの全長を短くすることが可能となる。
(第４の実施の形態)
図５は、本発明の第４の実施の形態に係るコンタクトプローブの構成説明図である。このコンタクトプローブは、第３の実施の形態のものと比較して、穴ぐり部１８の開口部より突出したコイルスプリング１の密着巻き部１ａの偏心している部分１ｃ直下からコイルスプリング１の先端までが巻軸方向と垂直な面に対して非平行になるように斜め巻き(図示の例では左上から右下に斜め巻き)されている点で主に相違し、その他の点は同様である。なお、斜め巻き部分は、密着巻き部１ａの偏心している部分１ｃの直下からに限定されず、偏心している部分１ｃと先端との中間であってもよい。
本実施の形態によれば、コイルスプリング１の先端と検査用基板５のコンタクトパッド６とが点状ないし短線状に接触するので、コンタクトパッド６との接触部位が常に一定となり、コイルスプリング１の先端と検査用基板５のコンタクトパッド６との接触がより確実なものとなる。また、粗巻き部１ｂに加えて斜め巻き部も伸縮可能なため、コイルスプリング１の全長を短くすることもできる。また、万一プランジャー７の押下げ量が過大になっても、斜め巻き部が変形して荷重を緩和でき、検査対象物３及び検査用基板５の損傷を防止できる。
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素には請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。
１ コイルスプリング
３ 検査対象物
４ ハンダボール
５ 検査用基板
６ コンタクトパッド
７ プランジャー
１１ 末端部
１２ フランジ部
１３ 先端側本体部
１３ａ 接触部
１８ 穴ぐり部
３０ ソケット
３１ ハウジング
３２ 空洞部
１００ コンタクトプローブ

Claims (7)

  1. 検査対象物と検査用基板とを接続するコンタクトプローブであって、
    プランジャー及びコイルスプリングを備え、
    前記プランジャーは、先端が検査対象物との接続部であり、末端側が前記コイルスプリングの内側の空間に延在し、
    前記コイルスプリングは、先端が検査用基板との接続部であり、末端が前記プランジャーと当接して前記プランジャーを離れる方向に付勢し、かつ、先端を含む少なくとも一部が密着巻き部となっていて、前記密着巻き部の一部が偏心し、
    前記プランジャーの先端が検査対象物と接触して前記コイルスプリングが縮んでいるときに、前記プランジャーの末端側が前記密着巻き部のうち偏心している部分と接触する構造であり、
    前記偏心している部分は、第１の方向に偏心した第１偏心部と、前記第１の方向と反対の第２の方向に偏心した第２偏心部とを含む、コンタクトプローブ。
  2. 請求項１に記載のコンタクトプローブにおいて、前記プランジャーの先端が検査対象物と接触していない状態で、前記プランジャーの末端側が前記密着巻き部のうち偏心している部分と接触する、コンタクトプローブ。
  3. 検査対象物と検査用基板とを接続するコンタクトプローブであって、
    プランジャー及びコイルスプリングを備え、
    前記プランジャーは、先端が検査対象物との接続部であり、かつ、末端に開口した所定深さの穴ぐり部を有し、
    前記コイルスプリングは、先端が検査用基板との接続部であり、末端側が前記プランジャーの前記穴ぐり部に入っていて、末端が前記プランジャーと当接して前記プランジャーを離れる方向に付勢し、かつ、先端を含む少なくとも一部が密着巻き部となっていて、前記密着巻き部の一部が偏心し、
    前記プランジャーの先端が検査対象物と接触して前記コイルスプリングが縮んでいるときに、前記プランジャーの前記穴ぐり部の内側面が前記密着巻き部のうち偏心している部分と接触する構造である、コンタクトプローブ。
  4. 請求項３に記載のコンタクトプローブにおいて、前記プランジャーの先端が検査対象物と接触していない状態で、前記プランジャーの前記穴ぐり部の内側面が前記密着巻き部のうち偏心している部分と接触する、コンタクトプローブ。
  5. 請求項３又は４に記載のコンタクトプローブにおいて、前記偏心している部分は、第１の方向に偏心した第１偏心部と、前記第１の方向と反対の第２の方向に偏心した第２偏心部とを含む、コンタクトプローブ。
  6. 請求項１から５のいずれかに記載のコンタクトプローブにおいて、前記密着巻き部は、前記偏心している部分よりも先端側の所定位置から先端までが巻軸方向と垂直な面に対して非平行になるように斜め巻きされている、コンタクトプローブ。
  7. 請求項１から６のいずれかに記載のコンタクトプローブを複数本絶縁支持体で支持してなるソケット。
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