JP6286371B2 - プローブユニット用ベース部材、プローブユニットおよびプローブユニット用ベース部材の製造方法 - Google Patents

プローブユニット用ベース部材、プローブユニットおよびプローブユニット用ベース部材の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、異なる2つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、複数のプローブを収容するプローブホルダとを備えたプローブユニットに設けられ、プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材、プローブホルダおよび当該プローブユニット用ベース部材および/またはプローブホルダを備えたプローブユニット、プローブユニット用ベース部材の製造方法およびプローブユニット用積層構造体に関する。
半導体パッケージなどの検査対象の電気特性を検査する際には、その検査対象と検査用信号を生成するテスターとの導通を図るため、複数の導電性のプローブと、複数のプローブを検査対象の配線パターンに対応させて収容して保持する絶縁性のプローブホルダとを備えたプローブユニットを使用する。
従来、プローブユニットに関する技術として、アルミニウムやステンレスなどの強度の高い金属を母材とし、この母材の表面の略全面(側面を含む)にわたって絶縁層(被膜)が設けられている枠状のベース部材をプローブホルダへ取り付けて補強する技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。この技術では、ベース部材に対する半導体パッケージの配設位置を案内するガイド部材を接着して、ネジ止めの手間を削減している。
国際公開第2010/061888号
しかしながら、上述した従来技術では、ベース部材において、母材の表面の略全面にわたって絶縁層が設けられているため、ベース部材を製造する際に手間がかかるという問題があった。また、プローブホルダにおいて絶縁層を設ける場合であっても、同様の問題が生じていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い剛性および絶縁性を維持するとともに、小型化に対応可能であって、簡易に製造することができるプローブユニット用ベース部材、プローブホルダ、プローブユニット、プローブユニット用ベース部材の製造方法およびプローブユニット用積層構造体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、本発明にかかるプローブユニット用ベース部材は、異なる2つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、複数の前記プローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダとを備えたプローブユニットに設けられ、前記プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材であって、金属やセラミック等の高強度材料を用いて形成され、前記プローブホルダを収容可能な開口部を有する略板状の基板と、絶縁性材料を用いて形成され、接着剤または圧着シートを介して前記基板に固着されて該基板の2つの主面を被覆する被膜と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明にかかるプローブホルダは、異なる2つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性の複数のプローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダであって、厚さ方向に積層される略板状の第1部材および第2部材を備え、前記第1部材および前記第2部材のうち、少なくとも一方は、絶縁性材料を用いて形成される略板状の第1積層部材と、金属やセラミック等の高強度材料を用いて形成され、前記第1積層部材に積層して接着剤または圧着シートを介して該第1積層部材に固着される略板状の第2積層部材と、を有することを特徴とする。
また、本発明にかかるプローブホルダは、上記の発明において、前記第2積層部材は、前記プローブの収容領域を含む領域に、板厚方向に貫通する開口部を有することを特徴とする。
また、本発明にかかるプローブユニットは、異なる2つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、複数の前記プローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダと、前記プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材と、を備え、前記プローブホルダおよび前記プローブユニット用ベース部材が、上記の発明にかかるプローブホルダおよび/またはプローブユニット用ベース部材であることを特徴とする。
また、本発明にかかるプローブユニット用ベース部材の製造方法は、異なる2つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、複数の前記プローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダとを備えたプローブユニットに設けられ、前記プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材の製造方法であって、金属やセラミック等の高強度材料を用いて形成され、前記プローブホルダを収容可能な開口部を有する略板状の基板となる加工前部材と、絶縁性材料を用いて形成され、前記基板の表面および裏面を被覆する被膜となる加工前被膜とを、接着剤または圧着シートを介して固着することを特徴とする。
また、本発明にかかるプローブユニット用積層構造体は、異なる2つの被接触体と両端でそれぞれ接触し、該異なる2つの被接触体を電気的に接続するプローブユニットに用いられるプローブユニット用積層構造体であって、絶縁性材料を用いて形成される略板状の第1積層部材と、金属やセラミック等の高強度材料を用いて形成され、前記第1積層部材に積層して接着剤または圧着シートを介して該第1積層部材に固着される略板状の第2積層部材と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、高い剛性および絶縁性を維持するとともに、小型化に対応可能であって、簡易に製造す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分解斜視図である。 図3は、図1のA−A線断面を示す断面図である。 図4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斜視図である。 図5は、本発明の実施の形態にかかるプローブユニットにおいて、プローブに被接触体を接触させる際の要部の構成を示す部分断面図である。 図6は、本発明の実施の形態にかかるプローブユニットのベース部材の製造方法を説明する図である。
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1の構成を示す斜視図である。図2は、本実施の形態にかかるプローブユニット1の要部の構成を示す分解斜視図である。図3は、図1のA−A線断面を示す断面図である。図4は、本実施の形態にかかるプローブユニット1の要部の構成を示す斜視図であって、図2に示すベース部材を反転させた図である。図5は、本実施の形態にかかるプローブユニット1において、プローブ2に被接触体を接触させる際の要部の構成を示す部分断面図である。図1に示すプローブユニット1は、異なる2つの被接触体、すなわち検査対象である半導体パッケージと、テスターに接続された配線基板とにそれぞれ設けられた電極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、異なる2つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブ2と、複数のプローブ2を半導体パッケージの配線パターンに応じて、各プローブ2の両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダ3と、プローブホルダ3を固定して保持するプローブユニット用ベース部材4(以下、「ベース部材4」という)と、を備える。プローブホルダ3およびベース部材4は、二つの接続ピン5によって接続される。また、ベース部材4は、被接触体に対する位置決めを行う位置決めピン6が配設されている。
また、プローブホルダ3およびベース部材4の間には、プローブホルダ3と半導体パッケージとの間のずれなどを規制するフローティング7が配設されている。プローブホルダ3およびフローティング7は、二つの接続ピン8を介して接続されている。接続ピン8には、コイルバネ8aが挿通されており、コイルバネ8aによってプローブホルダ3およびフローティング7が互いに離間する方向に付勢されている。
プローブ2は、鉄や銅などの導電性材料によって形成され、半導体パッケージ100の電極101と接触する第1プランジャ21と、第1プランジャ21と同じ材料によって形成され、第1プランジャ21と相反する向きに突出し、配線基板200の電極201と接触する第2プランジャ22と、第1プランジャ21および第2プランジャ22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、ならびにパイプ部材23は同一の軸線を有している。プローブ2は、半導体パッケージ100をコンタクトさせた際に、パイプ部材23内部のバネ部材が軸線方向に伸縮することによって半導体パッケージ100の電極101への衝撃を和らげるとともに、半導体パッケージ100および配線基板200に荷重を加える。なお、第1プランジャ21は、例えば半導体パッケージ100における半球状をなす電極101(図5参照)と接触するため、先細な先端形状をなす爪部を複数有する。
プローブホルダ3は、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とが積層されてなる。プローブホルダ3は、第1部材31と第2部材32とを積層した状態で、四つのねじ9,10によってそれぞれ接続、固定される。なお、ねじ9は、軸方向の長さがねじ10と比して長く、プローブホルダ3において第1部材31と第2部材32とを積層した状態の板厚よりも長い。また、ねじ10の軸方向の長さは、第1部材31と第2部材32とを積層した状態の板厚と略同一である。
第1部材31は、樹脂、マシナブルセラミックなどの絶縁性材料を用いて形成される板状の第1積層部材33と、アルミニウムやステンレス(SUS304)などの金属や、セラミック等の高強度材料を用いて形成される板状の第2積層部材34とを積層してなる。また、第1部材31には、接続ピン5がそれぞれ挿通される二つの挿通孔31aと、接続ピン8およびコイルバネ8aがそれぞれ挿通され、断面が段付き形状をなす二つの挿通孔31bと、ねじ9がそれぞれ挿通される四つの挿通孔31cと、ねじ10がそれぞれ挿通される四つの挿通孔31dと、が形成されている。ここで、挿通孔31bは、コイルバネ8aの径より若干大きい大径部分と、コイルバネ8aの径より小さく接続ピン8の径より大きい径の小径部分とによって段付き形状をなしている。
他方、第2部材32は、樹脂、マシナブルセラミックなどの絶縁性材料を用いて形成される板状の第1積層部材35と、アルミニウムやステンレス(SUS304)などの金属や、セラミック等の高強度材料を用いて形成される板状の第2積層部材36とを厚さ方向に積層してなる。また、第2部材32には、接続ピン5がそれぞれ挿通される二つの挿通孔32aと、第2部材32の側面から内部に向けて切り欠かれてなり、ねじ9がそれぞれ挿通される四つの凹部32bと、ねじ10がそれぞれ挿通される四つの挿通孔32cと、が形成されている。
また、第1部材31および第2部材32は、第2積層部材34と第2積層部材36とを、第1積層部材33,35との積層面となる板面と反対側の板面同士が互いに向かい合うように積層してなる。
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37,38が同数ずつ形成され、プローブ2を収容するホルダ孔37,38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37,38の形成位置は、半導体パッケージ100の配線パターンに応じて定められる。また、第2積層部材34および第2積層部材36には、ホルダ孔37,38の形成領域(プローブ配設領域)を含む領域に設けられ、板厚方向に貫通する開口部34a,36aが形成されている。第2積層部材34および第2積層部材36の各開口部34a,36aは、第1部材31と第2部材32とが積層された状態で、中空部Sを形成する。中空部Sの形成によって、プローブ2が第2積層部材34および第2積層部材36と接触することがないため、プローブ2間の電気的導通を防止することができる。なお、第2積層部材36がセラミック等の絶縁材料の場合には、プローブ2間の電気的導通(電気ショート)の心配がないため、中空部Sを形成しない構成であっても適用可能である。
ホルダ孔37および38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37は、プローブホルダ3の上端面に開口を有する小径部37aと、この小径部37aよりも径が大きい大径部37bとからなる。小径部37aは、第1プランジャ21の径と比して若干大きい径である。また、大径部37bは、パイプ部材23の径と比して若干大きい径である。
他方、ホルダ孔38は、プローブホルダ3の下端面に開口を有する小径部38aと、この小径部38aよりも径が大きい大径部38bとからなる。小径部38aは、第2プランジャ22と比して若干大きい径である。また、大径部38bは、パイプ部材23の径と比して若干大きい径である。これらのホルダ孔37,38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。
半導体パッケージ100の検査時には、半導体パッケージ100に設けられた電極101および配線基板200の電極201からの接触荷重により、第1プランジャ21および第2プランジャ22が、パイプ部材23内に進入する。検査時に配線基板200から半導体パッケージ100に供給される検査用信号は、配線基板200の電極201からプローブ2の第2プランジャ22、パイプ部材23内部のバネ部材、第1プランジャ21を経由して半導体パッケージ100の電極101へ到達する。
ベース部材4は、アルミニウムやステンレス(SUS304)などの金属を用いて形成される母材をなす導電性の基板41と、PES(Poly Ether Sulfone)、PEEK(Polyetheretherketone)を一例とするエンジニアリングプラスチックなどの樹脂、マシナブルセラミックなどの絶縁性の高強度材料を用いて形成され、基板41の表面の一部を被覆する被膜42a,42bと、を有する略板状をなす。具体的には、被膜42a,42bは、主面をなす二つの表面を被覆している。また、ベース部材4には、板厚方向に貫通する開口部43と、接続ピン5がそれぞれ挿通される二つの挿通孔44と、位置決めピン6がそれぞれ取り付けられる二つの挿通孔45と、ねじ9がそれぞれ挿通される四つの挿通孔46と、が形成されている。
開口部43は、段つき形状をなしており、半導体パッケージ100を挿通可能な第1開口部43aと、第1開口部43aと連通し、フローティング7を収容可能な第2開口部43bと、第2開口部43bと連通し、プローブホルダ3を収容可能な第3開口部43cと、が設けられている。
第1開口部43aの開口面積は、半導体パッケージ100より大きく、かつ外縁形状がフローティング7の外縁形状より小さくなるよう設定される。第2開口部43bの開口面積は、第1開口部43aの開口面積より大きく、かつ外縁形状がフローティング7の外縁形状より大きくなるよう設定される。第3開口部43cの開口面積は、第2開口部43bの開口面積より大きく、かつ外縁形状がプローブホルダ3の主面の外縁形状より大きくなるよう設定される。
ベース部材4において、フローティング7は、第1開口部43aと第2開口部43bとがなす段部(基板41の主面と略平行な面)に当接する。また、プローブホルダ3は、第2開口部43bと第3開口部43cとがなす段部(基板41の主面と略平行な面)に当接し、接続ピン5およびねじ9が挿通されることによって固定される。このとき、プローブホルダ3は、フローティング7との間に配設されるコイルバネ8aによってベース部材4から離脱する方向に付勢されるとともに、ねじ9によって付勢方向への移動が規制された状態となっている。
フローティング7は、略板状をなす本体部70を有する。本体部70には、半導体パッケージ100の外縁形状に応じて、板面と直交する方向に貫通する貫通孔71と、接続ピン8が挿通される挿通孔72と、が設けられている。貫通孔71は、一端の開口面(上面)に対して他端の開口面(底面)の面積が小さくなるように、側面が傾斜している。貫通孔71の底面の外縁形状は、半導体パッケージ100と略同一、もしくは若干大きくなっている。これにより、フローティング7の貫通孔71に対して、半導体パッケージ100を容易に収容させることができる。
また、本体部70は、上面側に設けられ、アルミニウムやステンレスなどの金属や、セラミック等の高強度材料を用いて形成される略板状の第1積層部材70aと、樹脂、マシナブルセラミックなどの絶縁性材料を用いて形成される略板状の第2積層部材70bとを厚さ方向に積層してなる。
ここで、ベース部材4は、基板41と絶縁性の被膜42a,42bとがそれぞれ接着剤Bによって固着されてなる。接着剤としては、液状のもの、シート状のもの、固形状のものなどが挙げられる。なお、接着剤に代えて、圧着シートを用いることも可能である。
図6は、本実施の形態にかかるプローブユニット1のベース部材4の製造方法を説明する図である。製造方法としては、まず、基板41となる板状の加工前母材300の二つの主面(表面300aおよび裏面300b)にそれぞれ被膜42a,42bとなる加工前被膜301a,301bを接着剤Bにより接着して、加工前母材300に対して加工前被膜301a,301bが形成された加工前部材(プローブユニット用積層構造体)を作製する。その後、この加工前部材に対して、開口部43、挿通孔44,45,46を形成する。
なお、開口部43、挿通孔44,45,46の一部をなす孔が形成された加工前母材300(基板41)に対し、開口部43、挿通孔44の一部をなす孔が形成された加工前被膜301a(被膜42a)、および開口部43、挿通孔44,45,46の一部をなす孔が形成された加工前被膜301b(被膜42b)を接着剤Bによって接着するものであっても適用可能である。
また、プローブホルダ3の第1部材31も同様に、まず、第1積層部材33となる板状の第1加工前積層部材の一方の面に、第2積層部材34となる板状の第2加工前積層部材を積層して、上述した接着剤により接着することによって、加工前第1部材(プローブユニット用積層構造体)を作製する。その後、この加工前第1部材に対して、挿通孔31a,31b,31c,31d、ホルダ孔37および開口部を形成して第1部材31を作製する。第2部材32および本体部70においても同様の工程によって作製される。
上述した実施の形態によれば、母材となる基板41の表面および裏面に、接着剤によって絶縁性の被膜42a,42bを接着するようにしたので、高い剛性および絶縁性を維持するとともに、簡易に製造することができる。また、上述した実施の形態によれば、ねじが要さずに製造が可能であるため、ねじの配設領域が不要となり、小型化に対応することが可能となる。
また、上述した実施の形態によれば、プローブホルダ3においても、絶縁性の第1積層部材33の一方の面に、接着剤によって金属の第2積層部材34を接着するようにしたので、高い剛性、およびプローブ2間の絶縁性を維持するとともに、簡易に製造することができる。
また、上述した実施の形態によれば、基板41の主面(表面および裏面)に絶縁性の被膜42a,42bが接着されてなるものであるため、従来の母材の略全面(側面を含む)にわたって被膜が形成されるベース部材と比して、ベース部材4の加工時間を短縮することができる。
なお、上述した実施の形態において、プローブホルダ3は、第1部材31および第2部材32が、絶縁性材料を用いて形成される第1積層部材33,35、および金属を用いて形成される第2積層部材34,36からなるものとして説明したが、第1部材31および第2部材32が、それぞれ樹脂のみで形成されるものであっても適用可能である。この場合の中空部Sの形成の有無も任意に設計可能である。
また、上述した実施の形態において、プローブホルダ3は、第1部材31および第2部材32が、絶縁性材料を用いて形成される第1積層部材33,35、および金属を用いて形成される第2積層部材34,36からなるものとして説明したが、プローブホルダ3の剛性に問題がなければ、第1積層部材33,35の間に第2積層部材34,36のうちのいずれかの第2積層部材が圧着されるものであっても適用可能である。
また、上述した実施の形態において、プローブユニット1には、フローティング7が配設されるものとして説明したが、プローブホルダ3と半導体パッケージとの間のズレが発生しない構造であれば、フローティング7が配設されないものであっても適用可能である。
また、上述した実施の形態において、プローブユニット1は、上述した構成を有するプローブホルダ3またはベース部材4の少なくとも一方を備えていれば、プローブユニット1を簡易に製造することが可能となる。また、上述した実施の形態において、接続ピン5,8およびねじ9,10は、挿通孔に圧入されるものであってもよいし、挿通孔と螺合するものであってもよい。
また、上述した実施の形態において、フローティング7の本体部70が、第1積層部材70aと第2積層部材70bとを厚さ方向に積層してなるものとして説明したが、アルミニウムやステンレスなどの金属や、樹脂、マシナブルセラミックなどの材料から選択される一つの材料によって形成されるものであってもよい。
以上のように、本発明にかかるプローブユニット用ベース部材、プローブホルダ、プローブユニット、プローブユニット用ベース部材の製造方法およびプローブユニット用積層構造体は、高い剛性および絶縁性を維持するとともに、小型化に対応可能であって、簡易に製造することに有用である。
1 プローブユニット
2 プローブ
3 プローブホルダ
4 プローブユニット用ベース部材(ベース部材)
5,8 接続ピン
6 位置決めピン
7 フローティング
8a コイルバネ
9,10 ねじ
21 第1プランジャ
22 第2プランジャ
23 パイプ部材
31 第1部材
31a,31b,31c,31d,32a,32c,44,45,46,72 挿通孔
32 第2部材
32b 凹部
33,35 第1積層部材
34,36 第2積層部材
34a,36a,43 開口部
37,38 ホルダ孔
37a,38a 小径部
37b,38b 大径部
41 基板
42a,42b 被膜
43a 第1開口部
43b 第2開口部
43c 第3開口部
70 本体部
71 貫通孔
100 半導体パッケージ
101,201 電極
200 配線基板
300 加工前母材
301a,301b 加工前被膜

Claims (3)

  1. 異なる2つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、複数の前記プローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダとを備えたプローブユニットに設けられ、前記プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材であって、
    金属やセラミック等の高強度材料を用いて形成され、前記プローブホルダを収容可能な開口部を有する略板状の基板と、
    絶縁性材料を用いて形成され、接着剤または圧着シートを介して前記基板に固着されて該基板の2つの主面を被覆する被膜と、
    を備えたことを特徴とするプローブユニット用ベース部材。
  2. 異なる2つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、
    複数の前記プローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダと、
    前記プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材と、
    を備え、
    記プローブユニット用ベース部材が、請求項に記載のローブユニット用ベース部材であることを特徴とするプローブユニット。
  3. 異なる2つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、複数の前記プローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダとを備えたプローブユニットに設けられ、前記プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材の製造方法であって、
    金属やセラミック等の高強度材料を用いて形成され、前記プローブホルダを収容可能な開口部を有する略板状の基板となる加工前部材と、絶縁性材料を用いて形成され、前記基板の表面および裏面を被覆する被膜となる加工前被膜とを、接着剤または圧着シートを介して固着することを特徴とするプローブユニット用ベース部材の製造方法。
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