JP6328925B2 - コンタクトプローブ及び電気部品用ソケット - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣパッケージ等の電気部品の性能試験等に使用される電気部品用ソケットのコンタクトプローブに関し、詳しくは、電気部品の端子及び配線基板の接続部を電気的に接続する導電部材の機械的接触性を高めてその抵抗値の安定化を図るコンタクトプローブ及びそれを備えた電気部品用ソケットに係るものである。

従来のこの種のコンタクトプローブは、一方が検査対象物との接続用であり、他方が検査用基板との接続用である第１及び第２プランジャと、前記第１及び第２プランジャを互いに離れる方向に付勢するように前記第１及び第２プランジャに対して設けられたスプリングと、前記第１及び第２プランジャの基端側から所定長の範囲、及び前記スプリングが内側に位置する導電性チューブとを備え、前記第１及び第２プランジャの少なくとも一方、例えば第２プランジャの先端側棒状部は、該第２プランジャの基端側大径部を基点として揺動可能となっていた（例えば、特許文献１参照）。

前記のようなコンタクトプローブを備えたソケットを使用して電気部品の試験を行う場合、ソケットが検査用基板上に位置決め載置され、前記スプリングが縮んで第２プランジャの先端側棒状部の接触部が検査用基板の電極パッドに接触し、前記ソケットの収容部に検査対象物を収容すると、第１プランジャの先端側棒状部が検査対象物の端子に接触して、前記検査対象物の試験が実行される。このとき、例えば第２プランジャの先端側棒状部が揺動してその基端側大径部が導電性チューブの内壁面に当接し、該チューブも第１及び第２プランジャ間を電気的に接続する経路を構成するようになっていた。

特開２０１２−１４９９６２号公報

しかし、前記従来のコンタクトプローブにおいては、導電性チューブの内側に位置された例えば第２プランジャの基端側大径部のほぼ平らな端面に、スプリングの端末部を載せているだけなので、前記スプリングの弾性力で第２プランジャの先端側棒状部が揺動する際に、その基端側大径部が導電性チューブの内壁面に十分に当接されないことがあった。特許文献１の図１によれば、第２プランジャの基端側大径部の端面がやや盛り上がった円錐状に形成されてはいるが、スプリングの端末部の径と前記基端側大径部の径とがほぼ同じであり、円錐状端面の外周側にスプリングの端末部が接触しているだけで、該基端側大径部を導電性チューブの内壁面に対して傾斜させる力が弱かった。

すなわち、従来のコンタクトプローブにおける第２プランジャの基端側大径部の端面形状では、スプリングの端末部が軽く係合することはできるかもしれないが、そのスプリングの弾性力で前記基端側大径部が導電性チューブの内壁面に十分に当接するように積極的に傾斜させることはできなかった。この場合、第２プランジャの基端側大径部が導電性チューブの内部でその内壁面に接触したり、しなかったりして、安定した当接が得られないことがあった。安定した当接が得られないと、導電性チューブと第２プランジャとの間で十分に導通がとれず、抵抗値が一定せず、各コンタクトプローブ毎に抵抗値がバラバラになることがあった。

そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、電気部品の端子及び配線基板の接続部を電気的に接続する導電部材の機械的接触性を高めてその抵抗値の安定化を図るコンタクトプローブ及びそれを備えた電気部品用ソケットを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明によるコンタクトプローブは、両端部が開口した円筒状に形成された導電性バレルと、前記導電性バレルの両端部に抜け止めしてその内部に挿入され、電気部品の端子に接触する端子側プランジャ、及び配線基板の接続部に接触する基板側プランジャと、前記導電性バレル内にて前記端子側プランジャ及び基板側プランジャを離間する方向に付勢するスプリングと、を有するコンタクトプローブであって、前記端子側プランジャ及び基板側プランジャの少なくとも一方の基端側大径部に根本から頂部に至るに従い順次細くなると共に、前記少なくとも一方の基端側大径部の端面にて周囲に基端側大径部の端面部分を残してその内側より根本から頂部に至る傾斜面が盛り上がっている突起部を設け、前記スプリングの端末部を前記突起部の根本から頂部に至る傾斜面上に当接させ、その押圧力で前記少なくとも一方の基端側大径部の側部を導電性バレルの内壁面に押し付けるようにしたものである。

また、本発明による電気部品用ソケットは、配線基板に電気的に接続される電気部品の収容部を有する枠体と、前記枠体にて、収容部の下方に設けられた支持プレートの複数の挿入孔にそれぞれ挿入され、前記電気部品の端子に上端部が圧接されると共に、前記配線基板の接続部に下端部が圧接されて前記端子及び接続部を電気的に接続する複数のコンタクトプローブと、を有する電気部品用ソケットであって、前記コンタクトプローブとして、上記手段に記載のコンタクトプローブを備えたものである。

本発明によるコンタクトプローブによれば、電気部品の端子に接触する端子側プランジャ、及び配線基板の接続部に接触する基板側プランジャの少なくとも一方の基端側大径部に根本から頂部に至るに従い順次細くなると共に、前記少なくとも一方の基端側大径部の端面にて周囲に基端側大径部の端面部分を残してその内側より根本から頂部に至る傾斜面が盛り上がっている突起部を設け、前記両プランジャを離間する方向に付勢するスプリングの端末部を前記突起部の根本から頂部に至る傾斜面上に当接させ、その押圧力で前記少なくとも一方の基端側大径部の側部を導電性バレルの内壁面に押し付けるようにしたことにより、前記基端側大径部を導電性バレルの内壁面に対して積極的に傾斜させて導通を図ることができる。したがって、電気部品の端子及び配線基板の接続部を電気的に接続する導電部材の機械的接触性を高めてその抵抗値の安定化を図ることができる。

また、本発明による電気部品用ソケットによれば、配線基板に電気的に接続される電気部品の収容部を有する枠体と、前記枠体にて、収容部の下方に設けられた支持プレートの複数の挿入孔にそれぞれ挿入され、前記電気部品の端子に上端部が圧接されると共に、前記配線基板の接続部に下端部が圧接されて前記端子及び接続部を電気的に接続する複数のコンタクトプローブとを有する電気部品用ソケットにおいて、そのコンタクトプローブとして、上記本発明のコンタクトプローブを用いることで、電気部品の端子及び配線基板の接続部を電気的に接続する導電部材の機械的接触性を高めてその抵抗値の安定化を図ることができる。

本発明による電気部品用ソケットの実施形態を示す平面図である。 図１の正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 前記電気部品用ソケットに用いられる本発明のコンタクトプローブの実施形態を示す拡大断面図である。 前記コンタクトプローブの基板側プランジャの形状を示す拡大説明図である。 前記電気部品用ソケットを配線基板に実装し、その収容部に電気部品を収容する際の前記コンタクトプローブの動きを示す要部断面説明図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による電気部品用ソケットの実施形態を示す平面図であり、図２は、図１の正面図であり、図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。この電気部品用ソケット１は、ＩＣパッケージ等の電気部品の性能試験等に使用されるもので、枠体２と、コンタクトプローブ３とを有している。

枠体２は、試験対象の電気部品としての、例えばＩＣパッケージ４を収容する部材となるもので、図２及び図３に示すように、配線基板Ｐ上に配設されるようになっている。この枠体２は、図１〜図３に示すように、絶縁材料で矩形ブロック状に形成され、その例えば上面中央部にＩＣパッケージ４の収容部５が形成されている。収容部５は、図２に示す配線基板Ｐに電気的に接続されるＩＣパッケージ４を固定して収容するもので、ＩＣパッケージ４の四隅部をコーナーガイド等で位置決めするようになっている。

枠体２にて、収容部５の下方には、図３に示すように、支持プレート６と、底部プレート７とが設けられている。支持プレート６は、その上面にＩＣパッケージ４を収容すると共に後述のコンタクトプローブ３の上半部を上下動可能に支持するもので、絶縁材料で平板状に形成された板材から成り、底部プレート７は、コンタクトプローブ３の下半部を支持するもので、同じく絶縁材料で平板状に形成された板材から成り、支持プレート６の下面側に固定されている。

収容部５の下方に位置する支持プレート６及び底部プレート７のそれぞれには、図３に示すように、円形断面の挿入孔が上下方向に貫通して複数個形成されており、これらの挿入孔にそれぞれコンタクトプローブ３が上下方向に挿入される。これにより、図１に示すように、例えば矩形状の平面的な拡がりをもった収容部５の全領域に亘って多数のコンタクトプローブ３が挿入される。これらのコンタクトプローブ３は、後述の図６（ｃ）に示すように、ＩＣパッケージ４の端子に上端部が圧接されると共に、配線基板Ｐの接続部に下端部が圧接されて、ＩＣパッケージ４の端子及び配線基板Ｐの接続部を電気的に接続するようになっており、いわゆる表面圧接型に形成されている。

なお、図１〜図３では図示省略しているが、図２において収容部５にＩＣパッケージ４が収容された状態でその上方を覆ってＩＣパッケージ４を固定するソケットカバーが、一側端部（例えば右側端部）を回動中心として開閉可能に設けられている。

図４は、本発明の電気部品用ソケット１に用いられるコンタクトプローブ３を取り出して示す拡大断面図である。このコンタクトプローブ３は、図６（ｃ）に示すＩＣパッケージ４の半田ボール（端子）８及び配線基板Ｐの接続パッド（接続部）９を電気的に接続するもので、導電性バレル１０と、端子側プランジャ１１と、基板側プランジャ１２と、スプリング１３とを有している。

導電性バレル１０は、内部に端子側プランジャ１１、基板側プランジャ１２及びスプリング１３を挿入してコンタクトプローブ３の本体部分となるもので、金属等の導電性材料から成り、両端部が開口した円筒状に形成されている。

導電性バレル１０の上端部には、端子側プランジャ１１が挿入されている。この端子側プランジャ１１は、図６（ｃ）に示すＩＣパッケージ４の半田ボール８に接触して電気的に接続するもので、金属等の導電性材料から成り、導電性バレル１０の内部に嵌まり得る丸棒状に形成され、中間部の円周方向のくびれ部１４に導電性バレル１０の内壁面の突部が嵌合して抜け止め固定されている。なお、符号１５は、端子側プランジャ１１の上端部に形成された接触凹部を示し、この接触凹部１５の周りに形成された複数の山形の間の谷間に図６（ｃ）に示す半田ボール８を押し込むことで、喰い付き状に半田ボール８に接触するようになっている。

導電性バレル１０の下端部には、基板側プランジャ１２の上端部が挿入されている。この基板側プランジャ１２は、図６（ｃ）に示す配線基板Ｐの接続パッド９に接触して電気的に接続するもので、金属等の導電性材料から成り、その上端部の基端側大径部１６が導電性バレル１０の内部に嵌まってスライド可能な丸棒状に形成され、基端側大径部１６の下端の円周方向のくびれ部に導電性バレル１０の下端の小径縁部１７が係合して抜け止めされている。基板側プランジャ１２の下半部は、導電性バレル１０の下端からスライド可能に突出している。なお、符号１８は、基板側プランジャ１２の先端部に形成された接触部を示し、この接触部１８の突部を図６（ｃ）に示す接続パッド９に押し付けることで、接続パッド９に接触するようになっている。

導電性バレル１０の内部にて端子側プランジャ１１と基板側プランジャ１２との間には、スプリング１３が挿入されている。このスプリング１３は、導電性バレル１０内にて端子側プランジャ１１及び基板側プランジャ１２を離間する方向に付勢するもので、金属等の導電性材料から成り、導電性バレル１０内で伸縮可能となるように導電性バレル１０の内径よりも小さい外径を有するコイルスプリングに形成されている。

なお、図４において、符号１９は、図３に示す支持プレート６及び底部プレート７に形成された挿入孔にコンタクトプローブ３を挿入した際に、支持プレート６の挿入孔の途中に形成された段部に係合してコンタクトプローブ３が上方に抜け出さないようにする円周方向の帯状係止部を示している。

ここで、本発明においては、基板側プランジャ１２の基端側大径部１６に根本から頂部に至るに従い順次細くなる突起部２０を設け、スプリング１３の端末部２１を突起部２０の根本から頂部に至る傾斜面上に当接させている。突起部２０は、基板側プランジャ１２の基端側大径部１６にスプリング１３の端末部２１を確実に当接させるためのもので、図５に示すように、基端側大径部１６の上端面にて、周囲に端面部分２２を残してその内側より根本から頂部に至る傾斜面２３が盛り上がり、全体として円錐状に形成されている。この円錐状の突起部２０の頂角αは、突起部２０の傾斜面２３にスプリング１３の端末部２１を当接させた状態で基板側プランジャ１２の全体が傾斜した際に、スプリング１３の端末部２１が突起部２０から外れにくい程度の角度にする。例えば、頂角α≒６０°程度とする。このようにすると、突起部２０が円錐状に盛り上がって所定の高さを有し、スプリング１３の端末部２１が突起部２０から外れにくくなる。

また、コイルスプリングから成るスプリング１３の突起部２０の傾斜面２３に当接する端末部２１は、図４に示すように、他の部分に対してコイル内径を絞ってある。すなわち、スプリング１３の端末部２１の一巻きは、それより上の部分のコイルに対して例えばその線径程度の寸法でコイル内径が小さくしてあり、確実に突起部２０の傾斜面２３に乗るようになっている。このことからも、スプリング１３の端末部２１が突起部２０から外れにくくなる。なお、この場合、スプリング１３の端末部２１と基端側大径部１６の端面部分２２との間には、コイルの線径程度の高さの差が残るようにされている。これにより、基板側プランジャ１２の全体が傾斜し易くなる。

このように、基板側プランジャ１２の基端側大径部１６に設けられた突起部２０の傾斜面２３上に、スプリング１３の端末部２１を当接させることにより、その押圧力で基端側大径部１６の側部を導電性バレル１０の内壁面に押し付けるようになっている。すなわち、図５において、導電性バレル１０内で基端側大径部１６の突起部２０の傾斜面２３上にスプリング１３の端末部２１が当接すると、スプリング１３の弾性力で力Ｆ₁が傾斜面２３に働く。このとき、傾斜面２３に働く力Ｆ₁の分力により、基端側大径部１６を導電性バレル１０の内壁面２４に向けて揺動させる力Ｆ₂が働く。この力Ｆ₂の向きは、導電性バレル１０内に挿入された基板側プランジャ１２の傾き、突起部２０の頂角α、スプリング１３の端末部２１が傾斜面２３上に当接する位置等によって微妙に変化するが、図５では右側に向いて働く状態としている。この力Ｆ₂の働きにより、基端側大径部１６の側部が導電性バレル１０の内壁面２４に押し付けられる。

この結果、スプリング１３の弾性力で基端側大径部１６が導電性バレル１０の内壁面２４に当接するように積極的に傾斜させられ、安定した当接が得られる。安定した当接が得られると、導電性バレル１０と基板側プランジャ１２との間で十分に導通が図られ、抵抗値が安定化する。

次に、このように構成されたコンタクトプローブ３を備えた電気部品用ソケット１の使用及び動作について、図２、図３及び図６を参照して説明する。まず、電気部品用ソケット１を配線基板Ｐ上に配設する前は、図３において支持プレート６及び底部プレート７の挿入孔に挿入されたコンタクトプローブ３は、図６（ａ）に示すように、支持プレート６の挿入孔の途中に形成された段部に導電性バレル１０の帯状係止部１９が係合して組み付けられている。この場合、コンタクトプローブ３の上下端部が自由となっており、端子側プランジャ１１の接触凹部１５及び基板側プランジャ１２の接触部１８は、図４に示すスプリング１３の付勢力でそれぞれ上下に突出している。

次に、図２及び図３に示すように、電気部品用ソケット１を配線基板Ｐ上に配設する。このとき、図６（ｂ）に示すように、図３に示す底部プレート７の下面が配線基板Ｐの上面に載せられ、基板側プランジャ１２の接触部１８が配線基板Ｐの接続パッド９に圧接されて、基板側プランジャ１２が収縮する。

この状態で、図２に示すように、枠体２の収容部５に試験対象のＩＣパッケージ４を矢印Ｂのように収容する。このとき、ロボットアーム等の機械装置でＩＣパッケージ４を吸着等により保持して電気部品用ソケット１まで搬送し、収容部５に収容する。その後、図示省略のソケットカバーを閉じて、ＩＣパッケージ４を固定する。このとき、図６（ｃ）に示すように、前記ソケットカバーの閉じ動作に伴ってＩＣパッケージ４が矢印Ｃのように押し下げられる。すると、ＩＣパッケージ４の下面に格子状（グリッド状）に配列された半田ボール８が端子側プランジャ１１の接触凹部１５に押し込まれて、接触凹部１５が喰い付き状に半田ボール８に接触する。このとき、端子側プランジャ１１は、図４に示すスプリング１３の付勢力に抗して押し下げられ、導電性バレル１０の全体が矢印Ｃ方向に下降して収縮する。これにより、ＩＣパッケージ４の半田ボール８にコンタクトプローブ３の上端部（端子側プランジャ１１の接触凹部１５）が圧接されると共に、配線基板Ｐの接続部パッド９にコンタクトプローブ３の下端部（基板側プランジャ１２の接触部１８）が圧接されて、ＩＣパッケージ４の端子（８）及び配線基板Ｐの接続部（９）を電気的に接続することができる。このとき、コンタクトプローブ３の内部では、端子側プランジャ１１→導電性バレル１０→基板側プランジャ１２の経路で電流が流れる。

この状態で、ＩＣパッケージ４を、例えば20〜30秒間、電気部品用ソケット１に収容して所定の試験を行い、その試験が終了したらソケットカバーを開いてＩＣパッケージ４を抜き取り、ロボットアーム等で格納位置へ搬送して一連の試験動作を終了する。これにより、ＩＣパッケージ４の端子及び配線基板Ｐの接続部を電気的に接続する導電部材の機械的接触性を高めてその抵抗値の安定化を図って、電気部品について所定の試験を行うことができる。

なお、以上の説明では、基板側プランジャ１２の基端側大径部１６に突起部２０を設けたものとしたが、本発明はこれに限られず、端子側プランジャ１１の基端側大径部に突起部２０に相当するものを設けてもよいし、基板側プランジャ１２の基端側大径部１６及び端子側プランジャ１１の基端側大径部の両方に突起部２０に相当するものを設けてもよい。また、導電性バレル１０は、中空棒状の軸部材から円周方向の帯状係止部を削り出しにより形成する切削型で製造したものとしたが、本発明はこれに限られず、平板状の板材に散点状の突起部を打ち出しにより形成して中空状に巻くプレス型で製造したものとしてもよい。

１…電気部品用ソケット
２…枠体
３…コンタクトプローブ
４…ＩＣパッケージ（電気部品）
５…収容部
６…支持プレート
７…底部プレート
８…ＩＣパッケージの端子（半田ボール）
９…配線基板の接続部（接続パッド）
１０…導電性バレル
１１…端子側プランジャ
１２…基板側プランジャ
１３…スプリング
１５…接触凹部
１６…基端側大径部
１８…基板側プランジャの接触部
１９…帯状係止部
２０…突起部
２１…スプリングの端末部
２２…基端側大径部の端面部分
２３…突起部の傾斜面
２４…導電性バレルの内壁面
Ｐ…配線基板

Claims (5)

1. 両端部が開口した円筒状に形成された導電性バレルと、
   前記導電性バレルの両端部に抜け止めしてその内部に挿入され、電気部品の端子に接触する端子側プランジャ、及び配線基板の接続部に接触する基板側プランジャと、
   前記導電性バレル内にて前記端子側プランジャ及び基板側プランジャを離間する方向に付勢するスプリングと、を有するコンタクトプローブであって、
   前記端子側プランジャ及び基板側プランジャの少なくとも一方の基端側大径部に根本から頂部に至るに従い順次細くなると共に、前記少なくとも一方の基端側大径部の端面にて周囲に基端側大径部の端面部分を残してその内側より根本から頂部に至る傾斜面が盛り上がっている突起部を設け、前記スプリングの端末部を前記突起部の根本から頂部に至る傾斜面上に当接させ、その押圧力で前記少なくとも一方の基端側大径部の側部を導電性バレルの内壁面に押し付けるようにしたことを特徴とするコンタクトプローブ。
2. 前記突起部は、前記基板側プランジャの基端側大径部に設けられた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. 前記スプリングは、コイルスプリングであることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンタクトプローブ。
4. 前記コイルスプリングの前記突起部の傾斜面に当接する端末部は、他の部分に対してコイル内径を絞ってあることを特徴とする請求項３に記載のコンタクトプローブ。
5. 配線基板に電気的に接続される電気部品の収容部を有する枠体と、
   前記枠体にて、収容部の下方に設けられた支持プレートの複数の挿入孔にそれぞれ挿入され、前記電気部品の端子に上端部が圧接されると共に、前記配線基板の接続部に下端部が圧接されて前記端子及び接続部を電気的に接続する複数のコンタクトプローブと、
   を有する電気部品用ソケットであって、
   前記コンタクトプローブとして、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンタクトプローブを備えたことを特徴とする電気部品用ソケット。