JP6663084B2 - プローブユニット - Google Patents

Description

本発明は、所定回路構造に対して信号入出力を行う信号用導電性接触子を収容するプローブユニット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コンタクトプローブと、このコンタクトプローブを複数収容するプローブホルダとを備えたプローブユニットが用いられる。

一般に、高周波数の電気信号を入出力する場合には、挿入損失（インサーションロス）と呼ばれる信号の損失が生じる。導電性接触子ユニットにおいて、高精度に高速動作させるには、使用する周波数領域において、このインサーションロスを低減することが重要である。

例えば、特許文献１には、信号用のコンタクトプローブと、グランド用のコンタクトプローブとを市松模様状に配置することによって、信号用のコンタクトプローブと、この信号用のコンタクトプローブの周囲に配設されるグランド用のコンタクトプローブとを同軸構造のコンタクトピンとみなして、このコンタクトピンのインピーダンスを保証する技術が開示されている。特許文献１では、コンタクトピンのインピーダンスを保証することによってインサーションロスを低減している。

特開平５−１２６８５０号公報

しかしながら、特許文献１が開示する技術では、信号用のコンタクトプローブと、グランド用のコンタクトプローブとが市松模様状に配置されており、インピーダンス調整にかかる自由度が小さかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インピーダンス調整の自由度を向上することができる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、本発明にかかるプローブユニットは、長手方向の一方の端部側で接触対象の電極とそれぞれ接触する複数のコンタクトプローブと、外部のグランドに接続する第１のグランド部材と、前記コンタクトプローブの周囲に設けられる第２のグランド部材と、前記第１のグランド部材と電気的に接続し、かつ前記第２のグランド部材の一端と電気的に接続する接続部材と、前記コンタクトプローブ、前記第１および第２のグランド部材、ならびに前記接続部材を保持するプローブホルダと、を備え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、上記の発明において、前記第２のグランド部材は、前記コンタクトプローブの周囲に設けられ、各々が前記接続部材と電気的に接続し、長手軸方向に伸縮自在な導電性部材からな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、上記の発明において、前記接続部材は、板状の導電性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は、上記の発明において、前記接続部材には、前記第１のグランド部材を挿通しつつ、一部が接触する挿通孔が形成されてい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、上記の発明において、前記接続部材は、絶縁性材料を用いて形成される基部と、前記基部の外表面のうち、当該接続部材と前記第２のグランド部材とが接続する側の面に設けられ、前記第１のグランド部材と電気的に接続する導電性部材と、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ユニットは、上記の発明において、前記基部には、前記第１のグランド部材を挿通可能な挿通孔が形成され、前記導電性部材は、前記接続部材と前記第２のグランド部材とが接続する側の面から前記挿通孔の内壁まで延びてい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、上記の発明において、前記導電性部材は、導電性材料からなる皮膜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は、上記の発明において、前記導電性部材は、導電性材料からなる板状の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は、上記の発明において、前記第２のグランド部材は、前記コンタクトプローブの周囲に設けられる絶縁性のパイプ部材と、前記パイプ部材の外周に設けられるとともに、前記接続部材と電気的に接続する導電性部材と、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ユニットは、上記の発明において、前記導電性部材には、当該導電性部材の長手軸と直交する径方向に貫通する複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、インピーダンス調整の自由度を向上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１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１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１にかかるプローブユニットを構成する接続部材の構成を示す模式図である。 図４は、本発明の実施の形態１にかかるプローブホルダを用いた半導体集積回路の検査時の状態を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかるプローブユニットを構成する接続部材の構成を示す模式図である。 図６は、図５のＡ−Ａ線断面図である。 図７は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかるプローブユニットを構成する接続部材の構成を示す模式図である。 図８は、図７のＢ−Ｂ線断面図である。 図９は、本発明の実施の形態１の変形例３にかかるプローブユニットを構成する接続部材の構成を示す模式図である。 図１０は、本発明の実施の形態１の変形例４にかかるプローブユニットを構成する接続部材の構成を示す模式図である。 図１１は、本発明の実施の形態２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１２は、本発明の実施の形態２にかかるプローブユニットを構成する接続部材の構成を示す模式図である。 図１３は、本発明の実施の形態３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１４は、本発明の実施の形態３の変形例１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１５は、本発明の実施の形態３の変形例２にかかるプローブユニットの要部の構成であって、導電性パイプの構成を示す部分断面図である。 図１６は、本発明の実施の形態３の変形例３にかかるプローブユニットの要部の構成であって、導電性パイプの構成を示す部分断面図である。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１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に接触し、検査用の信号を導通する導電性の信号用のコンタクトプローブ２（以下、単に「信号用プローブ２」という）と、複数の信号用プローブ２や、後述する第１コンタクトプローブ５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、検査の際に複数の信号用プローブ２および第１コンタクトプローブ５とそれぞれ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、外部のグランド電極に接続するグランド用の第１コンタクトプローブ５（以下、第１グランド用プローブ５）と、第１グランド用プローブ５と電気的に接続し、長手軸方向に沿って伸縮自在な第２コンタクトプローブ６（以下、第２グランド用プローブ６）と、第１グランド用プローブ５と第２グランド用プローブ６とにそれぞれ接触して両者を電気的に接続する接続部材７と、を有する（第２グランド用プローブ６および接続部材７は図２を参照）。

図２は、プローブホルダ３に収容されるプローブ（信号用プローブ２、第１グランド用プローブ５および第２グランド用プローブ６）の詳細な構成を示す図である。信号用プローブ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の検査信号が入力される電極に接触する第１プランジャ２１と、検査回路を備えた回路基板２００の検査信号を出力する電極に接触する第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。信号用プローブ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。信号用プローブ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。なお、以下では、半導体集積回路１００と接触するプランジャにおいて、半導体集積回路１００側を先端側、半導体集積回路１００側に対して軸線方向で反対となる側を基端側とよぶ。また、回路基板２００と接触するプランジャにおいて、回路基板２００側を先端側、回路基板２００側に対して軸線方向で反対となる側を基端側とよぶ。

第１プランジャ２１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の弾性力によって半導体集積回路１００方向に付勢され、半導体集積回路１００の電極と接触する。また、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、第１プランジャ２１の基端側に連結している。一方、粗巻き部２３ｂの端部は、第２プランジャ２２に連結している。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、バネの巻き付き力によって嵌合および／または半田付けによって接合されている。

第１グランド用プローブ５は、信号用プローブ２と同様の構成を有している。具体的に、第１グランド用プローブ５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のグランド用の電極に接触する第１プランジャ５１と、回路基板２００のグランド用の電極に接触する第２プランジャ５２と、第１プランジャ５１と第２プランジャ５２との間に設けられて第１プランジャ５１および第２プランジャ５２を伸縮自在に連結するバネ部材５３とを備える。第１グランド用プローブ５を構成する第１プランジャ５１および第２プランジャ５２、ならびにバネ部材５３は同一の軸線を有している。

バネ部材５３は、第１プランジャ５１側が密着巻き部５３ａである一方、第２プランジャ５２側が粗巻き部５３ｂである。密着巻き部５３ａの端部は、第１プランジャ５１の基端側に連結している。一方、粗巻き部５３ｂの端部は、第２プランジャ５２に連結している。また、第１プランジャ５１および第２プランジャ５２とバネ部材５３とは、バネの巻き付き力によって嵌合および／または半田付けによって接合されている。

第２グランド用プローブ６は、軸線方向の長さや、一部のプランジャの先端構成が異なる以外は、第１グランド用プローブ５と同様の構成を有している。具体的に、第２グランド用プローブ６は、導電性材料を用いて形成され、接続部材７を介して第１グランド用プローブ５の第１プランジャ５１と電気的に接続する第１プランジャ６１と、導電性材料を用いて形成され、接続部材７を介して第１グランド用プローブ５の第２プランジャ５２と電気的に接続する第２プランジャ６２と、第１プランジャ６１と第２プランジャ６２との間に設けられて第１プランジャ６１および第２プランジャ６２を伸縮自在に連結するバネ部材６３とを備える。第２グランド用プローブ６を構成する第１プランジャ６１および第２プランジャ６２、ならびにバネ部材６３は同一の軸線を有している。

バネ部材６３は、第１プランジャ６１側が密着巻き部６３ａである一方、第２プランジャ６２側が粗巻き部６３ｂである。密着巻き部６３ａの端部は、第１プランジャ６１の基端側に連結している。一方、粗巻き部６３ｂの端部は、第２プランジャ６２に連結している。また、第１プランジャ６１および第２プランジャ６２とバネ部材６３とは、バネの巻き付き力によって嵌合および／または半田付けによって接合されている。

本実施の形態１では、信号用プローブ２、第１グランド用プローブ５および第２グランド用プローブ６を一つの伝送経路としてみたときの特性インピーダンスが、予め設定された値（例えば５０Ω）となるように、第２グランド用プローブ６の数や配設位置が決定される。例えば、設計された数、例えば４〜８個の第２グランド用プローブ６が、信号用プローブ２の周囲に均等配置される。なお、調整する特性インピーダンスによっては、各第２グランド用プローブ６が非均等に配置される場合もある。

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、複数の信号用プローブ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ている。信号用プローブ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の検査信号用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、収容する信号用プローブ２の構成に応じて定められる。第１プランジャ２１は、ホルダ孔３３の小径部３３ａと大径部３３ｂとの境界壁面にフランジが当接することにより、信号用プローブ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は、ホルダ孔３４の小径部３４ａと大径部３４ｂとの境界壁面にフランジが当接することにより、信号用プローブ２のプローブホルダ３からの抜止機能を有する。

また、第１部材３１および第２部材３２には、複数の第１グランド用プローブ５を収容するためのホルダ孔３５および３６がそれぞれ同数ずつ形成されている。第１グランド用プローブ５を収容するホルダ孔３５および３６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３５および３６の形成位置は、半導体集積回路１００のグランド用の配線パターンに応じて定められる。ホルダ孔３５は、上述したホルダ孔３３と同様、貫通方向に沿って径が異なる段付き孔形状をなしており、プローブホルダ３の上端面に開口を有する小径部３５ａと、この小径部３５ａよりも径が大きい大径部３５ｂとからなる。他方、ホルダ孔３６は、上述したホルダ孔３４と同様、貫通方向に沿って径が異なる段付き孔形状をなしており、プローブホルダ３の下端面に開口を有する小径部３６ａと、この小径部３６ａよりも径が大きい大径部３６ｂとからなる。

さらに、第１部材３１および第２部材３２には、複数の第２グランド用プローブ６を収容するためのホルダ孔３７および３８がそれぞれ同数ずつ形成されている。第２グランド用プローブ６を収容するホルダ孔３７および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および３８の形成位置は、第２グランド用プローブ６の配設位置に応じて定められる。ホルダ孔３７および３８は、貫通方向に沿って一様な径で延びる孔形状をなしている。本実施の形態１では、ホルダ孔３７および３８が、各第２グランド用プローブ６に応じてそれぞれ設けられる。複数のホルダ孔３７のうち、ホルダ孔３５に最も近いホルダ孔３７と、ホルダ孔３５とが一部で連通しており、その連通部分に接続部材７の一部（後述する延出部７２）が挿通している。他方、ホルダ孔３８においても、複数のホルダ孔３８のうち、ホルダ孔３６に最も近いホルダ孔３８と、ホルダ孔３６とが一部で連通しており、その連通部分に別の接続部材７の延出部７２が挿通している。なお、ホルダ孔３７および３８が、複数の第２グランド用プローブ６を一括して収納可能な環状の孔形状をなすものとしてもよい。また、ホルダ孔３７および３８を、ホルダ孔３３〜３６のように段付き形状にして、第２グランド用プローブ６を抜け止めするようにしてもよい。

図３は、本発明の実施の形態１にかかるプローブユニットを構成する接続部材の構成を示す模式図である。接続部材７は、導電性材料を用いて形成されている。接続部材７は、中空円盤状をなし、一方の面で第２グランド用プローブ６と接触する円盤部７１と、円盤部７１の一部の側面から延出し、延出方向の端部で第１グランド用プローブ５と接触する延出部７２とを有する。円盤部７１と延出部７２とにより基部を構成する。円盤部７１の中空部７１ａには、信号用プローブ２と、プローブホルダ３の一部とが貫通している。接続部材７は、図２に示すように、プローブホルダ３において、第１プランジャ６１の先端側と、第２プランジャ６２の先端側とにそれぞれ設けられる。第２グランド用プローブ６は、プローブホルダ３に収容されている状態において、両端に設けられる接続部材７に圧接している。

接続部材７は、第２グランド用プローブ６と接触する側と反対側の面（半導体集積回路１００または回路基板２００に面する側の表面）が、外部に露出している。なお、第１プランジャ側に設けられる接続部材７の半導体集積回路１００に面する側の表面、および第２プランジャ側に設けられる接続部材７の回路基板２００に面する側の表面には、絶縁皮膜を設けることが好ましい。

図４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。検査時において、信号用プローブ２は、第１プランジャ２１が、半導体集積回路１００の検査信号用の電極１０１と接触し、第２プランジャ２２が、回路基板２００の検査信号用の電極２０１と接触する。他方、第１グランド用プローブ５は、第１プランジャ５１が、半導体集積回路１００のグランド用の電極１０２と接触し、第２プランジャ５２が、回路基板２００のグランド用の電極２０２と接触する。これにより、各第２グランド用プローブ６は、接続部材７および第１グランド用プローブ５を介して外部のグランドと電気的に接続される。

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、５３は長手方向に沿って圧縮された状態となる。信号用プローブ２において、バネ部材２３が圧縮されると、図４に示すように、密着巻き部２３ａが第２プランジャ２２の基端側と接触する。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の基端側が密着巻き部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、第１グランド用プローブ５において、バネ部材５３が圧縮されると、密着巻き部５３ａが第２プランジャ５２の基端側と接触する。これにより確実な電気導通が得られる。

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から信号用プローブ２の第２プランジャ２２、密着巻き部２３ａ、第１プランジャ２１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、信号用プローブ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、抵抗およびインダクタンスを低減することができる。

一般に、交流信号を扱う電子回路においては、インピーダンスの異なる配線同士が接続する箇所において、異なるインピーダンス間の比に応じた量だけ信号が反射し、信号の伝搬が妨げられることが知られている。このことは使用する半導体集積回路１００と信号用プローブ２との関係においても同様であって、半導体集積回路１００の特性インピーダンスと、信号用プローブ２における特性インピーダンスとが大きく異なる値を有する場合には、電気信号の損失が発生するとともに、電気信号の波形が歪む。

また、特性インピーダンスの相違に起因して接続箇所において生じる信号反射の割合は、信号用プローブ２の電気的な長さ（電気信号の周期に対する伝搬経路の長さ）が大きくなるにつれて大きくなることが知られている。すなわち、本実施の形態１にかかるプローブユニット１の場合は、半導体集積回路１００の高速化、すなわち高周波数化に伴って電気信号の信号反射の割合が大きくなる。従って、高周波数で駆動する半導体集積回路１００に対応したプローブユニット１を作製する際には、信号用プローブ２の特性インピーダンスの値を半導体集積回路１００のものと一致させる、いわゆるインピーダンス整合を精度良く行うことが重要となる。

しかしながら、インピーダンス整合を行う観点から信号用プローブ２の形状等を変化させることは容易ではない。信号用プローブ２は、その外径が１ｍｍ以下に抑制されるとともに第１プランジャ２１、第２プランジャ２２およびバネ部材２３によって構成される複雑な形状を有する等の制限が本来的に与えられることから、インピーダンス整合に適した形状に変更することは設計上および製造上の観点から困難となるためである。

従って、本実施の形態１では、信号用プローブ２の構造を変更するのではなく、信号用プローブ２の周囲に第２グランド用プローブ６を配置することによって特性インピーダンスの値を調整する構成を採用している。かかる構成を採用することで、信号用プローブ２の構造については従来のものを流用することが可能となる。

上述した実施の形態１では、信号用プローブ２の周囲に第２グランド用プローブ６を配置し、外部のグランドとは接続部材７および第１グランド用プローブ５を介して接続するようにした。これにより、本実施の形態１は、従来のような、格子状に信号用またはグランド用のコンタクトプローブを配置する構成とは異なり、隣り合う信号用プローブ２間のピッチを増大することなく、インピーダンスを調整することが可能である。本実施の形態１によれば、従来のような、格子状に信号用またはグランド用のコンタクトプローブを配置する構成と比して、信号用プローブ２のピッチや配置における設計の自由度を向上することができる。

（実施の形態１の変形例１）
図５は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかるプローブユニットを構成する接続部材の構成を示す模式図である。図６は、図５のＡ−Ａ線断面図である。変形例１にかかる接続部材７Ａは、中空円盤状をなす絶縁性の円盤部７３と、円盤部７３の一部の側面から延出する絶縁性の延出部７４と、円盤部７３における第２グランド用プローブ６が配設される側の面から、延出部７４の第１グランド用プローブ５に向かい合う面にかけて形成される導電性皮膜７５とを有する。円盤部７３の中空部７３ａと、導電性皮膜７５の開口部７５ａとは、互いに連通している。中空部７３ａと開口部７５ａとにより形成される孔には、信号用プローブ２と、プローブホルダ３の一部とが貫通している（例えば図２を参照）。

接続部材７Ａは、プローブホルダ３において、第１プランジャ６１の先端側と、第２プランジャ６２の先端側とにそれぞれ設けられる。この際、プローブホルダ３に配設される二つの接続部材７Ａは、互いの導電性皮膜７５が向かい合っている。本変形例１において、第１グランド用プローブ５および各第２グランド用プローブ６は、接続部材７Ａの導電性皮膜７５に接触する。各第２グランド用プローブ６は、導電性皮膜７５により第１グランド用プローブ５と電気的に接続し、この第１グランド用プローブ５を介して外部のグランドと電気的に接続される。

（実施の形態１の変形例２）
図７は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかるプローブユニットを構成する接続部材の構成を示す模式図である。図８は、図７のＢ−Ｂ線断面図である。変形例２にかかる接続部材７Ｂは、中空円盤状をなす絶縁性の円盤部７３と、円盤部７３の一部の側面から延出する絶縁性の延出部７４と、円盤部７３における第２グランド用プローブ６が配設される側の面に設けられる導電板７６とを有する。

導電板７６は、導電性材料からなる板状の部材である。導電板７６は、円盤部７３に応じた中空円盤状をなす円盤部７６ａと、円盤部７６ａの一部の側面から、延出部７４に沿って延出するとともに、円盤部７６ａに連なる側と反対側の端部が、延出部７４の端部より突出している突出部７６ｂとを有する。

円盤部７３の中空部７３ａと、導電板７６の開口部７６ｃとは、互いに連通している。中空部７３ａと開口部７６ｃとにより形成される孔には、信号用プローブ２と、プローブホルダ３の一部とが貫通している（例えば図２を参照）。

接続部材７Ｂは、プローブホルダ３において、第１プランジャ６１の先端側と、第２プランジャ６２の先端側とにそれぞれ設けられる。この際、プローブホルダ３に配設される二つの接続部材７Ｂは、互いの導電板７６が向かい合っている。本変形例２において、第１グランド用プローブ５および各第２グランド用プローブ６は、接続部材７Ｂの導電板７６に接触する。第１グランド用プローブ５は、突出部７６ｂと接触する。各第２グランド用プローブ６は、導電板７６により第１グランド用プローブ５と電気的に接続し、この第１グランド用プローブ５を介して外部のグランドと電気的に接続される。

（実施の形態１の変形例３）
図９は、本発明の実施の形態１の変形例３にかかるプローブユニットを構成する接続部材の構成を示す模式図である。上述した実施の形態１および変形例１では、延出部７２の端部側で第１プランジャ５１または第２プランジャ５２に当接させるものとして説明したが、本変形例３では、第１プランジャ５１または第２プランジャ５２と接触する部分が孔形状をなす。接続部材７Ｃは、中空円盤状をなす導電性の円盤部７１と、円盤部７１の一部の側面から延出する導電性の延出部７７とを有する。延出部７７には、第１プランジャ５１または第２プランジャ５２が挿通可能な挿通孔７７ａが形成されている。例えば、第１プランジャ５１が挿通孔７７ａを貫通する場合、挿通孔７７ａの内壁の一部と、第１プランジャ５１の一部とが接触することによって、接続部材７Ｃと第１グランド用プローブ５とが電気的に接続される。

（実施の形態１の変形例４）
図１０は、本発明の実施の形態１の変形例４にかかるプローブユニットを構成する接続部材の構成を示す模式図である。本変形例４は、上述した変形例３の延出部７７を変形例１に適用した構成である。変形例４にかかる接続部材７Ｄは、中空円盤状をなす絶縁性の円盤部７３と、円盤部７３の一部の側面から延出する絶縁性の延出部７８と、円盤部７３における第２グランド用プローブ６が配設される側の面に設けられる導電板７９とを有する。延出部７８には、第１プランジャ５１または第２プランジャ５２が挿通可能な挿通孔７８ａが形成されている。

導電板７９は、導電性材料からなる。導電板７９は、円盤部７３に応じた中空円盤状をなす円盤部７９ａと、円盤部７９ａの一部の側面から、延出部７８に沿って延出するとともに、挿通孔７８ａの内部壁面を被覆する被覆部７９ｂとを有する。

円盤部７３の中空部７３ａと、導電板７９の開口部７９ｃとは、互いに連通している。中空部７３ａと開口部７９ｃとにより形成される孔には、信号用プローブ２と、プローブホルダ３の一部とが貫通している（例えば図２を参照）。また、被覆部７９ｂには、第１プランジャ５１または第２プランジャ５２が挿通可能な挿通孔７９ｄが形成されている。

接続部材７Ｄは、プローブホルダ３において、第１プランジャ６１の先端側と、第２プランジャ６２の先端側とにそれぞれ設けられる。この際、プローブホルダ３に配設される二つの接続部材７Ｄは、互いの導電板７９が向かい合っている。本変形例４において、第１グランド用プローブ５は、挿通孔７８ａの表面を被覆する被覆部７９ｂと接触する。各第２グランド用プローブ６は、導電板７９の円盤部７９ａを介して第１グランド用プローブ５と電気的に接続し、この第１グランド用プローブ５を介して外部のグランドと電気的に接続される。

なお、プローブホルダ３に設けられる二つの接続部材を、上述した接続部材７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄのいずれか二つを組み合わせてもよい。例えば、二つの接続部材のうちの一方を接続部材７とし、他方を接続部材７Ａとしてもよい。

（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２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１２は、本発明の実施の形態２にかかるプローブユニットを構成する接続部材の構成を示す模式図である。本実施の形態２にかかるプローブユニットは、上述した信号用プローブ２、第１グランド用プローブ５および第２グランド用プローブ６と、複数のコンタクトプローブ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３Ａと、プローブホルダ３Ａの上面および下面に積層される接続部材８と、プローブホルダ３Ａおよび接続部材８の周囲に設けられ、検査の際に複数の信号用プローブ２および第１グランド用プローブ５とそれぞれ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。

プローブホルダ３Ａは、図１１の上面側から順に、第１部材３１Ａ、第２部材３２Ａが積層されて成る。プローブホルダ３Ａの上面および下面には、接続部材８（第１プレート部および第２プレート部）がそれぞれ積層される。

第１部材３１Ａおよび第２部材３２Ａ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る。

接続部材８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る本体部８１と、本体部８１の表面とともに接続部材８の表面の一部をなし、第２グランド用プローブ６と接触する導電性の第１導電部８２と、第１導電部８２から延び、本体部８１の表面とともに接続部材８の表面の一部をなし、第１グランド用プローブ５と接触する導電性の第２導電部８３とを有する。第１導電部８２と第２導電部８３とは、基部である本体部８１の表面に設けられる導電性の皮膜である。

第１部材３１Ａ、第２部材３２Ａおよび接続部材８には、複数の信号用プローブ２を収容するためのホルダ孔３３Ａ、３４Ａおよび８４がそれぞれ同数ずつ形成されている。

第１部材３１Ａ、第２部材３２Ａおよび接続部材８には、複数の第１グランド用プローブ５を収容するためのホルダ孔３５Ａ、３６Ａおよび８５がそれぞれ同数ずつ形成されている。ホルダ孔８５は、本体部８１に形成された挿通孔の壁面が第２導電部８３によって被覆されてなる。

ホルダ孔３３Ａ、３４Ａ、３５Ａおよび３６Ａ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３３Ａは、プローブホルダ３Ａの上端面側に開口を有する小径部３３ｃと、この小径部３３ｃよりも径が大きい大径部３３ｄとからなる。他方、ホルダ孔３４Ａは、プローブホルダ３Ａの下端面側に開口を有する小径部３４ｃと、この小径部３４ｃよりも径が大きい大径部３４ｄとからなる。また、ホルダ孔３５Ａは、プローブホルダ３Ａの上端面側に開口を有する小径部３５ａと、この小径部３５ａよりも径が大きい大径部３５ｂとからなる。他方、ホルダ孔３６Ａは、プローブホルダ３Ａの下端面側に開口を有する小径部３６ａと、この小径部３６ａよりも径が大きい大径部３６ｂとからなる。ホルダ孔８４は、小径部３３ｃまたは３４ｃに連通している。ホルダ孔８５は、小径部３５ａまたは小径部３６ａに連通している。

また、第１部材３１Ａおよび第２部材３２Ａには、複数の第２グランド用プローブ６をそれぞれ収容するためのホルダ孔３７Ａおよび３８Ａがそれぞれ同数ずつ形成されている。ホルダ孔３７Ａおよび３８Ａは、互いの軸線が一致するように形成されている。

上述した実施の形態２では、信号用プローブ２の周囲に第２グランド用プローブ６を配置し、外部のグランドとは接続部材８に形成される導電部（第１導電部８２および第２導電部８３）および第１グランド用プローブ５を介して接続するようにした。これにより、本実施の形態２においても、インピーダンスを調整することが可能である。本実施の形態２によれば、従来のような、格子状に信号用またはグランド用のコンタクトプローブを配置する構成と比して、信号用プローブ２のピッチや配置における設計の自由度を向上することができる。

（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３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。上述した実施の形態１、２では、複数の第２グランド用プローブ６を用いてインピーダンスを調整するものとして説明したが、本実施の形態３では、接続パイプ９を用いてインピーダンスの調整を行う。

本実施の形態３にかかるプローブユニットは、上述した信号用プローブ２、第１グランド用プローブ５および接続部材７と、複数のコンタクトプローブ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３Ｂと、プローブホルダ３Ｂの周囲に設けられ、検査の際に複数の信号用プローブ２および第１グランド用プローブ５とそれぞれ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、接続部材７を介して第１グランド用プローブ５と電気的に接続する接続パイプ９とを有する。本実施の形態３にかかる接続部材７の円盤部７１には、上述した中空部７１ａよりも径の小さい中空部７１ｂが形成されているものとして説明する。具体的に、中空部７１ｂは、後述する絶縁性パイプ９１の小径部（後述する小径部９３ａおよび９４ａ）より大きく、導電性パイプ９２の内径より小さい。

プローブホルダ３Ｂ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１３の上面側に位置する第１部材３１Ｂと下面側に位置する第２部材３２Ｂとが積層されて成る。第１部材３１Ｂおよび第２部材３２Ｂには、複数の第１グランド用プローブ５を収容するためのホルダ孔３５および３６がそれぞれ同数ずつ形成されている。

また、第１部材３１Ｂおよび第２部材３２Ｂには、複数の接続パイプ９を収容するためのホルダ孔３７Ｂおよび３８Ｂがそれぞれ同数ずつ形成されている。接続パイプ９を収容するホルダ孔３７Ｂおよび３８Ｂ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３７Ｂおよび３８Ｂの形成位置は、半導体集積回路１００の検査信号用の配線パターンに応じて定められる。

ホルダ孔３７Ｂおよび３８Ｂは、ともに貫通方向に沿って一様な径を有する孔形状をなしている。ホルダ孔３５とホルダ孔３７Ｂとは、上面側の一部が連通しており、その連通部分に接続部材７の延出部７２が挿通されている。他方、ホルダ孔３８Ｂにおいても、ホルダ孔３６とホルダ孔３８Ｂとは下面側の一部が連通しており、その連通部分に別の接続部材７の延出部７２が挿通されている。これらのホルダ孔３７Ｂおよび３８Ｂの形状は、収容する接続パイプ９の構成に応じて定められる。なお、ホルダ孔３７Ｂの上面側、およびホルダ孔３８Ｂの下面側を段付き形状にして、接続パイプ９を抜け止めする構成としてもよい。

接続パイプ９は、信号用プローブ２が貫通する筒状の絶縁性パイプ９１と、絶縁性パイプ９１の外周に設けられる導電性パイプ９２とを有する。

絶縁性パイプ９１は、フッ素系樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）などの絶縁性材料を用いて形成され、図１３の上面側に位置する第１部材９１ａと下面側に位置する第２部材９１ｂとが積層されて成る。第１部材９１ａおよび第２部材９２ａには、信号用プローブ２を収容するためのホルダ孔９３および９４がそれぞれ形成されている。信号用プローブ２を収容するホルダ孔９３および９４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９３および９４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９３は、絶縁性パイプ９１の上端面に開口を有する小径部９３ａと、この小径部９３ａよりも径が大きい大径部９３ｂとからなる。他方、ホルダ孔９４は、絶縁性パイプ９１の下端面に開口を有する小径部９４ａと、この小径部９４ａよりも径が大きい大径部９４ｂとからなる。これらのホルダ孔９３および９４の形状は、収容する信号用プローブ２の構成に応じて定められる。第１プランジャ２１は、ホルダ孔９３の小径部９３ａと大径部９３ｂとの境界壁面にフランジが当接することにより、信号用プローブ２のプローブホルダ３Ｂからの抜止機能を有する。また、第２プランジャ２２は、ホルダ孔９４の小径部９４ａと大径部９４ｂとの境界壁面にフランジが当接することにより、信号用プローブ２のプローブホルダ３Ｂからの抜止機能を有する。

導電性パイプ９２は、銅、銀や、それらを主成分とする合金、またはメッキ等の導電性材料により形成される。導電性パイプ９２は、絶縁性パイプ９１の外周面を被覆している。導電性パイプ９２は、接続部材７と接触し、この接続部材７を介して第１グランド用プローブ５と電気的に接続する。なお、導電性パイプ９２は、絶縁性パイプと同様に、二つの部材により構成してもよい。

本実施の形態３では、信号用プローブ２、第１グランド用プローブ５および接続パイプ９を一つの伝送経路としてみたときの特性インピーダンスが、予め設定された値（例えば５０Ω）となるように、導電性パイプ９２の材質や内径等が決定される。

以上説明した実施の形態３では、信号用プローブ２の周囲に接続パイプ９を配置し、外部のグランドとは接続部材７および第１グランド用プローブ５を介して接続するようにした。これにより、本実施の形態３は、従来のような、格子状に信号用またはグランド用のコンタクトプローブを配置する構成とは異なり、隣り合う信号用プローブ２間のピッチを増大することなく、インピーダンスを調整することが可能である。本実施の形態３によれば、格子状に信号用またはグランド用のコンタクトプローブを配置する構成と比して、信号用プローブ２のピッチや配置の設計の自由度を向上することができる。

なお、上述した実施の形態１において、本実施の形態３で説明した中空部７１ｂを有する接続部材７を適用してもよい。中空部７１ｂは、小径部３３ａ、３４ａよりも大きく、中空部７１ａよりも小さい径の孔形状をなす。この場合、第１部材３１および第２部材３２の円盤部７１と干渉する部分はカットされる。さらに、回路基板２００側に設けられる接続部材７には、電極２０１と干渉しないように、凹部が形成されるか、または絶縁皮膜が形成される。

（実施の形態３の変形例１）
図１４は、本発明の実施の形態３の変形例１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。上述した実施の形態３では、接続パイプ９により信号用プローブ２を抜け止めするものとして説明したが、本実変形例では、接続部材８Ａにより信号用プローブ２を抜け止めする。

本変形例１にかかるプローブユニットは、上述した信号用プローブ２、第１グランド用プローブ５と、複数のコンタクトプローブ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３Ｂと、プローブホルダ３Ｂの上面および下面に積層される接続部材８Ａと、プローブホルダ３Ｂの周囲に設けられ、検査の際に複数の信号用プローブ２および第１グランド用プローブ５とそれぞれ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、接続部材７を介して第１グランド用プローブ５と電気的に接続する接続パイプ９Ａとを有する。

接続部材８Ａ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る本体部８１ａと、本体部８１ａの表面とともに接続部材８Ａの表面の一部をなし、接続パイプ９（後述する導電性パイプ９２）と接触する導電性の第１導電部８２と、第１導電部８２から延び、本体部８１ａの表面とともに接続部材８Ａの表面の一部をなし、第１グランド用プローブ５と接触する導電性の第２導電部８３ａとを有する。また、接続部材８Ａには、複数の信号用プローブ２を収容するためのホルダ孔８４が、ホルダ孔３７Ｂ、３８Ｂと同数形成されている。

接続パイプ９Ａは、信号用プローブ２が貫通する筒状の絶縁性パイプ９１Ａと、絶縁性パイプ９１Ａの外周に設けられる導電性パイプ９２とを有する。

絶縁性パイプ９１Ａは、フッ素系樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）などの絶縁性材料を用いて形成される。絶縁性パイプ９１Ａには、信号用プローブ２を収容するためのホルダ孔９３Ａが形成されている。信号用プローブ２を収容するホルダ孔９３Ａは、貫通方向に沿って一様な径をなして延びる孔形状をなしている。ホルダ孔９３Ａは、例えば上述した大径部９３ｂ、９４ｂと同じ径である。

第１プランジャ２１は、上面側の接続部材８Ａのホルダ孔８４とホルダ孔９３Ａとの境界壁面にフランジが当接することにより、信号用プローブ２のプローブホルダ３Ｂからの抜止機能を有する。また、第２プランジャ２２は、下面側の接続部材８Ａのホルダ孔８４とホルダ孔９３Ａとの境界壁面にフランジが当接することにより、信号用プローブ２のプローブホルダ３Ｂからの抜止機能を有する。

本変形例１において、絶縁性パイプ９１Ａは、上述した実施の形態３のように、二つに分割された構成としてもよい。この際、導電性パイプ９２も二つに分割された構成としてもよい。

（実施の形態３の変形例２）
図１５は、本発明の実施の形態３の変形例２にかかるプローブユニットの要部の構成であって、導電性パイプの構成を示す部分断面図である。本変形例２では、上述した実施の形態３や変形例１の接続パイプ９、９Ａにおいて、導電性パイプ９２に代えて図１５に示す導電性パイプ９２Ａを備える。本変形例２は、導電性パイプを変えた以外、実施の形態３（または変形例１）の構成と同じである。以下、上述した構成とは異なる導電性パイプ９２Ａについて説明する。

導電性パイプ９２Ａは、銅、銀や、それらを主成分とする合金、またはメッキ等の導電性材料により形成される。導電性パイプ９２Ａは、絶縁性パイプ９１（または絶縁性パイプ９１Ａ）の外周面を被覆する。導電性パイプ９２Ａは、接続部材７と接触し、この接続部材７を介して第１グランド用プローブ５と電気的に接続する。なお、導電性パイプ９２Ａは、複数（例えば２つ）の部材により構成してもよい。

導電性パイプ９２Ａには、当該導電性パイプ９２Ａの長手軸と直交する径方向に貫通する複数の貫通孔９２１が形成されている。複数の貫通孔９２１は、導電性パイプ９２Ａの長手軸方向、および周方向に沿って並んでいる。貫通孔９２１が規則的に配設されている導電性パイプ９２Ａは、メッシュ状をなしている。

（実施の形態３の変形例３）
図１６は、本発明の実施の形態３の変形例３にかかるプローブユニットの要部の構成であって、導電性パイプの構成を示す部分断面図である。本変形例３では、上述した実施の形態３や変形例１の接続パイプ９、９Ａにおいて、導電性パイプ９２に代えて図１６に示す導電性パイプ９２Ｂを備える。本変形例３は、導電性パイプを変えた以外、実施の形態３（または変形例１）の構成と同じである。以下、上述した構成とは異なる導電性パイプ９２Ｂについて説明する。

導電性パイプ９２Ｂは、銅、銀や、それらを主成分とする合金、またはメッキ等の導電性材料により形成される。導電性パイプ９２Ｂは、絶縁性パイプ９１（または絶縁性パイプ９１Ａ）の外周面を被覆する。導電性パイプ９２Ｂは、接続部材７と接触し、この接続部材７を介して第１グランド用プローブ５と電気的に接続する。なお、導電性パイプ９２Ｂは、複数（例えば２つ）の部材により構成してもよい。

導電性パイプ９２Ｂには、当該導電性パイプ９２Ｂの長手軸と直交する径方向に貫通する複数の貫通孔９２２が形成されている。貫通孔９２２は、導電性パイプ９２Ｂの長手軸方向に沿って延びる孔である。複数の貫通孔９２２は、および周方向に沿って並んでいる。

上述した実施の形態３の変形例２、３において、各導電性パイプに複数の貫通孔９２１、９２２を形成した場合であっても、導電性パイプ９２Ａ、９２Ｂにおける外部へのエネルギーの流出は少ない。このため、貫通孔９２１、９２２の形成によるエネルギー損失の影響は小さい。

上述した実施の形態３の変形例２、３のように、各導電性パイプに複数の貫通孔９２１、９２２を設ける構成では、貫通孔の形状、大きさ、配置を変更することによってインピーダンスを変えることができるため、信号用プローブ２や絶縁性パイプを変更しなくてもインピーダンスを調整することができ、インピーダンス調整の自由度を向上することができる。

例えば、信号用プローブ２を狭ピッチ化する場合、信号用プローブ２の細径化には制限があるため、インピーダンスが低くなって信号の反射が増大し、電気特性が低下する。しかしながら、上述した変形例２、３のような貫通孔９２１、９２２を設けることによって、グランド結合を弱めてインピーダンスを高くすることできる。これにより、信号用プローブ２を狭ピッチ化した場合であっても、電気特性の低下を抑制することができる。

なお、ここで説明したコンタクトプローブの構成はあくまでも一例に過ぎず、従来知られているさまざまな種類のプローブを適用することが可能である。例えば、上述したようなプランジャとコイルばねとで構成されるものに限らず、パイプ部材を備えるプローブ、ポゴピン、中実の導電性部材、導電性のパイプ、またはワイヤを弓状に撓ませて荷重を得るワイヤープローブや、電気接点同士を接続する接続端子（コネクタ）でもよいし、これらのプローブを適宜組み合わせてもよい。

また、本実施の形態１〜３では、プローブホルダにおける半導体集積回路１００側と、回路基板２００側にそれぞれ接続部材を設けた構成について説明したが、いずれか一方にのみ接続部材を設ける構成としてもよい。

以上のように、本発明にかかるプローブユニットは、インピーダンス調整の自由度を向上するのに適している。

１ プローブユニット
２ コンタクトプローブ（信号用プローブ）
３、３Ａ プローブホルダ
４ ホルダ部材
５ 第１コンタクトプローブ（第１グランド用プローブ）
６ 第２コンタクトプローブ（第２グランド用プローブ）
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、８、８Ａ 接続部材
９ 接続パイプ
２１ 第１プランジャ
２２ 第２プランジャ
２３ バネ部材
２３ａ 密着巻き部
２３ｂ 粗巻き部
１００ 半導体集積回路
１０１、１０２、２０１、２０２ 電極
２００ 回路基板

Claims (11)

1. 長手方向の一方の端部側で接触対象の電極とそれぞれ接触する複数のコンタクトプローブと、
   外部のグランドに接続する第１のグランド部材と、
   前記コンタクトプローブの周囲に設けられる第２のグランド部材と、
   前記第１のグランド部材と電気的に接続し、かつ前記第２のグランド部材の一端と電気的に接続する第１の接続部材と、
   前記第１のグランド部材と電気的に接続し、かつ前記第２のグランド部材の他端と電気的に接続する第２の接続部材と、
   前記コンタクトプローブ、前記第１および第２のグランド部材、ならびに前記第１および第２の接続部材を保持するプローブホルダと、
   を備えることを特徴とするプローブユニット。
2. 前記第２のグランド部材は、前記コンタクトプローブの周囲に設けられ、各々が前記第１および第２の接続部材と電気的に接続し、長手軸方向に伸縮自在な導電性部材からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のプローブユニット。
3. 前記第１および第２の接続部材は、板状の導電性部材である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のプローブユニット。
4. 前記第１および第２の接続部材には、前記第１のグランド部材を挿通しつつ、一部が接触する挿通孔が形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のプローブユニット。
5. 前記第１および第２の接続部材は、
   絶縁性材料を用いて形成される基部と、
   前記基部の外表面のうち、当該第１および第２の接続部材と前記第２のグランド部材とが接続する側の面に設けられ、前記第１のグランド部材と電気的に接続する導電性部材と、
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプローブユニット。
6. 前記基部には、前記第１のグランド部材を挿通可能な挿通孔が形成され、
   前記導電性部材は、前記第１および第２の接続部材と前記第２のグランド部材とが接続する側の面から前記挿通孔の内壁まで延びている
   ことを特徴とする請求項５に記載のプローブユニット。
7. 前記導電性部材は、導電性材料からなる皮膜である
   ことを特徴とする請求項５または６に記載のプローブユニット。
8. 前記導電性部材は、導電性材料からなる板状の部材である
   ことを特徴とする請求項５または６に記載のプローブユニット。
9. 前記第２のグランド部材は、
   前記コンタクトプローブの周囲に設けられる絶縁性のパイプ部材と、
   前記パイプ部材の外周に設けられるとともに、前記第１および第２の接続部材と電気的に接続する導電性部材と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のプローブユニット。
10. 前記導電性部材には、当該導電性部材の長手軸と直交する径方向に貫通する複数の貫通孔が形成されている
    ことを特徴とする請求項９に記載のプローブユニット。
11. 前記第１の接続部材は、前記第１のグランド部材の一端側に接触し、
    前記第２の接続部材は、前記第１のグランド部材の他端側に接触する
    ことを特徴とする請求項１に記載のプローブユニット。

Images