JP7404468B2

JP7404468B2 - コンタクトプローブおよび信号伝送方法

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Publication number: JP7404468B2
Application number: JP2022138574A
Authority: JP
Inventors: 一也相馬
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2023-12-25
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: JP2020148626A; JP2022176200A; JP7134904B2

Description

本発明は、コンタクトプローブおよび信号伝送方法に関する。

従来、半導体集積回路（パッケージ）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ために、接続端子であるコンタクトプローブを複数収容するプローブユニットが用いられる。プローブユニットとして、半導体集積回路の電極および検査用信号を出力する回路基板の電極と両端部でそれぞれ接触することによって半導体集積回路と回路基板との間を電気的に接続するコンタクトプローブを有するプローブユニットが開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１が開示するコンタクトプローブは、半導体集積回路の電極と接触する第１プランジャと、検査用信号を出力する回路基板の電極と接触する第２プランジャと、第１および第２プランジャを伸縮自在に接続するコイルばねと、を有する。特許文献１が開示するコンタクトプローブでは、第１プランジャの第１基端部が、第２プランジャが有する略筒状の第２基端部に収容されて、第１基端部と第２基端部とが摺動することにより電気的な導通を確保している。第１および第２基端部は、各々第１および第２プランジャの長手方向に沿って延びている。

特許第３２１０６４５号公報

しかしながら、特許文献１が開示するコンタクトプローブは、剛体である第１および第２基端部が単に摺動接触しているため、摩耗によって摺動抵抗が大きくなり、検査精度が低下したり、耐久性が低下したりするおそれがあった。また、熱によって第１および第２基端部が変形すると、第１および第２基端部の間のクリアランスが変化する。クリアランスが変化すると、接触抵抗が変化し、検査精度が低下するおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、耐久性を有し、かつ熱による変形によらず安定した接触抵抗を維持することができるコンタクトプローブおよび信号伝送方法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、本発明に係るコンタクトプローブは、長手方向の両端で電極とそれぞれ接触して信号を伝送するコンタクトプローブであって、前記長手方向の一端側で第１の電極に接触する第１プランジャと、前記長手方向の他端側で前記第１の電極とは異なる第２の電極に接触する第２プランジャと、一端で前記第１プランジャと接続するとともに、他端で前記第２プランジャと接続する第１コイルばねと、一端が前記第１プランジャに接続される第２コイルばねと、を備え、前記第１プランジャは、前記第１の電極に接触する第１の接触部と、前記第１の接触部に連なり、前記第１コイルばねが接続される第１ボス部と、前記第１ボス部を介して前記第１の接触部と反対側に延び、前記第２コイルばねが接続され、前記第１ボス部の径より小さい径を有する第２ボス部と、前記第２ボス部を介して前記第１ボス部と反対側に延び、前記第２ボス部の径より小さい径を有する基端部と、を有し、前記第２プランジャは、前記第２の電極に接触する第２の接触部と、前記第１プランジャ側に延び、外周が前記第１コイルばねと接触するとともに、内周が前記第２コイルばねと接触する円筒部と、を有し、前記第２コイルばねと前記基端部との間には、隙間が形成されることを特徴とする。

また、本発明に係るコンタクトプローブは、上記の発明において、前記第１コイルばねは、前記第１ボス部に接続する密着巻き部と、一端が前記密着巻き部に連なり、他端が前記第２プランジャに接続し、所定のピッチで巻回される粗巻き部と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る信号伝送方法は、上記の発明にかかるコンタクトプローブを経由して前記第２の電極から前記第１の電極に信号を伝送する信号伝送方法であって、前記第２の電極から前記第２プランジャに入力された前記信号が、前記第２プランジャ、前記第１コイルばね、前記第１プランジャを経て前記第１の電極に到達する第１経路、および、前記第２プランジャ、前記第２コイルばね、前記第１プランジャを経て前記第１の電極に到達する第２経路のうちの少なくとも一方を経由して前記第１の電極に伝送されることを特徴とする。

本発明によれば、耐久性を有し、かつ熱による変形によらず安定した接触抵抗を維持することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の一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、本発明の一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部分断面図である。図３は、半導体集積回路の検査時におけ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４は、半導体集積回路の検査時にコンタクトプローブを導通する信号の導通経路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、本発明の一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に接触する導電性のコンタクトプローブ２（以下、単に「プローブ２」という）と、複数のプローブ２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、検査の際に複数のプローブ２と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。

図２は、プローブホルダ３に収容されるプローブ２の詳細な構成を示す部分断面図である。図２に示すプローブ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二つの第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第１コイルばね２３と、第１プランジャ２１に設けられて第２プランジャ２２に対して摺動する第２コイルばね２４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、第１コイルばね２３ならびに第２コイルばね２４は同一の軸線を有している。すなわち、第１プランジャ２１および第２プランジャ２２、第１コイルばね２３ならびに第２コイルばね２４は、各々の中心軸が、同一の直線上に位置している。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、第１コイルばね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。

第１プランジャ２１は、先細な先端形状をなし、半導体集積回路１００の電極に接触する先端部２１ａと、先端部２１ａの径と比して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と反対側に延び、フランジ部２１ｂと比して径の小さい、第１コイルばね２３の一端部が圧入される第１ボス部２１ｃと、第１ボス部２１ｃを介してフランジ部２１ｂと反対側に延び、第１ボス部２１ｃと比して径の小さい、第２コイルばね２４の一端部が圧入される第２ボス部２１ｄと、第２ボス部２１ｄを介して第１ボス部２１ｃと反対側に延び、第２ボス部２１ｄと比して径の小さい基端部２１ｅとを有する。第１プランジャ２１は、第１コイルばね２３の伸縮作用によって軸線方向に移動が可能であり、第１コイルばね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。第１プランジャ２１では、先端部２１ａとフランジ部２１ｂとによって接触部を構成する。

第２プランジャ２２は、先細な先端形状をなし、回路基板２００の電極に接触する先端部２２ａと、先端部２２ａの径と比して大きい径を有するフランジ部２２ｂと、フランジ部２２ｂを介して先端部２２ａと反対側に延びる円筒部２２ｃとを有する。本実施の形態において、円筒部２２ｃは、外周のなす径が、第１コイルばね２３の内周のなす径と同等、または、この内周のなす径より若干小さい径である。また、円筒部２２ｃは、内周のなす径が、第２コイルばね２４の外周のなす径と同等、または、この外周のなす径より若干大きい径である。第２プランジャ２２は、第１コイルばね２３の伸縮作用によって軸線方向に移動が可能であり、第１コイルばね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。なお、本明細書において、「同じ（同等）」とは製造上の誤差を含んでいる。第２プランジャ２２では、先端部２２ａとフランジ部２２ｂとによって接触部を構成する。

第１コイルばね２３は、一端が第１プランジャ２１の第１ボス部２１ｃに取り付けられ、線材が密に巻回されてなる密着巻き部２３ａと、密着巻き部２３ａの他端から延び、所定の間隔をもって巻回される粗巻き部２３ｂとを有する。粗巻き部２３ｂは、内周が円筒部２２ｃに連なっている。粗巻き部２３ｂは、プローブ２の最大収縮時に巻回の軸方向で隣り合う線材同士が接触しない程度の間隔で巻回されることが好ましい。第１コイルばね２３は、例えば、一本の導電性の線材を巻回してなる。

密着巻き部２３ａの端部は、例えば第１プランジャ２１の第１ボス部２１ｃにバネの巻き付き力および／または半田付けによって接合されて、フランジ部２１ｂに当接している。一方、粗巻き部２３ｂの端部は、フランジ部２２ｂに当接している。第２プランジャ２２と第１コイルばね２３とにおいても、バネの巻き付き力および／または半田付けによって接合されていてもよく、その場合は、円筒部２２ｃの根元部（フランジ部２２ｂに連なる部分）に第１ボス部２１ｃと同様のボス部を設けてもよい。プローブ２は、粗巻き部２３ｂの伸縮によって、軸線方向に伸縮する。

第２コイルばね２４は、線材を密着巻きにしてなり、一端が第１プランジャ２１の第２ボス部２１ｄに取り付けられる。第２コイルばね２４の内部には、基端部２１ｅが挿通される。第２コイルばね２４と基端部２１ｅとの間には、空隙（クリアランス）が形成される。第２コイルばね２４は、例えば、一本の導電性の線材を巻回してなる。

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３３および３４がそれぞれ同数ずつ形成され、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のフランジ部２１ｂは、ホルダ孔３３の小径部３３ａと大径部３３ｂとの境界壁面に当接することにより、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のフランジ部２２ｂは、ホルダ孔３４の小径部３４ａと大径部３４ｂとの境界壁面に当接することにより、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。

図３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。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、第１コイルばね２３は長手方向に沿って圧縮された状態となる。第１コイルばね２３が圧縮されると、粗巻き部２３ｂのピッチが小さくなる。この際、第１コイルばね２３は、円筒部２２ｃの外周面を摺動する。また、第２コイルばね２４は、円筒部２２ｃの内周面を摺動する。円筒部２２ｃに対して、第１コイルばね２３および第２コイルばね２４がそれぞれ接触することにより確実な電気導通が得られる。この際には、第１コイルばね２３および第２コイルばね２４が円筒部２２ｃと接触しているため、第１プランジャ２１の軸線に対して第２プランジャ２２の軸線が大きくぶれることはない。

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からプローブ２の第２プランジャ２２、第１コイルばね２３または第２コイルばね２４、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。

図４は、半導体集積回路の検査時にコンタクトプローブを導通する信号の導通経路を説明する図である。検査時、信号は、複数の経路のうちの少なくとも一つの経路を経て電極１０１に到達する。図４では、複数の経路の一例（第１経路および第２経路）を示している。
第１経路Ｃ₁は、第２プランジャ２２、第１コイルばね２３、第１プランジャ２１を経て、具体的には、先端部２２ａ、フランジ部２２ｂ、円筒部２２ｃ、密着巻き部２３ａ、フランジ部２１ｂ、先端部２１ａを経て電極１０１に到達する。
また、第２経路Ｃ₂は、第２プランジャ２２、第２コイルばね２４、第１プランジャ２１を経て、具体的には、先端部２２ａ、フランジ部２２ｂ、円筒部２２ｃ、第２コイルばね２４、第２ボス部２１ｄ、第１ボス部２１ｃ、フランジ部２１ｂ、先端部２１ａを経て電極１０１に到達する。
なお、第２経路Ｃ₂において、検査時に第２コイルばね２４が自身の撓みや蛇行等の変形により基端部２１ｅと接触することで、第２コイルばね２４から第２ボス部２１ｄへの導通経路が、第２コイルばね２４、基端部２１ｅ、第２ボス部２１ｄを経た導通経路になることがある。

上述した一実施の形態では、プローブ２において、第２プランジャ２２の円筒部２２ｃに対して摺動する第２コイルばね２４と、基端部２１ｅとの間に空隙（クリアランス）が形成される。本実施の形態によれば、熱により第１プランジャ２１や第２プランジャ２２が膨張した場合であっても、上述したクリアランスと、第２コイルばね２４の変形とによって膨張分の変化が吸収される。その結果、第２コイルばね２４と円筒部２２ｃとの接触状態を熱膨張によらず維持することができる。また、第１コイルばね２３と円筒部２２ｃとにおいても、円筒部２２ｃが熱膨張した際に、第１コイルばね２３が変形（拡径）することによって、第１コイルばね２３と円筒部２２ｃとの接触状態を熱膨張によらず維持することができる。この際の接触抵抗の変化は、信号の伝送精度には影響のない程度である。本実施の形態によれば、熱によらず各コイルばねと円筒部との接触状態が維持され、安定した接触抵抗を維持する。

また、上述した一実施の形態では、第２プランジャ２２の円筒部２２ｃとの電気的な接続を、第１コイルばね２３および第２コイルばね２４によって実現するようにしたので、剛体同士による摩耗を抑制できる。その結果、プローブ２に高い耐久性を付与することができる。

また、上述した実施の形態では、第１コイルばね２３および第２コイルばね２４が円筒部２２ｃに倣って移動するため、プローブ２が伸縮する際、高い直進性を有する。このように、プローブ２が高い直進性を有していれば、検査時において、プローブ２の軸線に対するプランジャの傾きを抑制することができる。

なお、上述した実施の形態では、第１プランジャ２１および第２プランジャ２２が、先端部およびフランジ部によって接触部を構成する例を説明したが、先端部とフランジ部とを一体化して、段部を有しない先細な先端形状をなす接触部を構成してもよい。

このように、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、本発明に係るコンタクトプローブおよび信号伝送方法は、耐久性を有し、かつ熱による変形によらず安定した接触抵抗を維持するのに好適である。

１プローブユニット
２コンタクトプローブ（プローブ）
３プローブホルダ
２１第１プランジャ
２１ａ、２２ａ先端部
２１ｂ、２２ｂフランジ部
２１ｃ第１ボス部
２１ｄ第２ボス部
２１ｅ基端部
２２第２プランジャ
２２ｃ円筒部
２３第１コイルばね
２３ａ密着巻き部
２３ｂ粗巻き部
２４第２コイルばね
３１第１部材
３２第２部材
３３、３４ホルダ孔
３３ａ、３４ａ小径部
３３ｂ、３４ｂ大径部
１００半導体集積回路
１０１、２０１電極
２００回路基板

Claims

長手方向の両端で電極とそれぞれ接触して信号を伝送するコンタクトプローブであって、
前記長手方向の一端側で第１の電極に接触する第１プランジャと、
前記長手方向の他端側で前記第１の電極とは異なる第２の電極に接触する第２プランジャと、
一端で前記第１プランジャと接続するとともに、他端で前記第２プランジャと接続する第１コイルばねと、
一端が前記第１プランジャに接続される第２コイルばねと、
を備え、
前記第１プランジャは、
前記第１の電極に接触する第１の接触部と、
前記第１の接触部に連なり、前記第１コイルばねが接続される第１ボス部と、
前記第１ボス部を介して前記第１の接触部と反対側に延び、前記第２コイルばねが接続され、前記第１ボス部の径より小さい径を有する第２ボス部と、
を有し、
前記第２プランジャは、
前記第２の電極に接触する第２の接触部と、
前記第１プランジャ側に延び、内周が前記第２コイルばねと接触する円筒部と、
を有し、
前記第２コイルばねは、前記円筒部の内周に対して摺動する、
ことを特徴とするコンタクトプローブ。
前記円筒部は、外周が前記第１コイルばねと接触する、
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。
前記第１プランジャは、
前記第２ボス部を介して前記第１ボス部と反対側に延び、前記第２ボス部の径より小さい径を有する基端部、
を有し、
前記第２コイルばねと前記基端部との間には、隙間が形成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載のコンタクトプローブ。
前記第１コイルばねは、
前記第１ボス部に接続する密着巻き部と、
一端が前記密着巻き部に連なり、他端が前記第２プランジャに接続し、所定のピッチで巻回される粗巻き部と、
を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のコンタクトプローブ。
請求項１に記載のコンタクトプローブを経由して前記第２の電極から前記第１の電極に信号を伝送する信号伝送方法であって、
少なくとも一部の前記信号が、前記第２プランジャ、前記第２コイルばね、前記第１プランジャを経て前記第１の電極に到達する経路を経由して前記第１の電極に伝送される
ことを特徴とする信号伝送方法。
請求項２に記載のコンタクトプローブを経由して前記第２の電極から前記第１の電極に信号を伝送する信号伝送方法であって、
前記第２の電極から前記第２プランジャに入力された前記信号が、前記第２プランジャ、前記第１コイルばね、前記第１プランジャを経て前記第１の電極に到達する第１経路、および、前記第２プランジャ、前記第２コイルばね、前記第１プランジャを経て前記第１の電極に到達する第２経路のうちの少なくとも一方を経由して前記第１の電極に伝送される
ことを特徴とする信号伝送方法。