JPWO2009096318A1 - プローブユニット - Google Patents

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Abstract

プローブの細径化に起因する許容電流の低下を抑制するため、複数の大径プローブと、大径プローブより径が小さい複数の小径プローブと、複数の大径プローブを個別に保持する複数の大孔部、および大孔部よりも径が小さく、複数の大孔部のいずれかと連通し、小径プローブの端部を大径プローブと接触した状態で受容する複数の受容孔部を有し、互いに連通する大孔部および受容孔部の組が厚さ方向に貫通する大径プローブホルダと、複数の小径プローブを個別に抜け止めした状態で保持する複数の小孔部が厚さ方向に貫通して設けられ、各小孔部が複数の受容孔部のいずれかと連通するように大径プローブホルダに積層された小径プローブホルダとを備え、互いに連通する大孔部および小孔部の長手方向の中心軸は異なり、複数の小孔部には、隣接する二つの小孔部の中心軸間距離が該二つの小孔部にそれぞれ対応する二つの大孔部の中心軸間距離より小さいものが含まれる。

Description

本発明は、半導体集積回路等の電気特性検査で信号の入出力を行う導電性プローブを収容するプローブユニットに関する。
ICチップなどの半導体集積回路の電気特性検査においては、その半導体集積回路が有する外部電極の設置パターンに対応して、複数の導電性プローブを所定の位置に収容したプローブユニットが用いられる。プローブユニットは、コンタクトプローブを挿通する孔部が複数設けられたプローブホルダを備えており、このプローブホルダが保持する導電性プローブの両端部が、半導体集積回路および検査用信号を出力する回路基板の電極とそれぞれ接触することにより、半導体集積回路と回路基板との間を電気的に接続する(例えば、特許文献1を参照)。
特開2002−107377号公報
ところで、近年では、自動車の制御システム用半導体などの検査を行う場合などにおいて、電流値が10〜20A程度の大電流を流すことが可能なプローブが要求されるようになってきている。この要求に応えるには、プローブの径を太くすればよい。しかしながら、半導体の電極の最大径またはピッチが1mm以下であるような場合には、むしろプローブの径を細くしなければならず、結果的に許容電流が小さくなってしまうという問題があった。また、4端子測定のように1つの端子に2本のプローブが必要な検査の場合にも細い径のプローブが必要であり、許容電流を小さくせざるを得なかった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、プローブの細径化に起因する許容電流の低下を抑制することが可能な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、本発明に係るプローブユニットは、各々が導電性材料を用いて形成され、長手方向に沿って伸縮自在である複数の大径プローブと、各々が導電性材料を用いて形成され、前記大径プローブの径よりも小さい径を有する複数の小径プローブと、前記複数の大径プローブを個別に保持する複数の大孔部と、前記大孔部よりも径が小さく、前記複数の大孔部のいずれかと連通し、前記小径プローブの端部を前記大径プローブと接触した状態で受容する複数の受容孔部とを有し、互いに連通する前記大孔部および前記受容孔部の組が厚さ方向に貫通する大径プローブホルダと、前記複数の小径プローブを個別に抜け止めした状態で保持する複数の小孔部が厚さ方向に貫通して設けられ、各小孔部が前記複数の受容孔部のいずれかと連通するように前記大径プローブホルダに積層された小径プローブホルダと、を備え、互いに連通する前記大孔部および前記小孔部の長手方向の中心軸は異なり、前記複数の小孔部には、隣接する二つの小孔部の中心軸間距離が該二つの小孔部にそれぞれ対応する二つの大孔部の中心軸間距離より小さいものが含まれることを特徴とする。
また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記大径プローブは、略針状をなす第1プランジャと、先端が前記第1プランジャの先端と相反する方向を指向し、前記小径プローブと接触する第2プランジャと、長手方向の一端部が前記第1プランジャに取り付けられるとともに他端部が前記第2プランジャに取り付けられ、当該長手方向に沿って伸縮自在な弾性部材と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記第2プランジャの先端は、前記大径プローブの長手方向と略直交する平面をなすことを特徴とする。
また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記大径プローブホルダは、前記第1プランジャの先端部を表出させて保持する第1基板と、前記第1基板に積層されるとともに前記小径プローブホルダに積層され、前記小径プローブホルダが保持する前記小径プローブの端部を受容する第2基板と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記大径プローブはポゴピンであることを特徴とする。
また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記小径プローブと接触する前記ポゴピンの先端は、前記大径プローブの長手方向と略直交する平面をなすことを特徴とする。
また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記大径プローブホルダは、前記小径プローブと接触しない前記ポゴピンの先端を表出させて保持する第1基板と、前記第1基板に積層されるとともに前記小径プローブホルダに積層され、前記小径プローブホルダが保持する前記小径プローブの端部を受容する第2基板と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記小径プローブホルダは、前記小径プローブのいずれか一方の端部をそれぞれ表出させて保持する二つの基板が積層されて成ることを特徴とする。
また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記大径プローブホルダおよび前記小径プローブホルダは、少なくとも前記大径プローブおよび/または前記小径プローブと接触する部分が絶縁性を有することを特徴とする。
本発明に係るプローブユニットによれば、大径プローブと小径プローブを互いの軸線をずらした状態で組み合わせることによって一組のプローブを構成しているため、検査対象のピッチの狭小化に対応させる場合にも、プローブの両方の端部を細径化しないで済む。したがって、プローブの細径化に起因する許容電流の低下を抑制することが可能となる。
図1は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの要部の構成を示す図である。 図2は、大孔部と小孔部との位置関係を模式的に示す図である。 図3は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの組み立ての概要を示す図である。 図4は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの全体構成を模式的に示す斜視図である。 図5は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの検査時の状態を示す図である。 図6は、本発明の別な実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す図である。
符号の説明
1、7 プローブユニット
2、8 大径プローブ
3 小径プローブ
4 大径プローブホルダ
4a 大孔部
4b 受容孔部
5 小径プローブホルダ
5a 小孔部
6 ホルダ部材
21、81 第1プランジャ
21a、23a、31 先端部
21b、33 フランジ部
21c、23b ボス部
21d、23c、32 基端部
22 バネ部材
22a 粗巻き部
22b 密着巻き部
23、82 第2プランジャ
41 第1基板
41a 第1孔部
42 第2基板
42a 第2孔部
51 第3基板
51a 第3孔部
52 第4基板
52a 第4孔部
83 パイプ部材
100 半導体集積回路
101、201 電極
200 回路基板
411a、511a、521a 小径孔
412a、512a、522a 大径孔
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態(以後、「実施の形態」と称する)を説明する。なお、図面は模式的なものであって、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合もあることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合があることは勿論である。
図1は、本発明の一実施の形態に係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。同図に示すプローブユニット1は、検査対象である半導体集積回路の電気特性検査を行う際に使用する装置であって、半導体集積回路と半導体集積回路へ検査用信号を出力する回路基板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、各々の一端が回路基板に設けられた電極と接触する複数の大径プローブ2と、各々の一端が大径プローブ2と接触するとともに他端が半導体集積回路の電極と接触し、大径プローブ2の径よりも小さい径を有する複数の小径プローブ3と、複数の大径プローブ2を抜け止めした状態で保持する大径プローブホルダ4と、大径プローブホルダ4に着脱自在に積層され、複数の小径プローブ3を抜け止めした状態で保持する小径プローブホルダ5と、を備える。
大径プローブ2は導電性材料を用いて形成され、略針状をなす第1プランジャ21と、一端が第1プランジャ21に取り付けられ、長手方向に伸縮自在な弾性部材であるバネ部材22と、バネ部材22の他端を取り付けるとともに先端が第1プランジャ21の先端と相反する方向を指向する第2プランジャ23とを有する。図1に示す状態で、第1プランジャ21、バネ部材22および第2プランジャ23は、長手方向の中心軸が一致している。
第1プランジャ21は、先鋭端を有する先端部21aと、先端部21aの径よりも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と反対方向に突出し、フランジ部21bの径よりも小さくかつバネ部材22の内径よりも若干大きい径を有する円柱状をなし、バネ部材22の端部が圧入されるボス部21cと、ボス部21cの径よりも小さくかつバネ部材22の内径よりも小さい径を有する円柱状をなす基端部21dと、を備える。
バネ部材22は、第1プランジャ21のボス部21cに端部が圧入される粗巻き部22aと、バネ部材22を構成する線材が粗巻き部22aよりも密着した状態で巻回され、その端部が第2プランジャ23に圧入される密着巻き部22bとを有する。粗巻き部22aと密着巻き部22bとはつながっており、互いの径は等しい。
第2プランジャ23は、円柱状をなす先端部23aと、先端部23aの径よりも小さくかつバネ部材22の内径よりも若干大きい径を有する円柱状をなし、密着巻き部22bの端部が圧入されるボス部23bと、ボス部23bよりも径が小さくかつバネ部材22の内径よりも小さい径を有する基端部23cと、を備える。先端部23aの外径はバネ部材22の外径よりも若干大きい。なお、基端部23cの長さは、大径プローブ2が最大ストロークしても第1プランジャ21と接触しない範囲であれば任意に設定することが可能である。例えば、基端部23cの長手方向の長さを図1に示す長さより長くしてもよい。図1で第2プランジャ23の上面をなす先端部23aの先端面は、大径プローブ2の長手方向と直交する平面であり、この平面には小径プローブ3が接触する。
小径プローブ3は、各々が先鋭端を有する先端部31および基端部32と、先端部31と基端部32との間に設けられ、先端部31や基端部32よりも径が大きいフランジ部33とを有する。先端部31の径と基端部32の径はほぼ等しく、それらの径は大径プローブ2の外径よりも小さい。基端部32の先端は、上記の如く大径プローブ2の第2プランジャ23の先端部23aと接触している。小径プローブ3は、その中心軸が大径プローブ2の中心軸と平行でありかつ異なるように大径プローブ2に対してオフセットした位置に配置されている。
大径プローブホルダ4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それぞれ形成された第1基板41と第2基板42が厚さ方向(図1の上下方向)に積層されて成る。大径プローブホルダ4は、複数の大径プローブ2を個別に保持する複数の大孔部4aと、大孔部4aよりも径が小さく、複数の大孔部4aのいずれかと連通し、小径プローブ3の基端部32を大径プローブ2と接触した状態で受容する複数の受容孔部4bとを有する。互いに連通する大孔部4aおよび受容孔部4bの組は、大径プローブホルダ4を厚さ方向に貫通する。また、互いに連通する大孔部4aおよび受容孔部4bの長手方向の中心軸は平行でありかつ異なっている。大孔部4aの中心軸と受容孔部4bの中心軸との距離dは、先端部23aの先端面をなす円の半径よりも小さく設定される。このように距離dを設定することにより、互いに連通する大孔部4aおよび受容孔部4bにそれぞれ挿通される大径プローブ2および小径プローブ3を確実に接触させることができる。
第1基板41には、大孔部4aの一部をなす第1孔部41aが複数設けられている。第1孔部41aは、第1プランジャ21の先端部21aを挿通可能な円筒状の小径孔411aと、小径孔411aよりも径が大きく、かつ小径孔411aと同軸をなす円筒状の大径孔412aとを有する。小径孔411aの径は、第1プランジャ21のフランジ部21bの径よりも小さい。小径孔411aは、第1プランジャ21の先端部21aを表出させた状態で第1プランジャ21を抜け止めしている。また、大径孔412aの最大径は大径プローブ2の最大径よりも大きい。
第2基板42には、複数の受容孔部4bと、大孔部4aの一部をなし、対応する受容孔部4bと連通して第2基板42を厚さ方向に貫通する複数の第2孔部42aとが設けられている。第2孔部42aの径は大径孔412aの径と等しい。複数の第2孔部42aの各々は、受容孔部4bに連通する端部と異なる端部で複数の大径孔412aのいずれかと同軸的に連通している。
小径プローブホルダ5は、大径プローブホルダ4と同様の絶縁性材料を用いてそれぞれ形成される第3基板51および第4基板52が厚さ方向(図1の上下方向)に積層されて成る。小径プローブホルダ5には、複数の小径プローブ3を個別に抜け止めした状態で保持し、厚さ方向に貫通する複数の小孔部5aが設けられている。小径プローブホルダ5は、複数の小孔部5aの各々が、複数の受容孔部4bのいずれかと同軸的に連通するように大径プローブホルダ4に積層されている。
第3基板51には、小孔部5aの一部をなす第3孔部51aが複数設けられている。第3孔部51aは、小径プローブ3の先端部31を挿通可能な円形断面を有する円筒状の小径孔511aと、小径孔511aよりも径が大きく、かつ小径孔511aと同軸をなす円筒状の大径孔512aとを有する。小径孔511aの径は小径プローブ3のフランジ部33の径よりも小さい。また、大径孔512aの径は、小径プローブ3のフランジ部33を収容可能な大きさであってフランジ部33と同程度の大きさを有している。第3基板51は、小径プローブ3の先端部31を表出させた状態で小径プローブ3を抜け止めしている。
第4基板52には、対応する第3孔部51aと連通して小孔部5aを構成する第4孔部52aが複数設けられている。第4孔部52aは、小径プローブ3の基端部32を挿通可能な円筒状の小径孔521aと、小径孔521aよりも径が大きく、かつ小径孔521aと同軸をなす円筒状の大径孔522aとを有する。小径孔521aは受容孔部4bと連通している。小径孔521aの径は受容孔部4bの径と等しい。また、大径孔522aの径は大径孔512aの径と等しい。複数の大径孔522aの各々は、複数の大径孔512aのいずれかと同軸的に連通している。第4基板52は、小径プローブ3の基端部32を表出させた状態で小径プローブ3を抜け止めしている。
大孔部4a、受容孔部4bおよび小孔部5aは、ドリル加工、エッチング、打抜き成形を行うか、あるいはレーザ、電子ビーム、イオンビーム、ワイヤ放電等を用いた加工を行うことによって形成される。
なお、大径プローブホルダ4および小径プローブホルダ5は、導電性材料から成る基板の表面(大孔部4a、受容孔部4bおよび小孔部5aの側面に対応する部分も含む)を絶縁性材料によって被覆した構成とすることも可能である。
図2は、大孔部4aと小孔部5aとの位置関係を模式的に示す図であり、より具体的には大径孔412aと小径孔511aとの位置関係を示す図である。大径孔412aの中心軸間距離Hは、小径孔511aの中心軸間距離hよりも大きい。また、連通する大孔部4aと小孔部5aにおいて、大径孔412aの中心軸と小径孔511aの中心軸の距離は、大孔部4aの中心軸と受容孔部4bの中心軸との距離dに等しい。このように大孔部4aと小孔部5aとの位置関係を設定することにより、検査対象と接触する小径プローブ3側のピッチを大径プローブ2側のピッチよりも狭小化することができる。
図3は、プローブユニット1の組み立ての概要を示す図である。プローブユニット1を組み立てる際には、大径プローブホルダ4の第2基板42と小径プローブホルダ5の第4基板52とが対向するようにして2つのプローブホルダを組み合わせた後、ネジ等を用いて締結する。なお、大径プローブホルダ4および小径プローブホルダ5に位置決め用の開口部をそれぞれ設けておき、大径プローブホルダ4の開口部とこの開口部に対応する小径プローブホルダ5の開口部に位置決めピンを挿入することによって両者の位置決めを行うようにすれば、プローブユニット1の組み立てを一段と容易にかつ迅速に行うことができる。
図4は、プローブユニット1の全体構成と、プローブユニット1を用いた半導体集積回路の電気特性検査の概要を示す斜視図である。プローブユニット1には、検査の際に半導体集積回路100の位置ずれが生じるのを抑制するホルダ部材6が、大径プローブホルダ4および小径プローブホルダ5の外周に設けられている。ホルダ部材6の底面側には、検査用信号を出力する回路を備えた回路基板200が取り付けられる。
図5は、半導体集積回路100の検査時におけるプローブユニット1の要部の構成を示す部分断面図である。図5に示す状態で、大径プローブ2は回路基板200の電極201と接触することによって図で上向きの力を受ける。一方、小径プローブ3は、半導体集積回路100の電極101と接触することによって図で下向きの力を受ける。したがって、大径プローブ2のバネ部材22は、小径プローブ3が半導体集積回路100の電極101と接触していない状態よりも長手方向に沿って縮んでいる。
半導体集積回路100の検査時に生じる検査用信号は、回路基板200の電極201を介して大径プローブ2の第1プランジャ21、密着巻き部22b、第2プランジャ23を経由した後、小径プローブ3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、大径プローブ2では、第1プランジャ21と第2プランジャ23が密着巻き部22b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22aへ信号が流れるのを防止し、インダクタンスおよび抵抗の低減および安定化を図ることができる。
プローブユニット1が検査を繰り返し行うと、小径プローブ3は検査のたびに電極101との接触、離間を繰り返すため、長期にわたる使用によって先端部31が磨耗したり小径プローブ3が破損したりすることがある。このような場合、本実施の形態では、小径プローブホルダ5を大径プローブホルダ4から取り外すことができるため、小径プローブ3のみを簡単に交換することができる。
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、大径プローブと小径プローブを互いの軸線をずらした状態で組み合わせることによって一組のプローブを構成しているため、検査対象のピッチの狭小化に対応させる場合にも、プローブの両方の端部を細径化しないで済む。したがって、プローブの細径化に起因する許容電流の低下を抑制することが可能となる。
また、本実施の形態によれば、経時劣化が激しく、接触抵抗値の増加の最大要因である小径プローブを大径プローブとは独立に交換することができるため、メインテナンスを簡単に行うことが可能となる。加えて、小径プローブのみを交換するので、大径プローブホルダ側は特に問題がなければそのまま使用を続けることができる。したがって、大径プローブを節約することができ、経済的である。
また、本実施の形態によれば、大径プローブの第2プランジャと小径プローブとを別に加工するため、大径プローブと小径プローブとをオフセットして一体成形するよりも加工が容易である。
大径プローブと小径プローブとをオフセットして一体成形した場合には、プローブが軸対称な形状をなしていない。このため、一体成形したプローブをプローブホルダへ収容する際には、小径プローブに対応する部分を挿通する孔部の位置に留意して位置決めを行わなければならず、プローブの収容に手間がかかるという問題があった。これに対して、本実施の形態においては、大径プローブと小径プローブとを分離し、各プローブが軸対称な形状をなすようにしたため、各プローブのプローブホルダへの収容を容易に行うことができる。
ここまで、本発明を実施するための最良の形態を説明してきたが、本発明は上述した一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。図6は、本発明の別な実施の形態に係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。同図に示すプローブユニット7は、大径プローブの構成を除いて上述したプローブユニット1と同じ構成を有している。プローブユニット7が有する大径プローブ8はポゴピンであり、第1プランジャ81と、第2プランジャ82と、第1プランジャ81および第2プランジャ82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83とを有する。第2プランジャ82の先端は、大径プローブ8の長手方向と直交する平面をなす。このような構成を有するプローブユニット7によれば、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
以上の説明からも明らかなように、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、本発明に係るプローブユニットは、ICチップなどの半導体集積回路の電気特性検査に有用である。

Claims (9)

  1. 各々が導電性材料を用いて形成され、長手方向に沿って伸縮自在である複数の大径プローブと、
    各々が導電性材料を用いて形成され、前記大径プローブの径よりも小さい径を有する複数の小径プローブと、
    前記複数の大径プローブを個別に保持する複数の大孔部と、前記大孔部よりも径が小さく、前記複数の大孔部のいずれかと連通し、前記小径プローブの端部を前記大径プローブと接触した状態で受容する複数の受容孔部とを有し、互いに連通する前記大孔部および前記受容孔部の組が厚さ方向に貫通する大径プローブホルダと、
    前記複数の小径プローブを個別に抜け止めした状態で保持する複数の小孔部が厚さ方向に貫通して設けられ、各小孔部が前記複数の受容孔部のいずれかと連通するように前記大径プローブホルダに積層された小径プローブホルダと、
    を備え、
    互いに連通する前記大孔部および前記小孔部の長手方向の中心軸は異なり、
    前記複数の小孔部には、隣接する二つの小孔部の中心軸間距離が該二つの小孔部にそれぞれ対応する二つの大孔部の中心軸間距離より小さいものが含まれること
    を特徴とするプローブユニット。
  2. 前記大径プローブは、
    略針状をなす第1プランジャと、
    先端が前記第1プランジャの先端と相反する方向を指向し、前記小径プローブと接触する第2プランジャと、
    長手方向の一端部が前記第1プランジャに取り付けられるとともに他端部が前記第2プランジャに取り付けられ、当該長手方向に沿って伸縮自在な弾性部材と、
    を有することを特徴とする請求項1記載のプローブユニット。
  3. 前記第2プランジャの先端は、前記大径プローブの長手方向と略直交する平面をなすことを特徴とする請求項2記載のプローブユニット。
  4. 前記大径プローブホルダは、
    前記第1プランジャの先端部を表出させて保持する第1基板と、
    前記第1基板に積層されるとともに前記小径プローブホルダに積層され、前記小径プローブホルダが保持する前記小径プローブの端部を受容する第2基板と、
    を有することを特徴とする請求項2または3記載のプローブユニット。
  5. 前記大径プローブはポゴピンであることを特徴とする請求項1記載のプローブユニット。
  6. 前記小径プローブと接触する前記ポゴピンの先端は、前記大径プローブの長手方向と略直交する平面をなすことを特徴とする請求項5記載のプローブユニット。
  7. 前記大径プローブホルダは、
    前記小径プローブと接触しない前記ポゴピンの先端を表出させて保持する第1基板と、
    前記第1基板に積層されるとともに前記小径プローブホルダに積層され、前記小径プローブホルダが保持する前記小径プローブの端部を受容する第2基板と、
    を有することを特徴とする請求項5または6記載のプローブユニット。
  8. 前記小径プローブホルダは、
    前記小径プローブのいずれか一方の端部をそれぞれ表出させて保持する二つの基板が積層されて成ることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項記載のプローブユニット。
  9. 前記大径プローブホルダおよび前記小径プローブホルダは、少なくとも前記大径プローブおよび/または前記小径プローブと接触する部分が絶縁性を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項記載のプローブユニット。
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