JPWO2010061888A1 - プローブユニット用ベース部材およびプローブユニット - Google Patents

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Abstract

高い剛性を有するとともに、製造に手間がかからないプローブユニット用ベース部材およびプローブユニットを提供する。この目的のため、プローブホルダ3を取付可能な第1開口部41aおよび第1開口部41aと連通する第2開口部41bを有する導電性の基板41と、絶縁性接着剤からなり、少なくとも第2開口部41bの縁を被覆する被膜42と、第2開口部41bの縁に被膜42を介して接着され、2つの被接触体の一方をプローブ2との接触位置へ案内する絶縁性のガイド部材43と、を備える。

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および当該プローブユニット用ベース部材を備えたプローブユニットに関する。
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にわたって絶縁層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、半導体パッケージとプローブホルダとの正確な位置合わせを行うために、ベース部材が有する開口部に絶縁性を有する枠状のガイド部材をネジ止めによって装着することがある。
国際公開第03/087852号
上述した従来技術では、ガイド部材でネジを挿通する部分に、ある程度の厚みを確保する必要がある。このため、例えばプローブユニットのサイズを変更することができないような場合には、ガイド部材でネジの挿通部分の厚みを確保した分だけ、ベース部材でそのネジが螺合される部分の幅を薄くせざるを得ず、ベース部材の剛性の低下を招く結果となっていた。
また、上述した従来技術では、ベース部材とガイド部材をネジ止めしなければならないため、プローブユニットを製造する際に手間がかかるという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い剛性を有するとともに、製造に手間がかからないプローブユニット用ベース部材および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、前記プローブホルダを嵌合可能な第1開口部および前記第1開口部と連通する第2開口部を有する導電性の基板と、絶縁性接着剤を含む材料からなり、少なくとも前記第2開口部の縁を被覆する被膜と、前記第2開口部の縁に前記被膜を介して接着され、前記2つの被接触体の一方を前記プローブとの接触位置へ案内する絶縁性のガイド部材と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係るプローブユニット用ベース部材は、上記発明において、前記ガイド部材は、前記絶縁性接着剤よりも高い帯電防止性を有する材料からな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用ベース部材は、上記発明において、前記第2開口部は、前記第1開口部より開口面積が大きく、前記第1開口部と前記第2開口部との段差面が前記第1開口部と前記第2開口部との境界に沿って切削さ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用ベース部材は、上記発明において、前記段差面は、前記基板が露出してい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、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嵌合可能な第1開口部および前記第1開口部と連通する第2開口部を有する導電性の基板と、絶縁性接着剤を含む材料からなり、少なくとも前記第2開口部の縁を被覆する被膜と、前記第2開口部の縁に前記被膜を介して接着され、前記2つの被接触体の一方を前記プローブとの接触位置へ案内する絶縁性のガイド部材と、を備え、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、前記プローブユニット用ベース部材は、当該プローブユニット用ベース部材の外部から空気を流入する流入口を有し、前記プローブホルダは、前記流入口に連通し、前記流入口から流入された空気を流動させる流路を有することを特徴とする。
また、本発明に係るプローブホルダは、上記発明において、前記プローブホルダは、絶縁性材料からなり、前記複数のプローブを保持するホルダ部と、導電性材料からなり、前記ホルダ部を嵌合可能な中空部を有するフレーム部と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、プローブホルダを嵌合可能な第1開口部、および前記第1開口部の底面と同じ平面上に底面が位置し、前記第1開口部の底面と重なり合う部分が底抜けした態様で前記第1開口部と連通する第2開口部を有する導電性の基板と、絶縁性接着剤からなり、少なくとも第2開口部の縁を被覆する絶縁性の被膜と、第2開口部の縁に被膜を介して接着され、2つの被接触体の一方をプローブとの接触位置へ案内する絶縁性のガイド部材と、を備えたため、ガイド部材を基板にネジ止めする必要がない。したがって、ガイド部材にネジ挿通用の厚みを確保しないで済む分だけ、基板のうちガイド部材が接着される部分の幅を厚くすることができ、当該プローブユニット用ベース部材の剛性を向上させることができる。また、ガイド部材の基板へのネジ止めが不要になるため、製造の際の手間を削減することができる。
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係るプローブユニットの構成を示す分解斜視図である。 図3は、図1のA−A線断面図である。 図4は、プローブおよびプローブホルダの要部の構成を示す部分断面図である。
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構成を示す斜視図である。図2は、本実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す分解斜視図である。図3は、図1のA−A線断面図である。図1〜図3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、この半導体パッケージに対して検査用信号を出力するテスター側の配線基板とを電気的に接続する装置である。プローブユニット1は、複数の導電性のプローブ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。
プローブユニット1の詳細な構成を説明する。まず、図4を参照してプローブ2の構成を説明する。プローブ2は、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、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、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、第1プランジャ21と第2プランジャ22とを連結し、長手方向に伸縮自在なバネ部材23、を備える。プローブ2は、鉄などの導電性材料によって形成される。
第1プランジャ21は、クラウン形状をなす先端部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23の内径よりも若干大きい径の円柱状をなし、バネ部材23の端部が圧入されるボス部21cと、ボス部21cよりも径が小さくかつバネ部材23の内径よりも径が小さい円柱状をなす基端部21dとを有し、長手方向と平行な軸に対して軸対称な形状をなしている。
第2プランジャ22は、先鋭端を有する先端部22aと、先端部22aの径よりも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と反対方向に突出し、フランジ部22bの径よりも小さくかつバネ部材23の内径よりも若干大きい径の円柱状をなし、バネ部材23の端部が圧入されるボス部22cと、ボス部22cよりも径が小さくかつバネ部材23の内径よりも径が小さい円柱状をなす基端部22dとを有し、長手方向と平行な軸に対して軸対称な形状をなしている。
バネ部材23は均一な径を有する導電性のコイルバネであり、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の端部はボス部21cに圧入されている一方、粗巻き部23bの端部はボス部22cに圧入されている。
次に、図1〜図4を参照してプローブホルダ3の構成を説明する。プローブホルダ3は、プローブ2を保持する樹脂製のホルダ部31と、ホルダ部31を嵌合可能な中空部を有する金属製のフレーム部32とを備える。
ホルダ部31は、第1ホルダ部材311および第2ホルダ部材312が板厚方向(図3の上下方向)に積層されてなる。第1ホルダ部材311および第2ホルダ部材312には、複数のプローブ2を収容するホルダ孔313および314がそれぞれ同数ずつ形成されており、同じプローブ2を収容するホルダ孔313および314の軸線は互いに一致している。ホルダ孔313および314の形状はプローブ2の形状に応じて定められる。また、ホルダ孔313および314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、プローブホルダ3においては略正方形状に並べられている。プローブホルダ3にプローブ2を収容した状態で、ホルダ孔313には第1プランジャ21が挿通する一方、ホルダ孔314には第2プランジャ22が挿通する。
ホルダ孔313、314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。具体的には、ホルダ孔313は、図4におけるプローブホルダ3の上面側に開口を有する小径部313aと、この小径部313aよりも径が大きい大径部313bとからなる。一方、ホルダ孔314は、図4におけるプローブホルダ3の下面側に開口を有する小径部314aと、この小径部314aよりも径が大きい大径部314bとからなる。
第1ホルダ部材311と第2ホルダ部材312の互いに対向する表面には、凹状に形成された溝部311a、312aがそれぞれ設けられている。溝部311aは全てのホルダ孔313と連通する一方、溝部312aは全てのホルダ孔314と連通する。溝部311a、312aは、互いに重なり合うことによってホルダ部31の外部との間で気体を流動させるための流路31aを形成している。第1ホルダ部材311の中央部には、板厚方向に貫通し、溝部311aと連通する複数の流出口31bが設けられている。
以上の構成を有するホルダ部31は、帯電防止性、絶縁性、熱膨張性、加工性を考慮した絶縁性材料を用いて形成される。
フレーム部32は、第1フレーム部材321および第2フレーム部材322が板厚方向(図3の上下方向)に積層されてなる。第1フレーム部材321には、第1ホルダ部材311を嵌合可能な中空部321aと、中空部321aの外周側に位置し、板厚方向に貫通する二つの開口部321bと、中空部321aと開口部321bとをつなぐように第1フレーム部材321の底面に設けられる溝部321cとが設けられている。第2フレーム部材322には、第2ホルダ部材312を嵌合可能な中空部322aと、第2フレーム部材322の表面であって第1フレーム部材321と対向する表面に設けられた凹状の溝部322bとが設けられている。溝部322bは、第1フレーム部材321の開口部321bおよび溝部321cとともに、ホルダ部31の流路31aと連通する流路32aを構成する。この流路32aは、図3に示すようにL字断面形状をなしている。
フレーム部32には、板厚方向に貫通し、ベース部材4に締結するネジ部材5を挿通するネジ孔32bが設けられている。ネジ孔32bはネジ部材5を挿通するストレート孔でもかまわない。
以上の構成を有するフレーム部32は、高強度かつ耐熱性を有し、熱膨張係数が小さい導電性材料を用いて形成される。このような導電性材料として、例えばインバー材やコバール材(登録商標)などの低熱膨張金属、ステンレス、半導体、導電性セラミック等のうち少なくともいずれか一つを含む材料を適用することができる。フレーム部32は、電気信号がプローブ2を通過する際に発生し放射される電磁波や、外部から伝播されてくる電磁波が、他のプローブ2に達するのを防止する電磁波遮蔽機能も有する。この意味で、フレーム部32を構成する導電性材料の体積固有抵抗が1〜100μΩ・cm程度であればより好ましい。
なお、フレーム部32の表面のうち、少なくともホルダ部31の表面と連なる表面(図2におけるフレーム部32の上面および下面)に対し、絶縁性の被膜を被覆するようにしてもよい。この場合の被膜は、例えばエポキシ樹脂系接着剤等の絶縁性接着剤によって実現することもできるし、絶縁性接着剤にカーボン、ガラス粒子および繊維の少なくともいずれか一つを混合したものによって実現することもできる。被膜の厚み(膜厚)は、50μm〜0.5mm程度とするのが好ましい。
次に、図1〜図3を参照してベース部材4の構成を説明する。ベース部材4は、母材をなす導電性の基板41と、基板41の表面の一部を被覆する絶縁性の被膜42と、半導体パッケージ100をプローブ2と接触させる際に半導体パッケージ100をプローブ2との接触位置へ案内する絶縁性のガイド部材43と、を有する。
基板41には、プローブホルダ3を嵌合可能な第1開口部41a、第1開口部41aと連通し、第1開口部41aと合わさって基板41を板厚方向に貫通する第2開口部41b、板厚方向に沿って貫通してプローブホルダ3の流路(第1フレーム部材321の開口部321b)と連通し、プローブホルダ3に対して気体を流入する流入口41c、板厚方向に貫通され、配線基板200へ取り付けるネジを螺合するネジ孔41dが設けられている。また、ベース部材4の底面側すなわちプローブホルダ3が取り付けられる側には、ネジ孔32bと連通してネジ部材5を螺合するネジ孔が設けられている(図示せず)。
第1開口部41aの開口面積は、第2開口部41bの開口面積より大きい。第1開口部41a、第2開口部41b、および第1開口部41aと第2開口部41bとの段差面41abは、切削加工によって形成されている。このうち、段差面41abは、第1開口部41aと第2開口部41bとの境界に沿って切削されており、プローブホルダ3を嵌合したときに第1フレーム部材321の上面と当接する。このように、第1開口部41a、第2開口部41b、および段差面41abを切削加工によって形成することで、プローブホルダ3を嵌合する際の位置決めの精度を向上させることができる。
図3に示す場合、流入口41cの開口面積は、開口部321bの開口面積が等しいが、これに限られるわけではなく、流入口41cの開口面積は開口部321bの開口面積と異なっていてもよい。
流入口41cは、流路31aおよび32aとともに、プローブユニット1の外部からの送風または加圧によってプローブホルダ3の内部、特にプローブ2の周囲の気体(空気)を流動させる。流入口41cならびに流路31aおよび32aを流動した気体は、流出口31bを介してプローブホルダ3の外部へ流出する。したがって、例えば高周波回路の通電検査のように、大電流が流れることによってプローブ2が発熱する場合にも、プローブユニット1の外部から流入口41cならびに流路31aおよび32aを介して空気を流入させることにより、プローブ2やその周囲の発熱を急速に冷却することができる。また、高温負荷検査を行う場合には、流入口41cならびに流路31aおよび32aを介して高温の熱風を流入させることにより、プローブホルダ3の周辺を迅速に高温状態にすることができる。
流入口41cの開口端部付近では、被膜42が流入口41cの開口面積より若干大きく剥離しており、ベース部材4の基板41が表面に露出している。このようにすることで、気体を流入させる気体流入用部材の先端部を流入口41cと接触させて圧力を加えても、気体の温度等の影響によって流入口41cが変形してしまうことがない。したがって、気体を漏れなく確実にプローブユニット1へ流入させることができる。
基板41の上面には、基板41の上方から基板41に取り付けられる部材の位置決めを行う位置決めピン6が設けられている。位置決めピン6を基板41の上面に設ける際には、まず基板41の上面に、位置決めピン6の径よりも大きい径を有する棒状部材を打ち込むための穴を開け、その穴に棒状部材を打ち込んで固定する。この後、固定した棒状部材に対して切削加工等の後加工を施すことにより、位置決めピン6の位置および径を調整する。このような後加工は、樹脂製の基板を適用する場合、強度上の問題から実行することができない。そのため、樹脂製の基板に位置決めピンを設ける場合には、部品段階でのピン径や穴の径、穴の位置の精度管理が必要となる。これに対し、基板41は金属等の導電性材料によって形成されているため、上述した後加工を施すことができ、部品段階でのピン径や穴の径、穴の位置の精度管理を行わなくても、位置決めピン6を高い精度で基板41の所定位置へ配設することができる。
以上の構成を有する基板41は、プローブホルダ3のフレーム部32と同様の導電性材料を用いて実現される。
被膜42は、第1開口部41aの縁と、段差面41abと、流入口41cの開口端部付近とを除いた基板41の表面を被覆している。被膜42の材料および厚み(膜厚)は、フレーム部32の表面を被覆する場合の被膜の材料および厚みとそれぞれ同様である。すなわち、被膜42は、絶縁性接着剤等によって実現され、その厚みは50μm〜0.5m程度が好ましい。
ガイド部材43は、半導体パッケージ100を収容可能な第3開口部43aを有する。第3開口部43aは、外部に面する開口面から内部に向かうにつれて開口面積が徐々に小さくなり、やがて一定の開口面積を有している。ガイド部材43は半導体パッケージ100と接触する可能性があるため、被膜42を構成する絶縁性材料よりも高い絶縁性を有するとともに被膜42を構成する絶縁性材料よりも高い帯電防止性を有する材料であることが望ましく、例えばPES、PEEK等の樹脂を用いて実現される。
以上の構成を有するプローブユニット1は、プローブホルダ3とベース部材4のネジ孔部分が高強度の金属であるため、プローブホルダ3とベース部材4とを強力に締結することができる。
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、プローブホルダ3を嵌合可能な第1開口部41a、および第1開口部41aの底面と同じ平面上に底面が位置し、第1開口部41aの底面と重なり合う部分が底抜けした態様で第1開口部41aと連通する第2開口部41bを有する導電性の基板41と、絶縁性接着剤からなり、少なくとも第2開口部41bの縁を被覆する絶縁性の被膜42と、第2開口部41bの縁に被膜42を介して接着され、半導体パッケージ100をプローブ2との接触位置へ案内する絶縁性のガイド部材43と、を備えたため、ガイド部材43を基板41にネジ止めする必要がない。したがって、ガイド部材43にネジ挿通用の厚みを確保しないで済む分だけ基板41のうちガイド部材43が接着される部分の幅を厚くすることができ、ベース部材4の剛性を向上させることができる。また、ガイド部材43の基板41へのネジ止めが不要になるため、製造の際の手間を削減することができる。
また、本実施の形態によれば、ガイド部材43がベース部材4の一部として一体化されているため、ネジや位置決めピン等の部品点数を少なくすることができ、組み付け工程も削減される。したがって、製造に要するコストを削減することができる。
また、本実施の形態によれば、基板41とガイド部材43とを締結するためのネジの位置を考慮する必要がないため、レイアウト設計の自由度が向上する。
また、本実施の形態によれば、ベース部材4の流入口41cが強度の高い導電性材料からなるため、外部からプローブユニット1へ気体を流入させる気体流入用部材の先端部を流入口41cに接触させて圧力を加えても流入口41cが変形してしまうことがない。したがって、気体流入用部材から気体を漏れなく確実に流入させることができる。
ここまで、本発明を実施するための最良の形態を詳述してきたが、本発明は上記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。例えば、本発明においては、ベース部材の流入口やプローブホルダの流路を設けない構成とすることも可能である。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。
本発明に係るプローブユニット用ベース部材およびプローブユニットは、半導体パッケージなどの所定の回路構造の電気特性検査を行うのに好適である。
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
5 ネジ部材
6 位置決めピン
21 第1プランジャ
21a、22a 先端部
21b、22b フランジ部
21c、22c ボス部
21d、22d 基端部
22 第2プランジャ
23 バネ部材
23a 密着巻き部
23b 粗巻き部
31 ホルダ部
31a、32a 流路
31b 流出口
32 フレーム部
41 基板
41a 第1開口部
41ab 段差面
41b 第2開口部
41c 流入口
42 被膜
43 ガイド部材
43a 第3開口部
100 半導体パッケージ
101、201 電極
200 配線基板
311 第1ホルダ部材
311a、312a 溝部
312 第2ホルダ部材
313、314 ホルダ孔
313a、314a 小径部
313b、314b 大径部
321 第1フレーム部材
321a、322a 中空部
321b 開口部
321c、322b 溝部
322 第2フレーム部材

Claims (7)

  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、
    前記プローブホルダを嵌合可能な第1開口部および前記第1開口部と連通する第2開口部を有する導電性の基板と、
    絶縁性接着剤を含む材料からなり、少なくとも前記第2開口部の縁を被覆する被膜と、
    前記第2開口部の縁に前記被膜を介して接着され、前記2つの被接触体の一方を前記プローブとの接触位置へ案内する絶縁性のガイド部材と、
    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. 前記ガイド部材は、前記絶縁性接着剤よりも高い帯電防止性を有する材料からなることを特徴とする請求項1記載のプローブユニット用ベース部材。
  3. 前記第2開口部は、前記第1開口部より開口面積が大きく、
    前記第1開口部と前記第2開口部との段差面が前記第1開口部と前記第2開口部との境界に沿って切削されることを特徴とする請求項1または2記載のプローブユニット用ベース部材。
  4. 前記段差面は、前記基板が露出していることを特徴とする請求項3記載のプローブユニット用ベース部材。
  5. 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嵌合可能な第1開口部および前記第1開口部と連通する第2開口部を有する導電性の基板と、絶縁性接着剤を含む材料からなり、少なくとも前記第2開口部の縁を被覆する被膜と、前記第2開口部の縁に前記被膜を介して接着され、前記2つの被接触体の一方を前記プローブとの接触位置へ案内する絶縁性のガイド部材と、を備え、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、
    を有することを特徴とするプローブユニット。
  6. 前記プローブユニット用ベース部材は、当該プローブユニット用ベース部材の外部から空気を流入する流入口を有し、
    前記プローブホルダは、前記流入口に連通し、前記流入口から流入された空気を流動させる流路を有することを特徴とする請求項5記載のプローブユニット。
  7. 前記プローブホルダは、
    絶縁性材料からなり、前記複数のプローブを保持するホルダ部と、
    導電性材料からなり、前記ホルダ部を嵌合可能な中空部を有するフレーム部と、
    を備えた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。
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