JPWO2013051675A1 - プローブユニット - Google Patents

Abstract

大電流を流した場合であっても、接触対象との間で確実な導通を得ることができるプローブユニットを提供すること。被接触体の電極と接触する接触部と、接触部の基端側から延び、接触部の径と比して大きい径を有するフランジ部と、フランジ部の接触部に連なる側と異なる側の端部から延び、フランジ部の径と比して小さい径を有するボス部と、ボス部のフランジ部に連なる側と異なる側の端部から延び、ボス部の径と略同一の径を有する基端部と、を有するプランジャと、ボス部に取り付けられるコイルばねと、を有するコンタクトプローブと、導電性材料で形成され、厚さ方向の両端が縮径した段付き形状をなし、コンタクトプローブを収容する複数のホルダ孔を有するプローブホルダと、を備え、フランジ部が段付き形状の一方の段部に当接するとともに、コイルばねが他方の段部に当接することで、プランジャを付勢する。

Description

本発明は、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または動作特性検査に用いられ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ために、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。プローブユニットにおいては、近年の半導体集積回路や液晶パネルの高集積化、微細化の進展に伴い、コンタクトプローブ間のピッチを狭小化することにより、高集積化、微細化された検査対象にも適用可能な技術が進歩してきている。

また、上述したプローブユニットとして、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１，２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導通部材と、検査用信号を出力する回路基板の電極と接触する第２導通部材と、第１導通部材および第２導通部材を連結して付勢する導電性のコイルばねと、を有する。また、特許文献２が開示するコンタクトプローブは、長手方向に貫通する筒状の導通部材を用いて内部からコンタクトプローブを冷却し、冷却によって抵抗値の増加を抑えている。

また、半導体集積回路の電極と接触する接触部と、検査用信号を出力する回路基板等に接続される導線と連結した弾性部と、を有し、弾性部が、接触部の半導体集積回路と接触する側と異なる側の端部と接触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３を参照）。

また、半導体集積回路の電極と接触するとともに、弾性変形可能な弾性導電板材と、弾性導電板材の伸縮方向をガイドするガイド筒と、を有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４を参照）。

国際公開第２０１１／０１３７３１号 特開２０１０−２６７５０２号公報 実用新案登録第３０９０２５５号公報 特開平９−３１２１８５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１０００Ａ程度以上の大電流を流すことが可能なコンタクトプローブが要求されるようになってきている。しかしながら、特許文献１が開示する従来のコンタクトプローブは、コイルばねを導通経路に含み、第１導通部材および第２導通部材とコイルばねとの各接点を介して導通することや、第１導通部材および第２導通部材の接点を介して導通することなど、接点間での導通が多く、大電流を流すことには適していなかった。

また、特許文献２〜４が開示する従来のコンタクトプローブは、板状または線状の部材を導通するため、導通経路における断面積が小さく、大電流を流すことには適していなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大電流を流した場合であっても、接触対象との間で確実な導通を得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、長手方向の両端で被接触体の電極および接触対象の電極とそれぞれ接触するプローブユニットであって、長手方向の一方の端部側で前記被接触体の電極と接触する導電性のコンタクトプローブと、該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有するプローブユニットにおいて、前記コンタクトプローブは、前記被接触体の電極と接触する接触部と、前記接触部の基端側から延び、前記接触部の径と比して大きい径を有するフランジ部と、前記フランジ部の前記接触部に連なる側と異なる側の端部から延び、前記フランジ部の径と比して小さい径を有するボス部と、前記ボス部の前記フランジ部に連なる側と異なる側の端部から延び、前記ボス部の径と略同一の径を有する基端部と、を有するプランジャと、前記ボス部に取り付けられるコイルばねと、を有し、前記プローブホルダは、導電性材料で形成され、厚さ方向の両端が縮径した段付き形状をなし、前記コンタクトプローブを収容する複数のホルダ孔を有し、前記フランジ部が前記段付き形状の一方の段部に当接するとともに、前記コイルばねが他方の段部に当接することで、前記コイルばねが前記プランジャを付勢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、前記基端部および前記接触対象の電極が、導電性部材によって接続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、前記導電性部材は、線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、前記導電性部材は、前記基端部に巻回され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、前記プローブホルダは、前記接触対象の電極と接触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、前記コンタクトプローブは、前記接触部および／または前記基端部が前記ホルダ孔の壁面と接触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、前記プローブホルダは、前記複数のホルダ孔を含む領域に形成され、外部に連通する大径部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、前記基端部の先端は、前記大径部に位置することを特徴とする。

本発明によれば、プローブの導通経路において接点部分を減少させて基板間を電気的に導通するようにしたので、大電流を流した場合であっても、接触対象との間で確実な導通を得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２は、本発明の実施の形態にかかる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３は、本発明の実施の形態の変形例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４は、本発明の実施の形態の変形例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５は、本発明の実施の形態の変形例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６は、本発明の実施の形態の変形例４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。

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ない。すなわち、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の電気特性検査や電力供給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や、各回路基板等にそれぞれ接続された配線２００（電極）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、長手方向の一方の端部側で被接触体である半導体集積回路１００の電極とそれぞれ接触するコンタクトプローブ２（以下、単に「プローブ２」という）と、各プローブ２に対応して設けられ、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複数のプローブホルダ３と、を有する。

プローブ２は、導電性材料を用いて形成され、高さが揃うようにプローブホルダ３に並列に配設されてなる。プローブ２は、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の接続用電極１０１に接触する略円柱状のプランジャ２１と、プランジャ２１に連結し、プランジャ２１を伸縮自在に連結するコイルばね２２とを備える。プローブ２を構成するプランジャ２１およびコイルばね２２は同一の軸線を有している。プローブ２は、半導体集積回路１００の接続用電極１０１をコンタクトさせた際に、コイルばね２２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１０１への衝撃を和らげるとともに、半導体集積回路１００に荷重を加える。

プランジャ２１は、ベリリウム銅等を用いて形成されて外表面に金メッキが施され、先細な先端形状をなす爪部２１ｂを複数有する先端部２１ａ（接触部）と、先端部２１ａの基端側から延び、先端部２１ａの径と比して大きい径を有するフランジ部２１ｃと、フランジ部２１ｃの先端部２１ａに連なる側と異なる端部から延び、フランジ部２１ｃの径と比して小さい径を有するボス部２１ｄと、ボス部２１ｄのフランジ部２１ｃに連なる側と異なる端部から延び、ボス部２１ｄの径と略同一の径を有する基端部２１ｅとを同軸上に有する。

コイルばね２２は、ステンレス鋼等を用いて形成され、ボス部２１ｄの径と略同一の内径で巻回されてなる。プランジャ２１と連結する側の端部は、例えばボス部２１ｄと略等しい内径の場合、ボス部２１ｄに圧入されて、フランジ部２１ｃに当接している。なお、コイルばね２２は、端部側で形成される密着巻きに巻回された密着巻き部分と、所定ピッチで巻回される粗巻き部分とを有してもよい。また、プランジャ２１およびコイルばね２２は、半田付けによって接合されていてもよい。なお、コイルばね２２の形成に用いられる材料は、プランジャ２１より抵抗の大きい導電性材料や、絶縁性の弾性材料であれば適用可能である。

プローブホルダ３は、真鍮等の導電性材料を用いて形成され、図１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、厚さ方向に沿って貫通し、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が形成される。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。小径部３３ａは、先端部２１ａの径と比して若干大きい径である。また、大径部３３ｂは、フランジ部２１ｃの径および／またはコイルばね２２の径と比して若干大きい径である。

他方、ホルダ孔３４は、第１部材３１側の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。小径部３４ａは、基端部２１ｅと比して若干大きい径である。また、大径部３４ｂの径は、収容するプローブ２の各基端部２１ｅの先端を一括して収容できるような径である。大径部３４ｂは、第２部材３２の外部に対して開口しており、少なくとも一方の壁面を貫通していることがさらに好ましい。これらのホルダ孔３３および小径部３４ａ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。なお、プローブ２を収容するホルダ孔３３および小径部３４ａは、互いの軸線が一致するように形成されている。

プランジャ２１のフランジ部２１ｃ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、コイルばね２２のプランジャ２１との連結側と異なる側の端部は、第１部材３１および第２部材３２との境界壁面（第２部材３２の上面）に当接する。これにより、コイルばね２２は、大径部３３ｂ内で保持されるとともに、プランジャ２１を第１部材３１の上面側に付勢する。

図２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部分断面図である。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、コイルばね２２は長手方向に沿って圧縮された状態となる。コイルばね２２が圧縮されると、図２に示すように、プランジャ２１の基端部２１ｅは、大径部３４ｂ内に進入する。ここで、半導体集積回路１００から加わる荷重等によってコイルばね２２がわずかに蛇行すると、プランジャ２１に加える荷重の方向が変わり、プランジャ２１がホルダ孔３３，３４の内周（壁面）と接触する。このとき、例えばプランジャ２１の先端部２１ａが小径部３３ａの壁面と接触し、基端部２１ｅが小径部３４ａの壁面と接触する。検査用信号は、プローブ２とプローブホルダ３とを介して半導体集積回路１００と回路基板との間を導通する。

検査時に配線２００から半導体集積回路１００に供給される検査用信号は、回路基板の配線２００からそれぞれプローブホルダ３およびプローブ２を経由して半導体集積回路１００の接続用電極１０１へ到達する。具体的には、プローブ２において、先端部２１ａと小径部３３ａとが接触している場合、プランジャ２１の先端部２１ａを経由して半導体集積回路１００の接続用電極１０１へ到達する。また、基端部２１ｅと小径部３４ａとが接触している場合、プランジャ２１の基端部２１ｅ、ボス部２１ｄ、フランジ部２１ｃ、先端部２１ａを経由して半導体集積回路１００の接続用電極１０１へ到達する。このように、プローブユニット１では、検査用信号が、大きな導通断面積を確保できるプローブホルダ３を介して導通するため、許容電流を大きくすることができる。また、基端部２１ｅは、半導体集積回路１００から荷重が加わって移動した際、配線２００と接触しない長さとなるように形成される。

上述した実施の形態によれば、プローブの導通経路において接点部分を減少させるとともに、プローブホルダを介して基板間を電気的に導通するようにしたので、大電流を流した場合であっても、接触対象との間で確実な導通を得ることができる。

また、上述した実施の形態によれば、プローブホルダを介して基板間を電気的に導通し、コイルばね２２を介して導通しないようにしたので、導通経路における導通断面積を一段と大きくして大電流に対応させることが可能となる。なお、従来の板状または線状のコンタクトプローブに対して断面積を大きくした場合、冷却効率の低下や、弾性の確保等の問題が生じ、プローブユニットの大型化をまねくおそれがある。

また、上述した実施の形態によれば、プローブホルダ３が導電性材料を用いて形成されているため、プローブ２で発生した熱をプローブホルダ３が吸熱して外部に放熱することができる。さらに、外部に対して開口している大径部３４ｂが、収容するプローブ２の各基端部２１ｅを一括して収容できるような空間を形成し、各基端部２１ｅの先端がこの空間に位置しているため、プランジャ２１に電流を導通した際に発生した熱を一段と効率よく放熱することができる。これにより、プローブユニット１の冷却効率を向上させ、熱によるプローブ等の損傷を防止することが可能となる。

ここで、上述した実施の形態では、接続用電極１０１が、例えばＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ ｐａｃｋａｇｅ）等に用いられるような平板状をなす電極であるものとして説明したが、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）等で用いられるような平板状のリードであってもよいし、接続用電極が半球状をなすものであってもよい。なお、平板状の電極の接触面にプローブを接触させる場合、複数の爪部で接触させることで、従来のような平面同士の接触と比して接触面積をより一定にすることができ、プローブと接続用電極との間の安定した接触を実現することができる。

なお、プローブ２は、プランジャとコイルばねで構成されるものに限らず、ポゴピン、またはワイヤーを弓状に撓ませて荷重を得るワイヤープローブでもよい。

また、プローブ２は、コイルばね２２の蛇行によりプローブホルダ３と接触するものとして説明したが、プランジャ２１をプローブホルダ３に収容した際に、予め接触するように配設してもよい。また、プローブ２のプローブホルダ３（ホルダ孔３３，３４の壁面）と接触する箇所は、先端部２１ａおよび基端部２１ｅの２つであってもよいし、どちらか一方であってもよい。

図３は、本実施の形態の変形例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では、プランジャ２１の基端部２１ｅが配線２００と直接的に導通しないものとして説明したが、直接的に導通するものであってもよい。

図３に示すプローブ２ａは、上述したプランジャ２１の基端部２１ｅと、配線２００との間を接続する導電性の線材であるリードＬを有する。リードＬは、基端部２１ｅおよび配線２００に対してそれぞれ半田Ｃ１およびＣ２によって固定されている。

これにより、プランジャ２１と配線２００とがリードＬによって接続されるため、先端部２１ａと接続用電極１０１との間の接点のみで、基板間の電気的導通を実現することができる。

なお、上述した実施の形態のように、プローブホルダ３との接触によるプランジャ２１と配線２００との電気的導通を組み合わせることで、一段と大きな電流を流すことが可能となる。

図４は、本実施の形態の変形例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。上述した実施の形態では、プランジャ２１の基端部２１ｅが配線２００と直接的に導通しないものとして説明したが、直接的に導通するものであってもよい。

図４に示すプローブ２ｂは、上述したプランジャ２１の基端部２１ｅと、配線２００との間を接続する導電性の線材であるワイヤーＷ１を有する。ワイヤーＷ１は、基端部２１ｅに巻回されて摺動可能に固定するとともに、配線２００に対して半田Ｃ３によって固定されている。

これにより、プランジャ２１と配線２００とがワイヤーＷ１によって接続されるため、少ない接点で基板間の電気的導通を実現することができる。

なお、上述した実施の形態のように、プローブホルダ３との接触によるプランジャ２１と配線２００との電気的導通を組み合わせることで、一段と大きな電流を流すことが可能となる。

図５は、本実施の形態の変形例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。上述した変形例２の構成に限らず、プランジャ２１の基端部２１ｅの長さが異なるものであってもよい。

図５に示すプローブ２ｃは、上述したプランジャ２１の基端部２１ｅの長手方向の長さが短い基端部２１ｆと、この基端部２１ｆと配線２００との間を接続するワイヤーＷ２とを有する。ワイヤーＷ２は、基端部２１ｆを巻回して摺動可能に固定するとともに、配線２００に対して半田Ｃ４によって固定されている。このとき、ワイヤーＷ２の基端部２１ｆの巻回部分は、小径部３４ａ内に配置される。

これにより、プランジャ２１と配線２００とがワイヤーＷ２によって接続されるため、少ない接点で基板間の電気的導通を実現することができる。また、基端部２１ｆの突出長さが短くなるため、プローブユニットを小型化することができる。

なお、上述した実施の形態のように、プローブホルダ３との接触によるプランジャ２１と配線２００との電気的導通を組み合わせることで、一段と大きな電流を流すことが可能となるとともに、大電流によりプランジャが発した熱をプローブホルダへ逃がすことができる。

また、上述した実施の形態では１つの接続用電極１０１に対して１つのプローブを接触させるものとして説明したが、図６に示す変形例４のように、半導体集積回路１００ａの１つの接続用電極１０２に対して複数のプローブ２を接触させるようにしてもよい。これにより、一層大きな電流を流すことが可能となる。なお、上述した変形例１〜３にかかるプローブ２ａ〜２ｃにおいても適用可能である。

以上のように、本発明にかかるプローブユニットは、大電流を流した場合であっても、接触対象との間で確実な導通を得ることに有用である。

１ プローブユニット
２，２ａ，２ｂ，２ｃ コンタクトプローブ（プローブ）
３ プローブホルダ
２１ プランジャ
２１ａ 先端部
２１ｂ 爪部
２１ｃ フランジ部
２１ｄ ボス部
２１ｅ 基端部
２２ 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
１００，１００ａ 半導体集積回路
１０１，１０２ 接続用電極
２００ 配線

Claims (8)

1. 長手方向の両端で被接触体の電極および接触対象の電極とそれぞれ接触するプローブユニットであって、長手方向の一方の端部側で前記被接触体の電極と接触する導電性のコンタクトプローブと、該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有するプローブユニットにおいて、
   前記コンタクトプローブは、
   前記被接触体の電極と接触する接触部と、前記接触部の基端側から延び、前記接触部の径と比して大きい径を有するフランジ部と、前記フランジ部の前記接触部に連なる側と異なる側の端部から延び、前記フランジ部の径と比して小さい径を有するボス部と、前記ボス部の前記フランジ部に連なる側と異なる側の端部から延び、前記ボス部の径と略同一の径を有する基端部と、を有するプランジャと、
   前記ボス部に取り付けられるコイルばねと、
   を有し、
   前記プローブホルダは、導電性材料で形成され、
   厚さ方向の両端が縮径した段付き形状をなし、前記コンタクトプローブを収容する複数のホルダ孔を有し、
   前記フランジ部が前記段付き形状の一方の段部に当接するとともに、前記コイルばねが他方の段部に当接することで、前記コイルばねが前記プランジャを付勢することを特徴とするプローブユニット。
2. 前記基端部および前記接触対象の電極が、導電性部材によって接続されてい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. 前記導電性部材は、線材であることを特徴とする請求項２に記載のプローブユニット。
4. 前記導電性部材は、前記基端部に巻回され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. 前記プローブホルダは、前記接触対象の電極と接触することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプローブユニット。
6. 前記コンタクトプローブは、前記接触部および／または前記基端部が前記ホルダ孔の壁面と接触す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. 前記プローブホルダは、前記複数のホルダ孔を含む領域に形成され、外部に連通する大径部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のプローブユニット。
8. 前記基端部の先端は、前記大径部に位置することを特徴とする請求項７に記載のプローブユニット。

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