KR101985253B1

KR101985253B1 - 전기적 접촉자 및 전기적 접속장치

Info

Publication number: KR101985253B1
Application number: KR1020150086373A
Authority: KR
Inventors: 미카 나수; 다렌 러셀 애버그; 히로야스 안도
Original assignee: 가부시키가이샤 니혼 마이크로닉스
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2019-06-04
Also published as: KR102095965B1; CN108539468B; US20160118738A1; JP6411169B2; KR20190055043A; JP2016080657A; CN108539468A; KR20160047381A; CN105552617B; TW201616732A; CN105552617A; US9583857B2; EP3015868B1; TWI587586B; EP3015868A1

Abstract

본 발명은, 충분한 전기적 접촉성을 적은 요소 수로 실현할 수 있는, 변형에 대한 내성이 높은 전기적 접촉자를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 전기적 접촉자는, 일부 구간이 스프링 기능을 발휘하는 스프링부로 되어 있는 배럴과, 배럴의 양단 개구의 각각으로부터 삽입 고정되어 있는 제1 및 제2 플런저를 갖는 것을 특징으로 한다. 여기에서, 제1 플런저의 배럴 내 단부와, 제2 플런저의 배럴 내 단부가, 스프링 기능을 발휘할 수 없는 동일한 비스프링부의 내부 공간에 위치해 있는 것이 바람직하다. 또, 배럴이 비스프링부를 사이에 두고 분리되어 있는 3개 이상의 스프링부를 갖는 것이 바람직하다.

Description

전기적 접촉자 및 전기적 접속장치{Electrical Contactor and Electrical Connecting Apparatus}

본 발명은 전기적 접촉자 및 전기적 접속장치에 관한 것으로, 예를 들어 배선기판이나 반도체 집적회로 등에 갖추어진 전극에 접촉하는 전기적 접촉자나, 복수의 전기적 접촉자를 갖는 전기적 접속장치에 적용할 수 있는 것이다.

마주보고 배설된 배선기판 위의 전기회로들을 서로 전기적으로 접속하는 전기적 접촉자는 잘 알려져 있다. 이와 같은 전기적 접촉자로서, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 것을 들 수 있다(또한, 특허문헌 1에서는 전기적 접촉자를 프로브라 표현하고 있다).

도 10은 특허문헌 1에 기재된 전기적 접촉자(1)를 나타낸 종단면도이고, 전기적 접촉자(1)의 중심축을 지나는 평면으로 절단한 단면도이다.

전기적 접촉자(1)는, 모두 도전성인 배럴(2)과 플런저(3)를 갖는다. 배럴(2)은 대개 원통형상을 갖는다. 배럴(2)은 상하방향(길이방향)으로 탄성력을 발휘하는 2개의 스프링부(2b 및 2d)를 갖는다. 즉, 배럴(2)은 위쪽부터, 상방부분(2a), 위쪽 스프링부(2b), 중간부분(2c), 아래쪽 스프링부(2d) 및 하방부분(2e)을 갖는다. 플런저(3)는, 대개 원주형상을 갖는다. 배럴(2)의 내경과 플런저(3)의 외경이 거의 일치하고 있다. 플런저(3)는 배럴(2)의 내부공간에 대부분이 삽입되어 있다. 플런저(3)는 그 전기적 접촉자(1)에 외력이 인가되지 않은 상태에서도 인가되어 있는 상태에서도, 그 상단이 배럴(2)의 상방부분(2a)에서 외부로 돌출하지 않도록, 배럴(2)의 내부공간에 삽입되어 있다. 플런저(3)의 아래쪽은 배럴(2)의 하방부분(2e)보다 아래쪽으로 돌출해 있다. 배럴(2)의 하방부분(2e)의 소정 높이의 위치(1점이 아니고, 여러점 또는 원을 나타내고 있다)(P)에 있어서, 하방부분(2e)과 플런저(3)가 예를 들어 저항용접, 레이저 용접 또는 리벳에 의해 접합되어 서로 고정되어 있다.

전기적 접속장치에 전기적 접촉자(1)가 조립되어 사용될 때에는, 배럴(2)의 스프링부(2b 및 2d)가 외력의 인가를 받아 축세(蓄勢)하고 상하방향으로 탄성력을 발휘하면서, 배럴(2)의 상단이 도시하지 않은 위쪽의 외부의 전극에 전기적으로 접속하고, 플런저(3)의 하단이 도시하지 않은 아래쪽의 외부의 전극에 전기적으로 접속한다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2013-7730호 공보

특허문헌 1에 기재된 전기적 접촉자(1)는, 상술한 바와 같이, 배럴(2)의 원환상의 상단에서 외부의 전극에 전기적으로 접속한다. 전기적 접촉자(1)는 수 mm 정도의 길이를 갖는 것이고, 그 때문에 원환상의 상단의 직경은 매우 작고, 상단을 평탄하게 하는 처리를 하면 상단의 원환이 찌그러질 우려가 있다. 그 때문에, 단면의 평탄처리를 실행하지 않고, 가령 평탄처리를 행한다 해도 그 정도는 완만한 것이 된다. 그 결과, 배럴(2)의 원환상의 상단은 깔쭉깔쭉한 형상으로 되어 있어, 외부의 전극들과의 접촉저항이 전기적 접촉자(1)에 의해 고르지 못해 안정하지 않다. 중심축이 상하방향에서 약간 경사진 경우나 외부의 전극의 평탄도가 불충분한 경우 등에서는 전기적 접촉성이 특히 나빠진다.

종래, 접촉을 확실하게 하기 위해, 전기적 접촉자를 접촉을 위해 이동시킬 때에는 오버 드라이브시킨다. 상술한 바와 같이, 전기적 접촉성이 나쁜 경우에는, 오버 드라이브 양을 많게 하거나 오버 드라이브에서의 압력을 크게 하는 것도 생각할 수 있다. 그러나 특허문헌 1에 기재된 전기적 접촉자(1)는, 배럴(2)이 스프링부를 갖고 있기 때문에, 상술한 바와 같이 오버 드라이브를 강하게 한 경우에, 스프링부의 위치에서 변형을 일으키는 전기적 접촉자도 생겼다.

본 발명은 충분한 전기적 접촉성을 적은 요소 수로 실현할 수 있는 전기적 접촉자나, 그와 같은 전기적 접촉자를 적용한 전기적 접속장치를 제공하려고 한 것이다.

또, 본 발명은 접촉 시의 변형을 억제할 수 있는 전기적 접촉자나, 그와 같은 전기적 접촉자를 적용한 전기적 접속장치를 제공하려고 한 것이다.

제1의 본 발명은, 제1 접촉대상 및 제2 접촉대상 사이를 전기적으로 접촉하는 전기적 접촉자에 있어서, (1) 길이방향의 일부 구간이 스프링 기능을 발휘하는 스프링부로 되어 있는 배럴과, (2) 적어도 일부가 상기 배럴의 일단에서 삽입되어 있는, 상기 제1 접촉대상에 전기적으로 접촉하는 접촉하는 제1 플런저와, (3) 적어도 일부가 상기 배럴의 타단에서 삽입되어 상기 배럴의 타단 개구를 폐색함과 동시에, 상기 제2 접촉대상에 전기적으로 접촉하는 제2 플런저를 갖는 것을 특징으로 한다.

제2의 본 발명은, 제1 접촉대상 및 제2 접촉대상 사이를 전기적으로 접촉하는 전기적 접촉자에 있어서, (1) 스프링 기능을 발휘하는 스프링부와 스프링 기능을 발휘할 수 없는 비스프링부를 길이방향으로 차례로 설치하고 있는 것으로서, 비스프링부를 사이에 두고 분리되어 있는 3개 이상의 스프링부를 갖는 배럴과, (2) 적어도 일부가 상기 배럴의 일단에서 삽입되어 있는, 상기 제1 접촉대상에 전기적으로 접촉하는 플런저를 갖는 것을 특징으로 한다.

제3의 본 발명은 제1 접촉대상 및 제2 접촉대상 사이를 전기적으로 접촉하는 전기적 접촉자를 복수개 갖는 전기적 접속장치에 있어서,

적어도 일부의 전기적 접촉자로서, 제1 또는 제2의 본 발명의 전기적 접촉자를 적용한 것을 특징으로 한다.

제1의 본 발명에 의하면, 충분한 전기적 접촉성을 적은 요소 수로 실현할 수 있는 전기적 접촉자를 실현할 수 있고, 제2의 본 발명에 의하면, 접촉 시의 변형을 억제할 수 있는 전기적 접촉자를 실현할 수 있고, 제3의 본 발명에 의하면, 제1 또는 제2의 본 발명의 전기적 접촉자를 적용한 전기적 접속장치를 실현할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태의 전기적 접촉자가 적용되어 있는 전기적 접속장치를 포함하는 검사장치의 구성을, 일부 단면으로 나타낸 개략 정면도이다.
도 2는 제1 실시형태의 전기적 접속장치(접촉자 지지기판)를 나타낸 개략 종단면도이다.
도 3은 제1 실시형태의 전기적 접촉자를 나타낸 개략 종단면도이다.
도 4는 제1 실시형태의 전기적 접촉자에서의 배럴을 나타낸 정면도이다.
도 5는 제1 실시형태의 전기적 접촉자에서의 톱 플런저의 상단 근방을 나타낸 정면도이다.
도 6은 배럴에 설치하는 스프링부의 수와 변형량과의 관계를 측정한 결과를 나타낸 설명도이다.
도 7은 제1 실시형태로부터, 보텀 플런저 및 톱 플런저의 길이를 변경한 변형 실시형태의 전기적 접촉자를 나타낸 개략 종단면도이다.
도 8은 제1 실시형태로부터, 톱 플런저의 상단 형상 또는 상단 위치를 변경한 변형 실시형태의 전기적 접촉자에서의 톱 플런저의 상단 근방을 나타낸 개략 종단면도이다.
도 9는 스프링부의 수를, 제1 실시형태의 3개에서 2개로 변경한 변형 실시형태의 전기적 접촉자가 적용된 전기적 접속장치(접촉자 지지기판)를 나타낸 개략 종단면도이다.
도 10은 종래의 전기적 접촉자를 나타낸 종단면도이다.

(A) 제1 실시형태

이하, 본 발명에 의한 전기적 접촉자 및 전기적 접속장치의 제1 실시형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.

우선, 제1 실시형태의 전기적 접촉자가 적용되어 있는 제1 실시형태의 전기적 접속장치를 포함하는 검사장치(프로버라 불리는 일이 많다)에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 검사장치는, 도 1과 같이 설치되는 것에 한정되지 않지만, 도 1 및 후술하는 다른 도면의 설명에서의 「상하방향」은 도 1의 상하방향을 나타내고 있다.

검사장치(10)는 주로 장치 본체(11), XYZθ 스테이지(12), 척(13), 카드형상 접속장치(프로브 카드라 불리는 일이 많다)(14), 접속장치 지지부(15)를 갖는다.

장치 본체(11)는 XYZθ 스테이지(12), 카드형상 접속장치(14) 등을 지지하기 위한 부재이다. 장치 본체(11)는 주로, 하부 베이스(16), 상부 베이스(17), 이들 하부 베이스(16) 및 상부 베이스(17) 사이를 지지하는 복수의 지주(18)를 갖추고 있다. 상부 베이스(17)의 중앙에는 개구(17A)가 설치되어 있다. 개구(17A)는 원형이나 사각형 등(이하에서는 원형으로 설명한다), 카드형상 접속장치(14)의 외형과 유사한 형태를 하고 있다. 개구(17A)의 안쪽 둘레의 위쪽에는, 접속장치 지지부(15)를 설치하기 위한 단(段)형상 오목부(17B)가 설치되어 있다.

XYZθ 스테이지(12)는, 척(13)을 X축 방향, Y축 방향 또는 Z축 방향을 따라 이동시키거나, 척(13)을 회전시키기 위한 스테이지이다. 척(13)은 웨이퍼 등의 검사대상물(19)을 진공흡착 등의 수단으로 지지하기 위한 기구이다.

카드형상 접속장치(14)는 검사대상물(19)과 시험장치(도시를 생략하고 있음)를 전기적으로 접속하기 위한 부재이다. 카드형상 접속장치(14)는 원반상의 배선기판(21)과, 접촉자 지지기판(제1 실시형태의 전기적 접속장치에 해당한다)(22)을 갖는다.

배선기판(21)은, 전기적 접촉자(20)로 이어지는 신호선 등을 배설함과 동시에, 접속장치 지지부(15)를 통하여 장치 본체(11)에 설치되고, 아래쪽에 설치된 접촉자 지지기판(22) 전체를 지지하기 위한 부재이다.

접촉자 지지기판(22)은, 다수의 전기적 접촉자(20)를 지지하기 위한 부재이다. 접촉자 지지기판(22)은 원형이나 사각형 등의 형상으로 형성되고, 그 위쪽 면이 배선기판(21)의 아래쪽 면과 일체로 설치되어 있다. 접촉자 지지기판(22)에는 다수의 전기적 접촉자(20)가 설치되어 있다.

각 전기적 접촉자(20)는, 예를 들어 검사대상물(19) 위에 형성된 반도체 디바이스의 전극 패드(도시하지 않음)에 대응한 위치에 설치되어 있다. 전기적 접촉자(20)가 XYZθ 스테이지(12)로 제어된 척(13)의 위쪽 면에 놓인 검사대상물(19)의 전극 패드 등에 접촉하여 검사가 실행된다.

도 2는 접촉자 지지기판(22)의 개략 구성을 설명하기 위한 종단면도이다. 도 2에서는, 설명의 간단화를 위해 9개의 전기적 접촉자(20)를 나타내고 있지만, 상술한 바와 같이, 접촉자 지지기판(22)은 다수의 전기적 접촉자(20)를 지지하고 있다. 또, 도 2에서는 전기적 접촉자(20)의 일군(一群)을 설치하는 공동(空洞)(캐비티)이 하나인 경우를 나타내고 있지만, 접촉자 지지기판(22)이 복수의 공동을 갖추고, 각 공동이 각각 전기적 접촉자(20)의 일군을 설치하도록 해도 좋다. 각 공동의 각각에서, 복수의 전기적 접촉자(20)의 배열은 1열로 한정되지 않고, 상하방항에서 보아 매드릭스상의 배치 등, 임의로 배치되어 있어도 좋다. 게다가, 전기적 접촉자(20)의 상세구성은 후술하는 도 3에 나타나 있고, 도 2에서는 전기적 접촉자(20)의 배치를 나타내는 것에 중점을 두고 있어, 도 2는 전기적 접촉자(20)의 구성을 정확하게 나타내고 있지 않다.

접촉자 지지기판(22)은, 보텀 가이드판(30), 아래쪽 절연시트(31), 중간 스페이서(32), 위쪽 절연시트(33), 톱 가이드판(34), 가이드 핀(35), 고정나사(36)를 갖는다.

보텀 가이드판(30)은, 각 전기적 접촉자(20)의 하부를 위치 결정하여 지지하고, 전기적 접촉자(20)의 접동(摺動)을 허락하기 위한 지지부재이다. 즉, 보텀 가이드판(30)은, 각 전기적 접촉자(20)의 하부의 위치 지지 가이드이다. 보텀 가이드판(30), 중앙에 아래쪽으로 향하는 오목부(30a)를 갖는 평판상으로 형성되어 있다. 오목부(30a)에는, 전기적 접촉자(20)의 하부가 관통되어 지지되는 하부 지지구멍(30b)이 설치되어 있다. 하부 지지구멍(30b)은 검사대상물(19)의 각 전극 패드(19a)와 정합(整合)하는 위치에, 각 전극 패드(19a)에 각각 대응하도록 설치되어 있다. 이에 의해, 각 하부 지지구멍(30b)에 각 전기적 접촉자(20)의 하부가 끼워짐으로써, 각 전기적 접촉자(20)의 하단부가 검사대상물(19)의 각 전극 패드(19a)와 접촉하게 되어 있다. 각 전기적 접촉자(20)의 후술하는 신축기능에 의해, 각 전기적 접촉자(20)의 하부는 전기적 접촉자(20)의 신축에 따라, 각 하부 지지구멍(30b)을 관통하고 있는 상태로 접동하도록 되어 있다. 보텀 가이드판(30)은, 예를 들어 세라믹으로 성형되어 있어 절연성을 갖는다.

아래쪽 절연시트(31)는, 인접하는 전기적 접촉자(20) 사이에서의 쇼트를 방지함과 동시에 각 전기적 접촉자(20)의 수직성을 지지하기 위한 부재이다. 아래쪽 절연시트(31)는, 내마모성 및 내열성이 우수한 합성수지제 필름, 예를 들어 폴리이미드 필름 등으로 얇게 구성되어 있다.

아래쪽 절연시트(31)에는, 보텀 가이드판(30)의 각 하부 지지구멍(30b)에 정합하는 위치에, 각 하부 지지구멍(30b)에 각각 대응하는 가이드 구멍(31a)이 설치되어 있다. 가이드 구멍(310a)의 직경은 전기적 접촉자(20)의 외경과 거의 같게 설정되어 있다. 이에 의해, 전기적 접촉자(20)가 가이드 구멍(31a)에 삽입되고, 흔들리지 않고 확실하게 지지되도록 되어 있다. 아래쪽 절연시트(31)는 각 전기적 접촉자(20)의 아래에 가까운 중간부를 지지하고 있다.

아래쪽 절연시트(31)는, 그 가장자리가 보텀 가이드판(30)과 중간 스페이서(32)로 끼워져 지지되어 있다. 아래쪽 절연시트(31)의 상하방향의 위치에 대해서는, 후술하는 전기적 접촉자(20)의 구체적 구성의 설명에서 명확히 한다.

중간 스페이서(32)는, 아래쪽 절연시트(31)와 위쪽 절연시트(33)를 소정의 간격으로 유지함과 동시에, 아래쪽 절연시트(31) 및 위쪽 절연시트(33)를 보텀 가이드판(30) 및 톱 가이드판(34)과 함께 끼워 지지하기 위한 부재이다. 중간 스페이서(32)는 두꺼운 환상(環狀)으로 형성되어 있다. 중간 스페이서(32)는 보텀 가이드판(30)의 형상에 맞추어, 원형 고리나 사각형 고리 등으로 형성되어 있다. 중간 스페이서(32)의 두께는, 아래쪽 절연시트(31) 및 위쪽 절연시트(33)의 상하방향의 위치를 소정 위치로 하도록 선정되어 있다.

위쪽 절연시트(33)는, 아래쪽 절연시트(31)와 마찬가지로, 인접하는 전기적 접촉자(20) 사이에서의 쇼트를 방지함과 동시에, 각 전기적 접촉자(20)의 수직성을 지지하기 위한 부재이다. 위쪽 절연시트(33)도 내마모성 및 내열성이 우수한 합성수지제 필름, 예를 들어 폴리이미드 필름 등으로 얇게 구성되어 있다.

위쪽 절연시트(33)에는, 아래쪽 절연시트(31)의 각 가이드 구멍(31a)에 정합하는 위치에, 각 가이드 구멍(31a)에 각각 대응하는 가이드 구멍(33a)이 설치되어 있다. 가이드 구멍(33a)의 직경은 전기적 접촉자(20)의 외경과 거의 동일하게 설정되어 있다. 이에 의해, 전기적 접촉자(20)가 가이드 구멍(33a)에 삽입되고, 흔들리지 않고 확실하게 지지되도록 되어 있다. 위쪽 절연시트(33)는 각 전기적 접촉자(20)의 위에 가까운 중간부를 지지하고 있다.

위쪽 절연시트(33)는, 그 가장자리가 중간 스페이서(32)와 톱 가이드판(34)으로 끼워져 지지되어 있다. 위쪽 절연시트(33)의 상하방향의 위치에 대해서는, 후술하는 전기적 접촉자(20)의 구체적 구성의 설명에서 명확히 한다.

톱 가이드판(34)은, 각 전기적 접촉자(20)의 상부를 위치 결정하여 지지하고, 전기적 접촉자(20)의 접동을 허락하기 위한 지지부재이다. 즉, 톱 가이드판(34)은 각 전기적 접촉자(20)의 상부의 위치 지지 가이드이다. 톱 가이드판(34)은 중앙에 위쪽으로 향하는 오목부(34a)를 갖는 평판상으로 형성되어 있다. 오목부(34a)에는 전기적 접촉자(20)의 상부가 관통되어 지지되는 상부 지지구멍(34b)이 설치되어 있다. 상부 지지구멍(34b)은 위쪽 절연시트(33)의 각 가이드 구멍(33a)에 정합하는 위치에서, 그리고, 배선기판(21)의 도시하지 않은 각 전극과 정합하는 위치에, 배선기판(21)의 각 전극에 각각 대응하도록 설치되어 있다. 이에 의해, 각 상부 지지구멍(34b)에 각 전기적 접촉자(20)의 상부가 끼워짐으로써, 각 전기적 접촉자(20)의 상단부가 배선기판(21)의 각 전극과 접촉하도록 되어 있다. 각 전기적 접촉자(20)의 후술하는 신축기능에 의해, 각 전기적 접촉자(20)의 상부는 전기적 접촉자(20)의 신축에 따라, 각 상부 지지구멍(34b)을 관통하고 있는 상태에서 접동하도록 되어 있다. 톱 가이드판(34)은 예를 들어 세라믹으로 성형되어 있어 절연성을 갖는다.

또한, 톱 가이드판(34) 대신에, 원형 고리나 사각형 고리 등으로 형성되어 있는 스페이서를 적용하는 것이어도 좋다(일본공개특허 특개2011-145279호 공보 참조).

가이드 핀(35)은, 적어도 보텀 가이드판(30)과 중간 스페이서(32)와 톱 가이드판(34)을 겹칠 때에, 서로 정확하게 위치 결정되도록 하기 위한 핀이다. 또한, 가이드 핀(35)이 카드형상 접속장치(14)의 도시하지 않은 다른 구성요소도 관통하여 위치 결정하는 것이어도 좋다.

고정 나사(36)는, 접촉자 지지기판(22) 전체를 일체로 고정하기 위한 나사이다. 보텀 가이드판(30), 아래쪽 절연시트(31), 중간 스페이서(32), 위쪽 절연시트(33) 및 톱 가이드판(34)은, 고정 나사(36)에 의해 일체로 고정되고, 그리고 탈착 가능하게 설치되어 있다. 이에 의해, 절연시트(31, 33) 및 중간 스페이서(32)는 적절히 교체되도록 되어 있다.

도 3은, 제1 실시형태의 전기적 접촉자(20)의 구성을 나타낸 단면도이고, 전기적 접촉자(20)의 중심축을 지나는 평면으로 절단한 종단면도이다.

전기적 접촉자(20)는, 배럴(40), 보텀 플런저(41), 톱 플런저(42)를 갖는다. 배럴(40), 보텀 플런저(41) 및 톱 플런저(42)는 모두 도전성의 재질로 형성되어 있다.

배럴(40)은 대개 원통형상을 갖는다. 제1 실시형태의 전기적 접촉자(20)에서의 배럴(40)은 상하방향(길이방향)으로 탄성력을 발휘하는 3개의 스프링부(40b, 40d 및 40f)를 갖고, 그 이외의 부분은 탄성력을 발휘하지 않는 비스프링부(40a, 40c, 40e 및 40g)로 되어 있다. 즉, 배럴(40)은 아래쪽부터 제1 비스프링부(40a), 제1 스프링부(40b), 제2 비스프링부(40c), 제2 스프링부(40d), 제3 비스프링부(40e), 제3 스프링부(40f) 및 제4 비스프링부(40g)를 갖는다.

3개의 스프링부(40b, 40d 및 40f)에 의해, 상하방향으로 원하는 탄성력을 발휘할 수 있다. 원하는 탄성력을 발휘하는 것뿐이라면, 3개의 스프링부(40b, 40d 및 40f)의 길이의 총합과 같은 길이를 갖는 1개의 스프링부를 설치하도록 해도 좋다. 그러나, 제1 실시형태에서는, 하기의 이유에 의해, 3개의 스프링부(40b, 40d 및 40f)를 설치하는 것으로 하고 있다.

검사대상물(19)을 상승시켜(도 2 참조), 전기적 접촉자(20)의 양단을, 검사대상물(19)의 전극 패드(19a)나 배선기판(21)(도 1)의 전극에 접촉시킬 때에는, 접촉시점 이후도 검사대상물(19)을 다소 상승(오버 드라이브)시켜 접촉을 보다 확실한 것으로 하고 있다. 이와 같은 오버 드라이브 시에는, 전기적 접촉자(20)에의 항력도 커진다. 스프링부의 길이가 긴 상황에서는, 항력의 방향이 조금이라도 상하방향에서 벗어나면, 스프링부 부분에서 전기적 접촉자가 상하방향에 직교하는 방향으로 변형하기 쉽지만, 스프링부의 길이가 짧을수록 이와 같은 변형이 어려워진다.

상술한 바와 같이, 전기적 접촉자(20)는 하부 및 상부뿐 아니라, 그 중간부분도 아래쪽 절연시트(31) 및 위쪽 절연시트(33)에 의해 수직성이 지지된다. 아래쪽 절연시트(31) 또는 위쪽 절연시트(33)에 접촉하는 전기적 접촉자(20) 부분이 스프링부인 경우에는, 오버 드라이브나 그 해방에 의해, 전기적 접촉자(20)가 상하방향으로 이동하는 것을 방해한다. 그 때문에, 아래쪽 절연시트(31) 또는 위쪽 절연시트(33)에 접촉하는 전기적 접촉자(20) 부분은 비스프링부가 바람직하다. 아래쪽 절연시트(31) 또는 위쪽 절연시트(33)에 접촉하는 전기적 접촉자(20) 부분을 비스프링부로 하는 데는, 3개의 스프링부(40b, 40d 및 40f)를 설치하는 것이 적절하다. 아래쪽 절연시트(31) 및 위쪽 절연시트(33)에 접촉하는 전기적 접촉자(20) 부분을 동일한 비스프링부로 하고, 스프링부를 2개로 하는 것도 생각할 수 있지만, 이 경우는 3개의 스프링부를 설치한 경우에 비해, 상술한 오버 드라이브 시의 변형의 우려가 커진다.

도 4는, 제1 실시형태의 전기적 접촉자(20)에서의 배럴(40)을 나타낸 정면도이다. 제1 실시형태의 전기적 접촉자(20)가 상하운동에 따른 중심축 주위의 회전이 문제가 되지 않는 것인 경우에는, 도 4(A)에 나타낸 바와 같이, 배럴(40)에서의 3개의 스프링부(40b, 40d 및 40f) 모두 같은 나선상의 것을 적용하면 좋다. 제1 실시형태의 전기적 접촉자(20)가 상하운동에 따른 중심축 주위의 회전이 문제가 되는 경우에는, 도 4(B)에 나타낸 바와 같이, 배럴(40)에서의 3개의 스프링부(40b, 40d 및 40f)로서, 다른 방향의 나선을 갖는 부분의 길이가 같아지도록 한 것을 적용하면 좋다. 도 4(B)는 스프링부(40b)의 나선이 오른쪽으로 올라가고, 스프링부(40f)의 나선이 왼쪽으로 올라가고, 스프링부(40d)가 오른쪽으로 올라가는 나선부분과 왼쪽으로 올라가는 나선부분이 반반이 되는 예를 나타내고 있다.

보텀 플런저(41)는 대개 원주형상을 갖는다. 보텀 플런저(41)의 외경은 배럴(40)의 내경과 거의 일치하고 있고, 보텀 플런저(41)가 배럴(40)의 하단의 개구에서 위쪽으로 삽입되어 지나고 있다.

보텀 플런저(41)의 하부(41a)는, 배럴(40)의 하단에서 아래쪽으로 돌출해 있다. 하부(41a)의 돌출량은, 보텀 가이드판(30)의 하부 지지구멍(30b)을 관통하여, 검사대상물(19)의 전극 패드(19a)와 접촉할 수 있는 길이로 선정되어 있다. 보텀 플런저(41)가 배럴(40)의 하단에서 돌출함으로써, 배럴(40)의 하단에 생기는 단차가 보텀 가이드판(30)의 하부 지지구멍(30b) 주변의 윗면(내면) 부분과 걸림으로써, 전기적 접촉자(20)가 하부 지지구멍(30b)으로부터 빠지지 않도록 되어 있다. 보텀 가이드판(30)의 하부 지지구멍(30b)의 직경은 보텀 플런저(41)의 외경과 거의 같게 되어 있다.

배럴(40)의 가장 아래의 비스프링부(40a)의 소정 높이의 위치(둘레방향의 1점이 아니고, 수 점 또는 원을 나타내고 있다; 여기에서의 점은 작은 점에 한정되지 않고, 예를 들어 길이방향으로 긴 원 등의 접합영역을 모은 영역이어도 좋다)(PB)에 있어서, 비스프링부(40a)와 보텀 플런저(41)가 예를 들어 저항용접(스팟 용접), 레이저 용접 또는 리벳에 의해 접합되어 서로 고정되어 있다. 저항용접을 적용하는 경우에는, 저항용접에 의한 접합이 강고해지도록, 배럴(40)의 안쪽 둘레면의 전역 또는 일부 영역이나 보텀 플런저(41)의 외주면의 일부 영역 등에 동일 재질(예를 들어 금)에 의한 도금을 실시하도록 해도 좋다.

보텀 플런저(41)의 상단은 전기적 접촉자(20)에 상하방향의 외력이 인가되지 않은 상태에서도 가장 위쪽에 위치하고 있는 비스프링부(40g)의 내부에 도달해 있다. 보텀 플런저(41)에서의 고정점(PB)보다 위의 대부분은, 스프링부(40b, 40d 및 40f)의 신축에 의해, 배럴(40) 내를 상대적으로 접동한다.

톱 플런저(42)는 대개 원주형상을 갖는다. 톱 플런저(42)의 외경은, 배럴(40)의 내경과 거의 일치하고 있고, 톱 플런저(42)가 배럴(40)의 상단의 개구에서 아래쪽으로 삽입되어 지나고 있다. 톱 가이드판(34)의 상부 지지구멍(34b)의 직경은 톱 플런저(42)의 외경과 거의 같게 되어 있다.

톱 플런저(42)의 대체로 상반부(42a)는, 배럴(40)의 상단에서 위쪽으로 돌출해 있다. 상반부(42a)의 돌출량은 배선기판(21)(도 1)의 전극과 접촉하는 부분이 배럴(40)이 아니고, 톱 플런저(42)인 것을 보증할 수 있는 양으로 선정되어 있다. 배럴(40)의 가장 위의 비스프링부(40g)의 소정 높이의 위치(PT)에서, 비스프링부(40g)와 톱 플런저(42)가 접합되어 서로 고정되어 있다. 배럴(40)과 톱 플런저(42)와의 접합 방법은 상술한 배럴(40)과 보텀 플런저(41)와의 접합 방법과 동일하다.

전기적 접촉자(20)에 상하방향의 외력이 인가되지 않은 상태에서, 톱 가이드판(34)의 상부 지지구멍(34b)을, 배럴(40)의 가장 위의 비스프링부(40g)가 관통해 있도록, 상부 지지구멍(34b)이나 비스프링부(40g)의 길이가 선정되어 있다. 또, 가령, 전기적 접촉자(20)에 상하방향의 외력이 가해져, 톱 플런저(42)의 상단이 톱 가이드판(34)의 윗면과 거의 같아졌다 해도, 배럴(40)의 가장 위의 비스프링부(40g)의 일부가 상부 지지구멍(34b) 내에 위치해 있도록, 상부 지지구멍(34b)이나 비스프링부(40g)의 길이가 선정되어 있다.

도 5는, 제1 실시형태의 전기적 접촉자에서의 톱 플런저(42)의 상단 근방을 나타낸 정면도이다.

제1 실시형태의 전기적 접촉자(20)는, 종래의 전기적 접촉자와는 달리, 배럴의 상단이 아니고, 톱 플런저(42)의 상단이 배선기판(21)의 전극과 접촉한다. 그 때문에, 배선기판(21)의 전극의 형상 등에 따라, 톱 플런저(42)의 상단 형상을 선정하면 된다. 종래의 전기적 접촉자에서는, 배선기판의 전극에 접촉하는 것이 배럴의 상단, 즉 원형 고리이기 때문에 배선기판의 전극의 형상 등에 따라, 배럴의 상단 형상을 선정할 여지는 없다. 제1 실시형태의 경우, 톱 플런저(42)의 상단이 배선기판(21)의 전극과 접촉하기 때문에, 접촉하는 상단의 형상을 선정할 수 있다. 예를 들어, 톱 플런저(42)의 상단을, 도 5(A)에 나타낸 바와 같이 플랫으로 해도 좋고, 또 도 5(B)에 나타낸 바와 같이 플랫의 모서리를 둥글게 한 형상으로 해도 좋고, 게다가 도 5(C)에 나타낸 것과 같이 반구 형상으로 해도 좋다.

톱 플런저(42)의 하단은, 전기적 접촉자(20)에 상하방향의 외력이 인가되지 않은 상태에서, 가장 위쪽에 위치해 있는 비스프링부(40g)의 내부에 위치해 있다.

보텀 플런저(41)의 상단과 톱 플런저(42)의 하단과의 극간은, 전기적 접촉자(20)에 상하방향의 외력이 인가되지 않은 상태에서 가장 크다. 전기적 접촉자(20)에 상하방향의 외력이 가장 인가된 상술한 오버 드라이브 상태에서도, 보텀 플런저(41)의 상단과 톱 플런저(42)의 하단 사이에 극간이 있도록, 보텀 플런저(41)의 길이나 상단 위치, 톱 플런저(42)의 길이나 하단 위치, 및 비스프링부(40g)의 길이 등이 선정되어 있다.

원주형상을 갖는 보텀 플런저(41) 및 톱 플런저(42)는, 가운데가 비지 않은 것이어도 좋고 중공(中空)의 것이어도 좋다. 또, 보텀 플런저(41)와 톱 플런저(42)로 재질이 달라도 좋다.

새로운 검사대상물(19)의 검사를 할 때에는, 검사대상물(19)이 그것을 지지한 척(13)과 함께 XYZθ 스테이지(12)에 의해 위로 이동되고, 이윽고 검사대상물(19)의 전극 패드(19a)가 전기적 접촉자(20)의 보텀 플런저(41)의 하단과 접촉하고, 또, 전기적 접촉자(20)의 톱 플런저(42)의 상단과 배선기판(21)의 전극과도 더 접촉한다. 이후, 검사대상물(19)이 소정량만큼 위로 이동되어 오버 드라이브 상태가 된다. 위치 PB에서 보텀 플런저(41)에 고정되어 있음과 동시에, 위치 PT에서 톱 플런저(42)에 고정되어 있는 배럴(40)의 스프링부(40b, 40d, 40f)는 오버 드라이브에 의해 압축되고, 탄성력에 의해 상하방향으로 항력을 발휘한다. 그 때문에, 검사대상물(19)의 전극 패드(19a)와 전기적 접촉자(20)의 보텀 플런저(41)의 하단과의 접촉이나, 톱 플런저(42)의 상단과 배선기판(21)의 전극과의 접촉이 충분한 것이 된다. 이와 같은 접촉상태에서는, 검사대상물(19)의 전극 패드(19a)와 배선기판(21)의 전극은, 보텀 플런저(41), 배럴(40) 및 톱 플런저(42)를 통하여 전기적으로 접속된다.

이번 검사대상의 검사대상물(19)의 검사가 종료하면, 검사대상물(19)이 아래로 이동되고, 검사대상물(19)의 전극 패드(19a)와 전기적 접촉자(20)의 보텀 플런저(41)의 하단이 비접촉이 된다. 이에 따라, 배럴(40)의 스프링부(40b, 40d, 40f)가 대기상태까지 신장하고, 다음 검사대상물(19)의 검사를 기다리는 상태로 변화한다.

제1 실시형태에 의하면, 배선기판쪽과의 접촉을 담당하는 톱 플런저를 설치했기 때문에, 충분한 전기적 접촉성을 실현할 수 있어, 제품불량도 작아졌다. 종래의 전기적 접촉자의 접촉저항을 다수의 샘플(500개 이상)에 대해서 측정한 바, 접촉저항은 1∼13 Ω(저항값을 1 Ω 단위로 측정)의 범위로 고르지 못하고, 최빈값은 3 Ω이었다. 한편, 제1 실시형태의 전기적 접촉자(20)의 접촉저항을 다수의 샘플(500개 이상)에 대해서 측정한 바, 접촉저항은 1∼2 Ω의 범위로 고르지 못하고, 최빈값은 1 Ω였다.

그 결과, 측정값에 엄한 전기적 특성을 특정하는 곳에도, 제1 실시형태의 전기적 접촉자를 적용할 수 있다.

또, 제1 실시형태의 전기적 접촉자는, 구성요소로서, 종래보다 톱 플런저가 많아졌지만, 그래도 부품 수는 불과 3개이고, 전기적 접촉자의 제조는 용이하다.

게다가, 제1 실시형태에 의하면, 배럴(40)이 3개의 스프링부를 갖추고, 보텀 플런저(41)가 배럴(40)에서의 모든 스프링부(40b, 40d, 40f)를 지나고 있기 때문에, 오버 드라이브되어도 상하방향에 직교하는 방향 등으로의 변형을 방지할 수 있다.

본원 발명자는, 배럴에 설치하는 스프링부의 수와 변형량과의 관계를 측정하였다. 도 6은 그 결과를 나타낸 설명도이다.

길이 5.7 mm, 외경 70 ㎛, 내경 54 ㎛의 순니켈(순Ni)로 형성된, 스프링부의 수가 다른 측정용 배럴을 5종류 준비하였다. 그 제작은, 특허문헌 1에 기재된 방법을 적용하였다. 스프링부의 수는 각각 1, 2, 3, 4, 5이고, 모든 스프링부의 길이의 총합이 어느 종류의 배럴에서도 3.2841 mm가 되도록 했다. 또한, 스프링부의 수를 제외하고, 측정용 배럴은 대개 실제품의 스펙과 동일한 것이다. 그리고, 측정용 배럴의 일단을 고정하고, 타단에서 배럴의 길이방향에 대하여 200 ㎛만큼 밀어넣었다. 도 6은, 배럴의 중심축으로부터 직교방향으로 가장 떨어진 곳까지의 거리(이하, 변형량이라 부른다)를 나타내고 있고, 배럴의 중심축에서 직교방향으로 가장 떨어진 곳은, 어느 종류의 측정용 배럴이라도 스프링부에서의 중앙부분이었다.

스프링부가 1개인 측정용 배럴의 변형량은 442.34 ㎛이고, 스프링부가 2개인 측정용 배럴의 변형량은 170.51 ㎛이고, 눈으로도 변형을 알 수 있는 것이었다. 스프링부가 3개인 측정용 배럴의 변형량은 10.75 ㎛이고, 스프링부가 2개인 측정용 배럴의 변형량의 1/16이었다. 스프링부가 4개인 측정용 배럴의 변형량은 7.20 ㎛이고, 스프링부가 5개인 측정용 배럴의 변형량은 4.28 ㎛였다. 스프링부가 3개 이상인 측정용 배럴의 변형량에서는 눈으로 변형을 인식할 수 없는 정도이다.

배럴(40) 내부의 대부분에 보텀 플런저(41)가 삽입되어 지나, 보텀 플런저(41)가 길이방향(상하방향)에 직교하는 방향의 변형을 방지하는 기능을 한다고 할 수 있고, 배럴(40) 자체가 변형에 대한 내성이 높은 것이 바람직하고, 그에 의해 변형을 방지할 수 있다. 즉, 제1 실시형태의 배럴(40)과 같이 스프링부가 비스프링부를 끼움으로써 3개의 스프링부로 분할되어 있는 것이나, 배럴이 그보다 많은 스프링부로 분할되어 있는 것이 바람직하다.

제1 실시형태에 의하면, 보텀 가이드판(30) 및 톱 가이드판(34)뿐 아니라, 배럴(40)에서의 비스프링부(40c 및 40e)를 지지하는 아래쪽 절연시트(31) 및 위쪽 절연시트(33)에 의해서도 전기적 접촉자(20)를 지지하도록 했기 때문에, 전기적 접촉자(20)를 안정하게 수직으로 지지할 수 있고, 그 결과, 전기적 접촉자(20)에의 외력 방향을 상하방향으로 안정하게 할 수 있어 변형을 방지할 수 있다.

(B) 다른 실시형태

상기 제1 실시형태의 설명에서도 각종 변형 실시형태를 언급했으나, 이하에 예시하는 변형 실시형태를 더 들 수 있다.

제1 실시형태에 있어서는, 보텀 플런저(41)의 상단과 톱 플런저(42)의 하단이 배럴(40)의 가장 위쪽에 위치해 있는 비스프링부(40g)의 내부에 도달하도록, 보텀 플런저(41) 및 톱 플런저(42)의 길이 등이 선정되어 있는 것을 나타내었으나, 보텀 플런저(41)의 상단과 톱 플런저(42)의 하단이 배럴(40)의 다른 비스프링부(40a, 40c 또는 40e)의 내부에 도달하도록, 보텀 플런저(41) 및 톱 플런저(42)의 길이 등이 선정되어 있어도 좋다. 예를 들어, 도 7에 나타낸 바와 같이, 보텀 플런저(41)의 상단과 톱 플런저(42)의 하단이 배럴(40)의 위에서 2번째의 비스프링부(40e)의 내부에 도달하도록, 보텀 플런저(41) 및 톱 플런저(42)의 길이 등이 선정되어 있어도 좋다.

제1 실시형태에서는, 배선기판(21)의 전극에 접촉하는, 전기적 접촉자(20)의 부재로서 원주상의 톱 플런저(42)를 나타내었으나, 배럴(40)의 상단 대신에 배선기판(21)의 전극에 접촉하는 부재면 되고, 그 형상 등은 한정되지 않는 것이다. 예를 들어, 도 8(A)에 나타낸 것과 같은 원주상의 상단부가 외경보다 큰 머리 큰 부재여도 좋고, 또 도 8(B)에 나타낸 것과 같은 배럴(20)의 상단 개구를 막는 덮개여도 좋고, 게다가, 도 8(C)에 나타낸 것과 같은 배럴(20)의 상단 원형 고리를 면(面)으로 변환하기 위한 마개형상 부재여도 좋다. 특허청구의 범위에서는 덮개나 마개형상 부재를 포함하여 「제2 플런저」라 부르고 있다.

제1 실시형태의 전기적 접촉자(20)는, 배선기판(21)의 전극과의 전기적 접촉성을 높이는 톱 플런저(42)를 설치한 것(제1 특징)과, 배럴(40)의 스프링부의 수가 3개인 것(제1 실시형태의 효과의 설명에서 언급했듯이 3개에 한정되지 않고 3개 이상이면 된다; 제2 특징)을 큰 특징으로 하는 것이다. 이들 2가지 특징 중, 어느 한쪽 특징만을 적용하여 전기적 접촉자를 구성하도록 해도 좋다.

예를 들어, 제1 특징을 적용하고 있다면, 스프링부의 수가 1개나 2개여도 좋다. 배럴(40)의 재질이나 두께 등에 의해 변형의 우려가 작은 경우라면, 전기적 접촉성을 높이기 위해, 톱 플런저를 설치하는 것만을 도입하도록 해도 좋다. 도 9는, 2개의 스프링부를 갖는 전기적 접촉자가 적용된 접촉자 지지기판(전기적 접속장치)의 개략 구성을 나타내고 있고, 그림의 간이화를 기하여, 1개의 전기적 접촉자만을 적용하고 있는 것처럼 그리고 있다. 도 9에 나타낸 접촉자 지지기판은, 보텀 가이드판과, 중간 절연시트와, 톱 가이드판에 의해, 전기적 접촉자를 지지하는 것이고, 중간 절연시트는 전기적 접촉자의 중간의 비스프링부 부분을 지지한다.

또 예를 들어, 제2 특징을 적용하고 있다면, 전기적 접촉자가 톱 플런저를 갖추고 있지 않아도 좋다. 측정신호가 디지털 신호이고, 아날로그 신호인 경우와 달리, 전기적 접촉자에 요구되는 신호의 전달성능이 엄하지 않은 경우에는, 변형을 방지할 수 있는 배럴의 스프링부를 3개 이상으로 하는 것만을 도입하도록 해도 좋다. 예를 들어, 검사에 공급하는 신호가 아날로그 신호인 경우에는 제1 실시형태의 전기적 접촉자를 적용하고, 검사에 공급하는 신호가 디지털 신호인 경우에는 톱 플런저를 갖추지 않은 스프링부가 3개 이상인 배럴을 갖는 전기적 접촉자를 적용하도록 해도 좋다.

제1 실시형태에서는, 단면이 원형인 전기적 접촉자를 나타내었으나, 사각형이나 타원형 등 다른 단면형상을 갖는 전기적 접촉자여도 좋다.

본 발명의 전기적 접촉자는, 배선기판이나 반도체 집적회로 등에 갖추어진 전극들에 접촉되는 장치 전반에 이용할 수 있다. 또, 본 발명의 전기적 접속장치는 본 발명의 전기적 접촉자를 적어도 일부에 이용한 장치이고, 장치의 용도는 검사장치에 한정되는 것은 아니다.

19: 검사대상물 20: 전기적 접촉자
22: 접촉자 지지기판(전기적 접속장치)
30: 보텀(bottom) 가이드판 31: 아래쪽 절연시트
32: 중간 스페이서 33: 위쪽 절연시트
34: 톱(top) 가이드판 40: 배럴
40a, 40c, 40e, 40g: 비스프링부 40b, 40d, 40f: 스프링부
41: 보텀 플런저 42: 톱 플런저

Claims

제1 접촉대상 및 제2 접촉대상 사이를 전기적으로 접촉하는 전기적 접촉자에 있어서,
길이방향의 일부 구간이 스프링 기능을 발휘하는 스프링부로 되어 있는 배럴;
적어도 일부가 상기 배럴의 일단에서 삽입되어 있는, 상기 제1 접촉대상에 전기적으로 접촉하는 제1 플런저; 및
적어도 일부가 상기 배럴의 타단에서 삽입되어 상기 배럴의 타단 개구를 폐색함과 동시에, 상기 제2 접촉대상에 전기적으로 접촉하는 제2 플런저;
를 포함하고,
(a) 상기 제1 플런저에서의 상기 배럴 내의 단부와 상기 제2 플런저에서의 상기 배럴 내의 단부가, 상기 배럴이 갖는, 스프링 기능을 발휘할 수 없는 복수의 비스프링부 중, 동일한 비스프링부의 내부 공간에 위치해 있고,
(b) 상기 배럴이, 비스프링부를 사이에 두고 분리되어 있는 3개 이상의 스프링부를 갖고,
(c) 상기 제2 플런저에서의 배럴 내의 단부와 상기 제1 플런저에서의 배럴 내의 단부 사이에 극간이 형성되어 있고,
(d) 상기 제2 플런저에서의 배럴 내의 단부와 상기 제1 플런저에서의 배럴 내의 단부가 내부 공간에 위치해 있는 비스프링부 이외의 비스프링부 및 모든 스프링부의 내부 공간에 상기 제1 플런저 또는 상기 제2 플런저가 삽입되어 있고,
(e) 상기 배럴에서는, 스프링부와 스프링 기능을 발휘할 수 없는 비스프링부가 길이방향으로 나란히 설치되어 있고, 그리고
(f) 상기 배럴의 양단에는 각각 비스프링부가 형성되어 있고, 배럴의 양단의 비스프링부에 각각 대응하는 플런저가 고정되어 있는;
것을 특징으로 하는 전기적 접촉자.
삭제
삭제
삭제
삭제
제1 접촉대상 및 제2 접촉대상 사이를 전기적으로 접촉하는 전기적 접촉자를 복수개 갖는 전기적 접속장치에 있어서,
적어도 일부의 전기적 접촉자로서, 청구항 1에 기재된 전기적 접촉자를 적용한 것을 특징으로 하는 전기적 접속장치.