TWI452301B - 接觸探針及具備其之半導體元件用插槽 - Google Patents

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Takeyuki Suzuki
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Description

接觸探針及具備其之半導體元件用插槽
本發明係關於接觸探針及具備其之半導體元件用插槽。
以往，係提供作為將半導體元件(具有作為電極部之焊料球或焊料塊之IC(積體電路)封裝體等)與檢查裝置之檢查電路基板間電氣連接之接觸件而配設有接觸探針之半導體元件用插槽。作為此種配設於半導體元件用插槽之接觸探針，係使用由接觸於IC封裝體之焊料球之柱塞與將為了以既定壓力使接觸於焊料球之彈壓力賦予給柱塞之線圈彈簧構成者(參照例如專利文獻1,2)。
為了在電極部與接觸探針之間取得良好之電氣連接，需除去存在於電極部表面之氧化覆膜。因此，接觸探針係於由金屬薄板藉由沖壓加工壓製成既定形狀之板狀(參照專利文獻1)或圓柱狀(參照專利文獻2)所形成之柱塞前端，具備具有複數個銳利之接點部之接觸件。又，藉由線圈彈簧之彈壓力，柱塞之接觸件點接觸於電極部並突刺，藉此刺破氧化覆膜而得到良好之接觸。
[先行技術文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-152495號公報
[專利文獻2]日本特開2003-167001號公報
然而，半導體元件之電極部，有由大致球狀之焊料球構成之塊體或平板狀之墊等，其形態有各式各樣。特別是，成塊體之大致球狀之焊料球，其形狀亦不限於真球形，且亦有位置精度或大小之不均。因此，少見設於柱塞之接觸件之複數個接點部均一地接觸於焊料球，有接觸易產生不均而不穩定之傾向。又，由於焊料之表面不僅以氧化覆膜覆蓋，有時亦有異物附著之情形，因此為了使接觸件穩定地接觸於活性之焊料，必須賦予大壓力使接觸件咬入電極部，而有使電極部損傷之虞。
又，若藉由接觸時之壓力使柱塞之銳利接觸件咬入電極部之焊料球，則雖亦有電極部之焊料或異物轉印至柱塞之接觸件之情形，但此等附著之焊料或異物係難以除去。特別是，在反覆接觸動作之情形下，有時會於轉印至柱塞之接觸件之焊料表面亦形成氧化覆膜，因此，有氧化覆膜之接觸阻抗增大，無法維持良好之電氣連接之虞。
本發明之目的在於，提供接觸探針及具備其之半導體元件用插槽，其能抑制接觸件對半導體元件之電極部之接觸阻抗之增加，穩定地使接觸件接觸於電極部而順暢且良好地進行半導體元件之檢查。
能解決上述課題之本發明之接觸探針，具備設於柱塞前端而接觸半導體元件之電極部之上部接觸件、接觸於檢查用基板之電極部之下部接觸件、以及將前述上部接觸件與前述下部接觸件往彼此分離之方向彈壓之彈性構件，其特徵在於：前述柱塞形成為具有於軸方向貫通之貫通孔之 筒狀；前述上部接觸件具有形成於前述柱塞前端之山型形狀之複數個尖銳部；前述尖銳部以通過山頂點之沿著前述柱塞之軸線之直線為邊界形成為非對稱形狀，往前述柱塞之中心側彎曲。
本發明之接觸探針中，較佳為前述尖銳部厚度形成為隨著往山頂點而逐漸變薄。
本發明之接觸探針中，較佳為前述尖銳部，相對通過山頂點之沿著前述柱塞之軸線之直線，形成山型形狀之稜線係配置於同一側。
本發明之接觸探針中，較佳為具備具有前述下部接觸件之副柱塞，前述柱塞與前述副柱塞被前述彈性構件往彼此分離之方向彈壓。
本發明之半導體元件用插槽，其具備上述任一者之接觸探針，使半導體元件之電極部與前述檢查用基板之電極部透過前述接觸探針導通。
根據本發明之接觸探針，由於上部接觸件之尖銳部形成於山型形狀，且以通過山頂點之沿著柱塞之軸線之直線為邊界形成為非對稱形狀，因此能使半導體元件之電極部沿著尖銳部之較長稜線滑動以線接觸。藉此能確實地使半導體元件之電極部與上部接觸件之尖銳部確實且穩定地導通。又，各尖銳部由於係易往柱塞之中心側彎曲且彈性變形之構造，因此即使半導體元件之電極部與接觸探針最初之接觸位置偏移，亦能藉由尖銳部彈性變形吸收半導體元件之電極部與各尖銳部之距離差。藉此，能使各尖銳部無 不均地均一接觸於半導體元件之電極部。又，根據本發明之半導體元件用插槽，使半導體元件之電極部與檢查用基板之電極部透過接觸探針確實地導通，能維持多數次之半導體元件之檢查之可靠性。
以下，參照圖式說明本發明之接觸探針及具備其之半導體元件用插槽之實施形態例。如圖1所示，本實施形態之接觸探針11，具備由具有導電性之金屬材料形成之柱塞12。於此柱塞12，在其上端即前端具有上部接觸件13。又，接觸探針11於下方側具有下部接觸件14。
如圖2及圖3所示，柱塞12形成為具有於軸方向貫通之貫通孔15之筒狀，於此柱塞12下方側設有副柱塞16。此副柱塞16係由具有導電性之金屬材料形成，其下端部形成為下部接觸件14。
又，接觸探針11於柱塞12之貫通孔15內收容有較貫通孔15之徑略小之外徑之線圈彈簧(彈性構件)17。此線圈彈簧17由彈簧鋼形成，藉由此線圈彈簧17之彈性力，相對柱塞12將副柱塞16往後端側彈壓。藉此，柱塞12之上部接觸件13與副柱塞16之下部接觸件14被線圈彈簧17往彼此分離之方向彈壓。
如圖4及圖5所示，設於此柱塞12前端之上部接觸件13具有山型形狀之複數個(本例中為4個)尖銳部25，此尖銳部25係以該山之頂點26為邊界於兩側具有稜線27a, 27b。如圖4(b)所示，此尖銳部25以通過山頂點26之沿著柱塞12之軸線之直線A為邊界形成為非對稱形狀。藉此，尖銳部25之稜線27a,27b之長度相異。具體而言，稜線27b之長度較稜線27a短。又，如圖1~圖5所示，於形成為圓筒狀之柱塞12形成有於周方向往外周突出之突緣部22。
如圖6(a)所示，上部接觸件13中各自之尖銳部25往柱塞12之中心側彎曲。藉此，通過各尖銳部25之頂點26之圓之徑，較形成於柱塞12之貫通孔15之徑小。又，通過此尖銳部25之頂點26之圓之徑，較線圈彈簧17之外徑小。因此，如圖2所示，線圈彈簧17，其上端抵接於上部接觸件13之尖銳部25之內面，以防止從柱塞12上端脫出。此外，尖銳部25亦可如圖6(b)所示，厚度形成為隨著往山頂點26而逐漸變薄，亦可如圖6(c)所示，彎曲成往外周側膨出。又，如圖2所示，柱塞12之下端，作成其徑隨著往中心方向捲入而逐漸變小之內縮部29。
如圖2及圖3所示，副柱塞16具有圓柱狀之棒狀部31與形成於此棒狀部31之軸之中間部之突緣部32，棒狀部31之下端部作為下部接觸件14。棒狀部31具有較線圈彈簧17內徑略小之外徑，突緣部32具有較線圈彈簧17內徑大且較柱塞12之貫通孔15之徑略小之外徑。又，此副柱塞16，棒狀部31之上端側插入於線圈彈簧17，突緣部32抵接於線圈彈簧17。又，副柱塞16係抵抗線圈彈簧17之彈壓力壓入於柱塞12之貫通孔15內而被收容，卡合於柱塞12之內縮部29以防止從柱塞12下端脫出。
又，如上述構成之接觸探針11中，線圈彈簧17係在被壓縮之狀態下收容於柱塞12之貫通孔15內。藉此，柱塞12與副柱塞16被線圈彈簧17往彼此分離之方向彈壓，上部接觸件13與下部接觸件14被往彼此分離之方向彈壓。
其次，說明具備複數支接觸探針11之半導體元件用插槽。如圖7所示，半導體元件用插槽41，具有探針收容塊43，於檢查用基板42上被定位銷44定位而被鎖固螺栓45固定。
探針收容塊43由分別具有絕緣性之接觸件排列基板51與插槽基板52構成。於插槽基板52之下面側形成有排列基板收容凹部53，於此排列基板收容凹部53嵌入有接觸件排列基板51，藉由定位銷54定位並以小螺絲55加以鎖固。
於插槽基板52形成有複數個探針收容孔61，於此等探針收容孔61從下方側插入接觸探針11而被收容。探針收容孔61於其軸方向之中間部形成有段部62，以此段部62為邊界，上方側形成為較柱塞12之突緣部22更小徑，下方側形成為較柱塞12之突緣部22略大徑。藉此，從下方側插入之接觸探針11，柱塞12之突緣部22卡合於段部62，被限制往上方側之移動。
於固定於插槽基板52之接觸件排列基板51，形成有對應各探針收容孔61之複數個接觸件保持孔65。於此等接觸件保持孔65插入有收容於探針收容孔61之接觸探針11之下部接觸件14。藉此，接觸探針11之下部接觸件14被接觸件保持孔65保持而配置於檢查用基板42之既定位置。 於檢查用基板42，在接觸探針11之下部接觸件14之配置位置設有電極部(圖示省略)，導通接觸各個接觸探針11之下部接觸件14。
於插槽基板52之上面側形成有插槽凹部67，於下面側設有具有焊料球71之複數個電極部72之半導體元件73能從上方側收容於此插槽凹部67。
在以上述半導體元件用插槽41檢查半導體元件73時，係使半導體元件73收容於插槽基板52之插槽凹部67。在此狀態下，如圖8所示，以按壓體75將半導體元件73往下方按壓。接著，半導體元件73被往插槽凹部67壓入，而如圖9(a)所示，構成電極部72之焊料球71接近對應之接觸探針11之上部接觸件13，其後如圖9(b)所示，焊料球71被按壓接觸於上部接觸件13。
如上述，在焊料球71被按壓於接觸探針11之上部接觸件13後，即對接觸探針11賦予沿軸方向之壓縮力，前述之線圈彈簧17被壓縮。因此，線圈彈簧17之彈性力變大，以此線圈彈簧17之彈性力將接觸探針11之下部接觸件14往檢查用基板42之電極部按壓。
由於接觸探針11之上部接觸件13之尖銳部25形成為山型形狀，而且如圖1及圖4(b)所示，以通過山頂點26之沿著柱塞12之軸線之直線A為邊界形成為非對稱形狀，因此尖銳部25之頂點26對按壓於上部接觸件13之焊料球71之咬入被抑制為幾乎沒有之狀態。藉此，焊料球71沿著尖銳部25之較長之稜線27a往與軸方向交叉之方向位移。因 此，焊料球71與各尖銳部25一邊被彼此按壓，一邊如圖9(b)所示微幅地滑動。藉此，即使焊料球71之表面或各尖銳部25之表面被氧化覆膜覆蓋或於焊料球71之表面或各尖銳部25之表面附著有異物，亦可藉由在焊料球71與尖銳部25之間彼此滑動，來除去氧化覆膜或異物。因此，焊料球71之活性焊料部分與上部接觸件13之尖銳部25之較長之稜線27a之一部分(圖5中箭頭部份)線接觸，而確實且穩定地導通。
又，由於各尖銳部25往柱塞12之中心側彎曲，因此如圖10所示，各尖銳部25被按壓焊料球71而往內側(圖10箭頭方向)彈性變形。接著，若焊料球71與接觸探針11偏移，則藉由發揮較大荷重作用之尖銳部25較其他尖銳部25更大幅地往內側彈性變形，吸收焊料球71與各尖銳部25之距離之差，使各尖銳部25無不均地均一地接觸於焊料球71。藉此，半導體元件73之電極部72與檢查用基板42之電極部透過接觸探針11確實地導通，而能檢查半導體元件73。
如上述，根據上述實施形態之接觸探針，由於上部接觸件13之尖銳部25形成為山型形狀，而且以通過山頂點26之沿著柱塞12之軸線之直線A為邊界形成為非對稱形狀，因此能使焊料球71沿著尖銳部25之較長之稜線27a滑動以線接觸。藉此，能確實地使焊料球71之活性焊料部分與上部接觸件13之尖銳部25確實且穩定地導通。
又，各尖銳部25因易往柱塞12之中心側彎曲故易往 中心側彈性變形。因此，即使焊料球71與接觸探針11偏移，亦能藉由尖銳部25彈性變形吸收焊料球71與各尖銳部25之距離差，能使各尖銳部25無不均地均一接觸於焊料球71。
特別是，只要將尖銳部25作成厚度隨著往山頂點26逐漸變薄之形狀，則成為更容易彈性變形之構造，能謀求各尖銳部25對焊料球71之接觸狀態之進一步均一化。
又，根據具備此接觸探針11之半導體元件用插槽41，能使半導體元件73之電極部72與檢查用基板42之電極部透過接觸探針11確實地導通。因此，能維持多數次之半導體元件73之檢查之可靠性。
又，本實施形態之接觸探針11，能藉由切削加工或沖壓加工對柱塞12加工，進而組裝線圈彈簧17及副柱塞16來較容易地製造。其次，說明接觸探針11之製造方法一例之概要。
(1)關於柱塞12之加工(切削加工之情形)，如圖11(a)所示，於銅或鐵系等金屬棒材之一端，使用車床等形成線圈彈簧17能插入之貫通孔15，製作作為柱塞12之圓筒體81。此時，圓筒體81之厚度為對半導體元件73之檢查時作用之荷重具有充分強度之厚度。如圖11(b)所示，將作為上部接觸件13之圓筒體81前端部切削成錐形狀。如圖11(c)所示，切削形成為錐形狀之圓筒體81之前端部，形成V字狀之切口82。
如圖11(d)所示，一邊使圓筒體81旋轉一邊於複數處 形成V字狀之切口82，而形成山型形狀之複數個尖銳部25。此時，尖銳部25形成為以通過山頂點26之沿著作為柱塞12之圓筒體81之軸線之直線A(參照圖1及圖4)為邊界形成為非對稱形狀。
如圖11(e)所示，對圓筒體81之前端部進行彎曲加工，使各個尖銳部25往圓筒體81中心側彎曲。其後，從棒體切離圓筒體81而作成柱塞12，並對此柱塞12依照材質進行鍍鎳或鍍金等各種表面處理。
(沖壓加工之情形)如圖12(a)所示，對銅或鐵系等金屬板85，使用沖壓加工機等藉由金屬模具施加沖壓加工。作為金屬板85，使用對半導體元件73之檢查時作用之荷重具有充分強度之板厚者。藉由此沖壓加工，於金屬板85之一側緣形成複數個V字狀之切口86，形成山型形狀之複數個尖銳部25。此時，尖銳部25形成為左右非對稱形狀。
如圖12(b)所示，藉由對金屬板85進行彎曲加工，形成為具有線圈彈簧17能插入之貫通孔15之圓筒狀。如圖12(c)所示，對由金屬板85構成之圓筒體之前端部進行彎曲加工，使各個尖銳部25往圓筒體中心側彎曲，而作成柱塞12。其後，對此柱塞12依照材質進行鍍鎳或鍍金等各種表面處理。
(2)關於尖銳部之彎曲加工，作為將構成柱塞12之上部接觸件13之尖銳部25往柱塞12中心側彎曲之彎曲加工，係如圖13(a)所示，使用成形治具91。於此成形治具91形成有成形凹部92。此成形凹部92具有往內部之底部側逐漸 變窄之錐壁93。
接著，如圖13(b)所示，將柱塞12之前端部壓入成形治具91之成形凹部92。接著，柱塞12前端之尖銳部25沿成形凹部92之錐壁93彎曲。藉此，如圖13(c)所示，製得具有往柱塞12中心側彎曲之尖銳部25之柱塞12。
(3)關於組裝步驟，為了將線圈彈簧17及副柱塞16阻裝於所製作之柱塞12，係如圖14(a)所示使用組裝治具95。於此組裝治具95形成有填隙凹部96。此填隙凹部96具有往底部側逐漸變窄之填隙壁97。又，於填隙凹部96之底部形成有保持凹部98。
使用此組裝治具95進行組裝，首先從柱塞12下端側往貫通孔15依序插入線圈彈簧17及副柱塞16。其次，如圖14(b)所示，將副柱塞16側往組裝治具95之填隙凹部96插入。接著，首先，藉由副柱塞16之下部接觸件14抵接於保持凹部98之底部而被限制往下方之移動。藉此，副柱塞16一邊使線圈彈簧17壓縮、一邊往柱塞12之貫通孔15內進入。
進一步往組裝治具95壓入，柱塞12之下端部沿著填隙凹部96之填隙壁97彎曲。藉此，如圖14(c)所示，柱塞12下端部被填隙而形成內縮部29，製得於柱塞12組裝有線圈彈簧17及副柱塞16之接觸探針11。
如此，接觸探針11能如上述般藉由將柱塞12切削加工或沖壓加工之任一加工方法容易地製作。因此，例如能視少量生產或大量生產等生產狀況選擇最佳加工方法而有效 率地製造，能防止因製作不需要之金屬模具導致之成本提升等。
此外，作為接觸探針11之尖銳部25之形狀不限於上述實施形態者。亦可如圖15(a),(b)所示，作為尖銳部25，為相對通過山頂點26之沿著柱塞12之軸線之直線A形成山型形狀之稜線27a,27b配置於同一側之形狀。由具有此種形狀之尖銳部25構成之上部接觸件13之接觸探針11，更容易產生因在半導體元件73檢查時作用之荷重而產生之尖銳部25之彈性變形，能得到與焊料球71之更加均一之接觸狀態。
在製作具有此種尖銳部25之柱塞12時亦同樣地，如圖15(a)所示，藉由沖壓加工於金屬板85之一側緣形成複數個形成複數個V字狀之切口86，形成山型形狀之複數個尖銳部25。此時，尖銳部25形成為左右非對稱形狀，而且形成為相對通過頂點26之直線A形成山型形狀之稜線27a,27b配置於同一側。接著，如圖15(b)所示，藉由對金屬板85進行彎曲加工，形成為具有線圈彈簧17能插入之貫通孔15之圓筒狀。
上述實施形態中，雖例示了具備具有下部接觸件14之副柱塞16之情形，但亦能採用不設置副柱塞16之構成。如圖16所示，此接觸探針11，係取代副柱塞16而將線圈彈簧17之下端部分作成下部接觸件14者。
具體而言，於線圈彈簧17下端部，使其捲繞徑較小且往軸方向密接地形成棒狀部17a，使此棒狀部17a從柱塞12 下端突出。接著，此接觸探針11中，線圈彈簧17之棒狀部17a發揮下部接觸件14之功能。根據此種構造之接觸探針11，能謀求因零件件數削減產生之成本降低。
又，構成柱塞12之上部接觸件13之尖銳部25之數目只要為複數個即可，不限定為4個。例如，作為具有較4個少之尖銳部25之上部接觸件13，可如圖17(a)所示將2個尖銳部25形成於對向位置，或如圖17(b)所示將3個尖銳部25於周方向等間隔地形成。
進而，作為具有較4個多之尖銳部25之上部接觸件13，可如圖17(c)所示將5個尖銳部25於周方向等間隔地形成，或如圖17(d)所示將6個尖銳部25於周方向等間隔地形成，進而如圖17(e)所示將8個尖銳部25於周方向等間隔地形成。
11‧‧‧接觸探針
12‧‧‧柱塞
13‧‧‧上部接觸件
14‧‧‧下部接觸件
15‧‧‧貫通孔
16‧‧‧副柱塞
17‧‧‧線圈彈簧(彈性構件)
25‧‧‧尖銳部
26‧‧‧頂點
27a,27b‧‧‧稜線
41‧‧‧半導體元件用插槽
42‧‧‧檢查用基板
71‧‧‧焊料球(電極部)
72‧‧‧電極部
73‧‧‧半導體元件
A‧‧‧直線
圖1係顯示本發明之接觸探針之一實施形態之立體圖。
圖2係將圖1之接觸探針之一半剖面視之側視圖。
圖3係圖1之接觸探針之分解剖面圖。
圖4係顯示構成圖1之接觸探針之柱塞之圖，(a)為俯視圖，(b)為側視圖。
圖5係顯示從構成圖1之接觸探針之柱塞之上方側觀看之立體圖。
圖6係顯示構成柱塞之上部接觸件之尖銳部之形狀例之圖，(a)至(c)分別為剖面圖。
圖7係顯示本發明之半導體元件用插槽構造一例之剖面圖。
圖8係顯示圖7之半導體元件用插槽之動作之剖面圖。
圖9係顯示焊料球對上部接觸件之接觸狀態之圖，(a)至(c)分別為側視圖。
圖10係針對柱塞之上部接觸件之尖銳部之彎曲顯示之柱塞之上部接觸件之剖面圖。
圖11係顯示切削加工之柱塞之製造步驟之圖，(a)至(e)分別為立體圖。
圖12係顯示藉由沖壓加工之柱塞製造步驟之圖，(a)為金屬板之俯視圖，(b)及(c)分別為立體圖。
圖13係顯示柱塞之上部接觸件之加工之圖，(a)至(c)分別為剖面圖。
圖14係顯示線圈彈簧及副柱塞對柱塞之組裝之圖，(a)至(c)分別為剖面圖。
圖15係顯示本發明之其他實施形態之接觸探針之柱塞之圖，(a)為金屬板之俯視圖，(b)所製造之柱塞之立體圖。
圖16係將本發明之其他實施形態之接觸探針之一半剖面視之側視圖。
圖17係顯示本發明之其他實施形態之接觸探針之柱塞之圖，(a)至(e)分別為立體圖。
11‧‧‧接觸探針
12‧‧‧柱塞
13‧‧‧上部接觸件
14‧‧‧下部接觸件
16‧‧‧副柱塞
22‧‧‧突緣部
25‧‧‧尖銳部
26‧‧‧頂點
27a,27b‧‧‧稜線
29‧‧‧內縮部
31‧‧‧棒狀部
A‧‧‧直線

Claims (8)

  1. 一種接觸探針，具備設於柱塞前端而接觸半導體元件之大略球狀的電極部之上部接觸件、接觸於檢查用基板之電極部之下部接觸件、以及將前述上部接觸件與前述下部接觸件往彼此分離之方向彈壓之彈性構件，其特徵在於：前述柱塞形成為具有於軸方向貫通之貫通孔之筒狀；前述上部接觸件具有形成於前述柱塞前端之山型形狀之複數個尖銳部；前述尖銳部以通過前述尖銳部上端之山頂點之沿著前述柱塞之軸線之直線為邊界形成為非對稱形狀，往前述柱塞之中心側彎曲，並且具有由前述山頂點延伸之2個稜線；前述山頂點與前述半導體元件之電極部接觸，前述尖銳部會彈性變形，並且在複數個前述尖銳部之一的前述稜線的一部分與前述半導體元件之電極部一邊線接觸，一邊互相地滑動。
  2. 如申請專利範圍第1項之接觸探針，其中，前述尖銳部厚度形成為隨著往山頂點而逐漸變薄。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之接觸探針，其中，前述尖銳部，相對通過山頂點之沿著前述柱塞之軸線之直線，形成山型形狀，並由其山頂點延伸之一對稜線係配置於同一側。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之接觸探針，其具備具有前述下部接觸件之副柱塞，前述柱塞與前述副柱塞被前述彈性構件往彼此分離之方向彈壓。
  5. 如申請專利範圍第3項之接觸探針，其具備具有前述下部接觸件之副柱塞，前述柱塞與前述副柱塞被前述彈性構件往彼此分離之方向彈壓。
  6. 一種半導體元件用插槽，其具備申請專利範圍第1或2項之接觸探針，使半導體元件之電極部與前述檢查用基板之電極部透過前述接觸探針導通。
  7. 一種半導體元件用插槽，其具備申請專利範圍第3項之接觸探針，使半導體元件之電極部與前述檢查用基板之電極部透過前述接觸探針導通。
  8. 一種半導體元件用插槽，其具備申請專利範圍第5項之接觸探針，使半導體元件之電極部與前述檢查用基板之電極部透過前述接觸探針導通。
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