TWI482973B - 彈簧用線材、接觸探針及探針單元 - Google Patents

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TWI482973B
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Description

彈簧用線材、接觸探針及探針單元
本發明係關於一種彈簧用線材、使用該彈簧用線材而形成之接觸探針、及具備該接觸探針之探針單元。
以往，就半導體封裝體等之電氣特性檢查中所使用之接觸探針而言，已知有一種藉由線圈彈簧連結設置在兩端之導電性之二個接觸部彼此的銷型探針(例如參照專利文獻1)。構成線圈彈簧之彈簧材料大多使用銅合金或貴金屬合金等單一材料，該等材料雖具有良好之彈簧特性，但具有電阻率高之問題。為了解決該問題以降低線圈彈簧之電阻率，已知有一種對彈簧材料之表面施予金等電阻率低之高導電性金屬的鍍覆之技術(例如參照專利文獻2)。此外，已知有一種對捲繞施予鍍覆之彈簧材料後之密捲繞部分的外周復施予鍍覆的技術(例如參照專利文獻3)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
(專利文獻1)日本特開2005-345235號公報
(專利文獻2)日本特開2008-25833號公報
(專利文獻3)日本特開2004-309490號公報
然而，近年來係使用具有1GHz以上之頻率的高頻信號作為輸出至半導體封裝體等之信號。為了實現可對應使用該高頻信號之電氣特性檢查的接觸探針，有必要謀求線圈彈簧之低電阻化及低電感化，以確保高導電性。在上述習知技術之情形時，為了實現線圈彈簧之低電阻化並使電感降低，係考慮將鍍覆膜之厚度予以增厚。然而，鍍覆膜之厚度有其極限(3μm左右)，因此僅將鍍覆膜之厚度增厚，係難以確保亦可對應於高頻信號之導電性。
本發明係鑑於上述問題而研創者，其目的在於提供一種可在確保彈簧性之同時確保亦可對應具有1GHz以上之頻率的高頻信號之導電性的彈簧用線材、使用該彈簧用線材之接觸探針、及使用該接觸探針之探針單元。
為了要解決上述課題，並達成上述目的，本發明之彈簧用線材係具備：線狀之芯材，由電阻率5.00×10-8 Ω‧m以下之導電性材料所構成；及被覆材，由縱彈性係數為1.00×104 kgf/mm2 以上之彈簧材料所構成，且被覆前述芯材之外周。
再者，本發明之彈簧用線材係在前述發明中，復具備用以被覆前述被覆材之外周的鍍覆膜。
再者，本發明之彈簧用線材係在前述發明中，前述被覆材之被覆厚度係比從前述芯材之橫剖面之重心至該橫剖面之外緣為止之距離的最小值更小。
再者，本發明之接觸探針係具備：第1及第2柱塞，各自由具有軸對稱形狀之導電性材料所構成；及壓縮線圈彈簧，其長度方向之兩端部分別被壓入於前述第1及第2柱塞之彼此相對向的端部，且朝該長度方向伸縮自如；前述壓縮線圈彈簧係以預定之間距捲繞前述發明之彈簧用線材而成。
再者，本發明之探針單元係具有：複數個接觸探針，其具有：第1及第2柱塞，各自由具有軸對稱形狀之導電性材料所構成；及壓縮線圈彈簧，其長度方向之兩端部分別被壓入於前述第1及第2柱塞之彼此相對向的端部，且朝該長度方向伸縮自如；以及探針保持具，其係呈板狀，且具有在使前述接觸探針之兩端部分別從相反之板面露出的狀態下以可伸縮之方式保持前述接觸探針之兩端部的複數個保持孔；前述壓縮線圈彈簧係以預定之間距捲繞前述發明之彈簧用線材而成。
再者，本發明之探針單元係在前述發明中，前述探針保持具係具有由導電性材料所構成之母材、及被覆前述母材之表面的絕緣被覆膜。
根據本發明，由於具備由電阻率5.00×10-8 Ω‧m以下之導電性材料所構成的線狀之芯材、及由縱彈性係數為1.00×104 kgf/mm2 以上之彈簧材料所構成且被覆前述芯材之外周的被覆材，因此可均衡地兼具導電性與彈簧性。因而，可在確保彈簧性之同時，確保亦可對應具有1GHz以上之頻率的高頻信號之導電性。
以下，參照附圖說明用以實施本發明之形態。此外，圖式係示意性者，應注意各部分厚度和寬度的關係、各部分厚度比率等亦有與實際者不同的情形，圖式彼此間當然亦包含彼此的尺寸關係或比率不同的部分之情形。
第1圖係顯示本發明之一實施形態之彈簧用線材之構成的橫剖視圖。第1圖所示之彈簧用線材1係具備：線狀之芯材2，由電阻率5.00×10-8 Ω‧m以下之導電性材料所構成；及被覆材3，由縱彈性係數為1.00×104 kgf/mm2 以上之彈簧材料所構成，且被覆前述芯材2之外周。
芯材2係具有圓形之橫剖面，並使用金、金合金、銅合金、鋁、鈹銅、鈹鎳、銀合金等中之任一材料而實現。
被覆材3係使用彈簧鋼、不鏽鋼、鈹鋼、硬鋼線、磷青銅等中之任一材料而實現。被覆材3之被覆厚度d係比芯材2之形成橫剖面之圓的半徑r(橫剖面之重心(圓之中心)與橫剖面之外緣之距離的最小值)更小。
具有以上之構成的彈簧用線材1係藉由對將芯材2插入由例如與被覆材3相同之材料所構成之管狀構件的中空部而一體化者施予拉絲加工或抽製加工而形成。此外，亦可藉由對將由構成芯材2之導電性材料及構成被覆材3之彈簧材料所構成之包層材作成圓形而使被覆材3被覆芯材2者施予抽製加工，而形成彈簧用線材1。
第2圖係顯示具備使用彈簧用線材1而實現之接觸探針的探針單元之構成的斜視圖。第3圖係顯示第2圖所示之探針單元之主要部分構成的局部剖視圖。該等圖所示之探針單元4係用以進行作為檢查對象之半導體封裝體100、與對半導體封裝體100輸出檢查用信號之測試器側的配線基板200之連接的裝置(測試用插座)。更具體而言，探針單元4係具備：複數個接觸探針5，在其長邊方向之兩端部分別與屬於不同之二個被接觸體之半導體封裝體100及配線基板200之電極接觸；探針保持具6，用以保持複數個接觸探針5；及基底構件7，以包圍探針保持具6之外周的方式配置，將探針保持具6予以固定並保持，並且抑制與探針保持具6接觸之半導體封裝體100的位置偏離。
接觸探針5係具備：第1柱塞51及第2柱塞52，各自由具有軸對稱形狀之導電性材料所構成；及壓縮線圈彈簧53，以預定間距捲繞彈簧用線材1而構成，其長度方向之兩端部分別被壓入於第1柱塞51及第2柱塞52之彼此相對向的端部，且朝該長度方向伸縮自如。在進行半導體封裝體100之檢查時，第1柱塞51係與半導體封裝體100接觸，而第2柱塞52係與配線基板200接觸。
第1柱塞51係具備：前端部51a，其具有尖銳端；凸緣部51b，具有比前端部51a之直徑大的直徑；轂部51c，經由凸緣部51b朝與前端部51a之相反方向突出，形成其直徑比凸緣部51b之直徑小且比壓縮線圈彈簧53之內徑略大的圓柱狀，且壓縮線圈彈簧53之一端部被壓入；及基端部51d，從轂部51c朝凸緣部51b之相反側突出，且形成其直徑比轂部51c之直徑小且比壓縮線圈彈簧53之內徑小的圓柱狀。第1柱塞51係形成相對於長度方向之中心軸為軸對稱的形狀。
第2柱塞52係形成與第1柱塞51相同之形狀，且具有前端部52a、凸緣部52b、轂部52c及基端部52d。此外，第2柱塞52亦可形成與第1柱塞51不同之形狀。
壓縮線圈彈簧53雖係以等間距捲繞彈簧用線材1而成者，但在本實施形態中，亦可適用由密捲繞部與疏捲繞部所構成之以不等2段間距捲繞彈簧用線材1而成的壓縮線圈彈簧。
探針保持具6係朝板厚方向重疊第1基板61與第2基板62者，且具有供接觸探針5插通並予以保持之複數個保持孔6h。複數個保持孔6h之配置圖案係對應於半導體封裝體100之電極的配置圖案而設定者。
在第1基板61設置有複數個孔部611。孔部611係具備：小徑孔611a，可供第1柱塞51之前端部51a插通；及大徑孔611b，與小徑孔611a形成同軸，且具有比小徑孔611a之直徑大的直徑。小徑孔611a係具有比凸緣部51b之直徑小的直徑，以防止第1柱塞51之脫落。第1基板61係具有：母材61a，其係由金屬所構成；及絕緣被覆膜61b，由樹脂等所構成，用以被覆母材61a之表面中之除了與第2基板62相對向之表面以外的表面。
在第2基板62設置有與設置在第1基板61之複數個孔部611分別對應的複數個孔部621。孔部621係與連通之孔部611一同構成保持孔6h。孔部621係具備：小徑孔611a，可供第2柱塞52之前端部52a插通；及大徑孔621b，與小徑孔621a形成同軸，且具有比小徑孔621a之直徑大的直徑。小徑孔621a係具有比凸緣部52b之直徑小的直徑，以防止第2柱塞52之脫落。第2基板62係具有：母材62a，其係由導電性材料所構成；及絕緣被覆膜62b，由樹脂等所構成，用以被覆母材62a之表面中之除了與第1基板61相對向之表面以外的表面。
依據具有以上構成之探針保持具6，藉由使用金屬作為母材61a、62a，即可使保持孔6h之強度提升。此外，依據探針保持具6，可抑制因熱所產生之變形，或抑制當探針保持具6所保持之接觸探針5的個數為大量(例如1000個左右)時因荷重增加所造成之翹曲變形。再者，依據探針保持具6，由於母材61a、62a形成強力之接地，因此會產生電磁波遮蔽效應，抑制檢查用信號之串擾，而可使作為探針單元4之電氣特性提升。
此外，在第3圖中，第1基板61與第2基板62雖係形成上下對稱之形狀，但第1基板61與第2基板62之板厚亦可不同。
在此，說明第1基板61與第2基板62之加工方法的概要。由於第1基板61與第2基板62之加工方法相同，因此以下係以第1基板61為例進行說明。在加工第1基板61時，首先藉由雷射加工或鑽孔加工等將具有預定直徑之貫通孔形成在以母材61a形成孔部611的位置。接著，使屬於絕緣被覆膜62b之材料的液狀樹脂流入裝有母材61a的預定之模具並使之硬化，藉此被覆母材61a之周圍，並且填充貫通孔之內部。然後，藉由對填充於貫通孔之樹脂部分進行開孔加工，以形成孔部611。最後，與半導體封裝體100相對向之表面係在殘留絕緣被覆膜62b之狀態下直接進行平面切削加工，另一方面，與第2基板62相對向之部分的表面係藉由進行平面切削而使母材61a露出，以完成第1基板61。
依據上述第1基板61之加工方法，由於在形成絕緣被覆膜61b後以平面切削之方式進行平坦度加工，因此母材61a之尺寸精密度的容許範圍會變廣，而可大幅地縮短第1基板61之加工時間。
此外，亦可應用粉末狀之陶瓷、或樹脂與陶瓷之混合體來作為絕緣被覆膜61b之材料。此時，只要藉由對絕緣被覆膜61b之材料施予熱及/或壓力，而使該絕緣被覆膜61b在母材61a之表面硬化即可。
依據以上說明之本發明的一實施形態，由於具備：由電阻率5.00×10-8 Ω‧m以下之導電性材料所構成的線狀之芯材；及由縱彈性係數為1.00×104 kgf/mm2 以上之彈簧材料所構成且被覆前述芯材2之外周的被覆材3，因此可均衡地兼具導電性與彈簧性。因而，可在確保彈簧性之同時，確保亦可對應具有1GHz以上之頻率的高頻信號之導電性。
再者，依據本實施形態，由於如上所述兼具導電性及彈簧性，因此即使減少壓縮線圈彈簧53之捲繞數(圈數)並使電感降低，亦不會明顯地損及彈簧性。因此，可使接觸探針5減短，並且可實現探針單元4之薄型化。特別是，在本實施形態中，由於探針保持具6之母材為金屬，因此可提供一種即使進行上述薄型化亦不會有強度上之問題的探針單元4。
再者，依據本實施形態，由於被覆材3係遍及全周被覆芯材2之外周，因此如日本特開2006-284292號公報所揭示，與以將芯材夾持在被覆材之態樣構成接觸探針之情形不同，不會在作為彈簧之特性上產生異向性。因此，容易應用在各種用途。
第4圖係顯示本實施形態之第1變形例之彈簧用線材之構成的橫剖視圖。第4圖所示之彈簧用線材8係除了彈簧用線材1之構成以外，亦在被覆材3之外周面具有由金、金錫合金或鈀等金屬所構成之鍍覆膜9。依據具有上述構成之彈簧用線材8，無須使鍍覆膜9增厚至極限，即可確保亦能對應高頻信號之導電性。
第5圖係顯示本實施形態之第2變形例之彈簧用線材之構成的橫剖視圖。第5圖所示之彈簧用線材10係具有與芯材2同樣之材料所構成的線狀之芯材11、及由與被覆材3同樣之材料所構成且被覆芯材11之外周的被覆材12，且形成矩形狀之橫剖面。被覆材12之厚度d1 係比芯材11之橫剖面之重心與外緣之距離的最小值r1 更小。
第6圖係顯示本實施形態之第3變形例之彈簧用線材之構成的橫剖視圖。第6圖所示之彈簧用線材13係具有與芯材2同樣之材料所構成的線狀之芯材14、及由與被覆材3同樣之材料所構成且被覆芯材14之外周的被覆材15，且形成對角部施予R倒角之大致矩形狀的橫剖面。被覆材15之厚度d2 係比芯材14之橫剖面之重心與外緣之距離的最小值r2 更小。
第7圖係顯示本實施形態之第4變形例之彈簧用線材之構成的橫剖視圖。第7圖所示之彈簧用線材16係具有與芯材2同樣之材料所構成的線狀之芯材17、及由與被覆材3同樣之材料所構成且被覆芯材17之外周的被覆材18，且形成橢圓形狀之橫剖面。被覆材18之厚度d3 係比芯材17之橫剖面之重心與外緣之距離的最小值r3 更小。
由第5圖至第7圖得知，在本實施形態中，可實現具有各種橫剖面形狀之彈簧用線材。
第8圖係顯示本實施形態之彈簧用線材1的其他應用例之連接端子之構成的圖。第8圖所示之連接端子19係具備：以形成圓筒狀之方式以等間距捲繞彈簧用線材1之線圈彈簧部19a；及以形成前端較細之錐狀的方式從該線圈彈簧部19a之兩端分別密捲繞彈簧用線材1而成的一對電極銷部19b、19c。具有上述構成之連接端子19亦可應用作為接觸探針。此外，亦可使線圈彈簧部之間距在途中改變。
就彈簧用線材1之應用例，可列舉金屬線型探針、拉伸線圈彈簧、扭力彈簧等。
以上雖說明用以實施本發明之形態，但本發明並非僅由上述之一實施形態所限定者。亦即，本發明係可包含在此未記載之各種實施形態者，在不脫離由申請專利範圍所特定之技術思想的範圍內，可進行各種設計變更等。
(產業上之可利用性)
本發明係除了可用於進行半導體封裝體等之電氣特性檢查之接觸探針所具備的彈性構件之外，亦可用於電氣電路之電氣接點用構件。
1、8、10、13、16．．．彈簧用線材
2、11、14、17．．．芯材
3、12、15、18．．．被覆材
4．．．探針單元
5．．．接觸探針
6．．．探針保持具
6h．．．保持孔
7．．．基底構件
9．．．鍍覆膜
19．．．連接端子
19a．．．線圈彈簧部
19b、19c．．．電極銷部
51．．．第1柱塞
51a、52a．．．前端部
51b、52b．．．凸緣部
51c、52c．．．轂部
51d、52d．．．基端部
52．．．第2柱塞
53．．．壓縮線圈彈簧
61．．．第1基板
61a、62a．．．母材
61b、62b．．．絕緣被覆膜
62．．．第2基板
100．．．半導體封裝體
200．．．配線基板
611、621．．．孔部
611a、621a．．．小徑孔
611b、621b．．．大徑孔
d．．．厚度
r．．．半徑
第1圖係顯示本發明之一實施形態之彈簧用線材之構成的橫剖視圖。
第2圖係顯示本發明之一實施形態之探針單元之構成的斜視圖。
第3圖係顯示本發明之一實施形態之探針單元之主要部分構成的局部剖視圖。
第4圖係顯示本發明之一實施形態之第1變形例之彈簧用線材之構成的橫剖視圖。
第5圖係顯示本發明之一實施形態之第2變形例之彈簧用線材之構成的橫剖視圖。
第6圖係顯示本發明之一實施形態之第3變形例之彈簧用線材之構成的橫剖視圖。
第7圖係顯示本發明之一實施形態之第4變形例之彈簧用線材之構成的橫剖視圖。
第8圖係顯示本發明之一實施形態之彈簧用線材的其他應用例之連接端子之構成的圖。
1．．．彈簧用線材
2．．．芯材
3．．．被覆材
d．．．厚度
r．．．半徑

Claims (7)

  1. 一種彈簧用線材，其特徵為具備：線狀之芯材，其係由電阻率5.00×10-8 Ω‧m以下之導電性材料所構成；及被覆材，其係由縱彈性係數為1.00×104 kgf/mm2以上之彈簧材料所構成，且被覆前述芯材之外周；且，橫剖面構成為圓形；前述被覆材係使用彈簧鋼、不鏽鋼、鈹銅、硬鋼線、磷青銅中之任一種材料所構成；前述被覆材之被覆厚度係比從前述芯材之橫剖面之重心至該橫剖面之外緣為止之距離的最小值更小。
  2. 如申請專利範圍第1項之彈簧用線材，其中，復具備用以被覆前述被覆材之外周的鍍覆膜。
  3. 如申請專利範圍第1項之彈簧用線材，其中，復具備用以被覆前述被覆材之外周的鍍覆膜。
  4. 一種接觸探針，其特徴為具備：第1及第2柱塞，各自由具有軸對稱形狀之導電性材料所構成；及壓縮線圏彈簧，其長度方向之兩端部分別被壓入於前述第1及第2柱塞之彼此相對向的端部，且朝該長度方向伸縮自如；前述壓縮線圏彈簧係以預定之間距捲繞申請專利範圍第1項至第3項中任一項之彈簧用線材而成。
  5. 一種探針單元，其特徴為具有： 複數個接觸探針，其具有：第1及第2柱塞，各自由具有軸對稱形狀之導電性材料所構成；及壓縮線圏彈簧，其長度方向之兩端部分別被壓入於前述第1及第2柱塞之彼此相對向的端部，且朝該長度方向伸縮自如；以及探針保持具，其係呈板狀，且具有在使前述接觸探針之兩端部分別從相反之板面露出的狀態下以可伸縮之方式保持前述接觸探針之兩端部的複數個保持孔；前述壓縮線圏彈簧係以預定之間距捲繞申請專利範圍第1項至第3項中任一項之彈簧用線材而成。
  6. 如申請專利範圍第5項之探針單元，其中，前述探針保持具係具有由導電性材料所構成之母材、及被覆前述母材之表面的絕緣被覆膜。
  7. 如申請專利範圍第1項之彈簧用線材，該彈簧用線材係藉由對將前述芯材插入由與前述被覆材相同之材料所構成之管狀構件的中空部而一體化者施予拉絲加工或抽製加工而形成。
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