WO2012093479A1 - プローブピン－ソケット組立体 - Google Patents

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WO2012093479A1
WO2012093479A1 PCT/JP2011/050090 JP2011050090W WO2012093479A1 WO 2012093479 A1 WO2012093479 A1 WO 2012093479A1 JP 2011050090 W JP2011050090 W JP 2011050090W WO 2012093479 A1 WO2012093479 A1 WO 2012093479A1
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barrel
probe pin
plunger
socket
hole
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PCT/JP2011/050090
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Inventor
大熊　真史
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株式会社クローバーテクノロジー
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    • G01R1/0441—Details
    • G01R1/0466—Details concerning contact pieces or mechanical details, e.g. hinges or cams; Shielding

Definitions

  • the present invention relates to a probe pin-socket assembly and a probe pin used in the assembly.
  • a contact probe including an elastic member called a probe pin is used to inspect the function of an IC with a measuring device (also referred to as “IC tester” or “inspection device”).
  • the probe pin 101 is generally cylindrical and has an elastic member (coil spring 102 in FIG. 1) inside.
  • FIG. 3 shows, the aspect of arrangement
  • the probe pin 201 is inserted into a housing having a socket through-hole 203 made of an insulating material substrate called an IC socket 202.
  • the probe pin 201 is inserted into the socket through-hole 203 and at least a part of the probe pin 201 is center axis of the socket through-hole 203. It is possible to move in a direction substantially parallel to.
  • the probe pin-socket assembly 404 having the above-described configuration includes an IC 405 (which may be an IC package) which is a component in which an IC is incorporated and a measurement substrate 406 provided in the measurement apparatus. Between.
  • IC 405 which may be an IC package
  • measurement substrate 406 provided in the measurement apparatus.
  • the tip of the probe pin comes into contact with the solder ball 407, which is an electrode attached to the IC, and conducts.
  • the measurement target IC 405 and the measurement substrate It is electrically connected to 406, and the IC can be inspected by the measuring device.
  • the probe pin 401 is pressed by the IC 405 and the measurement substrate 406.
  • the elastic member in the probe pin generally the coil spring 408, is compressed during measurement. Due to the elastic repulsive force of the coil spring 408 generated in this way, a contact pressure is generated between the contact portions 409 and 410 provided at both ends of the probe pin 401 and the electrodes of the solder balls 407 and the measurement substrate 406, so that electrical A connection is obtained.
  • the surface of a solder ball which is a typical example of an IC terminal, is covered with an oxide film.
  • the tip of the contact portion of the probe pin on the side in contact with the IC terminal is often processed into a sharp protrusion shape.
  • the oxide film on the solder ball is pierced, and an electrically stable connection between the probe pin and the solder ball is obtained.
  • the contact pressure between the contact portion of the probe pin and the solder ball is preferably 30 gf or more.
  • the height of the apex of the solder ball to be measured from the IC substrate has an inevitable variation in manufacturing.
  • the measuring device itself since the measuring device itself has structural errors that are unavoidable in manufacturing, there is also an inevitable inclination between the IC substrate and the measuring substrate.
  • Such inevitable geometrical non-uniformity inevitably causes variations in the contact state between the probe pin and the solder ball during measurement, specifically, variations in contact pressure.
  • the probe pin needs to be in contact with the terminal of the IC to be measured in a compressed state at a certain level or more when measuring the IC so that a contact pressure enough to break through the oxide film of the solder ball can be secured. .
  • This compressed length of the probe pin is called a stroke.
  • the stroke is about 0.3 to 0.4 mm for a probe pin that measures a memory IC with a small number of terminals, and the stroke for a probe pin that measures a logic IC with a large number of terminals. Is preferably about 0.5 to 0.6 mm.
  • probe pin durability is determined by one or more of the following factors. (1) The mechanical properties deteriorate due to repeated expansion and contraction of the elastic member (coil spring) provided inside the probe pin; and (2) the tip of the contact portion of the probe pin is connected to the IC terminal (solder ball). Wear due to repeated contact or accumulation of impurities or the like at the tip of the probe pin makes it impossible for the contact portion of the probe pin to maintain stable electrical contact with the IC terminal.
  • the durability of the probe pin is determined by the mechanical durability of the elastic member (coil spring) and / or the electrical durability of the contact portion with the IC terminal.
  • the durability of the probe pin is preferably at least 50,000 times or more and about 1 million times for a highly durable probe pin.
  • the coil spring inside the probe pin is compressed to a height close to the contact height in the IC measurement state.
  • the elasticity of the coil spring rapidly deteriorates, and in some cases, the stress limit of the coil spring is exceeded, and the coil spring may be destroyed.
  • An object of the present invention is to provide a new means for improving the durability of a probe pin having a short overall length.
  • a probe pin for electrically connecting a measurement electrode, which is an electrode attached to a measurement object, and a measurement substrate, which is a substrate of a measurement device, and A probe pin-socket assembly including a socket having a socket through-hole into which a part of the probe pin is inserted, the probe pin being attached to one end of the barrel hollow shaft and the barrel hollow shaft An electrode contact portion provided, a barrel opening provided at the other end of the barrel hollow shaft, a stopper provided so as to protrude inward at a part of an inner surface of the barrel hollow shaft or an edge of the barrel opening; And a barrel made of a conductor, having a stepped portion that is provided on the outer surface thereof and decreases in outer diameter toward the electrode contact portion side; a plunger shaft, one of the plunger shafts A plunger contact portion provided so as to protrude outwardly at the other end portion of the plunger shaft or a part of the outer surface of the plunger shaft.
  • a plunger made of a conductive material that is slidable in a direction of a central axis of the barrel; and the plunger disposed in a hollow portion formed by the barrel and the plunger partially inserted therein.
  • a first urging member for urging outward from the barrel; and the probe pin slides in a central axis direction in the socket through hole.
  • the stepped portion is inserted into the socket through hole with a gap between the inner surface of the socket through hole and the stepped portion of the probe pin inserted into the socket through hole.
  • a stopper for preventing the barrel from being separated from the measurement substrate when a load is applied to the electrode contact portion in a state where the assembly is held on the measurement substrate.
  • a second urging member for urging the barrel.
  • the assembly according to the present invention may further include one or more of the following features.
  • the second urging member In the unloaded state where the assembly is held on the measurement substrate and no load is applied to the electrode contact portion, the second urging member does not contact the barrel. On the contrary, in the no-load state, the second urging member is in contact with the barrel. Furthermore, in the no-load state, the second urging member urges the barrel so as to be separated from the measurement substrate.
  • the 2nd biasing member is contacting the edge part by the side of the barrel opening in a barrel.
  • the barrel has a barrel protrusion provided so as to protrude outward at a part of the outer surface, and the second biasing member is provided on the barrel protrusion to bias the barrel away from the measurement substrate. In contact.
  • the barrel protrusion is provided in the vicinity of the barrel opening, and the second urging member contacts the end of the barrel opening and the barrel protrusion when urging the barrel away from the measurement substrate.
  • the protruding part of the barrel forms a step.
  • the second urging member includes any one of rubber and elastomer and a mixture thereof, and is disposed so as to form an open end on the side where the plunger is accommodated in the socket through hole.
  • the second urging member includes a coil spring, and this coil spring is disposed in the gap between the inner surface of the socket through hole and the outer surface of the plunger.
  • the socket through-hole includes a receiving portion protruding inward at a part of the opening end or the inner side surface on the side where the plunger is accommodated, the inner side surface of the socket through-hole and the receiving portion, the outer side surface of the plunger;
  • the second biasing member is disposed in the gap created by the barrel.
  • the socket includes a flat plate-like upper substrate having a through-hole through which the electrode contact portion of the barrel can be inserted, and an elastic member having a through-hole through which at least a portion disposed outside the barrel hollow shaft of the plunger can be inserted.
  • the socket through hole is constituted by the through hole of the upper substrate and the through hole of the elastic member, and the elastic member also serves as the second urging member.
  • the through hole of the elastic member has an enlarged diameter portion at the opening end facing the upper substrate, and the end of the barrel on the barrel opening side is within the enlarged diameter portion when the assembly is held on the measurement substrate.
  • the barrel has a barrel protrusion provided so as to protrude outwardly at a part of the outer surface, the stepped portion is formed by the barrel protrusion, and at least the assembly is held on the measurement substrate. A barrel protrusion is accommodated in the enlarged diameter portion.
  • a probe pin for electrically connecting a measurement electrode, which is an electrode attached to a measurement object, and a measurement substrate, which is a substrate of a measurement device, comprising: a barrel hollow shaft; An electrode contact portion provided at one end, a barrel opening provided at the other end of the barrel hollow shaft, a part of the inner surface of the barrel hollow shaft, or an edge of the barrel opening so as to protrude inward A barrel formed of a conductor; a plunger shaft, and one end portion of the plunger shaft. And a plunger protrusion provided to protrude outward at the other end of the plunger shaft or a part of the outer surface of the plunger shaft.
  • a part of the plunger shaft is inserted so that the plunger protrusion is disposed in the barrel hollow shaft behind the stopper, and the plunger protrusion is formed on the inner surface of the barrel hollow shaft.
  • a plunger made of a conductor which is slidable in the direction of the central axis of the barrel while being electrically connected; and is disposed in a hollow portion formed by the barrel and the plunger partially inserted therein
  • the probe pin is provided with a first biasing member that biases the plunger outward from the barrel.
  • the present invention even if the entire length of the probe pin is short and the total length of the first biasing member (elastic member, specifically, a coil spring is exemplified) is short, Since the biasing member supports the elastic force, the lifetime of the first biasing member is extended, and as a result, a probe pin-socket assembly having excellent durability is provided.
  • the first biasing member elastic member, specifically, a coil spring is exemplified
  • FIG. 1 is a cross-sectional view conceptually showing the structure of a typical probe pin-socket assembly. It is sectional drawing which shows notionally another example of the typical structure of the existing probe pin. It is sectional drawing which shows notionally the use condition of the existing probe pin-socket assembly. It is sectional drawing which shows notionally an example of the probe pin-socket assembly which concerns on the 1st form of this invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view conceptually showing a usage state of the probe pin-socket assembly according to FIG. 5.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the elastic repulsion force of the probe pin to the measurement electrode and the compression amount of the probe pin in the probe pin-socket assembly according to the first embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows notionally another example of the probe pin-socket assembly which concerns on 1st embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows notionally another example of the probe pin-socket assembly which concerns on 1st embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows notionally the assembly provided with the probe pin without a preload which is another example of the probe pin-socket assembly which concerns on 1st embodiment of this invention.
  • FIG. 11 is a graph showing a relationship between an elastic repulsion force of a probe pin with respect to a measurement electrode and a compression amount of the probe pin in the probe pin-socket assembly shown in FIG. It is sectional drawing which shows notionally an example of the probe pin-socket assembly which concerns on 2nd embodiment of this invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view conceptually showing a usage state of the probe pin-socket assembly according to FIG. 12.
  • 6 is a graph showing a relationship between an elastic repulsion force of a probe pin with respect to a measurement electrode and a compression amount of the probe pin in a probe pin-socket assembly according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view conceptually showing a preferred structure of a probe pin of a probe pin-socket assembly according to the present invention.
  • the present invention improves the durability of a probe pin having a short overall length by providing a second elastic member for complementing the contact pressure of the probe pin in an IC socket used for fixing the probe pin to the measuring device.
  • a probe pin having an optimal shape for an IC socket according to the present invention is provided.
  • the probe pin 500 includes a barrel 510 made of a conductor, a plunger 530 made of a conductor, and a first biasing member 550.
  • the barrel 510 includes a barrel hollow shaft 511, an electrode contact portion 512 provided at one end of the barrel hollow shaft 511, a barrel opening 513 provided at the other end of the barrel hollow shaft 511, and a barrel hollow shaft.
  • a stopper 514 is provided so as to protrude inward at a part of the inner surface of 511 or at the edge of the barrel opening 513.
  • a stepped portion 515 whose outer diameter decreases toward the electrode contact portion 512 side is provided on the outer surface of the barrel.
  • the stepped portion 515 is formed by a barrel protruding portion 516 provided so as to protrude outward at a part of the outer surface of the barrel.
  • the plunger 530 includes a plunger shaft 531, a substrate contact portion 532 provided at one end of the plunger shaft 531, and the other end 533 of the plunger shaft 531 or one of the outer surfaces of the plunger shaft 531.
  • a plunger protruding portion 534 provided to protrude outward at the portion, a part of the plunger shaft 531 is inserted so that the plunger protruding portion 534 is disposed in the barrel hollow portion behind the stopper 514,
  • the plunger protrusion 534 is slidable in the direction of the central axis of the barrel 500 while being electrically connected to the inner surface of the barrel hollow shaft 511.
  • the first biasing member 550 is disposed in a hollow portion formed by the barrel 510 and the plunger 530 partially inserted into the barrel 510, and biases the plunger 530 outward from the barrel 510.
  • the probe pin-socket assembly 570 is a probe pin for electrically connecting a measurement electrode (typically a solder ball), which is an electrode attached to a measurement object, and a measurement substrate 590, which is a substrate of a measurement device. 500 and a socket 572 having a socket through hole 571 into which a part of the probe pin 500 is inserted.
  • the probe pin-socket assembly 570 is assembled by inserting the probe pin 500 into the socket through hole 571.
  • the probe pin 500 is formed on the inner surface of the socket through-hole 571 and the outer surface of the barrel hollow shaft 511 so that the barrel 510 can slide in the central axis direction of the barrel 510 in the socket through-hole 571.
  • the stepped portion 515 defined by the barrel protrusion 516 is a stopper that prevents the probe pin 500 from falling out of the socket through-hole 571.
  • a second urging member 574 is provided.
  • rubber is used as a specific example of the second urging member 574.
  • the material of the second urging member is not particularly limited.
  • An elastomer that is an elastic body similar to rubber may be used, or a mixture of rubber and elastomer may be used. A mixture of these elastic bodies and non-elastic bodies may be used.
  • the second biasing member may include a coil spring or a leaf spring.
  • the socket 572 can be inserted into a flat upper substrate 573 having a through-hole through which the electrode contact portion 512 of the barrel 510 can be inserted, and at least a portion disposed outside the barrel hollow shaft 511 of the plunger 530.
  • the socket through-hole 571 includes a through-hole in the upper substrate 573 and a through-hole in the elastic member 574.
  • the elastic member 574 has a through-hole and also serves as a second elastic member.
  • the probe pin 500 inserted into the socket through-hole 571 is in a state where the first biasing member 550 is slightly compressed by the contact between the measurement substrate 590 and the substrate contact portion 532, that is, in a preload state.
  • the stopper 514 and the plunger protrusion 534 of the barrel 510 are separated from each other. Further, since the first urging member 550 is in a preloaded state, the step portion 515 of the barrel 510 presses the upper substrate 573 of the socket 572.
  • the probe pin used in the probe pin-socket assembly according to the present invention shown in FIG. 5 has a coil spring (first biasing member) provided inside the probe pin as compared with the probe pin of FIG. The elastic modulus is greatly reduced.
  • the terminal-side contact portion (electrode contact) of the probe pin is caused by the elastic repulsive force of the coil spring provided inside the probe pin.
  • the IC terminal (measurement electrode) are in contact with each other at a contact pressure of a certain level or more.
  • the substrate-side contact portion (substrate contact portion) of the probe pin and the electrode of the measurement substrate are also in contact with the same contact pressure.
  • the terminals of the IC are solder balls, and from the viewpoint of ensuring good electrical contact between the terminal side contact portion of the probe pin and the IC terminal, In order to break through the oxide film, it is necessary to be in contact with a contact pressure higher than a certain level.
  • the contact pressure applied between the probe-side contact portion of the probe pin and the electrode of the measurement substrate is, for example, about 10 gf or less, Electrical contact between them can be obtained stably.
  • the contact pressure required for the substrate-side contact portion of the probe pin is lower than the contact pressure required for the terminal-side contact portion of the probe pin.
  • the probe pin-socket assembly according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 5 pays attention to this point and greatly reduces the elastic coefficient of the coil spring provided inside the probe pin. .
  • the elastic repulsion force of the coil spring can generate a contact pressure for ensuring electrical contact between the probe-side substrate contact portion and the measurement substrate electrode. It is suppressed to the extent.
  • a spring material having a small diameter may be used for the coil spring.
  • the diameter of the coil spring is made smaller than that of the probe pin shown in FIG.
  • the contact pressure between the terminal side contact portion of the probe pin and the IC terminal due to the elastic repulsive force of the coil spring becomes the same contact pressure, and as the contact pressure between the terminal side contact portion and the IC terminal, There is a significant shortage.
  • the probe pin-socket assembly according to the first embodiment includes the rubber as the second urging member, the elastic repulsive force by the rubber is added to the elastic repulsive force by the coil spring, so that the probe pin The contact pressure required for the contact pressure between the terminal-side contact portion of the IC and the terminal of the IC is realized.
  • FIG. 6 shows a state in which the probe pin-socket assembly according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 5 is measuring IC, and the rubber as the second biasing member is insufficient for the contact pressure. The principle of supplementing is explained.
  • FIG. 6 shows a state where the probe pin-socket assembly according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 5 is measuring an IC.
  • the terminal end barrel of the probe pin and the bottom surface of the protrusion provided on the outer surface of the terminal side barrel compress the rubber, thereby applying an elastic repulsion force from the rubber to the terminal side barrel of the probe pin. . Since the terminal side barrel is also subjected to elastic repulsion from the coil spring provided inside the probe pin, the contact pressure between the terminal side contact portion of the probe pin and the IC terminal is the sum of both contact pressures. It becomes.
  • the coil spring provided in the probe pin to be used is greatly different from the existing probe pin shown in FIG. Since a coil spring with a small elastic coefficient is used, the elastic repulsion force from the coil spring is insufficient for stable contact, but the hardness of the rubber as the second urging member is adjusted, and the By compensating for the shortage with the elastic repulsive force, the contact pressure between the terminal side contact portion of the probe pin and the terminal of the IC can be set to a value necessary to stably secure these electrical contacts.
  • the coil spring has a small elastic coefficient, the elasticity of the coil spring does not deteriorate even if it is repeatedly expanded and contracted, and the coil spring has sufficient durability.
  • the rubber has a characteristic that the elasticity hardly deteriorates even if the expansion and contraction is repeated.
  • the probe pin-socket assembly of FIG. 5 according to the first embodiment of the present invention has higher durability than the existing probe pin-socket assembly shown in FIG.
  • the elastic repulsion force from the rubber as the second biasing member is the terminal of the probe pin. Only the side barrel is applied, and only the elastic repulsion force from the coil spring is applied to the substrate pin barrel of the probe pin.
  • the contact between the substrate-side contact portion of the probe pin and the electrode of the measurement substrate can be electrically stable even with a small contact pressure.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the compression amount of the probe pin provided in the probe pin-socket assembly according to the first embodiment shown in FIG. 6 and the contact pressure.
  • the probe pin-socket assembly shown in FIG. 6 the probe pin is slightly compressed (preloaded state) with the probe pin-socket assembly attached to the measurement substrate, and the contact pressure due to the elastic repulsion force of the coil spring is reduced.
  • the contact portion of the probe pin substrate side and the electrode of the measurement substrate is added, and in this state, the opening end surface of the terminal pin barrel of the probe pin and the upper surface of the rubber are in contact with each other. For this reason, when the probe pin is further compressed, an elastic repulsive force from the rubber is also applied.
  • the probe pin is compressed to the stroke at the time of measurement, the sum of both elastic repulsive forces becomes the contact pressure as a contact pressure between the terminal side contact portion of the probe pin and the IC. Added to the contact point with the terminal.
  • the rubber thickness is made slightly larger than the rubber shown in FIG. 5, and the end of the barrel opening of the probe pin covers the upper surface of the rubber when the probe pin-socket assembly is attached to the measurement board. I try to push it down a little. Since the elastic repulsion force from the rubber has already been applied with the probe pin-socket assembly attached to the measurement substrate, a high contact pressure can be obtained even with a short stroke.
  • the rubber is slightly thicker than the rubber shown in FIG. 5, and a hole is provided on the upper surface of the rubber so as to contain the barrel protrusion.
  • the through hole of the rubber has an enlarged diameter portion at the opening end facing the upper substrate. This stabilizes the arrangement of the probe pins in the socket through holes when the probe pin-socket assembly is attached to the measurement substrate and no load is applied to the terminal side contact portion (no load state). For this reason, the contact state of the solder ball at the terminal side contact portion is stabilized, and poor contact is less likely to occur.
  • the barrel protruding portion is also accommodated in the enlarged diameter portion in the unloaded state.
  • the barrel can receive the elastic repulsion force from the rubber more stably from the initial stage when the probe pin starts to be compressed, which is preferable.
  • a state in which the entire length of the plunger is adjusted specifically, the length of the plunger is shortened, and the probe pin-socket assembly is attached to the measurement substrate.
  • the probe pin may be in an uncompressed state, that is, a state without preload.
  • An example of the probe pin-socket assembly according to the first embodiment of the present invention without preload is shown in FIG.
  • an enlarged diameter portion is provided at the opening end of the rubber through hole facing the upper substrate, and the barrel protruding portion is accommodated in the enlarged diameter portion.
  • the socket assembly does not have an enlarged diameter part, and may be in a state without preload by placing a barrel on the upper surface of the rubber (the surface facing the upper substrate).
  • the rigidity of the upper substrate of the socket can be lowered by setting the state without the preload.
  • the upper substrate can be made of a relatively soft material, for example, an organic material such as polyimide, and the upper substrate can be made thinner, so that the overall length of the barrel can be shortened. means.
  • the stroke used for preloading of the stroke amount of the probe pin becomes unnecessary, the stroke amount necessary for the probe pin can be reduced, and the total length of the probe pin can be further shortened. Become. In this way, by using a state without preload, it is possible to use, for example, a probe pin having a particularly short total length of, for example, 1.5 mm or less.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the contact pressure and the compression amount of the probe pin provided in the probe pin-socket assembly without preload shown in FIG. Since there is no preload, the probe pin is not compressed when the probe pin-socket assembly is attached to the measurement board, and contact pressure is also generated at the contact part between the board side contact part and the measurement board electrode. Not done. However, generally, the coil spring inside the probe pin is compressed to some extent when the probe pin is assembled, and the coil spring has an elastic repulsion force based on this compression.
  • the elastic repulsion of the coil spring inside the probe pin causes the contact portion between the terminal side contact portion of the probe pin and the IC terminal, and the substrate side contact portion of the probe pin and the measurement substrate, Contact pressure is generated at both contact portions of the electrodes.
  • elastic repulsive force from the rubber is also applied to the barrel.
  • the sum of the elastic repulsive force of both the coil spring and rubber is used as the contact pressure to contact the terminal side of the probe pin.
  • the pressure in the electrode side direction is applied from the barrel to the upper substrate based on the preload, but the preload amount of the probe pin is reduced by the amount of warpage when the upper substrate is warped by this pressure, and the preload is reduced. Therefore, the upper substrate is required to have a rigidity that suppresses the warping to the extent that the preloading effect is not lost even if warped by the pressure from the barrel, specifically, about 1/2 or less of the preloading amount.
  • FIG. 12 shows a state in which the probe pin-socket assembly is attached to the measurement substrate.
  • the difference between the probe pin-socket assembly of FIG. 5 and the probe pin-socket assembly of FIG. 12 according to the first embodiment is that the rubber as the second urging member is relatively thin, and the measurement is In the state of FIG. 12 attached to the circuit board, there is a gap between the opening end surface of the terminal side barrel and the rubber upper surface. For this reason, the elastic repulsive force of rubber is applied to the probe pin from the time when the probe pin is compressed until the gap disappears.
  • IC measurement devices include a measurement device that controls the amount by which the IC is pushed down by a stroke amount, and a measurement device that detects and controls the load of the entire probe pin attached to the measurement device.
  • the probe pin may be compressed more than a predetermined compression amount due to variations in detection accuracy. At this time, an excessive stress is applied to the coil spring provided in the probe pin, and the elasticity of the coil spring may be rapidly deteriorated or the coil spring may be destroyed.
  • the probe pin-socket assembly according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 12 is suitable for the purpose of preventing such excessive stress from being applied to the coil spring.
  • FIG. 13 shows a state in which the probe pin-socket assembly of FIG. 12 measures the IC.
  • the end surface of the opening of the probe-side barrel of the probe pin compresses the rubber, and the contact portion between the probe-side contact portion of the probe pin and the IC terminal has elasticity of the coil spring.
  • a contact pressure is added that combines both the repulsive force and the elastic repulsive force of the rubber.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the contact pressure and the compression amount of the probe pin provided in the probe pin-socket assembly according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. Next, another example of the probe pin-socket assembly according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the rubber that is the second urging member since the rubber that is the second urging member is thin and the compression amount is small, the volume of the rubber to be used may be small. Therefore, as shown in FIG. 15, a ring-shaped rubber may be inserted into the through hole of the lower substrate as the second urging member. In this example, a receiving portion protruding inward is provided on the lower substrate side of the IC socket. For this reason, the 2nd biasing member is arrange
  • the second urging member may be a ring-shaped rubber or a spring such as a coil spring having a small number of turns.
  • FIG. 16 shows an embodiment in which a coil spring having a small number of turns and a short free length is used as the second urging member.
  • the coil spring as the second urging member may be disposed in a gap between the inner side surface of the socket through hole in which the probe pin is accommodated and the outer side surface of the plunger.
  • FIG. 1 a probe pin shape more suitable for the probe pin-socket assembly according to the present invention is shown in FIG.
  • the existing probe pin shown in FIG. 1 can be used for the probe pin-socket assembly according to the present invention.
  • the protrusion provided on the barrel opening portion is arranged in the vicinity of the end surface of the barrel opening, the rubber is compressed while the lower surface of the protrusion is in contact with the rubber as the second urging member, so the contact area between the barrel and the rubber becomes larger.
  • the probe pin which has such a structure can receive the elastic repulsion force from a rubber
  • the lower surface of the protruding portion is tapered, but the lower surface of the protruding portion may be flat. Further, the distance between the lower surface of the protruding portion and the opening end face of the terminal side barrel only needs to be able to reduce the diameter of the opening end face, and the specific distance can be the same as long as the bending process is possible. Further, if the end face of the opening of the terminal side barrel is caulked, it may be about 0.01 to 0.1 mm.

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Abstract

全長の短いプローブピンの耐久性を向上させる新たな手段を提供することを目的とする本発明に係るプローブピン－ソケット組立体は、この組立体が測定用基板上に保持された状態でプローブピンのバレルの電極接触部に負荷が加えられたときに、プローブピンのバレルが測定用基板から離間するように、プローブピンのバレルを付勢する第２の付勢部材を備える。この第２の付勢部材によって、プローブピンの電極接触部と測定電極との接触圧力を増やすことができる。

Description

プローブピン－ソケット組立体
　本発明は、プローブピン－ソケット組立体およびその組立体に使用されるプローブピンに関する。
　ＩＣの機能を測定装置（「ＩＣテスター」、「検査装置」ともいう。）により検査するにあたり、プローブピンと呼ばれる弾性部材を備えるコンタクトプローブが利用される。
　図１に示されるように、プローブピン１０１は通常円筒形状をしており、その内部に弾性部材（図１ではコイルスプリング１０２）を有する。なお、図３に示されるように、プローブピン内における弾性部材（コイルスプリング）の配置の態様はさまざまである。
　図２に示されるように、プローブピン２０１は、ＩＣソケット２０２と呼ばれる絶縁材質の基板からなりソケット貫通孔２０３を有するハウジングに挿入される。このＩＣソケット２０２とプローブピン２０１とからなるプローブピン－ソケット組立体２０４において、プローブピン２０１は、ソケット貫通孔２０３に挿入された状態でプローブピン２０１の少なくとも一部がソケット貫通孔２０３の中心軸とほぼ平行な方向に移動可能とされる。
　上記の構成を備えるプローブピン－ソケット組立体４０４は、図４に示されるように、ＩＣが組み込まれた部品であるＩＣ４０５（ＩＣパッケージである場合もある。）と測定装置が備える測定用基板４０６との間に配置される。
　測定対象であるＩＣ４０５が測定用基板４０６に近接することによってプローブピンの先端がＩＣに付設された電極であるはんだボール４０７と接触して導通し、その結果、測定対象であるＩＣ４０５と測定用基板４０６とは電気的に接続され、測定装置によるＩＣの検査が可能となる。
　このとき、プローブピン４０１はＩＣ４０５および測定用基板４０６によって加圧された状態となる。このため、プローブピンにおける弾性部材、一般的にはコイルスプリング４０８が測定時に圧縮される。こうして生じたコイルスプリング４０８の弾性反発力によって、プローブピン４０１の両端に備えられた接触部４０９，４１０とはんだボール４０７および測定用基板４０６の電極との間に接触圧力が発生し、電気的な接続が得られる。
　ここで、ＩＣの端子の典型例であるはんだボールは、表面が酸化皮膜で被われている。このため、ＩＣの端子と接触する側のプローブピンの接触部の先端は鋭利な突起形状に加工されている場合が多い。この鋭利な突起が一定以上の圧力をもって接触することにより、はんだボールの酸化皮膜を突き破り、プローブピンとはんだボールとの間における電気的に安定した接続が得られる。この酸化皮膜を突き破るための力として、一般的にＩＣの測定状態においては、プローブピンの接触部とはんだボールとの接触圧力は３０ｇｆ以上であることが望ましい。
　一方、測定対象であるはんだボールの頂点のＩＣの基板からの高さには製造上不可避なばらつきを有する。また、測定装置自体も製造上不可避な構造的誤差を有するため、ＩＣ基板と測定用基板との間にも不可避的な傾きが存在する。このような不可避的な形状的不均一性は、測定時におけるプローブピンとはんだボールとの接触状態のばらつき、具体的には接触圧力のばらつきを不可避的にもたらす。
　このため、プローブピンは、はんだボールの酸化皮膜を突き破る程度の接触圧力を確保できるように、ＩＣの測定時に一定以上圧縮された状態で測定対象であるＩＣの端子と接触している必要がある。このプローブピンの圧縮長さをストロークと呼ぶ。一般的にＩＣの測定状態においては、端子数の少ないメモリーＩＣを測定するプローブピンであればストロークは０．３～０．４ｍｍ程度、端子数の多いロジックＩＣを測定するプローブピンであればストロークは０．５～０．６ｍｍ程度あることが望ましい。
　さらに、ＩＣの検査費用を抑制することができるため、プローブピンの耐久性は高ければ高いほど好ましい。一般的に、プローブピンの耐久性は次の因子の一つ以上の影響を受けて決定される。
（１）プローブピンの内部に備えられた弾性部材（コイルスプリング）が伸縮を繰り返すことにより機械特性が劣化すること；および
（２）プローブピンの接触部の先端がＩＣの端子（はんだボール）と接触を繰り返すことにより摩耗すること、あるいは不純物などがその先端に堆積することにより、プローブピンの接触部がＩＣの端子との間で安定的な電気的な接触を維持できなくなること。
　つまり、弾性部材（コイルスプリング）の機械的耐久性および／またはＩＣの端子との接触部の電気的耐久性によりプローブピンの耐久性は決定される。プローブピンの耐久性としては少なくとも５万回以上、高耐久性のプローブピンであれば１００万回程度あることが望ましい。
　近年、ＩＣの動作速度の向上により測定装置の検査速度も高速となっているため、高周波性能に優れた全長の短いプローブピンが使用されるようになっている。プローブピンの全長を短くするには、プローブピンの内部に備えられたコイルスプリングなどの弾性部材を短くする必要がある。
　しかしながら、一定以上の接触圧力と一定以上のストロークを維持したままコイルスプリングの全長を短くするには、コイルスプリングの巻数を減らして一巻当りの弾性を強くせざるを得ない。このため、コイルスプリングに過大な応力がかかり、コイルスプリングの寿命が短くなる問題が起きている。
　また、全長の短いプローブピンを使用する場合には、図４に示したとおり、ＩＣの測定状態においてプローブピン内部のコイルスプリングは密着高さに近い高さまで圧縮される。この状態が繰り返されるとコイルスプリングの弾性は急速に劣化し、場合によってはコイルスプリングの応力限界を超え、コイルスプリングが破壊されることもある。
　本発明は、全長の短いプローブピンの耐久性を向上させる新たな手段を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するために提供される本発明の一態様は、測定対象に付設された電極である測定電極と測定機器の基板である測定用基板とを電気的に接続するためのプローブピンおよびその内部にプローブピンの一部が挿設されるソケット貫通孔を有するソケットを備えるプローブピン－ソケット組立体であって、前記プローブピンは、バレル中空軸、該バレル中空軸の一方の端部に設けられた電極接触部、該バレル中空軸の他方の端部に設けられたバレル開口、前記バレル中空軸の内側面の一部分または該バレル開口の縁部において内側に突出するように設けられるストッパー、およびその外側面に設けられ前記電極接触部側に向けて外径が小さくなる段差部を備え、導電体からなるバレル；プランジャー軸、該プランジャー軸の一方の端部に設けられた基板接触部、および前記プランジャー軸の他方の端部または前記プランジャー軸の外側面の一部において外側に突出するように設けられるプランジャー突出部を備え、前記プランジャー軸の一部は前記ストッパーよりも奥の前記バレル中空軸内に前記プランジャー突出部が配置されるように挿入され、前記プランジャー突出部は前記バレル中空軸の内側面に電気的に接続しつつ前記バレルの中心軸方向に摺動可能とされる、導電体からなるプランジャー；ならびに前記バレルおよびこれに部分的に挿入された前記プランジャーにより形成される中空部内に配置され前記プランジャーを前記バレルから外側へと付勢する第１の付勢部材を備え、前記プローブピンは、前記バレルが前記ソケット貫通孔内において中心軸方向に摺動可能となるよう該ソケット貫通孔の内側面との間に間隙を有した状態で前記ソケット貫通孔内に挿設され、前記段差部は該ソケット貫通孔内に挿設された前記プローブピンの前記ソケット貫通孔内からの脱落止めであって、前記組立体が前記測定用基板上に保持された状態で前記電極接触部に負荷が加えられたときに前記バレルが前記測定用基板から離間するように前記バレルを付勢する第２の付勢部材を備える。
　本発明に係る組立体は、さらに次の特徴の一つ以上を備えていてもよい。
・上記の組立体が測定用基板上に保持され電極接触部に負荷が加えられていない無負荷状態において、第２の付勢部材はバレルに接しない。
・逆に、無負荷状態において、第２の付勢部材はバレルに接している。
・さらに、無負荷状態において、第２の付勢部材は測定用基板から離間するようにバレルを付勢している。
・第２の付勢部材はバレルにおけるバレル開口側の端部に接触している。
・バレルは外側面の一部において外側に突出するように設けられるバレル突出部を有し、第２の付勢部材はバレルを測定用基板から離間させるように付勢するにあたりこのバレル突出部に接触している。
・バレル突出部はバレル開口近傍に設けられ、第２の付勢部材はバレルを測定用基板から離間させるように付勢するにあたり、バレル開口側の端部およびバレル突出部に接触する。
・バレルの突出部が段差部をなしている。
・第２の付勢部材はゴムおよびエラストマーならびにこれらの混合体のいずれかを備え、ソケット貫通孔におけるプランジャーが収容される側の開口端をなすように配置される。
・第２の付勢部材はコイルスプリングを備え、ソケット貫通孔の内側面とプランジャーの外側面との間隙にこのコイルスプリングは配置される。
・ソケット貫通孔は、プランジャーが収容される側の開口端または内側面の一部において内側に突出する受容部を備え、ソケット貫通孔の内側面およびこの受容部、プランジャーの外側面、およびバレルが作る空隙内に第２の付勢部材は配置される。
・ソケットは、バレルの電極接触部を挿通可能な貫通孔を備える平板状の上基板と、少なくともプランジャーのバレル中空軸外に配置された部分を挿通可能な貫通孔を有する弾性部材とを備え、ソケット貫通孔は上基板の貫通孔および弾性部材の貫通孔によって構成され、弾性部材が第２の付勢部材を兼ねる。
・弾性部材の貫通孔は、上基板に対向する開口端に拡径部を有し、組立体が測定用基板上に保持された状態において、バレル開口側のバレルの端部が拡径部内に収容される。
・バレルは外側面の一部において外側に突出するように設けられるバレル突出部を有し、段差部は該バレル突出部により形成され、組立体が測定用基板上に保持された状態において、少なくともバレル突出部が拡径部内に収容される。
　本発明は他の一つの態様として、上記の特徴を備えるプローブピンを提供する。具体的には、測定対象に付設された電極である測定電極と測定機器の基板である測定用基板とを電気的に接続するためのプローブピンであって、バレル中空軸、該バレル中空軸の一方の端部に設けられた電極接触部、該バレル中空軸の他方の端部に設けられたバレル開口、前記バレル中空軸の内側面の一部分または該バレル開口の縁部において内側に突出するように設けられるストッパー、および前記バレル開口近傍の外側面の一部において外側に突出するように設けられるバレル突出部を備え、導電体からなるバレル；プランジャー軸、該プランジャー軸の一方の端部に設けられた基板接触部、および前記プランジャー軸の他方の端部または前記プランジャー軸の外側面の一部において外側に突出するように設けられるプランジャー突出部を備え、前記プランジャー軸の一部は前記ストッパーよりも奥の前記バレル中空軸内に前記プランジャー突出部が配置されるように挿入され、前記プランジャー突出部は前記バレル中空軸の内側面に電気的に接続しつつ前記バレルの中心軸方向に摺動可能とされる、導電体からなるプランジャー；ならびに前記バレルおよびこれに部分的に挿入された前記プランジャーにより形成される中空部内に配置され前記プランジャーを前記バレルから外側へと付勢する第１の付勢部材を備えることを特徴とするプローブピンが提供される。
　本発明によれば、プローブピンの全長が短く、これに伴い第１の付勢部材（弾性部材、具体的にはコイルスプリングが例示される）の全長が短い場合であっても、第２の付勢部材が弾性力をサポートするため、第１の付勢部材の寿命が長くなり、結果的に耐久性に優れるプローブピン－ソケット組立体が提供される。
既存のプローブピンの代表的な構造の一例を概念的に示す断面図である。 代表的なプローブピン－ソケット組立体の構造を概念的に示す断面図である。 既存のプローブピンの代表的な構造の他の例を概念的に示す断面図である。 既存のプローブピン－ソケット組立体の使用状態を概念的に示す断面図である。 本発明の第一の形態に係るプローブピン－ソケット組立体の一例を概念的に示す断面図である。 図５に係るプローブピン－ソケット組立体の使用状態を概念的に示す断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体におけるプローブピンの測定電極に対する弾性反発力と該プローブピンの圧縮量との関係を示すグラフである。 本発明の第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体の他の一例を概念的に示す断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体のもう一つの他の一例を概念的に示す断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体のさらなる他の一例であるプリロードなしのプローブピンを備える組立体を概念的に示す断面図である。 図１０に示されるプローブピン－ソケット組立体におけるプローブピンの測定電極に対する弾性反発力と該プローブピンの圧縮量との関係を示すグラフである。 本発明の第二の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体の一例を概念的に示す断面図である。 図１２に係るプローブピン－ソケット組立体の使用状態を概念的に示す断面図である。 本発明の第二の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体におけるプローブピンの測定電極に対する弾性反発力と該プローブピンの圧縮量との関係を示すグラフである。 本発明の第二の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体の他の一例を概念的に示す断面図である。 本発明の第二の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体のさらに別の一例を概念的に示す断面図である。 本発明に係るプローブピン－ソケット組立体のプローブピンの好ましい構造を概念的に示す断面図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明に係るプローブピン－ソケット組立体を説明する。
　本発明は、プローブピンを測定装置に固定する際に使われるＩＣソケットにプローブピンの接触圧力を補完するための第二の弾性部材を備えることにより、全長が短いプローブピンの耐久性を改善するＩＣソケットを提供するとともに、本発明によるＩＣソケットに最適な形状のプローブピンを提供するものである。
　図５を用いて、本発明の第一の実施形態に係るプローブピンおよびプローブピン－ソケット組立体の一例の構成を説明する。
　プローブピン５００は、導電体からなるバレル５１０、導電体からなるプランジャー５３０、および第１の付勢部材５５０を備える。
　バレル５１０は、バレル中空軸５１１、このバレル中空軸５１１の一方の端部に設けられた電極接触部５１２、このバレル中空軸５１１の他方の端部に設けられたバレル開口５１３、およびバレル中空軸５１１の内側面の一部分またはこのバレル開口５１３の縁部において内側に突出するように設けられるストッパー５１４を備える。また、バレルの外側面には、電極接触部５１２側に向けて外径が小さくなる段差部５１５が設けられている。なお、本例では段差部５１５は、バレルの外側面の一部において外側に突出するように設けられるバレル突出部５１６によって形成されている。
　プランジャー５３０は、プランジャー軸５３１、このプランジャー軸５３１の一方の端部に設けられた基板接触部５３２、およびプランジャー軸５３１の他方の端部５３３またはプランジャー軸５３１の外側面の一部において外側に突出するように設けられるプランジャー突出部５３４を備え、プランジャー軸５３１の一部はストッパー５１４よりも奥のバレル中空部内にプランジャー突出部５３４が配置されるように挿入され、プランジャー突出部５３４はバレル中空軸５１１の内側面に電気的に接続しつつバレル５００の中心軸方向に摺動可能とされる。
　第１の付勢部材５５０は、バレル５１０およびこれに部分的に挿入されたプランジャー５３０により形成される中空部内に配置されプランジャー５３０をバレル５１０から外側へと付勢する。
　プローブピン－ソケット組立体５７０は、測定対象に付設された電極である測定電極（典型的にははんだボール）と測定機器の基板である測定用基板５９０とを電気的に接続するためのプローブピン５００およびその内部にプローブピン５００の一部が挿設されるソケット貫通孔５７１を有するソケット５７２を備える。プローブピン－ソケット組立体５７０は、プローブピン５００がソケット貫通孔５７１内に挿設されることにより組み立てられる。具体的には、プローブピン５００は、バレル５１０がソケット貫通孔５７１内においてバレル５１０の中心軸方向に摺動可能となるように、ソケット貫通孔５７１の内側面とバレル中空軸５１１の外側面の間に間隙（例えば１０～３０μｍ程度）を有した状態でソケット貫通孔内５７１に挿設される。プローブピン５００がソケット貫通孔５７１内に挿設された状態において、バレル突出部５１６により画成される段差部５１５は、プローブピン５００がソケット貫通孔５７１内から脱落することを防止する脱落止めとなる。
　また、プローブピン－ソケット組立体５７０が測定用基板５９０上に保持された状態で電極接触部５１２に負荷が加えられたときにバレル５１０が測定用基板５９０から離間するようにバレル５１０を付勢する第２の付勢部材５７４を備える。図５に示される例では、第２の付勢部材５７４の具体例としてラバーが使用されている。
　なお、第２の付勢部材の素材は特に限定されない。ラバーと同じような弾性体であるエラストマーであってもよいし、ラバーとエラストマーとの混合体であってもよい。これらの弾性体と非弾性体との混合体であってもよい。また、第２の付勢部材はコイルスプリングや板バネを備えていてもよい。
　本例において、ソケット５７２は、バレル５１０の電極接触部５１２を挿通可能な貫通孔を備える平板状の上基板５７３と、少なくともプランジャー５３０のバレル中空軸５１１外に配置された部分を挿通可能な貫通孔を有し第２の弾性部材を兼ねる弾性部材５７４とを備え、ソケット貫通孔５７１は、上基板５７３の貫通孔および弾性部材５７４の貫通孔によって構成される。このソケット貫通孔５７１内に挿設されたプローブピン５００は、測定用基板５９０と基板接触部５３２との接触により第１の付勢部材５５０は若干圧縮された状態、つまりプリロード状態にある。このとき、バレル５１０のストッパー５１４とプランジャー突出部５３４とは離間している。また、第１の付勢部材５５０はプリロード状態にあるため、バレル５１０の段差部５１５は、ソケット５７２の上基板５７３を押圧している。
　ここで、図１に示される従来技術に係るプローブピンと図５に示した本発明に係るプローブピンとには重要な相違がある。図５に示した本発明によるプローブピン－ソケット組立体に使用されているプローブピンは、図１のプローブピンと比較し、プローブピンの内部に備えられたコイルスプリング（第１の付勢部材）の弾性係数を大幅に小さくしている。
　プローブピン内部のコイルスプリングの弾性係数を大幅に小さくできる理由は下記のとおりである。
　既に説明したとおり、図３に示した既存のプローブピン－ソケット組立体の測定状態においては、プローブピンの内部に備えられたコイルスプリングの弾性反発力により、プローブピンの端子側接触部（電極接触部）とＩＣの端子（測定電極）は一定以上の接触圧力で接触している。この時、プローブピンの基板側接触部（基板接触部）と測定用基板の電極も同じ接触圧力で接触している。
　この時、既に説明したとおり、ＩＣの端子の多くははんだボールであり、プローブピンの端子側接触部とＩＣの端子との間に良好な電気的接触を確保する観点から、このはんだボール表面の酸化被膜を突き破るために一定以上の接触圧力で接触している必要がある。これに対し、測定用基板の電極は多くは金メッキなどが施されているため、プローブピンの基板側接触部と測定用基板の電極との間に加えられる接触圧力は、例えば１０ｇｆ以下程度でも、これらの間の電気的接触を安定に得ることができる。
　すなわち、プローブピンの基板側接触部に必要とされる接触圧力は、プローブピンの端子側接触部に必要とされる接触圧力よりも低い。
　図５に示した本発明による第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体は、この点に着目して、プローブピンの内部に備えられたコイルスプリングの弾性係数を大幅に小さくしている。具体的には、ＩＣを測定している状態において、コイルスプリングの弾性反発力は、プローブピンの基板側接触部と測定用基板の電極との電気的接触を確保するための接触圧力を発生できる程度に抑えられている。コイルスプリングの弾性係数を小さくするには、コイルスプリングに直径の小さいバネ材料を用いればよい。図５に示したプローブピンにおいても、図１に示されるプローブピンのコイルスプリングに比べて、コイルスプリングの直径を小さくしている。
　この時、当然の結果として、コイルスプリングの弾性反発力によるプローブピンの端子側接触部とＩＣの端子との接触圧力も同じ接触圧力となり、端子側接触部とＩＣの端子との接触圧力としては大幅に不足する。しかしながら、第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体は、第２の付勢部材であるラバーを備えるため、このラバーによる弾性反発力がコイルスプリングによる弾性反発力に加わることによって、プローブピンの端子側接触部とＩＣの端子との接触圧力に必要とされる接触圧力を確保することが実現されている。
　図６に図５に示した本発明による第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体がＩＣを測定している状態を示し、第２の付勢部材であるラバーが接触圧力の不足分を補う原理を説明する。
　図６は図５に示した本発明による第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体がＩＣを測定している状態を示している。プローブピンの端子側バレルの開口部端面と端子側バレルの外側面に設けられた突出部の下面とがラバーを圧縮することにより、プローブピンの端子側バレルにはラバーからの弾性反発力が加わる。端子側バレルにはプローブピンの内部に備えられたコイルスプリングのからの弾性反発力も加わっているので、プローブピンの端子側接触部とＩＣの端子との接触圧力はその双方が合算された接触圧力となる。
　前述のとおり、本発明による第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体においては、使用するプローブピンの内部に備えられたコイルスプリングは図１に示した既存のプローブピンと比較して大幅に弾性係数の小さいコイルスプリングを用いているので、コイルスプリングからの弾性反発力では安定した接触には不十分であるが、第２の付勢部材であるラバーの硬度などを調整し、ラバーからの弾性反発力でその不足分を補うことにより、プローブピンの端子側接触部とＩＣの端子との接触圧力を、これらの電気的接触を安定に確保するために必要な値とすることができる。
　この時、コイルスプリングは弾性係数が小さいため、繰り返し伸縮してもコイルスプリングの弾性は劣化することなく、コイルスプリングは充分な耐久性を有している。また、ラバーは伸縮を繰り返しても弾性はほとんど劣化しないという特性を有している。
　その結果、本発明による第一の実施形態に係る図５のプローブピン－ソケット組立体は、図２に示した既存のプローブピン－ソケット組立体に比較して高い耐久性を有する。
　なお、図６に示した第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体がＩＣを測定している状態においては、第２の付勢部材であるラバーからの弾性反発力はプローブピンの端子側バレルのみに加わり、プローブピンの基板側バレルにはコイルスプリングからの弾性反発力のみが加わっている。プローブピンの基板側接触部と測定用基板の電極との接触は、小さい接触圧力でも電気的に安定した接触が得られることは既に説明したとおりである。
　図７に、図６に示した第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体が備えるプローブピンの圧縮量と接触圧力との関係をグラフで示す。図６に示したプローブピン－ソケット組立体においては、プローブピン－ソケット組立体を測定用基板に取り付けた状態でプローブピンは若干圧縮され（プリロード状態）、コイルスプリングの弾性反発力よる接触圧力がプローブピンの基板側接触部と測定用基板の電極の接点部分に加わり、その状態において、プローブピンの端子側バレルの開口部端面とラバーの上面が接している。このため、プローブピンがさらに圧縮されるとラバーからの弾性反発力も加わり、測定時のストロークまで圧縮されると、双方の弾性反発力の和が接触圧力としてプローブピンの端子側接触部とＩＣの端子との接点部分に加わる。
　次に、本発明の第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体の他の一例を、図８を用いて説明する。この例では、図５に示したラバーよりもラバーの厚みを若干大きくし、プローブピン－ソケット組立体が測定用基板に取り付けられた状態において、プローブピンのバレル開口の端部がラバーの上面を若干押し下げるようにしている。プローブピン－ソケット組立体が測定用基板に取り付けられた状態で既にラバーからの弾性反発力が加わっているので、短いストロークでも高い接触圧力を得ることができる。
　続いて、本発明の第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体のもう一つの他の一例を、図９を用いて説明する。この例では、図５に示したラバーよりもラバーの厚みを若干大きくするとともに、ラバー上面にバレル突出部を内包する程度の穴を設けている。この点を換言すれば、ラバーの貫通孔は上基板に対向する開口端に拡径部を有する。このようにすると、プローブピン－ソケット組立体が測定用基板に取り付けられ端子側接触部に負荷が加えられていない状態（無負荷状態）におけるソケット貫通孔内のプローブピンの配置が安定する。このため、端子側接触部におけるはんだボールの接触状態が安定し、接触不良が生じにくくなる。また、図９に示されるプローブピン－ソケット組立体では、無負荷状態においてバレル突出部も拡径部内に収容されている。かかる構成を備えることにより、プローブピンが圧縮され始めた初期の段階からバレルはラバーからの弾性反発力をより安定して受けることができ、好ましい。
　本発明の第一の実施形態のさらなる変形例として、プランジャーの全長を調整して、具体的にはプランジャーの全長を短くして、プローブピン－ソケット組立体を測定用基板に取り付けた状態でプローブピンは圧縮されない状態、つまりプリロードなしの状態としてもよい。プリロードのない本発明の第一の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体の一例を図１０に示す。図１０に示されるプローブピン－ソケット組立体では、ラバーの貫通孔の上基板に対向する開口端に拡径部が設けられ、バレル突出部はこの拡径部内に収容されているが、プローブピン－ソケット組立体は拡径部を有しておらず、ラバーの上面（上基板に対向する面）にバレルが載置されることにより、プリロードなしの状態とされていてもよい。
　先ず、プリロードなしの状態とすることにより、ソケットの上基板の剛性を低くすることができる。このことは、上基板の材料を比較的軟質な材料、例えばポリイミドのような有機材料とすることができること、および上基板の厚みを薄くすることができるためバレルの全長を短くすることができることを意味する。また、プローブピンのストローク量のうち、プリロードに用いられていたストロークも不要となるので、プローブピンに必要なストローク量を削減することが可能となり、プローブピンの全長をさらに短くすることが可能となる。このように、プリロードなしの状態とすることにより、例えば全長が１．５ｍｍ以下の特に全長の短い例えばプローブピンを用いることが実現される。
　図１１に、図１０に示したプリロードのないプローブピン－ソケット組立体が備えるプローブピンの圧縮量と接触圧力との関係をグラフで示す。
　プリロードがないため、プローブピン－ソケット組立体が測定用基板に取り付けられた状態ではプローブピンは圧縮されておらず、基板側接触部と測定用基板の電極との接点部分にも接触圧力は発生していない。しかしながら、一般的にプローブピン内部のコイルスプリングはプローブピンが組み立てられた段階である程度圧縮され、この圧縮に基づく弾性反発力をコイルスプリングは有している。このため、プローブピンが圧縮され始めるとプローブピン内部のコイルスプリングの弾性反発力によりプローブピンの端子側接触部とＩＣの端子との接点部分、およびプローブピンの基板側接触部と測定用基板との電極の接点部分の双方に接触圧力が発生する。プローブピンがさらに圧縮されるとバレルにはラバーからの弾性反発力も加わり、測定時のストロークまで圧縮されると、コイルスプリングおよびラバー双方の弾性反発力の和が接触圧力としてプローブピンの端子側接触部とＩＣの端子との接点部分に加わる点は図６に示した第一の実施形態の一例に係るプローブピン－ソケット組立体の場合と同じである。
　なお、プリロード状態の場合には、プリロードに基づいてバレルから上基板へ電極側方向の圧力が加わるが、この圧力によって上基板が反ると反った分だけプローブピンのプリロード量が減少し、プリロードの効果を失うので、上基板にはバレルからの圧力によって反ってもプリロードの効果を失わない程度、具体的にはプリロード量の１／２以下程度に反りを抑制する剛性が必要とされる。
　次に、本発明の第二の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体を、図１２を用いて説明する。
　図１２はプローブピン－ソケット組立体が測定用基板に取り付けられた状態を示している。第一の実施形態に係る図５のプローブピン－ソケット組立体と図１２のプローブピン－ソケット組立体との相違点は、第二の付勢部材であるラバーの厚みが相対的に薄く、測定用基板に取り付けられた図１２の状態において、端子側バレルの開口部端面とラバー上面には隙間がある。このため、この隙間がなくなるまでプローブピンが圧縮された時からプローブピンにはラバーの弾性反発力が加わる。
　ＩＣの測定装置には、ＩＣが押し下げられる量をストローク量で制御する測定装置と、測定装置に取り付けられたプローブピン全体の荷重を検出して制御する測定装置がある。これらのうち、荷重を検出して制御する測定装置の場合には、検出精度のバラツキなどからプローブピンが所定の圧縮量よりも圧縮されるときがある。このとき、プローブピン内部に備えられたコイルスプリングには過大な応力が加わり、コイルスプリングの弾性が急速に劣化したり、コイルスプリングが破壊されたりすることがある。図１２に示した本発明の第二の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体は、このような過大な応力がコイルスプリングに加わることを防止する目的に適している。
　図１３に、図１２のプローブピン－ソケット組立体がＩＣを測定している状態を示す。
　ＩＣを測定している図１３の状態においては、プローブピンの端子側バレルの開口部端面がラバーを圧縮し、プローブピンの端子側接触部とＩＣの端子との接点部分にはコイルスプリングの弾性反発力とラバーの弾性反発力の双方を合算した接触圧力が加わっている。
　そのため、図１３に示したＩＣを測定している状態の近傍では、ストロークに対する接触圧力の変化が大きくなり、荷重の検出精度にバラツキがあっても、ストローク量のバラツキを小さくすることができる。
　図１４に、図１２に示した本発明の第二の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体が備えるプローブピンの圧縮量と接触圧力との関係をグラフで示す。
　続いて、本発明の第二の実施形態に係るプローブピン－ソケット組立体の他の例を、図１５および１６を用いて説明する。
　第二の実施形態においては、第２の付勢部材であるラバーの厚みが薄く、圧縮量も小さいので、使用するラバーの体積は小さくても良い。そのため、図１５に示したとおり、第２の付勢部材として、下基板の貫通穴の内部にリング状のラバーを挿入してもよい。なお、本例では、ＩＣソケットの下基板側には内側に突出する受容部が設けられている。このため、ソケット貫通孔の内側面およびこの受容部、プランジャーの外側面、およびバレルが作る空隙内に第２の付勢部材は配置されている。この構成の場合には第２の付勢部材はプローブピン－ソケット組立体内に収容されているため、脱落などの問題が発生しにくい。
　また、第二の実施形態においては、第２の付勢部材はリング状のラバーの他、巻数の少ないコイルスプリングなどのスプリングを用いてもよい。図１６に第２の付勢部材として巻数が少なく、自由長の短いコイルスプリングを用いた実施例を示す。このとき、第２の付勢部材であるコイルスプリングは、プローブピンが収められているソケット貫通孔の内側面とプランジャーの外側面との間隙に配置されていてもよい。
　最後に、本発明によるプローブピン－ソケット組立体により適したプローブピンの形状を図１７に示す。本発明に係るプローブピン－ソケット組立体には、今まで述べてきたとおり、図１に示した既存のプローブピンを用いることができるが、図１７に示したように、端子側バレルの外側面に設けられた突出部をバレル開口部端面の近傍に配置すれば、この突出部の下面が第２の付勢部材であるラバーと接触しながらラバーを圧縮するので、バレルとラバーとの接触面積が大きくなる。このため、かかる構造を有するプローブピンはラバーからの弾性反発力をより安定して受けることができ、好ましい。
　なお、図１７においては、突出部の下面がテーパー状になっているが、突出部の下面は平坦でもよい。また、突出部の下面と端子側バレルの開口部端面と距離は、開口部端面を縮径する加工ができれば良く、具体的な距離としては、折り曲げ加工が可能であれば同一面とできる。また、端子側バレルの開口部端面をカシメ加工するのであれば０．０１～０．１ｍｍ程度あればよい。

Claims (15)

  1. 　測定対象に付設された電極である測定電極と測定機器の基板である測定用基板とを電気的に接続するためのプローブピンおよびその内部に前記プローブピンの一部が挿設されるソケット貫通孔を有するソケットを備えるプローブピン－ソケット組立体であって、
    　前記プローブピンは、
    　バレル中空軸、該バレル中空軸の一方の端部に設けられた電極接触部、該バレル中空軸の他方の端部に設けられたバレル開口、前記バレル中空軸の内側面の一部分または該バレル開口の縁部において内側に突出するように設けられるストッパー、およびその外側面に設けられ前記電極接触部側に向けて外径が小さくなる段差部を備え、導電体からなるバレル；
    　プランジャー軸、該プランジャー軸の一方の端部に設けられた基板接触部、および前記プランジャー軸の他方の端部または前記プランジャー軸の外側面の一部において外側に突出するように設けられるプランジャー突出部を備え、前記プランジャー軸の一部は前記ストッパーよりも奥の前記バレル中空軸内に前記プランジャー突出部が配置されるように挿入され、前記プランジャー突出部は前記バレル中空軸の内側面に電気的に接続しつつ前記バレルの中心軸方向に摺動可能とされる、導電体からなるプランジャー；ならびに
    　前記バレルおよびこれに部分的に挿入された前記プランジャーにより形成される中空部内に配置され前記プランジャーを前記バレルから外側へと付勢する第１の付勢部材を備え、
    　前記バレルが前記ソケット貫通孔内において中心軸方向に摺動可能となるよう前記ソケット貫通孔の内側面との間に間隙を有した状態で前記ソケット貫通孔内に挿設され、前記段差部は該ソケット貫通孔内に挿設された前記プローブピンの前記ソケット貫通孔内からの脱落止めであって、
    　前記組立体が前記測定用基板上に保持された状態で前記電極接触部に負荷が加えられたときに前記バレルが前記測定用基板から離間するように前記バレルを付勢する第２の付勢部材を備えること
    を特徴とする組立体。
  2. 　前記組立体が前記測定用基板上に保持され前記電極接触部に負荷が加えられていない状態では前記第２の付勢部材は前記バレルに接しない請求項１記載の組立体。
  3. 　前記組立体が前記測定用基板上に保持され前記電極接触部に負荷が加えられていない無負荷状態でも前記第２の付勢部材は前記バレルに接している請求項１記載の組立体。
  4. 　前記無負荷状態においても前記第２の付勢部材は前記測定用基板から離間するように前記バレルを付勢する請求項３記載の組立体。
  5. 　前記第２の付勢部材は前記バレルにおけるバレル開口側の端部に接触する請求項１記載の組立体。
  6. 　前記バレルは外側面の一部において外側に突出するように設けられるバレル突出部を有し、前記第２の付勢部材は前記バレルを前記測定用基板から離間させるように付勢するにあたり該バレル突出部に接触する請求項１記載の組立体。
  7. 　前記バレル突出部は前記バレル開口近傍に設けられ、前記第２の付勢部材は前記バレルを前記測定用基板から離間させるように付勢するにあたり、前記バレル開口側の端部および前記バレル突出部に接触する請求項６記載の組立体。
  8. 　前記バレルの突出部が前記段差部をなす請求項６記載の組立体。
  9. 　前記第２の付勢部材はゴムおよびエラストマーならびにこれらの混合体のいずれかを備え、前記ソケット貫通孔における前記プランジャーが収容される側の開口端をなすように配置される請求項１記載の組立体。
  10. 　前記第２の付勢部材はコイルスプリングを備え、前記ソケット貫通孔の内側面と前記プランジャーの外側面との間隙に該コイルスプリングは配置される請求項１記載の組立体。
  11. 　前記ソケット貫通孔は、前記プランジャーが収容される側の開口端または内側面の一部において内側に突出する受容部を備え、前記ソケット貫通孔の内側面および該受容部、前記プランジャーの外側面、および前記バレルが作る空隙内に前記第２の付勢部材は配置される請求項１記載の組立体。
  12. 　前記ソケットは、前記電極接触部を挿通可能な貫通孔を備える平板状の上基板と、少なくとも前記プランジャーの前記バレル中空軸外に配置された部分を挿通可能な貫通孔を有する弾性部材とを備え、前記ソケット貫通孔は前記上基板の貫通孔および前記弾性部材の貫通孔によって構成され、前記弾性部材が前記第２の付勢部材を兼ねる請求項１記載の組立体。
  13. 　前記弾性部材の貫通孔は、前記上基板に対向する開口端に拡径部を有し、前記組立体が前記測定用基板上に保持された状態において、前記バレル開口側の前記バレルの端部が前記拡径部内に収容される請求項１２記載の組立体。
  14. 　前記バレルは外側面の一部において外側に突出するように設けられるバレル突出部を有し、前記段差部は該バレル突出部により形成され、前記弾性部材の貫通孔は、前記上基板に対向する開口端に拡径部を有し、前記組立体が前記測定用基板上に保持された状態において、前記バレル突出部が前記拡径部内に収容される請求項１２記載の組立体。
  15. 　測定対象に付設された電極である測定電極と測定機器の基板である測定用基板とを電気的に接続するためのプローブピンであって、
    　バレル中空軸、該バレル中空軸の一方の端部に設けられた電極接触部、該バレル中空軸の他方の端部に設けられたバレル開口、前記バレル中空軸の内側面の一部分または該バレル開口の縁部において内側に突出するように設けられるストッパー、および前記バレル開口近傍の外側面の一部において外側に突出するように設けられるバレル突出部を備え、導電体からなるバレル；
    　プランジャー軸、該プランジャー軸の一方の端部に設けられた基板接触部、および前記プランジャー軸の他方の端部または前記プランジャー軸の外側面の一部において外側に突出するように設けられるプランジャー突出部を備え、前記プランジャー軸の一部は前記ストッパーよりも奥の前記バレル中空部内に前記プランジャー突出部が配置されるように挿入され、前記プランジャー突出部は前記バレル中空軸の内側面に電気的に接続しつつ前記バレルの中心軸方向に摺動可能とされる、導電体からなるプランジャー；ならびに
    　前記バレルおよびこれに部分的に挿入された前記プランジャーにより形成される中空部内に配置され前記プランジャーを前記バレルから外側へと付勢する第１の付勢部材
    を備えることを特徴とするプローブピン。
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