WO2018221234A1 - 電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

配線配置部材（３０）と、配線配置部材（３０）に形成された配線パターンと接続する基端部、及び被検査体（２）と接触する先端部を有するプローブ（１０）と、配線配置部材（３０）と隣接して配置され、プローブ（１０）を保持するプローブヘッド（２０）と、プローブヘッド（２０）から配線配置部材（３０）に向けて一端部が突出するようにプローブヘッド（２０）に配置され、一端部が配線配置部材（３０）のプローブヘッド（２０）に対向する固定面（３０１）に固定されてプローブヘッド（２０）と配線配置部材（３０）を結合する固定部品（１００）とを備える。

Description

電気的接続装置

　本発明は、被検査体の電気的特性の測定に使用される電気的接続装置に関する。

　集積回路などの被検査体の電気的特性を基板の状態で測定するために、被検査体に接触させるプローブを有する電気的接続装置が用いられている。電気的接続装置には、プローブを保持するプローブヘッドを、プローブと電気的に接続する配線パターンが配置されたプリント基板に取り付けた構成が使用される。このとき、プローブの間隔よりもプリント基板に配置する配線パターンの間隔を広くするために、プローブヘッドとプリント基板との間にスペーストランスフォーマを配置した構成の電気的接続装置が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。

　プローブヘッドの撓みを抑制するために、柱状の固定部品によってプローブヘッドの上方に配置したスティフナー（補強材）とプローブヘッドを連結する方法が使用されている。この方法では、スペーストランスフォーマやプリント基板などの配線パターンが配置されている部材（以下において「配線配置部材」という。）がプローブヘッドの上方に配置されている場合には、配線配置部材に固定部品を通過させるための貫通穴を形成する。

特開２００７－１７８４０５号公報

　配線配置部材に貫通穴を形成することによって、配線配置部材において配線を配置できない領域が増大し、配線のレイアウトの自由度の減少による配線効率の低下が生じる。このため、配線配置部材の面積の拡大や配線層の多層化が必要になる。その結果、製造コストが増大するなどの問題が生じる。

　上記問題点を鑑み、本発明は、プローブヘッドの撓みを抑制し、且つ配線配置部材での配線効率の低下を抑制できる電気的接続装置を提供することを目的とする。

　本発明の一態様によれば、配線配置部材と、配線配置部材に形成された配線パターンと接続する基端部、及び被検査体と接触する先端部を有するプローブと、配線配置部材と隣接して配置され、プローブを保持するプローブヘッドと、プローブヘッドから配線配置部材に向けて一端部が突出するようにプローブヘッドに配置され、一端部が配線配置部材のプローブヘッドに対向する固定面に固定されてプローブヘッドと配線配置部材を結合する固定部品とを備える電気的接続装置が提供される。

　本発明によれば、プローブヘッドの撓みを抑制し、且つ配線配置部材での配線効率の低下を抑制できる電気的接続装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置の固定部品とアンカーとの結合方法の例を示す模式図であり、図２（ａ）は結合する前の状態を示し、図２（ｂ）は結合した状態を示す。 比較例の電気的接続装置の構成を示す模式図である。 比較例の電気的接続装置の配線配置部材に形成される貫通穴の配置例を示す模式的な平面図である。 比較例の電気的接続装置の配線配置部材の配線領域を示す模式的な平面図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置の配線配置部材の配線領域を示す模式的な平面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。

　次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。

　図１に示す本発明の実施形態に係る電気的接続装置１は、被検査体２の電気的特性の測定に使用される。電気的接続装置１は垂直動作式プローブカードであり、被検査体２の測定時に、プローブ１０の先端部が被検査体２の検査用パッド（図示略）と接触する。図１では、プローブ１０が被検査体２に接触していない状態を示している。測定時には、例えば被検査体２を搭載したチャック３が上昇して、プローブ１０の先端部が被検査体２に接触する。

　電気的接続装置１は、配線配置部材３０と、配線配置部材３０に形成された配線パターン（図示略）と接続する基端部を有するプローブ１０と、配線配置部材３０と隣接して配置され、プローブ１０を保持するプローブヘッド２０と、プローブヘッド２０から配線配置部材３０に向けて一端部が突出するようにプローブヘッド２０に配置された固定部品１００とを備える。固定部品１００の一端部が、配線配置部材３０のプローブヘッド２０に対向する固定面３０１に固定されている。このように、固定部品１００がプローブヘッド２０と配線配置部材３０を結合する。

　固定部品１００の材料には、例えば、ＳＵＳや鉄鋼材などが使用される。図１に示す固定部品１００はピン形状であり、固定部品１００のシャフトがプローブヘッド２０を貫通し、シャフトと連結する固定部品１００のヘッドがプローブヘッド２０に当接している。具体的には、プローブヘッド２０の下面に設けられた凹部の内部に固定部品１００のヘッドが収納されている。

　図１に示すように、配線配置部材３０の固定面３０１に、固定部品１００の一端部が結合するアンカー３５が配置されている。アンカー３５には、例えば、厚みが１～３ｍｍ程度のブロック状のＳＵＳや鉄鋼材などが使用される。アンカー３５が配置された領域に対応するプローブヘッド２０の上面には、凹部が形成されている。つまり、プローブヘッド２０の上面に形成された凹部の内部に、アンカー３５が配置された状態である。これにより、プローブヘッド２０とアンカー３５との接触を防止できる。

　なお、固定部品１００とアンカー３５をねじ結合させることが好ましい。例えば、アンカー３５の下面を、「めねじ」形状に加工する。そして、固定部品１００の一端部を「おねじ」形状に加工する。これにより、プローブヘッド２０と配線配置部材３０の間隔を調整しながら、固定部品１００によってプローブヘッド２０と配線配置部材３０を結合できる。

　このため、複数の固定部品１００を配置することにより、プローブヘッド２０に撓みが発生した場所の近くのプローブヘッド２０と配線配置部材３０の間隔を調整することも可能である。つまり、固定部品１００のねじの締め方を調整することによって、プローブヘッド２０と配線配置部材３０の間に露出する部分の固定部品１００の長さを調整する。これにより、プローブヘッド２０の撓みを矯正することができる。

　ねじ結合以外の方法によって、固定部品１００とアンカー３５を接合してもよい。例えば、図２（ａ）と図２（ｂ）に示すようなロック機構によって固定部品１００とアンカー３５を接合する。即ち、図２（ａ）に示すように、ロック溝３５０が形成されたアンカー３５を用意し、このロック溝３５０に対応した形状のスプリングピン１０１を固定部品１００の一端部に配置する。固定部品１００の一端部をアンカー３５に挿入した後に固定部品１００を回転させ、図２（ａ）に矢印で示すようにスプリングピン１０１を移動させることにより、図２（ｂ）に示すようにロック溝３５０にスプリングピン１０１が嵌合する。これにより、固定部品１００とアンカー３５が結合される。

　図１に示した電気的接続装置１では、配線配置部材３０は、プローブ１０の間隔よりも配線の間隔を広くするスペーストランスフォーマである。配線配置部材３０の固定面３０１に配置されてプローブ１０の基端部と接続する配線パターンと、固定面３０１と対向する配線配置部材３０の上面に配置された配線パターンが、配線配置部材３０の内部に配置された内部配線（図示略）によって接続される。

　配線配置部材３０の上方に、インターポーザ４０とプリント基板５０が積層されている。インターポーザ４０及びプリント基板５０も配線配置部材である。即ち、図１に示した電気的接続装置１は、プローブヘッド２０、配線配置部材３０、インターポーザ４０及びプリント基板５０を積層した構造である。

　インターポーザ４０は、板状の支持部４１と、支持部４１を貫通する複数の中継部材４２を有する。中継部材４２には、弾性を有する導電性の材料が使用される。支持部４１の下面に露出した中継部材４２の一方の端部は、配線配置部材３０の上面に配置された配線パターンと接続されている。支持部４１の上面に露出した中継部材４２の他方の端部は、プリント基板５０の下面に配置された配線パターンと接続されている。これにより、配線配置部材３０の配線パターンとプリント基板５０の配線パターンは、インターポーザ４０を中継して電気的に接続される。

　中継部材４２が弾性を有するため、配線配置部材３０やプリント基板５０に撓みが生じても、中継部材４２が弾性変形して、配線配置部材３０の配線パターンとプリント基板５０の配線パターンの電気的な接続が維持される。支持部４１に貫通穴を形成した場合、中継部材４２を配置する領域が制限される。

　プリント基板５０に形成された配線パターンは、図示を省略するＩＣテスタなどの検査装置と電気的に接続される。上記のように、配線配置部材３０、インターポーザ４０及びプリント基板５０を介して、プローブ１０が検査装置と電気的に接続される。プローブ１０を介して、検査装置によって被検査体２に所定の電圧や電流が印加される。そして、被検査体２から出力される信号がプローブ１０を介して検査装置に送られ、被検査体２の特性が検査される。

　プリント基板５０の上面には、スティフナー６０が配置されている。スティフナー６０により、電気的接続装置１の機械的強度が向上する。図１に示すように、プリント基板５０とインターポーザ４０を貫通する支持部材１１０によって、配線配置部材３０がスティフナー６０に固定されている。即ち、ピン形状の支持部材１１０のシャフトの先端部が配線配置部材３０の上面に配置された固定具１１１に固定され、支持部材１１０の頭部がスティフナー６０の上面に形成された凹部の内部に当接している。支持部材１１０と固定具１１１とは、例えば、ねじ結合される。ねじの締め方の強さを調整することにより、配線配置部材３０の撓みを矯正できる。

　また、電気的接続装置１は、プリント基板５０の外縁部に配置された固定リング７０を更に備える。固定リング７０は、配線配置部材３０やインターポーザ４０の周囲を囲んで配置されている。固定リング７０の下端は、配線配置部材３０の下方にせり出した部分を有し、このせり出した部分が配線配置部材３０の外縁部を下方から支持している。そして、プローブヘッド２０の外縁部を貫通する柱状の固定部材１２０の先端部が、固定リング７０のせり出した部分に固定されている。これらにより、配線配置部材３０及びプローブヘッド２０が、プリント基板５０とスティフナー６０に支持されている。

　製造時の組み立て公差や加工公差、部材撓みなどにより、プローブヘッド２０に撓みが発生する場合がある。この撓みにより、プローブ１０の基端部と配線配置部材３０との接触が安定せず、接点不良が発生する。このため、プローブヘッド２０の撓みを抑制するために、種々の対策が検討されてきた。

　例えば、図３に示した比較例の電気的接続装置１Ａでは、プローブヘッド２０の下面からスティフナー６０まで固定部品１００Ａが挿入されている。固定部品１００Ａは、プローブヘッド２０の他に、配線配置部材３０、インターポーザ４０及びプリント基板５０を貫通している。

　このため、図４に示すように、固定部品１００Ａを通過させるための貫通穴３００が、配線配置部材３０に形成されている。貫通穴３００及びその周辺には、配線を配置することができない。このため、配線配置部材３０における配線効率が低下する。図４に示した領域Ｓの拡大図を図５に示す。

　例えば、配線配置部材３０の主面の電子部品２００が配置された領域の残余の領域に平面視で径が３．２ｍｍの貫通穴３００を形成すると、貫通穴３００の周囲には１．５ｍｍの範囲で配線を配置することが禁止される。つまり、直径６．２ｍｍの配線禁止領域３２０が設定される。

　配線の幅が０．１ｍｍ、配線ピッチが０．１ｍｍの場合に、貫通穴３００の周囲に配置可能な配線が６本である配線領域３１１と、配置可能な配線が５本である配線領域３１２が設定される。一方、貫通穴３００を形成したことにより生じる配線禁止領域３２０には、貫通穴３００を形成しなければ３０本の配線が可能である。１つの配線層に配置可能な配線の数が１１本であるため、配線できない３０本の配線を配置するためには、３層の配線層が更に必要である。或いは、配線配置部材３０を大型化して配置可能な領域の面積を増大させる必要がある。プリント基板５０などにおいても、同様に、配線の多層化や面積の拡大などの対応が必要である。

　しかしながら、配線配置部材の多層化や面積の拡大などの対応では、電気的接続装置の製造コストが増大する。また、配線効率の低下により、配線抵抗が増大するなどの現象により、電気的接続装置の特性が低下する。

　更に、配線配置部材にそれぞれ貫通穴を形成することにより、製造工程が長期化する問題が生じる。また、プローブヘッド２０の上方に複数の配線配置部材を積層した構成において撓みを調整するために、配線配置部材それぞれについて精度が必要である。

　これに対し、図１に示した電気的接続装置１では、配線配置部材３０に貫通穴を形成しないため、図６に示すように配線領域３１０に４１本の配線を配置できる。このため、配線層の多層化や面積の拡大などの対策をしなくても、配線効率の低下が抑制される。このため、比較例の場合に生じるような製造コストの増大、電気的接続装置の特性の低下、製造工程の長期化などの問題が生じない。

　以上に説明したように、本発明の実施形態に係る電気的接続装置１では、撓みが生じないようにプローブヘッド２０を支持するための固定部品１００が、プローブヘッド２０の直上に配置された配線配置部材３０の固定面３０１に固定されている。このため、スペーストランスフォーマやプリント基板などの配線配置部材を貫通しない。したがって、プローブヘッド２０の撓みによる接点不良を抑制し、且つ、配線配置部材の配線効率の低下を抑制できる。このため、図１に示した電気的接続装置１によれば、被検査体２の多ピン化に対応してプローブ１０の本数が増大した場合にも、スペーストランスフォーマやプリント基板などに配線パターンを高密度に配置することができる。

　＜変形例＞
　図７に示した変形例の電気的接続装置１では、配線配置部材３０の固定面３０１に設けられた凹部の内部に、固定部品１００の一端部が結合されるアンカー３５が配置されている。他の構成は、図１に示した電気的接続装置１と同様である。

　被検査体２について高周波特性を測定するためなどに、プローブ１０の長さを短くすることが必要な場合がある。しかし、図１に示すように配線配置部材３０の固定面３０１にアンカー３５を配置した場合には、アンカー３５の厚みに対応して、プローブ１０のプローブヘッド２０を貫通する部分を長くする必要がある。このため、プローブ１０の長さを短くすることが阻害される。

　更に、配線配置部材３０の固定面３０１にアンカー３５を配置した場合には、プローブヘッド２０とアンカー３５との接触を防止するために、プローブヘッド２０のアンカー３５と対向する領域に形成する凹部を大きめに形成する必要がある。しかし、凹部を大きくすると、プローブヘッド２０の機械的強度が低下する。

　これに対し、図７に示した電気的接続装置１によれば、配線配置部材３０の固定面３０１に設けられた凹部の内部にアンカー３５を配置することにより、プローブ１０の長さを短くすることができる。また、プローブ１０とアンカー３５との接触を防止するための凹部をプローブヘッド２０の上面に形成する必要がなく、プローブヘッド２０の機械的強度の低下が抑制される。

　なお、配線配置部材３０の固定面３０１に凹部を形成することにより、配線配置部材３０の配線効率が低下するおそれがある。しかし、インターポーザ４０やプリント基板５０などの配線効率の低下は生じず、これらの配線配置部材において高密度の配線を実現できる。

　（その他の実施形態）
　上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

　例えば、上記では、スペーストランスフォーマの下面に固定部品１００の一端部が固定される場合を例示的に示したが、固定部品１００が固定される配線配置部材３０は、電気的接続装置１の構成によって異なる。即ち、プローブヘッド２０の直上にスペーストランスフォーマ以外の配線基板が配置される場合には、その配線基板の下面に固定部品１００の一端部が固定される。

　また、アンカー３５とねじ結合する固定部品１００を使用してプローブヘッド２０と配線配置部材３０の間隔を調整する例を記載したが、他の方法を使用してもよい。例えば、長さの異なる固定部品１００に交換することによって、プローブヘッド２０と配線配置部材３０の間隔を調整してもよい。

　このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。

　本実施形態の電気的接続装置は、被検査体の電気的特性の測定の分野に利用可能である。

Claims (6)

1. 　配線配置部材と、
   　前記配線配置部材に形成された配線パターンと接続する基端部、及び被検査体と接触する先端部を有するプローブと、
   　前記配線配置部材と隣接して配置され、前記プローブを保持するプローブヘッドと、
   　前記プローブヘッドから前記配線配置部材に向けて一端部が突出するように前記プローブヘッドに配置され、前記一端部が前記配線配置部材の前記プローブヘッドに対向する固定面に固定されて前記プローブヘッドと前記配線配置部材を結合する固定部品と
   　を備えることを特徴とする電気的接続装置。
2. 　前記固定部品がピン形状であり、
   　前記固定部品のシャフトが前記プローブヘッドを貫通し、前記シャフトと連結する前記固定部品のヘッドが前記プローブヘッドに当接していることを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。
3. 　前記固定面に、前記一端部が結合するアンカーが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。
4. 　前記固定部品と前記アンカーがねじ結合されていることを特徴とする請求項３に記載の電気的接続装置。
5. 　前記配線配置部材の前記固定面に設けられた凹部の内部に、前記アンカーが配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電気的接続装置。
6. 　前記配線配置部材が、前記プローブの間隔よりも配線の間隔を広くするスペーストランスフォーマであることを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。

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