(57)【要約】  ばね性を確保しながら、１ＧＨｚ以上の周波数を有する高周波信号にも対応可能な導電性を確保することができるばね用線材、当該ばね用線材を用いたコンタクトプローブおよび当該コンタクトプローブを用いたプローブユニットを提供する。この目的のため、電気抵抗率が５．００×１０-8Ω・ｍ以下の導電性材料からなる線状の芯材と、縦弾性係数が１．００×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上のばね材料からなり、芯材の外周を被覆する被覆材３と、を備える。被覆材の被覆厚さｄは、芯材の横断面の重心から該横断面の外縁までの距離の最小値ｒより小さい。
2010114164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気抵抗率が５．００×１０-8Ω・ｍ以下の導電性材料からなる線状の芯材と、
縦弾性係数が１．００×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上のばね材料からなり、前記芯材の外周を被覆する被覆材と、
を備えたことを特徴とするばね用線材。
【請求項２】
前記被覆材の被覆厚さは、前記芯材の横断面の重心から該横断面の外縁までの距離の最小値より小さいことを特徴とする請求項１に記載のばね用線材。
【請求項３】
前記被覆材の外周を被覆するメッキ被膜をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のばね用線材。
【請求項４】
各々が軸対称な形状を有する導電性材料からなる第１および第２プランジャと、
長手方向の両端部が前記第１および第２プランジャの端部であって互いに対向する端部にそれぞれ圧入され、該長手方向に伸縮自在な圧縮コイルばねと、
を備え、
前記圧縮コイルばねは、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のばね用線材を所定のピッチで巻回してなることを特徴とするコンタクトプローブ。
【請求項５】
各々が軸対称な形状を有する導電性材料からなる第１および第２プランジャと、長手方向の両端部が前記第１および第２プランジャの端部であって互いに対向する端部にそれぞれ圧入され、該長手方向に伸縮自在な圧縮コイルばねとをそれぞれ有する複数のコンタクトプローブと、板状をなし、前記コンタクトプローブの両端部を相反する板面からそれぞれ露出した状態で伸縮可能に保持する保持孔を複数個有するプローブホルダと、を備えたプローブユニットであって、
前記圧縮コイルばねは、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のばね用線材を所定のピッチで巻回してなることを特徴とするプローブユニット。
【請求項６】
前記プローブホルダは、
導電性材料からなる母材と、前記母材の表面を被覆する絶縁被膜とを有することを特徴とする請求項５記載のプローブユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ばね用線材、当該ばね用線材を用いて形成されるコンタクトプローブおよび当該コンタクトプローブを備えたプローブユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体パッケージ等の電気特性検査において使用するコンタクトプローブとして、両端に設けられる導電性の二つの接触部同士をコイルばねによって連結したピン型プローブが知られている（例えば、特許文献１を参照）。コイルばねを構成するばね材料には、銅合金や貴金属合金などの単一材料を用いることが多いが、これらの材料は良好なばね特性を有する一方で、電気抵抗率が高いという問題がある。この問題を解決してコイルばねの電気抵抗率を下げるために、ばね材料の表面に金などの電気抵抗率が低い高導電性金属のメッキを施す技術が知られている（例えば、特許文献２を参照）。また、メッキを施したばね材料をコイリングした後の密着巻き部分の外周にさらにメッキを施す技術も知られている（例えば、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４５２３５号公報
【特許文献２】特開２００８−２５８３３号公報
【特許文献３】特開２００４−３０９４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、半導体パッケージ等に出力される信号として１ＧＨｚ以上の周波数を有する高周波信号が使用されている。このような高周波信号を用いた電気特性検査に対応可能なコンタクトプローブを実現するには、コイルばねの低抵抗化と低インダクタンス化を図って高い導電性を確保する必要がある。上述した従来技術の場合、コイルばねの低抵抗化とインダクタンスを低下させるには、メッキ被膜の厚さを厚くすることが考えられる。しかしながら、メッキ被膜の厚さには限界（３μｍ程度）があるため、メッキ被膜を厚くするだけで高周波信号にも対応可能な導電性を確保するのは困難であった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ばね性を確保しながら、１ＧＨｚ以上の周波数を有する高周波信号にも対応可能な導電性を確保することができるばね用線材、当該ばね用線材を用いたコンタクトプローブおよび当該コンタクトプローブを用いたプローブユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るばね用線材は、電気抵抗率が５．００×１０-8Ω・ｍ以下の導電性材料からなる線状の芯材と、縦弾性係数が１．００×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上のばね材料からなり、前記芯材の外周を被覆する被覆材と、を備えたことを特徴とする。【０００７】
また、本発明に係るばね用線材は、上記発明において、前記被覆材の被覆厚さは、前記芯材の横断面の重心から該横断面の外縁までの距離の最小値より小さいことを特徴とする。【０００８】
また、本発明に係るばね用線材は、上記発明において、前記被覆材の外周を被覆するメッキ被膜をさらに備えたことを特徴とする。【０００９】
また、本発明に係るコンタクトプローブは、各々が軸対称な形状を有する導電性材料からなる第１および第２プランジャと、長手方向の両端部が前記第１および第２プランジャの端部であって互いに対向する端部にそれぞれ圧入され、該長手方向に伸縮自在な圧縮コイルばねと、を備え、前記圧縮コイルばねは、上記発明に係るばね用線材を所定のピッチで巻回してなることを特徴とする。【００１０】
また、本発明に係るプローブユニットは、各々が軸対称な形状を有する導電性材料からなる第１および第２プランジャと、長手方向の両端部が前記第１および第２プランジャの端部であって互いに対向する端部にそれぞれ圧入され、該長手方向に伸縮自在な圧縮コイルばねとをそれぞれ有する複数のコンタクトプローブと、板状をなし、前記コンタクトプローブの両端部を相反する板面からそれぞれ露出した状態で伸縮可能に保持する保持孔を複数個有するプローブホルダと、を備えたプローブユニットであって、前記圧縮コイルばねは、上記発明に係るばね用線材を所定のピッチで巻回してなることを特徴とする。【００１１】
また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記プローブホルダは、導電性材料からなる母材と、前記母材の表面を被覆する絶縁被膜とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電気抵抗率が５．００×１０-8Ω・ｍ以下の導電性材料からなる線状の芯材と、縦弾性係数が１．００×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上のばね材料からなり、前記芯材の外周を被覆する被覆材と、を備えているため、導電性とばね性をバランスよく両立させることができる。したがって、ばね性を確保しながら、１ＧＨｚ以上の周波数を有する高周波信号にも対応可能な導電性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係るばね用線材の構成を示す横断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの要部の構成を示す部分断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態の第１変形例に係るばね用線材の構成を示す横断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態の第２変形例に係るばね用線材の構成を示す横断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施の形態の第３変形例に係るばね用線材の構成を示す横断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態の第４変形例に係るばね用線材の構成を示す横断面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施の形態に係るばね用線材の別な適用例である接続端子の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。なお、図面は模式的なものであって、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合もあることに留意すべきであり、図面の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る場合があることは勿論である。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係るばね用線材の構成を示す横断面図である。同図に示すばね用線材１は、電気抵抗率が５．００×１０-8Ω・ｍ以下の導電性材料からなる線状の芯材２と、縦弾性係数が１．００×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上のばね材料からなり、芯材２の外周を被覆する被覆材３とを備える。
【００１６】
芯材２は、円形の横断面を有しており、金、金合金、銅、銅合金、アルミニウム、ベリリウム銅、ベリリウムニッケル、銀合金などのうちいずれかの材料を用いて実現される。
【００１７】
被覆材３は、ばね鋼、ステンレス鋼、ベリリウム銅、硬鋼線、りん青銅などのうちいずれかの材料を用いて実現される。被覆材３の被覆厚さｄは、芯材２の横断面をなす円の半径ｒ（横断面の重心（円の中心）と横断面の外縁との距離の最小値）よりも小さい。
【００１８】
以上の構成を有するばね用線材１は、例えば被覆材３と同じ材料からなるパイプ状部材の中空部に芯材２を挿入して一体化したものに伸線加工または引き抜き加工を施すことによって形成される。なお、芯材２をなす導電性材料と被覆材３をなすばね材料とからなるクラッド材を丸めて被覆材３が芯材２を被覆するようにしたものに対し、引き抜き加工を施すことによってばね用線材１を形成してもよい。
【００１９】
図２は、ばね用線材１を用いて実現されるコンタクトプローブを備えたプローブユニットの構成を示す斜視図である。図３は、図２に示すプローブユニットの要部の構成を示す部分断面図である。これらの図に示すプローブユニット４は、検査対象である半導体パッケージ１００と、半導体パッケージ１００に対して検査用信号を出力するテスター側の配線基板２００との接続を図る装置（テストソケット）である。より具体的には、プローブユニット４は、長手方向の両端部で、異なる二つの被接触体である半導体パッケージ１００および配線基板２００の電極とそれぞれ接触するコンタクトプローブ５を複数備えるとともに、複数のコンタクトプローブ５を保持するプローブホルダ６と、プローブホルダ６の外周を包囲するように配置され、プローブホルダ６を固定して保持するとともにプローブホルダ６に接触させる半導体パッケージ１００の位置ずれを抑制するベース部材７とを備える。
【００２０】
コンタクトプローブ５は、各々が軸対称な形状を有する導電性材料からなる第１プランジャ５１および第２プランジャ５２と、ばね用線材１を所定のピッチで巻回してなり、長手方向の両端部が第１プランジャ５１および第２プランジャ５２の端部であって互いに対向する端部にそれぞれ圧入され、該長手方向に伸縮自在な圧縮コイルばね５３と、を有する。半導体パッケージ１００の検査を行う際、第１プランジャ５１は半導体パッケージ１００と接触する一方、第２プランジャ５２は配線基板２００と接触する。
【００２１】
第１プランジャ５１は、先鋭端を有する先端部５１ａと、先端部５１ａの径よりも大きい径を有するフランジ部５１ｂと、フランジ部５１ｂを介して先端部５１ａと反対方向に突出し、フランジ部５１ｂの径よりも小さくかつ圧縮コイルばね５３の内径よりも若干大きい径の円柱状をなし、圧縮コイルばね５３の一端部が圧入されるボス部５１ｃと、ボス部５１ｃからフランジ部５１ｂと反対側に突出し、ボス部５１ｃの径よりも小さくかつ圧縮コイルばね５３の内径よりも小さい径の円柱状をなす基端部５１ｄとを有する。第１プランジャ５１は、長手方向の中心軸に対して軸対称な形状をなす。
【００２２】
第２プランジャ５２は、第１プランジャ５１と同じ形状をなしており、先端部５２ａ、フランジ部５２ｂ、ボス部５２ｃ、基端部５２ｄを有する。なお、第２プランジャが第１プランジャ５１と異なる形状をなしていてもよい。
【００２３】
圧縮コイルばね５３は、ばね用線材１を等ピッチで巻回したものであるが、本実施の形態においては、密着巻き部と粗巻き部とからなる不等２段ピッチでばね用線材１を巻回した圧縮コイルばねを適用することも可能である。
【００２４】
プローブホルダ６は、第１基板６１と第２基板６２とを板厚方向に重ねたものであり、コンタクトプローブ５を挿通して保持する保持孔６ｈを複数個有する。複数の保持孔６ｈの配置パターンは、半導体パッケージ１００の電極の配置パターンに対応して定められる。
【００２５】
第１基板６１には、複数の孔部６１１が設けられている。孔部６１１は、第１プランジャ５１の先端部５１ａを挿通可能な小径孔６１１ａと、小径孔６１１ａと同軸をなし、小径孔６１１ａの径より大きい径を有する大径孔６１１ｂとを有する。小径孔６１１ａは、フランジ部５１ｂより小さい径を有しており、第１プランジャ５１を抜け止めしている。第１基板６１は、金属からなる母材６１ａと、母材６１ａの表面のうち第２基板６２と対向する表面を除く表面を被覆する樹脂等からなる絶縁被膜６１ｂとを有する。
【００２６】
第２基板６２には、第１基板６１に設けられた複数の孔部６１１にそれぞれ対応する複数の孔部６２１が設けられている。孔部６２１は、連通する孔部６１１とともに保持孔６ｈを構成している。孔部６２１は、第２プランジャ５２の先端部５２ａを挿通可能な小径孔６２１ａと、小径孔６２１ａと同軸をなし、小径孔６２１ａの径より大きい径を有する大径孔６２１ｂとを有する。小径孔６２１ａは、フランジ部５２ｂよりも小さい径を有しており、第２プランジャ５２を抜け止めしている。第２基板６２は、導電性材料からなる母材６２ａと、母材６２ａの表面のうち第１基板６１と対向する表面を除く表面を被覆する樹脂等からなる絶縁被膜６２ｂとを有する。
【００２７】
以上の構成を有するプローブホルダ６によれば、母材６１ａ、６２ａとして金属を用いることにより、保持孔６ｈの強度を向上させることができる。また、プローブホルダ６によれば、熱による変形や、プローブホルダ６が保持するコンタクトプローブ５の本数が大量（例えば１０００本程度）になった場合の荷重増加による反り変形を抑制することが可能となる。また、プローブホルダ６によれば、母材６１ａ、６２ａが強力なグラウンドを形成するため、電磁波シールド効果が発生し、検査用信号のクロストークを抑制し、プローブユニット４としての電気特性を向上させることができる。
【００２８】
なお、図３では、第１基板６１と第２基板６２は上下に対称な形状をなしているが、第１基板と第２基板の板厚は異なっていてもかまわない。
【００２９】
ここで、第１基板６１、第２基板６２の加工方法の概要を説明する。なお、第１基板６１と第２基板６２の加工方法は同じなので、以下では第１基板６１を例にとって説明する。第１基板６１を加工する際には、まず母材６１ａで孔部６１１を形成する位置に所定の径を有する貫通孔をレーザ加工やドリル加工などによって形成する。続いて、絶縁被膜６２ｂの材料である液状の樹脂を、母材６１ａを入れた所定の型に流し込んで硬化させることによって母材６１ａの周囲を被覆するとともに、貫通孔の内部を充填する。その後、貫通孔に充填した樹脂部分に対して孔開け加工を行うことによって孔部６１１を形成する。最後に、半導体パッケージ１００と対向する表面は絶縁被膜６２ｂを残したまま平面切削を行う一方、第２基板６２と対向する部分の表面は母材６１ａを露出させるように平面切削を行うことにより、第１基板６１が完成する。
【００３０】
上述した第１基板６１の加工方法によれば、絶縁被膜６１ｂを形成した後に平面切削による平坦度加工を行うため、母材６１ａの寸法精度の許容範囲が広くなり、第１基板６１の加工時間を大幅に短縮することができる。
【００３１】
なお、絶縁被膜６１ｂの材料として、粉末状のセラミックや、樹脂とセラミックとの混合体を適用してもよい。この場合には、絶縁被膜６１ｂの材料に熱および／または圧力を加えることによって母材６１ａの表面で硬化させればよい。
【００３２】
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、電気抵抗率が５．００×１０-8Ω・ｍ以下の導電性材料からなる線状の芯材２と、縦弾性係数が１．００×１０4ｋｇｆ／ｍｍ2以上のばね材料からなり、芯材２の外周を被覆する被覆材３と、を備えているため、導電性とばね性をバランスよく両立させることができる。したがって、ばね性を確保しながら、１ＧＨｚ以上の周波数を有する高周波信号にも対応可能な導電性を確保することができる。
【００３３】
また、本実施の形態によれば、上記の如く導電性とばね性を両立しているため、圧縮コイルばね５３の巻き数を減らしてインダクタンスを低下させてもばね性が著しく損なわれることがない。したがって、コンタクトプローブ５を短くすることができ、プローブユニット４の薄型化を実現することができる。特に、本実施の形態においては、プローブホルダ６の母材が金属であるため、このような薄型化を行っても強度的に問題のないプローブユニット４を提供することができる。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、被覆材３は芯材２の外周を全周にわたって被覆しているため、例えば特開２００６−２８４２９２号公報に開示されているように、芯材を被覆材にはさんだ態様でコンタクトプローブを構成する場合とは異なり、ばねとしての特性に異方性が生じることがない。したがって、様々な用途への適用が容易である。
【００３５】
図４は、本実施の形態の第１変形例に係るばね用線材の構成を示す横断面図である。同図に示すばね用線材８は、ばね用線材１の構成に加えて、被覆材３の外周面に金、金すず合金またはパラジウム等の金属からなるメッキ被膜９を有する。このような構成を有するばね用線材８によれば、メッキ被膜９を限界まで厚くすることなく、高周波信号にも対応可能な導電性を確保することができる。
【００３６】
図５は、本実施の形態の第２変形例に係るばね用線材の構成を示す横断面図である。同図に示すばね用線材１０は、芯材２と同様の材料からなる線状の芯材１１と、被覆材３と同様の材料からなり、芯材１１の外周を被覆する被覆材と１２とを有し、矩形形状の横断面をなす。被覆材１２の厚さｄ1は、芯材１１の横断面の重心と外縁との距離の最小値ｒ1よりも小さい。
【００３７】
図６は、本実施の形態の第３変形例に係るばね用線材の構成を示す横断面図である。同図に示すばね用線材１３は、芯材２と同様の材料からなる線状の芯材１４と、被覆材３と同様の材料からなり、芯材１４の外周を被覆する被覆材１５とを有し、角部がＲ面取りされた略矩形形状の横断面をなす。被覆材１５の厚さｄ2は、芯材１４の横断面の重心と外縁との距離の最小値ｒ2よりも小さい。
【００３８】
図７は、本実施の形態の第４変形例に係るばね用線材の構成を示す横断面図である。同図に示すばね用線材１６は、芯材２と同様の材料からなる線状の芯材１７と、被覆材３と同様の材料からなり、芯材１７の外周を被覆する被覆材１８とを有し、楕円形状の横断面をなす。被覆材１８の厚さｄ3は、芯材１７の横断面の重心と外縁との距離の最小値ｒ3よりも小さい。
【００３９】
図５〜図７からも明らかなように、本実施の形態においては、様々な横断面形状を有するばね用線材を実現することができる。
【００４０】
図８は、本実施の形態に係るばね用線材１の別な適用例である接続端子の構成を示す図である。同図に示す接続端子１９は、円筒形状をなすようにばね用線材１を等ピッチで巻回したコイルばね部１９ａと、このコイルばね部１９ａの両端から先細のテーパ状をなすようにばね用線材１をそれぞれ密着巻きした一対の電極ピン部１９ｂ、１９ｃとを備える。このような構成を有する接続端子１９は、コンタクトプローブとしても適用可能である。なお、コイルばね部のピッチを途中で変えてもよい。
【００４１】
ばね用線材１の適用例としては、他にもワイヤー型のプローブ、引張コイルばね、トーションばねなどを挙げることができる。
【００４２】
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は、上述した一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。すなわち、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、半導体パッケージ等の電気特性検査を行うコンタクトプローブが備える弾性部材として有用であるほか、電気回路の電気接点用部材としても有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１、８、１０、１３、１６  ばね用線材
２、１１、１４、１７  芯材
３、１２、１５、１８  被覆材
４  プローブユニット
５  コンタクトプローブ
６  プローブホルダ
６ｈ  保持孔
７  ベース部材
９  メッキ被膜
１９  接続端子
１９ａ  コイルばね部
１９ｂ、１９ｃ  電極ピン部
５１  第１プランジャ
５１ａ、５２ａ  先端部
５１ｂ、５２ｂ  フランジ部
５１ｃ、５２ｃ  ボス部
５１ｄ、５２ｄ  基端部
５２  第２プランジャ
５３  圧縮コイルばね
６１  第１基板
６１ａ、６２ａ  母材
６１ｂ、６２ｂ  絶縁被膜
６２  第２基板
１００  半導体パッケージ
２００  配線基板
６１１、６２１  孔部
６１１ａ、６２１ａ  小径孔
６１１ｂ、６２１ｂ  大径孔
【図１】
2010114164.tif 000003
【図２】
2010114164.tif 000004
【図３】
2010114164.tif 000005
【図４】
2010114164.tif 000006
【図５】
2010114164.tif 000007
【図６】
2010114164.tif 000008
【図７】
2010114164.tif 000009
【図８】
2010114164.tif 000010
【国際調査報告】
2010114164.tif 000011
2010114164.tif 000012