(57)【要約】  メインテナンスを容易にかつ低コストで行うことができ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を提供する。この目的のため、互いに異なる二つの被接触体の一方と接触する第１プランジャと、一端が第１プランジャに取り付けられ、第１プランジャの軸線方向に沿って伸縮自在なコイルばねと、一部がコイルばねの他端から当該コイルばねの内周部へ挿抜自在に取り付けられ、二つの被接触体の他方と接触する第２プランジャと、を備える。
2009102029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の両端で互いに異なる二つの被接触体と接触し、前記二つの被接触体の間を電気的に接続する導電性のコンタクトプローブであって、
前記二つの被接触体の一方と接触する第１プランジャと、
一端が前記第１プランジャに取り付けられ、前記第１プランジャの軸線方向に沿って伸縮自在なコイルばねと、
一部が前記コイルばねの他端から当該コイルばねの内周部へ挿抜自在であり、前記二つの被接触体の他方と接触する第２プランジャと、
を備えたことを特徴とするコンタクトプローブ。
【請求項２】
前記コイルばねは、
線材が密着して巻かれた密着巻き部と、
前記密着巻き部に連続し、自然長における長手方向の長さが前記密着巻き部の長手方向の長さよりも長く、前記線材が前記密着巻き部よりも粗く巻かれた粗巻き部と、
を有し、
前記第２プランジャの長手方向の長さは前記第１プランジャの長手方向の長さよりも長く、
前記第２プランジャの一部を前記コイルばねに挿入した状態で、前記第２プランジャは前記密着巻き部と接触可能であることを特徴とする請求項１記載のコンタクトプローブ。
【請求項３】
長手方向の両端で互いに異なる二つの被接触体と接触し、前記二つの被接触体を電気的に接続する導電性のコンタクトプローブを複数備えるとともに、各コンタクトプローブの両端部を外部に表出させつつ抜け止めした状態で保持するプローブホルダを備えるプローブユニットであって、
前記コンタクトプローブは、
前記二つの被接触体の一方と接触する第１プランジャと、
一端が前記第１プランジャに取り付けられ、前記第１プランジャの軸線方向に沿って伸縮自在なコイルばねと、
一部が前記コイルばねの他端から当該コイルばねの内周部へ挿抜自在であり、前記二つの被接触体の他方と接触する第２プランジャと、
を有することを特徴とするプローブユニット。
【請求項４】
前記コイルばねは、
線材が密着して巻かれた密着巻き部と、
前記密着巻き部に連続し、自然長における長手方向の長さが前記密着巻き部の長手方向の長さよりも長く、前記線材が前記密着巻き部よりも粗く巻かれた粗巻き部と、
を有し、
前記第２プランジャの長手方向の長さは前記第１プランジャの長手方向の長さよりも長く、
前記第２プランジャの一部を前記コイルばねに挿入した状態で、前記第２プランジャは前記密着巻き部と接触可能であることを特徴とする請求項３記載のプローブユニット。
【請求項５】
前記第１プランジャが接触する前記被接触体は検査用信号を生成して出力する回路基板であり、
前記第２プランジャが接触する前記被接触体は前記回路基板が出力した前記検査用信号を受信する検査対象物であることを特徴とする請求項３または４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、半導体集積回路等の検査対象物の電気特性検査を行う導電性の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】
ＩＣチップなどの半導体集積回路の電気特性検査においては、その半導体集積回路が有する外部接続用電極の設置パターンに対応して、複数の導電性コンタクトプローブを所定の位置に収容したプローブユニットが用いられる。プローブユニットは、コンタクトプローブを挿通する孔部が複数設けられたプローブホルダを備えており、このプローブホルダが保持するコンタクトプローブの両端部が、半導体集積回路の球状電極と検査用信号を出力する回路基板の電極とにそれぞれ接触することにより、半導体集積回路と回路基板との間を電気的に接続する（例えば、特許文献１を参照）。【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１０７３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プローブユニットでは、電気特性検査の検査回数が増加してくると、コンタクトプローブの先端に半導体集積回路の球状電極の半田が転写され、接触抵抗が増加し、正常な電気特性検査ができなくなる場合がある。このような事態を回避するため、従来のプローブユニットでは、所定の回数だけ検査するごとに、紙ヤスリなどを用いることによってコンタクトプローブの先端に付着した半田を削り落とす作業を定期的に行っていた。【０００５】
上述した削り作業を繰り返すと、接触抵抗を小さくするために設けられたＡｕ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｎｉなどの表面メッキが削り取られ、コンタクトプローブの先端は徐々に磨耗していき、いずれはコンタクトプローブを交換しなければならない。しかしながら、従来のプローブユニットでは、コンタクトプローブの交換作業は容易なものではなく、検査用のラインを停止したり、プローブホルダをハンドラーから外して分解したりしなければならないこともあった。このため、コンタクトプローブの交換作業に多くの時間と手間が費やされていた。また、交換が必要なコンタクトプローブの先端部以外も一括して交換しなければならないため、メインテナンス費用がかさむという問題もあった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、メインテナンスを容易にかつ低コストで行うことができ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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るコンタクトプローブは、長手方向の両端で互いに異なる二つの被接触体と接触し、前記二つの被接触体の間を電気的に接続する導電性のコンタクトプローブであって、前記二つの被接触体の一方と接触する第１プランジャと、一端が前記第１プランジャに取り付けられ、前記第１プランジャの軸線方向に沿って伸縮自在なコイルばねと、一部が前記コイルばねの他端から当該コイルばねの内周部へ挿抜自在であり、前記二つの被接触体の他方と接触する第２プランジャと、を備えたことを特徴とする。【０００８】
また、本発明に係るコンタクトプローブは、上記発明において、前記コイルばねは、線材が密着して巻かれた密着巻き部と、前記密着巻き部に連続し、自然長における長手方向の長さが前記密着巻き部の長手方向の長さよりも長く、前記線材が前記密着巻き部よりも粗く巻かれた粗巻き部と、を有し、前記第２プランジャの長手方向の長さは前記第１プランジャの長手方向の長さよりも長く、前記第２プランジャの一部を前記コイルばねに挿入した状態で前記第２プランジャは前記密着巻き部と接触可能であることを特徴とする。【０００９】
本発明に係るプローブユニットは、長手方向の両端で互いに異なる二つの被接触体と接触し、前記二つの被接触体を電気的に接続する導電性のコンタクトプローブを複数備えるとともに、各コンタクトプローブの両端部を外部に表出させつつ抜け止めした状態で保持するプローブホルダを備えるプローブユニットであって、前記コンタクトプローブは、前記二つの被接触体の一方と接触する第１プランジャと、一端が前記第１プランジャに取り付けられ、前記第１プランジャの軸線方向に沿って伸縮自在なコイルばねと、一部が前記コイルばねの他端から当該コイルばねの内周部へ挿抜自在であり、前記二つの被接触体の他方と接触する第２プランジャと、を有す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、上記発明において、前記コイルばねは、線材が密着して巻かれた密着巻き部と、前記密着巻き部に連続し、自然長における長手方向の長さが前記密着巻き部の長手方向の長さよりも長く、前記線材が前記密着巻き部よりも粗く巻かれた粗巻き部と、を有し、前記第２プランジャの長手方向の長さは前記第１プランジャの長手方向の長さよりも長く、前記第２プランジャの一部を前記コイルばねに挿入した状態で、前記第２プランジャは前記密着巻き部と接触可能であ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、前記第１プランジャが接触する前記被接触体は検査用信号を生成して出力する回路基板であり、前記第２プランジャが接触する前記被接触体は前記回路基板が出力した前記検査用信号を受信する検査対象物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、互いに異なる二つの被接触体の一方と接触する第１プランジャと、一端が第１プランジャに取り付けられ、第１プランジャの軸線方向に沿って伸縮自在なコイルばねと、一部がコイルばねの他端から当該コイルばねの内周部へ挿抜自在であり、二つの被接触体の他方と接触する第２プランジャと、を備えているため、メインテナンスを行う際に第２プランジャだけを交換することができる。したがって、メインテナンスを容易にかつ低コストで行うことが可能となる。
【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プローブユニットの全体構成を模式的に示す斜視図である。
【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要部の構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係るプローブの分解図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係るプローブの自然長における状態を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの組み立ての概要を示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの検査時の状態を示す図である。
【図７】図７は、本発明の別な実施の形態に係るプローブの構成を示す図である。
【図８】図８は、本発明のさらに別な実施の形態に係るプローブの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１４】
１  プローブユニット
２、５、６  コンタクトプローブ
３  プローブホルダ
４  ホルダ部材
２１、５１  第１プランジャ
２１ａ、２２ａ、５１ａ、５２ａ  先端部
２１ｂ、２２ｂ、５１ｂ、５２ｂ  フランジ部
２１ｃ、５１ｃ  ボス部
２１ｄ、５１ｄ  基端部
２２、５２  第２プランジャ
２３、２４、５３  コイルばね
２３ａ、２４ａ、５３ａ  密着巻き部
２３ｂ、２４ｂ、５３ｂ  粗巻き部
３１  第１基板
３２  第２基板
１００  半導体集積回路
１０１、２０１  電極
２００  回路基板
３１１、３２１  孔部
３１１ａ、３２１ａ  小径孔
３１１ｂ、３２１ｂ  大径孔
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）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。【００１６】
図１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。また、図２は、本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。これらの図に示すプローブユニット１は、検査対象物である半導体集積回路１００の電気特性検査を行う際に使用する装置であって、半導体集積回路１００と半導体集積回路１００へ検査用信号を出力する回路基板２００との間を電気的に接続する装置である。【００１７】
プローブユニット１は、長手方向の両端で互いに異なる二つの被接触体である半導体集積回路１００および回路基板２００に接触する導電性のコンタクトプローブ２（以下、単に「プローブ２」という）と、複数のプローブ２を所定のパターンにしたがって収容して保持するプローブホルダ３と、プローブホルダ３の周囲に設けられ、検査の際に複数のプローブ２と接触する半導体集積回路１００の位置ずれが生じるのを抑制するホルダ部材４と、を備える。【００１８】
プローブ２は導電性材料を用いて形成され、先端が回路基板２００と接触する第１プランジャ２１と、第１プランジャ２１よりも長手方向の長さが長く、半導体集積回路１００と接触する第２プランジャ２２と、第１プランジャ２１と第２プランジャ２２との間に設けられるコイルばね２３とを有する。【００１９】
第１プランジャ２１は、先端が針状をなす先端部２１ａと、先端部２１ａの径よりも大きい径を有するフランジ部２１ｂと、フランジ部２１ｂを介して先端部２１ａと反対方向に突出し、フランジ部２１ｂの径よりも小さくかつコイルばね２３の内径よりも若干大きい径を有する円柱状をなし、コイルばね２３の端部が圧入されるボス部２１ｃと、ボス部２１ｃの径よりも小さくかつコイルばね２３の内径よりも小さい径を有する円柱状をなす基端部２１ｄとを有する。【００２０】
第２プランジャ２２は、先端がクラウン形状をなす先端部２２ａと、先端部２２ａの径よりも大きい径を有するフランジ部２２ｂと、フランジ部２２ｂを介して先端部２２ａと反対方向に突出し、フランジ部２２ｂの径よりも小さくかつコイルばね２３の内径よりも小さい径を有する円柱状をなす基端部２２ｃとを備える。なお、先端部２２ａの先端形状はあくまでも一例に過ぎず、他の形状であってもよい。【００２１】
コイルばね２３は、線材が密着して巻かれている密着巻き部２３ａと、密着巻き部２３ａよりも長手方向の長さが長く、密着巻き部２３ａよりも粗く巻かれている粗巻き部２３ｂとを備え、長手方向に沿って均一な径を有する。密着巻き部２３ａの端部は第１プランジャ２１のボス部２１ｃに圧入されている。このため、コイルばね２３は、第１プランジャ２１の軸線方向に沿って伸縮自在である。これに対して、粗巻き部２３ｂの端部では、第２プランジャ２２の基端部２２ｃが粗巻き部２３ｂの内周部へ挿抜自在に取り付けられる（図３を参照）。【００２２】
図４は、第２プランジャ２２をコイルばね２３に取り付けた状態を示す図である。図４において、コイルばね２３は自然長である。この状態で、第２プランジャ２２の基端部２２ｃの長手方向の長さＰは、コイルばね２３の粗巻き部２３ｂの自然長Ｓよりも長い（Ｐ＞Ｓ）。このため、第２プランジャ２２の基端部２２ｃは、コイルばね２３の長さが自然長以下の長さに圧縮されて若干湾曲すると、そのコイルばね２３の密着巻き部２３ａに面接触する。このような構成を有するプローブ２によれば、第２プランジャ２２の基端部２２ｃが密着巻き部２３ａによってガイドされ、第２プランジャ２２とコイルばね２３（および第１プランジャ２１）との軸線がぶれにくくなる。したがって、第２プランジャ２２の基端部２２ｃをコイルばね２３に挿入したときの第２プランジャ２２の直進性が向上する。【００２３】
プローブホルダ３は、樹脂、マシナブルセラミック、シリコンなどの絶縁性材料を用いてそれぞれ形成された第１基板３１および第２基板３２を厚さ方向（図２の上下方向）に積層した状態で固着して成る。【００２４】
第１基板３１には、板厚方向に貫通された複数の孔部３１１が設けられている。孔部３１１は、第１プランジャ２１の先端部２１ａを挿通可能な円筒状の小径孔３１１ａと、小径孔３１１ａよりも径が大きく、かつ小径孔３１１ａと同軸をなす円筒状の大径孔３１１ｂとを有する。大径孔３１１ｂの径はコイルばね２３の外径よりも大きく、コイルばね２３が圧縮されたときに湾曲することができる隙間を有している。小径孔３１１ａの径は、第１プランジャ２１のフランジ部２１ｂの径よりも小さく、第１プランジャ２１の先端部２１ａを表出させた状態で第１プランジャ２１を抜け止めしている。【００２５】
第２基板３２には、第１基板３１が有する複数の孔部３１１に対応する複数の孔部３２１が設けられている。孔部３２１は、第１基板３１に設けられた複数の孔部３１１のいずれかと同軸的に連通している。孔部３２１は、第２プランジャ２２の先端部２２ａを挿通可能な円筒状の小径孔３２１ａと、小径孔３２１ａよりも径が大きく、かつ小径孔３２１ａと同軸をなす円筒状の大径孔３２１ｂとを有する。小径孔３２１ａの径は、第２プランジャ２２のフランジ部２２ｂの径よりも小さく、第２プランジャ２２の先端部２２ａを表出させた状態で第２プランジャ２２を抜け止めしている。大径孔３２１ｂの径は第１基板３１の孔部３１１の大径孔３１１ｂの径と等しく、コイルばね２３の外径よりも大きい。【００２６】
孔部３１１、３２１は、ドリル加工、エッチング、打抜き成形を行うか、あるいはレーザ、電子ビーム、イオンビーム、ワイヤ放電等を用いた加工を行うことによって形成される。【００２７】
なお、プローブホルダ３は、導電性材料から成る基板の表面（孔部３１１、３２１の側面に対応する部分も含む）を絶縁性材料によって被覆した構成とすることも可能である。【００２８】
図５は、プローブユニット１の組み立ての概要を示す図である。プローブユニット１を組み立てる際には、一体化されている第１プランジャ２１およびコイルばね２３を、第１プランジャ２１の先端部２１ａを先頭に第１基板３１の大径孔３１１ｂの端部から挿通した後、第２プランジャ２２の基端部２２ｃをコイルばね２３の粗巻き部２３ｂの端部からコイルばね２３の内周部へ挿入する。これにより、プローブ２は図５に示す状態となる。この後、第２基板３２の表面のうち孔部３２１の大径孔３２１ｂの開口を含む表面を底面として第２基板３２を第１基板３１へ下降させていき、複数の第２プランジャ２２の先端部２２ａを各々対応する孔部３２１へ挿通する。最後に、ネジ等を用いて第１基板３１と第２基板３２とを固着する。図５に示す状態で、プローブ２は、第２プランジャ２２の自重によってコイルばね２３の長さが自然長よりも短くなっており、第２プランジャ２２の基端部２２ｃはコイルばね２３の密着巻き部２３ａの内周へより深く進入している。このため、プローブ２は軸線方向（図５の上下方向）からぶれにくくなり、第２基板３２を装着しやすくなっている。【００２９】
なお、第１基板３１および第２基板３２に位置決め用の開口部をそれぞれ設けておき、互いに対応する開口部同士に位置決めピンを挿入することによって両基板の位置決めを行うようにすれば、プローブユニット１の組み立てを一段と容易にかつ迅速に行うことができる。【００３０】
図６は、半導体集積回路１００の検査時におけるプローブユニット１の要部の構成を示す部分断面図である。半導体集積回路１００の検査時には、半導体集積回路１００からの接触荷重が加わる。接触荷重が加わった結果、コイルばね２３は長手方向に沿って圧縮された状態となる。コイルばね２３が圧縮されると、コイルばね２３はプローブホルダ３の互いに連通する大径孔３１１ｂ、３２１ｂの中で湾曲し、密着巻き部２３ａが第２プランジャ２２の基端部２２ｃと接触する。これにより確実な電気導通が得られる。この際には、第２プランジャ２２の基端部２２ｃが密着巻き部２３ａの下方まで進入しているため、第２プランジャ２２の軸線が大きくぶれることはない。【００３１】
検査時に回路基板２００から半導体集積回路１００に供給される検査用信号は、回路基板２００の電極２０１からプローブ２の第１プランジャ２１、密着巻き部２３ａ、第２プランジャ２２を経由して半導体集積回路１００の電極１０１へ到達する。このように、プローブ２では、第１プランジャ２１と第２プランジャ２２が密着巻き部２３ａを介して導通するため、電気信号の導通経路を最小にすることができる。したがって、検査時に粗巻き部２３ｂに信号が流れるのを防止し、インダクタンスおよび抵抗の低減および安定化を図ることができる。【００３２】
プローブユニット１が複数の半導体集積回路１００に対して検査を繰り返し行った結果、第２プランジャ２２が劣化して交換しなければならなくなった場合には、第２基板３２を第１基板３１から取り外した後、第２プランジャ２２のみを交換すればよい。このため、従来の一体型のプローブのように、交換する必要がない箇所まで交換しなくて済む。【００３３】
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、互いに異なる二つの被接触体の一方と接触する第１プランジャと、一端が第１プランジャに取り付けられ、第１プランジャの軸線方向に沿って伸縮自在なコイルばねと、一部がコイルばねの他端から当該コイルばねの内周部へ挿抜自在であり、二つの被接触体の他方と接触する第２プランジャと、を備えているため、メインテナンスを行う際に第２プランジャだけを交換することができる。したがって、メインテナンスを容易にかつ低コストで行うことが可能となる。【００３４】
また、本実施の形態によれば、第２プランジャの長手方向の長さが第１プランジャの長手方向の長さより長く、かつ第２プランジャがコイルばねの密着巻き部まで挿入可能な構成としているため、プローブユニットの組立時や半導体集積回路の検査時にコンタクトプローブが軸線方向からぶれるのを抑制し、第２プランジャの直進性を向上させることができる。また、圧縮によってコイルばねがプローブホルダの内部で若干湾曲することにより、そのコイルばねの密着巻き部が第２プランジャの基端部と接触するため、確実な電気導通が得られる。したがって、プローブユニットの組立性を大きく向上させることができるとともに、検査時の安定した導通を確保することができる。【００３５】
また、本実施の形態によれば、第２プランジャを検査対象物と接触させているため、消耗が激しい側のプランジャを単体で容易に交換可能な構成とすることができる。この結果、第１プランジャやコイルばねを長期にわたって使用することが可能となり、メインテナンスに要するコストを低減することができる。【００３６】
また、本実施の形態によれば、第２プランジャはコイルばねに固着されるわけではないため、第１プランジャのボス部とコイルばねの内径に要求される寸法精度よりも低い精度で加工することが可能となる。したがって、コンタクトプローブの生産性を向上させることができる。【００３７】
ここまで、本発明を実施するための最良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。図７は、本発明の別な実施の形態に係るコンタクトプローブの構成を示す部分断面図である。同図に示すコンタクトプローブ５は、半導体集積回路１００に接触する第１プランジャ５１と、回路基板２００に接触する第２プランジャ５２と、第１プランジャ５１と第２プランジャ５２との間に設けられるコイルばね５３とを有する。第１プランジャ５１は、先端部５１ａ、フランジ部５１ｂ、ボス部５１ｃおよび基端部５１ｄを有する。第２プランジャ５２は、先端部５２ａ、フランジ部５２ｂおよび基端部５２ｃを有し、長手方向の長さが第１プランジャ５１よりも短い。コイルばね５３は、密着巻き部５３ａおよび粗巻き部５３ｂを有している。コンタクトプローブ５は、コイルばね５３に対して挿抜自在な第２プランジャ５２の方が短く、かつ密着巻き部５３ａと粗巻き部５３ｂとの位置関係がコンタクトプローブ２の場合と逆であり、第１プランジャ５１のボス部５１ｃに圧入される側が粗巻き部５３ｂとなっている。このような構成を有するコンタクトプローブ５においても、第２プランジャ５２のみを交換することができるため、上記一実施の形態と同様の効果、すなわちメインテナンスを容易にかつ低コストで行うことができる。【００３８】
図８は、本発明のさらに別な実施の形態に係るコンタクトプローブの構成を示す図であり、コンタクトプローブが図５に示すプローブ２と同じ状態にある場合を示す図である。図８に示すコンタクトプローブ６は、第１基板３１へ挿通した状態で、コイルばね２４の密着巻き部２４ａと粗巻き部２４ｂとの境界が第１基板３１の上面よりも上方に位置している。このように、本発明において、コイルばねの密着巻き部および粗巻き部の長さは適宜変更することができる。【００３９】
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の形態等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】
【００４０】
以上のように、本発明は、半導体集積回路等の検査対象物の電気特性検査を行う際に有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
2009102029.tif 000011
2009102029.tif 000012
2009102029.tif 000013
2009102029.tif 000014