(57)【要約】  柔軟電気接点（１０）は、閉じたコイル（１２）を有し、その相対向する近軸方向のリード線（１６、１８）は、コイル（１２）の軸（３８）に対しある角度でコイル（１２）から伸びている。コイル（１２）の電気的短絡ループ（１４）は、軸方向力が柔軟性を提供するリード線（１６、１８）の両端に加えられると、互いの面上をスライドする。数マイクロメートルの範囲内のピッチが非常に低いインピーダンス値で達成できるように、柔軟電気接点（１０）は、極めて小さく作ることができる。柔軟電気接点（１０）は、アセンブリの要素であって、絶縁シート（２６）の貫通口（２４）に取り付けられている。コイル（１２）は、貫通口（２４）の大きな中心部（３０）にはまっている。リード線（１６、１８）は、貫通口（２４）の相対向する開口（２８）から伸びている。オプションで、貫通口（２４）は、柔軟性ある導電エラストマ（３６）で充填される。
2005516344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）端部を有し、導電性で本質的に弾性の材料からなるワイヤを有し、
（ｂ）このワイヤは、少なくとも１つより幾分多いループと軸を有するコイルに形成されており、
（ｃ）前記端部は、ほぼ互いに逆方向にリード線として前記コイルから伸張し、
（ｄ）前記コイルの軸は、前記リード線と角度をなしている、柔軟電気接点。
【請求項２】
前記ワイヤは、丸い断面を有する、請求項１記載の柔軟電気接点。
【請求項３】
前記ワイヤは、少なくとも１つの平坦側面のある断面を有している、請求項１記載の柔軟電気接点。
【請求項４】
前記リード線の少なくとも１本は、整形した端部で形成されている、請求項１記載の柔軟電気接点。
【請求項５】
前記リード線の一方は、他方より長い、請求項１記載の柔軟電気接点。
【請求項６】
前記ワイヤは、金属製である、請求項１記載の柔軟電気接点。
【請求項７】
前記ワイヤは、断面寸法を有し、前記ループ間のギャップは、前記断面寸法の１００％より小さい請求項１記載の柔軟電気接点。
【請求項８】
（ａ）少なくとも１つの柔軟電気接点を有し、この柔軟電気接点は、端部を有すると共に導電性で本質的に弾性の材料からなるワイヤを有し、このワイヤは、少なくとも１つより幾分多いループと軸を備えたコイルに形成され、前記端部は、ほぼ互いに逆方向にリード線として前記コイルから伸び、前記コイルの軸は、前記リード線に対して角度をなし、
（ｂ）前記少なくとも１つの電気接点の各々毎に貫通口を有する絶縁パネルを有し、前記貫通口は、前記コイルを捕獲した中心部と、前記リード線が伸びる相対向する開口部とを有し、前記中心部は、軸方向圧力が前記リード線に加えられ及びこのリード線から除去される時に、前記コイルの圧縮と拡大が可能となるような大きさである、柔軟電気接点組み立て体。
【請求項９】
前記貫通口は、前記接点が前記貫通口内に設置された後に、柔軟性の導電エラストマで充填される、請求項８記載の柔軟電気接点組み立て体。
【請求項１０】
前記ワイヤは、丸い断面を有する、請求項８記載の柔軟電気接点アセンブリ。
【請求項１１】
前記ワイヤは、少なくとも１つの平坦側面のある断面を有している、請求項８記載の柔軟電気接点アセンブリ。
【請求項１２】
前記リード線の少なくとも１本は、整形した端部で形成されている、請求項８記載の柔軟電気接点アセンブリ。
【請求項１３】
前記リード線の一方は、他方より長い、請求項８記載の柔軟電気接点アセンブリ。
【請求項１４】
前記ワイヤは、金属製である、請求項８記載の柔軟電気接点アセンブリ。
【請求項１５】
前記ワイヤは、断面寸法を有し、前記ループ間のギャップは、前記断面寸法の１００％より小さい請求項８記載の柔軟電気接点アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気接点に関し、特に、高周波で非常に低いインダクタンスを持つ非常に小さい柔軟電気接点に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気接点の目的は、２つの電気導体間に分離可能な電気的相互接続を提供することである。分離可能性という特性は、導体がはんだ付けまたは接着のような永久的な機械手段によるのではなく、一時的な機械手段により相互接続されるということを意味する。従って、接点の有害な電気的影響を最小にしようとして良好な機械的接触を維持するために、何らかの形のばね力がこれら２つの導体を共に押圧するために使用される。これらの電気接点は（「可撓」接点の場合のように）柔軟接点(compliant contacts)と呼ばれる。
【０００３】
小さな柔軟接点は、集積回路（ＩＣ）装置をユーザが欲するどのような電気装置にも分離可能に相互接続するために必要である。主な例は、ＩＣを製造中に試験し分類するために使用される試験装置または分類装置にこのＩＣを接続することである。柔軟接点は、誤った結果を生じる可能性のあるＩＣへの出入信号を変えるインダクタンスのような寄生的影響を最小にするために、できるだけ電気的に透明に近くあるべきである。
【０００４】
柔軟接点は、接続された試験中の電気ユニット（ＵＵＴ：Unit Under Test）の非共面性(noncoplanarities)を補償することができるという点で、別の利点を有している。ＵＵＴ上の導通点は、正確には共平面ではなく、すなわち、互いに異なるＵＵＴ上の同一導通点間でさえ同一平面内には存在しない。柔軟接点は、導通点の実際の位置に依存して異なる量だけ変移する。
【０００５】
ＵＵＴに接続される従来形の柔軟接点は、ばねプローブ、導電ゴム、柔軟ビーム(beam)接点及びファズ(fuzz)・ボタンと呼ばれる一まとめにされたワイヤを有している。各技術は、接触間の非共平面性を克服するに必要な手段を提供すると共に、複数の接点にわたり一様な電気接触を提供する。各技術は、一つ又は他の特性に欠点を有していており、すべての技術は、大きな電気的寄生特性を有している。更に、それらは、比較的製造に費用がかかる。
【０００６】
代表的なばねプローブは、少なくとも３つまたは４つの部品、ばね付きの中空胴及び１つまたは２つのプランジャからなる。そのばねは、その中空胴内に収容されていて、プランジャの端部は、ばねの端部の所で中空胴の相対向開放端内にかしめられている。ばねは、プランジャを外方へ押圧し、それによりばね力をプランジャの先端に加える。ばねプローブは、非常に変る柔軟度と接触力を有し得るので、一般的には、何回もまたは何サイクルもの接点メークに非常に信頼性がある。ばねプローブは、パッド、コラム、ボールなどのような多くの異なる導通インターフェイスを収容することができる。しかし、ばねプローブには、ばね自体が非常に小さくは作り得ないという点で大きさの問題がある。その他の点では、接点が変わる毎に一貫したばね力を維持することができない面が有る。従って、ばねプローブは比較的大きく、より高い周波数の電気信号に使用される時に容認できないほどの大きなインダクタンスを示す。更に、ばねプローブは、３つの部品を別々に製造して組み立てなければならないから比較的高価である。
【０００７】
導電ゴムの接点は、埋め込みの導電金属部品を持つ種々の種類のゴムとシリコンからなっている。これらの接点ソリューションは、通常、ばねプローブよりも誘導性が低いが、柔軟性が小さくばねプローブよりもデューティ・サイクルを少なくすることができる。導電ゴムは、導通点がＵＵＴから持ち上げられる時に作用し、かくしてＵＵＴから突出する部分、または突出部材として動作するための第３の導電部品のこのシステムへの追加を必要とする。この第３の部材は、与えられた接触力に対する接触面積を減少させ、従って首尾一貫した接触がなし得るように単位面積あたりの力を増大させる。この第３の要素は、導通点間でゴム上に休止するねじ切りボタンであってもよい。この第３の要素は、インダクタンスをその接点系に加え得るだけである。
【０００８】
柔軟ビーム接点は、変移及び接触力がＵＵＴ導通点に対する一端において達せられ、一方、他端は他の導体に固定されたままとなるように形成された導電材料からなる。換言すれば、接触力は、１つ以上の導電板ばねにより提供される。これらの接点は、形状及び用途において大いに変化する。ある柔軟ビーム接点は、ＩＣと効果的に使用できるほど十分小さい。ある柔軟ビーム接点は、ビーム接触点に対し柔軟性または接触力を増すためにゴムのような他の柔軟材料を使用している。これらの更に後の種類は、伝統的な柔軟ビーム接点よりも小さくなる傾向があり、従って、インダクタンスは、小さくなってより高周波の装置の分類に更に適いている。しかし、これらの接点は、ある無線周波（ＲＦ）の用途で使用するには依然として幾分大きすぎる傾向がある。
【０００９】
ファズ・ボタンは、ワイヤを押圧して円筒形にする比較的古いが簡単な技術である。結果として生じる形状は、シール・ウールから作られた小さなシリンダに非常によく似ている。このシリンダは、非導電材料のシートの穴に配置されると、連続的に電気的ショートがされるばねのように動作する。それは、他の接点技術よりも誘導性の少ない電気路を提供する。ゴム接点に似て、ファズ・ボタンは、このファズ・ボタンとメイク・コンタクトをするために、その非導電材料のシートの穴内に達する必要のある第３の要素と非常によく使用される。この第３の要素は、寄生インダクタンスを増大させて、ＵＵＴに出入する信号の質を低下させる。
ＩＣパッケージ技術は、より小さく、より高周波（より速く）及びより安くなる方向に発展しつつあり、これらの種類の電気接点に対する新しい要件を生じさせている。それらは、最低のコストで適切に行う必要がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、現存の技術よりもより高周波でより低い自己インダクタンスを持つ柔軟接点を提供することである。
他の目的は、種々のＵＵＴを試験するために十分な柔軟性(compliance)を提供する低自己インダクタンス接点を提供することである。
更に他の目的は、接近した導通点を持つＵＵＴを試験するために極めて小さく作り得る低自己インダクタンス接点を提供することである。
更に他の目的は、製造するに比較的安価な低自己インダクタンス接点を提供することである。
【００１１】
本発明は、２つの実施例における非常に低い自己インダクタンス柔軟接点である。スキュー（skewed）・コイルの実施例は、一対の逆方向に伸びるリード線を持つワイヤからなるコイルを有している。それらのリード線は、コイル軸からある角度の方向に伸び、この角度の大きさはその特定の用途に依存する。その角度が大きくなるに従って接点を圧縮するに必要な力は大きくなる。圧縮中、コイル・ループは電気的にショートされ、その間、コイル・ループは互いに沿ってスライドする。コイルは、圧縮された時にリード線間に短絡を生じさせるに十分な、ちょうど３６０度を超える最小値のループを有するだけでよい。
【００１２】
このワイヤの断面形状は、丸形、四角形、三角形、楕円形、矩形、または星形を含むいずれの形状にもなし得るが、その断面寸法は、ワイヤの長さにわたり一様である必要もない。平坦側面をもつ断面は、丸形または楕円形の断面形状を持つワイヤよりもより大きな接触面を提供するが、必ずしも好適なものではない。ワイヤは、固有の可撓性を有する任意の導電材料からなる。
リード線の端部は、接点の完全性を助ける形状、例えば、ボール接点を受ける半球またはリングの形状または酸化物を突き刺す槍のような形状に形成することができる。
【００１３】
一用途では、接点は、絶縁パネル内の貫通口(through aperture)に配置される。この貫通口は、より大きな中心部の両端に開口を有している。一実施例では、絶縁パネルは、上記開口の１つ及び中心部を有する基部シートと、他の開口を有する頂部シートを有している。接点は、中心部に配置され、両シートは、共にサンドウィッチ状に配置されて前記貫通口内に接点を捕獲している。他の実施例では、絶縁パネルは、２つの鏡像シートを有していて、各シートは、１つの開口と前記中心部の半分を有している。接点は、１つの側面に配置され、両シートは、接点を捕獲するために共にサンドウィッチ状に配置されている。オプションとして、貫通口の残りの空間は、弾性を増しコイル・ループを電気的に短絡することを助ける柔軟性ある導電エラストマで充填される。
【００１４】
本発明の接点のもつれ(raveled)ワイヤの実施例は、ワイヤの断面寸法よりも大きな直径を有する円筒空洞内にワイヤを強制的に入れることによって作られ、それにより、円筒形状に閉じ込められて形成される不規則にもつれた渦巻きをもたらす。リード線の端部は、この渦巻きから近軸方向(paraxially)に突き出ている。ワイヤの特性は、スキュー・コイル接点のそれらと同じである。もつれワイヤ接点の他の全ての特性は、スキュー・コイル接点のものと同一または類似している。
本発明の他の目的は、本発明の次の図面及び詳細な記載に照らして明らかとなろう。
【実施例１】
【００１５】
本発明は、非常に低い自己インダクタンスを持つ柔軟電気接点である。この電気接点は、２つの実施例を有する。
１．図１から図１０までのスキュー・コイルの実施例
図１から図１０までに示したこのスキュー・コイルの実施例では、接点１０は、導電性のワイヤを円筒コイル１２に巻くことによって形成される。図６に示したコイル１２のループ１４間のギャップ４４は、ほぼ無ギャップ（閉じコイル）からワイヤの最大の断面寸法の約１００％までの距離にわたっている。ワイヤの断面寸法が大きくなればなるほど、ギャップ４４は、断面寸法のパーセンテージとしてより大きくなることができる。例えば、ワイヤの断面寸法が０．７８７４ｍｍ（０．００３１インチ）の場合、０．０２５４ｍｍ（０．０００１インチ）（３％）のギャップが受け入れ可能であり、一方、ワイヤの断面寸法が０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）の場合、０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）（５０％）のギャップが受け入れ可能である。
【００１６】
コイル１２は、図１におけるように丸く、または図２におけるように楕円形状にすることができる。２つのワイヤ端は、互いにほぼ平行で逆方向にコイル軸３８に対しある角度でコイル１２から離れリード線１６、１８として伸びている。このスキュー角度(skew angle)の大きさは、その特定の用途と、この用途に要求される柔軟力とに依存する。その角度が大きくなればなるほど、接点１０を圧縮するに必要な力は大きくなる。このことは、接点１０が、ＵＵＴの導通点に対してより大きな力を提供するということを意味する。リード線１６、１８が軸方向に圧縮できるように接点１０が取り付けられていると、コイル１２は、ループ１４が互いに沿ってスライドするので柔軟性をもつ。圧縮力が取り除かれると、ループ１４は、その静止状態に戻る。圧縮中、コイル１２は、リード線１６、１８を、接続されたＵＵＴの導通点に対し押しつけ、それにより受け入れ可能な電気接続を提供する。更に、コイル１４は、その導通点の非共面性(noncoplanarities)を調整するに必要な特徴を提供する。
【００１７】
ギャップ４４が一度閉じられると、ループ（複数）１４は、接点１０の圧縮中ずっと電気的に短絡され、その間それらは互いに沿ってスライドする。コイル１２は、圧縮時にリード線１６と１８との間に短絡を生じさせるに十分なループを有するだけでよいので、極めて短く電気的寄生を非常に低くすることができる。最小のコイルは、図３に示したように、１つより幾分多いループを有している。ワイヤは、コイル１２の端部が圧縮中メイク・コンタクトをするようにちょうど３６０度を超える(just over 360°)最小値にわたり巻かれている。
【００１８】
スキュー角の他に、この曲がりコイルの接点１０の力対変移曲線は、同様に、その接点の製造時に使用されたワイヤの体積、例えば、ワイヤの断面寸法、コイルの直径、及びワイヤの長さ並びに断面形状及びワイヤの材質により決定される。ワイヤの断面形状は、図１に示したように丸くすることができ、または正方形、三角形、楕円形、矩形、または星形を含む他の任意の形状にすることができる。本発明は、断面寸法がワイヤの長さにわたり一様である必要はないと考えてもいる。矩形または星形のような平坦側面を有する断面を持つワイヤを使用する時に、隣接ループは、丸形または楕円形の断面を持つワイヤを使用する時よりもより大きな表面積に沿って接触する。従って、可能な最短の電気路が形成され、結果として低インダクタンス接続が得られる。しかし、コスト及び他の理由で、平坦側面のワイヤは、丸形及び楕円形のワイヤに比較して必ずしも好ましいものではない。
【００１９】
ワイヤは、固有の弾性特性を有する任意の導電材料、例えば、ステンレス・スチール、ベリリューム銅、銅、真ちゅう及びニッケル−クロム合金から作ることができる。これら材料の全ては、アニーリングから完全硬化まで変わるテンパ度(degree of temper)で使用することができる。
リード線１６、１８の端部は、接触点の接触の完全性を助ける形状にすることができる。リード線形成の一例は、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）装置の試験の場合のように、ボール接点を受けるため図５に示した半球またはリング２０である。他の例は、図6に示した槍であり、導通点において酸化物を突き刺す尖端２２を1個以上有している。
【００２０】
図７に示した１つの用途では、スキュー・コイル接点１０は、絶縁パネル２６内の貫通口２４の中に配置されている。貫通口２４は、より大きな中心部３０の両端に開口２８を有している。中心部３０の断面寸法は、リード線に直角な接点の最大寸法より幾分大きい。図８に示した一形状では、中心部３０は楕円形の断面を有していて、コイル１２の広がる方向はより大きな寸法を有している。より小さな寸法４２は、コイル寸法と同一にすることができる。それは、コイル１２がその寸法４０内で拡大しないからである。
図７に示した一実施例では、絶縁パネル２６は、開口２８の１つと全中心部３０を含む基部シート３４と、他の開口２８だけを含む頂部シート３２を有している。接点１０は、貫通口２４の基部シート部に配置され、シート３２、３４は、共にサンドウィッチ状にされて、接点１０を貫通口２４内に捕獲している。
【００２１】
図９に示した他の実施例では、絶縁パネル２６は、２つの鏡像シート４６、４８を有し、各シートは１つの開口２８と中心部３０の半分を有している。接点１０は、貫通口２４の一側内に(in one side of the aperture 24)配置され、シート４６、４８は、共にサンドウィッチ状にされて、貫通口２４内に接点１０を捕獲している。
軸方向圧縮力が、絶縁パネル２６の開口２８を通して突き出るリード線１６、１８に加えられると、コイル１２のループ１４は膨張する。開口２４は、圧縮時に接点１０の位置を保持する。貫通口２４は、軸方向圧縮の下でコイル・ループ１４が分離するのを防止することによって接点１０の完全性を維持してもよい。
【００２２】
他の用途では、スキュー・コイル接点１０は、貫通口２４に設置され、貫通口２４の残りの空間は、図９に示したように柔軟性ある導電エラストマ３６で充填される。この導電エラストマ３６は、二重の機能を発揮する。それは、接点１０の弾性を増大する。これは、接点１０が導電エラストマ３６なしの場合よりももっと動作サイクル(more operational cycles)を許容することができるということを意味する。導電エラストマ３６は、コイル・ループ１４の電気短絡の支援もし、これにより、接点系の電気的寄生値を潜在的に最小にする。
０．５ｍｍ（０．０２０インチ）より小さなピッチでＵＵＴを試験するために、スキュー・コイル接点１０は、極めて小さなワイヤを使用すると共に絶縁パネル２６内に貫通口２４を形成することにより極めて小さくすることができる。コイル接点１０は、数マイクロメートルピッチのシリコン・ウエハ・プロービング(probing)に適用可能である。
【００２３】
絶縁パネル２６内の接点１０の他の構成は、図１０に示してある。注意すべきは、１方のリード線１６が他方のリード線１８より長く、貫通口２４が細長く食い違い配置をしてあるということである。この構成では、接点１０は、互いにより接近配置することができる。この構成の特定利用には、各ＩＣリード線が、駆動電流に１つ、高インピーダンス検出に１つの合計２つの接点を必要とする４線試験が含まれる。
【００２４】
スキュー・コイル接点は、光ファイバ・インターフェイスを持つＵＵＴに一時的接続を行うために使用し得るように光ファイバから作ることができる。このスキュー・コイルのリード線は、コイルから軸方向に突出し、従って、光信号を真っすぐに接点内外へ向ける。明らかに、この目的は、寄生の電気効果を最小にすることではない。それは、光信号がこれらの問題を有してはいないからである。光接点により、同一の試験装置上での電気信号と光信号の混合が可能にされ、電気的なスキュー・コイルの接点と同一の柔軟性が提供される。
２．図１１と図１２のもつれ(raveled)ワイヤの実施例
【００２５】
図１１と図１２に示したもつれワイヤの実施例は、ワイヤの断面寸法より典型的には２倍ないし４倍大きな直径をもつ円筒空洞内へワイヤを押し込んで成る。その結果図１０と図１１に種々示したように、円筒形状に閉じこめられて形成された不規則にもつれた渦巻き(convolutions)５２からなる接点５０となる。このワイヤの両端は、渦巻き５２の両方の端部からリード線５４、５６として近軸方向(paraxially)に突出している。渦巻き５２から突き出たリード線５４、５６は、柔軟接点を提供する。軸方向に突き出たリード線５４、５６は、追加の接点要素がこの接点系では必要とされないので、従来技術のファズ・ボタン接点とは基本的に異なる点である。従って、接点は、ファズ・ボタン接点系よりもインダクタンスが小さく、サイズも小さくすることができる。
【００２６】
ワイヤは、スキュー・コイル接点１０と同一材料から作ることができる。矩形断面のワイヤを使用する接点５０では、いつも同じ(consistent)渦巻き５２が作成される。ワイヤは、製造時に空洞内に押し込められると、その最も弱い点に沿って曲がる傾向がある。矩形断面の場合、最も弱い点は、ワイヤの軸を通じて最も短い線であり、これは、ワイヤの長さにわたりほぼ同一である。従って、一方向への崩壊パターンが誘導され、接点は、どの接点でも同じように圧縮される。
リード線５４、５６は、スキュー・コイル接点１０のリード線１６、１８と同じ仕方である形状に形成することができる。もつれワイヤ接点５０は、スキュー・コイル接点１０のように非常に小さくすることができる。スキュー・コイル接点１０の場合のように、もつれワイヤ接点は、絶縁パネル６２内の貫通口５８内に取り付けることができる。同様に、スキュー・コイル接点の場合と同様、貫通口５８の残りの空間は、図１１に示したように柔軟性のある導電エラストマ６０で充填することができる。
【００２７】
接点５０を形成する空洞は、丸形、四角形、または他の任意の所望断面形状にすることができる。接点５０が円形よりもむしろ矩形の空洞内に形成されるならば、形成された接点５０の頂点は、貫通口５８内に接点を保持するために使用してもよい。
従って、上述の目的を満足する柔軟電気接点が示され、かつ記載された。
本発明の範囲内から逸脱せずに本開示内で幾つかの変更は行ってもよい。従って、前述の明細書に記載し添付図面に示した全ての事柄は、例示的なものであって制限的な意味でなされたものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のスキュー・コイルの実施例の基本接点の斜視図である。
【図２】楕円ループ付きのスキュー・コイル接点の側面図である。
【図３】最小コイル付きのスキュー・コイル接点の斜視図である。
【図４】矩形断面のワイヤから作られたスキュー・コイル接点の側面図である。
【図５】リングに形成されたリード線の有るスキュー・コイル接点の斜視図である。
【図６】尖端を持つよう形成されたスキュー・コイル接点の斜視図である。
【図７】スキュー・コイル接点を使用するアセンブリの一実施例の一部断面側面図である。
【図８】図７のアセンブリの一部断面上面図である。
【図９】スキュー・コイル接点を使用すると共に導電エラストマを充填されたアセンブリの他の実施例の一部断面側面図である。
【図１０】非常に接近して絶縁シート内に取りつけた１対のスキュー・コイル接点の一部断面側面図である。
【図１１】絶縁シート内に取りつけたもつれワイヤ接点の数個の構成の一部断面図である。
【図１２】絶縁シート内に取りつけられて導電エラストマを充填されたもつれワイヤ接点の構成の一部断面側面図である。
【図１】
2005516344.tif 000003
【図２】
2005516344.tif 000004
【図３】
2005516344.tif 000005
【図４】
2005516344.tif 000006
【図５】
2005516344.tif 000007
【図６】
2005516344.tif 000008
【図７】
2005516344.tif 000009
2005516344.tif 000010
【図９】
2005516344.tif 000011
【図１０】
2005516344.tif 000012
【図１１】
2005516344.tif 000013
【国際調査報告】
2005516344.tif 000014
2005516344.tif 000015