(57)【要約】【課題】スプリングピンの交換を容易としたプローブカードを提供する。【解決手段】延伸方向に弾性を与える弾性領域４４ａを有する筒形状の導電性金属部材を含んでなる胴部４４と、胴部４４の端部に配置された導電性を有する第１プランジャ４０とを備え、第１プランジャ４０の一部は胴部４４の筒内に挿入されてなる。【選択図】図３
2011058880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
延伸方向に弾性を与える弾性領域を有する筒形状の導電性金属部材を含んでなる胴部と、
前記胴部の端部に配置された導電性を有する第１プランジャと、を備え、
前記第１プランジャの一部は、前記胴部の筒内に挿入されてなることを特徴とするスプリングピン。
【請求項２】
請求項１に記載のスプリングピンであって、
前記第１プランジャの一部は、少なくとも前記弾性領域に亘って前記胴部に挿入されてなることを特徴とするスプリングピン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスプリングピンであって、
前記第１プランジャは、前記胴部に固定されていないことを特徴とするスプリングピン。
【請求項４】
請求項１〜３に記載のスプリングピンであって、
前記胴部の前記筒形状の導電性金属部材は電気鋳造法で形成されたものであることを特徴とするスプリングピン。
【請求項５】
延伸方向に弾性を与える弾性領域を有する筒形状の導電性金属部材を含んでなる胴部と、前記胴部の端部に配置された導電性を有する第１プランジャと、を備え、前記第１プランジャの一部は、前記胴部の筒内に挿入されてなるスプリングピンと、
前記スプリングピンを保持する支持部材と、
を含んで構成されることを特徴とするプローブカード。
【請求項６】
請求項５に記載のプローブカードであって、
前記支持部材は、
前記スプリングピンを支持する孔を備え、
前記孔の内壁と前記スプリングピンの周囲との距離よりも、前記弾性領域の周辺部における前記支持部材の内壁と前記スプリングピンの周囲との距離が大きいことを特徴とするプローブカード。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のプローブカードであって、
前記胴部の前記筒形状の導電性金属部材は電気鋳造法で形成されたものであることを特徴とするプローブカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路の電気的特性を測定する等に用いられるスプリングピン及びそれを用いたプローブカードに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等の電気特性を測定するためにプローブカードが広く用いられている。プローブカードは、金属製のプローブピンを有するコンタクタを備え、コンタクタの先端部に突出した接触端子部を電気回路の電極パッドに接触させることによって、電気回路へ信号を供給したり、電気回路から出力される信号を検出したりする。特許文献１及び特許文献２には、高集積化及び微細化が進行した半導体集積回路等の測定対象物に対応することができるプローブカードの製造方法が開示されている。
【０００３】
従来のプローブカードは、図１２の断面図に示すように、スプリングピン１０、第１支持部材１２、第２支持部材１４及び基板１６により構成されている。なお、図１２は、断面図であるが、構成を明確に示すためにスプリングピン１０のみは断面で示していない。
【０００４】
スプリングピン１０は、絶縁性の第１支持部材１２及び第２支持部材１４に設けられた孔に挿入されて、測定対象となる電気回路の電極パットの配置パターンに応じた位置に配列される。また、プローブカードの背面には測定用の回路に接続された電極１６ａが表面に形成された基板１６が設けられ、導電性のスプリングピン１０と電極１６ａとが接触するように配置されている。
【０００５】
スプリングピン１０は、図１３に示すように、第１プランジャ２０、第２プランジャ２２、コイルスプリング２４及びバレル（胴体部）２６により構成されている。なお、図１３は、構成を明確に示すためにバレル２６の一部（図中、破線で示している）を透過させて、内部に収納されるコイルスプリング２４が確認できるように示している。
【０００６】
第１プランジャ２０は、針形状を有する導電性の金属からなり、先端が測定対象の電気回路の電極パッドに接触するコンタクタとして形成されている。第２プランジャ２２は、棒形状を有する導電性の金属で構成される。コイルスプリング２４は、螺旋状に巻かれた導電性の金属からなり、螺旋の延伸方向に沿って弾性を呈する部材である。第１プランジャ２０、第２プランジャ２２及びコイルスプリング２４はバレル２６に装着される。ここで、第１プランジャ２０の後端がコイルスプリング２４の一端に接触しつつ第１プランジャ２０の先端がバレル２６から露出し、第２プランジャ２２の一端がコイルスプリング２４の他端に接触しつつ第２プランジャの他端がバレル２６から露出するようにバレル２６に挿入され、第２プランジャ２２がバレル２６に固定されると共に、第１プランジャ２０がバレル２６に対して摺動可能かつ脱落しないようにバレル２６の周壁を内側に絞る処理が施される。これにより、コンタクタとなる第１プランジャ２０の先端が測定対象の電気回路の電極パッドに押し当てられたときに、コイルスプリング２４の弾性によって第１プランジャ２０を適切な接触圧力で電極パッドに接触させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１２１４６９号公報
【特許文献２】特開２００３−１２１４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、プローブカードでは、測定を繰り返すことによってスプリングピン１０の第１プランジャ２０の先端形状が変形し、測定対象の電気回路の電極パッドに対して適切な接触圧力でコンタクトさせることが困難になることがある。このような場合、該当するスプリングピン１０を交換することになるが、第１プランジャ２０のみの破損であっても、第１プランジャ２０、第２プランジャ２２、コイルスプリング２４及びバレル（胴体部）２６からなる各スプリングピン１０を一体として交換する必要があった。したがって、交換のためのコストが増大するおそれがあった。
【０００９】
また、過電流の通電によってコイルスプリング２４が焼損したり、繰り返しの使用によりコイルスプリング２４が破損したりした場合であっても、バレル２６内に収納されているコイルスプリング２４の状態を外観から確認することができなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来の課題を鑑み、上記課題の少なくとも１つを解決することができるスプリングピン及びそれを用いたプローブカード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】
【００１１】
本発明の１つの態様は、延伸方向に弾性を与える弾性領域を有する筒形状の導電性金属部材を含んでなる胴部と、前記胴部の端部に配置された導電性を有する第１プランジャと、を備え、前記第１プランジャの一部は、前記胴部の筒内に挿入されてなることを特徴とするスプリングピンである。
【００１２】
また、本発明の別の態様は、延伸方向に弾性を与える弾性領域を有する筒形状の導電性金属部材を含んでなる胴部と、前記胴部の端部に配置された導電性を有する第１プランジャと、を備え、前記第１プランジャの一部は、前記胴部の筒内に挿入されてなるスプリングピンと、前記スプリングピンを保持する支持部材と、を含んで構成されることを特徴とするプローブカードである。
【００１３】
ここで、前記第１プランジャの一部は、少なくとも前記弾性領域に亘って前記胴部に挿入されてなることが好適である。
【００１４】
また、前記第１プランジャは、前記胴部に固定されていないことが好適である。
【００１５】
また、前記胴部の前記筒形状の導電性金属部材は電気鋳造法で形成されたものであることが好適である。
【００１６】
また、前記プローブカードにおいて、前記支持部材は、前記スプリングピンを支持する孔を備え、前記孔の内壁と前記スプリングピンの周囲との距離よりも、前記弾性領域の周辺部における前記支持部材の内壁と前記スプリングピンの周囲との距離が大きいことが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スプリングピンの交換を容易としたプローブカードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態におけるプローブカードの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるプローブカードの構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるスプリングピンの構成を示す組立図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるスプリングピンの構成を示す分解図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるスプリングピンの構成の別例を示す組立図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるスプリングピンの構成の別例を示す組立図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるスプリングピンの構成の別例を示す組立図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるプローブカードの構成を示す分解図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるスプリングピンの交換処理を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態におけるプローブカードの構成の別例を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態におけるプローブカードの構成の別例を示す分解図である。
【図１２】従来のプローブカードの構成を示す断面図である。
【図１３】従来のスプリングピンの構成を示す組立図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態におけるプローブカード１００は、図１の構造断面図及び図２の平面図に示すように、スプリングピン３０、第１支持部材３２、第２支持部材３４、第３支持部材３６及び基板３８を含んで構成される。
【００２０】
なお、図１は、図２の平面図におけるＡ−Ａラインの断面図であるが、構成を明確に示すためにスプリングピン３０のみは断面で示していない。また、図２は、図１の構造断面図の紙面下側から矢印Ｂ方向にみた平面図である。
【００２１】
第１支持部材３２、第２支持部材３４及び第３支持部材３６は、互いに組み合わされて、スプリングピン３０を支持する。第１支持部材３２、第２支持部材３４及び第３支持部材３６には、互いに組み合わせた際に同一軸上に重なるようにスプリングピン３０が挿入される孔３２ａ，３４ａ及び３６ａが設けられる。孔３２ａ，３４ａ及び３６ａは、測定対象となる電気回路の電極パッドの配置に合わせた位置に設けられ、挿入されたスプリングピン３０が測定時に電極パッドにコンタクトすることが可能となる。
【００２２】
第１支持部材３２、第２支持部材３４及び第３支持部材３６は、少なくとも孔３２ａ，３４ａ及び３６ａにおいてスプリングピン３０と接触する可能性がある部分は電気的絶縁体で構成される。例えば、第１支持部材３２、第２支持部材３４及び第３支持部材３６は、ポリイミド等の絶縁性樹脂によって構成される。
【００２３】
スプリングピン３０は、第１支持部材３２、第２支持部材３４及び第３支持部材３６に設けられた孔３２ａ，３４ａ及び３６ａに挿入されて、測定対象となる電気回路の電極パットの配置パターンに応じた位置に配列される。
【００２４】
また、プローブカードの背面には測定装置に接続された電極３８ａが表面に形成された基板３８が設けられ、導電性のスプリングピン３０と電極３８ａとが接触するように配置される。基板３８は、例えば、一般的なプリント基板（ＰＣＢ）とすることができる。
【００２５】
スプリングピン３０は、図３の組立図及び図４の分解図に示すように、第１プランジャ４０、第２プランジャ４２及び胴部４４を含んで構成される。
【００２６】
第１プランジャ４０は、針形状を有する導電性材料からなり、先端が測定対象の電気回路の電極パッドに接触するコンタクタとして機能する。第１プランジャ４０は、例えば、パラジウム合金で形成することが好適である。第１プランジャ４０は、その先端に向けてテーパ状に細く加工され、先端部４０ａは電極パッドとのコンタクトに適した曲率を有する曲面に加工される。また、第１プランジャ４０の後端部は、胴部４４の内径よりも僅かに小さい外径を有する接触部４０ｂとされる。これにより、胴部４４の内壁と接触部４０ｂとが触れて電気的な導通を実現しつつ、互いに摺動可能とされる。また、先端部４０ａと接触部４０ｂとを繋ぐ中間部４０ｃは、胴部４４の内径よりも小さい外径とし、その一部に胴部４４の内径及び第１支持部材３２の孔３２ａよりも大きな外径を有するストッパ４０ｄが設けられる。ストッパ４０ｄを設けることによって、胴部４４に挿入した際に第１プランジャ４０の先端部４０ａまで胴部４４内に押し込まれることがなくなる。また、第１支持部材３２、第２支持部材３４及び第３支持部材３６により構成されるプローブカードの本体にスプリングピン３０を組み込んだ際に、第１支持部材３２の孔３２ａからスプリングピン３０が抜け落ちることを防ぐことができる。
【００２７】
第１プランジャ４０は、図５の組立図及び図６の組立図に示すように、先端部４０ａをコンタクト対象の電極の形状に合わせて変更してもよい。図５及び図６の例では、先端部４０ａの形状及び大きさを半田バンプの球面の形状及び大きさに合わせて、先端部４０ａの周囲に半田バンプの球面に接触する爪状の突起を複数配置したものとしている。
【００２８】
第２プランジャ４２は、棒形状を有する導電性材料からなり、後端が基板３８の電極３８ａと接触してスプリングピン３０を測定装置に接続する部材として機能する。第２プランジャ４２は、例えば、パラジウム合金やベリリウム−銅合金等で形成することが好適である。第２プランジャ４２の先端部４２ａは、胴部４４の内径よりも小さい外径とされ、胴部４４に挿入可能である。また、先端部４２ａの外径は、胴部４４に挿入した際に胴部４４の内壁に触れて電気的な導通を実現できるものであることが好適である。第２プランジャ４２の後端部４２ｂは、少なくともその一部が胴部４４の内径よりも大きい外径とされ、胴部４４に対するストッパとして機能する。これによって、胴部４４に挿入した際に第２プランジャ４２の後端部４２ｂ全体が胴部４４内に押し込まれることがなくなる。
【００２９】
なお、第２プランジャ４２は、胴部４４に挿入され、胴部４４の周囲を内側に凹ませることによって胴部４４に固定してもよい。これにより、第２プランジャ４２が胴部４４に固定される。なお、第２プランジャ４２を胴部４４に固定する方法はこれに限定されるものではない。
【００３０】
第２プランジャ４２は、図６の組立図及び図７の組立図に示すように、設けなくともよい。この場合、後述するように胴部４４の後端部４４ｂをコンタクト対象の電極の形状に合わせて加工することが好適である。
【００３１】
胴部４４は、第１プランジャ４０及び第２プランジャ４２と組み合わされてスプリングピン３０を構成する。胴部４４は、少なくとも第１プランジャ４０と第２プランジャ４２とを電気的に接続する部分が導電性材料で構成され、一部が中心軸上に対して弾性を有する弾性領域４４ａを備えた筒状部材である。
【００３２】
具体的には、胴部４４は、例えば図３に示すように、その一部がコイルスプリング状の弾性領域４４ａに加工される。胴部４４は、電気鋳造法で形成することができる。すなわち、母型（母材）として極細金属線を用い、その母型に電圧を印加しながら金属電解液に浸け、電気分解された金属溶液から母型表面に所望の厚さの金属を析出させ、析出された金属を母型から剥離することにより形成することができる。金属溶液としては例えばニッケル電解液を用いることが好適である。また、電気鋳造法を適用する間、母型を軸中心に回転させることが好適である。これにより、析出される金属層の厚さを均一にすることができる等の作用が得られる。
【００３３】
このような金属の円筒部材の一部をエッチングして弾性領域４４ａを形成することができる。例えば、弾性領域４４ａとする部分の外表面に螺旋状のマスクを施し、円筒内部にエッチング液が入らないようにしつつ、円筒部材をエッチング液に浸けることによって螺旋状に金属を残した弾性領域４４ａを形成することができる。
【００３４】
なお、弾性領域４４ａは、図３等に示すようなコイルスプリングの形状でなくてもよい。すなわち、胴部４４が伸縮可能となるように弾性を持たせる構造であればよい。
【００３５】
このように弾性領域４４ａを形成した胴部４４に第１プランジャ４０及び第２プランジャ４２を装着する。第１プランジャ４０は、接触部４０ｂ側から筒状の胴部４４の一端に挿入し、ストッパ４０ｄの側面が胴部４４の端面に当接するまで挿入する。第２プランジャ４２は、先端部４２ａ側から筒状の胴部４４の他端に挿入し、後端部４２ｂの側面が胴部４４の端面に当接するまで挿入する。その後、第２プランジャ４２が胴部４４から外れないように胴部４４の周囲の一部を凹ませて、第２プランジャ４２を胴部４４に固定してもよい。
【００３６】
本実施の形態では、胴部４４の弾性領域４４ａが設けられている側の端部に第１プランジャ４０を配置し、他端部に第２プランジャ４２を配置する構成とした。このように配置することによって、スプリングピン３０を測定対象回路の電極に押し付けた際に変形する弾性領域４４ａの位置が電極とコンタクトする第１プランジャ４０から近くなり、変形時の弾性領域４４ａの捻れや撓みを抑制できる。ただし、これに限定されるものではなく、胴部４４の弾性領域４４ａが設けられている側の端部に第２プランジャ４２を配置し、他端部に第１プランジャ４０を配置する構成としてもよい。
【００３７】
また、ストッパ４０ｄから接触部４０ｂまでの長さは、第１プランジャ４０が取り付けられる胴部４４の端部から弾性領域４４ａを越える長さとすることが好適である。すなわち、第１プランジャ４０は、少なくとも弾性領域４４ａに亘って胴部４４に挿入されてなることが好適である。これにより、測定対象回路の電極にコンタクトする第１プランジャ４０を流れる電流は、胴部４４の弾性領域４４ａを介さずに、弾性領域４４ａを越えた位置から胴部４４を通じて第２プランジャ４２へと流れることになる。したがって、過電流による弾性領域４４ａの焼損や弾性領域４４ａによるインダクタンスの影響を避けることができる。
【００３８】
また、図６及び図７に示すように、第２プランジャ４２を設けず、胴部４４の端部を基板３８の電極３８ａの形状に合わせて変更してもよい。図６及び図７の例では、胴部４４の後端部４４ｂの形状及び大きさを半田バンプの電極３８ａの球面の形状及び大きさに合わせ、後端部４４ｂの周囲に半田バンプの球面に接触する爪状の突起を複数配置したものとしている。
【００３９】
スプリングピン３０は、図８の分解図に示すように、第２支持部材３４の孔３４ａ及び第３支持部材３６の孔３６ａに通した状態で基板３８の電極３８ａに電気的に接触させる。さらに、スプリングピン３０の第１プランジャ４０側から第１支持部材３２の孔３２ａに通して、第１支持部材３２，第２支持部材３４，第３支持部材３６及び基板３８を互いに固定することによってプローブカード１００が構成される。
【００４０】
ここで、図１に示すように、スプリングピン３０を支持する第１支持部材３２，第２支持部材３４，第３支持部材３６において、少なくとも胴部４４の弾性領域４４ａの周辺部にはスプリングピン３０を支持する孔３２ａ，３４ａ，３６ａの内壁よりも胴部４４の周囲から離された空間５２を設けることが好適である。すなわち、孔３２ａ，３４ａ，３６ａの内壁とスプリングピン３０の周囲との距離よりも、弾性領域４４ａの周辺部における第１支持部材３２，第２支持部材３４，第３支持部材３６の内壁とスプリングピン３０の周囲との距離を大きくすることが好適である。
【００４１】
空間５２を設けることによって、スプリングピン３０が伸縮した際に弾性領域４４ａが変形したとしても第１支持部材３２，第２支持部材３４，第３支持部材３６に接触することを防ぐことができる。これにより、第１プランジャ４０の伸縮が阻害される可能性を低減し、第１プランジャ４０の先端部４０ａと測定対象回路の電極とのコンタクトを適切に維持することができる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態におけるプローブカード１００の構成によれば、従来のプローブカードにおけるバレルとコイルスプリングとを一体化して１つの胴部４４とすることによって部品点数を低減することができる。これによって、プローブカード１００の製造コストを低減でき、製造工程も簡素化することができる。
【００４３】
また、先端部４０ａが変形する等の第１プランジャ４０の破損があった場合であっても、図９（ａ）に示すように第１支持部材３２を取り外し、図９（ｂ）に示すように胴部４４から第１プランジャ４０のみを抜き取り、図９（ｃ）に示すように新しい第１プランジャ４０と交換して第１支持部材３２を再度取り付けることができる。これによって、プローブカード１００のメンテナンスの手間を軽くし、費用も抑制することができる。
【００４４】
さらに、過電流の通電によって胴部４４の弾性領域４４ａが焼損したり、繰り返しの使用によって弾性領域４４ａが破損したりした場合であっても、スプリングピン３０を抜き出すことによって外観から破損の状況を容易に確認することができる。
【００４５】
なお、図１０の構造断面図及び図１１の分解図に示すように、第２支持部材３４を設けず、第１支持部材３２及び第３支持部材３６によりスプリングピン３０を支持するプローブカード１０１の構造としてもよい。この場合、プローブカード１０１を構成する部材の点数をさらに少なくできるので、プローブカード１０１の製造コストを低減でき、製造工程も簡素化することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  スプリングピン、１２  第１支持部材、１４  第２支持部材、１６  基板、１６ａ  電極、２０  第１プランジャ、２２  第２プランジャ、２４  コイルスプリング、２６  バレル、３０  スプリングピン、３２  第１支持部材、３２ａ  孔、３４  第２支持部材、３４ａ  孔、３６  第３支持部材、３６ａ  孔、３８  基板、３８ａ  電極、４０  第１プランジャ、４０ａ  先端部、４０ｂ  接触部、４０ｃ  中間部、４０ｄ  ストッパ、４２  第２プランジャ、４２ａ  先端部、４２ｂ  後端部、４４  胴部、４４ａ  弾性領域、４４ｂ  後端部、５２  空間、１００，１０１  プローブカード。
【図１】
2011058880.tif 000003
【図２】
2011058880.tif 000004
【図３】
2011058880.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011058880.tif 000009
【図８】
2011058880.tif 000010
【図９】
2011058880.tif 000011
【図１０】
2011058880.tif 000012
【図１１】
2011058880.tif 000013
【図１２】
2011058880.tif 000014
【図１３】
2011058880.tif 000015