(57)【要約】電気的接続装置は、熱変形抑制部材、補強板及び補助部材をその順に小さい熱膨張係数を有する材料製とし、プローブ組立体を支持する配線基板を補強板に結合させている。補助部材は、配線基板の中央部に補強板に向けての変形を生じたときその変形部分を受け入れる空所を補強板への結合領域よりも内側に有する。これにより、熱変形抑制部材、補強板及び補助部材がサンドイッチ構造の三層のバイメタルとして機能し、配線基板の熱変形が効果的に抑制される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、該配線基板の一方の面の側に配置されたプローブ組立体であってプローブ基板の一方の面に複数のプローブを取り付けたプローブ組立体と、取り付け部を備えた補強板であってこれの一方の面を前記配線基板の他方の面に対向させた状態に前記取り付け部において前記配線基板にこれの厚さ方向に間隔をおいて結合された補強板と、前記補強板の他方の面に結合された熱変形抑制部材と、前記配線基板及び前記補強板間に配置されて前記補強板に結合された補助部材とを含み、
前記補強板の熱膨張係数は、前記熱変形抑制部材のそれより小さいと共に、前記補助部材のそれより大きく、前記補助部材は、前記配線基板の中央部に前記補強板に向けての変形が生じたときその変形部分を受け入れる空所を前記補強板への結合領域よりも内側に有する、電気的接続装置。
【請求項２】
前記配線基板は円形基板であり、前記取り付け部は前記円形基板の周縁から間隔をおくべく前記円形基板の直径寸法より小さい外径寸法の円形の形状を有する、請求項１に記載の電気的接続装置。
【請求項３】
前記補強板は、前記取り付け部から前記円形基板の前記周縁に向けて半径方向外方へ伸びる複数の足部を有する、請求項２に記載の電気的接続装置。
【請求項４】
前記熱変形抑制部材はアルミニウムで形成されており、前記補強板はステンレスで形成されており、前記補助部材は熱膨張係数が前記熱変形抑制部材及び前記補強板のそれより小さい材料で形成されている、請求項１に記載の電気的接続装置。
【請求項５】
前記補強板、前記熱変形抑制部材及び前記補助部材は、それぞれ、同じ大きさの直径寸法を有する第１，第２及び第３の環状部を備えており、
前記第１の環状部は、前記取り付け部の周りを伸びていると共に、前記取り付け部に一体的に作られており、
前記補強板は少なくとも前記第１の環状部において前記第２及び第３の環状部に結合されている、請求項１に記載の電気的接続装置。
【請求項６】
前記第１，第２及び第３の環状部は、それぞれ、前記補強板、前記熱変形抑制部材及び前記補助部材の一方の面及び他方の面の少なくとも一部を形成する矩形の断面形状を有しており、
前記第１の環状部の一方の面及び他方の面は、それぞれ、前記補助部材の他方の面及び前記熱変形抑制部材の一方の面に対向されており、前記第３の環状部の一方の面は前記配線基板の他方の面に対向されている、請求項５に記載の電気的接続装置。
【請求項７】
前記熱変形抑制部材及び前記補助部材は、円形又は矩形のリングである、請求項１に記載の電気的接続装置。
【請求項８】
前記空所は、少なくとも前記配線基板の側に開放する、請求項１に記載の電気的接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路のような被検査体の電気的試験のために、被検査体とその通電試験を行うテスタとの電気的接続に用いられる電気的接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プローブカードのようなこの種の電気的接続装置の１つとして、複数の接触子すなわちプローブをプローブ基板の下面に取り付けたプローブ組立体を配線基板の下面に取り付け、補強板を配線基板の上面に取り付けたものがある（特許文献１）。
しかし、上記従来の電気的接続装置では、バーイン試験のように高温環境状態下で被検査体の試験を行うと、電気的接続装置自体も高温にさらされて、電気的接続装置、特に配線基板が熱変形する。
配線基板の上記のような熱変形は、配線基板が半径方向外方に熱膨張しようとしても、配線基板がこれの周縁部においてテスタの取り付けベースに変位不能に取り付けられていることにより、半径方向外方への熱膨張がテスタの取り付けベースにより阻止されて、配線基板の中央部がこれに組み付けられているプローブ組立体の重量に起因して下方に突出する状態に配線基板が弧状に大きく撓み、変形するものと考えられる。
配線基板の中央部が上記のように変形すると、被検査体に対するプローブの高さ位置が変化し、しかもその変化量がプローブ毎に異なる。その結果、プローブと被検査体とを相対的に押圧したときに、補検査体に接触しないプローブや、接触不良のプローブが存在し、正確な試験をすることができない。
本出願人は、配線基板の上記熱変形を抑制するために、配線基板に設けられる補強板に加えて、熱膨張係数が補強板のそれより大きい（熱膨張しやすい）熱変形抑制部材を設けた積層構造の電気的接続装置の発明をした（ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００９８１２）。
この新たな電気的接続装置によれば、熱変形抑制部材の半径方向外方への熱膨張と、下方への熱変形とを補強板と熱変形抑制部材とで拘束するように、補強板と熱変形抑制部材とにバイメタル作用を生じさせて、高温環境下における配線基板の中央部の撓み変形を抑制することができる。
しかし、新たな積層構造の上記電気的接続装置において、熱変形抑制部材を設けるだけでは、高温環境状態で試験を行うと、配線基板の中央部の撓み変形は、ある程度抑制されるが、被検査体とプローブとの間に作用する押圧力すなわち針圧の差が許容範囲内となるまでには抑制されない。
【特許文献１】特開平１１−５１９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、配線基板の熱変形をさらに効果的に抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る電気的接続装置は、配線基板と、該配線基板の一方の面の側に配置されたプローブ組立体であってプローブ基板の一方の面に複数のプローブを取り付けたプローブ組立体と、取り付け部を備えた補強板であってこれの一方の面を前記配線基板の他方の面に対向させた状態に前記取り付け部において前記配線基板にこれの厚さ方向に間隔をおいて結合された補強板と、前記補強板の他方の面に結合された熱変形抑制部材と、前記配線基板及び前記補強板間に配置されて前記補強板に結合された補助部材とを含む。前記補強板の熱膨張係数は、前記熱変形抑制部材のそれより小さいと共に、前記補助部材のそれより大きい。前記補助部材は、前記配線基板の中央部に前記補強板に向けての変形が生じたときその変形部分を受け入れる空所を前記補強板への結合領域よりも内側に有する。
前記配線基板は円形基板であり、前記取り付け部は前記円形基板の周縁から間隔をおくべく前記円形基板の直径寸法より小さい外径寸法の変形の形状を有していてもよい。
前記補強板は、前記取り付け部から前記円形基板の前記周縁に向けて半径方向外方へ伸びる複数の足部を有していてもよい。
前記熱変形抑制部材はアルミニウムで形成されており、前記補強板はステンレスで形成されており、前記補助部材は熱膨張係数が前記熱変形抑制部材及び前記補強板より小さい材料で形成されていてもよい。
前記補強板、前記熱変形抑制部材及び前記補助部材は、それぞれ、同じ大きさの直径寸法を有する第１，第２及び第３の環状部を備えており、前記第１の環状部は、前記取り付け部の周りを伸びていると共に、前記取り付け部に一体的に作られており、前記補強板は少なくとも前記第１の環状部において前記第２及び第３の環状部に結合されていてもよい。
前記第１，第２及び第３の環状部は、それぞれ、前記補強板、前記熱変形抑制部材及び前記補助部材の一方の面及び他方の面の少なくとも一部を形成する矩形の断面形状を有しており、前記第１の環状部の一方の面及び他方の面は、それぞれ、前記補助部材の他方の面及び前記熱変形抑制部材の一方の面に対向されており、前記第３の環状部の一方の面は前記配線基板の他方の面に対向されていてもよい。
前記熱変形抑制部材及び前記補助部材は、円形又は矩形のリングであってもよい。また、前記空所は、少なくとも前記配線基板の側に開放していてもよい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明において、熱変形抑制部材、補強板及び補助部材は、その熱膨張係数がその順に小さくなっていることから、三層のバイメタルとして機能する。このため、配線基板の中央部は、周囲の温度が上昇したとき、熱変形抑制部材の熱変形にともなう補強板の変形により補強板に向けて変形されて、そのような変形部を補助部材の空所に受け入れられる。
これにより、配線基板の中央部に取り付けられたプローブ組立体の重量に起因する下方への配線基板１２の中央部の変位が補償される。その結果、配線基板の熱変形が効果的に抑制される。
配線基板を円形基板とし、取り付け部が円形基板の縁から間隔をおくように、取り付け部の外径寸法を円形基板の直径寸法より小さくすると、配線基板の周縁部が露出するから、テスタへの接続のためのコネクタや接続パッドをその露出部に配置することができる。
補強板が取り付け部から円形基板の周縁に向けて半径方向外方へ伸びる複数の足部を有すると、補強板の取り付け部からはみ出した配線基板の周縁部の熱変形が足部により抑制される。
補強板これの第１の環状部において熱変形部材の第２の環状部及び補助部材の第３の環状部に結合されていると共に、第１，第２及び第３の環状部が同じ外径寸法を有していると、配線基板の中央部の熱変形がより効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、本発明に係る電気的接続装置の一実施例を示す平面図である。
図２は、図１に示す電気的接続装置の正面図である。
図３は、図１に示す電気的接続装置の底面図である。
図４は、図１に示す電気的接続装置の要部の分解斜視図である。
図５は、熱変形の状態を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【０００７】
１０  電気的接続装置
１２  配線基板
１４  補強板
１６  熱変形抑制部材
１８  補助部材
２０  プローブ組立体
２２  電気接続器
２４  ベースリング
２６  固定リング
２８  半導体ウエハ
３４  空所
４４  プローブ基板
４６  プローブ
４８  ポゴピンブロック
５０  ポゴピン
５２及び５４  開口
５６  フランジ部
１４ａ，１６ａ及び１８ａ  環状部
１４ｂ  取り付け部
１４ｃ  足部
１４ｄ  支持部
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１から図４を参照するに、電気的接続装置１０は、円形平板状の配線基板１２と、配線基板１２の上面の中央領域に配線基板１２から上方に間隔をおいた状態に取り付けられた環状でかつ平板状の補強板１４と、補強板１２の上面に重なる状態に取り付けられた環状の熱変形抑制部材１６と、配線基板１２と補強板１４との間に配置された環状の補助部材１８と、配線基板１２の下面から下方に間隔をおいたプローブ組立体２０と、配線基板１２の下面中央に取り付けられた平板状の電気接続器２２と、電気接続器２２を収容するベースリング２４と、プローブ組立体２０を配線基板１２に取り付ける固定リング２６とを含む。
これらの部材１２〜２６は、後に説明するように複数のねじ部材により一体的に組み付けられており、また例えば半導体ウエハ２８（図２参照）に作り込まれた多数のＩＣ回路のような平板状の被検査体（図示せず）の電気的検査のために、被検査体の接続端子である各電極とテスタの電気回路（図示せず）との接続に用いられる。
補強板１４，熱変形抑制部材１６及び補助部材１８は、図示の例では、互いに同じ外径寸法を有する円形の形状を有している。しかし、それらの部材１４，１６及び１８は、矩形の形状を有していてもよい。補強板１４，熱変形抑制部材１６及び補助部材１８は、配線基板１２の外径寸法より小さく製作されている。
配線基板１２は、図示の例では、ポリイミド樹脂のような電気絶縁製樹脂材料により全体的に円板状に製作されている。配線基板１２の下面は、これに取り付けられるプローブ組立体２０に対し、平坦な取付け基準面として用いられる。
配線基板１２の上面周縁部には、テスタの電気回路に接続される多数のコネクタ３０が図１に示すよう環状に整列して配置されている。そのようなコネクタの代わりに、テスターランドを設けてもよい。
配線基板１２の下面の中央部には、多数の接続端子（図示せず）が矩形のマトリクス状に配列されている。各接続端子は、配線基板１２に設けられた配線回路（図示せず）により、配線基板１２の上面中央部に設けられた複数のリレー３２の少なくとも１つを介してコネクタ３０の端子に電気的に接続されている。
各リレー３２は、試験内容に応じて、コネクタ３０の端子に接続すべき接続端子を切り換え、又は緊急時に配線回路を遮断するために用いられる。
補強板１４は、これらコネクタ３０及びリレー３２が上方に露出することを許す枠部材とされており、またその下面を配線基板１２の上面に対向させた状態に配線基板１２から上方に間隔をおいている。
補強板１４は、外側の環状部１４ａと、リレー３２を取り巻きかつ外側の環状部１４ａの内側を周方向に伸びる伸びる環状の取り付け部１４ｂと、環状部１４ａ及び取り付け部１４ｂを一体的に連結する足部１４ｃとを有する。
図示の例では、環状部１４ａは、補強板１４の外周面を形成しており、また取り付け部１４ｂの外側を周方向に伸びている。図示の例では、環状部１４ａ及び取り付け部１４ｂは、同心円状のリングであるが、矩形であってもよい。
補強板１４は、また、プローブ組立体２０及び電気接続器２２を支持する支持部１４ｄを取り付け部１４ｂの内側に取り付け部１４ｂと一体的に有している。環状部１４ａ及び取り付け部１４ｂは、矩形の断面形状を有している。
熱変形抑制部材１６は、図示の例では、補強板１４の上側において補強板１４の環状部１４ａの上面を覆う状態に配置された環状部材からなり、また矩形の断面形状を有する。このため、熱変形抑制部材１６は、全体で環状部１６ａとして作用し、また内側空間１６ａを有している。
補助部材１８も、図示の例では、補強板１４の下側において環状部１４ａの下面を覆う状態に配置された環状部材からなり、また矩形の断面形状を有する。このため、補助部材１８は、それ全体が環状部１８ａとして作用する。
補助部材１８の内側空間は、配線基板１２の中央部が高温環境下において上方へ変形したとき、その熱変形部を受け入れる空所３４（図４参照）として作用する。このため、空所３４は、図示の例では上下に開放しているが、補強板１４の側に開放させることなく、配線基板１２の側にのみ開放させてもよい。
補強板１４，熱変形抑制部材１６及び補助部材１８の外径寸法は、配線基板１２のそれより小さい同じ値とされている。このため、環状部１４ａ，１６ａ及び１８ａの外径寸法は同じである。補強板１４，熱変形抑制部材１６及び補助部材１８は、同心円状に結合されている。
補強板１４，熱変形抑制部材１６及び補助部材１８は、熱変形抑制部材１６の熱膨張係数が最も大きく、次いで補強板１４の熱膨張係数が大きく、補助部材１８の熱膨張係数が最も小さくなるような材料で製作されている。
例えば、補強板１４はステンレス製とすることができ、熱変形抑制部材１６は、これの熱膨張係数が補強板１４のそれより大きいアルミニウム製とすることができ、補助部材１８は、これの熱膨張係数が補強板１４のそれより小さい金属材料製、例えば商品名ノビナイト製とすることができる。
補強板１４，熱変形抑制部材１６及び補助部材１８は、熱変形抑制部材１６及び補強板１４の環状部１４ａ，１６ａ及び１８ａをそれらの厚さ方向（上下方向）に貫通して補助部材１８の環状部１８ａの雌ねじ穴３６（図４参照）に螺合された複数のねじ部材３８（図１参照）により、それらの環状部１４ａ，１６ａ及び１８ａの上下の面を互いに対向させて当接させた状態に組み付けられている。
補強板１４，熱変形抑制部材１６及び補助部材１８が上記のように組み立てられた後に、それらの組立体は、補強板１４の取り付け部１４ｂを厚さ方向に貫通して配線基板１２の雌ねじ穴４０（図４参照）に螺合された複数のねじ部材４２（図１参照）により、補助部材１８の下面及び補強板１４の下面を配線基板１２の上面に対向させた状態に、配線基板１２の上面中央部に組み付けられている。
コネクタ３０は、補強板１４，熱変形抑制部材１６及び補助部材１８の外径寸法が配線基板１２のそれより小さく、しかも補強板１４，熱変形抑制部材１６及び補助部材１８が配線基板１２の中央部に配置されていることにより、補強板１４，熱変形抑制部材１６及び補助部材１８の外側に対応する配線基板１２の箇所に配列される。
プローブ組立体２０は、基本的には、プローブ基板４４と、プローブ基板４４の下面に設けられた多数のプローブ４６とを備える（図２参照）。プローブ基板４４は、従来よく知られているように、例えばセラミック板からなる基板部材（図示せず）と、この基板部材すなわちセラミック板の下面に形成された多層配線層（図示せず）とを備える。
上記の基板部材は、上記多層配線層の配線に電気的に接続された複数の配線を有する。基板部材の各配線は、基板部材の上下の面に露出している。基板部材の各配線の上端は後に説明する電気接続器２２への接続ランドとされており、下端は後に説明する多層配線層の配線への接続部とされている。
上記の多層配線層は、従来よく知られているように、電気絶縁性を示す例えばポリイミド樹脂材料で製作されている。多層配線層は、その上下の面に露出する複数の配線を有する。多層配線層の各配線の下端はプローブ４６に電気的に接続されたプローブランドとされ、多層配線層の各配線の上端は上記基板部材の配線への電気的な接続部とされている。
各プローブ４６は、被検査体の電極に一対一の形に対応されており、また多層配線層の表面であるその下面から下方へ突出する状態に、多層配線層の配線のプローブランドに形成されている。
電気接続器２２は、図示の例では、電気絶縁性の板状部材からなるポゴピンブロック４８と、このポゴピンブロック４８をこれの厚方向に貫通する多数の貫通孔（図示せず）のそれぞれに直列的に配置されたポゴピン５０とを備える（図２参照）。各ポゴピン５０は、ポゴピンブロック４８の対応する貫通孔からの脱落を防止されている。
各ポゴピン５０は、これの上端を配線基板１２の下面の接続端子に接触されて電気的に接続されており、また下端をプローブ基板４４の接続ランドに接触されて電気的に接続されている。
ベースリング２４及び固定リング２６は、それぞれ、プローブ基板２０及び電気接続器２２を収容する中央開口５２及び５４（図２参照）を有する。固定リング２６は、また、中央開口５２に配置されたプローブ基板４４の脱落を防止する内向きのフランジ部５６（図２参照）を有する。
プローブ組立体２０及び電気接続器２２は、これらがベースリング２４及び固定リング２６が開口５２及び５４に収容された状態で、プローブ組立体２０，電気接続器２２及び配線基板１２をこれらの厚さ方向に貫通して補強板１４の支持部１４ｄに設けられた雌ねじ穴に螺合された複数のねじ部材５６（図１参照）により、補強板１４に組み付けられて支持されている。
補強板１４へのプローブ組立体２０及び電気接続器２２の組付けは、配線基板１２，補強板１４，熱変形抑制部材１６及び補助部材１８の結合と別個に行うことができる。
上記のように組み立てられた状態において、プローブ基板４４は、その周縁部を、固定リング２６のフランジ部５６と、ベースリング２４の中央開口の周りの縁部とにより挟持される。また、各プローブ４６は、プローブ基板４４の配線、電気接続器２２のポゴピン５０，配線基板１２の配線回路及びリレー３２を介して、コネクタ３０の端子に電気的に接続されている。
電気的接続装置１０は、図５に示すように、プローブ組立体２０が下方となり、熱変形抑制部材１６が上方となる状態に、複数のねじ部材により配線基板１２の周縁部において、テスタの取り付けベース５８に変位不能に取り付けられる。
電気的接続装置１０は、これがテスタの取り付けベース５８に取り付けられた状態において、コネクタ３２を介してテスタの電気回路に接続される。被検査体の通電試験は、被検査体の各電極とこれに対応するプローブ４６の先端（針先）とが相対的に押圧された状態で、行われる。
通電試験がバーイン試験のような高温雰囲気下で行われるとき、電気的接続装置１０は、熱変形抑制部材１６、補強板１４及び補助部材１８の熱膨張係数がその順に小さくなっていることと、それらの部材１４，１６及び１８が相互に結合されていることとから、熱変形抑制部材１６、補強板１４及び補助部材１８が補強板１４の中央部を上方に膨出させる三層のバイメタルとして機能する。
配線基板１２の中央部は、周囲の温度が上昇したとき、配線基板１２の中央部に取り付けられているプローブ組立体２０の重量に起因して下方へ変形する。
しかし、上方への熱変形抑制部材１６は、これが半径方向に膨張することを補強板１４により防止されるから、補強板１４の中央部（環状部１４ａより内側の領域）を上方へ変位させるように変形する。これにより、熱変形抑制部材１６の熱変形に起因して補強板１４に作用する変形力は、補強板１４の中央部を上方に変形させて、配線基板１２の中央部を補強板１４に向けて変形させる力として配線基板１２に作用する。
配線基板１２の中央部の上記上方への変形部は、補助部材１４の空所３４に受け入れられる。これにより、配線基板１２の中央部に取り付けられたプローブ組立体２０の重量に起因する下方への配線基板１２の中央部の変位が補償される。その結果、配線基板の熱変形が効果的に抑制される。
上記のような三層構造のバイメタル作用による熱変形抑止効果は、以下の理由によるものと推察される。
高温環境状態において、配線基板１２は、これがテスタの取り付け部５８（図８参照）に変位不能に取り付けられていることにより、半径方向への熱膨張が阻止されて、中央部がプローブ組立体２０の重量に起因して下方に突出する状態に半球状に撓み変形をしようとする。
これに対し、熱変形抑制部材１６は、これが補強板１４に変位不能に取り付けられていることにより、半径方向への熱膨張が阻止されると共に、補強板１４への結合領域の内側の領域が補強板１４の側に膨出することを補強板１４により防止される。このため、熱変形抑制部材１６には、補強板１４への結合領域の内側の領域を補強板１４の側と反対側に膨出させる変形力が発生する。この変形力は、補強板１４の中央部を介して配線基板１２の中央部を補強板１４の側に変形させる、すなわち持ち上げる。
このとき、補助部材１８が存在しないと、配線基板１２の中央部が補強板１４側への変形を補強板１４自体により阻止されるから、配線基板１２の中央部の熱変形を、被検査体とプローブ４６との間に作用する押圧力すなわち針圧の差が許容範囲内となる程度に抑制する効果は生じない。
しかし、上記のような補助部材１８が配線基板１２と補強板１４との間に存在すると、配線基板１２の中央部は、熱変形抑制部材１６の熱膨張にともなう変形力及び熱変形抑制部材１６による補強板１４の中央部の持ち上げ効果により、補助部材１８の空所３４に入り込む、すなわち持ち上げられる。これにより、配線基板１２の中央部の熱変形は、針圧の差が許容範囲内となる程度に抑制されて、配線基板１２の熱変形が効果的に抑制される。
高温環境下における配線基板１２の熱変形状態を図５に概念的に示す。点線で示すように平坦な配線基板１２の中央部は、周囲温度の上昇にともなって、プローブ組立体２０の重量により下方に変形するが、補強板１４，熱変形抑制部材１６及び補助部材１８の中央部の上方への変形（実線で示す）により、上方に持ち上げられて、実線で示すように補助部材１８の空所３４内に受け入れられる。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。
【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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【国際調査報告】
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