完全 Z0=50Ω同軸構造のスプリングプローブ IC ソケット
Complete Z０=50 ohm Coaxial Spring Probe IC Socket
渡部 達己
入江 隆久
Tatsumi Watabe Takahisa Irie
株式会社エス･イー･アール

概要：

完全 Zo=50Ω特性インピーダンスの同軸スプリングプローブ IC テストソケットは、回路基板と IC パッケージ端子の接続路である IC ソケット接点部品個別の全箇所に於いて Z0=50Ωを実現し、更に同軸 GND 部のソケットベースに金属ベースを使用し PCB・GND へ直接接続することにより PCB/GND と IC・GND の等位化を行い SHF 周波数帯の S21 通過特性（Loop 測定）２０GHｚを実現している。 当該同軸構造は、１mm ピッチ BGA マトリックスのみならず 0.5mm ピッチ CSP マトリックスに於いても実現している。
IC Test Socket composed by Complete Z0=50 ohm Characteristics Impedunce Coaxial Spring Probe canachieve 20GHz on S21 Transmission performance by Coaxial GND organize to PCB GND using Metal
Socket Base Storucture and equete to IC GND composed. The Complete Z0=50 ohm is characterized for allportion coaxial of component adjusted to achieve characteristic impedunce detail. This family is available
for 1mm pitch FBGA matrix and 0.5mm pitch CSP matrix also.

キーワード： Z0=50Ω特性インピーダンス、 同軸スプリングプローブ IC ソケット、 通過特性、SHF 周波数帯、完
全同軸、
Keywords: Z0=50 ohm Charavteristic Impedunce, Coaxial Spring Probe IC Test Socket, Transmission Performance,SHF Frequency Band, Complete Coaxial.

1． はじめに半導体プロセスや半導体製品のイノベーションに伴い IC ソケットやコネクタは、SHF 帯特性をカバーする性能が必要とされてきている。
SHF 帯域での回路基板上或いは IC 端子間の接続に対し IC ソケットやコネクタは信号接続端子として高速動作に対し正対した機能と性能を備える必要がある。
写真 1 は、その必要を具体的に 0.5mm ピッチ
CSP IC ソケットで実現した例である。

２． 完全 Z0＝50Ω同軸スプリングプローブ
同軸プローブの特性インピーダンスは、次のように求められる。
Z0＝138/√ε x log(D/d)
ここでZ0 ： 特性インピーダンス（Ω）
ε： 誘電率D ： 同軸 GND の内径
ｄ ： 同軸コア線（プローブ）の外径

下図 1 左は従来の同軸構成方法で、右は完0＝50Ω同軸構成方法である。完全 Z0 同軸全Zいて、例えば個別部分、部品全てで Z0=50Ω特では、プランジャー部（プローブの細い部分）もバ性インピーダンスの整合化を行い、且つソケットレル部（プランジャーの太い部分）も 3 つのパラメ
ベース GND と PCB 基板 GND を結合する事で、ータ（ε、D、ｄ）の選択と調整を行い、基板側のプIC パッケージ、ソケット、PCB 基板各 GND の一ローブ先端から IC 端子側のプローブ先端部まで体 化 と 完 全 Z0=50 Ω 化 の 相 乗 効 果 に よ り
プローブ各部詳細に Z0＝50Ωに整えてある。
20GHz/@-1dB を超える通過特性を実現している。
図 2 は、同軸コア（芯線）となるスプリングプローブである。1.0mm ピッチと 0.5mm ピッチ用で次のように同軸化を行っている。
1mm ピッチ FBGA マトリックス用
D＝0.9, ｄ１＝0.4 ｄ２＝0.2 （mm）
ε1＝１ ε2≒3.2
0.5mm ピッチ CSP マトリックス用
D=0.41 ｄ１＝0.18 ｄ２＝0.09 （ｍｍ）
ε1＝１ ε2≒3.2
ソケットの接点端子は、完全同軸化し細部につ

写真１ 完全 Z0=50Ω同軸プローブ IC ソケット** ｄ１：バレル外径 ｄ２：プランジャー外径

（ε ：誘電体）

ソケットベースのネジ止め部に結合している。
PCB 基板への搭載は、ソケットをスクリューでがっちり基板 GND に固定し、基板 GND、ソケットGND、GND プローブを一体化させて IC の GND端子に接触させ、極めて安定な GND 信号基準レベルを PCB 基板上で共有させている。

(ソケット GND)

４．

周波数特性

４−１ 測定環境
SHF 高周波特性の測定は、ネットワークアナラ
イ ザ ー（E8362B:Agilent）、テストテーブ ル（GT1000R NPS: Microwave）、ソケット設計基準に合わせた被測定プローブ搭載ベースソケットと測定用接続基板で図 3 の構成である。

[従来構造] [完全 Z0＝50Ω同軸構造]
図 1 同軸プローブ

MD102-00

MD138-00
図 3 周波数特性測定環境

図2

同軸コア（芯線）プローブ

３. 同軸 GND、基板 GND の一体化
IC の高周波特性の安定化には、IC パッケージ

４−２ プローブの測定と選択
図 4 は、スプリングプロ―ブの各特性測定方法である。 S21 通過特性は、SG からの信号を測
定基板端面のプローブ端から被測定プローブ2 本を通して後ネットワークアナライザーに返ループ測定の結果である。

GND の安定化、基板 GND との等位化が必要である。同軸プローブ部の GND は、ソケットベース板を銅合金板（写真２）を部分的に使用し、GND
写真 2 ソケット GND のとり方

図 4 プローブの特性測定方法

FBGA, CSP に使用されている標準的なプロ

図 2 に紹介した MD102-00 や MD138-00 は、ーブ（図 5）の通過特性（S21）を測定した結果を

表面段差を無くする基本に沿った SHF 高周波対

図６に示す。

応のプローブである。MD102-00 は、本来 0.5mmプローブ長、バレル形状或いはプランジャー形ピッチ用プローブであるが、ここでは 1mm ピッチ状の差異が多少あるが基本的には５〜８GHｚ付のマトリックス対応で配列し 10〜15GHｚの周波近で S21 特性は−１ｄB を割っている。

数特性を得ている。フランジレスのアプローチと周波数特性が大きく伸びていない主な理由は、内部構造の高周波適応性更に仮想同軸構造でフランジ或いはリング状のプローブ表面段差が高の特性目標を考慮し、高周波特性を大きく伸ばし周波信号路となるプローブ外側表面での抵抗とマトリックス端子タイプの IC テスト用として使用でなっている為と考えられる。

きる結果を得ている。完全同軸の構成では、1mmピッチの同軸コアプローブとして使用している。

1mmPitch 用

図 7 は、MD102-00 を 1mm ピッチに配置し測0.5mmPitch 用

定した結果と、MD102-00 を同軸コアプローブとして使用した完全 Z0＝50Ω同軸プローブの測定

1mmPitch 用結果である。
プローブ単体での特性は、１５GHｚまで伸び、同軸化によってほぼ２０GHｚの性能に至っている。

図 5 標準的なプローブ

図 6 標準的プローブの高周波特性

MD0102-00 通過特性0

図 7 MD102-00 と0

完全 Z0＝５０Ω
同軸プローブ101520-10ｄBの特性

5-5-15-20-25-30

MD138-00 & MD102-00
GHｚ

完 全Zo=50 Ω
同軸プローブMD138-00 は、0.5mm ピッチの同軸コアプロー
ブとして使用されている。バレル径 0.18mm、プランジャー径 0.09mm で完全 Z0＝50Ωの同軸構造

連絡先の構成にプランジャーのコアリングは、厚さ0.4mm で 0.41ｍｍ外径に 0.12mm のプランジャー

連絡氏名 ： 渡部 達己（ワタベタツミ）

用貫通穴をあけ同軸プローブ両端に取り付けて会社 ：株式会社エス･イー･アール

いる。0.5mm ピッチでも完全 Z0=50Ω同軸化によ

住所 ：140-0001って 1mm ピッチの完全 Z0=50Ω同軸プローブと同等の性能が確かめられている。

東京都品川区北品川１−１４−８
電話 ：０３−５７９６−０３３０
FAX ： ０３−５７９６−３２１０５ まとめ
従来、PCB 基板から IC ソケットを経て IC 端子に信号線が接続されるのに IC ソケットの通過線路域での特性インピーダンスの極端なミスマッチリリースが普通であった。そこで「同軸に」の発想は自然ではあるが、我々のアプローチは、局所局所に於いても特性インピーダンスを揃える事、信号基準となる GND を一元化すること、更にコストを抑えることの３つを同時実践する事である。
今回の IC ソケットは、AD 変換器が混載されたASIC であるが故、GND 配置構想により有益な結果を導き出すことが出来ている。必要最大で最小限コスト抑制は、如何に高速同軸 GND、高速信号端子と他の普通信号端子、電源端子を棲み分けて IC ソケットを設計するかが重要と考えている。
その為には、IC パッケージ端子配列の設計の段階から、IC メーカ或いは使用者と我々ソケットを設計する側と、また基板設計者間とでの早い時期からの協調ある進め方が望ましいと考える。
謝辞
今回 0.5mm ピッチと 1.0mm ピッチ完全同軸プ
ローブ IC ソケットは、IC 端子配列検討、PCB 基板設計検討等での相互の協力関係の確立が叶い、極めて有意義な特性と成果を得られたこと、関係者の皆さんに深く感謝致します。

E-mail ： watabe@ser.co.jp