JP5657220B2 - プローブピン用ソケット及びプローブユニット - Google Patents

Description

本発明は、プローブピン用ソケット及びプローブユニットに関し、特に、ＩＣ検査用のプローブピン用ソケット及びプローブユニットに関する。

従来、ＩＣの検査に用いるプローブユニットとして、特許文献１に開示されているものが存在する。このユニットに用いられるプローブは、下側プローブピンと、同ピンの接続部に接続されるガイド管と、ガイド管に挿入されるガイド軸部を有する上側プローブピンと、ガイド軸部に外嵌されるスプリングとを有している。また、上ガイド板には上側プローブピン鍔部が挿通される上側開口が設けられ、下ガイド板には外径が下側プローブピン接触部よりも大きく、下側プローブピン鍔部よりも小さい貫通孔であって、接触部が挿通される下側開口が設けられ、下側プローブピン鍔部が下ガイド板の下側開口の周縁部に当接している、とされている。

特開２００８−２９８７９２号公報

ところで、今日、パッケージ基板の導体パターン又はＩＣの検査時に、パッケージ基板に形成されている半田に対する押圧力として、数１０ｇを超えるような力が求められている。特許文献１の場合でいえば、下側プローブピンに係る押圧力として、数１０ｇを超えるような力が求められている。そして、この力は、今後も増加することが予想されている。

一方、パッケージ基板の対向基板上のパッドに対して、過大な押圧力を印加することは好ましくない。特許文献１の場合でいえば、上側プローブピンに係る押圧力が過大となることが好ましくない。これは、過大な押圧力をパッドに印加すると、パッドが形成されている対向基板が、当該押圧力によって変形するといった理由などによる。

したがって、特許文献１のプローブユニットを用いる場合には、対向基板の変形防止対策のために、対向基板の強度を高めるといった手法が採用されていた。典型的には、対向基板を、その強度を高めるといったことのみを目的として、必要以上に厚くしていた。

また、ＩＣの検査時等には、上記半田と上記パッドとを電気的に接続することによって、ＩＣの電気的特性を検査することも行われている。数年前にプローブピンを流れる電流の大きさは、数１００ｍＡ程度であった。しかし、今日においては、プローブピンを流れる電流の大きさは、数Ａという非常に大きなものが要求されている。

プローブピンの電流経路は、プローブピンを構成するスプリング及びバレルであった。しかし、昨今、プローブピンは、非常に微細化が進み、したがって、スプリング及びバレルの物理的な大きさを稼ぐことには限界がある。特に、細いスプリングに大電流が流れると、スプリングの弾性係数が変化してしまい、その結果、所定のバネ圧が得られなくなるので、数Ａもの電流が流れるようにすることは、物理的に不可能と考えられていた。

そこで、本発明は、半田とパッドとに対して、異なる押圧力を印加できるようにすることを課題とする。

また、本発明は、プローブピンに対して、相対的に大電流が流せるようにすることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のプローブピン及びプローブユニットは、
両端に位置するプランジャー（例えば、図１のプランジャー１３１，１３５）と、
前記各プランジャーに各一端が接続されている互いに異なる強度の弾性体（例えば、図１のスプリング１３２，１３４）と、を備える。

このように、本発明のプローブピン及びプローブユニットは、異なる強度で導電性を有する弾性体を備えているので、各プランジャーの接触対象に対して、異なる押圧力を印加することが可能となる。また、複数の弾性体を用いることで、上記電流経路を増加させられるという利点を有する。

本発明の実施形態１のプローブユニットに用いられるプローブピン１３０の模式的な構成図である。 図１に示すプローブピン１３０とプローブピン１３０が収容されたソケット１２０とを有するプローブユニット１００の模式的な構成を示す断面図である。 図２に示すプローブユニット１００を対向基板３００上に形成されたパッド３１０に接触させている状態を示す図である。 図２に示すプローブユニット１００をパッケージ基板２００上に形成された半田２１０に接触させている状態を示す図である。 本発明の実施形態２のプローブユニットに用いられるプローブピン１３０の模式的な構成図である。 本発明の実施形態３のプローブユニットに用いられるプローブピン１３０とプローブピン１３０が収容されたソケット１２０とを有するプローブユニット１００の模式的な構成を示す断面図である。 図６のプローブユニット１００の変形例を示す断面図である。

１００ プローブユニット
１２０ ソケット
１２１ 第１基板
１２２ 第２基板
１２３ 導電部
１２４ ラウンド
１３１ プランジャー
１３２ スプリング
１３３ バレル
１３４ スプリング
１３５ プランジャー
２００ パッケージ基板
３００ 対向基板

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本明細書では、図面を基準に、その上側を上（たとえば、上面、上側、上端）と、下側を下（たとえば、下面、下側、下端）と記載する。また、各図において、同様の部分には同一符号を付している。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１のプローブユニットに用いられるプローブピン１３０の模式的な構成図である。

図１には、以下説明する、プランジャー１３１と、スプリング１３２と、バレル１３３と、スプリング１３４と、プランジャー１３５とを示している。

プランジャー１３１は、検査対象に係るパッケージ基板上の半田に接触される先端部１３１ａと、先端部１３１ａから延びる柱部１３１ｂと、柱部１３１ｂの下部に位置する鍔部１３１ｃと、鍔部１３１ｃとともにスプリング１３２を位置決めする規定部１３１ｄと、規定部１３１ｄから延びていてバレル１３３内に収容される脚部１３１ｅとを有する。プランジャー１３１の材質は、どのようなものを用いてもよいが、一例としては、炭素工具鋼を採用することができる。

先端部１３１ａは、検査対象に係るパッケージ基板上の半田との良好な接触を実現するために複数の突起部を備える突起形状（いわゆるクラウン型）とされているが、これ以外の形状のものでもよい。柱部１３１ｂには、プローブピン１３０が収容されるソケットを構成する第１基板（この点は、後述する）に設けられている孔に通される。鍔部１３１ｃは、上記第１基板に接触し、かつ、下面がスプリング１３２の上端１３２ａを受ける。規定部１３１ｄは、スプリング１３２の上端部分の内側を受ける。脚部１３１ｅは、基端が相対的に細く、先端が相対的に太く、これらの境界部分は、バレル１３３のテーパーに対応する形状とされている。

スプリング１３２は、プランジャー１３１の鍔部１３１ｃによって受けられる上端１３２ａと、ソケットに形成されているスルーホールの段差部（この点は後述する。）によって受けられる下端１３２ｂとを有する。スプリング１３２は、相対的にばね定数が大きなものを用いている。本実施形態には、検査対象に係るパッケージ基板上の半田に対して、数１０ｇ（たとえば、３０ｇ〜６０ｇ）程度の押圧力を印加できるようにしている。具体的には、スプリング１３２は、軸心から螺旋部分までの長さ、すなわち、スプリングの径を、相対的に大きくしている。スプリング１３２の材質は、どのようなものを用いてもよいが、一例としては、ピアノ線、銅線、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６を含むステンレス鋼などを採用することができる。

バレル１３３は、ここでは、両端にテーパーを有する筒状としている。もっとも、バレル１３３は、その側面からロールかしめ或いはポンチで数点くぼみを形成して、プランジャー１３１等が、抜け落ちないようにしてもよい。バレル１３３内には、プランジャー１３１の脚部１３１ｅの他に、スプリング１３４とプランジャー１３５とが収容される。バレル１３３の材質は、どのようなものを用いてもよいが、一例としては、真鍮、燐青銅などを採用することができる。

スプリング１３４は、プランジャー１３１の脚部１３１ｅの先端によって受けられる上端１３４ａと、プランジャー１３５の上端によって受けられる下端１３４ｂとを有する。スプリング１３４は、相対的にばね定数を小さなものを用いている。本実施形態には、対向基板上のパッドに対して、１０ｇ前後（たとえば５ｇ〜１５ｇ）程度の押圧力を印加できるようにしている。具体的には、スプリング１３４は、その径を、相対的に小さくしている。スプリング１３４の材質は、どのようなものを用いてもよいが、一例としては、ピアノ線、銅線などを採用することができる。

プランジャー１３５は、対向基板上のパッドに接触される先端部１３５ａと、先端部１３５ａから延びる柱部１３５ｂと、柱部１３５ｂの上部に位置していてバレル１３３内に収容される脚部１３５ｃとを有する。プランジャー１３５の材質は、どのようなものを用いてもよいが、一例としては、ベリリウム銅合金を採用することができる。

先端部１３５ａは、対向基板上のパッドとの良好な接触を実現するために平面形状とされている。柱部１３５ｂは相対的に細く、脚部１３５ｃは相対的に太い。脚部１３５ｃは、上端がスプリング１３４の下端１３４ｂを受け、かつ、下端がバレル１３３の下側のテーパーを受ける。

なお、本実施形態のプローブピン１３０は、図１に示す形状、構造、レイアウトに限定されるものではない。したがって、たとえば、図１には、スプリング１３２，１３４の相互の位置関係に着目すれば、径が相対的に小さいスプリング１３４を、径が相対的に大きいスプリング１３２が、覆う態様の構造を示しているが、これらの位置関係を相互に入れ替えたものとしてもよい。

また、本実施形態では、弾性体の一態様として、スプリング１３２，１３４を用いる場合を例に説明したが、これに代えて、たとえば、導電性ゴムを用いることも可能である。この場合には、各導電性ゴムは、各々要求される押圧力に応じて、互いに異なる強度のものを採用すればよい。

図２は、図１に示すプローブピン１３０とプローブピン１３０が収容されたソケット１２０とを有するプローブユニット１００の模式的な構成を示す断面図である。なお、説明の都合上、図２には、ソケット１２０に２本のプローブピン１３０が収容されている状態を示しているが、実際には、多数のプローブピン１３０が収容される。

図２に示すソケット１２０は、以下説明する、第１基板１２１と、第２基板１２２と、導電部１２３と、ラウンド１２４とを備えている。

第１基板１２１は、複数のプローブピン１３０のプランジャー１３１の柱部１３１ｂがそれぞれ通される孔１２１ａが形成されている。各孔１２１ａの径は、プランジャー１３１の柱部１３１ｂの径よりも大きく、かつ、プランジャー１３１の鍔部１３１ｃよりも小さな径とされている。

第２基板１２２は、各孔１２１ａに対応するスルーホール１２２ａが形成されている。スルーホール１２２ａには、いずれも下方に位置する、段差が２つ設けられている。スルーホール１２２ａの上側の段差は、スプリング１３２の下端１３２ｂを受ける。スルーホール１２２ａの下側の段差は、バレル１３３の下側のテーパーを受ける。

導電部１２３は、スルーホール１２２ａの内壁に形成されている。導電部１２３の材質は、一例としては、金、銅を用いることが考えられる。この場合、導電部１２３は、メッキ処理などによって形成すればよい。なお、図２には、スルーホール１２２ａの内壁全体に、導電部１２３が形成されている状態を示しているが、後述するように、スルーホール１２２ａの内壁のうち、少なくともプローブピン１００の２点間に跨って接する態様で導電性層１２３を位置させればよい。

ラウンド１２４は、導電部１２３と一体形成される。ラウンド１２４は、対向基板上のパッドに接触する部分である。なお、ラウンド１２４は、必ずしも形成しなければならないものではなく、配線ピッチなどを考慮して形成の可否を決定すればよい。

なお、図２に示すプローブユニット１００は、ソケット１２０に対する収容対象のプローブピンを、すべて図１に示したプローブピン１３０としているが、これらの一部または全部を既知のプローブピンとしてもよい。

また、本実施形態では、第２基板１２２に対して、スルーホール１２２ａを形成している態様を説明したが、第２基板１２２に代えて、たとえば、プローブピンの中程で分離される２つの樹脂体を用い、これらに各々段差を有するホールを形成してもよい（たとえば、特表２００４−５０３７８８３に開示されている形態のもの）。さらには、第２基板に対して円筒状のスルーホールを設け、当該スルーホールに対して内側に段差を有し、かつ、外側が円筒状の導電性部材を圧入することで、図２に示すソケットと同様の機構を実現してもよい。

図３は、図２に示すプローブユニット１００を基板３００上に形成されたパッド３１０に接触させている状態を示す図である。

図４は、図２に示すプローブユニット１００を基板２００上に形成された半田２１０に接触させている状態を示す図である。

パッケージ基板２００の検査時には、まず、プローブユニット１００のプランジャー１３５の先端と、対向基板３００上に形成されたパッド３１０とを位置合わせする。この状態で、プローブユニット１００をパッド３１０に押し当てると、図３に示すように、ばね定数が相対的に小さいスプリング１３４が縮み、プランジャー１３５がバレル１３３内に収容されることになる。

このように、プランジャー１３５の先端を、パッド３１０に押し当てる場合には、ばね定数が相対的に小さいスプリング１３４が縮むが、ばね定数が相対的に小さいスプリング１３２は縮まない。したがって、対向基板３００又はパッド３１０が当該押圧力によって変形することを防止することができるし、対向基板３００の変形防止対策のために対向基板３００を必要以上に厚くして対向基板３００の強度を高めることも不要である。

つぎに、プローブユニット１００のプランジャー１３１の先端と、パッケージ基板２００上の半田２１０とを位置合わせする。この状態で、パッケージ基板２００を半田２１０に押し当てると、図４に示すように、ばね定数が相対的に大きいスプリング１３２が縮み、プランジャー１３１の柱部１３１ｂがスルーホール１２２ａ内に収容されることになる。

ここで、本実施形態のプローブユニット１００は、２つのスプリング１３２，１３４を用いることによって、半田２１０とパッド３１０とに対して、それぞれ異なる押圧力を印加できるようにしている。具体的には、半田２１０に対する押圧力は、検査時に要求される押圧力（数１０ｇ、たとえば３０ｇ〜６０ｇ）となるようなばね定数のスプリング１３２を選択し、かつ、パッド３１０に対する押圧力は、一般的に好ましいとされている５〜１５ｇ程度となるようなばね定数のスプリング１３４を選択している。

また、本実施形態のプローブユニットは、単一のスプリング及びバレル以外に、分流により、新たな電流経路を形成することで、大電流対策を講じるようにしている。

第一には、２つのスプリング１３２，１３４を用いているので、両スプリング１３２，１３４を通じて電流を流すことが可能となるという点でも、電流経路を増やすことができる。

第二には、プローブピン以外の部分であるスルーホール１２２ａの内壁に、導電部１２３を形成することによって、導電部１２３を新たな電流経路としている。この点について補足する。

今一度、図４を参照されたい。図４に示すＡ点では、導電部１２３とプランジャー１３１の鍔部１３１ｃとが接している。図４に示すＢ点では、導電部１２３とスプリング１３２とが接している。図４に示すＣ点では、導電部１２３とパベル１３３の下側のテーパーとが接している。なお、Ａ点〜Ｃ点との表記は、図面の説明の都合上のものであって、接触が点状というわけではなく、実際には、接触が面状或いは線状であることに留意されたい。

このように、典型的には、半田２１０〜鍔部１３１ｃ〜Ａ点〜導電部１２３〜ラウンド１２４〜パッド３１０などのように、導電部１２３を含む電流経路が形成される。なお、本実施形態では、新たな電流経路をなるべく多く確保する、或いは、導電部１２３を容易に形成するために、スルーホール１２２ａの全体に導電部１２３を形成しているが、たとえばＡ点とＢ点との間の領域にのみ、あるいは、Ａ点とＣ点との間の領域にのみ、あるいは、Ｂ点とＣ点との間の領域にのみ、導電部１２３を形成してもよい。

（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２のプローブユニットに用いられるプローブピン１３０の模式的な構成図である。図５に示すプローブピン１３０は、図１に示したものの変形例である。なお、図５において、図１に示した部分と同様の部分には、同一符号を付してある。

図５に示すように、本実施形態のプローブピン１３０は、プランジャー１３１に、バレル１３３の機能を兼用させている。すなわち、図５に示すプランジャー１３１は、半田２１０に接触させた際にスプリング１３２が縮み、プランジャー自体の機能を有していることに加え、プランジャー１３５の一部とこれを受けるスプリング１３４とを内部に収容しており、バレル１３３の機能も有する。

このように、本実施形態のプローブピン１３０は、ランジャー１３１に、バレル１３３の機能を備えても、互いに異なるばね定数の２つのスプリング１３２，１３４を用いていることから、実施形態１と同様の効果を奏する。

以上をまとめると、本発明の各実施形態のプローブピン１３０によれば、互いに異なるばね定数の２つのスプリング１３２，１３４を用いて、パッケージ基板２００と対向基板３００とに対して、各々要求される押圧力を印加することができる。

また、本実施形態のプローブピン１３０は、２つのスプリング１３２，１３４を用いていることから、単一のスプリングしか用いていないプローブピンに比して、パッケージ基板２００と対向基板３００の間の電流経路を増加させることができる。

さらに、本実施形態のソケット１２０によれば、プローブピンの各々が収容されるスルーホールに導電部１２３を形成しているので、パッケージ基板２００と対向基板３００の間の電流経路を増加させることができる。

（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３のプローブユニットに用いられるプローブピン１３０とプローブピン１３０が収容されたソケット１２０とを有するプローブユニット１００の模式的な構成を示す断面図である。

図６に示すプローブピン１３０は、図１等に示したものと同様のものであるがバレル１３３を有しないタイプのものとしている。一方、図６に示すソケット１２０は、図２のものが第１基板１２１と第２基板１２２とを備える２パーツから構成されているのに対して、以下説明するように、上部ユニット１２７と下部ユニット１２８という２パーツから構成されている。各ユニット１２７，１２８は、各々、第１部材１２３及び第２部材１２４，第３部材１２５及び第４部材１２６といった２つの部材を有している。

なお、説明の都合上、図６のソケット１２０には、導電部１２３（図２等）を示していないが、実施形態１等と同様に、実際には、スルーホールの内壁に、導電部１２３が形成されている。

本実施形態のプローブピン１３０は、使用によって経年劣化したプランジャー１３１、スプリング１３２、プランジャー１３５、スプリング１３４の交換時期がそれぞれ異なることから、容易に、パーツごとに交換が行えるようにしている点が特徴である。典型例を示すと、プランジャー１３１は、数１０万回程度使用すれば、先端部分がフラットになるくらいに摩耗するので、このくらいの使用をすると交換が推奨される。また、スプリング１３２は、押圧力にもよるが、６０％のストロークで数千回程度使用すれば、交換が推奨される。

そこで、本実施形態では、上部ユニット１２７と下部ユニット１２８とに分けることにより、プランジャー１３１、スプリング１３２、プランジャー１３５、スプリング１３４を各々適宜交換可能としている。換言すると、プローブピン１３０は、このようにパーツごとに交換可能とするために、バレル１３３を用いない構成としている。

上部ユニット１２７は、プランジャー１３１の袴部１３１ｄを受ける第１部材１２３と、スプリング１３２の下端を受ける第２部材１２４とを有する。下部ユニット１２８は、プランジャー１３１の脚部１３１ｅを受ける第３部材１２５と、プランジャー１３５を受ける第４部材１２６とを有する。各部材１２３〜１２６は、例えば、プラスチック素材からなる。

各部材１２３〜１２６には、図示しない部分にネジ穴がいくつか開口されている。ネジは、本実施形態では、例えば、第１部材１２３と第２部材１２４との連結ネジと、第３部材１２５と第４部材１２６との連結ネジと、上部ユニット１２７と下部ユニット１２８との連結ネジという３タイプのネジを用意している。

もっとも、各部材１２３〜１２６又は各ユニット１２７，１２８の連結手法はこれに限定されるものではなく、例えば、第１部材１２３と第２部材１２４との連結、或いは、第３部材１２５と第４部材１２６との連結は必須でない点に留意されたい。

さらに付言すると、例えば、第３部材１２５は、プランジャー１３１の脚部１３１ｅを受けるためのものであり、その主機能は、脚部１３１ｅの軸心が図面横方向にぶれることを防止する点にある。脚部１３１ｅの軸心がぶれるといった事態は、脚部１３１ｅの径が細い場合に生じ得る。したがって、典型的には、大型のプランジャー１３１（例えば直径１ｍｍ）を用いる場合であって、第３部材１２５と第４部材１２６との連結を行わない場合には、第３部材１２５を必ずしも設けなくてもよいことになる点にも留意されたい。

つぎに、プローブユニット１００の組み立てについて説明する。まず、第１部材１２３の貫通孔に対して、プローブピン１３０のプランジャー１３１を、先端部１３１ａから通す。つづいて、プランジャー１３１の脚部１３１ｅに対して、スプリング１３２を取り付ける。そして、脚部１３１ｅを、第２部材１２４の貫通孔に通す。その後、第１部材１２３と第２部材１２４とを、ネジによって、相互に連結する。こうして、上部ユニット１２７の組み立てが完成する。

つぎに、第４部材１２６の貫通孔にプローブピン１３０のプランジャー１３５を、先端部１３５ａから通す。つづいて、プランジャー１３５内に、スプリング１３４を取り付ける。その後、第３部材１２５と第４部材１２６とを、ネジによって、相互に連結する。こうして、下部ユニット１２８の組み立てが完成する。それから、上部ユニット１２７と下部ユニット１２８とをネジで連結すれば、プローブユニット１００の組み立てが完成する。

本実施形態のプローブピン１３０によると、例えば、スプリング１３２を交換する場合には、上部ユニット１２７と下部ユニット１２８との連結バネを外し、第１部材１２３と第２部材１２４との連結バネを外す。つづいて、プランジャー１３１の脚部１３１ｅからスプリング１３２を外すとともに、新たなスプリング１３２をプランジャー１３１の脚部１３１ｅに取り付ける。その後、第１部材１２３と第２部材１２４とを連結バネによって連結し、最後に、上部ユニット１２７と下部ユニット１２８とを連結バネによって連結すればよい。

図７は、図６のプローブユニット１００の変形例を示す断面図である。図７には、第１部材１２３〜第４部材１２６に代えて、第１部材１２３’、第２部材１２４’、第４部材１２６’を用いたソケット１２０の例を示している。

第１部材１２３’は、プランジャー１３１を、その袴部１３１ｃで受ける部分である。第２部材１２４’は、スプリング１３２の下端を受けるとともに、スプリング１３４の上端を受ける部分である。第４部材１２６’は、プランジャー１３５を受ける部分である。

図６の場合には、ソケット１２０を、上部ユニット１２７及び下部ユニット１２８という２パーツに大別して構成したものの、合計４つの部材１２３〜１２６を有することになった。そこで、図７の場合には、部品点数を削減するために、第２部材１２４’として、スプリング１３２の下端を受けるという第２部材１２４の役割と、スプリング１３４の上端を受けるという第３部材１２５の役割とを担わせることによって、これを実現している。

Claims (4)

1. 一端に位置していて検査対象に接触される先端部と、当該先端部から延びる柱部の下部に位置する鍔部と、当該鍔部から延びている脚部とを有する相対的に大きな第１のプランジャーと、
   他端に位置していて対向基板上のパッドに接触される先端部を有する相対的に小さな第２のプランジャーと、
   前記第１のプランジャーの袴部で一端が受けられていて他端がソケットを構成するパーツで受けられていて前記脚部に収まる態様で通される相対的に強度のある第１の弾性体と、
   前記第２のプランジャーで一端が受けられていて他端が前記第１のプランジャーの脚部の先端で受けられていて前記第１のプランジャーのうち脚部のみが収容される部位内に通される相対的に強度のない第２の弾性体と、
   を備えるプローブピンの第２のプランジャーを受ける段差と前記第１の弾性体の一端を受ける段差とが形成されているホールと、
   前記ホールの内壁のうち少なくとも前記プローブピンの２点間に跨って接する態様で位置する導電性体と、
   を備え、
   前記第１の弾性体又は前記第１のプランジャーの交換と、前記第２の弾性体又は前記第２のプランジャーの交換とを別々に行えるように構成された複数のパーツを有するＩＣソケット。
2. 請求項１記載のＩＣソケットと、
   前記プローブピンと、
   を備える、プローブシステム。
3. 前記プローブピンは、前記各プランジャーと前記各弾性体とが導電性材料からなる、請求項２記載のプローブシステム。
4. 前記第１のプランジャーの先端は突起形状であり、
   前記第２の弾性体に接続されるプランジャーの先端は平面形状である、
   請求項２記載のプローブシステム。

Images