JP3984518B2 - 電気的接続装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールグリッドアレイのように多数の電極を有する半導体集積回路の通電試験に用いられる電気的接続装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路を平板状被検査体とする電気的接続装置の1つとして、特開平5−340965号公報に記載の技術が知られている。この従来技術において、電気的接続装置は、配線基板に配置された電気絶縁性のプローブホルダーの中央に開口を有しており、開口を形成している内側面を逆L字状の複数のプローブを導出するためのプローブ導出面としている。
【0003】
プローブ導出面は、下方側(被検査体側)に向かって広がる截頭角錐形の斜面を構成している。プローブは、その先端部が開口内を下方に向けて伸びるように、プローブホルダーを水平方向に貫通しており、またプローブ導出面から上下方向に多層状に導出されている。
【0004】
プローブの先端は被検査体の電極に押圧される針先とされており、プローブの後端は配線基板の導電性部に接続される接続部とされている。プローブは、プローブの後端部をプローブ導出面に開口するようにプローブホルダーに設けられた差し込み穴に差し込むことでプローブホルダーに取り付けられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この電気的接続装置は、プローブの後端部を、テーパ状に広がるプローブホルダーの内側斜面に開口する差し込み穴にプローブを開口側から略水平に差し込んで保持する構造を有しているから、多数のプローブをプローブホルダーに組み付ける組み付けの作業性が悪いという問題がある。
【0006】
具体的には、プローブの上下方向へ伸びる先端部から後方の領域(後端部)の長さ寸法が対向するプローブ導出面間の水平距離よりも、大きいと、プローブの先端部が対向する導出面に接触し、プローブの後端部を水平に保った状態に差し込み穴にスムーズに差し込むことができない。
【0007】
また、既に差し込み穴に差し込まれたプローブが存在すると、そのプローブがプローブ導出面からプローブホルダーの開口内に突出されているから、それら差し込み済みのプローブを避けながら残りのプローブを差し込み穴に差し込まなければならず、差し込みの作業性が著しく悪い。
【0008】
さらに、差し込み済みのプローブの先端部がプローブ導出面に開口する他の差し込み穴を覆うように存在するから、そのような差し込み穴に残りのプローブを差し込むことが難しく、差し込みの作業性が悪い。
【0009】
さらにまた、プローブホルダーから開口内に導出されたプローブは、水平方向及び上下方向の位置を規制されていないから、プローブの先端の水平方向及び上下方向における位置の精度はプローブホルダーの保持精度に大きく影響する問題がある。特に、半導体ウエハーのように非常に小さいサイズの被検査体の場合、各プローブの先端の水平方向の位置精度を高めることは重要である。
【0010】
本発明の目的は、プローブホルダーへの接触子の組み付けを容易にすることにある。
【0011】
【解決手段、作用、効果】
本発明に係る電気的接続装置は、高さ位置が異なる複数の上向き段部を有する電気絶縁性のホルダーと、該ホルダーの上に配置された接続基板と、前記接続基板から下方に伸びる複数の接触子とを含む。各接触子はその略中央部が略水平方向に伸びるクランク形状を有しており、各接触子の前記中央部から下方へ伸びる先端部は前記ホルダーの段部を貫通している。
【0012】
上記電気的接続装置において、接触子が貫通している段部が上方に向いているから、複数の接触子をホルダーの段部に上から下に差し込むだけで、水平方向における接触子の位置が定まり、水平方向における接触子の位置精度が高くなる。
【0013】
前記接触子の中央部は前記段部に当接していてもよい。これにより、接触子の上下方向の位置が定まるから、接触子の高さ位置精度が高くなる。
【0014】
前記ホルダーは前記複数の段部の高さ位置が外周に位置する段部ほど低くなるピラミッド状の形状を有していてもよい。
【0015】
上記の代わりに、前記ホルダーは、平面的にみて略矩形の形状を有していると共に、当該ホルダーの複数の段部の高さ位置が当該ホルダーの中央に位置する段部よりも前記矩形の対向する2つの側辺に位置する段部ほど低くなる形状を有していてもよい。
【0016】
また、前記ホルダーは、平面的にみて略矩形の形状を有していると共に、前記複数の段部の高さ位置が当該ホルダーの前記矩形の1つの辺の側に位置する段部よりもこの1つの辺と対向する他の1つの辺の側に位置する段部ほど低くなる階段状の形状を有していてもよい。
【0017】
さらに、前記ホルダーは、平面的にみて略矩形の形状を有していると共に、前記複数の段部の高さ位置が前記ホルダーの前記矩形の隣り合う2つの辺の側に位置する段部よりもこの2つの辺と対向する他の2つの辺に交互に又は連続して位置する段部ほど低くなる階段状の形状を有していてもよい。
【0018】
さらにまた、前記ホルダーは、それぞれが前記複数の段部を有する複数の段付部材を備えていてもよい。これにより、前記複数の段付き部材を組み合わせることにより、種々の位置に接触子を配置することができる。
【0019】
前記複数の接触子の中央部の長さ寸法は互いに略等しくすることができる。これにより、接触子が被検査体の電極に押圧されると、接触子の中央部は略同程度の撓む。このとき、接触子の中央部の長さ寸法は互いに略等しいと、接触子により被検査体に作用する押圧力が略同じになり、安定した電気的特性を測定することができる。
【0020】
前記接触子の少なくとも中央部は扁平の断面形状を有していてもよい。これにより、接触子が被検査体の電極に押圧されたとき、接触子は、断面が扁平の中央部において撓み、オーバードライブが被検査体に効果的に作用する。
【0021】
扁平の部分の断面積は他の部分の断面積と略等しくすることができる。これにより、扁平による電気特性の劣化を防止する。
【0022】
前記複数の接触子は前記接続基板と当該接触子の中央部との間に湾曲部を有していてもよい。これにより、接触子が被検査体の電極に押圧されたときに、過剰のオーバードライブが作用しても、湾曲部がそのオーバードライブにより大きく湾曲して、その押圧力を吸収する。
【0023】
電気的接続装置は、前記ホルダーの下に配置されたベース基板、又は、前記ホルダーの上方に配置された配線基板を含むことができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
図1から図8を参照するに、電気的接続装置10は、ベース基板12と、ベース基板12の上に配置されたホルダー14と、ホルダー14の上方にホルダー14から間隔をおいて配置された接続基板16と、ホルダー14に配置された複数の接触子18とを含む。
【0025】
図1、図4及び図5に示すように、ホルダー14は、高さ位置が異なる複数の上向き段部20を有している。ホルダー14は、その外側に位置する段部20の高さ位置よりも内側に位置する段部20の高さ位置が高いピラミッド状、換言すれば、段部20の高さ位置が外側に位置する段部20ほど低くなるピラミッド状の形状を有している。
【0026】
段部20は、最も高位位置にある段部20aを中心とする矩形の段部20b,20c,20d,20e,20fを形成している。段部20a,20b,20c,20d,20e,20fのそれぞれは、ホルダー14を厚さ方向に貫通する複数の貫通穴22を、輪郭の奥行き(幅)方向の中央に各輪郭の長手方向に間隔をおいて一列に有している。
【0027】
図1から図4に示すように、ベース基板12は、平面的にみて略矩形の板の形をしており、またスペーサー24を組み付けるためのねじ部材70用の貫通穴26を少なくとも4隅に有している。ベース基板12は、ベース基板12の厚さ方向に貫通する複数の貫通穴28を有している。スペーサー24は、ねじ部が貫通する雌ねじ穴とされた筒状の形状を有している。
【0028】
ガイド板30は、平面的に見て矩形の形状を有しており、またガイド板30を厚さ方向に貫通する複数の貫通穴32を有している。ガイド板30は、複数のねじ部材又は接着剤により、ベース基板12の下面に組み付けられる。
【0029】
貫通穴22、28,32は一対一の関係に対応されており、またそれらの配置位置関係は平面的に見て被検査体の電極の配置位置関係と略同じとされている。ベース基板12、ホルダー14及びガイド板30は、電気絶縁性の材料、例えば樹脂からなる。
【0030】
図3及び図4に示すように、ホルダー14の段部20、ベース基板12及びガイド板30の貫通穴22,28,32は、接触子18の先端部18a(図6(A)参照)を貫通させるべく、ホルダー14の段部20、ベース基板12及びガイド板30の貫通穴22,28,32が平面的に見て同じ位置とされている。
【0031】
図6に示すように、複数の接触子18は、断面形状が円形で略同一の金属細線34を中央の2カ所で互いに反対方向に屈曲させて、先端部18a、中央部18b、後端部18cとしたクランク状の形状(図6(A)参照)を有しており、先端部18aの先端を被検査体に押圧される扁平(図6(B)参照)の針先としている。
【0032】
それらの接触子18は、先端部18a及び後端部18cの長さ寸法は異なるが、中央部18bの長さ寸法は略同じとされており、これにより全長さ寸法が略同じとされている。
【0033】
各接触子18は、中央部18bが先端部18a及び後端部18cの長さ寸法に応じた高さ位置の段部20に当接するように、及び、中央部18bが外方へ水平に伸びるように、先端部18aを所定の貫通穴22,28,32に差し通されている。
【0034】
上記の結果、図4に示すように、接触子18は段部20の数に応じて多層に配置されるにもかかわらず、接触子18の高さ位置は、中央部18bが段部20に当接していることにより位置決められるから、接触子18の高さ位置を調整する必要がなく、先端部18aを所定の貫通穴22,28,32に差し込む作業の能率が向上する。
【0035】
接触子18の先端部18aの長さ寸法と後端部18cとの長さ寸法の合計寸法を互いに等しくした場合、中央部18bの長さ寸法も等しくなる。これにより、接触子18の後端部18cの配置位置関係が被検査体の電極の配置位置関係と相似になる。
【0036】
接続基板16は、電気絶縁材料により板状に製作されている。図7に示すように、接続基板16は、接触子18の後端部18cが個々に貫通された複数の貫通穴36と、貫通穴に個々に対応されて上方に開口する複数の凹部38とを有している。
【0037】
接続基板16の4つの隅部には、上方から貫通されてスペーサー24に螺合されたねじ部材40の頭部を受け入れる截頭円錐形の貫通穴42を有している。貫通穴36,42は、接続基板16を厚さ方向に貫通している。
【0038】
接続基板16の上面には、配線基板44の円錐状の凹部(図示せず)にかみ合って水平方向における相対的な位置決めをするための円錐状の突起部46が、接続基板16の外周付近の複数箇所に設けられている。
【0039】
接続基板16の上面には、また、接触子18に個々に対応された複数の接続ランド48が設けられている。各接続ランド48は、接触子18の後端部18cを配線基板44の配線に電気的に中継するためのものである。
【0040】
各接続ランド48は、接続基板16の上面に形成された凹部38を覆うように配置され、平面的にみて略目の形状又は略楕円形の形状を有する接続部50を備えていると共に、長軸線方向の端部から中央に向かって回転対称状に伸びる2つの接触片52を備えている。2つの接触片52は回転対称軸付近に隙間54を形成している。
【0041】
接続ランド48の長手軸線方向における一端部は、接触子18の後端部18cと電気的に接続するためのベース56とされており、そのベース56の略中央に接触子18の後端部18cの直径寸法と略同じ内径寸法を有する貫通穴58を備えている。
【0042】
配線基板44は、略円板状の形状を有しており、また接触子18に個々に対応された複数のテスターランド60を上面外周縁部に備えており、さらに配線基板44の配線62を介してテスターランド60に個々に接続された複数の突起電極64を下面に備えている。
【0043】
各突起電極64は、下方に突出する略円錐形の形状を有している(図7参照)。配線基板44は、ねじ部材66が上方から下方に貫通する複数の貫通穴68を備えている。配線基板44は、各ねじ部材66が貫通穴68を貫通して、接続基板16に形成されたねじ穴72に螺合されることにより、接続基板16を組み付けられる。
【0044】
貫通穴22,28,32,36,58の直径寸法は、接触子18を差し通すことができるように、接触子18の直径寸法と略同じである。
【0045】
以上の電気的接続装置10は、以下のようにして組み立てることができる。
【0046】
先ず、図1に示すように、貫通穴22,28,32が上下に整列するように、ガイド板30がベース基板12の下側に配置されると共に、ホルダー14がベース基板12の上側に配置され、さらにスペーサー24がねじ部材70によりベース基板12に取り付けられる。
【0047】
次いで、接触子18の先端部18aが貫通穴22,28,32に差し通される。この際、貫通穴22,28,32が上下に整列されて連通されているから、接触子18の先端部18aを、ホルダー14の段部20、ベース基板12及びガイド板30に差し通すことができる。
【0048】
複数の接触子18は、以下の手順でホルダー14に差し通すことができる。
【0049】
先ず、中央部18bが水平に伸びるように、ホルダー14の最も外側用の接触子18の先端部18aが、ホルダー14の上から下に向けて、ホルダー14の外側に位置する段部20すなわち段部20の高さ位置が低い段部20fの各貫通穴22に差し通される。
【0050】
この際、各接触子18は、挿通済みの接触子18の中央部18b及び後端部18cが未挿通の内側の段部20e,20d,20c,20b,20aの貫通穴22を横切らないように、中央部18bをホルダー14の外方へ向けられる。
【0051】
同様に、1つ内側の段部20e用の接触子18の先端部18aが、1つ内側の段部20eの各貫通穴22に挿通される。このように、接触子18が外側に位置する段部の各貫通穴22から内側に位置する段部20の各貫通穴22へと、順番に挿通される。
【0052】
接触子18を内側に位置する段部の貫通穴22に差し込むとき、次に差し込むべき内側の段部20eの貫通穴22をホルダー14の上方から十分に目視することができるから、接触子18の先端部18aを段部20eの貫通穴22に差し込みやすくなる。また、接触子18を貫通穴22に差し込むだけで、水平方向における接触子18の位置決めが行われるから、そのような位置決め作業を行う必要がない。それらの結果、接触子18の差し込み作業の能率が向上する。
【0053】
全ての貫通穴22に接触子18が差し込まれると、次に、接続基板16がスペーサー24にねじ部材40により組み付けられる。このとき、接触子18の後端部18cが接続基板16の下側から貫通穴36に差し通される。この下面から差し込まれた接触子18の後端部18cは、接続基板16の貫通穴36及び接続ランド48を貫通して、接続ランド48からその上方に突出されている。
【0054】
上記のように組み立てられた状態において、接続基板16及びベース基板12の四隅にスペーサー24が配置されているから、接続基板16とベース基板12とは、略平行でかつ一定の隙間を維持した状態に、相対的移動不能に堅固に組み付けられている。
【0055】
次いで、図1及び図7に示すように、接触子18は、後端部18cを接続基板16の貫通穴36及び接続ランド48の貫通穴58に挿通された後に、後端部18cにおいて半田のような導電性接着剤により接続ランド48に移動不能かつ電気的に接続される。
【0056】
接触子18を接続基板16の貫通穴36とに通すとき、及び、接触子18を接続ランド48に接続するとき、各接触子18の中央部18bが所定の段部20に当接されていることにより、各接触子18が所定の高さ位置に位置決められる。その結果、ホルダー14及び接続基板16に対する接触子18の配置作業及び組み付け作業が容易になる。
【0057】
接触子18の後端部18cのうち、接続ランド48から突出した部分は、接合の後に、切断されて、除去される。しかし、接触子18の後端部18cは、接続ランド48からわずかに突出させてもよいし、突出させなくてもよい。そのような場合、接触子18の後端部18cを切断する必要がない。
【0058】
次いで、配線基板44が接続基板16の上側に配置され、接続基板16と配線基板44とがねじ部材66により相対的移動不能に組み付けられる。このとき、接続基板16の円錐状の突起部46が配線基板44の円錐状の凹部にかみ合って水平方向の相対的な位置決めが行われる。
【0059】
上記のように接続基板16と配線基板とが位置決められると、配線基板44から下方に突出している突起電極64の先端が、対応する接続ランド48の2つの接触片52,52により形成される隙間54に正しく差し込まれる。これにより、突起電極64の先端が2つの接触片52,52を押し下げるから、2つの接触片52,52が撓み、2つの接触片52,52の内側縁が突起電極64の円錐状の側面に電気的に確実に接触する。
【0060】
配線基板44のテスターランド60は、被検査体の電気的特性の測定検査をするテスター(図示せず)に電気的に接続される。これにより、被検査体の電極は、接触子18、接続ランド48の接触片52、突起電極64、配線基板44の配線62及びテスターランド60を介して、テスターに電気的に接続される。
【0061】
被検査体の測定検査時、接触子18の先端と被検査体の電極とが相対的に押圧される。このとき、接触子18の中央部18bが接続基板16とベース基板12との間に位置されているから、接触子18の先端部18aがオーバードライブによりベース基板12側に若干押し戻されると共に、中央部18bが接続基板16側に撓む。
【0062】
すなわち、接触子18の先端部18aを押し込む外力が針先に作用すると、接触子18の中央部18bがその外力を適切に吸収すると共に、接触子18の針先と被検査体の電極とが電気的に確実に接続するために必要な反力(針圧)を得ることができる。
【0063】
上述のホルダー14は、種々の形状に変更することができる。
【0064】
例えば、図9に示すホルダー14は、平面的にみて略矩形の形状を有していると共に、ホルダー14の複数の段部20の高さ位置がホルダー14の中央に位置する段部20aよりも、中央の段部20aを介して対向する矩形の2つの側辺に位置する段部20b,20c,20d,20eほど低くなる、切妻屋根状の形状を有している。
【0065】
図10に示すホルダー14は、平面的にみて略矩形の形状を有していると共に、複数の段部20の高さ寸法がホルダー14の矩形の1つの辺14aの側に位置する段部20よりもこの1つの辺14aと対向する他の1つの辺14bの側に位置する段部20b,20c,20d,20eほど小さくなる階段状の形状を有していている。
【0066】
図11に示すホルダー14は、平面的にみて略矩形の形状を有していると共に、複数の段部20の高さ寸法がホルダー14の矩形の隣り合う2つの辺14c,14cの側に位置する段部20aよりもこの2つの辺14c,14cと対向する他の2つの辺14d,14dに交互に又は連続して位置する段部20b,20c,20dほど小さくなる、変形した階段状の形状を有している。
【0067】
ホルダー14は、また、それぞれが複数の段部20を有する複数の段付部材80を用いて形成してもよい。例えば、図12に示すホルダー14は、図11に示す段部20を有する4つの段付部材80を組み合わせている。また、図12において手前側の2つの段付部材80の代わりに図10に示す段部20を有する段付部材を組み合わせてもよい。
【0068】
同様に、接触子18は、種々の形状に変更することができる。
【0069】
例えば、図13(A)に示す接触子18は、その中央部18bの一部分18dを扁平の横断面形状とし、接触子18の他の部分18eを円形の横断面形状にしている。図13(A)に示す接触子18においては、その一部分18dと他の部分18eの断面積を同じにしている。これにより、接触子18の電気的特性が低下しない。
【0070】
図13(B)に示す接触子18は、接続基板と中央部との間すなわち後端部18cの一部に湾曲部18fを有している。図13(B)に示す接触子18において、後端部18cに湾曲部18fを形成するのみならず、さらに中央部18bの横断面形状を扁平にしてもよい。
【0071】
扁平の横断面形状を有する接触子や湾曲部18fを有する接触子は、接触子と被検査体とが相対的に押圧されたときに、扁平部や湾曲部が弾性変形しやすくなるから、図6に示す接触子18よりも、より適正な針圧とすることができる。
【0072】
接触子の先端部の形状は、図6に示す実施例の形状以外の形状としてもよい。例えば、図14に示すように、接触子の先端を鋭角(図14(A)参照)にしてもよいし、接触子の先端に端面に開放する凹部(図14(B)参照)を形成してもよいし、接触子の先端を王冠状(図14(C)参照)に形成してもよい。
【0073】
さらに、上記したホルダー及び接触子の変形例を組み合わせてもよい。
【0074】
上記の実施例では、ニードルタイプのプローブを接触子として用いているが、ブレードタイプのプローブ等、他のタイプのプローブを接触子として用いてもよい。また、接続基板16と配線基板44とを一体的に製作してもよい。
【0075】
上述のように、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電気的接続装置の第1実施例の分解斜視図である。
【図2】図1に示す電気的接続装置の組み立て完成後の下から見上げた外観斜視図である。
【図3】図2に示す電気的接続装置の底面図である。
【図4】図3における4−4線に沿って得た断面図である。
【図5】図1に示したホルダーの斜視図である。
【図6】図1に示す電気的接続装置で用いる接触子の一実施例を示す図であって、(A)は接触子の正面図、(B)は接触子の先端部付近の拡大図である。
【図7】図4に示す断面図の一部拡大図である。
【図8】図7に示す接続ランドの平面図である。
【図9】ホルダーの第2実施例を示す外観斜視図である。
【図10】ホルダーの第3実施例を示す外観斜視図である。
【図11】ホルダーの第4実施例を示す外観斜視図である。
【図12】ホルダーの第5実施例を示す外観斜視図である。
【図13】接触子の第2実施例を示す図であって、(A)は接触子の中央部の一部が扁平の断面形状を有する接触子の正面図、(B)は後端部に湾曲部を形成した接触子の正面図である。
【図14】接触子の先端部の形状を示す図であって、(A)は鋭角とされた先端部の実施例を示す一部拡大図、(B)は先端に凹部を形成した例を示す一部拡大図、(C)は先端を王冠状に形成した例を示す一部拡大図である。
【符号の説明】
10 電気的接続装置
12 ベース基板
14 ホルダー
14a ホルダーの矩形の1つの辺
14b ホルダーの矩形の1つの辺に対向する辺
14c,14c ホルダーの矩形の隣り合う2つの辺
14d,14d ホルダーの矩形の隣り合う2つの辺に対向する2つの辺
16 接続基板
18 接触子
18a 接触子の先端部
18b 接触子の中央部
18c 接触子の後端部
18d 扁平の断面形状を有している接触子の部分
18f 接触子の湾曲部
20,20a,20b,20c,20d,20e,20f ホルダーの段部
Claims (10)
- 高さ位置が異なる複数の上向き段部を有する電気絶縁性のホルダーと、
該ホルダーの上に配置された接続基板と、
前記接続基板から下方に伸びる複数の接触子とを含み、
各接触子はその略中央部が略水平方向に伸びるクランク形状を有しており、各接触子の前記中央部から下方へ伸びる先端部は前記ホルダーの段部を貫通している、電気的接続装置。 - 前記接触子の中央部は前記段部に当接している、請求項1に記載の電気的接続装置。
- 前記ホルダーは前記複数の段部の高さ位置が外周に位置する段部ほど低くなるピラミッド状の形状を有している、請求項1又は請求項2に記載の電気的接続装置。
- 前記ホルダーは、平面的にみて略矩形の形状を有していると共に、当該ホルダーの複数の段部の高さ位置が当該ホルダーの中央に位置する段部よりも前記矩形の対向する2つの側辺に位置する段部ほど低くなる形状を有している、請求項1又は請求項2に記載の電気的接続装置。
- 前記ホルダーは、平面的にみて略矩形の形状を有していると共に、前記複数の段部の高さ位置が当該ホルダーの前記矩形の1つの辺の側に位置する段部よりもこの1つの辺と対向する他の1つの辺の側に位置する段部ほど低くなる階段状の形状を有している、請求項1又は請求項2に記載の電気的接続装置。
- 前記ホルダーは、平面的にみて略矩形の形状を有していると共に、前記複数の段部の高さ位置が前記ホルダーの前記矩形の隣り合う2つの辺の側に位置する段部よりもこの2つの辺と対向する他の2つの辺に交互に又は連続して位置する段部ほど低くなる階段状の形状を有している、請求項1又は請求項2に記載の電気的接続装置。
- 前記ホルダーは、それぞれが前記複数の段部を有する複数の段付部材を備える、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
- 前記複数の接触子の中央部の長さ寸法は互いに略等しい、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
- 前記接触子の少なくとも中央部は扁平の断面形状を有している、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
- 前記複数の接触子は前記接続基板と当該接触子の中央部との間に湾曲部を有している、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
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