JP4444799B2 - コンタクト機器に用いる四探針測定用プローブ - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品の各電極とテスター回路等の電子回路とを接続するための中継に使用されるコンタクト機器に用いる四探針測定用プローブに関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、トランジスタその他の電子部品を用いた電子回路は、各種の装置、機器類に非常に多く用いられており、その用途は拡大の一途を辿っているが、これらの電子回路は片面或いは両面に配線膜が印刷されたプリント基板を用いて構成されるのが普通であり、該プリント基板にＩＣ、ＬＳＩ、トランジスタその他の各種電子部品を搭載し、必要な半田付けを行うことにより電子回路が構成されるようになっている。

そして、電子回路を用いた装置、機器類はその多くが小型化、高機能化、高性能化が要求され、それに伴って電子回路の回路構成が複雑化、高集積化を要求されている。従って、プリント基板の配線も微細化、高集積化の傾向があり、その結果、その検査のための測定が難しくなる。というのは、配線の微細化、高集積化により測定用プローブの配設密度、配置位置の精度を高くすることが必要であるからである。それでいて、検査の重要性は高まる一方である。
というのは、配線の微細化、高集積化が進むほど、ショート不良の発生率が高くなるからである。

そして、その検査には、測定回路を備えたテスターが用いられ、その測定回路へのプリント基板の各配線膜、電極等の電気的導出にはコンタクト機器が用いられる。このコンタクト機器はプレートに多数のプローブを備え、各プローブの一端をプリント基板の各配線膜等の測定回路に電気的に接続すべき部分に接触させ、他端を測定回路に接続されたコードの先端に接触させるようになっているものが多い。これに関しては、本願出願人会社は特願平７−６１７２８、特願平８−１８３４４９、特願平１０−６６３３３等により各種提案を行っている。

ところで、従来のコンタクト機器はいずれも四探針測定が難しかった。というのは、四探針測定には、一つのプローブポイントに対して二つの端子［Ｉ（電流）端子、Ｖ（電圧）端子］で別々に電気的なコンタクトをとる必要があり、従来においてはそれが不可能とされていたからである。そして、コンタクト機器が四探針測定に対応できないことが大きな問題となってきている。そこで、この問題について具体的に説明すると次のとおりである。

四探針測定による例えば抵抗測定は、測定対象となる二つの点Ａ・Ｂ間の寄生抵抗を測定する場合を例に採ると、その二つの点Ａ・Ｂ間に所定の電流を流し、それによりそのＡ・Ｂ間に生じる電圧降下を求め、この電圧降下を電流で割ることにより寄生抵抗を求めるものであり、極めて測定精度が高い。しかし、それには、上述したように、その二つの点Ａ、Ｂそれぞれに電流を流すためのコンタクトピンと電圧降下を測定するためのコンタクトピンを同時に接触させなければならないのであり、それは従来全く不可能であったのである。

そして、プリント基板は集積化一途を辿り、配線膜は薄く、細くなる傾向があり、更に、多層化により配線膜同士が積層により電気的に接続され、そこにコンタクト抵抗が介在するケースが増える可能性があるので、寄生抵抗が大きくなりがちである。従って、それが許容限度を越えるか否かを正確且つ確実に、そして、迅速（効率的）に測定、検査する必要が生じているのである。

そこで、本願発明者は、このような問題点を解決すべく、四探針測定が可能な四探針測定用コンタクトピン、該コンタクトピンを用いたコンタクト機器等を提供すべく、開発を行った。そして、その成果が特開２００２−２０７０４９により公表された。
この公表内容の概要は、四探針測定用コンタクトピンとして、中側端子と、該中側端子に電気的に絶縁された状態で外嵌された筒状の周側端子を少なくとも有し、上記中側端子の一端から他端に至る電気経路と、上記周側端子の一端から他端に至る電気経路との二つの電気経路を有するものを用い、例えば中側端子を四探針測定用のＩ端子として、周側端子をＶ端子として使用するというものである。

このような、コンタクトピンによれば、中側端子と周側端子を一つのプローブポイントに当てることにより中側端子と周側端子という二つの互いに電気的に絶縁された端子により上記一つのプローブポイントに対して二つの電気的コンタクトをとることができ、上記各別の電気経路にてそのプローブポイントを各別に他への電気的導出ができる。依って、四探針測定が可能になるのである。
特願平７−６１７２８ 特願平８−１８３４４９ 特願平１０−６６３３３ 特開２００２−２０７０４９

ところが、上述したところの特開２００２−２０７０４９により公表された従来技術によれば、四探針測定が可能ではあるが、中側端子及び周側端子と、テスター側の回路との電気的接続をとることが面倒であり、それがコンタクト機器への低価格化という要請に応えることが難しいという問題があった。
というのは、特開２００２−２０７０４９により公表された従来技術によれば、中側端子及び周側端子各々の先端部と、配線（リード線）とを半田付けにより接続することが必要であるが、その接続がかなり面倒だからである。特に、内側の中側端子の先端部と配線（リード線）との接続がきわめて難しい。しかも、ＩＣ等の高集積化に伴うプローブの微細化が進むに伴ってその接続の困難性が強まっている。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたものであり、四探針測定用プローブとテスター回路側との間の電気的接続が容易で、製造コストを低くすることのできるコンタクト機器に用いる四探針測定用プローブを提供することを目的とする。

請求項１の四探針測定用プローブは、一対の棒状導電子とその間に互いに離間させる方向に付勢するように介在する弾性手段からなる内側中継子の外周側に、それと電気的に絶縁された状態で一対の筒状導電子とその間に互いに離間させる方向に付勢するように介在する弾性手段からなる周側中継子を遊嵌し、該内側中継子の一端から他端に至る電気経路と該周側中継子の一端から他端に至る電気経路を有し、上記内側中継子の各棒状導電子の外周面の外端側に第１の絶縁チューブが固定され、上記周側中継子の各筒状導電子の内周面の両外端から適宜内側から寄った位置に、外側より内側の内径を大きくすることによって内向きの係合段部が形成され、上記各筒状導電子の内周側で上記各棒状導電子の外周側に、外端にて上記係合段部に係合し、上記第１の絶縁チューブの外径より小さな内径を有して該第１の絶縁チューブと係合し得る第２の絶縁チューブが配置され、上記第２の絶縁チューブ間に、その間を広げる方向に付勢する弾性手段が配置されたことを特徴とする。

請求項１の四探針測定用プローブによれば、内側中継子を構成する一対の棒状導電子の外周面に固定された一対の第１の絶縁チューブに、該棒状導電子の外周側に配置された第２の絶縁チューブを係合させるので、弾性手段の弾性力により、周側中継子を構成する一対の筒状導電子に対する、内側中継子を構成する一対の棒状導電子の位置関係を安定させることができる。

本発明の四探針測定用プローブは、一対の棒状導電子とその間に互いに離間させる方向に付勢するように介在する弾性手段からなる内側中継子の外側に、それと電気的に絶縁された状態で一対の筒状導電子とその間に互いに離間させる方向に付勢するように介在する弾性手段からなる周側中継子を遊嵌し、該内側中継子の一端から他端に至る電気経路と該周側中継子の一端から他端に至る電気経路を有するようにしたものを用いることが好適であるが、第１、第２の絶縁チューブは、絶縁性を充分に有し、機械的強度が強く、耐熱性もあるものが好ましい。そして、それにはポリイミドが好適である。

一対の第２の絶縁チューブ間に介在する弾性手段は、導電性を必要としないが、他の弾性手段と接するおそれがない限り、導電性があっても良い。しかし、絶縁性のある材料を用いると、他の弾性手段と接触してもショート事故が生じないので、好ましいと言える。

以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２は本発明の一つの実施例を示すもので、図１（Ａ）はコンタクト機器の要部を成す四探針測定用プローブを示す断面図、（Ｂ）はプローブ収納ボードとケーブル保持ボードとが組み合わされた状態を示す断面図、図２はコンタクト機器の使用時の状態を示す断面図である。
先ず、図１（Ａ）を参照してケーブル保持ボードにプローブ収納ボードを組み付ける前の状態における四探針測定用プローブについて説明する。１はコンタクト機器、２はプローブ収納ボードで、複数枚のプレート２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを積層してなる。図１においては、プローブ収納ボード２を一つのプローブ収納孔４が形成された部分だけ示したが、このプローブ収納ボード２は多数のプローブ収納孔４、４、・・・が形成されており、本実施例においては、各プローブ収納孔４の構造、寸法は全く同じである。

上記各プローブ収納孔４は、プローブ収納ボード２の両主表面から稍内側に寄った所に、外側の方を内側より内径を大きくすることにより形成された内向きの抜け止め用段部４ａ、４ａを有している。該各プローブ収納孔４にはそれぞれ四探針測定用プローブ６が収納されている。
四探針測定用プローブ６は、内側中継子８と、その外側に位置しそれと独立して動き得る周側中継子１０からなる。内側中継子８は一対の棒状導電子１２・１２と、その一対の棒状導電子１２・１２間に介在してその間を離間させる方向に付勢する導電性のスプリング１４からなる。

各棒状導電子１２、１２は略外側半部より略内側半部が小径にされてその間に内側向きの斜めの段部１６、１６が形成されるようにされ、上記導電性スプリング１４は、その棒状導電子１２、１２間に、段部１６、１６に係合することによって、その間を離間させる方向に付勢しているのである。尚、この導電性スプリング１４は、基本的にコイル状であるが、中間部は隣接線輪部同士が接触するようにされており、この中間部においては弾性を持たないが、それより外側の部分は隣接線輪部同士は非接触で弾性を持つ。このように、隣接線輪部同士が接触する部分を設けたのは、導電性スプリング１４の両端間の寄生抵抗をより小さくするためである。
１８、１８は各棒状導電子１２、１２の外周面の外側半部に外嵌状に固定された絶縁チューブ（第１の絶縁チューブ）である。

上記周側中継子１０は一対の筒状導電子２０、２０と、その一対の筒状導電子２０・２０間に介在してその間を離間させる方向に付勢する導電性のスプリング２２からなる。該各筒状導電子２０、２０は外周面内端部に内側を向いた段部２４、２４を有し、上記スプリング２２は、その筒状導電子２０、２０間に、段部２４、２４に係合することによって、その間を離間させる方向に付勢しているのである。尚、該導電性スプリング２２も、上記導電性スプリング１４と同様に、基本的にコイル状であるが、中間部は隣接線輪部同士が接触するようにされており、この中間部においては弾性を持たないが、それより外側の部分は隣接線輪部同士は非接触で弾性を持つ。

２６、２６は上記筒状導電子２０、２０の内周面に形成された内側を向いた段部で、該各段部２６、２６の内側に例えばポリイミドからなる絶縁チューブ（第２の絶縁チューブ）２８、２８が配置されている。該絶縁チューブ２６、２６の内径は上記絶縁チューブ（第１の絶縁チューブ）１８、１８の外径よりも適宜小さくされている。
３０は上記絶縁チューブ２８、２８間に配置されたスプリングで、その間を離間させる方向に付勢している。該スプリング３０は導電性材料であっても良いが、絶縁性材料であっても良い。

上記各四探針測定用プローブ６は、プローブ収納ボード２の各プローブ収納孔４の内周面に形成された抜け止め用の段部４ａ、４ａに、周側中継子１０の筒状導電子２０、２０の外周面に形成された段部３２、３２が係合することにより抜け止めされている。
そして、各四探針測定用プローブ６は、通常時は、上記導電性スプリング２２及びスプリング３０の弾性により周側中継子１０を構成する筒状導電子２０、２０が、その段部３２、３２が抜け止め用の段部４ａ、４ａに係合するところに安定して位置せしめられている。

また、各四探針測定用プローブ６の周側中継子１０の両端間は導電性スプリング２２によって電気的導通が取られている。
一方、内側中継子８は、棒状導電子１２、１２間の導電性スプリング１４によって両端間の電気的導通が取られるようになっている。

次に、上記プローブ収納ボード２にケーブル保持ボードを組み付けた状態を示す図１（Ｂ）を参照して、ケーブル保持ボード（５０）を説明する。
５０はケーブル保持ボードで、上記プローブ収納ボード２の各プローブ収納孔４に対応してケーブル保持孔５２、５２、・・・が形成されており、図１にはそのうちの一つ５２のみが現れる。該各ケーブル保持孔５２には、同軸ケーブル５４の一端部が挿入され固定されている。該同軸ケーブル５４の他端部は図１では図示しないテスター回路に接続されている。
５６は同軸ケーブル５４の芯線、５８は同じく芯線５６を覆う絶縁被覆、６０は該絶縁被覆５８の外側に形成されたシールド線であり、各同軸ケーブル５４は、芯線５６、絶縁被覆５８及びシールド線６０の端面が、上記ケーブル保持ボード５０の一主表面と略同一平面上に位置するように、各プローブ収納孔５２に挿入固定されている。

そして、各同軸ケーブル５４の内側中継子８の一端が四探針測定用プローブ６の他端側棒状導電子（ケーブル保持ボード５０側棒状導電子）１２の外端と、周側中継子１０の一端が四探針測定用プローブ６の他端側筒状導電子（ケーブル保持ボード５０側筒状導電子）２０の外端と接するように、プローブ収納ボード２に対してケーブル保持ボード５０が位置決めして密着固定されている。
プローブ収納ボード２の主表面とケーブル保持ボード５０の主表面とを密着させることにより、他端側筒状導電子２０及び他端側棒状導電子１２はその先端がケーブル保持ボード５０の主表面に接する位置までスプリング２２、１４及び３０の弾性力に抗してプローブ収納孔４内に押し込まれ、該スプリング２２、１４及び３０はそれにより弾性力を充分に蓄え、その弾性力により他端側棒状導電子１２と芯線５６とが、他端側筒状導電子２０とシールド線６０とが弾接せしめられ、その間に良好な電気的接続状態を形成することができる。

そして、上記絶縁チューブ（第１の絶縁チューブ）１８が、段部１６に内端と係合する絶縁チューブ（第２の絶縁チューブ）２８と係合することにより、該絶縁チューブ２８と接するスプリング３０の弾性力により棒状導電子１２と筒状導電子２０との軸方向における位置関係が規律され、その間の軸方向の位置関係が安定化する。

このようなコンタクト機器によれば、各同軸ケーブル５４をそれに対応する四探針測定用プローブ６に、半田付け等の接続によることなく、単に、接触により電気的に接続できる。
従って、コンタクト機器の製造コストを低くすることができる。
また、四探針測定用プローブ６は、棒状導電子１２の外周面に固定されたの絶縁チューブ１８に、該棒状導電子の外周側に配置された絶縁チューブ２８を係合させるので、スプリング３０の弾性力により、周側中継子１０を構成する筒状導電子２０に対する、内側中継子８を構成する棒状導電子２０の位置関係を安定させることができる。

次に、図１に示したコンタクト機器の一つの使用態様を示す断面図である図２を参照してその使用態様を説明する。
７０はＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）タイプの半導体装置、７２、７２、・・・はその半田ボール電極である。
測定時には、半導体装置７０を、図１に示したコンタクト機器１に対して、各半田ボール電極７２にはそれに対応する上記各四探針測定用プローブ６の周側中継子１０及び棒状導電子１２の一端が接するように、位置合わせし、その距離を適宜近接させることにより、各四探針測定用プローブ６とそれに対応する半田ボール電極７２とを電気的に接続された状態にすることができ、延いては各半田ボール電極７２とそれに対応する同軸ケーブル５４とをコンタクト機器１により接続した状態にできる。
７４は同軸ケーブル５４の他端が接続されたテスター用の測定回路である。
従って、コンタクト機器１により、半導体装置７０の各半田ボール電極７２、７２、・・をコンタクト機器１を介してテスター回路７４に電気的に接続された状態を形成することができ、測定が可能な状態になる。

本発明は、半導体素子等の電子部品の各電極とテスター回路等の電子回路とを接続するための中継に使用されるコンタクト機器に用いる四探針測定用プローブに一般的に利用可能性がある。

（Ａ）、（Ｂ）は本発明の一つの実施例を示すもので、（Ａ）はコンタクト機器の要部を成す四探針測定用プローブを示す断面図、（Ｂ）はプローブ収納ボードとケーブル保持ボードとが組み合わされた状態を示す断面図である。 図２は図１に示すコンタクト機器の使用時の状態を示す断面図である。

符号の説明

１・・・コンタクト機器、２・・・プローブ収納ボード、４・・・プローブ収納孔、
４ａ・・・抜け止め用段部、 ６・・・四探針測定用プローブ、８・・・内側中継子、１０・・・周側中継子、１２・・・棒状導電子、１４・・・導電性弾性手段（スプリング）、
１６・・・段部、１８・・・第１の絶縁チューブ、２０・・・筒状導電子、
２２・・・導電性弾性手段（スプリング）、２４・・・段部、２６・・・段部、
２８・・・第２の絶縁チューブ、３０・・・弾性手段（スプリング）、３２・・・段部、
５０・ケーブル保持ボード、５２・・・ケーブル保持孔、５４・・・同軸ケーブル、
５６・・・芯線、５８・・・絶縁物、６０・・・シールド線、
７０・・・被測定電子装置（半導体装置）、７２・・・電極、
７４・・・テスター用回路（測定回路）。

Claims (1)

1. 一対の棒状導電子とその間に互いに離間させる方向に付勢するように介在する弾性手段からなる内側中継子の外周側に、それと電気的に絶縁された状態で一対の筒状導電子とその間に互いに離間させる方向に付勢するように介在する弾性手段からなる周側中継子を遊嵌してなり、該内側中継子の一端から他端に至る電気経路と該周側中継子の一端から他端に至る電気経路を有し、
   上記内側中継子の各棒状導電子の外周面の外端側に第１の絶縁チューブが固定され、
   上記周側中継子の各筒状導電子の内周面の両外端から適宜内側から寄った位置に、外側より内側の内径を大きくすることによって内向きの係合段部が形成され、
   上記各筒状導電子の内周側で上記各棒状導電子の外周側に、外端にて上記係合段部に係合し、上記第１の絶縁チューブの外径より小さな内径を有して該第１の絶縁チューブと係合し得る第２の絶縁チューブが配置され、
   上記第２の絶縁チューブ間に、その間を広げる方向に付勢する弾性手段が配置された
   ことを特徴とする四探針測定用プローブ。

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