JP4999079B2 - プローブ - Google Patents

Description

本発明は各種の電気，電子部品の電気的な検査等に際して使用されるプローブに関し，より詳細には，筒状のバレル内に進退移動可能に挿入されたプランジャーの後端をコイルスプリングによって付勢して，先端を前記バレルの開口端部より突出させたプローブに関する。

各種の電気，電子部品の電気的検査等に使用される前述のプローブ１は，図５に示すように筒状に形成された導電性のバレル２内に，このバレル２内を進退移動する導電性のプランジャー３を挿入すると共に，前記バレル２の端部より前記プランジャー３の一端を突出して，このプランジャー３の一端により検査対象製品の端子等との接触を行うように構成されている。

そして，このプランジャー３を前記バレル内より抜き取り不能とするために，プランジャー３の例えば前記バレル２内に挿入された部分をその他の部分に比較して幅広に形成すると共に，バレル２の端部開口部分の径を絞って脱落不能に構成している。

さらに，このプランジャー３を，検査対象製品の端子等に弾性的に接触可能とするために，前記バレル２内にコイルスプリング４を収容して，前記プランジャー３の後端３ｂを押圧してプランジャー３の先端３ａがバレルより突出する方向にプランジャー３を付勢している。

以上のように構成されたプローブ１において，前記プローブ１を介した検査対象製品と検査機器間の電気的な接触は，先ず，検査対象製品の端子等とプランジャー３の先端３ａが接触し，このプランジャー３がバレル２内において前記バレル２の内壁２１と接触することで，このバレル２に接続された配線ケーブル等を介して検査機器に電気的な接続が行われるように構成されている。

しかし，このプランジャー３は，バレル２内で容易に進退移動することができるようにバレル２の内径に対して僅かに小径に形成され，そのため若干の遊びを以てバレル２内に収容されていることから，この遊びによってバレル２内でプランジャー３が揺動すると，プランジャー３の外周とバレル２の内壁間の接触状態が変化する。

そのため，このようなバレル２の内壁とプランジャー３間の接触状態の変化が，電気的な接触状態にムラを生じさせたり，接触状態を悪化させたりする原因となり，これが電気的な接触状態，例えば高周波特性等に影響を与えている。

このように，プランジャー３とバレル２間の接触状態が不安定となることにより電気的な接触状態に変化が生じることを防止するために，図６に示すように，プランジャー３の後端３ｂを傾斜状に切断し，この傾斜面に対してスプリング４を押圧することによりプランジャー３の外周がバレル２の内周に押しつけられるように構成したプローブも提案されている（特許文献１参照）。

また，同様にプランジャー３の後端３ｂを斜めに切断した構成において，図７に示すようにプランジャー３とスプリング４間に，導電性のバイアスピン７を介在させてプランジャー３の外周面をバレル２の内壁に押し付けるだけでなくバイアスピン７をもバレル２内壁と接触させて，バイアスピン７を介した接触面積の増加により電気的な接触状態の向上を図ったものや（特許文献２参照），更には，図８に示すようにバレル２の内周とプランジャー３の外周との接触性を向上するために，バレル２の内壁，及び／又はプランジャー３の外周に突条２９，３９を形成して，両者間の接触面積の向上を図ったプローブ１も提案されている（特許文献３の図６，７参照）。

この発明の先行技術文献情報としては，次のものがある。
特開２０００−２４３５００号公報 特開２００６− ９０９４１号公報 特開２００６−１６４６６０号公報

以上のように構成された従来のプローブ１において，プランジャー３の後端３ｂを斜めに切断した構成のプローブ（図６，７）にあっては，コイルスプリング４によって与えられた軸線方向の力が，前記傾斜面によってプランジャー３を軸線と交差する方向に移動する力として作用するため，これによりプランジャー３の軸線方向と，バレル２の軸線方向とを平行とした状態でプランジャー３の外面をバレル２の内壁２１に押し付けることができ，その結果，図６中に×印で示すように，プランジャー３の長さ方向に比較的長い距離でプランジャー３外周とバレル２内周間を接触させることができるものとなっている。

しかし，プランジャー３に対して作用する力はスプリング４からの付勢力のみではなく，検査対象製品にプランジャー３の先端３ａを押し当てた際の押圧力も作用している。

そして，このようなプランジャー３に対する検査対象製品の押圧力が，プランジャー３の軸線方向の成分のみならず，この軸線方向に対して交差する方向を成す成分が含まれている場合には，プランジャー３の後端３ｂが斜めに切断された前述の構成を備えたプローブ１においてもプランジャー３が揺動する。

そのため，このようなプランジャー３の揺動が生じて，プランジャー３の軸芯方向が，バレルの軸芯方向に対して傾いた配置となる場合には，図９に示すようにプランジャー３の外周とバレル２の内壁２１との接触は僅か数カ所の点による接触となるために，図６を参照して説明した場合に比較して接触面積が大幅に減少して電気抵抗等が増加するという前述の問題を有する。

しかも，前記コイルスプリング４とプランジャー３の後端３ｂ間に，図７に示すようにバイアスピン７を設けた構成にあっては，このようなプローブ１を半導体デバイス等の検査に使用する場合，前述のバイアスピン７は全長１〜２mm程度の大きさのものに形成することが必要で，この微小なサイズのバイアスピン７を，図７に示すような複雑な形状に加工する必要があることから，バイアスピン７の加工には高度な技術を要する。

また，前述のバイアスピン７を設けることに伴う部品点数の増加は，構成部品が極めて微小であることとも相俟ってプローブ１の組み立て作業を難しくし，その結果，この種のプローブ１の生産性を低下させる。

さらに，このような製造や組み立ての難しさがプローブの製造コストを高め，このコスト増が製品の価格に反映されて価格競争力を低下させる原因ともなる。

特許文献３として説明した従来技術にあっては，突条を設けることなくバレル２の内壁とプランジャー３の外周間を接触させた場合には，軸線に対して直交方向の断面で見ると１点のみで接触するものであるのに対し，前述した突条を設けることで，多点で接触が生じるものとなり，このような接触点の増加に伴う接触面積の増大により，例えば電気抵抗が低下する等して電気的特性の向上を得ることができるものとなっている。

しかし，このようにプランジャー３の外周及び／又はバレル２内周に突条を形成することにより，プランジャー３の外周とバレル２の内周間の接触面積が増加したとしても，前述したようにプランジャー３が揺動すれば，プランジャー３の外周とバレル２内周との接触面積は大幅に減少するため，測定結果の劣化をもたらす電気抵抗の増加を防止できない。

しかも，半導体デバイス等を検査するためのこのプローブ１を使用するのであれば，プローブ１を構成するバレル２やプランジャー３を比較的微小な部品とする必要があると共に，微小なバレルやプランジャーに対して図８（Ｂ）に示すような突条を形成する必要があるために，製造に極めて高度な技術を要し，生産性が低く製造コストが嵩むものとなる。

そこで本発明は，上記従来技術における欠点を解消するために成されたものであり，製造が容易である等，比較的簡単かつ安価に入手し得る部品の追加という比較的簡単な改良により，プランジャーとバレル間における電気的接触性を効果的に向上させることができ，従って高周波特性等の電気的な特性に優れたプローブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明のプローブ１は，導電性のプランジャー３を，筒状の導電性バレル２内に進退移動可能に収容すると共に，前記プランジャー３の後端３ｂを押圧する付勢用コイルスプリング４を前記バレル２内に収容し，前記プランジャー３の先端３ａを前記バレル２の一端２ａにおける開口部より突出させたプローブ１において，
前記バレル２の内周と，前記プランジャー３の外周間に，前記プランジャー３を付勢しない導電性のコイルスプリングを接触安定用コイルスプリング５として，端部位置を固定することなく変形可能な状態で挿入したことを特徴とする（請求項１）。

前記構成のプローブ１において，前記接触安定用コイルスプリング５を，前記バレル２内壁に固定した構成としても良く（請求項２），又，この接触安定用コイルスプリング５を，前記バレル２の一端２ａ側における開口部近傍に設けるものとしても良い（請求項３）。

以上で説明した本発明のプローブ１によれば，プランジャー３の後端３ｂを付勢するコイルスプリング（付勢用コイルスプリング４）とは別に，バレル２の内壁２１とプランジャー３の外周間に導電性のコイルスプリング（接触安定用コイルスプリング５）を挿入したことにより，前記コイルスプリング５の挿入位置においてプランジャー３の外周とバレル２の内壁２１間の接触をこの接触安定用コイルスプリング５を介して行うことができた。

その結果，プランジャー３がバレル２内で揺動した場合であってもプランジャー３の外周とバレル２の内周間を，この接触安定用コイルスプリング５を介して多点間で接触させることができ，プランジャー３の揺動によってもバレル２の内壁２１とプランジャー３の外周間の接触面積の変化が少なく，従って電気的な接触状態の変化が少ないプローブ１を提供することができた。

しかも，前記バレル２内周とプランジャー３外周間に挿入される接触安定用コイルスプリング５は，この種のプローブにおいてプランジャーの付勢用として従来より使用されているものを転用できることから，製造，加工が比較的容易で比較的安価に入手でき，製品の価格に対する転嫁も僅かである。

次に，本発明の実施形態につき添付図面を参照しながら以下説明する。

〔全体構成〕
本発明のプローブ１は，図１に示すように筒状のバレル２と，このバレルの一端２ａにおける開口より先端３ａが突出するように挿入されたプランジャー３と，前記プランジャー３の後端３ｂ側において前記バレル２内に挿入されて，前記プランジャー３の後端３ｂを押圧してプランジャー３をバレル２より突出させる方向に付勢する付勢用スプリング４と，前記バレル２の一端開口側において，前記バレル２の内壁２１とプランジャー３の外周面間に挿入された，接触安定用コイルスプリング５を備えており，前記プランジャーの一端に検査対象等とする電気・電子部品等の端子等を接触させると共に押圧すると，プランジャー３が前記付勢用スプリング４の付勢力に抗してバレル２内に後退し，これにより検査対象部品の端子に変形や破損等を生じさせることなく，前記端子等との電気的な接触を確保することができるように構成されている。

〔プランジャー〕
前述のプランジャー３は，導電性の材質により形成された本実施形態では円柱体であり，後述するバレル２の内壁２１と接触することにより，バレル２との間に電気的な接触が生じるように構成されている。

このプランジャー３には，図１〜３に示すように，後述するバレル２の内径に対して僅かに小径に形成した部分（以下「大径部」という。）３２，３３と，この大径部３２，３３に比較して細径に形成された部分（以下，「細径部」という）３４，３５が設けられており，本実施形態にあっては，前記プランジャー３の長さ方向における略中央部に形成された中央大径部３２と，前記プランジャー３の後端３ｂ寄りに形成された後端大径部３３を設け，他の部分をこれらの部分に比較して細径に形成した前述の細径部３４，３５としている。

このように，バレル２の内径に対して僅かに小径に形成した大径部３２，３３を設けることにより，この大径部３２，３３を介してプランジャー３がバレル２の内壁２１と容易に接触し得るように構成していると共に，この大径部３２，３３が後述するバレル２の内壁２１に突出形成された突部２２，２３に係止され，プランジャー３がバレル２より抜け落ちることが防止されている。

なお，図１及び図２において，プランジャー３の後端３ｂには該プランジャー３と同軸の突起３６を形成することができ，この突起３６を後述する付勢用コイルスプリング４の一端内に挿入することで，プランジャー３の後端３ｂに対する付勢用コイルスプリング４の押圧位置にずれが生じることを防止している。

また，図示の実施形態にあっては，円柱状に形成されたプランジャー３の先端にＶ字状の溝を十字に交差するように形成し，４点を突出する突出部３７が形成された先端形状に形成している。この形状により，検査対象製品の端子がボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）である場合，前記ＢＧＡを構成する個々の半田球がこの突出部間内に安定した状態で抱持されるように構成しているが（図３参照），検査対象とする電気・電子部品等に設けられたリード形状に対応して，プランジャー先端の形状を如何なる形状に変更しても良い。

〔バレル〕
前述したプランジャー３を収容するバレル２は，導電性の材質により形成され，前述のプランジャー３や，該プランジャー３と共にバレル２内に収容される付勢用コイルスプリング４，及び接触安定用コイルスプリング５を内部に収容することができるよう筒状に形成されている。

本実施形態にあっては，一端２ａを開口し，他端２ｂを閉塞した筒状のバレル２の前記開口側の一端２ａよりプランジャー３の先端３ａを突設すると共に，閉塞側である他端２ｂ側において前記バレル２内の空間に，プランジャー３を付勢する付勢用スプリング４を収容している。

もっとも，このバレルとして両端を開口した筒状のものを使用し，二本のプランジャーを前記バレルの両端よりそれぞれ突出させると共に，両プランジャー間の空間に，前述したプランジャー付勢用のスプリングを収容するように構成しても良い。

なお，図示の実施形態にあっては，プローブの脱落防止，接触の安定性を図るため，このバレル２の閉塞側端部２ｂ寄りの部分を所定長さ角度θで屈曲して，全体として「く」字状としている。

このバレル２には，該バレル２の前記開口側端部（一端２ａ）寄りの位置に，後述する接触安定用コイルスプリング５をバレル２内に係止するための突部２２が内壁より中央方向に突出形成されていると共に，バレル２の長さ方向における中央付近の内壁には，前記プランジャー３の後端３ｂ側に形成した大径部３３を係止してプランジャー３の前進方向の移動を規制する突部２３が内壁より中央方向に突出形成されている。

本実施形態にあっては，該突部２２，２３は，これを形成する位置でバレル２の径を部分的に絞ることによりバレル２内壁の周方向に連続した突部２２，２３を形成しているが，この突部２２，２３は図示の実施形態に限定されず，後述する接触安定用コイルスプリング５を固定したり，プランジャー３の移動範囲を規制し得るものであれば如何なる構成としても良い。

〔コイルスプリング〕
前述のプランジャー３と共に，前述のバレル２内には二本のコイルスプリング４，５が収容され，このうちの一方（付勢用コイルスプリング４）により前記プランジャー３の後端３ｂが押圧されてプランジャー３の先端３ａが前記バレル２の一端２ａにおける開口部より突出する方向にプランジャーが付勢されていると共に，他方のコイルスプリング（接触安定用コイルスプリング５）により，プランジャー３とバレル２間に好適な電気的接触状態を確立することができるように構成している。

（１）付勢用コイルスプリング
このうちの，付勢用コイルスプリング４は，図示の実施形態ではバレル２の閉塞側端部２ｂにおいて，バレル２の閉塞端とプランジャー３の後端３ｂ間に配置され，その復元力によってプランジャー３の後端３ｂを押圧している。

なお，プランジャー３の後端３ｂに前述の突起３６を設けた本実施形態の構成にあっては，付勢用コイルスプリング４の一端側において，該コイルスプリング４内に前記突起３６が挿入されてプランジャー３の後端３ｂに対するコイルスプリング４の接触位置が決定されている。

この付勢用コイルスプリング４は，プランジャー３に対して与えられる付勢力に応じて適当な長さ，強度等のものを選択する。

（２）接触安定用コイルスプリング
一方，バレル２の一端２ａにおける開口部寄りに取り付けられた接触安定用コイルスプリング５は，バレル２の内壁２１とプランジャー３の細径部３４の外周面間に挿入されて，バレル２とプランジャー３間における電気的な接触状態を安定させる働きを有するもので，導電性の材質により形成されている。

本実施形態にあっては，この接触安定用コイルスプリング５を，バレル２内に収容した状態においてバレル２の開口端部２ａに一端を配置すると共に，他端を，プランジャー３の最前進位置における前記中央大径部３２の端部と同位置に配置される長さに構成しており（図１参照），図示の実施形態にあっては，プランジャー３の一端側に設けた細径部３４の全長の約１／３程度の長さに形成した。

もっとも，この接触安定用コイルスプリング５は，プランジャー３の進退移動に伴い圧縮，伸長等するものでなければ各種の長さ，配置で取り付けることができ，図示の実施形態に限定されない。

〔作用等〕
以上のように構成されたプローブ１は，例えばパッケージングが完了したＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスの検査に使用されるＩＣソケット（図示せず）に取り付けて使用され，バレル２を前記ＩＣソケットに形成したプリント配線等に接続することで，図示せざる検査機器（コンピュータを内蔵したテスタ等）に接続され，この状態において使用される。

このようにして，本発明のプローブ１が取り付けられたＩＣソケット内に，検査対象とする例えば半導体デバイスを挿入すると，半導体デバイスのパッケージに形成されたＢＧＡ等の端子が前記プランジャー３の先端３ａに押圧されて，付勢用コイルスプリング４による付勢力に抗してプランジャー３がバレル２内に後退する点については，既知のプローブと同様である。

本発明のプローブ１にあっては，バレル２の開口端部近傍に導電性の材質によって形成した接触安定用コイルスプリング５を配置しており，この接触安定用コイルスプリング５がバレルの内周に対して複数箇所で接触すると共に，プランジャー３の細径部３４に対しても複数箇所において接触することから，プランジャー３とバレル２間が前記接触安定用コイルスプリング５を介して複数箇所で接触されており，これによりプローブ３とバレル２間の接触面積を増大させている。

しかも，この接触安定用コイルスプリング５はバレル２内において変形が可能であることから，例えば図４（Ａ）に示すようにプランジャー３の軸線方向が，バレル２の軸線方向と平行となっている接触状態から，プランジャーが揺動することにより，図４（Ｂ）に示すようにプランジャー３の軸線方向が，バレル２の軸線方向に対して傾斜した状態となった場合であっても，このプランジャー３の揺動に追従して接触安定用コイルスプリング５が僅かに変形して，プランジャー３外周とバレル２内壁との間に多点間での接触が行われることから，プランジャー３の揺動によっても電気的な接触状態が大幅に変化することがなく，安定した測定等を行うことができるものとなっている。

その結果，プランジャー３とバレル２間に安定した電気接触性を確保することができると共に，図６及び図９を参照して説明した従来技術のように，バレル２とプランジャー３間の接触点が大幅に減少することに伴う電気抵抗の増加や，これに基づく高周波特性の悪化等を好適に防止することができる。

本発明のプローブの要部断面図（プランジャーの押し込みがない状態）。 本発明のプローブの要部断面図（プランジャーを押し込んだ状態）。 プランジャーの側面図。 接触安定用コイルスプリングを介したプランジャーとバレル間の接触状態を示し，（Ａ）はプランジャーが揺動していない状態，（Ｂ）はプランジャーが揺動した状態を示す。 従来のプローブの要部断面図。 従来のプローブの要部断面図（特許文献１）。 従来のプローブの要部断面図（特許文献２）。 従来のプローブ（特許文献３）の要部断面図であり，（Ａ）は軸線方向，（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線方向の断面である。 従来のプローブにおけるプランジャーとバレルとの接触状態（プランジャー揺動時）の説明図。

符号の説明

１ プローブ
２ バレル
２ａ 一端（バレルの）
２ｂ 他端（バレルの）
２１ 内壁（バレルの）
２２，２３ 突部
２９ 突条
３ プランジャー
３ａ 先端（プランジャーの）
３ｂ 後端（プランジャーの）
３２ （中央）大径部
３３ （後端）大径部
３４ （先端側）細径部
３５ （後端側）細径部
３６ 突起
３７ 突出部
３９ 突条
４ 付勢用コイルスプリング
５ 接触安定用コイルスプリング
７ バイアスピン

Claims (3)

1. 導電性のプランジャーを，筒状の導電性バレル内に進退移動可能に収容すると共に，前記プランジャーの後端を押圧する付勢用コイルスプリングを前記バレル内に収容し，前記プランジャーの先端を前記バレルの一端開口部より突出させたプローブにおいて，
   前記バレルの内周と，前記プランジャーの外周間に，前記プランジャーを付勢しない導電性のコイルスプリングを接触安定用コイルスプリングとして，端部位置を固定することなく変形可能な状態で挿入したことを特徴とするプローブ。
2. 前記接触安定用コイルスプリングを，前記バレル内壁に固定したことを特徴とする請求項１記載のプローブ。
3. 前記接触安定用コイルスプリングを前記バレルの一端開口部近傍に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のプローブ。

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