JP5394264B2

JP5394264B2 - プローブユニット

Info

Publication number: JP5394264B2
Application number: JP2009553467A
Authority: JP
Inventors: 俊男風間; 浩平広中; 重樹石川
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: JPWO2009102030A1; TWI388839B; TW200942826A; WO2009102030A1

Description

本発明は、半導体集積回路等の検査対象物の電気特性検査を行うプローブユニットに関する。

ＩＣチップなどの半導体集積回路の電気特性検査においては、その半導体集積回路が有する外部接続用電極の設置パターンに対応して、複数の導電性コンタクトプローブを所定の位置に収容したプローブユニットが用いられる。プローブユニットは、コンタクトプローブを挿通する孔部が設けられたプローブホルダを備えており、このプローブホルダが保持するコンタクトプローブの両端部が、半導体集積回路の球状電極と検査用信号を出力する回路基板の電極とにそれぞれ接触することにより、半導体集積回路と回路基板との間を電気的に接続する（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００２−１０７３７７号公報

プローブユニットでは、電気特性検査の検査回数が増加してくると、コンタクトプローブの先端に半導体集積回路の球状電極の半田が転写され、接触抵抗が増加し、正常な電気特性検査ができなくなる場合がある。このような事態を回避するため、従来のプローブユニットでは、所定の回数だけ検査するごとに、紙ヤスリなどを用いることによってコンタクトプローブの先端に付着した半田を削り落とす作業を定期的に行っていた。

上述した削り作業を繰り返すと、接触抵抗を小さくするために設けられたＡｕ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｎｉなどの表面メッキが削り取られ、コンタクトプローブの先端は徐々に磨耗していき、いずれはコンタクトプローブを交換しなければならない。しかしながら、従来のプローブユニットでは、コンタクトプローブの交換作業は容易なものではなく、検査用のラインを停止したり、プローブホルダをハンドラーから外して分解したりしなければならないこともあった。このため、コンタクトプローブの交換作業に多くの時間と手間が費やされていた。また、交換が必要なコンタクトプローブの先端部以外も一括して交換しなければならないため、メインテナンス費用がかさむという問題もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、メインテナンスを容易にかつ低コストで行うことができるプローブユニットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプローブユニットは、略針状をなす第１プランジャ、一端が前記第１プランジャに取り付けられ、前記第１プランジャの軸線方向に沿って伸縮自在なコイルばね、および一部が前記コイルばねの他端から当該コイルばねの内周部へ挿抜自在であり、前記第１プランジャよりも長手方向の長さが長い第２プランジャをそれぞれ有し、各々が長手方向の両端で互いに異なる二つの被接触体と接触し、前記二つの被接触体の間を電気的に接続する複数の導電性のコンタクトプローブと、各コンタクトプローブが有する前記第１プランジャおよび前記コイルばねの組を個別に収容し、少なくとも前記第１プランジャの先端を表出させつつ抜け止めした状態で保持する保持基板と、各コンタクトプローブが有する前記第２プランジャを個別に収容し、前記第２プランジャの両端部を表出させつつ抜け止めした状態で保持するとともに、各コンタクトプローブが有する前記第１プランジャ、前記コイルばねおよび前記第２プランジャの長手方向の軸線が一致した状態で前記保持基板に対して着脱自在に取り付けられるカートリッジ基板と、を備え、前記コイルばねは、線材が密着して巻かれた密着巻き部と、前記密着巻き部に連続し、自然長における長手方向の長さが前記密着巻き部の長手方向の長さよりも長く、前記線材が前記密着巻き部よりも粗く巻かれた粗巻き部とを有し、前記第２プランジャは、前記カートリッジ基板を前記保持基板に取り付けた状態で、当該第２プランジャと長手方向の軸線が一致する前記コイルばねが有する前記密着巻き部に接触可能であることを特徴とする。

また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記第１プランジャは検査用信号を生成して出力する回路基板と接触する一方、前記第２プランジャは前記回路基板が出力した前記検査用信号を受信する検査対象物と接触することを特徴とする。

本発明によれば、コンタクトプローブの一方のプランジャ（第２プランジャ）をコイルばねに対して挿抜自在な構成とし、この第２プランジャを、コンタクトプローブの他の部分を保持する保持基板に対して着脱自在に取り付けられるカートリッジ基板によって保持する構成としたため、メインテナンスを行う際に第２プランジャだけを交換することができる。したがって、メインテナンスを容易にかつ低コストで行うことが可能となる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの全体構成を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの要部の構成を示す図である。図３は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの組み立ての概要を示す図である。図４は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットに対して検査対象物である半導体集積回路を下降させる状態を示す図である。図５は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの検査時の状態を示す図である。

符号の説明

１プローブユニット
２コンタクトプローブ
３プローブホルダ
４ホルダ部材
５保持基板
６カートリッジ基板
２１第１プランジャ
２１ａ、２２ａ先端部
２１ｂ、２２ｂフランジ部
２１ｃボス部
２１ｄ、２２ｄ基端部
２２第２プランジャ
２２ｃ当接部
２３コイルばね
２３ａ密着巻き部
２３ｂ粗巻き部
５１第１基板
５２第２基板
６１第３基板
６２第４基板
１００半導体集積回路
１０１、２０１電極
２００回路基板
５１１、５２１、６１１、６２１孔部
５１２、５２２、６１２、６２２小径孔
５１３、５２３、６１３、６２３大径孔

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。なお、図面は模式的なものであって、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合もあることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合があることは勿論である。

図１は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す斜視図である。また、図２は、本実施の形態に係るプローブユニットの要部の構成を示す部分断面図である。これらの図に示すプローブユニット１は、検査対象物である半導体集積回路１００の電気特性検査を行う際に使用する装置であって、半導体集積回路１００と半導体集積回路１００へ検査用信号を出力する回路基板２００との間を電気的に接続する装置である。

プローブユニット１は、長手方向の両端で互いに異なる二つの被接触体である半導体集積回路１００および回路基板２００に接触する導電性のコンタクトプローブ２（以下、単に「プローブ２」という）と、複数のプローブ２を所定のパターンにしたがって収容して保持するプローブホルダ３と、プローブホルダ３の周囲に設けられ、検査の際に複数のプローブ２と接触する半導体集積回路１００の位置ずれが生じるのを抑制するホルダ部材４と、を備える。

プローブ２は導電性材料を用いて形成され、先端が回路基板２００と接触する第１プランジャ２１と、第１プランジャ２１よりも長手方向の長さが長く、半導体集積回路１００と接触する第２プランジャ２２と、第１プランジャ２１と第２プランジャ２２との間に設けられるコイルばね２３とを有する。

第１プランジャ２１は、先端が針状をなす先端部２１ａと、先端部２１ａの径よりも大きい径を有するフランジ部２１ｂと、フランジ部２１ｂを介して先端部２１ａと反対方向に突出し、フランジ部２１ｂの径よりも小さくかつコイルばね２３の内径よりも若干大きい径を有する円柱状をなし、コイルばね２３の端部が圧入されるボス部２１ｃと、ボス部２１ｃよりも径が小さくかつコイルばね２３の内径よりも小さい径を有する円柱状をなす基端部２１ｄとを備える。

第２プランジャ２２は、先端がクラウン形状をなす先端部２２ａと、先端部２２ａの径よりも大きい径を有するフランジ部２２ｂと、フランジ部２２ｂを介して先端部２２ａと反対方向に突出し、フランジ部２２ｂの径よりも小さい径を有する円柱状をなし、コイルばね２３の端部に当接可能な当接部２２ｃと、当接部２２ｃより径が小さくかつコイルばね２３の内径よりも小さい径を有し、コイルばね２３の内周部に挿入可能な円柱状の基端部２２ｄとを備える。なお、先端部２２ａの形状はあくまでも一例に過ぎず、他の形状であってもよい。

コイルばね２３は、線材が密着して巻かれている密着巻き部２３ａと、密着巻き部２３ａよりも長手方向の長さが長く、密着巻き部２３ａよりも粗く巻かれている粗巻き部２３ｂとを備え、長手方向に沿って均一な径を有する。密着巻き部２３ａの端部は第１プランジャ２１のボス部２１ｃに圧入されている。このため、コイルばね２３は、第１プランジャ２１の軸線方向に沿って伸縮自在である。これに対して、粗巻き部２３ｂの端部では、第２プランジャ２２の基端部２２ｄが粗巻き部２３ｂの内周部へ挿抜自在に嵌合される。

図２に示す状態で、第２プランジャ２２の基端部２２ｄはコイルばね２３の密着巻き部２３ａの内周まで進入して密着巻き部２３ａと面接触可能である。換言すれば、基端部２２ｄの長手方向の長さとコイルばね２３の粗巻き部２３ｂの長さとは、カートリッジ基板６を保持基板５に装着した状態で基端部２２ｄが密着巻き部２３ａの内周に達して面接触可能となるように設定される。また、第２プランジャ２２の基端部２２ｄがコイルばね２３の密着巻き部２３ａによってガイドされ、第２プランジャ２２とコイルばね２３（および第１プランジャ２１）との軸線がぶれにくくなる。したがって、第２プランジャの基端部２２ｄをコイルばね２３に挿入したときの第２プランジャ２２の直進性が向上する。

プローブホルダ３は、プローブ２を挿通するために板厚方向に貫通された複数の孔部を有する保持基板５と、保持基板５の一方の表面に着脱自在に装着され、プローブ２の第２プランジャ２２を収容して保持するカートリッジ基板６とを有する。

保持基板５は、樹脂、マシナブルセラミック、シリコンなどの絶縁性材料を用いてそれぞれ形成された第１基板５１および第２基板５２を厚さ方向（図２の上下方向）に積層した状態で固着して成る。

第１基板５１には、板厚方向に貫通された複数の孔部５１１が設けられている。孔部５１１は、第１プランジャ２１の先端部２１ａを挿通可能な円筒状の小径孔５１２と、小径孔５１２よりも径が大きく、かつ小径孔５１２と同軸をなす円筒状の大径孔５１３とを有する。大径孔５１３の径はコイルばね２３の外径よりも大きく、コイルばね２３が圧縮されたときに湾曲することができる隙間を有している。小径孔５１２の径は、第１プランジャ２１のフランジ部２１ｂの径よりも小さく、第１プランジャ２１の先端部２１ａを表出させた状態で第１プランジャ２１を抜け止めしている。

第２基板５２には、第１基板５１が有する複数の孔部５１１に対応する複数の孔部５２１が設けられている。孔部５２１は、第１基板５１に設けられた複数の孔部５１１のいずれかと同軸的に連通している。孔部５２１は、第２プランジャ２２の当接部２２ｃおよび基端部２２ｄを挿通可能であるとともにコイルばね２３の外径よりも小さい径を有し、コイルばね２３を抜け止めする円筒状の小径孔５２２と、小径孔５２２よりも径が大きく、かつ小径孔５２２と同軸をなす円筒状の大径孔５２３とを有する。大径孔５２３の径は、孔部５１１の大径孔５１３の径と等しく、コイルばね２３の外径よりも大きい。

カートリッジ基板６は、保持基板５と同様の絶縁性材料を用いてそれぞれ形成された第３基板６１および第４基板６２を厚さ方向（図２の上下方向）に積層した状態で固着して成る。

第３基板６１には、第２プランジャ２２を収容するための複数の孔部６１１が設けられている。孔部６１１は、第２プランジャ２２の先端部２２ａを挿通可能な円筒状の小径孔６１２と、小径孔６１２よりも径が大きく、かつ小径孔６１２と同軸をなす円筒状の大径孔６１３とを有する。小径孔６１２の径は第２プランジャ２２のフランジ部２２ｂの径よりも小さく、第２プランジャ２２の先端部２２ａを表出させた状態で第２プランジャ２２を抜け止めしている。また、大径孔６１３は、第２プランジャ２２のフランジ部２２ｂを収容可能な大きさであってフランジ部２２ｂと同程度の径を有している。

第４基板６２には、第３基板６１の複数の孔部６１１のいずれかと対応して連通する複数の孔部６２１が設けられている。孔部６２１は、第２プランジャ２２の当接部２２ｃおよび基端部２２ｄを挿通可能な円筒状の小径孔６２２と、小径孔６２２よりも径が大きく、かつ小径孔６２２と同軸をなす円筒状の大径孔６２３とを有する。小径孔６２２は保持基板５の第２基板５２の小径孔５２２と連通しており、第２基板５２の小径孔５２２と等しい径を有する。小径孔６２２は、第２プランジャ２２の当接部２２ｃおよび基端部２２ｄを表出させた状態で第２プランジャ２２を抜け止めしている。また、大径孔６２３は大径孔６１３と連通しており、大径孔６２３の径は大径孔６１３の径と等しい。

孔部５１１、５２１、６１１、６２１は、ドリル加工、エッチング、打抜き成形を行うか、あるいはレーザ、電子ビーム、イオンビーム、ワイヤ放電等を用いた加工を行うことによって形成される。

なお、第１基板５１、第２基板５２、第３基板６１および第４基板６２は、導電性材料から成る基板の表面（孔部５１１、５２１、６１１、６２１の側面に対応する部分も含む）を絶縁性材料によって被覆した構成とすることも可能である。

図３は、プローブユニット１の組み立ての概要を示す図である。プローブユニット１を組み立てる際には、第２プランジャ２２を保持するカートリッジ基板６を、第４基板６２を底面側として保持基板５へ向けて下降させていきながら位置決めを行い、図２に示す状態まででカートリッジ基板６を下降させた後、保持基板５とカートリッジ基板６とをネジ等によって固着する。なお、保持基板５およびカートリッジ基板６に位置決め用の開口部をそれぞれ設けておき、互いに対応する開口部同士に位置決めピンを挿入することによって両基板の位置決めを行うようにすれば、プローブユニット１の組み立てを一段と容易にかつ迅速に行うことができる。

図４および図５は、以上の構成を有するプローブユニット１を用いた検査の概要を示す図である。半導体集積回路１００の検査時には、半導体集積回路１００からの接触荷重が加わる。接触荷重が加わった結果、コイルばね２３は長手方向に沿って圧縮された状態となる。コイルばね２３が圧縮されると、コイルばね２３は保持基板５の互いに連通する大径孔５１３、５２３の中で湾曲することにより、密着巻き部２３ａが第２プランジャ２２の基端部２２ｄと接触する。これにより確実な電気導通が得られる。この際には、第２プランジャ２２の基端部２２ｄが密着巻き部２３ａの下方まで進入しているため、第２プランジャ２２の軸線が大きくぶれることはない。

検査時に回路基板２００から半導体集積回路１００に供給される検査用信号は、回路基板２００の電極２０１からプローブ２の第１プランジャ２１、密着巻き部２３ａ、第２プランジャ２２を経由して半導体集積回路１００の電極１０１へ到達する。このように、プローブ２では、第１プランジャ２１と第２プランジャ２２が密着巻き部２３ａを介して導通するため、電気信号の導通経路を最小にすることができる。したがって、検査時に粗巻き部２３ｂに信号が流れるのを防止し、インダクタンスおよび抵抗の低減および安定化を図ることができる。

プローブユニット１が複数の半導体集積回路１００に対して検査を繰り返し行った結果、第２プランジャ２２が劣化して交換しなければならなくなった場合には、カートリッジ基板６を保持基板５から取り外して交換すればよい。このため、従来の一体型のプローブのように、交換する必要がない箇所まで交換しなくて済む。また、保持基板５をハンドラーに取り付けたままの状態でカートリッジ基板６のみを交換すれば検査を続行することができるので、交換のために検査を停止する時間を最小限に抑え、カートリッジ基板２３の交換に伴う検査を遅延を最小限に抑えることができる。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、コンタクトプローブの一方のプランジャ（第２プランジャ）をコイルばねに対して挿抜自在な構成とし、この第２プランジャを、コンタクトプローブの他の部分を保持する保持基板に対して着脱自在に取り付けられるカートリッジ基板によって保持する構成としたため、メインテナンスを行う際に第２プランジャだけを交換することができる。したがって、メインテナンスを容易にかつ低コストで行うことが可能となる。

また、本実施の形態によれば、第２プランジャの長手方向の長さが第１プランジャの長手方向の長さより長く、かつ第２プランジャがコイルばねの密着巻き部まで挿入可能な構成としているため、プローブユニットの組立時や半導体集積回路の検査時にコンタクトプローブが軸線方向からぶれるのを抑制することができる。また、圧縮によってコイルばねが保持基板の内部で湾曲することにより、そのコイルばねの密着巻き部が第２プランジャの基端部と接触するため、確実な電気導通が得られる。したがって、プローブユニットの組立性を大きく向上させることができるとともに、検査時の安定した導通を確保することができる。

また、本実施の形態によれば、カートリッジ基板を交換する際に別のカートリッジ基板を保持基板に取り付けて検査を続行することができるため、カートリッジ基板の交換に伴う検査の遅延を最小限に抑えることができる。

また、本実施の形態によれば、第２プランジャはコイルばねに固着されるわけではないため、第１プランジャのボス部とコイルばねの内径に要求される寸法精度よりも低い精度で加工することが可能となる。したがって、コンタクトプローブの生産性を向上させることができる。

ここまで、本発明を実施するための最良の形態を説明してきたが、本発明は上述した一実施の形態によって限定されるべきものではない。すなわち、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

以上のように、本発明は、半導体集積回路等の検査対象物の電気特性検査を行う際に有用である。

Claims

略針状をなす第１プランジャ、一端が前記第１プランジャに取り付けられ、前記第１プランジャの軸線方向に沿って伸縮自在なコイルばね、および一部が前記コイルばねの他端から当該コイルばねの内周部へ挿抜自在であり、前記第１プランジャよりも長手方向の長さが長い第２プランジャをそれぞれ有し、各々が長手方向の両端で互いに異なる二つの被接触体と接触し、前記二つの被接触体の間を電気的に接続する複数の導電性のコンタクトプローブと、
各コンタクトプローブが有する前記第１プランジャおよび前記コイルばねの組を個別に収容し、少なくとも前記第１プランジャの先端を表出させつつ抜け止めした状態で保持する保持基板と、
各コンタクトプローブが有する前記第２プランジャを個別に収容し、前記第２プランジャの両端部を表出させつつ抜け止めした状態で保持するとともに、各コンタクトプローブが有する前記第１プランジャ、前記コイルばねおよび前記第２プランジャの長手方向の軸線が一致した状態で前記保持基板に対して前記第１プランジャが表出する側と反対側から着脱自在に取り付けられるカートリッジ基板と、
を備え、
前記コイルばねは、線材が密着して巻かれた密着巻き部と、前記密着巻き部に連続し、自然長における長手方向の長さが前記密着巻き部の長手方向の長さよりも長く、前記線材が前記密着巻き部よりも粗く巻かれてなり、前記密着巻き部よりも前記カートリッジ基板が取り付けられる側の近くに位置する粗巻き部とを有し、
前記第２プランジャの一部は、前記カートリッジ基板を前記保持基板に取り付けた状態で、当該第２プランジャと長手方向の軸線が一致する前記コイルばねが有する前記密着巻き部の内周まで進入して該密着巻き部に面接触可能であることを特徴とするプローブユニット。
前記第２プランジャは、その全長に渡って前記コイルばねの内径よりも小さい径を有する基端部を備え、前記コイルばねの他端側において前記コイルばね内部には前記基端部のみが挿入されることを特徴とする請求項１に記載のプローブユニット。