JPH0894669A - コンプライアンス材およびこれを用いてなるプローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メンブレン型プローブに対して、バンプ接点
の高さのバラツキを好適に吸収でき、高い接触信頼性を
与え得るコンプライアンス材を提供すること。また、そ
のコンプライアンス材を部品として有するプローブを提
供すること。 【構成】 ベース板Ｃ１の片面または両面に弾性材料か
らなる突起部Ｃ２が設けられるコンプライアンス材Ｃで
ある。突起部の位置は相手のメンブレン型プローブＢの
バンプ接点Ｂ２の位置に対応する。この対応は、突起部
の中心軸Ｃｘとバンプ接点の中心軸Ｂｘとが一致するの
がよい。ベース板と突起部とは同一の弾性材料にて一体
的に形成されるのがよい。突起部の形状は、半球状物、
または半球状の先端部を有する筒状物であって、半球状
物または筒状物の直径が、対応するバンプ接点の外径の
１〜１０倍がよい。このコンプライアンス材を構成部品
として必須に有するメンブレン型プローブは優れた接触
信頼性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は弾性体構造に関するもの
であって、特にメンブレン型状プローブの面上に多数設
けられたバンプ接点に適用されるコンプライアンス材に
関する。

【０００２】

【従来の技術】メンブレン型プローブはカード型プロー
ブとも呼ばれ、板状の本体の表面に多数のバンプ接点を
有し、ＬＳＩ等のような微小で高密度に形成された回路
や微細な電子部品等を接触対象物とし、その微小な接点
部・パッド・導体部等の被接触部に対して、多点同時に
高い信頼性をもって電気的な接続を行い得るものとして
知られている。メンブレン型プローブの構造は、図２に
Ｂとして模式的に示すように、絶縁性フィルムＢ１の一
方の面に設けられたバンプ接点Ｂ２と、他方の面に設け
られた回路パターンＢ３とが、絶縁性フィルム内部で導
通されてなるフレキシブルなものが一般的な例として挙
げられる。以下、本明細書ではメンブレン型プローブを
単に「プローブ」という。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】プローブと接触対象物
とを層状に重ね合わせて接続する場合、個々のバンプ接
点の高さのバラツキを主として、これにプローブや接触
対象物の基板の平面度、被接触部の高さ等をも含めた、
接触点における積層方向の各構成要素の寸法のバラツキ
が問題となる。即ち、その寸法のバラツキが累積するこ
とによって、相手の被接触部に十分接触できないバンプ
接点が存在するようになり、これによって導通不良や接
触抵抗の上昇が生じるのである。このような問題に対し
て、従来では、プローブを接触対象物に押しつける際
に、プローブの背後および／または接触対象物の背後に
シート状の弾性材を介在させ、その弾性変形によって、
バンプ接点の高さのバラツキを吸収させ、全てのバンプ
接点の接触状態を均等化する試みがなされていた。

【０００４】本明細書では、上記したような接触点にお
ける積層方向の各構成要素の寸法のバラツキを総称して
「バンプ接点の高さのバラツキ」という。また、プロー
ブに対して、上記のように用いられる全ての弾性材や変
形可能な部材・構造体を総称して「コンプライアンス
材」という。

【０００５】図３は、従来のシート状のコンプライアン
ス材がプローブに適用されて、接触対象物との電気的な
接続を行なっている状態を模式的に示す図である。同図
では、バンプ接点Ｂ２と被接触部Ａ１とが各々接触する
ように、プローブＢが接触対象物Ａに対して位置調整さ
れて積層され、従来のシート状のコンプライアンス材Ｃ
₁ を介して圧縮力Ｆが作用している。従来のシート状の
コンプライアンス材は、図３における変形状態で示され
るように、複数のバンプ接点の中に低いバンプ接点Ｂ２
２が存在しても、周囲のバンプ接点の突き出た寸法を該
コンプライアンス材が変形して吸収・解消し、低いバン
プ接点Ｂ２２が被接触部Ａ１に接触するようになること
を意図して設けられるものである。

【０００６】ところが、従来のようなシート状のコンプ
ライアンス材は、プローブ裏面に対して全面に接触する
ため、寸法の高いバンプ接点の部分で生じるコンプライ
アンス材の局部的な変形は、必ずその周囲の領域にも影
響する。即ち、バンプ接点の高さのバラツキは、各々互
いに無関係に吸収されることが困難となる。この結果、
各バンプ接点に対して好ましい接触状態を個別に与える
ような自在のコントロールができないばかりか、コンプ
ライアンス材の不規則な変形によって接触状態がより悪
化する場合もあり得る。また、このようなコンプライア
ンス材の作用のもとでは、コンプライアンス材を用いな
い場合に生じる問題、即ち、寸法の高いバンプ接点が、
自身を支えるフレキシブル基板にめり込み陥没しプロー
ブ自体が変形するという問題が十分に解決されないこと
になる。

【０００７】本発明の目的は、プローブ使用時におい
て、バンプ接点の高さのバラツキを各々互いに無関係に
吸収でき、プローブに対してさらに高い接触信頼性を与
えるよう形状が改善されたコンプライアンス材を提供す
ることである。また、本発明の他の目的は、そのような
コンプライアンス材を加えて、高い接触信頼性を有する
プローブを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のコンプライアン
ス材は、以下の特徴を有するものである。 (1) メンブレン型プローブのバンプ接点が形成された面
の裏面に重ね合わせて用いられるコンプライアンス材で
あって、ベース板の片面または両面に弾性材料からなる
突起部が設けられ、この突起部の位置が該プローブのバ
ンプ接点の位置に対応するものであることを特徴とする
コンプライアンス材。 (2) ベース板と突起部とが同一の弾性材料にて一体的に
形成されたものである上記 (1)記載のコンプライアンス
材。 (3) 突起部が半球状物、または半球状の先端部を有する
筒状物であって、半球状物または筒状物の直径が、対応
するバンプ接点の外径の１〜１０倍である上記 (1)また
は (2)に記載のコンプライアンス材。 (4) 突起部の位置とバンプ接点の位置との対応が、突起
部の中心軸とバンプ接点の中心軸とが一致する対応であ
る上記 (1)記載のコンプライアンス材。 また、本発明のプローブは、上記 (1)〜(4) のいずれか
に記載のコンプライアンス材が、バンプ接点が形成され
た面の裏面に重ね合わせられてなるメンブレン型のプロ
ーブである。

【０００９】

【作用】本発明のコンプライアンス材は、適用されるべ
き目的のプローブの個々のバンプ接点に対して、個別に
対応する弾性体の突起部を有する構造である。このよう
なコンプライアンス材の構造は、バンプ接点の高さのバ
ラツキを吸収するに際して、次のような作用を示す。 (1)コンプライアンス材に生じる変形が突起部の単独の
変形であり、その変形が周囲の突起部に対して実質的に
影響しない。即ち、各バンプ接点の高さ方向の寸法のバ
ラツキは、各々互いに無関係に吸収される。 (2)突起部の形状を最適なものとし、その外径を、対応
するバンプ接点の外径の１〜１０倍とすることによっ
て、加えられた圧力が突起部に集中し、確実かつ効率良
く、バンプを加圧することができる。 これらの作用によって、本発明のコンプライアンス材
は、バンプ接点の高さのバラツキを吸収する際により好
ましい圧縮状態を示すものとなり、バンプ接点と被接触
部に対して、より好ましい接触状態を与える。

【００１０】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。図１は本発明のコンプライアンス材の構造を
模式的に示す断面図である。同図に示すように、本発明
のコンプライアンス材は、ベース板Ｃ１の片面または両
面に弾性材料からなる突起部Ｃ２が設けられてなるもの
である。突起部Ｃ２が設けられる位置は、このコンプラ
イアンス材Ｃが適用されるべきプローブのバンプ接点の
位置に各々対応するものである。

【００１１】ベース板は、突起部を支持すべき基板であ
って、弾性、可撓性、絶縁性の有無を問わないが、これ
らの性質を適度に有することによって、プローブの面全
体に対する密着性や、バンプ接点の高さのバラツキを吸
収する際の応答性がより向上する。以上の点から、ベー
ス板に用いられる材料としては、ポリマーが好ましく、
ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹
脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリア
ミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ＡＢＳ系樹脂、ポリカ
ーボネート系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂
等、熱可塑性や熱硬化性を問わず使用できる。これらの
樹脂のうち、耐熱性、保存性の点からポリイミド系樹脂
が特に好ましい。

【００１２】突起部は、プローブ使用時にバンプ接点の
高さのバラツキを吸収しうるように変形するものであれ
ばよい。さらにその変形は、プローブの繰り返しの使用
や、不安定な加圧力に追従しうる点から、弾性変形がよ
り好ましい。また、突起部はプローブに直接接触する部
分であるから、絶縁性を有することが好ましい。以上の
点から、突起部に用いられる材料としては、上記ベース
板の材料として列挙したポリマーが挙げられる。ベース
板と突起部とは、同一材料でも互いに異なる材料であっ
てもよく、また、互いに別途形成された後に接着される
ものであってもよいが、容易に製造できる点から、同一
の弾性材料にて一体的に成形されることが好ましい。ま
た、突起部は、ベース板の両面に設けられるものであっ
てもよいが、その場合は、表裏の突起部の中心軸は一致
することが好ましい。突起部の弾性は、引張弾性率０．
５〜１２００ｋｇ／ｍｍ² 、特に好ましくは２００〜８
００ｋｇ／ｍｍ² の範囲が、接触時に最適な変形を与え
る。

【００１３】突起部の形状としては、半球状物が挙げら
れる。また、半球状の先端部を有する筒状物が挙げられ
る。半球状とは、半球だけではなく、球を任意の一平面
で切りとった形状や、二次曲線の対象軸を中心とした回
転体等のように、外側に凸の曲面を有する立体を含む。
このような先端部の形状は、加圧力が局所的に集中され
るため、確実かつ効率良くバンプに圧力を加えられる。
また、上記半球状物、または半球状の先端部を有する筒
状物の外径を、対応するバンプ接点の外径の１〜１０
倍、より好ましくは３倍から５倍とすることによって、
バンプ裏面に接触した突起部に加圧力が集中し、効率良
くバンプに圧力が加えられ、好ましい接触状態が得られ
る。突起部の大きさが小さすぎると、作製やバンプとの
位置合わせが困難であり、大きすぎると局所的に効果的
に圧力をかけられない。

【００１４】突起部およびベース板のうち、圧縮時に変
形しうる部分の積層方向の総厚は、０．０２〜２ｍｍ、
好ましくは０．０５〜１ｍｍ、特に好ましくは０．１〜
０．５ｍｍが接触時に最適な変形を与える。

【００１５】突起部が形成される位置は、図２に模式的
に示すように、このコンプライアンス材Ｃが用いられる
べきプローブＢのバンプ接点Ｂ２の位置に対応するよう
に決定される。通常この対応は、同図のように、コンプ
ライアンス材ＣがプローブＢに重ね合わせて用いられる
ときに、突起部Ｃ２の中心軸Ｃｘとバンプ接点Ｂ２の中
心軸Ｂｘとが一致するように決定することによって、突
起部の座屈変形が回避でき、好ましい接触状態を与え得
る。しかし、これとは逆に、突起部の中心軸とバンプ接
点の中心軸とを積極的に偏心させることによって、被接
触部に押し付けられたバンプが被接触部上をスライド
し、接触面の酸化層を除去するという作用が得られるた
め、これら突起部の位置とバンプ接点の位置との対応は
目的に応じて選択すればよい。

【００１６】コンプライアンス材の製造方法としては、
コンプライアンス材の突起に対応する凹部を有する型に
熱硬化性樹脂を塗布、あるいは熱可塑性樹脂を押しつけ
て作成する方法が挙げられる。また型は、例えば図２に
おいて、コンプライアンス材を適用すべきプローブＢの
バンプＢ２をさらに大きく生成させたものに、熱硬化性
ポリイミド前駆体を塗布、乾燥、キュアした後、これを
剥離することによって、バンプに対応した位置に正確
に、かつ形成をコントロールされた形で型が得られる。

【００１７】本発明のコンプライアンス材は、プローブ
に用いられる単独の部材であるが、プローブの構成部品
として、バンプ接点位置の裏側に突起部が対応するよう
にセットし固定することによって、接触信頼性の改善さ
れたプローブの一製品が得られる。コンプライアンス材
とプローブとの固定は、着脱自在の可否を問わない。ま
た、固定のための構造は限定されないが、コンプライア
ンス材の突起部の先端がプローブに接着される構造や、
突起部はプローブに接触するだけであって、より柔軟な
支持体が別途設けられ、この支持体の先端部分がプロー
ブに固定される構造等が例示される。この場合の固定
は、接着剤の介在、溶着、カシメ、ハメアイ等、どのよ
うな手段を用いてもよい。

【００１８】〔接触信頼性確認実験１〕次の条件下にお
いて、本発明によるコンプライアンス材を製作し、それ
を用いた場合のプローブの接触信頼性を調べた。 (1) コンプライアンス材を適用すべき相手のプローブの
仕様 バンプ接点の外径；φ５０μｍ、バンプ接点の配置；縦
横のピッチを共に２５０μｍとする１０行×１０列の行
列配置 (2) コンプライアンス材の仕様 材料；ベース板・突起部共にシリコーンゴム 突起部の形状；ほぼ、球体の一部 突起部の外径；φ２００μｍとし、バンプ接点外径の４
倍とした。 突起部の高さ；１５０μｍ 突起部の形成位置；プローブのバンプ接点の配置と同
様、縦横のピッチを共に２５０μｍとする１０行×１０
列の行列配置とし、プローブに適用する際には、突起部
の中心軸とプローブのバンプ接点の中心軸とが全て各々
一致するようセットすることとした。 (3) 導通試験 銅板を接触対象物として、これにプローブのバンプ接点
を接触するように重ね合わせ、さらにその上（プローブ
の裏面）に上記(2) の要領でコンプライアンス材を重ね
合わせ、全面に一様な接触圧力を作用させ、全てのバン
プ接点の導通状態を調べた。この結果、平板状のコンプ
ライアンス材を使用した時と比較して半分以下の荷重で
良好な接触を得ることができ、本発明のコンプライアン
ス材によって、プローブの接触信頼性が良好なものとな
ったことを確認した。

【００１９】

【発明の効果】上記のように、本発明のコンプライアン
ス材は、その構造および形状から、プローブに対して高
い接触信頼性を与えることができる。また、本発明のコ
ンプライアンス材を必須の構成部品として有するプロー
ブは、高い接触信頼性を有するものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンプライアンス材の構造を模式的に
示す断面図である。

【図２】本発明のコンプライアンス材の構造、および突
起部が形成される位置を模式的に示す図である。

【図３】従来のシート状のコンプライアンス材をプロー
ブに用いた場合の、接触対象物との電気的な接続状態を
模式的に示す図である。

【符号の説明】

Ｂ プローブ Ｂ２ バンプ接点 Ｂｘ バンプ接点の中心軸 Ｃ コンプライアンス材 Ｃ１ ベース板 Ｃ２ 突起部 Ｃｘ 突起部の中心軸

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メンブレン型プローブのバンプ接点が形
   成された面の裏面に重ね合わせて用いられるコンプライ
   アンス材であって、ベース板の片面または両面に弾性材
   料からなる突起部が設けられ、この突起部の位置が該プ
   ローブのバンプ接点の位置に対応するものであることを
   特徴とするコンプライアンス材。
2. 【請求項２】 ベース板と突起部とが同一の弾性材料に
   て一体的に形成されたものである請求項１記載のコンプ
   ライアンス材。
3. 【請求項３】 突起部が、半球状物、または半球状の先
   端部を有する筒状物であって、半球状物または筒状物の
   直径が、対応するバンプ接点の外径の１〜１０倍である
   請求項１または２に記載のコンプライアンス材。
4. 【請求項４】 突起部の位置とバンプ接点の位置との対
   応が、突起部の中心軸とバンプ接点の中心軸とが一致す
   る対応である請求項１記載のコンプライアンス材。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載のコンプ
   ライアンス材がバンプ接点が形成された面の裏面に重ね
   合わせられてなるメンブレン型プローブ。