JP6286371B2 - プローブユニット用ベース部材、プローブユニットおよびプローブユニット用ベース部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、異なる２つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、複数のプローブを収容するプローブホルダとを備えたプローブユニットに設けられ、プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材、プローブホルダおよび当該プローブユニット用ベース部材および／またはプローブホルダを備えたプローブユニット、プローブユニット用ベース部材の製造方法およびプローブユニット用積層構造体に関する。

半導体パッケージなどの検査対象の電気特性を検査する際には、その検査対象と検査用信号を生成するテスターとの導通を図るため、複数の導電性のプローブと、複数のプローブを検査対象の配線パターンに対応させて収容して保持する絶縁性のプローブホルダとを備えたプローブユニットを使用する。

従来、プローブユニットに関する技術として、アルミニウムやステンレスなどの強度の高い金属を母材とし、この母材の表面の略全面（側面を含む）にわたって絶縁層（被膜）が設けられている枠状のベース部材をプローブホルダへ取り付けて補強する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この技術では、ベース部材に対する半導体パッケージの配設位置を案内するガイド部材を接着して、ネジ止めの手間を削減している。

国際公開第２０１０／０６１８８８号

しかしながら、上述した従来技術では、ベース部材において、母材の表面の略全面にわたって絶縁層が設けられているため、ベース部材を製造する際に手間がかかるという問題があった。また、プローブホルダにおいて絶縁層を設ける場合であっても、同様の問題が生じていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い剛性および絶縁性を維持するとともに、小型化に対応可能であって、簡易に製造することができるプローブユニット用ベース部材、プローブホルダ、プローブユニット、プローブユニット用ベース部材の製造方法およびプローブユニット用積層構造体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、本発明にかかるプローブユニット用ベース部材は、異なる２つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、複数の前記プローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダとを備えたプローブユニットに設けられ、前記プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材であって、金属やセラミック等の高強度材料を用いて形成され、前記プローブホルダを収容可能な開口部を有する略板状の基板と、絶縁性材料を用いて形成され、接着剤または圧着シートを介して前記基板に固着されて該基板の２つの主面を被覆する被膜と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかるプローブホルダは、異なる２つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性の複数のプローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダであって、厚さ方向に積層される略板状の第１部材および第２部材を備え、前記第１部材および前記第２部材のうち、少なくとも一方は、絶縁性材料を用いて形成される略板状の第１積層部材と、金属やセラミック等の高強度材料を用いて形成され、前記第１積層部材に積層して接着剤または圧着シートを介して該第１積層部材に固着される略板状の第２積層部材と、を有することを特徴とする。

また、本発明にかかるプローブホルダは、上記の発明において、前記第２積層部材は、前記プローブの収容領域を含む領域に、板厚方向に貫通する開口部を有することを特徴とする。

また、本発明にかかるプローブユニットは、異なる２つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、複数の前記プローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダと、前記プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材と、を備え、前記プローブホルダおよび前記プローブユニット用ベース部材が、上記の発明にかかるプローブホルダおよび／またはプローブユニット用ベース部材であることを特徴とする。

また、本発明にかかるプローブユニット用ベース部材の製造方法は、異なる２つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、複数の前記プローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダとを備えたプローブユニットに設けられ、前記プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材の製造方法であって、金属やセラミック等の高強度材料を用いて形成され、前記プローブホルダを収容可能な開口部を有する略板状の基板となる加工前部材と、絶縁性材料を用いて形成され、前記基板の表面および裏面を被覆する被膜となる加工前被膜とを、接着剤または圧着シートを介して固着することを特徴とする。

また、本発明にかかるプローブユニット用積層構造体は、異なる２つの被接触体と両端でそれぞれ接触し、該異なる２つの被接触体を電気的に接続するプローブユニットに用いられるプローブユニット用積層構造体であって、絶縁性材料を用いて形成される略板状の第１積層部材と、金属やセラミック等の高強度材料を用いて形成され、前記第１積層部材に積層して接着剤または圧着シートを介して該第１積層部材に固着される略板状の第２積層部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、高い剛性および絶縁性を維持するとともに、小型化に対応可能であって、簡易に製造することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかるプローブユニットの構成を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかるプローブユニットの要部の構成を示す分解斜視図である。 図３は、図１のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態にかかるプローブユニットの要部の構成を示す斜視図である。 図５は、本発明の実施の形態にかかるプローブユニットにおいて、プローブに被接触体を接触させる際の要部の構成を示す部分断面図である。 図６は、本発明の実施の形態にかかるプローブユニットのベース部材の製造方法を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態にかかるプローブユニット１の構成を示す斜視図である。図２は、本実施の形態にかかるプローブユニット１の要部の構成を示す分解斜視図である。図３は、図１のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。図４は、本実施の形態にかかるプローブユニット１の要部の構成を示す斜視図であって、図２に示すベース部材を反転させた図である。図５は、本実施の形態にかかるプローブユニット１において、プローブ２に被接触体を接触させる際の要部の構成を示す部分断面図である。図１に示すプローブユニット１は、異なる２つの被接触体、すなわち検査対象である半導体パッケージと、テスターに接続された配線基板とにそれぞれ設けられた電極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、異なる２つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブ２と、複数のプローブ２を半導体パッケージの配線パターンに応じて、各プローブ２の両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダ３と、プローブホルダ３を固定して保持するプローブユニット用ベース部材４（以下、「ベース部材４」という）と、を備える。プローブホルダ３およびベース部材４は、二つの接続ピン５によって接続される。また、ベース部材４は、被接触体に対する位置決めを行う位置決めピン６が配設されている。

また、プローブホルダ３およびベース部材４の間には、プローブホルダ３と半導体パッケージとの間のずれなどを規制するフローティング７が配設されている。プローブホルダ３およびフローティング７は、二つの接続ピン８を介して接続されている。接続ピン８には、コイルバネ８ａが挿通されており、コイルバネ８ａによってプローブホルダ３およびフローティング７が互いに離間する方向に付勢されている。

プローブ２は、鉄や銅などの導電性材料によって形成され、半導体パッケージ１００の電極１０１と接触する第１プランジャ２１と、第１プランジャ２１と同じ材料によって形成され、第１プランジャ２１と相反する向きに突出し、配線基板２００の電極２０１と接触する第２プランジャ２２と、第１プランジャ２１および第２プランジャ２２の間に介在するバネ部材（図示せず）の外周を被覆するパイプ部材２３と、を備える。プローブ２を構成する第１プランジャ２１および第２プランジャ２２、ならびにパイプ部材２３は同一の軸線を有している。プローブ２は、半導体パッケージ１００をコンタクトさせた際に、パイプ部材２３内部のバネ部材が軸線方向に伸縮することによって半導体パッケージ１００の電極１０１への衝撃を和らげるとともに、半導体パッケージ１００および配線基板２００に荷重を加える。なお、第１プランジャ２１は、例えば半導体パッケージ１００における半球状をなす電極１０１（図５参照）と接触するため、先細な先端形状をなす爪部を複数有する。

プローブホルダ３は、図２の上面側に位置する第１部材３１と下面側に位置する第２部材３２とが積層されてなる。プローブホルダ３は、第１部材３１と第２部材３２とを積層した状態で、四つのねじ９，１０によってそれぞれ接続、固定される。なお、ねじ９は、軸方向の長さがねじ１０と比して長く、プローブホルダ３において第１部材３１と第２部材３２とを積層した状態の板厚よりも長い。また、ねじ１０の軸方向の長さは、第１部材３１と第２部材３２とを積層した状態の板厚と略同一である。

第１部材３１は、樹脂、マシナブルセラミックなどの絶縁性材料を用いて形成される板状の第１積層部材３３と、アルミニウムやステンレス（ＳＵＳ３０４）などの金属や、セラミック等の高強度材料を用いて形成される板状の第２積層部材３４とを積層してなる。また、第１部材３１には、接続ピン５がそれぞれ挿通される二つの挿通孔３１ａと、接続ピン８およびコイルバネ８ａがそれぞれ挿通され、断面が段付き形状をなす二つの挿通孔３１ｂと、ねじ９がそれぞれ挿通される四つの挿通孔３１ｃと、ねじ１０がそれぞれ挿通される四つの挿通孔３１ｄと、が形成されている。ここで、挿通孔３１ｂは、コイルバネ８ａの径より若干大きい大径部分と、コイルバネ８ａの径より小さく接続ピン８の径より大きい径の小径部分とによって段付き形状をなしている。

他方、第２部材３２は、樹脂、マシナブルセラミックなどの絶縁性材料を用いて形成される板状の第１積層部材３５と、アルミニウムやステンレス（ＳＵＳ３０４）などの金属や、セラミック等の高強度材料を用いて形成される板状の第２積層部材３６とを厚さ方向に積層してなる。また、第２部材３２には、接続ピン５がそれぞれ挿通される二つの挿通孔３２ａと、第２部材３２の側面から内部に向けて切り欠かれてなり、ねじ９がそれぞれ挿通される四つの凹部３２ｂと、ねじ１０がそれぞれ挿通される四つの挿通孔３２ｃと、が形成されている。

また、第１部材３１および第２部材３２は、第２積層部材３４と第２積層部材３６とを、第１積層部材３３，３５との積層面となる板面と反対側の板面同士が互いに向かい合うように積層してなる。

第１部材３１および第２部材３２には、複数のプローブ２を収容するためのホルダ孔３７，３８が同数ずつ形成され、プローブ２を収容するホルダ孔３７，３８は、互いの軸線が一致するように形成されている。ホルダ孔３７，３８の形成位置は、半導体パッケージ１００の配線パターンに応じて定められる。また、第２積層部材３４および第２積層部材３６には、ホルダ孔３７，３８の形成領域（プローブ配設領域）を含む領域に設けられ、板厚方向に貫通する開口部３４ａ，３６ａが形成されている。第２積層部材３４および第２積層部材３６の各開口部３４ａ，３６ａは、第１部材３１と第２部材３２とが積層された状態で、中空部Ｓを形成する。中空部Ｓの形成によって、プローブ２が第２積層部材３４および第２積層部材３６と接触することがないため、プローブ２間の電気的導通を防止することができる。なお、第２積層部材３６がセラミック等の絶縁材料の場合には、プローブ２間の電気的導通（電気ショート）の心配がないため、中空部Ｓを形成しない構成であっても適用可能である。

ホルダ孔３７および３８は、ともに貫通方向に沿って径が異なる段付き孔形状をなしている。すなわち、ホルダ孔３７は、プローブホルダ３の上端面に開口を有する小径部３７ａと、この小径部３７ａよりも径が大きい大径部３７ｂとからなる。小径部３７ａは、第１プランジャ２１の径と比して若干大きい径である。また、大径部３７ｂは、パイプ部材２３の径と比して若干大きい径である。

他方、ホルダ孔３８は、プローブホルダ３の下端面に開口を有する小径部３８ａと、この小径部３８ａよりも径が大きい大径部３８ｂとからなる。小径部３８ａは、第２プランジャ２２と比して若干大きい径である。また、大径部３８ｂは、パイプ部材２３の径と比して若干大きい径である。これらのホルダ孔３７，３８の形状は、収容するプローブ２の構成に応じて定められる。

半導体パッケージ１００の検査時には、半導体パッケージ１００に設けられた電極１０１および配線基板２００の電極２０１からの接触荷重により、第１プランジャ２１および第２プランジャ２２が、パイプ部材２３内に進入する。検査時に配線基板２００から半導体パッケージ１００に供給される検査用信号は、配線基板２００の電極２０１からプローブ２の第２プランジャ２２、パイプ部材２３内部のバネ部材、第１プランジャ２１を経由して半導体パッケージ１００の電極１０１へ到達する。

ベース部材４は、アルミニウムやステンレス（ＳＵＳ３０４）などの金属を用いて形成される母材をなす導電性の基板４１と、ＰＥＳ（Poly Ether Sulfone）、ＰＥＥＫ（Polyetheretherketone）を一例とするエンジニアリングプラスチックなどの樹脂、マシナブルセラミックなどの絶縁性の高強度材料を用いて形成され、基板４１の表面の一部を被覆する被膜４２ａ，４２ｂと、を有する略板状をなす。具体的には、被膜４２ａ，４２ｂは、主面をなす二つの表面を被覆している。また、ベース部材４には、板厚方向に貫通する開口部４３と、接続ピン５がそれぞれ挿通される二つの挿通孔４４と、位置決めピン６がそれぞれ取り付けられる二つの挿通孔４５と、ねじ９がそれぞれ挿通される四つの挿通孔４６と、が形成されている。

開口部４３は、段つき形状をなしており、半導体パッケージ１００を挿通可能な第１開口部４３ａと、第１開口部４３ａと連通し、フローティング７を収容可能な第２開口部４３ｂと、第２開口部４３ｂと連通し、プローブホルダ３を収容可能な第３開口部４３ｃと、が設けられている。

第１開口部４３ａの開口面積は、半導体パッケージ１００より大きく、かつ外縁形状がフローティング７の外縁形状より小さくなるよう設定される。第２開口部４３ｂの開口面積は、第１開口部４３ａの開口面積より大きく、かつ外縁形状がフローティング７の外縁形状より大きくなるよう設定される。第３開口部４３ｃの開口面積は、第２開口部４３ｂの開口面積より大きく、かつ外縁形状がプローブホルダ３の主面の外縁形状より大きくなるよう設定される。

ベース部材４において、フローティング７は、第１開口部４３ａと第２開口部４３ｂとがなす段部（基板４１の主面と略平行な面）に当接する。また、プローブホルダ３は、第２開口部４３ｂと第３開口部４３ｃとがなす段部（基板４１の主面と略平行な面）に当接し、接続ピン５およびねじ９が挿通されることによって固定される。このとき、プローブホルダ３は、フローティング７との間に配設されるコイルバネ８ａによってベース部材４から離脱する方向に付勢されるとともに、ねじ９によって付勢方向への移動が規制された状態となっている。

フローティング７は、略板状をなす本体部７０を有する。本体部７０には、半導体パッケージ１００の外縁形状に応じて、板面と直交する方向に貫通する貫通孔７１と、接続ピン８が挿通される挿通孔７２と、が設けられている。貫通孔７１は、一端の開口面（上面）に対して他端の開口面（底面）の面積が小さくなるように、側面が傾斜している。貫通孔７１の底面の外縁形状は、半導体パッケージ１００と略同一、もしくは若干大きくなっている。これにより、フローティング７の貫通孔７１に対して、半導体パッケージ１００を容易に収容させることができる。

また、本体部７０は、上面側に設けられ、アルミニウムやステンレスなどの金属や、セラミック等の高強度材料を用いて形成される略板状の第１積層部材７０ａと、樹脂、マシナブルセラミックなどの絶縁性材料を用いて形成される略板状の第２積層部材７０ｂとを厚さ方向に積層してなる。

ここで、ベース部材４は、基板４１と絶縁性の被膜４２ａ，４２ｂとがそれぞれ接着剤Ｂによって固着されてなる。接着剤としては、液状のもの、シート状のもの、固形状のものなどが挙げられる。なお、接着剤に代えて、圧着シートを用いることも可能である。

図６は、本実施の形態にかかるプローブユニット１のベース部材４の製造方法を説明する図である。製造方法としては、まず、基板４１となる板状の加工前母材３００の二つの主面（表面３００ａおよび裏面３００ｂ）にそれぞれ被膜４２ａ，４２ｂとなる加工前被膜３０１ａ，３０１ｂを接着剤Ｂにより接着して、加工前母材３００に対して加工前被膜３０１ａ，３０１ｂが形成された加工前部材（プローブユニット用積層構造体）を作製する。その後、この加工前部材に対して、開口部４３、挿通孔４４，４５，４６を形成する。

なお、開口部４３、挿通孔４４，４５，４６の一部をなす孔が形成された加工前母材３００（基板４１）に対し、開口部４３、挿通孔４４の一部をなす孔が形成された加工前被膜３０１ａ（被膜４２ａ）、および開口部４３、挿通孔４４，４５，４６の一部をなす孔が形成された加工前被膜３０１ｂ（被膜４２ｂ）を接着剤Ｂによって接着するものであっても適用可能である。

また、プローブホルダ３の第１部材３１も同様に、まず、第１積層部材３３となる板状の第１加工前積層部材の一方の面に、第２積層部材３４となる板状の第２加工前積層部材を積層して、上述した接着剤により接着することによって、加工前第１部材（プローブユニット用積層構造体）を作製する。その後、この加工前第１部材に対して、挿通孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ、ホルダ孔３７および開口部を形成して第１部材３１を作製する。第２部材３２および本体部７０においても同様の工程によって作製される。

上述した実施の形態によれば、母材となる基板４１の表面および裏面に、接着剤によって絶縁性の被膜４２ａ，４２ｂを接着するようにしたので、高い剛性および絶縁性を維持するとともに、簡易に製造することができる。また、上述した実施の形態によれば、ねじが要さずに製造が可能であるため、ねじの配設領域が不要となり、小型化に対応することが可能となる。

また、上述した実施の形態によれば、プローブホルダ３においても、絶縁性の第１積層部材３３の一方の面に、接着剤によって金属の第２積層部材３４を接着するようにしたので、高い剛性、およびプローブ２間の絶縁性を維持するとともに、簡易に製造することができる。

また、上述した実施の形態によれば、基板４１の主面（表面および裏面）に絶縁性の被膜４２ａ，４２ｂが接着されてなるものであるため、従来の母材の略全面（側面を含む）にわたって被膜が形成されるベース部材と比して、ベース部材４の加工時間を短縮することができる。

なお、上述した実施の形態において、プローブホルダ３は、第１部材３１および第２部材３２が、絶縁性材料を用いて形成される第１積層部材３３，３５、および金属を用いて形成される第２積層部材３４，３６からなるものとして説明したが、第１部材３１および第２部材３２が、それぞれ樹脂のみで形成されるものであっても適用可能である。この場合の中空部Ｓの形成の有無も任意に設計可能である。

また、上述した実施の形態において、プローブホルダ３は、第１部材３１および第２部材３２が、絶縁性材料を用いて形成される第１積層部材３３，３５、および金属を用いて形成される第２積層部材３４，３６からなるものとして説明したが、プローブホルダ３の剛性に問題がなければ、第１積層部材３３，３５の間に第２積層部材３４，３６のうちのいずれかの第２積層部材が圧着されるものであっても適用可能である。

また、上述した実施の形態において、プローブユニット１には、フローティング７が配設されるものとして説明したが、プローブホルダ３と半導体パッケージとの間のズレが発生しない構造であれば、フローティング７が配設されないものであっても適用可能である。

また、上述した実施の形態において、プローブユニット１は、上述した構成を有するプローブホルダ３またはベース部材４の少なくとも一方を備えていれば、プローブユニット１を簡易に製造することが可能となる。また、上述した実施の形態において、接続ピン５，８およびねじ９，１０は、挿通孔に圧入されるものであってもよいし、挿通孔と螺合するものであってもよい。

また、上述した実施の形態において、フローティング７の本体部７０が、第１積層部材７０ａと第２積層部材７０ｂとを厚さ方向に積層してなるものとして説明したが、アルミニウムやステンレスなどの金属や、樹脂、マシナブルセラミックなどの材料から選択される一つの材料によって形成されるものであってもよい。

以上のように、本発明にかかるプローブユニット用ベース部材、プローブホルダ、プローブユニット、プローブユニット用ベース部材の製造方法およびプローブユニット用積層構造体は、高い剛性および絶縁性を維持するとともに、小型化に対応可能であって、簡易に製造することに有用である。

１ プローブユニット
２ プローブ
３ プローブホルダ
４ プローブユニット用ベース部材（ベース部材）
５，８ 接続ピン
６ 位置決めピン
７ フローティング
８ａ コイルバネ
９，１０ ねじ
２１ 第１プランジャ
２２ 第２プランジャ
２３ パイプ部材
３１ 第１部材
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３２ａ，３２ｃ，４４，４５，４６，７２ 挿通孔
３２ 第２部材
３２ｂ 凹部
３３，３５ 第１積層部材
３４，３６ 第２積層部材
３４ａ，３６ａ，４３ 開口部
３７，３８ ホルダ孔
３７ａ，３８ａ 小径部
３７ｂ，３８ｂ 大径部
４１ 基板
４２ａ，４２ｂ 被膜
４３ａ 第１開口部
４３ｂ 第２開口部
４３ｃ 第３開口部
７０ 本体部
７１ 貫通孔
１００ 半導体パッケージ
１０１，２０１ 電極
２００ 配線基板
３００ 加工前母材
３０１ａ，３０１ｂ 加工前被膜

Claims (3)

1. 異なる２つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、複数の前記プローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダとを備えたプローブユニットに設けられ、前記プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材であって、
   金属やセラミック等の高強度材料を用いて形成され、前記プローブホルダを収容可能な開口部を有する略板状の基板と、
   絶縁性材料を用いて形成され、接着剤または圧着シートを介して前記基板に固着されて該基板の２つの主面を被覆する被膜と、
   を備えたことを特徴とするプローブユニット用ベース部材。
2. 異なる２つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、
   複数の前記プローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダと、
   前記プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材と、
   を備え、
   前記プローブユニット用ベース部材が、請求項１に記載のプローブユニット用ベース部材であることを特徴とするプローブユニット。
3. 異なる２つの被接触体と両端でそれぞれ接触する導電性のプローブと、複数の前記プローブを各プローブの両端部が表出した態様で所定のパターンに配列して収容するプローブホルダとを備えたプローブユニットに設けられ、前記プローブホルダを固定して保持するプローブユニット用ベース部材の製造方法であって、
   金属やセラミック等の高強度材料を用いて形成され、前記プローブホルダを収容可能な開口部を有する略板状の基板となる加工前部材と、絶縁性材料を用いて形成され、前記基板の表面および裏面を被覆する被膜となる加工前被膜とを、接着剤または圧着シートを介して固着することを特徴とするプローブユニット用ベース部材の製造方法。

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