WO2000003251A1

WO2000003251A1 - Conductive contact

Info

Publication number: WO2000003251A1
Application number: PCT/JP1999/003714
Authority: WO
Inventors: Toshio Kazama
Original assignee: Nhk Spring Co., Ltd.
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2000-01-20
Also published as: EP1113275A1; US6900651B1; CN1246698C; EP1113275A4; DE69933038D1; CN1311858A; KR20010071815A; DE69933038T2; EP1113275B1

Description

明細書導電性接触子

技術分野

本発明は、半導体素子などの検査やウェハテスト用のコンタクトプローブやプローブカード、あるいは L G A (ランド ·グリッド ·アレイ） ' B GA (ポ一ル 'グリッド 'アレイ） ' C S P (チップ ·サイド ·パッケージ） ·べァチップなどのソケットゃ、コネクタなどに用いるのに適する導電性接触子に関するものである。

背景技術

従来、プリント配線板の導体パターンや電子部品などの電気的検査（ォ一プン ·ショートテスト、環境テスト、バーンインテストなど）を行うため、またはウェハテスト用などのコンタクトプローブや、半導体素子 ( L GA - B G A - C S P 'ベアチップ）用ソケット（製品用も含む）及びコネクタに種々の構造の導電性接触子が用いられている。

例えば上記半導体素子用ソケットに用いる場合には、近年、半導体素子に用いられる信号周波数が高速化され、数百 MHzのものも使用されるようになっている。したがって、そのような高速で動作する半導体素子に使用されるソケットには、その導電部分である導電性接触子に高周波数に対応するべく低ィンダクタンス化及び低抵抗化をより一層促進することと、取付スペース上におけるコンパクト化とが要求される。

発明の開示

上記課題を解決するため、本発明においては、被接触体に弾発的に接触させるためのコイルばね状導電性接触子を絶縁性支持部材に設けた貫通孔に同軸的に受容し、前記貫通孔を、その軸線方向の少なくとも一端側に縮径部を有する形状に形成し、前記コイルばね状導電性接触子が、前記貫通孔の中間部に受容 J

2 されたコィルばね部と、前記コィルばね部の両端側にて密着巻きされかつ少なくとも一方を前記縮径部により抜け止めされるテーパ形状または段付き形状に形成された一対の電極ピン部からなると共に、高導電性材により表面処理されていることとした。

これにより、導電性針状体と導電性コイルばねとを組み合わせて接触子を構成するものに比べて異なる部品間の結合部がないため低抵抗化し得ると共に、コイル状をなすが密着巻きしかつ高導電性材により表面処理しているため、密着巻き部分における電気経路がコイル軸線方向の直線状になって低インダク夕ンス化を達成し得る。また、貫通孔の先細り部と電極ピン部のテ一パ形状とにより、電極ピン部を抜け止めかつ位置決めできるため、直線状孔により針状体を摺動自在に支持するものに対して軸線方向長さを極力短くすることができ、コンパク卜化を向上し得る。

また、前記縮径部が、前記貫通孔のその軸線方向両端側にて先細り部を有する形状に形成されてそれぞれ設けられていると共に、前記一対の電極ピン部が、前記コイルばね部の両端側にてそれぞれ前記先細り部により抜け止めされるテ —パ形状をなして密着巻きされていることとした。これにより、両端可動型導電性接触子における両電極ピン部の抜け止めかつ位置決めをそれぞれできるため、上記と同様の効果を奏し得る。

また、前記縮径部が、前記コイルばね部の外径よりも縮径されかつ前記貫通孔のその軸線方向両端側にそれぞれ設けられていると共に、前記一対の電極ピン部の他方が前記縮径部よりも小径の円筒形状に形成されていることとした。これにより、被接触体が半田ボールのように凸状曲面をなしている場合に、その凸状曲面を円筒形状電極ピン部内に案内するように突入させて接触させることができ、半田ボールなどとの接触状態が安定し得る。

また、前記コイルばね部が単一のピッチ巻きで形成されていることにより、密着巻き部と等ピッチ巻き部との簡単なコィリングで形成することができ、製 J /

3 造コストを低廉化し得る。

また、前記電極ピン部が、初張力をもって密着巻きされていることにより、初張力により密着巻き部の素線同士の密着性を向上でき、密着状態による低抵抗化の実現をより一層確実なものにすることができる。

また、前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成した後の状態で行われていることにより、工程が簡略化されかつ密着巻き部の接触抵抗を低減し得る。

また、前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成する前の素線の状態と当該形成後の状態との両状態で行われていることにより、密着巻き部の接触抵抗を極力低減し得る。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下に示す。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明が適用された半導体素子用ソケッ卜の要部拡大側断面図。図 2 ( a ) は、素線に対して金メッキを行った状態を示す要部破断部分斜視図であり、図 2 ( b ) は、さらに密着巻きした状態を示す（a ) に対応する図であり、図 2 ( c ) は、さらに金メッキ処理を行った状態を示す（b ) に対応する図である。

図 3は、本発明が適用された半導体素子用ソケットの使用状態を示す図 1に対応する図。

図 4は、本発明に基づく第 2の実施の形態を示す図 1に対応する図。

図 5は、第 2の実施の形態を示す図 3に対応する図。

図 6は、本発明に基づく第 3の実施の形態を示す図。

図 7 ( a ) は、素線をコィリングした状態を示す要部破断部分斜視図であり、図 7 ( b ) は、金メッキ処理を行った状態を示す図。

発明を実施するための最良の形態

次に、本発明の実施の態様を添附図面を参照して以下に示す。図 1は、本発明が適用された半導体素子用ソケットの要部拡大側断面図である。本図示例におけるソケットは、絶縁性支持部材として例えば 2枚の合成樹脂製の絶縁板 1を積層して形成されている。そのようにして一体化された両絶縁板 1からなる支持部材には、両絶縁板 1の厚さ方向に貫通する貫通孔 2が設けられており、その貫通孔 2内には、同軸的にコイルばね状導電性接触子 3が受容されている。

貫通孔 2は、その軸線方向中間部を所定長の直線同一径孔に形成され、その軸線方向両端側を外方に臨む開口に向けて先細りのテーパ孔状に形成されている。なお、そのテーパ孔状に形成されたテーパ孔部 2 aの先細り部分と外方との連通部分には所定長の同一径孔からなる縮径部としての直線小孔部 2 bが形成されている。

コイルばね状導電性接触子 3は、ばね材からなる 1本の素線をコイル状に巻回して形成されており、上記貫通孔 2の中間部の直線同一径孔内に径方向にある程度の遊びをもって受容される所定ピッチ巻きのコイルばね部 4と、そのコィルばね部 4の軸線方向両端側にてコイルばね部 4と同一径にて複数巻きされた後コイルエンドに至るまでの間をテーパ状に密着巻きされた一対の電極ピン部 5 a . 5 bとからなる。なお、電極ピン部 5 a · 5 bのテーパ状部分は、上記貫通孔 2の先細り部 2 aと概ね補完的形状をなすと共に、その先細りの先端部分を上記直線小孔部 2 bから外方に突出可能に直線小孔部 2 の孔径ょりも細くなるまで巻かれている。

また、コイルばね状導電性接触子 3は、上記コイルばね部 4を圧縮させた状態で貫通孔 2内に収められるようになつている。例えば、両絶縁板 1の各貫通孔 2内に各電極ピン部 5 a · 5 bを受容しつつ両絶縁板 1同士を重ね合わせて、コイルばね部 4に初期荷重を与えた状態でコイルばね状導電性接触子 3を両絶縁板 1に組み付ける。なお、コイルばね部 4を圧縮させないフリー状態で貫通孔 2内に収めるようにしても良く、このようにすることにより、組付けが容易になる。

このとき、電極ピン部 5 a · 5 bがテ一パ形状になっていることから、その先端を各絶縁板 1に設けられた貫通孔 2の開口に対して任意の位置で若干没入させるのみで、両絶縁板 1同士を重ね合わせる作業において、電極ピン部 5 a · 5 bの先端がテ一パ孔部 2 aに案内されて、電極ピン部 5 a · 5 bがテーパ孔部 2 aに容易に収まる。そのため、針状の電極ピンを孔に通して組み付けるものに対して、組み付け作業を極めて容易に行うことができる。

そして、両絶縁板 1を密着状態に例えばねじ止めにて固着することにより、コイルばね部 4の弹発付勢力により各テーパ孔部 2 aのテーパ面に各電極ピン部 5 a · 5 bの補完的形状をなすテーパ部分が衝当して、コイルばね状導電性接触子 3が抜け止めされると共に、テ一パ嵌合状態により、電極ピン部 5 a · 5 bの先端の側方に対する位置のばらつきを好適に小さくし得る。したがって、ソケットなど複数の導電性接触子をマトリクス状に配置したものにおいて、単に組み付けを行うだけで、各電極ピン部 5 a · 5 bの各突出端の高精度な平面座標位置の確保を実現し得る。

このようにして、貫通孔 2に受容されたコイルばね状導電性接触子 3の各電極ピン部 5 a · 5 bは、自然状態で貫通孔 2の外方に各先端部を所定量突出し得るようになつている。そして、それら各電極ピン部 5 a · 5 bを、基板 6の配線パターン 6 aと、半導体素子としての例えば B G A 7の半田球からなる端子 7 aとに接触させて、本ソケットを使用する。

なお、上記したようにコイルばね状導電性接触子 3に初期荷重を与えておくことにより、被接触体（配線パターン 6 a ·端子 7 a ) に弾発的に接触させた場合における相手の高さの違いに対するたわみ量の変化による荷重変化を好適に少なくすることができる。

図 2に本発明に基づくコイルばね状導電性接触子 3の形成要領を示す。まず、図 2 ( a ) に示されるように、前記したようにばね材からなる素線 3 aに対して高導電性材としての金を用いた表面処理として金メッキを行い、素線 3 aの外面全体に金メッキ層 8 aを形成する。なお、金メッキに限ることはなく、例えば N iや C uのメツキを行っても良い。

次に、上記金メッキされた素線 3 aをコィリングして、図 1に示されるようにコイルばね部 4と電極ピン部 5 a · 5 bとを形成する。このとき、電極ピン部 5 a · 5 bにあっては、図 2 ( b ) に示されるように密着巻きにするが、さらに初張力を与えて、密着巻き部における素線 3 a同士がコイル軸線方向に互いに衝当するように巻く。これにより、密着巻きされた電極ピン部 5 a · 5 b にあっては、コイル軸線方向に隣接する素線 3 aの金メッキ層 8 a同士が荷重力をもって接触することになる。

さらに、図 2 ( c ) に示されるように、図 2 ( b ) に示された状態のものにさらに金メツキ処理を施して、密着巻き部分の外周全体に第 2の金メツキ層 8 bを形成する。この場合も、上記と同様に金メッキに限ることはなく、例えば N iや C uのメツキを行っても良い。これにより、機械的な密着力のみならず、第 2の金メッキ層 8 bがコイル軸線方向に連続して形成されることによる結合力が生じ、密着巻き部分の素線 3 a同士の密着性をより一層高めることができると共に、密着における接触抵抗を極力低減し得る。

このようにして形成された本コィルばね状導電性接触子 3によるソケットとしての使用状態を図 3に示す。この場合には、コイルばね状導電性接触子 3のみを介して電気信号が伝達されることになり、基板 6と B GA 7との間に何ら不必要な半田付けなどの結合部がないため、電気的抵抗が安定化する。また、接触子を被接触体に弾発的に接触させて使用するためにはコイルばね部 4が必要であるが、その巻き数 Nとインダクタンス Hとの間には、係数を Aとし、ばね長さを Lとすると、 H = A · N2Z Lの関係があり、低インダク夕ンス化のためには Nを極力少なくすることが重要である。そのため、本図示例のように 2 巻き程度にすると良いが、 1 0巻き以下であれば良い。さらに、上記したように電極ピン部 5 a · 5 bが初張力をもって密着しかつコイル軸線方向に連続する第 2の金メツキ層 8 bで全体を覆われていることから、電極ピン部 5 a · 5 bにおける電気経路はコイル軸線方向に直線的になる。したがって、コイル状に巻いて形成したにもかかわらず、コイル状に電気が流れることはなく、低抵抗化 ·低インダクタンス化を向上し得る。

なお、前記したように、貫通孔 2のテーパ孔部 2 aの先細り部分と外方との連通部分に直線小孔部 2 bを形成していることから、テーパ状をなす電極ピン部 5 a · 5 bの先端が引つかかることが防止されると共に、直線小孔部 2 bの形状により開口部の肉厚が有る程度確保されており、半田球からなる端子 7 a が接触して直線小孔部 2 bの開口部が破損することを防止し得る。

図 4は、本発明に基づく第 2の実施の形態を示す図である。なお、前記図示例と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。この形態にあっては、図における上側絶縁板 1の上面に同様に絶縁板からなるストッパ 1 1が積層されており、ストツバ 1 1には貫通孔 2に対応する位置に孔 1 1 aが設けられている。

また、図における下側の一方の電極ピン部 5 aは前記実施の形態と同様にテーパ状に形成されているが、上側の他方の電極ピン部 5 cは、コイルばね部 4 よりも縮径された円筒形状に形成されており、その円筒状電極ピン部 5 cが上記孔 1 1 a内に受容されている。そして、大径のコイルばね部 4と小径の円筒状電極ピン部 5 cとの間の段部がテーパ孔部 2 aに衝当して、前記実施の形態と同様にコイルばね状導電性接触子 3が抜け止めされている。

なお、本実施の形態にあっては、被接触体である端子 7 aを電極ピン部 5 c に接触させる前の状態である上記抜け止め状態にあっては、電極ピン部 5 cの突出端が孔 1 1 a内に埋没状態になるようにされている。

このようにして形成されたコイルばね状導電性接触子 1 3による前記と同様にソケットとしての使用状態を図 3に対応する図 5を参照して以下に示す。上記したように、絶縁板 1の上面にストッパ 1 1が積層されていることから B G A 7の下面がストッパ上面に当接し、その位置で B GA 7が止められる。そのため、端子 7 aの孔 1 1 a内への突入量が抑えられて、常に略一定の荷重で電極ピン部 5 cを端子 7 aに当接させることができる。これにより、ストツバ 1 1を設けない場合に対して導電性接触子 3の接触圧が安定化し、同一種の製品に対する大量の検査において、安定した接触状態を得ることができる。

この第 2の実施の形態においても、前記実施の形態と同様に、両電極ピン部 5 a · 5 cには共にコイル状に電気が流れることはなく、低抵抗化 ·低インダクタンス化を向上するという効果を奏し得る。

また、図 6に本発明に基づく第 3の実施の形態を示す。この場合においても、前記図示例と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

この第 3の実施の形態にあっては、貫通孔 2の中間部に連続するテーパ孔部 2 aが設けられてしないが、図の下側のテーパ状電極ピン部 5 aを抜け止めするべく、下側絶縁板 1の下面に抜け止め板 1 2が積層されている。抜け止め板 1 2には、コイルばね部 4よりも縮径された縮径部としての小径孔 1 2 bが設けられており、テ一パ状電極ピン部 5 aの軸線方向中間部が小径孔 1 2 bの縁に衝当して、貫通孔 2内に受容されたコイルばね状導電性接触子 3が抜け止めされている。

コイルばね部 4の上側に設けられた電極ピン部 5 dは、図に示されるようにコイルばね部 4と同一径の密着巻きストレートコイル形状に形成されている。このように、コイルばね状導電性接触子 3の一方を抜け止めしない構造にしても、図に示されるようにテ一パ状電極ピン部 5 aを下側にして抜け止めすることにより、前記実施の形態と同様に使用することができる。この場合においても、前記実施の形態と同様に、両電極ピン部 5 a · 5 dには共にコイル状に電気が流れることはなく、低抵抗化 ·低ィンダク夕ンス化を向上するという効果を奏し得る。

さらに、テ一パ孔部 2 aの形成を省略することから、加工や組立が容易であると共に、例えば対象機種が変わるまで同一の中継基板を上側絶縁板 1の上面に一体的に組み付けて、上側の電極ピン部 5 dに常時接触させた状態にして、下側の電極ピン部 5 aのみを異なる検査対象に接触させるような使い方であれば、検査時に伸縮を繰り返すことになるコィルばね状導電性接触子 3が抜け出てしまう心配はなく、装置の低廉化と合わせて好適である。

なお、前記した図 2の例では、コィリングする前に金メッキ層 8 aを形成したが、金メッキ処理を行わない素線 3 aのままコィリングし、その後全体を金メツキ処理して金メッキ層（第 2の金メッキ層 8 bに相当）を 1層のみにしたものであっても良い。

例えば図 7 ( a ) に示されるように素線 3 aをコィリングして、図 1に示されるようにコイルばね部 4と電極ピン部 5 a · 5 bとを形成し、電極ピン部 5 a · 5 bにあっては、前記と同様に密着巻きする。次に図 7 ( a ) に示された状態のものに金メッキ処理を施して、密着巻き部分の外周全体に金メッキ層 8 bを形成する。この場合にあっても、前記と同様に金メッキに限ることはなく、例えば N iや C uのメツキを行っても良い。

いずれにしても、メツキ層が 1層であっても 2層であっても、素線 3 aには、導電性の材料を意識して選択する必要がなく、安価なばね材を用いることがでさる。

Claims

請求の範囲

1 . 被接触体に弾発的に接触させるためのコイルばね状導電性接触子を絶縁性支持部材に設けた貫通孔に同軸的に受容し、

前記貫通孔を、その軸線方向の少なくとも一端側に縮径部を有する形状に形成し、

前記コィルばね状導電性接触子が、前記貫通孔の中間部に受容されたコイルばね部と、前記コイルばね部の両端側にて密着巻きされかつ少なくとも一方を前記縮径部により抜け止めされるテーパ形状または段付き形状に形成された一対の電極ピン部からなると共に、高導電性材により表面処理されていることを特徴とする導電性接触子。

2 . 前記縮径部が、前記貫通孔のその軸線方向両端側にて先細り部を有する形状に形成されてそれぞれ設けられていると共に、前記一対の電極ピン部が、前記コイルばね部の両端側にてそれぞれ前記先細り部により抜け止めされるテ一パ形状をなして密着巻きされていることを特徴とする請求項 1に記載の導電性接触子。

3 . 前記縮径部が、前記コイルばね部の外径よりも縮径されかつ前記貫通孔のその軸線方向両端側にそれぞれ設けられていると共に、前記一対の電極ピン部の他方が前記縮径部よりも小径の円筒形状に形成されていることを特徴とする請求項 1に記載の導電性接触子。

4 . 前記コイルばね部が単一のピッチ巻きで形成されていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3に記載の導電性接触子。

5 . 前記電極ピン部が、初張力をもって密着巻きされていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 4のいずれかに記載の導電性接触子。

6 . 前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成した後の状態で行われていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 5のいずれかに記載の導電性接触子。

7 . 前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成する前の素線の状態と当該形成後の状態との両状態で行われていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 5のいずれかに記載の導電性接触子。

補正書の請求の範囲

[1999年 1 2.弓 1 7日（1 7. 12. 99 ) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲 1一 3及び 5— Γは新しい請求の範囲 1— 3， 5- 15に置き換えられた；他の請求の範囲は変更なし： .2頁)]

1. (補正後）被触体に弾発的に接触させるためのコイルばね状導電性接触子を絶縁性支持部^：こ設けた貫通孔に同軸的に受容し、

前記コイルば^状導電性接触子が、前記貫通孔の中間部に受容されたコイルばね部と、前記コイルばね部の少なくとも一方の端部にて密着巻きされかつ前記縮径部により技け止めされるテーパ形状または段付き形状に形成された電極ピン部からなるこ共に、

前記密着巻きされた部分のみが、連続して形成されるように導電性材により表面処理されていることを特徴とする導電性接触子。

2. (補正後）前記縮径部が、前記貫通孔のその軸線方向両端側にて先細り部を有する形状に形成されてそれぞれ設けられていると共に、前記電極ピン部が、前記コイルばね^の両端側に形成されかつそれぞれ前記先細り部により抜け止めされるテーパ形状をなして密着巻きされていることを特徴とする請求項 1に記載の導電性接蝕子。

3. (補正後）前記縮径部が、前記コイルばね部の外径よりも縮径されかつ前記貫通孔のその軸線方向両端側にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項 1に記載の導電性接触子。

4. 前記コイルばね部が単一のピッチ巻きで形成されていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれかに記載の導電性接触子。

5. (補正後）前記電極ピン部が、初張力をもって密着巻きされていることを特徴とする請求項：乃至請求項 3のいずれかに記載の導電性接触子。

6. (補正後）前記電極ピン部が、初張力をもって密着巻きされていることを特徵とする請求項 4：こ記載の導電性接触子。

7. (補正後） ft記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成し補正された用紙（条約第 19条）た後の状態で行われていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれかに記載の導電性接触子。

8 . (追加）前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成した後の状態で行われていることを特徴とする請求項 4に記載の導電性接触子。

9 . (追加）前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成した後の状態で行われていることを特徴とする請求項 5に記載の導電性接触子。

1 0 . (追加）前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成した後の状態で行われていることを特徴とする請求項 6に記載の導電性接触子。

1 1 . (追加）前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成した後の状態で行われていることを特徴とする請求項 7に記載の導電性接触子。

1 2 . (追加）前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成する前の素線の状態と当該形成後の状態との両状態で行われていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれかに記載の導電性接触子。

1 3 . (追加）前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成する前の素線の状態と当該形成後の状態との両状態で行われていることを特徴とする請求項 4に記載の導電性接触子。

1 4 . (追加）前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成する前の素線の状態と当該形成後の状態との両状態で行われていることを特徴とする請求項 5に記載の導電性接触子。

1 5 . (追加）前記表面処理が、前記コイルばね部と前記電極ピン部とを形成する前の素線の状態と当該形成後の状態との両状態で行われていることを特徴とする請求項 6に記載の導電性接触子。

捕 itされた用紙（条約第 ₁₉条）