JP2013113753A

JP2013113753A - 半導体素子用ソケット

Info

Publication number: JP2013113753A
Application number: JP2011261213A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Henmi; 明彦逸見
Original assignee: Yamaichi Electronics Co Ltd
Current assignee: Yamaichi Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-10
Also published as: WO2013080675A1; TW201326844A

Abstract

【課題】コンタクトプローブの適正なストローク量を確保すると共にコンタクトプローブの小型化を図ることができる半導体素子用ソケットを提供する。
【解決手段】半導体素子用ソケット１０は、ベース部材２０に取り付けられた可動ベース用ばね１２によりベース部材２０上に上下方向に移動可能に配置された可動ベース部材３０と、可動ベース部材３０上に配置され、ＩＣパッケージ５０を支持する可動台座４０とを備え、可動台座４０が下方に移動することで、可動ベース部材３０を下方向に移動させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＣ素子などの検査に用いるコンタクトプローブを備えた半導体素子用ソケットに関する。

従来、電極部として半田ボールや半田バンプを有するＩＣ（集積回路）パッケージなどの半導体素子と、検査装置の検査回路基板との間を、電気的に接続する接続子としてコンタクトプローブが配設された、半導体素子用ソケットが提供されている。
図８に示した従来の半導体素子用ソケット１００としては、平坦な底面形状をなす第１基板１０２と、この第１基板上に設けられた第２基板１０４と、第２基板１０４上にガイドピンに沿って上下に移動可能に設けられ、コイルばねによって上方へ付勢された可動台座１０３を備え、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）型ＩＣ素子１０１の導通検査を行う検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

第１基板１０２には、全長Ｌ１のコンタクトプローブ１１０が多数本マトリクス状に立設されている。コンタクトプローブ１１０の一方の接触部１１３は、第２基板１０４の上面から長さＨ１だけ突出可能となっている。また、コンタクトプローブ１１０の他方の接触部１１４は、第１基板１０２下面から突出可能となっている。このコンタクトプローブ１１０内の接触部１１３、１１４間には、コイルばねが収容されており、両接触部１１３、１１４を軸方向に付勢している。第１基板１０２および第２基板１０４には、各コンタクトプローブ１１０を挿入させ得る貫通孔１０５がマトリクス状に多数形成されている。さらに、載置されたＩＣ素子１０１を上方から押圧するための押圧板（不図示）が、ＩＣ素子１０１の上方に昇降可能に配置されている。

上記半導体素子用ソケット１００は、コンタクトプローブ１１０が第１基板１０２に固定配置されており、ＩＣ素子１０１が載置された可動台座１０３の底面が第２基板１０４に当接する前に適正なストローク量Ｓ（＝Ｈ１−Ｈ２）を得るために、第２基板１０４の上面からプローブ先端が突出する突出長さＨ１が比較的長くなっている。なお、Ｈ２は検査終了時のコンタクトプローブ１１０の第２基板１０４の上面からの突出長さである。

特許第４３９０９８３号公報

ところで、近年、半導体素子の検査スピードが高速化しており、コンタクトプローブの小型化が望まれている。また、高周波信号での測定を行いたい要求があり、そのためコンタクトプローブのインピーダンスを低くすることが望まれる。
しかしながら、上記構成の半導体素子用ソケット１００では、コンタクトプローブ１１０の適正なストローク量Ｓを得るために、先端の突出長さＨ１を短くすることが困難であった。

本発明の目的は、コンタクトプローブの適正なストローク量を確保すると共にコンタクトプローブの小型化を図ることができる半導体素子用ソケットを提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明の半導体素子用ソケットは、支持部材により支持される半導体素子の電極部と配線基板の電極部とを導通させるコンタクト端子と、前記配線基板上に配置され、前記コンタクト端子を収容する収容孔を有するベース部材と、を備えた半導体素子用ソケットであって、前記ベース部材に取り付けられた第１弾性部材により前記ベース部材上に上下方向に移動可能に配置された可動ベース部材と、前記可動ベース部材上で、前記支持部材が下方へ移動することで、前記可動ベース部材を下方向へ移動させることを特徴としている。

本発明の半導体素子用ソケットにおいて、前記支持部材は、前記可動ベース部材上に移動可能に配置された可動台座であり、前記可動台座は、前記ベース部材に取り付けられた第２弾性部材により前記可動ベース部材上に配置されていることが好ましい。

本発明の半導体素子用ソケットにおいて、前記可動台座がストッパ部材によって上下方向にガイドされることが好ましい。

本発明の半導体素子用ソケットにおいて、前記可動ベース部材がストッパ部材によって上下方向にガイドされることが好ましい。

本発明の半導体素子用ソケットにおいて、前記可動ベース部材が前記可動台座の入り込む凹部を有していることが好ましい。

本発明の半導体素子用ソケットによれば、ベース部材に取り付けられた第１弾性部材によりベース部材上に上下方向に移動可能に配置された可動ベース部材と、可動ベース部材上で、半導体素子を支持する支持部材が下方へ移動することで、可動ベース部材を下方向へ移動させるので、可動ベース部材の第１弾性部材の付勢力に抗して下方向へ移動する分だけコンタクトプローブの可動ベース部材の上面からの突出量を短くすることができる。これにより、コンタクトプローブの適正なストローク量を確保しつつ、コンタクトプローブの長さを短くすることができ、コンタクトプローブの小型化を図ることができる。よって、コンタクトプローブのインピーダンスを低くすることができる。

本発明に係る半導体素子用ソケットの一実施形態を示す分解斜視図である。図１における組み付けられた半導体素子用ソケットの縦断面図である。図２における半導体素子用ソケットが配線基板に装着され、半導体素子を収容した要部の部分断面図である。半導体素子の検査開始から終了までを説明する説明図であって、（ａ）は半導体素子の押圧前の断面図、（ｂ）は半導体素子の押圧開始時の断面図、（ｃ）は半導体素子の押圧中の断面図、（ｄ）は半導体素子の押圧終了時の断面図である。図４におけるストローク量を示す断面図である。本発明に係る半導体素子用ソケットの別の実施形態を示す要部の部分断面図である。図６における半導体素子の押圧終了時の断面図である。従来の半導体素子用ソケットのストローク量を示す断面図である。

以下、本発明に係る半導体素子用ソケットの第１の実施形態を図１〜図５を参照して説明する。

図１〜図３に示すように、半導体素子用ソケット１０は、コンタクトプローブ１１、ストッパ部材１４、ベース部材２０、可動ベース部材３０および可動台座４０を備えている。コンタクトプローブ１１は、検査される半導体素子であるＩＣパッケージ５０の電極部と、検査装置側の配線基板であるテストボード１９の電極部とを導通させる多数のコンタクト端子であり、ベース部材２０上にマトリクス状に配置されている。

ベース部材２０は、テストボード１９上に配置され、基板２１の中心部に四角形の凹部２４が形成されている。この凹部２４の底面２５には、コンタクトプローブ１１の下方部を収容する多数の第１プローブ収容孔２３が四角形のマトリクス状に形成されている。四角形状のプローブ収容孔２３群の内側の角部付近には、ストッパ部材１４用の第１挿通孔２２が設けられている。この一対の挿通孔２２間には、プローブ収容孔２３群に沿って第１弾性部材である２対の可動ベース用ばね１２と、第２弾性部材である２対の台座用ばね１３が対向位置に配置されている。

可動ベース部材３０は、四角形の基板３１の外周に沿ってベース部材２０の第１プローブ収容孔２３に対応する多数の第２プローブ収容孔３２が形成されている。この第２プローブ収容孔３２が形成された基板３１の内側には、基板３１より薄板の底板３３が形成されている。底板３３には、ベース部材２０の第１挿通孔２２に対応する角部付近にストッパ部材１４用の第２挿通孔３４が設けられている。この第２挿通孔３４間の台座用ばね１３に対応した位置には、台座用ばね１３が貫通する２対の貫通孔３５が設けられている。

可動ベース部材３０の下面に可動ベース用ばね１２が当接しており、この可動ベース用ばね１２により可動ベース部材３０は上下方向に移動可能となる。また、可動ベース部材３０の底板３３上は、外周の基板３１より窪んだ凹部３６が形成されており、この凹部３６内に可動台座４０が組み込まれる。

可動台座４０は、その上面４３にＩＣパッケージ５０が載置される支持部材であり、四角形の基部４１の角部付近に、ベース部材２０の第１挿通孔２２および可動ベース部材３０の第２挿通孔３４に対応するストッパ部材１４用の第３挿通孔４２が設けられている。可動台座４０の下面４５にベース部材２０に取り付けられた台座用ばね１３が可動ベース部材３０の貫通孔３５を貫通して当接している。可動台座４０は、この台座用ばね１３により可動ベース部材３０上で上下方向に移動可能となる。

また、可動台座４０は、上方からの押圧力により下方に移動して、下面４５が可動ベース部材３０の底板３３に当接し、さらに可動ベース部材３０と一体となって下方に移動することができる。これにより、可動ベース部材３０を適正なストローク量だけ下方向に移動させることができ、コンタクトプローブの安定した適正量のストロークが実現できる。

ストッパ部材１４は、位置決め機能とストッパ機能を有しており、上から順に頭部１４ａ、大径部１４ｂ、中径部１４ｃおよび小径部１４ｄが形成されている。ストッパ部材１４は、組み付け時に可動台座４０の第３挿通孔４２、可動ベース部材３０の第２挿通孔３４、ベース部材２０の第１挿通孔２２の順に挿通される。これにより、可動ベース部材３０および可動台座４０は、ストッパ部材１４によってベース部材２０に対して横方向へのブレが抑えられると共に上下方向へガイドされる。

詳しくは、ストッパ部材１４の頭部１４ａは、第３挿通孔４２内に完全に入り込み、頭部１４ａ下面が第３挿通孔４２の段部４２ａに当接する。大径部１４ｂは、第３挿通孔４２内に挿通され、大径部１４ｂ下面が第２挿通孔３４の段部３４ａに当接する。中径部１４ｃは、第２挿通孔３４内に挿通され、中径部１４ｃ下面が第１挿通孔２２の上端縁であるベース部材２０の底面２５に当接する。小径部１４ｄは、第１挿通孔２２内に係合される。

コンタクトプローブ１１は、バレル１５、第１プランジャ１６および第２プランジャ１７を備えている。バレル１５は、導電性を有する金属筒である。第１プランジャ１６は、バレル１５の上部側から突出するように装着され、上端にＩＣパッケージ５０の基板５１下面に形成された電極部である半田ボール５２に接触する上部接触部１６ａを有している。第２プランジャ１７は、バレル１５の下部側に収容され、下端にテストボード１９の電極部と導通する下部接触部１７ａを有している。また、バレル１５内の第１プランジャ１６と第２プランジャ１７との間にはコイルばね１８が介在している。このコイルばね１８は、第１プランジャ１６と第２プランジャ１７を軸方向に沿って離反させるように付勢している。

次に、上記半導体素子用ソケット１０の組み付け手順を説明する。
図１に示すように、先ず多数のコンタクトプローブ１１がベース部材２０の上方から凹部２４内のマトリクス状に形成された第１プローブ収容孔２３内に挿入される。これにより、コンタクトプローブ１１の上方のバレル１５と第１プランジャ１６がベース部材２０上から露出した状態で配置される。また、下端に配置された第２プランジャ１７の下部接触部１７ａがベース部材２０の下面から突出する。その後、プローブ収容孔２３群の内側の所定位置に可動ベース用ばね１２が配置される。

次に、ベース部材２０上に露出した各コンタクトプローブ１１に対応する各第２プローブ収容孔３２がベース部材２０の上方で位置合わせされてから、可動ベース部材３０が凹部２４内に装着される。このとき、不図示の位置決めピンを可動ベース部材３０の第２挿通孔３４内に挿通させた状態で、位置決めピンの下端をベース部材２０上の第１挿通孔２２内に挿入する。次に、台座用ばね１３が上方から可動ベース部材３０の貫通孔３５内に挿入される。

これにより、ベース部材２０に対する可動ベース部材３０の位置合わせと同時に、各コンタクトプローブ１１の第１プランジャ１６を可動ベース部材３０の各第２プローブ収容孔３２内に一括挿入することができる。また、可動ベース部材３０は、その基板３１がベース部材２０から突出した状態で、底板３３がベース部材２０の凹部２４内に組み込まれる。

次に、可動ベース部材３０に位置決めピンを装着した状態で、可動台座４０の第３挿通孔４２が可動ベース部材３０の上方から位置決めピンに挿通される。これにより、可動台座４０は、その上面４３を突出させた状態で、可動ベース部材３０の凹部３６内に組み込まれる。

最後に、第３挿通孔４２から位置決めピンを１本抜いて、その第３挿通孔４２内にストッパ部材１４を挿入する。次に、挿入したストッパ部材１４の対角線上に位置する位置決めピンを抜いて、次のストッパ部材１４を挿入する。このように全ての位置決めピンを抜いて、ストッパ部材１４を順次挿入することで半導体素子用ソケット１０の組み付け作業は終了する。

次に、上記半導体素子用ソケット１０によってＩＣパッケージ５０を検査する手順を説明する。
図４（ａ）に示すように、検査開始時は、半田ボール５２を下面したＩＣパッケージ５０が可動台座４０の上面に載置される。そして、不図示の押圧板によりＩＣパッケージ５０上面に押圧力Ｆが付加される。なお、コンタクトプローブ１１の第２プランジャ１７はテストボード１９側の電極部と接触している。

図４（ｂ）に示すように、押圧力ＦによりＩＣパッケージ５０と可動台座４０が一体となって台座用ばね１３の付勢力に抗して下降することで、半田ボール５２がコンタクトプローブ１１の第１プランジャ１６に接触する。これにより、ＩＣパッケージ５０の半田ボール５２とテストボード１９側の電極部と導通する。

図４（ｃ）に示すように、さらにＩＣパッケージ５０が下方へ押圧されると、コンタクトプローブ１１の第１プランジャ１６がバレル１５内のコイルばね１８（図３参照）を圧縮しながら下降する。このとき、コイルばね１８の付勢力によりコンタクトプローブ１１の下方の第２プランジャ１７がテストボード１９の電極部に押し付けられる。そして、可動台座４０の下面が可動ベース部材３０の上面に当接して、ＩＣパッケージ５０、可動台座４０および可動ベース部材３０が一体となって下降を開始する。

図４（ｄ）に示すように、さらにＩＣパッケージ５０が下方へ押圧されると、ＩＣパッケージ５０、可動台座４０および可動ベース部材３０は、可動ベース用ばね１２および台座用ばね１３の付勢力に抗して所定の距離だけ下降する。このとき、検査上必要なコンタクトプローブ１１の適正ストローク量を達成することができる。これにより、ＩＣパッケージ５０の電極部である半田ボール５２とテストボード１９の電極部とがコンタクトプローブ１１を介して確実に導通され、ＩＣパッケージ５０の導通検査が実行される。

検査終了後、押圧力Ｆを解除することで可動ベース用ばね１２および台座用ばね１３の反発力により可動ベース部材３０および可動台座４０が検査開始位置に上昇する。また、コンタクトプローブ１１の第１プランジャ１６がコイルばね１８の反発力により可動ベース部材３０の上面から所定長さ突出する。これにより、ＩＣパッケージ５０の検査作業が終了する。

上述したように本実施形態の半導体素子用ソケット１０によれば、図５に示すように、可動ベース部材３０が可動ベース用ばね１２によって上下方向へ移動可能である。これにより、図中左側の検査開始時のコンタクトプローブ１１の可動ベース部材３０からの突出長さＨ３を、図８に示した従来のコンタクトプローブ１１０の突出長さＨ１と比較して、短くしても適正なストローク量Ｓ（＝Ｈ３−Ｈ４）を得ることができる。したがって、コンタクトプローブ１１の全長Ｌ２を短くすることができる。なお、図中右側のＨ４は、検査終了時のコンタクトプローブ１１の可動ベース部材３０の上面からの突出長さである。

次に、本発明に係る半導体素子用ソケットの第２の実施形態を図６〜図７を参照して説明する。

上記第１の実施形態の半導体素子用ソケット１０との相異点は、可動台座を備えてなく、ＩＣパッケージ５０が検査装置側の支持部材であるキャリア部材７０に装着されている点である。その他の構成は、上記半導体素子用ソケット１０と同じであり、半導体素子用ソケット１０と同一構成には図中同一符号を付すことで詳細な説明は簡略化する。

図６に示すように、本実施形態の半導体素子用ソケット６０は、検査装置側に設けられているキャリア部材７０がキャリア本体７１の下端に開口部を有しており、この開口部内側にＩＣパッケージ５０専用の保持部７２が形成されている。この保持部７２に半田ボール５２を下面に有するＩＣパッケージ５０が水平状態で保持される。また、キャリア部材７０は、検査装置の上方で水平方向および上下方向の所定位置に移動自在である。キャリア部材７０は、その上面にＩＣパッケージ５０が載置される支持部材であり、四角形の基部の角部付近に、ベース部材２０の第１挿通孔２２および可動ベース部材３０の第２挿通孔３４に対応するストッパ部材８４用の第３挿通孔７３が設けられている。
ストッパ部材８４は、位置決め機能とストッパ機能を有しており、上から順に大径部８４ｂ、中径部８４ｃおよび小径部８４ｄが形成されている。ストッパ部材８４は、組み付け時にキャリア部材７０の第３挿通孔７３、可動ベース部材３０の第２挿通孔３４、ベース部材２０の第１挿通孔２２の順に挿通される。これにより、可動ベース部材３０およびキャリア部材７０は、ストッパ部材８４によってベース部材２０に対して横方向へのブレが抑えられる。また、可動ベース部材３０は、ストッパ部材８４によって、上下方向の位置決めをされる。

ＩＣパッケージ５０の検査開始時は、半田ボール５２を下面したＩＣパッケージ５０が保持部７２に保持された状態で、可動ベース部材３０上方の所定位置にキャリア部材７０が停止する。次に、ＩＣパッケージ５０と共にキャリア部材７０を不図示の駆動装置により第１プランジャ１６の接触部１６ａに接触するまで下降させる。このとき、ＩＣパッケージ５０の半田ボール５２とテストボード１９側の電極部と導通する。また、第１プランジャ１６ａは、可動ベース部材３０の上面から突出長さＨ３だけ突出している。

次に、図７に示すように、第１プランジャ１６の接触部１６ａが突出長さＨ４（＜Ｈ３）になるまでキャリア部材７０を下降させて停止する。このとき、キャリア部材７０の下面が可動ベース部材３０の上面に当接して、ＩＣパッケージ５０、キャリア部材７０および可動ベース部材３０が一体となって可動ベース用ばね１２の付勢力に抗して下降する。また、コンタクトプローブ１１の第１プランジャ１６がバレル１５内のコイルばね１８を圧縮しながら下降すると共に、コイルばね１８の付勢力によりコンタクトプローブ１１の下方の第２プランジャ１７の接触部１７ａがテストボード１９の電極部に押し付けられる。これにより、検査上必要なコンタクトプローブ１１の適正ストローク量が達成され、ＩＣパッケージ５０の半田ボール５２とテストボード１９の電極部とがコンタクトプローブ１１を介して確実に導通され、ＩＣパッケージ５０の導通検査が実行される。

検査終了後、キャリア部材７０を所定位置まで上昇させることで、可動ベース用ばね１２の反発力により可動ベース部材３０が検査開始位置に戻る。また、コンタクトプローブ１１の第１プランジャ１６がコイルばね１８の反発力により可動ベース部材３０の上面から突出長さＨ３だけ突出する。これにより、キャリア部材７０によるＩＣパッケージ５０の検査作業が終了する。

以上説明したように、上記実施形態に係る半導体素子用ソケット１０，６０によれば、ベース部材２０に取り付けられた可動ベース用ばね１２によりベース部材２０上に上下方向に移動可能に配置された可動ベース部材３０と、可動ベース部材３０上で、少なくともＩＣパッケージ５０を支持する可動台座４０またはキャリア部材７０が下方へ移動することで、可動ベース部材３０を下方向へ移動させる。

これにより、可動ベース部材３０の可動ベース用ばね１２の付勢力に抗して下方向へ移動する分だけコンタクトプローブ１１の可動ベース部材３０の上面からの突出量Ｈ３を短くすることができ、コンタクトプローブ１１の適正なストローク量Ｓを確保しつつ、コンタクトプローブ１１の全長さＬ２を短くすることができ、コンタクトプローブ１１の小型化を図ることができる。よって、コンタクトプローブのインピーダンスを低くすることができる。

また、可動台座４０は、可動ベース部材３０上に移動可能に配置されており、ベース部材２０に取り付けられた台座用ばね１３により可動ベース部材３０上に配置されている。これにより、ＩＣパッケージ５０は、可動台座４０上に載置され、押圧板等により上方から押圧されることで、可動台座４０および可動ベース部材３０と一体となって下降させることで、コンタクトプローブ１１の適正なストローク量Ｓを得ることができる。

また、少なくとも可動台座４０または可動ベース部材３０がストッパ部材１４，８４によって上下方向にガイドされるので、横方向へのブレが抑えられ、安定した上下方向への移動を実現できる。

また、可動ベース部材３０が可動台座４０の入り込む凹部３６を有しているので、少なくとも可動ベース部材３０の凹部３６内に可動台座４０の一部が組み込まれるので、半導体素子用ソケット１０，６０の縦方向のコンパクト化を図ることができる。

さらに、キャリア部材７０がＩＣパッケージ５０を一体的に保持し、可動ベース部材３０上に移動可能に配置されるので、ＩＣパッケージ５０の上下方向への安定した移動を実現できる。

なお、本発明の半導体素子用ソケットは、上述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。例えば、上記半導体素子用ソケット１０，６０では、バレル１５内にプランジャ１６，１７とコイルばね１８を備えたコンタクトプローブ１１を例示したが、プローブ収容孔２３，３２内に収容可能であれば別形態のコンタクトプローブを用いることもできる。

１０，６０：半導体素子用ソケット、１１：コンタクトプローブ（コンタクト端子）、１２：可動ベース用ばね（第１弾性部材）、１３：台座用ばね（第２弾性部材）、１４，８４：ストッパ部材、１５：バレル、１６：第１プランジャ、１７：第２プランジャ、１８：コイルばね、１９：テストボード（配線基板）、２０：ベース部材、２２：第１挿通孔、２３：第１プローブ収容孔、３０：可動ベース部材、３２：第２プローブ収容孔、３４：第２挿通孔、３５：貫通孔、３６：凹部、４０：可動台座（支持部材）、４２：第３挿通孔、５０：ＩＣパッケージ（半導体素子）、５２：半田ボール（電極部）、７０：キャリア部材（支持部材）

Claims

支持部材により支持される半導体素子の電極部と配線基板の電極部とを導通させるコンタクト端子と、前記配線基板上に配置され、前記コンタクト端子を収容する収容孔を有するベース部材と、を備えた半導体素子用ソケットであって、
前記ベース部材に取り付けられた第１弾性部材により前記ベース部材上に上下方向に移動可能に配置された可動ベース部材と、
前記可動ベース部材上で、前記支持部材が下方に移動することで、前記可動ベース部材を下方向へ移動させることを特徴とする半導体素子用ソケット。
請求項１に記載の半導体素子用ソケットであって、
前記支持部材は、前記可動ベース部材上に移動可能に配置された可動台座であり、
前記可動台座は、前記ベース部材に取り付けられた第２弾性部材により前記可動ベース部材上に配置されていることを特徴とする半導体素子用ソケット。
請求項２に記載の半導体素子用ソケットであって、
前記可動台座が、ストッパ部材によって上下方向にガイドされることを特徴とする半導体素子用ソケット。
請求項２又は３に記載の半導体素子用ソケットであって、
前記可動ベース部材が、ストッパ部材によって上下方向にガイドされることを特徴とする半導体素子用ソケット。
請求項２から４のいずれかに記載の半導体素子用ソケットであって、
前記可動ベース部材が、前記可動台座の入り込む凹部を有していることを特徴とする半導体素子用ソケット。