(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
このようなICソケットにおいては、ワイヤープローブの接触部とICパッケージの端子とを電気的に接続する際に、その接続の安定性や信頼性を十分に確保する必要がある。
【0007】
しかしながら、このような従来のICソケットを、長期間に渡って繰り返し使用するような場合には、ICパッケージの端子の形成材料が、ワイヤプローブの接触部に付着等し、その接触部の電気抵抗が増大することにより、電
気的接続の安定性や信頼性が確保できなくなるおそれがある。例えば、このICパッケージの端子を鉛フリー半田(スズ)で形成すると共に、多数のICパッケージについて高温下でのバーンインテストを繰り返し行ったような場合、そのスズが溶融して
ワイヤプローブの接触部に付着し、合金化する。その結果、そのワイヤプローブとIC
パッケージの端子との接触抵抗が増大して、動作試験等の信頼性等が損なわれることになる。
【0008】
ここで、ICパッケージの端子の形成材料を、ワイヤプローブの接触部に付着等し難くするためには、このICパッケージの端子に対するワイヤプローブの接圧を、可能な限り小さくすることが望ましい。
【0009】
そこで、この発明は、電気部品の電極に対する電気接触子の接圧を非常に小さくできる電気部品用ソケットを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
かかる課題を解決するために、請求項1の発明は、
第1の挿通孔を有し、第1の電気部品を収容する第1のプレートと、
第2の挿通孔を有し、第2の電気部品に対向して配置された第2のプレートと、
第3の挿通孔を有し、該第1のプレートと該第2のプレートとの中間に配置された、絶縁性の第3のプレートと、前記第1の電気部品と前記第2の電気部品とを電気的に接続する、複数の電気接触子と、を有する電気部品用ソケットであって、それぞれの前記電気接触子は、前記第3のプレートの
前記第3の挿通孔に挿通され、前記第1のプレートに向かって傾斜して延設された略直線状の第1のばね領域及び前記第2のプレートに向かって傾斜して延設された略直線状の第2のばね領域とを有する、ばね部と、該ばね部の該第1のばね領域から延設され、前記第1のプレートに設けられた
前記第1の挿通孔に挿通されて、前記第1の電気部品の第1の電極に接触される第1の接触部と、該ばね部の該第2のばね領域から延設され、前記第2のプレートに設けられた
前記第2の挿通孔に挿通されて、前記第2の電気部品の第2の電極に接触された第2の接触部と、を有
し、前記ばね部は、ばね性線材の中央部分を、略「く」の字状又は略「コ」の字状に塑性変形させることによって形成されており、前記第1のプレートは昇降可能に設けられると共に、前記第2のプレートは固定されており、前記第3のプレートは、前記複数の電気接触子の、前記第1のばね領域と前記第2のばね領域の境界部分に係止されることによって、移動自在に、前記複数の電気接触子に支持されていることを特徴とする。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1に記載の構成に加えて、
前記第1のプレートが前記第2のプレートの上方に位置し、前記ばね部が左方へ略「く」の字状又は略「コ」の字状に塑性変形されているとした場合に、前記第3のプレートは、前記第1のプレートが付勢力に抗して下降して前記第1の電極が前記第1の接触部に圧接されるとき、右下方へ移動し、前記第1のプレートが上昇して前記第1の電極が前記第1の接触部から離間するとき、左上方へ移動することを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
請求項1の発明によれば、ばね部の付勢力を、第1のプレートに向かって傾斜して延設された略直線状の第1のばね領域及び第2のプレートに向かって傾斜して延設された略直線状の第2のばね領域とによって発生させるので、第1の電気部品の第1の電極に対する電気接触子の接圧を非常に小さくすることができる。このため、第1の電気部品の第1の電極の形成材料が、電気接触子の第1の接触部に付着し難くなり、従って、電気接触子を第1の電気部品に接触させた際の接触抵抗を十分に低くできると共に、この接触抵抗が長期間の使用で増大し難い電気部品用ソケットを提供できる。
また、請求項1の発明によれば、ばね部を、ばね性線材の中央部分を略「く」の字状又は略「コ」の字状に塑性変形させることによって形成するので、簡単な工程で安価に電気部品用ソケットを製造できる。
また、請求項1の発明によれば、第1のプレートを昇降可能に設ける一方で、第2のプレートを固定したので、第1の電気部品の第1の電極に対する接圧を非常に小さくしても、第2の電気部品の第2の電極に対する接圧を、十分に大きくできる。
また、請求項1の発明によれば、第3のプレートを、電気接触子の第1のばね領域と第2のばね領域の境界部分に係止させることとしたので、第1の電気部品を第1のプレートに収容する際の、この電気接触子の変形を円滑に行うことができる。
【0015】
請求項2の発明によれば、
第1のプレートが第2のプレートの上方に位置し、ばね部が左方へ略「く」の字状又は略「コ」の字状に塑性変形されているとした場合に、第3のプレートは、第1のプレートが付勢力に抗して下降して第1の電極が第1の接触部に圧接されるとき、右下方へ移動し、第1のプレートが上昇して第1の電極が第1の接触部から離間するとき、左上方へ移動し、第3のプレートが斜め方向に自在に移動することで、第1の電極と電気接触子の先端部との接触や離間(すなわち、第1のプレートの昇降)を円滑に行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
[発明の実施の形態1]
図1及び
図2に示したように、この実施形態において、「電気部品用ソケット」としてのICソケット12は、「第2の電気部品」としての配線基板10上に配設されて、「第1の電気部品」としてのICパッケージ11を収容する。そして、このICソケット12を介して、ICパッケージ11の「第1の電極」としての半田ボール11aと配線基板10の「第2の電極」としての電極10aとを電気的に接続する。
【0020】
このICソケット12は、「電気接触子」としての複数本のワイヤプローブ13と、「第1のプレート」としての上側プレート14と、「第3のプレート」としての中間プレート15と、「第2のプレート」としての下側プレート16と、エラストマシート17とを備えている。
【0021】
ワイヤプローブ13は、ICパッケージ11の半田ボール11aと配線基板10の電極10aとを電気的に接続する電気接触子であり、1本のワイヤ線材を塑性変形することによって形成される(後述)。これらのワイヤプローブ13は、ICソケット12内に、垂直方向に沿って、例えばマトリクス状に配置される。
【0022】
図2(a)、(b)は、これら複数本のワイヤプローブ13のうち、二本のみを示している。
図2に示すように、これらのワイヤプローブ13は、ばね部13aと、このばね部13aから上方に延設された第1の接触部13bと、このばね部13aから下方向に延設された第2の接触部13cとを備えている。
【0023】
ばね部13aは、その中央部13dが中間プレート15の挿通孔15aに挿通されると共に、その中央部13dから上方向(すなわち、上側プレート14に近づく方向)に、第1のばね領域13eが、傾斜して延設され、また、その中央部13dから下方向(すなわち、下側プレート16に近づく方向)に、第2のばね領域13fが、傾斜して延設されている。この結果、ばね部13aは、略「く」の字状を呈している(略「コ」の字状でも良い)。ばね部13aを「く」の字状や「コ」の字状に形成することで、このばね部13aの変形(第1の接触部13bの昇降)に伴う付勢力の変動を非常に少なくすることができる。
【0024】
第1の接触部13bは、上側プレート14の挿通孔14aに挿通される。この第1の接触部13bは、
図4(a)に拡大して示すように、その先端に、略円錐状の先端部31が設けられている。更に、その先端部31には、半径が2μm以上10μm以下(望ましくは、2μm以上5μm以下)の球面部31aが形成されている。
【0025】
ここで、この球面部31aの半径を10μm以下とすることにより、第1の接触部13bとICパッケージ11の半田ボール11aとの接触面積を十分に小さくすることができ、これにより、半田ボール11aの形成材料であるスズを、第1の接触部13bの先端部31に残留し難くできる。また、この球面部31aの半径を2μm以上とすることで、その球面部31aに、耐摩耗性接点膜31b(後述)を、十分に剥がれ難い状態で形成でき、これにより、長期間繰り返してワイヤプローブ13を使用した場合でも、先端部31の摩耗による半田ボール11aの接触面積の増大を抑えられる。
【0026】
また、第2の接触部13cは、
図2(a)、(b)に示すように、下側プレート16の挿通孔16aと、エラストマシート17の挿通孔17aとに挿通される。また、この第2の接触部13cは、
図4(b)に拡大して示すように、その先端部分が、上方に90度以上屈曲されて、L字接点部32を構成している。
【0027】
ワイヤプローブ13は、例えばステンレス鋼やピアノ線(炭素鋼)、タングステン等の、ばね性の母材30を用いて、作製される。この母材30としては、例えば、長さが4〜12mm、直径が0.05〜0.2mmのものを使用できる。
【0028】
そして、各ワイヤプローブ13の、第1の接触部13bの先端部31には、導電性の耐摩耗性接点膜31b(厚さは、例えば0.1〜3.0μm)が、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition) 法やPVD(Physical Vapor Deposition)法等の成膜方法を用いて、形成されている。耐摩耗性接点膜31bは、少なくともその球面部31aを含む領域に形成されていれば良い。このように、先端部31の球面部31aに耐摩耗性接点膜31bを形成することで、この球面部31aを摩耗し難くでき、これにより、第1の接触部13bとICパッケージ11の半田ボール11aとの接触面積の増大を防止できる。この耐摩耗性接点膜31bとしては、例えば炭素膜やルテニウム膜、イリジウム膜、金膜、銀膜、パラジウム膜、ロジウム膜又はこれらの膜の合金膜を使用できるが、ワイヤプローブ13の母材30と比較して、十分な摩耗耐性を有すると共に、ICパッケージ11の半田ボール11a(スズ)に対して化学的に不活性なもの(合金化等をし難いもの)であれば、他の材料の膜でも良い。
【0029】
一方、各ワイヤプローブ13の表面のうち、少なくとも、耐摩耗性接点膜31bの形成領域とL字接点部32の屈曲部(先端部)32aとの間の表面領域31cには、電気抵抗を低減するための高導電性膜33(厚さは、例えば5〜10μm)が、例えばめっき処理によって形成されている。この高導電性膜33は、例えば銀、ニッケル、銅等を用いて形成することができるが、ワイヤプローブ13の母材30と比較して、電気抵抗が低いものであれば、他の材料の膜でも良い。また、この高導電性膜33は、上述の耐摩耗性接点膜31bと比較して、耐摩耗性は劣っていても良いが、電気伝導度が優れているものを使用することが望ましい。なお、耐摩耗性接点膜31bと高導電性膜33とは、同じ材料で形成しても良い。
【0030】
上側プレート14は、
図1に示すように、その上面側に、ICパッケージ11を収容するための収容部材21が設けられると共に、その収容部材21の略中央部分に、上述のプローブ配設領域22が設けられている。なお、収容部材21には、プローブ配設領域22上にICパッケージ11を案内するためのガイド部21aが設けられている。そして、このプローブ配設領域22内に、上述の挿通孔14aが、それぞれ形成されている。また、この上側プレート14の上面には、
図2(a)、(b)に示すように、円錐状のボールガイド14bが設けられている。このボールガイド14bに、半田ボール11aを収容することにより、ICパッケージ11が位置決めされる。ボールガイド14bは、全ての半田ボール11aに対応して設けられてもよいし、一部の半田ボール11aのみに対応して設けられてもよいし、また、ボールガイド14bを設けないこととしてもよい。
【0031】
この上側プレート14は、ICソケット12に設けられており、図示しない支持手段により、上方に付勢された状態で、昇降可能に支持されている。そして、この上側プレート14は、下方へ押圧されると、この付勢力に抗して、ガイドピン25にガイドされて下降する。ここで、この上側プレート14が上昇しているときは、
図2(a)に示したように、ICパッケージ11の半田ボール11aが、ワイヤプローブ13に設けられた第1の接触部13bの先端部31から離間した状態になる。一方、ICパッケージ11が下方に押圧されて、この上側プレート14が下降すると、
図2(b)に示したように、ICパッケージ11の半田ボール11aが、この第1の接触部13bの先端部31に圧接される。このときの、半田ボール11aと先端部31との接圧は、5グラム以下とすることが望ましい。この接圧を5グラム以下とすることにより、ワイヤプローブ13の球面部31aに形成された耐摩耗性接点膜31bの剥離や摩耗を生じ難くでき、これにより、この球面部31aと半田ボール11aとの接触面積の増大を防止できる。なお、球面部31aの半径は5μm以下であるため、この接圧を5グラム以下としても、ワイヤプローブ13の第1の接触部13bとICパッケージ11の半田ボール11aとの接触抵抗は、十分に低くなる。上述のように、ばね部13aを「く」の字状や「コ」の字状に形成した場合、このばね部13aの変形量(第1の接触部13bの昇降量)に伴う付勢力の変動を非常に少なくすることができ、このため、半田ボール11aと先端部31との接圧を設定し易い。
【0032】
中間プレート15には、
図3(b)に示すように、上側プレート14のプローブ配設領域22に対応させて、プローブ配設領域23が設けられている。そして、このプローブ配設領域23内に、上述の挿通孔15aが、それぞれ形成されている。
【0033】
この中間プレート15は、絶縁性材料で形成されると共に、各ワイヤプローブ13のばね部13aに設けられた屈曲部分(ここでは、ワイヤプローブ13の中央部13dと第2のばね領域13fとの境界部分)に係止されている。
【0034】
中間プレート15を設けることにより、ワイヤプローブ13が互いに接触して短絡することを防止できる。
【0035】
この中間プレート15は、ワイヤプローブ13に係止されているにすぎないので、上側プレート14が付勢力に抗して下降して、ICパッケージ11の半田ボール11aがワイヤプローブ13の先端部31に圧接されるとき(すなわち、
図2(a)の状態から
図2(b)の状態に変化するとき)、右下方向に平行移動する。逆に、上述の上側プレート14が上昇して、ICパッケージ11の半田ボール11aがワイヤプローブ13の先端部31から離間するとき(すなわち、
図2(b)の状態から
図2(a)の状態に変化するとき)、この中間プレート15は、左上方向に移動する。このように、中間プレート15が斜め方向に自在に移動することで、半田ボール11aとワイヤプローブ13の先端部31との接触や離間(すなわち、上側プレート14の昇降)を円滑に行うことができる。
【0036】
なお、中間プレート15の位置は、必ずしも上側プレート14と下側プレート16との中央である必要は無く、上方又は下方にずれた位置でも良い。
【0037】
また、この実施の形態1では、中間プレート15を1枚としたが、複数枚であっても良い。中間プレート15が複数枚の場合、ワイヤプローブ13は、略「コ」の字状に形成することが望ましい。
【0038】
下側プレート16は、ICソケット12に設けられており、図示しない固定手段によって固定されている。この下側プレート16の下面には、エラストマシート17が設けられている。
【0039】
下側プレート16には、
図3(c)に示すように、上側プレート14のプローブ配設領域22に対応させて、プローブ配設領域24が設けられている。そして、このプローブ配設領域24内に、挿通孔16aが設けられている。また、エラストマシート17には、下側プレート16のこれらの挿通孔16aに対応させて、挿通孔17aが設けられている。
図2(a)、(b)に示したように、これら下側プレート16及びエラストマシート17の挿通孔16a,17aには、ワイヤプローブ13の第2の接触部13cが挿通される。そして、下側プレート16にエラストマシート17を押圧させることで、このエラストマシート17を弾性変形させ、その弾性の反力でL字接点部32の屈曲部32aを配線基板10に押圧することで、この第2の接触部13cと電極10aとを導通させている。
【0040】
なお、この実施の形態1では、エラストマシート17の押圧力をL字接点部32で受ける構成としたが、他の構成を用いて、エラストマシート17が弾性変形した際の応力を第2の接触部13cに加えてもよい。
【0041】
但し、L字接点部32を用いることにより、第2の接触部13cを折り曲げるだけで良いことや、更には、第2の接触部13cの切断部13gを電極10aに当接させる必要が無くなるので、この切断部13gを表面加工する必要が無いことにより、ワイヤプローブ13の製造コストを低減できる。
【0042】
このように、この実施の形態1では、第2の接触部13cと電極10aとの接圧は、ワイヤプローブ13のばね部13aの付勢力では無く、下側プレート16の押圧力によって与えられる。従って、この実施の形態1によれば、各ワイヤプローブ13の接圧を均一にできる。更には、第1の接触部13b側と第2の接触部13c側とで、異なる値に設定することができ、従って、ICパッケージ11の半田ボール11aへの接圧を十分に小さくしても、ワイヤプローブ13と配線基板10の電極10aとの電気的接続の信頼性が損なわれることは無い。
【0043】
次に、この実施の形態1に係るICソケット12の製造方法を説明する。
【0044】
まず、
図5(a)〜(e)を用いて、ワイヤプローブ13用のワイヤを製造する方法について説明する。
【0045】
最初に、ワイヤの母材30(
図4(a)、(b)参照)に、高導電性膜(例えば銀、ニッケル、銅等)33を、例えばめっき処理によって形成する。そして、このワイヤを、例えば50mm毎に切断する。これにより、
図5(a)に示したような、ワイヤ線材41が作製される。
【0046】
続いて、各ワイヤ線材41の一方の端部を研磨することにより、
図5(b)に示したような、略円錐状の先端部31を形成する。このとき、この先端部31の先端には、半径が2μm以上10μm以下(望ましくは、2μm以上5μm以下)の球面部31aが形成される。
【0047】
次に、各ワイヤ線材41の先端部31に、例えばPVD(Physical Vapor Deposition)やCVD(Chemical Vapor Deposition) 法を用いて、炭素(ルテニウム、イリジウム膜、金膜、銀膜、パラジウム膜、ロジウム膜又はこれらの膜の合金膜等でも良い)をコーティングする。これにより、
図5(c)に示したような、耐摩耗性接点膜31bが形成される。
【0048】
更に、このワイヤ線材41を、ワイヤプローブ13として使用する長さ(例えば6〜10mm)に切断する。これにより、
図5(d)に示したような、プローブ用ワイヤ42が得られる。
【0049】
このように、この実施の形態1では、研磨を容易にするために、長め(ここでは50mm程度)のワイヤ線材41で研磨工程(
図5(b)参照)を行い、更に耐摩耗性接点膜31bを形成した後で(
図5(c)参照)、このワイヤ線材41を切断することとした(
図5(d)参照)。但し、最初の切断(
図5(a)参照)でワイヤプローブ13の長さに切断して、
図5(d)の切断工程を行わないこととしても良い。更には、研磨工程(
図5(b)参照)の後に切断工程(
図5(d)参照)を行い、その後で、耐摩耗性接点膜31bの形成(
図5(c)参照)を行っても良い。
【0050】
その後、プローブ用ワイヤ42の、研磨処理を行っていない側の端部を折り曲げることで、L字接点部32を形成する。上述のように、この実施の形態1では、ワイヤ線材41(プローブ用ワイヤ42)の端部の研磨は第1の接触部13b側だけで良く、第2の接触部13c側にはL字接点部32を形成するだけなので、研磨工程が簡易である。
【0051】
以上により、プローブ用ワイヤ42が完成する。
【0052】
次に、
図6(a)〜(c)及び
図7(a)、(b)を用いて、ICソケット12の組立方法を説明する。
【0053】
まず、上述のような、上側プレート14、中間プレート15、下側プレート16及びエラストマシート17を作製する。そして、接着等により、エラストマシート17を、下側プレート16に配設する。続いて、下から上側プレート14、中間プレート15、下側プレート16、エラストマシート17の順に(すなわち、
図2に示したような使用時の積層順序とは表裏逆向きの状態に)、これらを積層する。このとき、挿通孔14a,15a,16a,17aの位置が一致するように、位置合わせする。
【0054】
更に、このエラストマシート17の上に、マスクプレート51を配置する。このマスクプレート51は、
図6(a)及び
図7(a)に示したように、挿通孔14a,15a,16a,17aに対応して設けられた、複数の溝部52を備えている。これらの溝部52は、プローブ用ワイヤ42のL字接点部32が収容できる位置及び大きさに形成されている。
【0055】
その後、
図6(a)及び
図7(a)に示したように、プローブ用ワイヤ42が、マスクプレート51の上方から、溝部52及び挿通孔14a,15a,16a,17aに、L字接点部32を上にして挿通される。このとき、マスクプレート51の溝部52には、このL字接点部32が収容される。L字接点部32を溝部52に収容することにより、各プローブ用ワイヤ42の、L字接点部32の方向を揃えて、これらのL字接点部32が相互に接触することを防止できる。
【0056】
続いて、
図6(b)に示したように、上側プレート14、中間プレート15及び下側プレート16を、互いに離間させる。このとき、中間プレート15の位置は、必ずしも上側プレート14と下側プレート16との中央である必要は無く、上方又は下方にずれた位置でも良い。そして、
図6(b)及び
図7(b)に示すように、図示しない固定手段で中間プレート15を固定した状態で、下側プレート16を、第1の円周方向C1に沿って平行移動させる。同様に、このように中間プレート15を固定した状態で、上側プレート14も、第2の円周方向C2に沿って移動させる(
図6(b)参照)。これにより、
図6(c)に示したように、プローブ用ワイヤ42を塑性変形させて、略「く」の字状のばね部13aと、このばね部13aから上方に延設された第1の接触部13bと、このばね部13aから下方向に延設された第2の接触部13cとを、同時に形成することができる。
【0057】
なお、この実施の形態1では、下側プレート16と上側プレート14とを同時に円周移動させたが、これらの円周移動は別々に行っても良い。
【0058】
その後、マスクプレート51を取り外す。そして、図示しない支持手段を用いて、ICソケット12内に、上側プレート14を昇降可能に取り付けると共に、下側プレート16を固定して取り付けて、ICソケット12を完成する。
【0059】
次に、かかる構成のICソケット12の使用方法について説明する。
【0060】
ICソケット12を配線基板10上に予め固定する。この固定により、ICソケット12の下側プレート16が、エラストマシート17を押圧するようになり、その結果、このエラストマシート17が弾性変形する。そして、この弾性変形の反力によってL字接点部32の屈曲部32aが配線基板10に押圧される。これにより、第2の接触部13cと電極10aとが導通する。
【0061】
そして、ICパッケージ11が、自動機により搬送され、収容部材21のガイド部21aによりガイドされて、上側プレート14のプローブ配設領域22上に収容される(
図2(a)参照)。
【0062】
その後、このICパッケージ11を、図示しない押圧手段で下方に押圧すると、上側プレート14が、図示しない支持手段の付勢力に抗し、ガイドピン25にガイドされて下降する。これにより、ICパッケージ11の半田ボール11aが、ワイヤプローブ13の先端部31に、所定の接圧で圧接されてる(
図2(b)参照)。その結果、この半田ボール11aとワイヤプローブ13の第1の接触部13bとが導通する。なお、上側プレート14の下降に伴って、中間プレート15は、右下方向に平行移動する。
【0063】
このようにして、ワイヤプローブ13を介して、ICパッケージ11を配線基板10に電気的に接続した後、バーンインテスト等が行われる。
【0064】
以上説明したように、この実施の形態1によれば、ICパッケージ11の半田ボール11aに対する接圧が非常に小さいワイヤプローブ13を構成することができる。このため、半田ボール11aの形成材料であるスズが、ワイヤプローブ13の第1の接触部13bに付着し難くなり、従って、このワイヤプローブ13をICパッケージ11に接触させた際の接触抵抗を十分に低くできると共に、その接触抵抗が長期間の使用で増大し難い。
【0065】
また、この実施の形態1によれば、ばね部13aを、ばね性線材の中央部分を略「く」の字状又は略「コ」の字状に塑性変形させることによって形成するだけでよいので、簡単な工程で安価にICソケット12を製造できる。
【0066】
更に、この実施の形態1によれば、上側プレート14に昇降可能に支持する一方で、第2のプレートを固定したので、ICパッケージ11の半田ボール11aに対する接圧を非常に小さくしても、配線基板10の電極10aに対する接圧を、十分に大きくできる。
【0067】
加えて、この実施の形態1によれば、中間プレート15を、ワイヤプローブ13の第1のばね領域13eと第2のばね領域13fとの境界部分に係止させることとしたので、ICパッケージ11を上側プレート14に収容する際の、このワイヤプローブ13の変形を円滑に行うことができる。
【0068】
なお、この実施の形態1では、この発明をICパッケージ11用のICソケット12に適用した場合を例に採って説明したが、他の種類の電気部品用のソケットにも適用できることはもちろんである。