特開 2023-173518 プローブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023173518

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】プローブ

(51)【国際特許分類】

   G01R 1/067 20060101AFI20231130BHJP

【ＦＩ】

G01R1/067 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022085828

(22)【出願日】2022-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】000006758

【氏名又は名称】株式会社ヨコオ

(74)【代理人】

【識別番号】100136375

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 弘実

(74)【代理人】

【識別番号】100079290

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 隆

(72)【発明者】

【氏名】林 拓也

【テーマコード（参考）】

2G011

【Ｆターム（参考）】

2G011AA04

2G011AA09

2G011AB01

2G011AB03

2G011AB04

2G011AC14

2G011AC31

(57)【要約】

【課題】プランジャの内部側圧を確実に発生させて抵抗値の安定化を図る。
【解決手段】バレルの一端部に設けられる第１プランジャと、前記バレル内を摺動自在で、前記バレルの他端部から突出する第２プランジャと、前記第１プランジャと前記第２プランジャとを互いに離れる方向に付勢するスプリングとを備え、前記スプリングは、疎巻部と、この一端側に位置して前記第１プランジャに当接する第１座巻部と、他端側に位置して前記第２プランジャに当接する第２座巻部とを有し、前記第１座巻部の中心軸は、前記疎巻部の中心軸に対して第１の方向にオフセットし、かつ前記第２座巻部の中心軸は、前記疎巻部の中心軸に対して前記第１の方向とは反対の第２の方向にオフセットしている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性で中空のバレルと、
前記バレルの一方の端部に設けられる導電性の第１プランジャと、
前記バレル内を摺動自在で、前記バレルの他方の端部から突出する導電性の第２プランジャと、
前記バレル内に設けられ、前記第１プランジャと前記第２プランジャとを互いに離れる方向に付勢するスプリングと、を備え、
前記スプリングは、疎巻部と、前記疎巻部の一端側に位置して前記第１プランジャに当接する第１座巻部と、前記疎巻部の他端側に位置して前記第２プランジャに当接する第２座巻部と、を有し、
前記第１座巻部の中心軸は、前記疎巻部の中心軸に対して第１の方向にオフセットし、かつ前記第２座巻部の中心軸は、前記疎巻部の中心軸に対して前記第１の方向とは反対の第２の方向にオフセットしている、プローブ。

【請求項2】

前記第２プランジャは前記第２座巻部と係合する凸部を有する、請求項１に記載のプローブ。

【請求項3】

前記第１プランジャは前記第１座巻部と係合する凸部を有し、前記第２プランジャは前記第２座巻部と係合する凸部を有する、請求項１に記載のプローブ。

【請求項4】

前記疎巻部の外周端と、前記第１座巻部及び前記第２座巻部の外周端とは、前記第１座巻部及び前記第２座巻部の中心軸が、それぞれ前記疎巻部の中心軸に対してオフセットした方向の外側で揃っている、請求項１から３のいずれか一項に記載のプローブ。

【請求項5】

前記第１座巻部及び前記第２座巻部は、前記スプリングの中心軸に垂直な軸を回転支点として１８０°回転させたとき、前記疎巻部に対して同じ位置関係となる、請求項１から３のいずれか一項に記載のプローブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プローブに関する。

【背景技術】

【0002】

図１及び図２は従来のプローブ５を示す。このプローブ５は、導電性で中空のバレル（チューブ）５０の一方の端部に導電性の第１プランジャ６０を固着し、バレル５０の他方の端部から突出可能に導電性の第２プランジャ７０を摺動自在に設けている。そして、プローブ５は、バレル５０内の導電性のスプリング８０で第２プランジャ７０の先端部をバレル５０から突出させる向きに付勢する構成である。

【0003】

この場合、スプリング８０は両端部がテーパー状に小径となっていて、第１及び第２プランジャ６０，７０の基端側端面に形成された凸部６１，７１の外周にスプリング８０の端部を係合させている。しかし、スプリング８０の中間部に対して両端部を同心のテーパー状小径部とした構造であると、スプリング圧縮時の図２から判るように、スプリング８０が直線的にほぼ密着巻状態にまで縮む。側圧、つまりバレル５０の内壁に第２プランジャ７０の入管部７２を押し付ける向きの側方の圧力を発生させることが困難である。このため、プローブ５の抵抗値、換言すれば、第１プランジャ６０と第２プランジャ７０間の抵抗値が安定しない。

【0004】

また、下記特許文献１には、ピンのスプリングに接触する部分（以下、ピン底面という）を円錐に加工するともに、ピンとチューブの穴で構成された空間内に、スプリングを設置したプローブピンが開示されている。この場合、スプリングは、径がほぼ等しい中央部分と、これに隣接しかつ徐々に径が小さくなりかつその中心軸が中央部分の中心軸から斜め方向にオフセットされたテーパ部分をもち、全体として湾曲した形状が特徴となっている。使用時にピン底面の円錐部とチューブ穴底面により、スプリングの両端が押し縮められると、ピンはスプリングのテーパ部分によってチューブの軸方向から傾斜した方向に荷重を受けるため、ピンは傾いた状態にあり、ピンがチューブ内壁に押し付けられることでスプリングの軸方向の圧縮量に応じた側圧を発生させている。但し、スプリングの構造は複雑で製造に手間がかかる可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５１９７７５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のように、図１及び図２に示す一般的なスプリング構造のプローブであると側圧を安定的に発生させることができず、プローブの抵抗値が安定しない。また、特許文献１のプローブピンの場合にはスプリング構造が複雑な場合の適用が難しい。

【0007】

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的の一例は、比較的簡単なスプリング構造でプランジャの内部側圧を確実に発生させて抵抗値の安定化を図ったプローブを提供することにある。本発明の他の目的は、本明細書の記載から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、プローブであって、導電性で中空のバレルと、
前記バレルの一方の端部に設けられる導電性の第１プランジャと、
前記バレル内を摺動自在で、前記バレルの他方の端部から突出する導電性の第２プランジャと、
前記バレル内に設けられ、前記第１プランジャと前記第２プランジャとを互いに離れる方向に付勢するスプリングと、を備え、
前記スプリングは、疎巻部と、前記疎巻部の一端側に位置して前記第１プランジャに当接する第１座巻部と、前記疎巻部の他端側に位置して前記第２プランジャに当接する第２座巻部と、を有し、
前記第１座巻部の中心軸は、前記疎巻部の中心軸に対して第１の方向にオフセットし、かつ前記第２座巻部の中心軸は、前記疎巻部の中心軸に対して前記第１の方向とは反対の第２の方向にオフセットしている。

【0009】

本発明の上記態様によれば、比較的簡単なスプリング構造でプランジャの内部側圧を確実に発生させて抵抗値の安定化を図ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】従来のプローブの縦断面図である。

【図2】従来のプローブであって、圧縮状態の縦断面図である。

【図3】本発明に係るプローブの実施の形態１を示す縦断面図である。

【図4】実施の形態１であって、圧縮状態の縦断面図である。

【図5】図４の要部を拡大した要部拡大断面図である。

【図6】実施の形態１で用いるスプリングの正面図である。

【図7】同左側面図である。

【図8】同右側面図である。

【図9】実施の形態１で示したプローブの使用例を示す説明図である。

【図10】本発明に係るプローブの実施の形態２を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0012】

図３から図８を用いて本発明に係るプローブの実施の形態１を説明する。図３は本発明に係るプローブの実施の形態１を示す縦断面図、図４は同じく圧縮状態の縦断面図、図５は図４の要部を拡大した要部拡大断面図である。これらの図に示すように、プローブ１は、導電性で中空のバレル（チューブ）１０の一方の端部に導電性の第１プランジャ２０を固着し、バレル１０の他方の端部から突出可能に導電性の第２プランジャ３０を摺動自在に設けている。スプリング４０は、第１プランジャ２０と第２プランジャ３０とを互いに離れる方向に付勢する。そして、プローブ１は、バレル１０内の導電性のスプリング４０で第２プランジャ３０の先端部をバレル１０から突出させる向きに付勢する構成である。但し、スプリング４０の構成が図１及び図２に示した従来例とは大きく異なっている。

【0013】

図６は外力が無いときのスプリング４０の正面図、図７は左側面図、図８は右側面図である。これらの図に示すように、スプリング４０は弾性金属線を巻回した導電性のコイルスプリングであり、一定の外径となるように巻かれた疎巻部４１と、疎巻部４１の一端側に位置して第１プランジャ２０に当接する第１座巻部４２と、疎巻部４１の他端側に位置して第２プランジャ３０に当接する第２座巻部４３とを有する。疎巻部４１は圧縮バネとして機能する有効巻部である。第１座巻部４２及び第２座巻部４３は疎巻部４１よりも小径であり、例えば密巻きである。図７及び図８からわかるように、第１座巻部４２の中心軸ａは、疎巻部４１の中心軸ｃに対して第１の方向にオフセットし、かつ疎巻部４１の外周端と第１座巻部４２の外周端とは、疎巻部４１の中心軸ｃに対してオフセットする第１の方向の外側で揃っている。第２座巻部４３の中心軸ｂは、疎巻部４１の中心軸ｃに対して前記第１の方向とは反対の第２の方向にオフセットし、かつ疎巻部４１の外周端と第２座巻部４３の外周端とは、疎巻部４１の中心軸ｃに対してオフセットする第２の方向の外側で揃っている。

【0014】

プローブ１において、バレル１０は円柱状中空部を有し、バレル１０の一方の端部に設けられる第１プランジャ２０は、フランジ部２１と、バレル１０の一方の端部と嵌合する基端側の入管部２２と、バレル１０の外側に突出する先端部２５とを有する。先端部２５は尖った突起部２６を複数有している。入管部２２はフランジ部２１よりも小径であって、入管部２２の中間位置にはその外周を周回する凹溝２３が形成されている。そして、バレル１０の加工（例えばポンチ加工）により、バレル１０の内周に凹溝２３と係合する凸部１１を形成することで、バレル１０に対して第１プランジャ２０を固定している。なお、第１プランジャ２０の基端側端面にはスプリング４０と係合する凸部は存在しない。

【0015】

中空のバレル１０の他方の端部に設けられる第２プランジャ３０は、基端側の入管部３１と、入管部３１よりも小径の先端部３５とを有する。入管部３１はバレル１０の円柱状中空部内壁に対して摺動自在な摺動部３１ａと、その基端側に形成されたテーパ状面取り部３１ｂとを有する。入管部３１は、バレル１０端部のかしめ部１２により、バレル１０から外れないように保持される。第２プランジャ３０はその基端側端面に形成された凸部３２を有する。凸部３２は例えば第２プランジャ３０の中心軸３０ａと同心の円柱状でありスプリング４０の第２座巻部４３が嵌まり易いように先端側が先細のテーパとなっている。

【0016】

第１座巻部４２は第１プランジャ２０の平坦な基端側端面に当接している。第２座巻部４３は、第２プランジャ３０の基端側端面に当接して第２プランジャ３０の先端部３５をバレル１０から突出する向きに付勢するとともに、第２プランジャ３０の凸部３２の基部の片側（図５では基部の下側）と係合して第２プランジャ３０を傾ける向きの力を発生する。つまり、図２Ｃのスプリング圧縮状態の拡大断面図において、スプリング４０の疎巻部４１は略菱形状に縮むため、バレル１０の中心軸１０ａに対して傾いて縮むことになる。このため、スプリング４０側からみたとき、第２座巻部４３は第２プランジャ３０をバレル１０の中心軸１０ａに対し傾いた力Ｆａで押すことになる。力Ｆａは側圧成分Ｆａ１とバレル１０の中心軸１０ａに平行な側圧に寄与しない成分Ｆａ２とに分解でき、側圧成分Ｆａ１が発生することが判る。また、スプリング４０を圧縮する第２プランジャ３０側からみたとき、第２プランジャ３０はスプリング４０をバレル１０の中心軸１０ａに対し傾いた力Ｆｂで押すことになる。力Ｆｂは側圧成分Ｆｂ１とバレル１０の中心軸１０ａに平行な側圧に寄与しない成分Ｆｂ２とに分解でき、側圧成分Ｆｂ１が発生することが判る。この側圧成分により入管部３１の摺動部３１ａの基端側部分が確実にバレル１０の内壁に接触する。

【0017】

以上の実施の形態１の構成において、図３の無荷重の状態であってもスプリング４０の第１座巻部４２が疎巻部４１に対して第１の方向にオフセットし、第２座巻部４３が疎巻部４１に対して第２の方向にオフセットしていることに起因して、疎巻部４１はバレル１０の中心軸１０ａに対して傾き、側圧を発生する。この結果、第２プランジャ３０の中心軸３０ａが、バレル１０の中心軸１０ａに対して傾く方向に力が加わり、第２プランジャ３０の摺動部３１ａの基端側部分がバレル１０の内壁に接触する。このため、プローブ１の抵抗値、つまり第１プランジャ２０と第２プランジャ３０間の抵抗値は十分低く保持される。また、図４及び図５のように荷重によって第２プランジャ３０の先端部２５が押し込まれた状態では、スプリング４０の疎巻部４１は略菱形状に縮むため、バレル１０の中心軸１０ａに対して傾き、第２座巻部４３を介して第２プランジャ３０の凸部３２にオフセット方向の力が加わり側圧が発生する。この場合も同様に、第１プランジャ２０と第２プランジャ３０間の抵抗値は十分低く保持される。

【0018】

図９は実施の形態１に示したプローブ１の使用例を示す説明図である。この場合、プローブ１は絶縁支持体１００を有するソケット９０に組み込まれている。絶縁支持体１００は貫通孔１０１ａを有する第１絶縁支持体１０１と、貫通孔１０２ａを有する第２絶縁支持体１０２とを重ねた構造であり、貫通孔１０１ａ及び貫通孔１０２ａ内にプローブ１が脱落しないように保持されている。

【0019】

ソケット９０を使用して半導体等の検査対象物１１０の検査を行う場合、第１プランジャ２０の突起部２６が検査対象物１１０のバンプ１１１に押された状態で接触し、第２プランジャ３０の先端部３５が検査用基板１２０の電極１２１に当接する。これにより、プローブ１を介して検査対象物１１０のバンプ１１１と検査用基板１２０間を電気接続する。

【0020】

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

【0021】

(1) バレル１０内のスプリング４０には、疎巻部４１の一端側及び他端側に疎巻部４１よりも小径の第１座巻部４２及び第２座巻部４３がそれぞれ設けられ、第１座巻部４２の中心軸ａは、疎巻部４１の中心軸ｃに対して第１の方向にオフセットし、かつ第２座巻部４３の中心軸ｂは、中心軸ｃに対して前記第１の方向とは反対の第２の方向にオフセットしている。このため、疎巻部４１はその中心軸ｃがバレル１０の中心軸１０ａに対して傾いた状態で圧縮される。この結果、バレル１０に摺動自在に設けられた第２プランジャ３０をバレル内壁方向に押す内部側圧が発生し、プローブ１の抵抗値、つまり第１プランジャ２０と第２プランジャ３０間の抵抗値を安定的に低い値に維持できる。従来のプローブではスプリングの撓みが発生しにくく、抵抗値が安定しなかったが、本実施の形態の構造では側圧を確実に発生させて安定した低抵抗値を実現できる。

【0022】

(2) 第２プランジャ３０は、スプリング４０の第２座巻部４３が当接する基端側端面を有するが、さらに基端側端面から突出する凸部３２を有する。この凸部３２に第２座巻部４３が係合して第２座巻部４３のオフセット方向に力を加えるため、より確実に側圧を発生できる。なお、第１プランジャ２０はバレル１０に固定されており、その基端側端面は凸部の無い平坦面でよい。平坦面であっても、図３，図４及び図５のようにスプリング４０はバレル１０の中心軸１０ａに対して傾いた状態で安定する。

【0023】

(3) 凸部３２は先端側に向けてテーパ状に小径となっているため、スプリング４０の第２座巻部４３が嵌まりやすく、組立作業性が良い。

【0024】

(4) スプリング４０の第１座巻部４２及び第２座巻部４３は、スプリング４０の中心軸（疎巻部４１の中心軸ｃと考えて良い）に垂直な軸を回転支点として１８０°回転しても疎巻部４１に対して同じ位置関係となるため、天地逆さでも同じ性能が出るため組立性がよい。組立時にスプリング４０のバレル１０への挿入方向に配慮する必要が無い。

【0025】

(5) スプリング４０の疎巻部４１の外周端と、第１座巻部４２の外周端とは、第１座巻部４２の中心軸が疎巻部４１の中心軸に対してオフセットした方向の外側で揃っている。すなわち、図３等では、第１座巻部４２の下方が疎巻部４１の左下方と揃っている。また、スプリング４０の疎巻部４１の外周端と、第２座巻部４３の外周端とは、第２座巻部４３の中心軸が疎巻部４１の中心軸に対してオフセットした方向の外側で揃っている。すなわち、図３等では、第２座巻部４３の上方が疎巻部４１の右上方と揃っている。以上のことから、第１座巻部４２及び第２座巻部４３の中心軸が、それぞれ疎巻部４１の中心軸に対してオフセットしたオフセット量を大きくでき、プローブ１の製造も容易である

【0026】

図１０は、本発明に係るプローブの実施の形態２を示す。この場合、プローブ２の第１プランジャ２０Ａはバレル１０に固定ではなく、第２プランジャ３０と同様の構造を有してバレル１０に対して摺動自在である。その他の構成は前述の実施の形態１と同様である。

【0027】

実施の形態２の構成では、第１プランジャ２０Ａ及び第２プランジャ３０共に可動であるため、伸縮のストロークを大きくすることが可能となる。その他の効果は実施の形態１に準ずる。

【0028】

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

【0029】

実施の形態１では、バレルと第１プランジャが別部品である場合を説明したが、第１プランジャがバレルと一体に一部品で形成されたバレル・プランジャ構造であってもよい。また、独立したバレルが無い構成であってもよい。

【0030】

実施の形態１では、第１プランジャは先端部に尖った突起部を複数有している場合を図示したが、突起部は１個でもよく、その形状及び配置は検査対象物のバンプ若しくは電極等に対応させて適宜変更可能である。

【0031】

実施の形態１及び２では、スプリング４０を第１プランジャ２０（２０Ａ）から見たときに、スプリング４０が右巻きになっている場合を図示したが、左巻きであってもよい。

【0032】

本明細書によれば、以下の態様のプローブが提供される。
（態様１）
態様１は、導電性で中空のバレルと、
前記バレルの一方の端部に設けられる導電性の第１プランジャと、
前記バレル内を摺動自在で、前記バレルの他方の端部から突出する導電性の第２プランジャと、
前記バレル内に設けられ、前記第１プランジャと前記第２プランジャとを互いに離れる方向に付勢するスプリングと、を備え、
前記スプリングは、疎巻部と、前記疎巻部の一端側に位置して前記第１プランジャに当接する第１座巻部と、前記疎巻部の他端側に位置して前記第２プランジャに当接する第２座巻部と、を有し、
前記第１座巻部の中心軸は、前記疎巻部の中心軸に対して第１の方向にオフセットし、かつ前記第２座巻部の中心軸は、前記疎巻部の中心軸に対して前記第１の方向とは反対の第２の方向にオフセットしている、プローブである。

【0033】

上述の態様１によれば、前記第２プランジャを前記バレル内壁方向に押す内部側圧を発生させて、プローブの抵抗値、つまり前記第１プランジャと前記第２プランジャ間の抵抗値を安定的に低い値に維持できる。

【0034】

（態様２）
態様２は、前記第２プランジャは前記第２座巻部と係合する凸部を有する。

【0035】

上述の態様２によれば、前記第２プランジャ側の凸部に前記第２座巻部が係合して前記第２座巻部のオフセット方向に力を加えるため、より確実に側圧を発生できる。

【0036】

（態様３）
態様３は、前記第１プランジャは前記第１座巻部と係合する凸部を有し、前記第２プランジャは前記第２座巻部と係合する凸部を有する。

【0037】

上述の態様３によれば、前記第１及び第２プランジャが前記バレル内を摺動自在な場合においても、前記第１プランジャ側の凸部に前記第１座巻部が係合して前記第１座巻部のオフセット方向に力を加えるとともに、前記第２プランジャ側の凸部に前記第２座巻部が係合して前記第２座巻部のオフセット方向に力を加えるため、第１及び第２プランジャの両側において確実に側圧を発生できる。

【0038】

（態様４）
態様４は、前記疎巻部の外周端と、前記第１座巻部及び前記第２座巻部の外周端とは、前記第１座巻部及び前記第２座巻部の中心軸が、それぞれ前記疎巻部の中心軸に対してオフセットした方向の外側で揃っている。

【0039】

上述の態様４によれば、前記疎巻部に対する前記第１及び第２座巻部のオフセット量を大きくでき、製造も容易である。

【0040】

（態様５）
態様５は、前記第１座巻部及び前記第２座巻部が、前記スプリングの中心軸に垂直な軸を回転支点として１８０°回転させたとき、前記疎巻部に対して同じ位置関係となる。

【0041】

上述の態様５によれば、前記スプリングが天地逆さでも同じ性能が出るため組立性がよい。組立時に前記スプリングの前記バレルへの挿入方向に配慮する必要が無い。

【符号の説明】

【0042】

１，２ プローブ
１０ バレル
１０ａ バレルの中心軸
２０，２０Ａ 第１プランジャ
３０ 第２プランジャ
３０ａ 第２プランジャの中心軸
４０ スプリング
４１ 疎巻部
４２ 第１座巻部
４３ 第２座巻部
ａ 第１座巻部の中心軸
ｂ 第２座巻部の中心軸
ｃ 疎巻部の中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】