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JP2006003252A - 電気的接続装置 - Google Patents

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JP2006003252A
JP2006003252A JP2004180680A JP2004180680A JP2006003252A JP 2006003252 A JP2006003252 A JP 2006003252A JP 2004180680 A JP2004180680 A JP 2004180680A JP 2004180680 A JP2004180680 A JP 2004180680A JP 2006003252 A JP2006003252 A JP 2006003252A
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Minoru Sato
実 佐藤
Hiroshi Funamizu
浩 船水
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Abstract

【課題】 下板の撓みを防止することにある。
【解決手段】 電気的接続装置は、上板と、該上板から下方に間隔をおいた下板と、上板及び下板の間に配置された枠状の第1のスペーサと、上板、上板及びスペーサにより形成される内側空間にあって上板及び下板の間に配置された第2のスペーサと、該第2のスペーサの配置位置を避けて内側空間を通る状態に上板及び下板を上下方向に貫通する複数のプローブとを含む。各プローブの上端及び下端は、上板及び下板と平行の面内において一方向に相対的にずれている。
【選択図】 図3

Description

本発明は、被検査体としての集積回路とその検査装置の電気回路とを電気的に接続するプローブカードのような電気的接続装置に関する。
〔用語の定義〕
本発明においては、上板の厚さ方向を上下方向といい、上板に対するプローブの針先の側(半導体ウエーハの側)を下方といい、上板に平行な面を水平面という。
しかし、電気的接続装置の実際の使用に際しては、基板の厚さ方向を斜め又は横の方向としてもよいし、上下方向を逆にして使用してもよい。
半導体デバイスのような集積回路は、その内部回路が仕様書通りに動作するか否かの通電試験(検査)をされる。そのような通電試験は、針先を集積回路の電極に押圧される複数のプローブを絶縁基板の下面に配置したプローブカードのような電気的接続装置を用いて行われる。
この種の電気的接続装置の1つとして、上板と枠状のスペーサと下板とを重ねた状態に結合させ、ニードルタイプの複数のプローブをこれらがスペーサにより形成される内部空間を通るように上板及び下板に上下方向に貫通させ、各プローブの下端を被検査体の電極に押圧する針先とした縦型の装置がある(特許文献1)。
特開2002−202337号公報
上記縦型の電気的接続装置は、L字状に屈曲されたニードルタイプのプローブを片持ち梁状に基板に組み付けた従来の一般的な装置に比べ、プローブの組み付け作業が容易であるから、廉価であり、またプローブ、ひいては針先の配置密度を高めることができるから、電極数の多い高密度の集積回路、特に半導体ウエーハから切断されていないいわゆる未切断の集積回路の通電試験に好適である。
上記従来の電気的接続装置において、上板及び下板(ひいては、半導体ウエーハ)と平行の水平面内における針先の位置の精度は、プローブの下端部の直径寸法と下板の貫通穴の直径寸法とに大きく依存する。
たとえば、プローブの下端部の直径寸法と下板の貫通穴の直径寸法との差が大きいと、プローブと下板との間に大きな遊びが存在し、その結果水平面内における針先の位置精度が不安定になる。
しかし、この種の電気的接続装置においては、プローブの直径寸法は非常に小さく、したがってプローブが貫通する上板及び下板の貫通穴の直径寸法も非常に小さい。その結果、そのような微小の直径寸法を有する貫通穴の長さ寸法を大きくすることは難しい。
上記のことから、この種の電気的接続装置においては、上板及び下板の厚さ寸法を小さくし、貫通穴の長さ寸法を小さくして、水平面内における針先の位置精度を高めなければならない。
しかし、この種の電気的接続装置においては、これを複数の集積回路を同時に検査する装置に適用しようとすると、下板のうち、スペーサに当接していない領域(プローブが貫通している領域)を大きくしなければならない。
そのような装置では、スペーサに当接していない下板領域が撓み、その結果水平面内における針先の位置が初期の目的とする位置からずれてしまい、正確な検査をすることができない。
本発明の目的は、下板の撓みを防止することにある。
本発明に係る電気的接続装置は、上板と、該上板から下方に間隔をおいた下板と、前記上板及び前記下板の間に配置された枠状の第1のスペーサと、前記上板、前記上板及び前記スペーサにより形成される内側空間にあって前記上板及び前記下板の間に配置された第2のスペーサと、該第2のスペーサの配置位置を避けて前記内側空間を通る状態に前記上板及び前記下板を上下方向に貫通する複数のプローブとを含む。各プローブの上端及び下端は、前記上板及び前記下板と平行の面内において一方向に相対的にずれている。
本発明によれば、プローブを第2のスペーサの配置位置を避けて内側空間に通して、下板の撓みを第2のスペーサにより防止しているから、被検査体と平行の面内における針先の位置が安定する。
前記複数のプローブは前記第2のスペーサを間にして前記一方向に間隔をおいており、前記第2のスペーサは前記プローブの上端及び下端に対しそれらのずれ量の2分の1だけ前記一方向に変位されていてもよい。そのようにすれば、上板及び下板の貫通穴に対する第2のスペーサの変位量が同じになる。その結果、第2のスペーサを間にして隣り合うプローブの針先の位置がより安定する。
前記第2のスペーサは柱状部材を含み、前記複数のプローブは前記第2のスペーサの周りに相互に間隔をおいていてもよい。この場合、複数のプローブは、第2のスペーサの周りを伸びる仮想的な円又は四角形に沿って間隔をおいていてもよい。
前記第2のスペーサは前記面内を前記一方向と交差する他の方向へ伸びる板状部材であってこれの幅方向を上下方向とされた板状部材を含み、前記複数のプローブは前記第2のスペーサを間にして前記一方向に間隔をおいていると共に前記他の方向に間隔をおいていてもよい。
前記下板は、前記第1のスペーサの下側に配置された中間板と、該中間板の下側に配置された底板とを含み、前記第2のスペーサは前記中間板及び前記底板のいずれか一方に組み付けられていてもよい。
図1〜図3を参照するに、電気的接続装置10は、半導体ウエーハ上の複数(図1に示す例では、8つ)の集積回路を被検査体12とし、それらの被検査体12を同時に検査するプローブカードとして用いられる。各被検査体12は、矩形の形状を有しており、また矩形の辺の方向に間隔をおいた複数の電極を各辺に有している。
電気的接続装置10は、円板状の配線基板20と、配線基板20に組み付けられた接続基板22と、接続基板22から配線基板20に伸びる複数の配線24と、接続基板22の下側に組み付けられたプローブ組立体26とを含む。
配線基板20は、ガラス入りエポキシやセラミック等の電気絶縁材料を用いて製作されている。配線基板20は、これの中央領域を厚さ方向に貫通する穴(開口)28を中央に有しており、テスターに電気的に接続される複数のテスターランド30を周縁部に多重に有しており、複数の接続ランド32を穴28の対向する2つの辺の外側に有している。
穴28は、同時に検査する集積回路の配置領域よりやや大きい矩形の形状を有している。テスターランド30と接続ランド32とは、図示しない接続線により、一対一の関係に電気的に接続されている。そのような接続線は、印刷配線技術のような適宜の手法により、配線基板20内に形成された配線とすることができる。
接続基板22は、電気絶縁材料により製作されており、また配線基板20の穴28よりやや小さい矩形の板状部34と、板状部34の上部外側に形成された矩形のフランジ部36とを備えている。接続基板22は、板状部34が穴28内に位置する状態に、フランジ部36において配線基板20の上面に複数のねじ部材38により組み付けられている。
図示の例では、接続基板22は、配線基板20の上方に突出する矩形の上部が穴28内に位置された矩形の下部より小さい板状部34と、板状部34の上部が嵌合された環状のフランジ部36とを複数のねじ部材40により結合させているが、板状部34とフランジ部36とを一体的に製作してもよい。
接続基板22は、また、板状部34をこれの厚さ方向に貫通する複数の貫通穴42を有している。各貫通穴42は、被検査体12の電極に個々に対応されている。図示の例では、貫通穴42は、複数の電極を集積回路毎に仮想的な四角形に沿って間隔をおいて有する被検査体12に適用するように、仮想的な四角形に沿って間隔をおいている。
各配線24は、図4に示すように、導電性の芯線44をその周りを覆う電気絶縁層46により保護したケーブルを用いている。各配線24の一端部は、電気絶縁層46が剥離されて露出された芯線44の端部が貫通穴42に挿入されており、また芯線44の露出した端部において接着剤48により接続基板22に結合されている。図示してはいないが、ケーブルは、電気的シールド層を電気絶縁層の周りに配置している。
各芯線44の一端面は、ほぼ接続基板22の下面の高さ位置に維持されている。各配線24の他端部は、電気絶縁層46が剥離されて、芯線44の露出した端部において半田のような導電性の接着剤により接続ランド32に結合されている。
プローブ組立体26は、接続基板22の板状部34よりやや小さい矩形の平面形状を有する直方体に形成されている。プローブ組立体26は、矩形の第1及び第2の板状部材50及び52を水平に配置し、矩形の第3の板状部材54を第2の板状部材52の上側に間隔をおいて配置し、矩形の枠の形を有する第1のスペーサ56を第2及び第3の板状部材52及び54の間に配置している。
第1の板状部材50、第2の板状部材52、第3の板状部材54及び第1のスペーサ56は、上記のように重ねられた状態で、複数のねじ部材58及び複数のねじ部材59により結合されて、複数のプローブ60を支持するプローブ支持体を構成している。
ねじ部材58は、第3の板状部材54及び枠部材56を上方から貫通して、第2の板状部材52に螺合されている。ねじ部材59は、第1の板状部材50を下方から貫通して、第2の板状部材52に螺合されている。
第1の板状部材50は、上方に開放する矩形の凹所を有している。第2の板状部材52は、第1の板状部材50の凹所を閉鎖するように、第1の板状部材50に重ねられている。第1のスペーサ56は、第2及び第3の板状部材52及び54と共に、第1の板状部材50の凹所の深さ寸法より大きい高さ寸法を有する立方体状の内側空間62を形成している。
平面的に見て、第1、第2及び第3の板状部材50、52及び54並びに第1のスペーサ56は同じ大きさを有している。第1及び第2の板状部材50及び52は、矩形の中央領域として作用する板状部において上下方向に間隔をおいている。
第1及び第2の板状部材50及び52は、それぞれ、底板及び中間板を形成しており、したがって第1及び第2の板状部材50及び52は共同して下板を形成している。第3の板状部材54は上板を形成している。
図3及び図4に示すように、第1、第2及び第3の板状部材50、52及び54は、それぞれ、それらの中央領域すなわち板状部を厚さ方向に貫通する複数の貫通穴64、66及び68を有している。
貫通穴64、66及び68は、相互に及び接続基板22の貫通穴42に個々に対応されている。貫通穴64、66及び68は、いずれも、貫通穴42の穴グループに個々に対応された複数の穴グループに分けられており、また対応する被検査体の電極の配置形状とほぼ同じ形状に配置されている。
第1及び第2の板状部材50及び52の貫通穴64及び66は、配線基板20と平行な面内において、互いに一致されているが、接続基板22の貫通穴42及び第3の板状部材54の貫通穴68に対しては一方向にずらされている。
これに対し、第3の板状部材54の貫通穴68は、配線基板20と平行な面内において、接続基板22の貫通穴42に整合されてその貫通穴42に連通されている。
しかし、貫通穴42、64、66、68を配線基板20と平行な面内において一致させてもよい。
図4及び図5に示すように、各プローブ60は、タングステン線のような導電性金属細線により、貫通穴64、66及び68の直径寸法よりやや小さい直径寸法を有する円形の断面形状の弾性変形可能の針の形に製作されており、また内側空間62を通る状態に貫通穴64、66及び68に上下方向に通されて、貫通穴64、66及び68を貫通している。
各プローブ60の上端面は、プローブ60の上端部が貫通穴68に上下方向へ移動可能に挿し込まれて、ほぼ第3の板状部材54の上面の高さ位置とされており、また配線24の芯線44の下端面に接触されている。
各プローブ60は、貫通穴64及び66を通り抜けることができない突出部70を第1及び第2の板状部材50及び52の間に備えている。各突出部70は、図示の例では、プローブ60の所定の箇所を直径方向に押し潰した扁平の形状を有している。
各プローブ60のうち、突出部70より下方の部分は、第1の板状部材50から下方に突出した針先部とされている。針先部は、直径寸法を先端(針先)側ほど小さくされている。
各プローブ60の直径寸法、特に貫通穴64、66及び68の箇所における直径寸法は、貫通穴64、66及び68のそれよりやや小さい円形の断面形状を有しているが、先端部(針先部)、好ましくは突出部70より下方側の箇所は、図4及び図5に示すように、先端(針先)側ほど小さくされている。
各プローブ60は、貫通穴66及び68が貫通穴66及び68と直角な面内において一方向に変位されていることと、突出部70が第1の板状部材50に接触した状態に芯線44により押圧されていることとから、第2及び第3の板状部材52及び54の間の領域において同じ側に湾曲されている。
上記のことから、図3に示すように、各プローブ60の針先及び針後端(上端)の中心位置72及び74は、板状部材50、52、54と平行の水平面内においてΔLだけ一方向に変位されている。
第2及び第3の板状部材52及び54は、内側空間62に配置された複数の第2のスペーサ76により、補強されている。図示の例では、被検査体12の集積回路に個々に対応された8つの第2のスペーサ76が備えられている。
各第2のスペーサ76は、円柱状の形状を有しており、一端面を第2の板状部材52に接触させ、他端面を第3の板状部材54に接触させた状態に、ねじ部材78により第2及び第3の板状部材52及び54に結合されている。
図3に示すように、各第2のスペーサ76は、対応する集積回路の電極の配置領域の中央にあって、プローブ60の針先及び針後端に対し、それらのずれ量ΔLの2分の1だけ一方向に変位されている。
すなわち、各第2のスペーサ76の中心位置77は、これを間にして一方向に隣り合うプローブ60の針先間の中心79及び針後端間(図示せず)の中心に対し、それぞれ、ずれ量ΔLの2分の1だけ正方向及び負方向に変位されている。
プローブ60は、第2のスペーサ76の配置位置を避けて内側空間62を通り抜けている。
第2の板状部材52は、上方に開放する複数の凹所80を有しており、各凹所80に第2のスペーサ76の下端部を受け入れている。
プローブ組立体26及び電気的接続装置10は、例えば、以下のように組み立てることができる。
先ず、プローブ60の先端部が第1の板状部材50の貫通穴64に通され、プローブ60の突出部70より上方の部位が第2の板状部52の貫通穴66に通される。この状態において、第1及び第2の板状部材50及び52がねじ部材59により結合される。第2のスペーサ76は、第2の板状部材52に予めねじ止めされている。
次いで、プローブ60のさらに上方の部位が第1のスペーサ56に通され、プローブ60の上部が第3の板状部54の貫通穴68に通される。これにより、第1の板状部材50、第2の板状部材52、スペーサ56及び第3の板状部54は、図6(A)に示すように重ねられる。
プローブ60は、上記のように、プローブ60を貫通穴64、66、68の順に第1、第2及び第3の板状部材50、52及び54並びにスペーサ56に通してもよいし、その逆の順に通してもよい。いずれの場合も、第1及び第2の板状部材50及び52は、プローブ60を貫通穴64及び66に通した後、ねじ部材59により結合される。
図6(A)に示す状態においては、第3の板状部材54が第1及び第2の板状部材50及び52並びにスペーサ56に対し変位されて、貫通穴64、66及び68が上下方向に整列する状態(貫通穴64、66、68の軸線が一致する状態)に、第1、第2及び第3の板状部材50、52及び54並びに第1及び第2のスペーサ56及び76が維持されている。
また、プローブ60は、図6(A)に示すように、その上端部が第3の板状部材54からわずかに突出しかつ下端部が第1の板状部材50から下方に突出した状態に、貫通穴64、66、68に通されている。
次いで、図6(B)に示すように、第1、第2及び第3の板状部材50、52及び54並びに第1及び第2のスペーサ56及び76が整列するように、第3の板状部材54が第1及び第2の板状部材50及び52に対し水平方向に所定量ΔLだけ移動される。これにより、貫通穴68が貫通穴64及び66に対し水平方向にΔLだけ変位されるから、プローブ60は第2及び第3の板状部材52及び54の間において一方向に弾性変形して確実に曲げられる。
しかし、プローブ60を上記のように貫通穴64、66、68に通すときに、第1、第2及び第3の板状部材50、52及び54並びに第1及び第2のスペーサ56及び76を図3(B)に示す状態に整列させてもよい。
次いで、図6(B)に示すように、第1、第2及び第3の板状部材50、52及び54が複数のねじ部材58により上記状態に堅固に結合されると共に、第2のスペーサ76がねじ部材78により第3の板状部材54に堅固に結合される。
第1、第2及び第3の板状部材50、52及び54並びに第1及び第2のスペーサ56及び76を、ねじ部材58及び78により結合させる代わりに、接着剤により結合させてもよい。
上記のように組み立てられたプローブ組立体26は、図1、図2及び図3(C)に示すように、複数のねじ部材(図示せず)により接続基板22に堅固に結合される。接続基板22とプローブ組立体26とを結合させた後に、配線基板20と接続基板22とを組み付けてもよいし、接続基板22と配線基板20とを組み付けた後に、接続基板22とプローブ組立体26とを結合させてもよい。
接続基板22とプローブ組立体26とが結合されるとき、各プローブ60は、その上端面を対応する配線24の芯線44により下方に押される。これにより、各プローブ60は、図4(A)に示すように、上端を下方に押されて、第2の板状部材52より上方の領域で弾性変形する。
第1、第2及び第3の板状部材50、52及び54の水平面内での位置関係、並びに、プローブ組立体26及び接続基板22の水平面内での位置関係は、プローブ組立体26の第1の板状部材50、第2の板状部材52、スペーサ56及び第3の板状部材54を相互に位置決めた状態で、それらをねじ部材により結合することにより、並びに、接続基板22を貫通してプローブ組立体26に挿入された複数の位置決めピン82(図1参照)により、一定の関係に維持される。
被検査体12の通電試験時、電気的接続装置10は、プローブ60の下端(針先)が被検査体12の電極に当接された状態で、各プローブ60の下端を被検査体12の電極に押圧される。
この際、貫通穴66、68と直角の方向におけるプローブ60の先端側の位置決めが貫通穴64、66の相互作用により行われているから、貫通穴64、66と直角の方向における針先の位置が安定されており、プローブ60は被検査体12の電極に確実に接触される。
プローブ60の下端が被検査体12の電極に押圧されると、プローブ60は、図4(B)に一点鎖線で示す状態から同図に実線で示すように、所定のオーバードライブODを受けて、第2及び第3の板状部材52及び54の間の領域において弾性変形する。これにより、プローブ60は、これが貫通穴64及び66を遊びを有する状態で貫通していることに起因して、その下端が被検査体12の電極に対しわずかに水平方向へ移動して、電極にこすり作用を与える。
上記オーバードライブによるプローブ60の変位は、第1及び第2の板状部材50及び52の間隔が第2及び第3の板状部材52及び54の間隔より小さいことにより抑えられる。また、プローブ60は、オーバードライブにより、第2及び第3の板状部材52及び54の間の領域において確実に変形する。
プローブ60の突出部70がオーバードライブにより第2の板状部材52を上方に押圧しても、第2の板状部材52の変形は第2のスペーサ76により防止される。このため、プローブ60はほぼ同じ針圧で被検査体12の電極に押圧される。
上記の電気的接続装置10によれば、プローブ60を第2のスペーサ76の配置位置を避けて内側空間62に通して、第2の板状部材52の撓みを第2のスペーサ76により防止しているから、被検査体12と平行の面内における針先の位置が安定する。
また、複数のプローブ60が第2のスペーサ76を間にして一方向に間隔をおいており、第2のスペーサ76がプローブ60の上端及び下端に対しそれらのずれ量ΔLの2分の1だけ一方向に変位されているから、貫通穴64、66及び68に対する第2のスペーサ76の変位量が同じになる。その結果、第2のスペーサ76を間にして隣り合うプローブ60の針先の位置がより安定する。
上記の実施例において、プローブ60は、被検査体12の集積回路毎の群に分けられており、群毎に対応する第2のスペーサ76の周りに相互に間隔をおいていている。図示の例の場合、各集積回路が複数の電極を仮想的な四角形状に配置しているから、各群のプローブ60は仮想的な四角形に沿って間隔をおいている。
しかし、各集積回路が複数の電極を仮想的な円状に配置している場合、各群のプローブ60は仮想的な円に沿って間隔をおく状態に配置される。
上記いずれの場合も、貫通穴66、68に対する第2のスペーサ76の変位量がΔLと同じになるから、第2のスペーサ76を間にして隣り合うプローブ60の針先の位置がより安定する。
第2のスペーサ76を、第2の板状部材52に組み付ける代わりに、図7に示すように、第1の板状部材50に組み付けてもよい。また、第2のスペーサ76を、円柱状とする代わりに、角柱状又は板状としてもよい。
図8に示す実施例においては、水平面内を一方向と交差する他の方向へ伸びる板状部材を第2のスペーサ90として用いている。板状の第2のスペーサ90は、これの幅方向を上下方向とされた状態に第1又は第2の板状部材50又は52に取り付けられている。複数のプローブ60は、第2のスペーサ90を間にして一方向に間隔をおいていると共に、他の方向に間隔をおいている。
第2のスペーサ90を用いる場合も、前記実施例と同様の作用効果を奏する。
本発明は、プローブ組立体が被検査体の上側又は下側となる状態で使用してもよいし、プローブ組立体を横又は斜めにした状態で使用してもよい。
本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。
本発明に係る電気的接続装置の一実施例を示す平面図であって、配線を除去して示す図である。 図1に示す電気的接続装置の正面図である。 図1に示す電気的接続装置のプローブ組立体の一実施例を示す図であり、(A)はプローブの配列状態を示す平面図、(B)はプローブ組立体の拡大縦断面図である。 プローブの作用を説明するための拡大断面図であって、(A)は無負荷状態のプローブを実線で示す、(B)は無負荷状態のプローブを一点鎖線で示すと共に加負荷状態時のプローブを実線で示す図である。 本発明で用いるプローブの一実施例を示す図であって、(A)は側面図、(B)は正面図である。 図1に示す電気的接続装置のプローブ組立体の組み立て方法を説明するための断面図である。 プローブ組立体の他の実施例を示す拡大断面図である。 他の形状を有する第2のスペーサを用いた実施例を示すプローブ組立体の要部の平面図である。
符号の説明
10 電気的接続装置
12 被検査体
20 配線基板
22 接続基板
24 配線
26 プローブ組立体
28 穴
42,64,66,68 貫通穴
50,52 第1及び第2の板状部材(下板)
54 第3の板状部材(上板)
56,76 第1及び第2のスペーサ
58,59,78 ねじ部材
60 プローブ
62 内部空間
72 針先のセンタ位置
74 針後端間の中心位置
77 第2のスペーサの中心位置

Claims (5)

  1. 上板と、該上板から下方に間隔をおいた下板と、前記上板及び前記下板の間に配置された枠状の第1のスペーサと、前記上板、前記上板及び前記スペーサにより形成される内側空間にあって前記上板及び前記下板の間に配置された第2のスペーサと、該第2のスペーサの配置位置を避けて前記内側空間を通る状態に前記上板及び前記下板を上下方向に貫通する複数のプローブとを含み、各プローブの上端及び下端は、前記上板及び前記下板と平行の面内において一方向に相対的にずれている、電気的接続装置。
  2. 前記複数のプローブは前記第2のスペーサを間にして前記一方向に間隔をおいており、前記第2のスペーサは前記プローブの上端及び下端に対しそれらのずれ量の2分の1だけ前記一方向に変位されている、請求項1に記載の電気的接続装置。
  3. 前記第2のスペーサは柱状部材を含み、前記複数のプローブは前記第2のスペーサの周りに相互に間隔をおいている、請求項1及び2のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
  4. 前記第2のスペーサは前記面内を前記一方向と交差する他の方向へ伸びる板状部材であってこれの幅方向を上下方向とされた板状部材を含み、前記複数のプローブは前記第2のスペーサを間にして前記一方向に間隔をおいていると共に前記他の方向に間隔をおいている、請求項1及び2のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
  5. 前記下板は、前記第1のスペーサの下側に配置された中間板と、該中間板の下側に配置された底板とを含み、前記第2のスペーサは前記中間板及び前記底板のいずれか一方に組み付けられている、請求項1から4のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
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