コンタクトピンホルダ
【課題】各コンタクトピンにおける特性インピーダンスを所望の値に維持しつつ、高機能化を図ることが容易なコンタクトピンホルダを提供する。
【解決手段】コンタクトピンホルダ２は、絶縁性の基材２１と、基材２１に挿入され保持された複数のコンタクトピン３ａ−３ｄとを有する。コンタクトピン３ｂ、３ｄは、ホルダ２を構成する基材２１に形成された、第１のピン用孔２４より大径の第２のピン用孔２５内に挿入され、ピン用孔２５の内面にも銅、金又は銀等の導電性材料２５１がメッキ等により形成されている。コンタクトピン３ｂ、３ｄは、導電性材料２５１とは接触せず、導電性材料２５１と協働して同軸線路を構成する。
【解決手段】コンタクトピンホルダ２は、絶縁性の基材２１と、基材２１に挿入され保持された複数のコンタクトピン３ａ−３ｄとを有する。コンタクトピン３ｂ、３ｄは、ホルダ２を構成する基材２１に形成された、第１のピン用孔２４より大径の第２のピン用孔２５内に挿入され、ピン用孔２５の内面にも銅、金又は銀等の導電性材料２５１がメッキ等により形成されている。コンタクトピン３ｂ、３ｄは、導電性材料２５１とは接触せず、導電性材料２５１と協働して同軸線路を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＰＵやメモリ等の電子デバイスの検査に使用されるコンタクトピンホルダに関し、特には、同軸線路を具備した半導体パッケージテスト用のコンタクトピンホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）デバイス等の電子デバイスの信号伝送特性等の評価試験を行う際には、その電子デバイスの端子の各々に導通接続可能な接触子すなわちコンタクトピンを備えたコンタクトピンホルダが使用される。近年、電子デバイスではその処理速度の高速化に伴い、扱う信号が高周波化している。信号の高速化に対応して、コンタクトピンホルダも高速信号を伝送できることが求められている。
【０００３】
信号の伝送、特に高速信号の伝送に際しては、該信号を伝送する伝送線路の特性インピーダンスを安定に保つことが重要である。このため、従来、金属ブロックに同軸線路構造を設けて所定の特性インピーダンスを得る構造が提唱されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、「コンタクトプローブ１０の外周に第２金属膜１６を介して誘電体層１５が設けられ、誘電体層１５の外周面に第１金属膜１７が設けられることにより、第２金属膜１６（可動ピン１１、１２）と第１金属膜１７（金属スリーブ９）との間にキャパシタ１８が形成され」と記載されている。
【０００５】
また特許文献２には、「高周波信号用のコンタクトプローブ２１は、その外周の２箇所に環状プローブホルダ３１が固着され、この環状プローブホルダ３１が金属ブロック２の上面部及び下面部に位置するように金属ブロック２の貫通孔３に嵌合されている。これにより、高周波信号用のコンタクトプローブ２１と金属ブロック２との間に中空部が形成され、高周波信号用のコンタクトプローブ２１を中心導体とするとともに金属ブロック２を外部導体とし、所望の特性インピーダンスの同軸線路とされる」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−４９１６３号公報
【特許文献２】特開２００７−１９８８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来は、コンタクトピンを保持するブロック等が金属製であったため、コンタクトピン間の導通接続は容易になるものの、比較的重量が大きく扱いにくいことに加え、複数系統のグラウンドをブロック内に設ける等の高機能化を図ることはできなかった。
【０００８】
そこで本発明は、内部の伝送線路の特性インピーダンスを所望の値に維持しつつ、高機能化を図ることが容易なコンタクトピンホルダを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、電子デバイスが有する複数の端子のそれぞれを、回路基板の対応する接点に電気的に接続するように構成されたコンタクトピンホルダであって、絶縁性の基材と、前記基材に形成された複数の孔の各々の内表面に形成された導電体と、前記導電体と電気的に絶縁されるように、前記複数の孔にそれぞれ挿入され保持された複数の導電性のコンタクトピンと、前記複数のコンタクトピンの少なくとも１つと、該少なくとも１つのコンタクトピンが挿入される孔に形成された導電体とが同軸線路を構成する、コンタクトピンホルダを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るコンタクトピンホルダによれば、基材を絶縁性材料で形成することにより、軽量化が図られるとともに、複数系統のグラウンドを含む等の高機能化を容易に図ることが可能となる。またコンタクトピンを挿入する孔の内面に導電体を形成する際、該内面の一部にのみ導電体を形成する等、自由度の高い設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るコンタクトピンホルダに、ガイドを設けた例を示す斜視図である。
【図２】図１のコンタクトピンホルダの斜視図である。
【図３】図２のホルダの変形例の斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係るホルダの断面図である。
【図５】図１のコンタクトピンの構造例を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係るホルダの断面図である。
【図７】第３の実施形態に係るホルダの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係るガイド付コンタクトピンホルダ１を示す斜視図である。ガイド付コンタクトピンホルダ１は、コンタクトピンホルダ（以降、ホルダと称する）２と、ホルダ２に保持された複数の導電性のコンタクトピン３と、ホルダ２を支持するガイドボディ４とを有する。ガイドボディ４は、検査すべき電子デバイス（図示せず）をホルダ２上の所定位置に配置するためのガイド部又はガイド壁４１を有し、さらにホルダ１を該電子デバイスを検査する検査装置（図示せず）の所定位置に配置するための位置決め部（本実施形態では図１に示す位置決め孔４２）を有することが好ましい。なお位置決め孔４２の代わりに、位置決めピンや切欠き等を設けてもよい。
【００１３】
図２は、図１のホルダ２の斜視図である。ホルダ２は、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料から作製される板状又は層状の基材２１を有し、各コンタクトピン３は基材２１の表面２２に略垂直に延びるように、基材２１に圧入等により保持される。図２の例では、ホルダ２はボルト５及びナット６等の連結手段により連結された２枚の板状基材２１からなり、両基材の間には後述する導電体層（接続部）が配置される。またホルダ２は、ガイドボディ４に対する位置決めを容易にするために、ガイドボディ４に形成された位置決め孔（図示せず）に係合する位置決めピン７を有してもよい。なおホルダ２は、実質一体の基材から構成されてもよいし、後述するようにコンタクトピン３の組立性向上等のために、適宜分割してもよい。
【００１４】
図３は、図２のホルダ２の変形例の斜視図である。該変形例では、基材２１の面が実質１つの平面ではなく、段差等を設けることによって複数（図示例では２つ）の平面２２、２３を備える。このようにホルダは、コンタクトピンや検査すべき電子デバイス（図示せず）の形状に応じて、適宜好適な形状を具備することができる。
【００１５】
図４は、図２のホルダ２の第１の実施形態の断面図であって、コンタクトピンの延びる方向に平行な断面を示している。ホルダ２は、絶縁性の基材２１と、基材２１に挿入され保持された複数（図示例では４つ）のコンタクトピン３ａ−３ｄとを有する。なお第１の実施形態では、コンタクトピン３ａ、３ｃがグラウンドピンであり、コンタクトピン３ｂ、３ｄが信号ピンであるものとする。
【００１６】
図５は、各コンタクトピンの具体的構造例を示す図である。コンタクトピン３ａは、ホルダ２に形成されたピン用孔（後述）に挿入される略円筒状の中空の導電性外殻３１と、外殻３１内に配置されて外殻３１の軸方向に伸縮可能な弾性部材（図示例ではコイルばね）３２と、コイルばね３２の一端（図示例では下端）に配置されかつピンボディ３１の一端（図示例では下端）から突出し、図示しない検査装置に電気的に接続可能に構成された導電性の第１プランジャ３３と、コイルばね３２の他端（図示例では上端）に配置されかつピンボディ３１の他端（図示例では上端）から突出し、図示しない電子デバイスに電気的に接続可能な導電性の第２プランジャ３４とを有する。また第１プランジャ３３及び第２プランジャはそれぞれ外殻３１に当接するので、コンタクトピン３ａにおいて、第１プランジャ３３から外殻３１を経由して第２プランジャ３４に至る導電路が形成される。或いは又はそれに加え、コイルばね３２を導電性材料にて構成し、第１プランジャ３３からコイルばね３２を経由して第２プランジャ３４に至る導電路を形成してもよい。なお図５はコンタクトピン３ａを示しているが、他のコンタクトピン３ｂ−３ｄも同様の構造を具備することができる。
【００１７】
各コンタクトピンは、ホルダ２の面２２に略垂直に延びてホルダ２を貫通する。詳細には、コンタクトピン３ａ、３ｃは、ホルダ２を構成する基材２１に形成された第１のピン用孔２４内に圧入等により保持され、一方ピン用孔２４の内面には銅、金又は銀等の導電性材料２４１がメッキ等により形成されている。従ってコンタクトピン３ａ、３ｃは、少なくとも部分的に導電性材料２４１に電気的に接続される。一方コンタクトピン３ｂ、３ｄは、ホルダ２を構成する基材２１に形成された第２のピン用孔２５内に挿入され保持される。図示例では、各コンタクトピンの外殻３１が、外殻３１の外径より小さい径の孔を有する板状の基材２７、２８によって保持されている。またピン用孔２５の内面にも銅、金又は銀等の導電性材料２５１がメッキ等により形成されているが、第２のピン用孔は第１のピン用孔２４より大径となっている。従ってコンタクトピン３ｂ、３ｄと導電性材料２５１とは接触せず、互いに絶縁されており、コンタクトピン３ｂ、３ｄと導電性材料２５１とは協働して同軸線路を構成する。なお本願明細書における「同軸線路」は、コンタクトピンの外殻３１と導電性材料２５１とが接触せずに互いに絶縁され、かつ外殻３１が導電性材料に覆われた（電磁シールドされた）形態を意味し、図示例のようにコンタクトピン及び導電性材料の各々が同一軸を中心とする円筒である場合のみを意味するものではない。従って例えば、コンタクトピンの外表面と導電性材料の内表面とが互いに偏心した円筒面であってもよい。
【００１８】
コンタクトピン３ｂ、３ｄについて、同軸線路を構成する外殻３１の外表面と導電体２５１の内表面との間には、樹脂又はセラミック等の誘電体３５を配置又は充填することができる。或いは、外殻３１の外表面と導電体２５１の内表面との間に誘電体等を充填せずに、空気、窒素又は酸素等の気相とすることもでき、或いは真空とすることもできる。
【００１９】
上記同軸線路は、所定の特性インピーダンスを有するように構成される。例えば、コンタクトピン３ｂ又は３ｄの外殻３１が直径ｄの円筒であり、導電性材料２５１が内径Ｄの中空円筒であって、両円筒が互いに同軸である場合、該同軸線路の特性インピーダンスＺ0は以下の式で表される。なおεは、コンタクトピンと導電性材料との間の誘電体（本実施形態では誘電体又は空気）の誘電率である。Ｄ、ｄ及びεを適宜選定することにより、各信号ピンについて所望の特性インピーダンスを得ることができる。
Ｚ0 ＝ ６０／ε1/2・ｌｎ（Ｄ／ｄ）
【００２０】
図４に示すように、ホルダ２は、基材２１に積層又は包埋されかつ導電体２４１及び２５１を互いに電気的に接続する接続部２６を有する。図４の例では、接続部２６は２つの板状基材２１の間に積層された層状の導電体である。導電性材料２４１及び２５１が層状導電体２６によって互いに電気的に接続されることにより、貫通孔２４内に圧入されたコンタクトピン３ａ、３ｃは、導電性材料２４１を介して層状導電体２６に電気的に接続される。
【００２１】
ホルダ２は、実質一体物として形成されてもよいが、コンタクトピンの組立性や上記接続部の配置等を考慮して、いくつかの部材を組み合わせて作製することもできる。例えば図４の例では、層状の接続部２６をホルダ内に配置するために、板状の基材２１をその厚さ方向に積層された複数層（図示例では２層）から形成し、該層間に接続部２６（図示例では導電層）を挟むことができるようにしている。さらに、ピン用孔の内面への導電体の形成（例えばコーティング）を考慮し、基材２１の厚さを各コンタクトピンの外殻３１の長さと略等しくし、該導電体をピン用孔の内面に形成した後に板状の基材２７、２８を基材２１に接合することもできる。
【００２２】
図６は、本発明の第２の実施形態に係るコンタクトピンホルダに使用されるホルダ２′の断面図である。ホルダ２′は２つの接続部２６ａ′、２６ｂ′を有し、これにより２系統のグラウンドを含むコンタクトピンホルダを構成することができる。具体的には、第１の接続部２６ａ′が、コンタクトピン３ａ′が挿入されるピン用孔２４ａ′の内面に形成された導電体２４１ａ′とコンタクトピン３ｂ′が挿入されるピン用孔２４ｂ′の内面に形成された導電体２４１ｂ′とを電気的に接続し、第２の接続部２６ｂ′が、コンタクトピン３ｃ′が挿入されるピン用孔２４ｃ′の内面に形成された導電体２４１ｃ′とコンタクトピン３ｄ′が挿入されるピン用孔２４ｄ′の内面に形成された導電体２４１ｄ′とを電気的に接続しており、さらに第１の接続部２６ａ′と第２の接続部２６ｂ′とは互いに絶縁されている。同様に、接続部を３つ以上設け、３系統以上のグラウンドを含むコンタクトピンホルダを構成することもできる。また第２の実施形態においても、各接続部を層状の導電体として構成することができる。なお第２の実施形態では、コンタクトピン３ａ′、３ｃ′がグラウンドピンであり、コンタクトピン３ｂ′、３ｄ′が信号ピンであるものとする。
【００２３】
第２の実施形態では、ホルダ２′の基材２１′が金属等の導電体ではなく誘電体から構成されているので、上述のような構成により、複数系統のグラウンドを基材に容易に設けることができる。グラウンドが複数系統であると、アナログ信号とデジタル信号、高周波信号と低周波信号、又は振幅の大きい信号と振幅の小さい信号等、種類の異なる信号が混在している場合であっても、異なる信号のそれぞれに対応して独立したグラウンドの設定が可能となり、伝送線路を通る信号の安定化を図ることができる。
【００２４】
図７は、本発明の第３の実施形態に係るコンタクトピンホルダに使用されるホルダ２″の断面図である。ホルダ２″は、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料から作製される基材２１″に積層（好ましくは包埋）された少なくとも１つ（図示例では２つ）の層状の誘電体２１１″、２１２″を有してもよく、層状誘電体２１１″の両側には銅等の導電層２１３″、２１４″が形成され、層状誘電体２１２″の両側には銅等の導電層２１５″、２１６″が形成される。従って各層状誘電体とその両面の導電層は、協働してコンデンサを構成する。つまりホルダ２″は、基材を構成する絶縁体と、導電層と、層状誘電体とを積層して構成されている。またコンデンサの容量を高めるためには各層状誘電体の誘電率は高い程好ましく、各層状誘電体は基材２１″の誘電率よりも高い誘電率を有する高誘電体であることが好ましい。例えば高誘電体としてスリーエム社製のEmbedded Capacitor Material（ＥＣＭ）が使用可能である。ＥＣＭは、高誘電材料を柔軟性のあるシート状に形成したものである。このようなホルダは、印刷回路板を作製する方法によって、作製することができる。
【００２５】
層状誘電体は、ポリマーを含むことができる。好ましくは、層状誘電体はポリマーと複数の粒子とを含み、具体的には樹脂と粒子とを混合することによって作製される。好適な樹脂としては、エポキシ、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ベンゾシクロブテン、ポリノルボルネン、ポリテトラフルオロエチレン、アクリレート、及びそれらの混合物が挙げられる。粒子は、誘電性（又は絶縁性）粒子を含み、その代表例としては、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、酸化チタン、チタン酸鉛ジルコニウム、及びそれらの混合物が挙げられる。
【００２６】
各誘電体層の厚みは、例えば０．５マイクロメートル以上とすることができ、２０マイクロメートル以下とすることができる。該厚みはより薄い方が、キャパシタの静電容量を高くできるので好ましく、例えば１５マイクロメートル以下、或いは１０マイクロメートル以下とすることができる。但し該厚みはより厚い方が、接着強度の点からは好ましく、例えば１マイクロメートル以上とすることができる。
【００２７】
また誘電体の比誘電率は高い程好ましく、例えば１０以上、或いは１２以上とすることができる。比誘電率の上限には特に制限はないが、例えば３０以下、２０以下、或いは１６以下とすることができる。
【００２８】
また、層状誘電体として高誘電率を有する材料を使用すると、隣接する２つのコンデンサ間の距離を小さくできるというメリットを有する。２つのコンデンサが隣接すると、１つのコンデンサを構成するＧＮＤ層と隣接する他のコンデンサを構成するＧＮＤ層との間でも静電容量が構成される。静電容量を構成したい導電層間に高誘電体を使用すると、１つのコンデンサを構成する導電層間の距離と、２つのコンデンサの隣接距離とを同じくしても、１つのコンデンサが生じる静電容量が大きくなる。そのため、隣接するコンデンサ間の距離を相対的に短くすることができ、ホルダの薄型化に貢献する。
【００２９】
各高誘電体の両面に形成された導電層は、グラウンドピンと電気的に接続されたグラウンド（ＧＮＤ）層を構成する。詳細には、ホルダ２の図示しない電子デバイス側の面（図７では上面）２７１″に近い第１の高誘電体２１１″の上側の導電層２１３″及び下側の導電層２１４″がＧＮＤ層として作用する。また、ホルダ２の図示しない検査装置側の面（図７では下面）２８１″に近い第２の高誘電体２１２″の上側の導電層２１５″及び下側の導電層２１６″がＧＮＤ層として作用する。従って図７の実施形態では、ＧＮＤ層２１４″、２１５″に接続されたコンタクトピン３ａ″、３ｃ″と、ＧＮＤ層２１３″、２１６″に接続されたコンタクトピン３ｄ″とがグラウンドピンとして作用する。さらに、いずれのＧＮＤ層にも接続されておらず、同軸線路を構成するコンタクトピン３ｂ″が、信号ピンとして作用する。
【００３０】
なお各層状高誘電体及びその両面の導電層は、ホルダ２に全面的に配置されてもよい。その場合、ホルダ２の面積と略等しい面積のコンデンサが形成可能である。
【００３１】
図７に示すように、ホルダ２″は高誘電体とそれを挟むＧＮＤ層とで構成されるコンデンサを、ホルダ２″の上面２７１″及び下面２８１″に成るべく近い位置（すなわち表層側）に具備することが好ましい。この理由は、ホルダ２″の表面と導電層との距離が小さい方が、電子デバイス検査時において良好な信号伝送特性が得られるからである。より具体的に言えば、ホルダ２″の上面２７１″と高誘電体２１１″との距離が短い程検査対象である電子デバイスの入力感度が上昇し、一方ホルダ２″の下面２８１″と高誘電体２１２″との距離は短い程該電子デバイスの出力感度が上昇する。本発明では、絶縁性材料から作製されるホルダが、ＧＮＤ層間に挟まれた高誘電体を内包した実質一体物として構成されているので、コンデンサをホルダの表面近傍に配置した構成を容易に実現することができ、より正確な電子デバイスの検査ができるようになる。
【００３２】
以上、本願発明の３つの実施形態を説明したが、それぞれの特徴を複数含む実施形態とすることも可能である。例えば、図６の第２の実施形態に図４の第１の実施形態の接続部（層状導電体）２６を付与してもよいし、さらにその接続部を図７の第３の実施形態のように複数層とすることもできる。また各実施形態は、電源ピンを別途有することができる。
【００３３】
上述の各実施形態において、ホルダ２、２′又は２″を構成する材料は、ガラス繊維の代わりに紙を含んでいてもよいし、エポキシ樹脂の代わりにフェノール樹脂やポリアミド樹脂を含んでもよい。また導電層又は導電体を構成する材料として、銅以外に銀や金を使用してもよい。
【００３４】
本願発明では、ホルダが誘電体から形成され、信号ピンの少なくとも１つは所定の特性インピーダンスを有する同軸線路を構成する。従ってホルダを金属等の導電性材料で形成する場合に比べ、軽量化が図られているとともに、信号ピンの特性インピーダンスを所望の値に維持しつつ、接続部を複数設けて複数系統のグラウンドを設けたり、誘電体層及び導電体層からなるキャパシタを設けたりする等、高機能のコンタクトピンホルダを実現することができる。またコンタクトピンを挿入するピン用孔の内面に導電体を形成する際、該内面の一部にのみ導電体を形成する等、自由度の高い設計が可能となる。
【００３５】
なお上述の実施形態ではいずれも、各コンタクトピンがホルダを貫通しているが、コンタクトピンがホルダの厚さ方向に部分的に延びる（すなわちコンタクトピンがホルダ内で終端する）構成とすることもできる。その場合、ホルダ内で終端しているコンタクトピンの端部と他のコンタクトピンとを、上述の接続部２４に類似する手段で電気的に接続することができる。このようにすれば、ホルダの上面側と下面側とで、コンタクトピンのピッチが異なる構成を実現することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ ガイド付コンタクトピンホルダ
２ コンタクトピンホルダ
２１ 基材
２４、２５ ピン用孔
２６、２６ａ′、２６ｂ′ 接続部
２１１″、２１２″ 誘電体層
２１３″、２１４″、２１５″、２１６″ 導電体層
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ コンタクトピン
３１ 外殻
３２ コイルばね
３３ 第１プランジャ
３４ 第２プランジャ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＰＵやメモリ等の電子デバイスの検査に使用されるコンタクトピンホルダに関し、特には、同軸線路を具備した半導体パッケージテスト用のコンタクトピンホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）デバイス等の電子デバイスの信号伝送特性等の評価試験を行う際には、その電子デバイスの端子の各々に導通接続可能な接触子すなわちコンタクトピンを備えたコンタクトピンホルダが使用される。近年、電子デバイスではその処理速度の高速化に伴い、扱う信号が高周波化している。信号の高速化に対応して、コンタクトピンホルダも高速信号を伝送できることが求められている。
【０００３】
信号の伝送、特に高速信号の伝送に際しては、該信号を伝送する伝送線路の特性インピーダンスを安定に保つことが重要である。このため、従来、金属ブロックに同軸線路構造を設けて所定の特性インピーダンスを得る構造が提唱されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、「コンタクトプローブ１０の外周に第２金属膜１６を介して誘電体層１５が設けられ、誘電体層１５の外周面に第１金属膜１７が設けられることにより、第２金属膜１６（可動ピン１１、１２）と第１金属膜１７（金属スリーブ９）との間にキャパシタ１８が形成され」と記載されている。
【０００５】
また特許文献２には、「高周波信号用のコンタクトプローブ２１は、その外周の２箇所に環状プローブホルダ３１が固着され、この環状プローブホルダ３１が金属ブロック２の上面部及び下面部に位置するように金属ブロック２の貫通孔３に嵌合されている。これにより、高周波信号用のコンタクトプローブ２１と金属ブロック２との間に中空部が形成され、高周波信号用のコンタクトプローブ２１を中心導体とするとともに金属ブロック２を外部導体とし、所望の特性インピーダンスの同軸線路とされる」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−４９１６３号公報
【特許文献２】特開２００７−１９８８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来は、コンタクトピンを保持するブロック等が金属製であったため、コンタクトピン間の導通接続は容易になるものの、比較的重量が大きく扱いにくいことに加え、複数系統のグラウンドをブロック内に設ける等の高機能化を図ることはできなかった。
【０００８】
そこで本発明は、内部の伝送線路の特性インピーダンスを所望の値に維持しつつ、高機能化を図ることが容易なコンタクトピンホルダを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、電子デバイスが有する複数の端子のそれぞれを、回路基板の対応する接点に電気的に接続するように構成されたコンタクトピンホルダであって、絶縁性の基材と、前記基材に形成された複数の孔の各々の内表面に形成された導電体と、前記導電体と電気的に絶縁されるように、前記複数の孔にそれぞれ挿入され保持された複数の導電性のコンタクトピンと、前記複数のコンタクトピンの少なくとも１つと、該少なくとも１つのコンタクトピンが挿入される孔に形成された導電体とが同軸線路を構成する、コンタクトピンホルダを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るコンタクトピンホルダによれば、基材を絶縁性材料で形成することにより、軽量化が図られるとともに、複数系統のグラウンドを含む等の高機能化を容易に図ることが可能となる。またコンタクトピンを挿入する孔の内面に導電体を形成する際、該内面の一部にのみ導電体を形成する等、自由度の高い設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るコンタクトピンホルダに、ガイドを設けた例を示す斜視図である。
【図２】図１のコンタクトピンホルダの斜視図である。
【図３】図２のホルダの変形例の斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係るホルダの断面図である。
【図５】図１のコンタクトピンの構造例を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係るホルダの断面図である。
【図７】第３の実施形態に係るホルダの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係るガイド付コンタクトピンホルダ１を示す斜視図である。ガイド付コンタクトピンホルダ１は、コンタクトピンホルダ（以降、ホルダと称する）２と、ホルダ２に保持された複数の導電性のコンタクトピン３と、ホルダ２を支持するガイドボディ４とを有する。ガイドボディ４は、検査すべき電子デバイス（図示せず）をホルダ２上の所定位置に配置するためのガイド部又はガイド壁４１を有し、さらにホルダ１を該電子デバイスを検査する検査装置（図示せず）の所定位置に配置するための位置決め部（本実施形態では図１に示す位置決め孔４２）を有することが好ましい。なお位置決め孔４２の代わりに、位置決めピンや切欠き等を設けてもよい。
【００１３】
図２は、図１のホルダ２の斜視図である。ホルダ２は、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料から作製される板状又は層状の基材２１を有し、各コンタクトピン３は基材２１の表面２２に略垂直に延びるように、基材２１に圧入等により保持される。図２の例では、ホルダ２はボルト５及びナット６等の連結手段により連結された２枚の板状基材２１からなり、両基材の間には後述する導電体層（接続部）が配置される。またホルダ２は、ガイドボディ４に対する位置決めを容易にするために、ガイドボディ４に形成された位置決め孔（図示せず）に係合する位置決めピン７を有してもよい。なおホルダ２は、実質一体の基材から構成されてもよいし、後述するようにコンタクトピン３の組立性向上等のために、適宜分割してもよい。
【００１４】
図３は、図２のホルダ２の変形例の斜視図である。該変形例では、基材２１の面が実質１つの平面ではなく、段差等を設けることによって複数（図示例では２つ）の平面２２、２３を備える。このようにホルダは、コンタクトピンや検査すべき電子デバイス（図示せず）の形状に応じて、適宜好適な形状を具備することができる。
【００１５】
図４は、図２のホルダ２の第１の実施形態の断面図であって、コンタクトピンの延びる方向に平行な断面を示している。ホルダ２は、絶縁性の基材２１と、基材２１に挿入され保持された複数（図示例では４つ）のコンタクトピン３ａ−３ｄとを有する。なお第１の実施形態では、コンタクトピン３ａ、３ｃがグラウンドピンであり、コンタクトピン３ｂ、３ｄが信号ピンであるものとする。
【００１６】
図５は、各コンタクトピンの具体的構造例を示す図である。コンタクトピン３ａは、ホルダ２に形成されたピン用孔（後述）に挿入される略円筒状の中空の導電性外殻３１と、外殻３１内に配置されて外殻３１の軸方向に伸縮可能な弾性部材（図示例ではコイルばね）３２と、コイルばね３２の一端（図示例では下端）に配置されかつピンボディ３１の一端（図示例では下端）から突出し、図示しない検査装置に電気的に接続可能に構成された導電性の第１プランジャ３３と、コイルばね３２の他端（図示例では上端）に配置されかつピンボディ３１の他端（図示例では上端）から突出し、図示しない電子デバイスに電気的に接続可能な導電性の第２プランジャ３４とを有する。また第１プランジャ３３及び第２プランジャはそれぞれ外殻３１に当接するので、コンタクトピン３ａにおいて、第１プランジャ３３から外殻３１を経由して第２プランジャ３４に至る導電路が形成される。或いは又はそれに加え、コイルばね３２を導電性材料にて構成し、第１プランジャ３３からコイルばね３２を経由して第２プランジャ３４に至る導電路を形成してもよい。なお図５はコンタクトピン３ａを示しているが、他のコンタクトピン３ｂ−３ｄも同様の構造を具備することができる。
【００１７】
各コンタクトピンは、ホルダ２の面２２に略垂直に延びてホルダ２を貫通する。詳細には、コンタクトピン３ａ、３ｃは、ホルダ２を構成する基材２１に形成された第１のピン用孔２４内に圧入等により保持され、一方ピン用孔２４の内面には銅、金又は銀等の導電性材料２４１がメッキ等により形成されている。従ってコンタクトピン３ａ、３ｃは、少なくとも部分的に導電性材料２４１に電気的に接続される。一方コンタクトピン３ｂ、３ｄは、ホルダ２を構成する基材２１に形成された第２のピン用孔２５内に挿入され保持される。図示例では、各コンタクトピンの外殻３１が、外殻３１の外径より小さい径の孔を有する板状の基材２７、２８によって保持されている。またピン用孔２５の内面にも銅、金又は銀等の導電性材料２５１がメッキ等により形成されているが、第２のピン用孔は第１のピン用孔２４より大径となっている。従ってコンタクトピン３ｂ、３ｄと導電性材料２５１とは接触せず、互いに絶縁されており、コンタクトピン３ｂ、３ｄと導電性材料２５１とは協働して同軸線路を構成する。なお本願明細書における「同軸線路」は、コンタクトピンの外殻３１と導電性材料２５１とが接触せずに互いに絶縁され、かつ外殻３１が導電性材料に覆われた（電磁シールドされた）形態を意味し、図示例のようにコンタクトピン及び導電性材料の各々が同一軸を中心とする円筒である場合のみを意味するものではない。従って例えば、コンタクトピンの外表面と導電性材料の内表面とが互いに偏心した円筒面であってもよい。
【００１８】
コンタクトピン３ｂ、３ｄについて、同軸線路を構成する外殻３１の外表面と導電体２５１の内表面との間には、樹脂又はセラミック等の誘電体３５を配置又は充填することができる。或いは、外殻３１の外表面と導電体２５１の内表面との間に誘電体等を充填せずに、空気、窒素又は酸素等の気相とすることもでき、或いは真空とすることもできる。
【００１９】
上記同軸線路は、所定の特性インピーダンスを有するように構成される。例えば、コンタクトピン３ｂ又は３ｄの外殻３１が直径ｄの円筒であり、導電性材料２５１が内径Ｄの中空円筒であって、両円筒が互いに同軸である場合、該同軸線路の特性インピーダンスＺ0は以下の式で表される。なおεは、コンタクトピンと導電性材料との間の誘電体（本実施形態では誘電体又は空気）の誘電率である。Ｄ、ｄ及びεを適宜選定することにより、各信号ピンについて所望の特性インピーダンスを得ることができる。
Ｚ0 ＝ ６０／ε1/2・ｌｎ（Ｄ／ｄ）
【００２０】
図４に示すように、ホルダ２は、基材２１に積層又は包埋されかつ導電体２４１及び２５１を互いに電気的に接続する接続部２６を有する。図４の例では、接続部２６は２つの板状基材２１の間に積層された層状の導電体である。導電性材料２４１及び２５１が層状導電体２６によって互いに電気的に接続されることにより、貫通孔２４内に圧入されたコンタクトピン３ａ、３ｃは、導電性材料２４１を介して層状導電体２６に電気的に接続される。
【００２１】
ホルダ２は、実質一体物として形成されてもよいが、コンタクトピンの組立性や上記接続部の配置等を考慮して、いくつかの部材を組み合わせて作製することもできる。例えば図４の例では、層状の接続部２６をホルダ内に配置するために、板状の基材２１をその厚さ方向に積層された複数層（図示例では２層）から形成し、該層間に接続部２６（図示例では導電層）を挟むことができるようにしている。さらに、ピン用孔の内面への導電体の形成（例えばコーティング）を考慮し、基材２１の厚さを各コンタクトピンの外殻３１の長さと略等しくし、該導電体をピン用孔の内面に形成した後に板状の基材２７、２８を基材２１に接合することもできる。
【００２２】
図６は、本発明の第２の実施形態に係るコンタクトピンホルダに使用されるホルダ２′の断面図である。ホルダ２′は２つの接続部２６ａ′、２６ｂ′を有し、これにより２系統のグラウンドを含むコンタクトピンホルダを構成することができる。具体的には、第１の接続部２６ａ′が、コンタクトピン３ａ′が挿入されるピン用孔２４ａ′の内面に形成された導電体２４１ａ′とコンタクトピン３ｂ′が挿入されるピン用孔２４ｂ′の内面に形成された導電体２４１ｂ′とを電気的に接続し、第２の接続部２６ｂ′が、コンタクトピン３ｃ′が挿入されるピン用孔２４ｃ′の内面に形成された導電体２４１ｃ′とコンタクトピン３ｄ′が挿入されるピン用孔２４ｄ′の内面に形成された導電体２４１ｄ′とを電気的に接続しており、さらに第１の接続部２６ａ′と第２の接続部２６ｂ′とは互いに絶縁されている。同様に、接続部を３つ以上設け、３系統以上のグラウンドを含むコンタクトピンホルダを構成することもできる。また第２の実施形態においても、各接続部を層状の導電体として構成することができる。なお第２の実施形態では、コンタクトピン３ａ′、３ｃ′がグラウンドピンであり、コンタクトピン３ｂ′、３ｄ′が信号ピンであるものとする。
【００２３】
第２の実施形態では、ホルダ２′の基材２１′が金属等の導電体ではなく誘電体から構成されているので、上述のような構成により、複数系統のグラウンドを基材に容易に設けることができる。グラウンドが複数系統であると、アナログ信号とデジタル信号、高周波信号と低周波信号、又は振幅の大きい信号と振幅の小さい信号等、種類の異なる信号が混在している場合であっても、異なる信号のそれぞれに対応して独立したグラウンドの設定が可能となり、伝送線路を通る信号の安定化を図ることができる。
【００２４】
図７は、本発明の第３の実施形態に係るコンタクトピンホルダに使用されるホルダ２″の断面図である。ホルダ２″は、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料から作製される基材２１″に積層（好ましくは包埋）された少なくとも１つ（図示例では２つ）の層状の誘電体２１１″、２１２″を有してもよく、層状誘電体２１１″の両側には銅等の導電層２１３″、２１４″が形成され、層状誘電体２１２″の両側には銅等の導電層２１５″、２１６″が形成される。従って各層状誘電体とその両面の導電層は、協働してコンデンサを構成する。つまりホルダ２″は、基材を構成する絶縁体と、導電層と、層状誘電体とを積層して構成されている。またコンデンサの容量を高めるためには各層状誘電体の誘電率は高い程好ましく、各層状誘電体は基材２１″の誘電率よりも高い誘電率を有する高誘電体であることが好ましい。例えば高誘電体としてスリーエム社製のEmbedded Capacitor Material（ＥＣＭ）が使用可能である。ＥＣＭは、高誘電材料を柔軟性のあるシート状に形成したものである。このようなホルダは、印刷回路板を作製する方法によって、作製することができる。
【００２５】
層状誘電体は、ポリマーを含むことができる。好ましくは、層状誘電体はポリマーと複数の粒子とを含み、具体的には樹脂と粒子とを混合することによって作製される。好適な樹脂としては、エポキシ、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ベンゾシクロブテン、ポリノルボルネン、ポリテトラフルオロエチレン、アクリレート、及びそれらの混合物が挙げられる。粒子は、誘電性（又は絶縁性）粒子を含み、その代表例としては、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、酸化チタン、チタン酸鉛ジルコニウム、及びそれらの混合物が挙げられる。
【００２６】
各誘電体層の厚みは、例えば０．５マイクロメートル以上とすることができ、２０マイクロメートル以下とすることができる。該厚みはより薄い方が、キャパシタの静電容量を高くできるので好ましく、例えば１５マイクロメートル以下、或いは１０マイクロメートル以下とすることができる。但し該厚みはより厚い方が、接着強度の点からは好ましく、例えば１マイクロメートル以上とすることができる。
【００２７】
また誘電体の比誘電率は高い程好ましく、例えば１０以上、或いは１２以上とすることができる。比誘電率の上限には特に制限はないが、例えば３０以下、２０以下、或いは１６以下とすることができる。
【００２８】
また、層状誘電体として高誘電率を有する材料を使用すると、隣接する２つのコンデンサ間の距離を小さくできるというメリットを有する。２つのコンデンサが隣接すると、１つのコンデンサを構成するＧＮＤ層と隣接する他のコンデンサを構成するＧＮＤ層との間でも静電容量が構成される。静電容量を構成したい導電層間に高誘電体を使用すると、１つのコンデンサを構成する導電層間の距離と、２つのコンデンサの隣接距離とを同じくしても、１つのコンデンサが生じる静電容量が大きくなる。そのため、隣接するコンデンサ間の距離を相対的に短くすることができ、ホルダの薄型化に貢献する。
【００２９】
各高誘電体の両面に形成された導電層は、グラウンドピンと電気的に接続されたグラウンド（ＧＮＤ）層を構成する。詳細には、ホルダ２の図示しない電子デバイス側の面（図７では上面）２７１″に近い第１の高誘電体２１１″の上側の導電層２１３″及び下側の導電層２１４″がＧＮＤ層として作用する。また、ホルダ２の図示しない検査装置側の面（図７では下面）２８１″に近い第２の高誘電体２１２″の上側の導電層２１５″及び下側の導電層２１６″がＧＮＤ層として作用する。従って図７の実施形態では、ＧＮＤ層２１４″、２１５″に接続されたコンタクトピン３ａ″、３ｃ″と、ＧＮＤ層２１３″、２１６″に接続されたコンタクトピン３ｄ″とがグラウンドピンとして作用する。さらに、いずれのＧＮＤ層にも接続されておらず、同軸線路を構成するコンタクトピン３ｂ″が、信号ピンとして作用する。
【００３０】
なお各層状高誘電体及びその両面の導電層は、ホルダ２に全面的に配置されてもよい。その場合、ホルダ２の面積と略等しい面積のコンデンサが形成可能である。
【００３１】
図７に示すように、ホルダ２″は高誘電体とそれを挟むＧＮＤ層とで構成されるコンデンサを、ホルダ２″の上面２７１″及び下面２８１″に成るべく近い位置（すなわち表層側）に具備することが好ましい。この理由は、ホルダ２″の表面と導電層との距離が小さい方が、電子デバイス検査時において良好な信号伝送特性が得られるからである。より具体的に言えば、ホルダ２″の上面２７１″と高誘電体２１１″との距離が短い程検査対象である電子デバイスの入力感度が上昇し、一方ホルダ２″の下面２８１″と高誘電体２１２″との距離は短い程該電子デバイスの出力感度が上昇する。本発明では、絶縁性材料から作製されるホルダが、ＧＮＤ層間に挟まれた高誘電体を内包した実質一体物として構成されているので、コンデンサをホルダの表面近傍に配置した構成を容易に実現することができ、より正確な電子デバイスの検査ができるようになる。
【００３２】
以上、本願発明の３つの実施形態を説明したが、それぞれの特徴を複数含む実施形態とすることも可能である。例えば、図６の第２の実施形態に図４の第１の実施形態の接続部（層状導電体）２６を付与してもよいし、さらにその接続部を図７の第３の実施形態のように複数層とすることもできる。また各実施形態は、電源ピンを別途有することができる。
【００３３】
上述の各実施形態において、ホルダ２、２′又は２″を構成する材料は、ガラス繊維の代わりに紙を含んでいてもよいし、エポキシ樹脂の代わりにフェノール樹脂やポリアミド樹脂を含んでもよい。また導電層又は導電体を構成する材料として、銅以外に銀や金を使用してもよい。
【００３４】
本願発明では、ホルダが誘電体から形成され、信号ピンの少なくとも１つは所定の特性インピーダンスを有する同軸線路を構成する。従ってホルダを金属等の導電性材料で形成する場合に比べ、軽量化が図られているとともに、信号ピンの特性インピーダンスを所望の値に維持しつつ、接続部を複数設けて複数系統のグラウンドを設けたり、誘電体層及び導電体層からなるキャパシタを設けたりする等、高機能のコンタクトピンホルダを実現することができる。またコンタクトピンを挿入するピン用孔の内面に導電体を形成する際、該内面の一部にのみ導電体を形成する等、自由度の高い設計が可能となる。
【００３５】
なお上述の実施形態ではいずれも、各コンタクトピンがホルダを貫通しているが、コンタクトピンがホルダの厚さ方向に部分的に延びる（すなわちコンタクトピンがホルダ内で終端する）構成とすることもできる。その場合、ホルダ内で終端しているコンタクトピンの端部と他のコンタクトピンとを、上述の接続部２４に類似する手段で電気的に接続することができる。このようにすれば、ホルダの上面側と下面側とで、コンタクトピンのピッチが異なる構成を実現することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ ガイド付コンタクトピンホルダ
２ コンタクトピンホルダ
２１ 基材
２４、２５ ピン用孔
２６、２６ａ′、２６ｂ′ 接続部
２１１″、２１２″ 誘電体層
２１３″、２１４″、２１５″、２１６″ 導電体層
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ コンタクトピン
３１ 外殻
３２ コイルばね
３３ 第１プランジャ
３４ 第２プランジャ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスが有する複数の端子のそれぞれを、回路基板の対応する接点に電気的に接続するように構成されたコンタクトピンホルダであって、
絶縁性の基材と、
前記基材に形成された複数の孔の各々の内表面に形成された導電体と、
前記導電体と電気的に絶縁されるように、前記複数の孔にそれぞれ挿入され保持された複数の導電性のコンタクトピンと、
前記複数のコンタクトピンの少なくとも１つと、該少なくとも１つのコンタクトピンが挿入される孔に形成された導電体とが同軸線路を構成する、コンタクトピンホルダ。
【請求項２】
前記基材内に設けられ、前記導電体の各々を互いに電気的に接続する接続部をさらに有する、請求項１に記載のコンタクトピンホルダ。
【請求項３】
前記接続部が少なくとも１つの層状導電体を有する、請求項２に記載のコンタクトピンホルダ。
【請求項４】
前記基材に積層され、該基材よりも高い誘電率を有する少なくとも１つの層状誘電体と、
前記基材に積層され、前記層状誘電体の両側に形成された導電層とを有し、
前記基材に形成された複数の孔の各々の内表面に形成された導電体の少なくとも１つは前記導電層のいずれか１つに電気的に接続されている、請求項１又は２に記載のコンタクトピンホルダ。
【請求項５】
前記同軸線路を構成するコンタクトピンの外表面と、該コンタクトピンが挿入される前記基材の孔の内表面に形成された導電体との間隙に誘電体が配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンタクトピンホルダ。
【請求項６】
前記同軸線路を構成するコンタクトピンの外表面と、該コンタクトピンが挿入される前記基材の孔の内表面に形成された導電体との間隙が気相又は真空である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンタクトピンホルダ。
【請求項１】
電子デバイスが有する複数の端子のそれぞれを、回路基板の対応する接点に電気的に接続するように構成されたコンタクトピンホルダであって、
絶縁性の基材と、
前記基材に形成された複数の孔の各々の内表面に形成された導電体と、
前記導電体と電気的に絶縁されるように、前記複数の孔にそれぞれ挿入され保持された複数の導電性のコンタクトピンと、
前記複数のコンタクトピンの少なくとも１つと、該少なくとも１つのコンタクトピンが挿入される孔に形成された導電体とが同軸線路を構成する、コンタクトピンホルダ。
【請求項２】
前記基材内に設けられ、前記導電体の各々を互いに電気的に接続する接続部をさらに有する、請求項１に記載のコンタクトピンホルダ。
【請求項３】
前記接続部が少なくとも１つの層状導電体を有する、請求項２に記載のコンタクトピンホルダ。
【請求項４】
前記基材に積層され、該基材よりも高い誘電率を有する少なくとも１つの層状誘電体と、
前記基材に積層され、前記層状誘電体の両側に形成された導電層とを有し、
前記基材に形成された複数の孔の各々の内表面に形成された導電体の少なくとも１つは前記導電層のいずれか１つに電気的に接続されている、請求項１又は２に記載のコンタクトピンホルダ。
【請求項５】
前記同軸線路を構成するコンタクトピンの外表面と、該コンタクトピンが挿入される前記基材の孔の内表面に形成された導電体との間隙に誘電体が配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンタクトピンホルダ。
【請求項６】
前記同軸線路を構成するコンタクトピンの外表面と、該コンタクトピンが挿入される前記基材の孔の内表面に形成された導電体との間隙が気相又は真空である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンタクトピンホルダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１４６３４２（Ｐ２０１１−１４６３４２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８１９１（Ｐ２０１０−８１９１）
【出願日】平成２２年１月１８日（２０１０．１．１８）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１８日（２０１０．１．１８）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
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