JP2000147003A - プローブピン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被接触部分に対するプローブヘッドの押圧力
が強くなりすぎないようにする。 【解決手段】 被接触部分に接触するプローブヘッド８
と、前記接触の際にプローブヘッドを被接触部分に押し
当てるスプリング９とを備えたプローブピンにおいて、
スプリングを超弾性合金製のものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラットパネルデ
ィスプレイの製造において用いられる電気的な接続を行
なうための工具等として使用されるプローブピンに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プローブピンは、フラットパネルディス
プレイの製造において、フラットパネルディスプレイの
部材である基板の上に形成された配線と、検査装置など
の製造装置との間で電気的な接続を行なうための工具と
して使用される。

【０００３】図２は、従来一般に使われているプローブ
ピンの構造を示す。同図において、１は被接触部分に接
触するプローブヘッド、２は接触の際にプローブヘッド
を被接触部分に押し当てるスプリング、３はプローブヘ
ッドを被接触部分に押し当てる方向に案内するスリー
ブ、４はスリーブ３の一端に固定された端子である。通
常、スプリング２はステンレス細線やピアノ線で作られ
ているものが多い。プローブヘッド１は、最大外径が
０．５〜０．０５ｍｍのものが多く、先端を半球形とし
たものが多い。

【０００４】通常、プローブピンは、図３のように、複
数のプローブピン５を基板上の配線のピッチに対応した
間隔で配列したユニットとして用いられることが多い。
このようなユニットは、プローバまたはプローブユニッ
トと呼ばれている。図３において、６はプローブピン５
を保持する基台、７は一方がプローブピン５の端子には
んだ付けや圧着などの方法で接続され、他方が検査装置
などに接続されたリード線である。図３は、プローブピ
ンを１列に配置したものの例を示しているが、複数の列
に配置したものもある。プローバを構成するプローブピ
ンの数は、数本から数百本まで、用途に応じ様々であ
る。

【０００５】図２のプローブピンと基板上の配線との電
気的な接続は、プローブピンを位置決めしながら移動さ
せ、基板上に形成された配線にプローブヘッド１を押し
当てることにより行なう。基板上の配線からリード線７
への電気的な導通は、プローブヘッド１、スプリング２
またはスリーブ３、および端子４の経路を経て行なわれ
る。図３のプローバと基板上に形成された複数の配線と
の電気的な接続は、基板上の配線と同じ間隔でプローブ
ピン５が配置されたプローバを位置決めしながら移動さ
せ、各プローブピン５を基板上のそれぞれの配線に押し
当てることにより行なう。電気的な導通は前記と同様で
ある。

【０００６】このようなプローブピンまたは複数のプロ
ーブピンからなるプローバは、フラットパネルディスプ
レイの製造において、主に、基板上の配線の短絡や断線
の検査や、画像表示検査などを行なうときに電気的な接
続を行なうための工具として用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のプローブピンには、次のような問題点がある。すな
わち、プローブピンを基板上の配線に押し当てたとき、
プローブピンの先端すなわちプローブヘッド１の先端の
押圧が強くなりすぎ、基板上の配線や基板そのものを破
損してしまうことがある。特に、基板がガラスで作られ
ている場合は、基板が割れてしまうことがある。これ
は、プローブピンを構成するスプリング２がステンレス
細線やピアノ線で作られているため、プローブピンを基
板に押し当てたときの押込み量に比例して、プローブヘ
ッド１の先端の押圧が大きくなるためである。

【０００８】このような問題点は、複数のプローブピン
から構成されるプローバであっても同じである。そのた
め、プローブピンまたはプローバを用いる装置では、プ
ローブピンまたはプローバの押込み量が大きくなりすぎ
ないような安全機構を設ける必要がある。このようなプ
ローブピンの問題点を解決しようとする提案が、特開平
６−２４９８７８号公報においてすでになされている。
それによれば、「金属極細線からなるプローブピンを絶
縁性基台上に所定のピッチごとに、かつ該基台から上記
プローブピンの一部を突出させて固着し、かつ自己弾性
を有する弧状に屈曲成形するとともに、該突出部の先端
にテーパー状の接触尖部を形成する」ことにより、「上
記プローブピンの接触尖部が被検査面に当接すると同時
に該突出部がその自己弾性により変形し、これにより被
検査面にかかる荷重を一定にできる」としている。しか
しながら、この提案によれば、プローブピンの形態が図
２の従来のプローブピンと大幅に異なるため、従来培わ
れてきたプローブピンの作製技術、信頼性、あるいは図
２のような従来のプローブピンを用いた装置に係わる技
術が活用できないという問題点がある。

【０００９】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、プローブピンの形態を従来の作製技術等が
活用できなくなるほどには変えることなく、かつプロー
ブピンまたはプローバを用いる装置に特別の安全機構を
設けることなく、プローブピンを基板上の配線に押し当
てる際のプローブヘッド先端の押圧力が強くなりすぎる
ことがないプローブピンを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明では、被接触部分に接触するプローブヘッド
と、前記接触の際にプローブヘッドを被接触部分に押し
当てるスプリングとを備えたプローブピンにおいて、ス
プリングは超弾性合金で作られていることを特徴とす
る。

【００１１】このスプリングは超弾性合金製であるた
め、変形量（撓み量）が弾性限界を超えると、変形量に
関係なく被接触部分にプローブヘッドを押し当てる力が
一定となる。したがって、プローブヘッドが被接触部分
に押し当てられて、スプリングの変形量が前記弾性限界
を超えるほど大きくなった場合は、プローブヘッドによ
り被接触部分を押圧する力が一定となり、押圧力が強く
なりすぎることが防止される。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態に係る
プローブピンを示す図である。このプローブピンは同図
に示すように、被接触部分に接触するプローブヘッド８
と、前記接触の際にプローブヘッド８を被接触部分に押
し当てるスプリング９と、プローブヘッド８を被接触部
分に押し当てる方向に案内するスリーブ１０と、スリー
ブ１０の一端に固定された端子１１とを備える。プロー
ブヘッド８はスリーブ１０に先端部を残して挿入され、
かつ先端にテーパを付した棒状の部材である。

【００１３】スプリング９は端子１１およびプローブヘ
ッド８をスリーブ１０の内部において接続している。ま
た、スプリング９はＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金製でφ０．
５ｍｍ以下の金属線で作られているコイルばねである。
さらにスプリング９は、プローブヘッド８が被接触部分
に接触していない状態において、被接触部分へ押し当て
る方向とは逆方向に所定量だけ予め撓められている。そ
して、この所定量は弾性限界近傍の撓み量である。

【００１４】これによれば、従来のプローブピンと同じ
形態により、プローブピンの押込み量にかかわらず、プ
ローブピンの先端すなわちプローブヘッドから、被接触
部分である基板上の配線にかかる押圧力が一定になる。
そのため、プローブピンを基板上の配線に押し当てたと
き、プローブヘッドの先端の押圧が強くなりすぎること
はなく、基板上の配線や基板そのものを破損してしまう
ようなことは起こらなくなる。

【００１５】次に図４を用いてこの原理を説明する。同
図（ａ）〜（ｃ）に示すように、プローブピンを基板上
に形成された配線１２に押し当てると、プローブヘッド
８がスリーブ１０の内部に押し込まれ、プローブピンの
押込み量に等しい量だけ、スプリング９が撓んで圧縮さ
れる。このとき、スプリング９の反発力がプローブヘッ
ド８から配線１２に押圧となってかかるようになる。プ
ローブヘッド８から配線１２への押圧すなわちスプリン
グ９の反発力は、スプリング９の圧縮量（プローブピン
の押込み量）が０からある値Ｌまでの間は増加していく
が（図４（ｂ））、圧縮量がＬ以上になると、ある一定
の値σとなる（図４（ｃ））。この値Ｌは超弾性合金で
あるスプリング９の材質と形状によって決まる値であ
る。

【００１６】図４（ｄ）は、このときのプローブピンの
押込み量とプローブピンの押圧すなわちスプリング９の
反発力との関係を示す。図４（ｄ）において、プローブ
ピンの押込み量が０のときにプローブピンの押圧が０で
ない有限の値となっているのは、プローブピンの構造
が、プローブピンを配線１２に押し当てていない状態で
あってもスプリング９がある程度圧縮されているためで
ある。そこで、プローブピンを配線１２に押し当ててい
ない状態でのスプリング９の圧縮量を大きくとってやる
と、押込み量と押圧の関係が図４（ｅ）であるようなプ
ローブピンとすることができる。このようなプローブピ
ンは、プローブピンの押込み量にかかわらず押圧が一定
となるプローブピンである。したがって、従来のプロー
ブピンと同じ形態により、プローブピン押込み量にかか
わらず、プローブヘッド８から基板上の配線１２にかか
る押圧を一定にすることができる。

【００１７】このような特徴は、スプリング９に用いて
いる超弾性合金の特性に起因するものである。超弾性合
金とは、形状記憶合金と類似の材料であって、弾性変形
が見かけ上５〜７％（通常の金属の１０倍）あり、かつ
ある変形量以上では変形に対する応力がほぼ一定である
材料である。これは、超弾性合金の変形が２種類の現象
からなっていることによる。外部応力が小さいときは、
超弾性合金の変形は通常の弾性変形である。外部応力が
大きく、弾性限界を越えると、超弾性合金の変形に従っ
て、母相からマルテンサイト相への可逆的な相変態を伴
うようになる。この変形は、変形量に対する応力がほぼ
一定という特徴をもち、多少のヒステリシスを伴う可逆
的な変形である。

【００１８】この現象により、超弾性合金は、見かけ上
の大きな弾性変形と、変形量に対する応力がほぼ一定と
いう２つの際立った特性をもつ。これら２つの特性を利
用して、超弾性合金は、歯列整形ワイヤなどの医療器
具、めがねのフレーム、携帯電話のアンテナなどに応用
されている。超弾性を示す材料としてはＮｉ−Ｔｉ系合
金の他、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合金、またはＣｕ−Ａｌ−
Ｎｉ系合金などが知られているが、実用可能なものはＮ
ｉ−Ｔｉ系合金に限られる。

【００１９】本発明では、スプリングにこの超弾性合金
を用いることにより、前記の変形量に対する応力がほぼ
一定という超弾性合金の特性を利用して、プローブピン
の押込み量によらずプローブヘッドの配線にかかる押圧
を一定にするという特性を引出している。

【００２０】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。 （超弾性合金製スプリングの性質の調査）本実施例に係
るプローブピンを構成する部材の１つである超弾性合金
製のスプリングの性質を調べた。図５（ａ）は入手した
超弾性合金製のスプリングを示す。このスプリングは、
線径０．５ｍｍ、スプリング径５ｍｍ、スプリング長５
０ｍｍ、巻き数１０のものである。超弾性合金の組成は
Ｎｉ−Ｔｉであるが、これにＦｅやＣｒなどを含むもの
も知られている。

【００２１】次に、この超弾性合金製のスプリングの圧
縮量（歪み）と反発力（応力）の関係を、図５（ｂ）に
示す実験装置を用いて調べた。同図において、１７は調
べた超弾性合金製のスプリング、１８はスプリング１７
の反発力（応力）を測定する歪みゲージ、１９はスプリ
ング１７に任意の圧縮（歪み）を加えることができる器
具である。測定結果を図６に示す。この測定結果をまと
めると、次のようになる。 （１）超弾性合金のスプリングには、圧縮量（歪み）に
かかわらず反発力（応力）がほぼ一定である領域が存在
することが確認された。 （２）本実施例で用いた超弾性合金のスプリングでは、
その弾性限界はスプリング長の約４０％圧縮された点で
あることが分かった。すなわち、図６に示すように、前
記弾性限界以下の領域では弾性変形を起こしており、前
記弾性限界以上の領域ではマルテンサイト変態を伴う変
形が起こって圧縮量（歪み）にかかわらず反発力（応
力）がほぼ一定となっていた。 （３）超弾性合金のスプリングの、圧縮量（歪み）にか
かわらず反発力（応力）がほぼ一定である領域は、ヒス
テリシスをもち、荷重を加えたときに比べて除荷したと
きの反発力は小さくなっていた。

【００２２】したがって次のことが結論される。すなわ
ち、前記（１）および（２）より、本実施例で用いた超
弾性合金のスプリングを用い、その弾性限界付近すなわ
ちスプリング長の約４０％を予め圧縮するようにした構
造のプローブピンを作れば、押込み量にかかわらず押圧
が一定となるようなプローブピンが実現される。また前
記（３）より、プローブピンを押し込んだ後に押込み量
を減ずる操作をすると、プローブピンの押圧は若干減る
ことになる。ただしこれは、基板や配線を損傷させない
ためにプローブピンの押圧が大きくなりすぎないように
する、という本発明が解決しようとする課題のために
は、何ら問題となるものではない。さらに前記（２）よ
り、本実施例で用いた超弾性合金のスプリングの弾性限
界がスプリング長の約４０％であることから、プローブ
ピンで用いる超弾性合金のスプリングは、各ループの間
の間隔を十分大きくなるように作成しておかなければな
らないことを示唆している。

【００２３】（プローブピンの試作）この調査に使用し
た超弾性合金のスプリングを用い、上述の図１の実施形
態に従ったプローブピンを試作した。ただし、フラット
パネルディスプレイの製造に用いられるプローブピンは
寸法が小さく、製作にあたっては特別な微細加工技術お
よび微細部品の組立技術が必要とされるため、試作した
プローブピンは寸法の大きなものとした。試作したプロ
ーブピンの寸法が大きくとも、プローブピンの押込み量
と押圧の関係を調べることができるため、本発明の実現
性が確かめられるからである。

【００２４】試作したプローブピンのプローブヘッド８
は、ステンレス製で、長さが２０ｍｍ、中心外径が５ｍ
ｍであり、先端をテーパ状として、反対側の端にストッ
パとなるフランジを設け、さらにフランジ中央部にスプ
リング９をあてがう溝を設けるように加工した。スプリ
ング９は上述の調査に用いた図５（ａ）に示す超弾性合
金のスプリングであり、線径０．５ｍｍ、スプリング径
５ｍｍ、スプリング長５０ｍｍ、巻き数１０のものであ
る。スリーブ１０は、肉厚０．３ｍｍ、内径７ｍｍのス
テンレスチューブであり、スリーブ１０には、プローブ
ヘッド８が配置される側の端に、プローブヘッド８用の
ストッパ兼ガイドの役割をする絞り加工を施した。端子
１２は、径７ｍｍ、長さ１０ｍｍのステンレス製の捧材
であり、端子１２には、片面にスプリング９をあてがう
ための溝を設けた。

【００２５】試作に際しては、これらの部材を用意した
後、まず、スリーブ１０の内面に潤滑剤であるシリコー
ン系のグリースを薄く塗り、次に、図１の上側からスリ
ーブ１０の中に、プローブヘッド８およびスプリング９
をこの順に挿入し、最後に端子１１を挿入して接着剤で
固定した。このとき、スプリング９が、上述の調査で明
らかになったスプリング９の弾性限界に当るスプリング
長の４０％である２０ｍｍだけ圧縮されるようにスリー
ブ１０の長さを調整した。スプリング９は、プローブヘ
ッド８と端子１１のそれぞれの前記の溝にあてがった。
これにより、プローブピンの試作を完了した。

【００２６】（試作したプローブピンの押圧の確認）試
作したプローブピンが、プローブピンの押込み量にかか
わらず押圧が一定のプローブピンとする、という本発明
の課題を解決したものとなっているかどうかの確認を、
図７に示す実験装置を用いて行なった。

【００２７】図７の実験装置は、実施例１で用いた図５
（ｂ）に示す実験装置と同じものである。図７におい
て、２０は試作した図１に示すプローブピン、１９はプ
ローブピン２０の押圧を測定する歪みゲージ、１８はプ
ローブピン２０に任意の押込み量を加えることができる
器具である。

【００２８】測定結果を図８に示す。図８より直ちに、
本実施例において試作した図１の実施形態に係るプロー
ブピンが、プローブピンの押込み量にかかわらず押圧が
一定のプローブピンとなっていることが確認された。

【００２９】（試作したプローブピンの動作の確認）最
後に、試作したプローブピンに、実用上の問題がないか
どうかの確認を行なった。確認を行なった項目は、電気
的な導通があるかどうかという点と、プローブピンを押
し込む動作を繰り返し行なった後においてもプローブピ
ンの押込み量にかかわらず押圧が一定であるというプロ
ーブピンの特徴が維持できているかどうかという点の２
点である。

【００３０】まず、試作したプローブピンのプローブヘ
ッド８と端子１１との間の電気的な導通の確認を行なっ
た。言うまでもないことであるが、プローブヘッド８と
端子１１との間における十分な電気的な導通が確認され
た。

【００３１】次に、図９に示す実験装置により、試作し
たプローブピン２０に対し繰り返し１０００回まで押込
みを与え、その間、表１に示す各回数の押込みを行なっ
た時点において、上述の図７の実験装置によって、プロ
ーブピンの押込み量にかかわらず押圧が一定というプロ
ーブピンの特徴が維持できているかどうかの確認と、そ
の時の押圧を測定した。なお、図９において、２３は矢
印２４方向に往復運動してプローブピン２０に繰り返し
押込みを与えるための器具である。

【００３２】この確認および押圧測定の結果を表１に示
す。これによれば、繰返しの押込み回数が１０００回ま
での表１中の各回数において、プローブピンの押込み量
にかかわらずプローブピンの押圧が一定であることが確
認できた（表１中で“ＯＫ”で示す）。また、そのとき
の押圧は若干の減少はあるものの、ほぼ初期の押圧が維
持できることが分かった。

【００３３】

【表１】 以上の実施例で試作したプローブピンは、前記の通り、
通常フラットパネルディスプレイの製造に用いられるプ
ローブピンよりも寸法の大きなものである。これは、フ
ラットパネルディスプレイの製造に用いられるプローブ
ピンは寸法が小さく、製作にあたっては特別な微細加工
技術および微細部品の組立技術が必要とされ、これらの
技術を有するのは専門の業者に限られるためである。し
かしながら、プローブピンの押込み量にかかわらず押圧
が一定という、本発明のプローブピンの特徴は、前記の
課題を解決するための手段の記述より、プローブピンの
構成と、そこに使われている材質に依存し、寸法によら
ないことは容易に推測できる。したがって、以上に述べ
た実施例により、本発明が課題を解決するための手段と
して有効であることが示された。

【００３４】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、スプリングを超弾性合金製のものとしたため、従来
のプローブピンと同様の形態により、プローブピンの押
込み量にかかわらず、プローブピンの先端すなわちプロ
ーブヘッドによる押圧を一定にすることができる。した
がって、本発明のプローブピンまたはその複数を有する
プローバを用いた検査装置において、プローブピンを基
板上の配線に押し当てたとき、プローブピンの先端すな
わちプローブヘッドの先端の押圧が強くなりすぎ、基板
上の配線や基板そのものを破損してしまうこと、特に基
板がガラスで作られている場合は基板が割れてしまうこ
とを、特別な安全機構を前記検査装置に設けなくとも、
防止することができる。ここでいう検査装置とは、フラ
ットパネルディスプレイの製造に用いられる基板上の配
線の短絡や断線の検査や画像表示検査などを行なう装置
である。

【００３５】このような本発明のプローブピンの有する
効果は、フラットパネルディスプレイの製造のみなら
ず、半導体ＩＣ、抵抗、コンデンサ等の電子回路部品の
検査、各種電子回路部品が実装された回路基板の検査、
あるいは撮像デバイス等の各種デバイスの製造において
も同様に期待することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るプローブピンを示
す断面図である。

【図２】 従来のプローブピンを示す断面図である。

【図３】 従来のプローバを示す斜視図である。

【図４】 図１のプローブピンの作用を示す説明図であ
る。

【図５】 本発明の実施例で用いた超弾性合金のスプリ
ングと、その圧縮量（歪み）と反発力（応力）の関係を
測定するために用いた装置を示す側面図である。

【図６】 図５の装置による測定結果を示すグラフであ
る。

【図７】 本発明の実施例で試作したプローブピンの押
込み量と押圧の関係を測定するために用いた装置を示す
側面図である。

【図８】 図７の装置による測定結果を示すグラフであ
る。

【図９】 本発明の実施例で試作したプローブピンに押
込みを繰返し行なうために用いた実験装置を示す側面図
である。

【符号の説明】

１：プローブヘッド、２：スプリング、３：スリーブ、
４：端子、５：図２に示すプローブピン、６：基台、
７：リード線、８：プローブヘッド、９：超弾性合金を
用いたスプリング、１０：スリーブ、１１：端子、１
２：基板上に形成された配線、１７：超弾性合金を用い
たスプリング、１８：歪みゲージ、１９：押込みを与え
る器具、２０：図１に示すプローブピン、２３：繰返し
押込みを与えるための器具、２４：矢印。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小倉 全昭 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 2G011 AA02 AA15 AB01 AC14 AE01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被接触部分に接触するプローブヘッド
   と、前記接触の際に前記プローブヘッドを前記被接触部
   分に押し当てるスプリングとを備えたプローブピンにお
   いて、前記スプリングは超弾性合金で作られていること
   を特徴とするプローブピン。
2. 【請求項２】 前記プローブヘッドを前記被接触部分に
   押し当てる方向に案内するスリーブと、このスリーブの
   一端に固定された端子とを備え、前記プローブヘッドは
   前記スリーブに先端部を残して挿入され、かつ先端にテ
   ーパを付した棒状の部材であり、前記スプリングはコイ
   ルばねであり、かつ前記端子および前記プローブヘッド
   を前記スリーブの内部において接続しているものである
   ことを特徴とする請求項１に記載のプローブピン。
3. 【請求項３】 前記スプリングはＮｉ−Ｔｉ系超弾性合
   金製であることを特徴とする請求項１または２に記載の
   プローブピン。
4. 【請求項４】 前記スプリングは線径が０．５ｍｍ以下
   の超弾性合金線で作られているコイルばねであることを
   特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロー
   ブピン。
5. 【請求項５】 前記プローブヘッドが前記被接触部分に
   接触していない状態において、前記スプリングは前記押
   し当てる方向とは逆方向に所定量だけ予め撓められてい
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載
   のプローブピン。
6. 【請求項６】 前記所定量は弾性限界近傍の撓み量であ
   ることを特徴とする請求項５に記載のプローブピン。
7. 【請求項７】 前記被接触部分との接触により、前記被
   接触部分との電気的接続を、前記プローブヘッド、スプ
   リングまたはスリーブ、および端子を経て確立するため
   に使用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか
   １項に記載のプローブピン。