JP2000241443A - プローブコンタクト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼線の座屈現象と曲げ弾性力を利用した従来
のファインプローブによるコンタクト装置においては、
鋼線を座屈させるため接続の初期荷重が高くなり、プリ
ント基板への負荷が大きく、またプローブ本数が増加す
ると駆動するための設備も大型になり、振動の発生や高
速化できない等の問題がある。 【解決手段】 上記課題を解決するために本発明のプロ
ーブコンタクト装置は、鋼線の座屈現象と曲げ弾性力を
利用したファインプローブ１において、プローブ固定板
３とプローブガイド板４の中間部に曲げ変形を与える駆
動機構５を備えた構成により、プローブ接続時の被検査
物（プリント基板）６への負荷を小さくでき、またテス
ト設備全体の小型化、高速化、低振動化がはかれるとと
もに、コンタクトプローブの耐久性、耐磨耗性を大幅に
伸ばすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプリント基板の多点
コンタクトプローブヘッドに組み込まれるプローブコン
タクト装置に関し、さらに詳しくは、チップが高密度実
装され、線間距離が０．３ｍｍ程度のファインパターン
を有するプリント基板に対しても信頼性が高い検査結果
を提供することができるプローブコンタクト装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子部品が実装されたプリント基板中の
パターン断線の有無や電子部品の実装ミスの有無などを
検査する場合には、複数本のコンタクトプローブが組込
まれている多点コンタクトプローブヘッドを備えたテス
タが用いられる。特に最近では、電子部品の実装密度が
より一層高密度化し、線間距離が０．３ｍｍ程度のファ
インパターンを有するプリント基板も実現されており、
これに対応するための手段として、鋼線の曲げ弾性力を
利用したファインプローブが実用化されている（例え
ば、特開平７−２４８３３７号公報）。

【０００３】ファインプローブは線径０．２〜０．５ｍ
ｍ、長さ２０〜１００ｍｍの鋼線であり、鋼線の曲げ弾
性力を利用してコンタクト部に圧力を負荷して安定に測
定できるようにしている。従来のプローブはプローブの
基部にばね部材を内蔵していたのでプローブの径が大き
く、高密度部品の検査はできなかった。この点、ファイ
ンプローブはばね部材を内蔵する必要がないので高密度
検査装置に対応することができる。プリント基板に実装
した被検査部品の電極とプローブ先端を電気的に接続す
ることにより、プリント基板に形成されたパターンの断
線の有無、あるいは電子部品の実装欠陥などの検査を行
なう。

【０００４】図２は、鋼線の曲げ弾性力を利用した従来
のプローブコンタクト装置の構成図である。

【０００５】図２に示すように、従来のプローブコンタ
クト装置は複数のファインプローブ５０と、複数のファ
インプローブ５０を整列配置したコンタクトプローブヘ
ッド５１と、コンタクトプローブヘッド５１を被検査物
５３に接続あるいは切り離しを行なうためのプローブヘ
ッド駆動装置５２とを備えている。

【０００６】複数のファインプローブ５０はプローブヘ
ッド５１の上面に設けた第一のガイド孔５１ａと下面に
設けた第二のガイド孔５１ｂを貫通しており、ガイド孔
５１ａ、ガイド孔５１ｂによって、複数のファインプロ
ーブ５０の両端は位置決めされている。被検査物５３の
電極と、これに対応する複数のファインプローブ５０と
が当接するように被検査物５３を位置決めし、プローブ
ヘッド駆動部５２を下方向に押し付けるとファインプロ
ーブ５０は、ガイド孔５１ａとガイド孔５１ｂとの間で
撓み、適当な圧力で被検査物５３の電極と、これに対応
するファインプローブ５０とが接触するようになる。

【０００７】しかしながら、上記の従来のファインプロ
ーブによるコンタクト装置においては、鋼線の座屈現象
を利用するために、座屈をさせるための接触時の初期荷
重が高くなり、プリント基板への負荷が大きいという課
題があった。これを図３で説明する。

【０００８】図３（ａ）において、ファインプローブ５
０ａはプリント基板５４上の電極５５にファインプロー
ブが当接した直後の状態、５０ｂはファインプローブ５
０ａが上から押され撓んだ状態を示す図である。５０ａ
の状態でファインプローブを撓めるには大きな力が必要
であるが、ある程度ファインプローブが撓んだ５０ｂの
状態では小さな力でよい（図３ｂ）。従来のばね材を内
蔵したプローブの場合を図３（ｂ）点線で示す。図３よ
り明らかなように、従来のファインプローブ装置では、
ばね部材を内蔵したプローブ装置に比べて初期荷重が大
きいという問題があった。

【０００９】また、プローブ本数が増加すると駆動する
ための設備も大型になるといった問題があった。また、
線間距離が０．３ｍｍ程度あるいはそれ以下のファイン
パターンを有するプリント基板へ、多点コンタクトプロ
ーブヘッドに組込まれているすべてのコンタクトプロー
ブの先端を、繰り返し、精度よく接続させる必要がある
が、コンタクトプローブヘッドの加工、あるいは組立、
またこれを駆動するプレスメカに従来にまして高精度が
要求されることになり、その実現は容易ではない。さら
には、ファインプローブを撓めたとき撓み方向がまちま
ちであるために、隣接するファインプローブ同士が接触
しプローブ間で短絡してしまう課題があった。短絡防止
のためにファインプローブの中間部は絶縁性のコーティ
ング層を形成していたので、コストが高いものであっ
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来のフ
ァインプローブコンタクト装置の課題を解決するもので
あり、ファインプローブを座屈させるための初期荷重を
小さくでき、被検査物であるプリント基板への負荷を減
らすことが可能なファインプローブコンタクト装置を提
供することを目的とする。また、初期荷重を小さくでき
た結果としてプローブヘッド駆動装置が小型・簡易、か
つ高精度の位置決めができるファインプローブコンタク
ト装置を提供することができる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のプローブコンタクト装置は、鋼線の座屈現象
を利用して、試験電極と鋼線先端との接触点に所定圧力
を負荷できるファインプローブにおいて、鋼線の長さ方
向の中間部に曲げ変形を与える駆動手段を備えたことを
特徴とするものである。

【００１２】この構成により、プローブコンタクト時の
プリント基板への負荷を小さくでき、またコンタクトプ
ローブヘッドの加工、あるいは組立、またこれを駆動す
るプレスメカに対する精度要求を抑制することができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、一端がプローブ固定手段によって固定され、他端が
プローブガイド手段によって所定方向に進退可能に位置
決めされたプローブと、前記プローブ固定手段と前記プ
ローブガイド手段との間に前記プローブに曲げ変形を与
えるプローブ変形手段を設けたことを特徴とするもので
あり、これにより被検査物に接続させる前に、あらかじ
めプローブに曲げ変形を容易に付与することができるた
め、座屈荷重よりもはるかに小さな荷重でプローブと被
検査物を接続できる。従って、検査時にプリント基板に
対して小さな荷重で測定ができ、測定時にプリント基板
に過度の応力を加える必要がない。また、接続荷重が低
減できるため、プローブの変形や摩耗を抑制することも
できる。

【００１４】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１の発明において、プローブ変形手段が袋状のゴム弾性
体よりなり、前記袋状ゴム弾性体内部に気体、または液
体を注入・排出することによってプローブを変形させる
ことを特徴とするものであり、ゴム弾性体の伸縮動作を
利用してファインプローブに曲げ変形を与える構造のた
め、ゴムの変形量、あるいはゴムに供給する流体の圧力
を可変制御することにより、本来プローブの持っている
固有の接続荷重を適度に打ち消すことができ、被検査物
に最適なプローブ形状と接続荷重を任意に選択すること
ができる。従来の鋼線の座屈現象と曲げ弾性力を利用し
たファインプローブは、プローブ自身の材質、熱処理、
硬度、線径、プローブ長さ、先端部形状等によって決定
される接続荷重を持ち、可変することはできなかった。
また、本発明によれば袋状ゴム弾性体に沿ってプローブ
は外側に撓むので、隣接するプローブが交錯して短絡す
ることがない。従って、従来必要であったプローブ中間
部の絶縁処理は必ずしも必要ではない。

【００１５】本発明の請求項３に記載の発明は、一端が
プローブ固定手段によって固定され、他端がプローブガ
イド手段によって所定方向に進退可能に位置決めされた
プローブと、前記プローブ固定手段と前記プローブガイ
ド手段との間に前記プローブに曲げ変形を与えるプロー
ブ変形手段と、前記プローブガイド手段がガイドする前
記プローブの進退方向に対応する位置に被検査物の電極
部を位置決めする被検査物位置決め手段とを具備し、前
記プローブ変形手段が前記プローブの上下方向の移動
と、前記プローブと前記電極部との接点の当接圧力を制
御することを特徴とするものであり、プリント基板の電
気試験装置のプローブと被検査物との機械的接触あるい
は切離し動作をポンプによる気体・液体の注入・排出に
よっている。従って、線間距離が０．３ｍｍ程度あるい
はそれ以下のファインパターンを有するプリント基板へ
の接続においても、一度プローブとパターンの位置合わ
せをすれば、テストを繰り返しても互いの相対位置が変
化しないため、精度よく繰り返し接続させることができ
る。しかもプローブ先端部が伸縮するだけで、コンタク
トプローブヘッド全体を上下させる必要がないため、高
剛性、高精度なプレスメカも必要なく、きわめて小型
で、振動がなく、高速な接続あるいは切離し動作を実現
できる。

【００１６】（実施の形態）以下に図面に基づいて、本
発明のプローブコンタクト装置の一例を詳細に説明す
る。

【００１７】図１は本発明の実施の形態に係るプリント
基板における電気試験装置のプローブコンタクト部の構
成を示す図である。

【００１８】図１において、実施の形態におけるプリン
ト基板電気試験装置は、ファインプローブ１、テスト用
配線２、プローブ固定板３、プローブガイド板４、曲げ
駆動用弾性体５、被検査物（プリント基板）６、ベース
板７、弾性体制御部８で構成されている。

【００１９】ファインプローブ１は、線径０．２〜０．
５ｍｍ、長さ２０〜１００ｍｍの鋼からなる芯材の表面
に導電性のコーティング層を形成したものであり、ファ
インプローブ１における中間部の絶縁層のコーティング
はなくともよい。

【００２０】この構成によれば、ファインプローブ１
は、その根元部に近い側をプローブ固定板３で固定さ
れ、根元部には電気的な検査を行なうためのテスト用配
線２が各プローブ毎に取り付けられ、その先はテスト装
置本体へと接続される。プローブ固定板３からファイン
プローブ１の突き出し量は、テスト用配線２の接続に支
障が無い範囲であればよい。一方、ファインプローブ１
の先端部に近いところには、ファインプローブ１が整列
されて摺動できるように、ファインプローブ１の外径よ
りもわずかに大きな内径を持ったプローブガイド板４
が、プローブ固定板３と所定の距離だけ離して平行に向
き合って固定される。プローブガイド板４からファイン
プローブ１の突き出し量は、ファインプローブ１の先端
が被検査物６に接続されたときに、被検査物６の表面上
の突起物（電子部品パッケージ等）がプローブガイド板
４に接触しない範囲であればよい。上記のプローブ固定
板３とプローブガイド板４の間には、ファインプローブ
１に取り囲まれるように曲げ駆動用弾性体５を配置す
る。

【００２１】曲げ駆動用弾性体５は、例えば厚手のゴム
風船であり、エアホース９によって、弾性体制御部（ポ
ンプ）８に接続されている。外部からの電気信号を弾性
体制御部８に与えることで、曲げ駆動用弾性体５の膨張
収縮状態を任意に設定することができる構造である。

【００２２】上述のように構成された図１に示すプリン
ト基板のテスト装置を実際に使用する場合には、まず曲
げ駆動用弾性体５を膨張させることで、ファインプロー
ブ１に横方向の応力を与えて曲げ変形させる。この時、
ファインプローブ１はその一端がプローブ固定板３に固
定されているため、固定されていない側の先端は曲げ変
形量に応じてプローブガイド板４の方向に引込まれて、
プローブガイド板４からのファインプローブ１の突き出
し量が短くなる。この状態でファインプローブ１の直下
に被検査物（プリント基板等）６を送り込み、所定の位
置に固定する。その後、曲げ駆動用弾性体５を収縮させ
ることにより、ファインプローブ１の曲げ変形は徐々に
解除され、それにつれてプローブ突き出し量が長くな
り、最終的に被検査物（プリント基板等）６のテストポ
イントに接続される。接続された状態では、ファインプ
ローブ１に曲げ変形が残り、必要な接続荷重が付加され
るように、被検査物（プリント基板等）６とプローブ固
定板３の距離は適正に保たれている。

【００２３】また、ファインプローブ１が被検査物（プ
リント基板等）６のテストポイントに接続された状態
で、曲げ駆動用弾性体５を完全に収縮させずに、プロー
ブの変形量を任意の位置で保持すれば、０から最大荷重
の範囲で任意の接続荷重を得ることができる。

【００２４】さらに、上述したようにテスト装置のテス
トヘッドすなわちプローブ固定板３、プローブガイド板
４を固定したままで、曲げ駆動用弾性体５の膨張収縮に
より、プローブガイド板４からのファインプローブ１の
突き出し量を自由に可変できることで、ファインプロー
ブ１の位置精度を全く損なうことなく、高速でしかも振
動の無い接続、切り離しが可能である。

【００２５】また、図１における曲げ駆動用弾性体は球
状のゴム風船であるが、ファインプローブの配列に合わ
せ、例えば上下面が正方形の板で側面にゴムを貼ったも
のであってもよい。

【００２６】なお、以上の説明では、ファインプローブ
に曲げ変形を与える駆動源としてゴム状の弾性体５で構
成した例で説明したが、例えばプローブ固定板とプロー
ブガイド板との中間付近にファインプローブに対応する
複数の穴を開けたプローブ変形板の穴にファインプロー
ブを通し、プローブ変形板をＸＹ方向に移動することで
ファインプローブに横方向の曲げ変形を与えることもで
きる。この場合には、格子状のファインプローブコンタ
クト装置とすることが可能である。さらに変形駆動源と
して、リンク、カムや圧電素子等を用いた機械的な駆動
源でも同様に実施可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば鋼
線の座屈現象と曲げ弾性力を利用したファインプローブ
において、鋼線の長さ方向の中間部に曲げ変形を与える
駆動機構を備えたことにより、プローブコンタクト時の
プリント基板への負荷を小さく、あるいは任意に設定す
ることができ、これによりテスト設備全体の小型化、高
速化、低振動化がはかれるとともに、コンタクトプロー
ブの耐久性、耐磨耗性を大幅に伸ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施の形態に係るプリント基板
のテスト装置のプローブコンタクト方法の構成を示す図

【図２】従来のプローブコンタクト方法の構成を示すブ
ロック図

【図３】（ａ）ファインプローブの座屈現象と曲げ弾性
力とを説明する正面図 （ｂ）座屈現象と曲げ弾性力時のばね特性を説明する図

【符号の説明】

１ ファインプローブ ２ テスト用配線 ３ プローブ固定板 ４ プローブガイド板 ５ 曲げ駆動用弾性体 ６ 被検査物（プリント基板等） ７ ベース板 ８ 弾性体制御部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端がプローブ固定手段によって固定さ
   れ、他端がプローブガイド手段によって所定方向に進退
   可能に位置決めされたプローブと、前記プローブ固定手
   段と前記プローブガイド手段との間に前記プローブに曲
   げ変形を与えるプローブ変形手段を設けたことを特徴と
   するプローブコンタクト装置。
2. 【請求項２】プローブ変形手段が袋状のゴム弾性体と、
   前記袋状ゴム弾性体内部に気体、または液体を注入・排
   出するポンプとよりなることを特徴とする請求項１に記
   載のプローブコンタクト装置。
3. 【請求項３】一端がプローブ固定手段によって固定さ
   れ、他端がプローブガイド手段によって所定方向に進退
   可能に位置決めされたプローブと、前記プローブ固定手
   段と前記プローブガイド手段との間に前記プローブに曲
   げ変形を与えるプローブ変形手段と、前記プローブガイ
   ド手段がガイドする前記プローブの進退方向に対応する
   位置に被検査物の電極部を位置決めする被検査物位置決
   め手段とを具備し、前記プローブ変形手段が前記プロー
   ブの上下方向の移動と、前記プローブと前記電極部との
   接点の当接圧力を制御することを特徴とするプリント基
   板の電気試験装置。
4. 【請求項４】プローブ変形手段が袋状のゴム弾性体と、
   前記袋状ゴム弾性体内部に気体、または液体を注入・排
   出するポンプとよりなることを特徴とする請求項３に記
   載のプリント基板の電気試験装置。