JP2004177400A - プローブのインターフェース装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高周波信号の伝達のためのインターフェース機能を有し，伝送効率を向上可能なプローブのインターフェース装置を提供する。
【解決手段】 両端が開放され，長手方向の中空円筒状の内部導体２３０と，両端が開放され，内部導体を内挿する長手方向の円筒状の外部導体２２０とを含み，内部導体２３０の一端に測定対象との接触のための第１の信号ピン２１０が挿入突設されて，内部導体２３０の他端にプローブとの接触のための第２の信号ピン２４０が挿入突設され，これらのピンが内部導体２３０の内部両端で弾性スプリング３２０により弾持され，内部導体２３０から等間隔で外部導体の両端内に絶縁リング２５０を設けて，両導体間の絶縁を行う。内部導体２３０の外径から外部導体２２０の内径までの空間には，空気２６０が誘電体として含まれている。
【選択図】 図２

Description

本発明は，プローブのインターフェース装置に関し，特に，高周波用プローブを用いて測定対象を検査する際，測定対象とこのプローブとの間の信号伝達媒体として好適なプローブのインターフェース装置に関する。

プリント基板（ＰＣＢ）は，その板面に多数のチップが設けられ，これらのチップがその板面上に設けられた接続用バスにより互いに電気的に接続している電子部品である。バスは，プリント基板の板面上に描かれているラインに沿って導電性材料が塗布されて形成される。これらのチップは，各々多様な機能を果たし，電気的信号などがバスを通じて各チップに伝送されることができるようにされている。

このようなプリント基板が高密度に集積されて作られたチップが，高密度集積マイクロチップであって，このマイクロチップは電子製品に取り付けられて製品の性能を決定する重要な役割を行う。このため，電子製品のマイクロチップが正常状態なのかを確認するために検査器具を用いて検査する必要がある。そのような検査には通常，プローブが採用され，一つ以上のプローブが検査用ソケットに取り付けられて使われる。

図１は，コイル・スプリングと絶縁体とを用いた従来のプローブの構成を示す模式図である。

このプローブ１００は，図１（ａ）に示す複数型と図１（ｂ）に示す単一型とに分かれる。これらの構成は以下のようになっている。固定ブロック部１２０の上貫通穴から探針ピン１１０が突設され，固定ブロック部１２０の内部に挿入されているコイル・スプリング１３０の一方に探針ピン１１０が設けられ，コイル・スプリング１３０の他方に信号ピン１４０が設けられ，信号ピン１４０は固定ブロック部１２０の下貫通穴から突設されている。

詳記すると，コイル・スプリング１３０の両端に各々探針ピン１１０及び信号ピン１４０が挿入され，固定ブロック部１２０の上貫通穴から突設された探針ピン１１０は，測定対象であるマイクロチップの電極に接触し，固定ブロック部１２０の下貫通穴から突設された信号ピン１４０は，インターフェース・ボード１５０の電極パッド１５２に接触している。

したがって，探針ピン１１０の接触部は検査対象のマイクロチップの電極に接触し，信号ピン１４０の接触部はインターフェース・ボード１５０の電極パッド１５２に接触するようになる。

ところが，上記構成のプローブ１００では，探針ピン１１０及び信号ピン１４０の両方がコイル・スプリング１３０の付勢によって検査対象及び電極パッド１５２に対して電気的接触をする構成であり，信号伝送路の長さは長くない。したがって，従来のプローブ１００はＤＣ電流や数ＭＨｚの低周波信号を伝達する用途だけに使われてきた。詳記すると，プローブ１００の制限された長さを通じて長波長の低周波信号を伝送するにはあまり差支えはないが，数百ＭＨｚまたは数ＧＨｚの高周波信号を伝達する場合，この制限された長さを通じて短波長の高周波信号を伝達するようになるので，信号伝送の際に相当なロスをもたらし，高周波信号の伝送に不適合であるという不都合がある。

また，探針ピン１１０と固定ブロック部１２０との間の電気的な絶縁のために，テフロン（登録商標）１１５といった絶縁材料を用いて絶縁して特性インピーダンスを制御したが，そのような絶縁材料は物理的強度が低くて機構的な構造が不安定し，この絶縁材料の比誘電率によって伝搬遅延が発生するという不都合がある。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，高周波信号の伝達のためのインターフェース機能を有し，伝送効率を向上可能なプローブのインターフェース装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，プローブを用いて測定対象を検査する際，測定対象とプローブとの間の信号伝達媒体としてのプローブのインターフェース装置が提供される。このプローブのインターフェース装置は，両端が開放された円筒状の内部導体と，内部導体が内挿され，両端が開放された円筒状の外部導体と，内部導体と外部導体とを絶縁すると共に，内部導体と外部導体とが同軸を有するように内部導体に対して外部導体を固定する絶縁リングと，内部導体の一端に挿入突設された測定対象との接触のための第１の信号ピンと，内部導体の他端に挿入突設されたプローブとの接触のための第２の信号ピンと，を備え，第１の信号ピン及び前記第２の信号ピンはそれぞれ，内部導体の各端の内部で弾性スプリングにより弾持され，内部導体の各端に対して出入可能なように構成されていることを特徴とする。また，内部導体の外径から外部導体の内径までの空間には，空気が誘電体として含まれていることを特徴とする。かかる構成によれば，絶縁材料としてテフロン（登録商標）を用いずに空気を用いることによって伝送効率を上げることができる。

また，内部導体は，第１の信号ピン及び前記第２の信号ピンに対するソケットの役割を果たすと共に，外部導体と連携してインピーダンス整合を行うよう構成することが好ましい。例えば，内部導体の外径と外部導体の内径とを調節することにより特性インピーダンスが調節されるよう構成することが好ましい。かかる構成によれば，内部導体及び外部導体で特性インピーダンスをマッチングできるので，信号をほぼ損失なしに伝達でき，高周波信号用のインターフェース装置を実現できる。

以上のように本発明によれば，プローブを用いて測定対象を検査する際，高周波信号の伝達のためのインターフェース機能を果たし，伝送効率を向上可能なプローブのインターフェース装置を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図２は，本発明の好適な実施の形態にかかる高周波用プローブのインターフェース装置の構成を示す側断面図である。

図２の如く，本実施の形態による高周波用プローブのインターフェース装置２００は長手方向の円筒状の外部導体２２０を備え，外部導体２２０の内部中空には長手方向の中空状の内部導体２３０が設けられている。これらの外部導体２２０及び内部導体２３０の両端間には，両導体間の絶縁及び支持のための絶縁リング２５０が設けられる。内部導体２３０の左端には，測定対象との接触のための第１の信号ピン２１０が挿入突設され，その右端にはインターフェース・ボード１５０の電極パッド１５２との接触のための第２の信号ピン２４０が挿入突設されている。

このため，プローブを利用して測定対象としてのマイクロチップを検査する際，インターフェース装置２００は，内部導体２３０の左端から突設された第１の信号ピン２１０を通じて測定対象のマイクロチップの電極に接触し，内部導体２３０の右端から突設された第２の信号ピン２４０を通じてインターフェース・ボード１５０の電極パッド１５２に接触することによって，測定対象とプローブとの間の信号伝達媒体として機能を果たすようになる。ここで，第２の信号ピン２４０はプローブとの接触に寄与している。

図３は，第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０の挿入されている内部導体２３０を示す側面図であり，その一部は切開図である。

同図の如く，内部導体２３０は，その左右端が開口されている円筒状に構成されて，中空の形状を有する。前述のように，内部導体２３０の左端に第１の信号ピン２１０が挿入され，その右端に第２の信号ピン２４０が挿入され，内部導体２３０の内部に挿入された第１の信号ピン２１０と第２の信号ピン２４０との間には弾性スプリング３２０が設けられ，内部導体２３０の左右端から突設された第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０の各端には針３１０，３３０が設けられている。第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０はそれぞれ，内部導体２３０の各端の内部で弾性スプリング３２０により弾持され，内部導体２３０の各端に対して出入可能なように構成されている。

ここで，弾性スプリング３２０は，第１の信号ピン２１０の針３１０が測定対象のマイクロチップに接触する時，及び第２の信号ピン２４０の針３３０がインターフェース・ボード１５０の電極パッド１５２に接触する時，第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０の両方に対して付勢力を与える。

また，弾性スプリング３２０はインターフェース・ボード１５０から測定対象の方に電流が流れるように導電性材料でできており，内部導体２３０に組み込まれるように内部導体２３０の内径より小さい直径を有し，第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０が支持されるようにこれらの両ピンの直径と同じかより小さく設けられる。

また，弾性スプリング３２０は第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０が測定対象及び電極パッド１５２と接触する時，その付勢力によって接触を確かにして，この付勢力によって第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０は弾力的に内部導体２３０に対して出入可能になる。

このような付勢力によって，第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０が測定対象及び電極パッド１５２と接触する場合，その接触面の高さが多少正確でなくても，全てのテスト点に対して正確に接触するようになる。この時，内部導体２３０の内壁により第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０の動きに対する支持がなされる。

図２及び図３において，第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０は，通常の使用時には内部導体２３０の内部から容易に抜け出さないが，外部から第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０を引っ張る等の外力が加えられた場合は，内部導体２３０から容易に離脱して抜け出すように構成される。したがって，長時間の使用によって第１の信号ピン２１０または第２の信号ピン２４０が損傷された場合，これらのピンだけを手軽に取り替えることができる。

また，内部導体２３０は第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０を受け入れるソケットの役割を行うと共に，外部導体２２０と連携してインピーダンス整合を具現する。詳記すると，内部導体２３０の外径と外部導体２２０の内径とにより導体部の特性インピーダンスが調節される。ここで，導体部とは，内部導体２３０と外部導体２２０とを称する。

外部導体２２０は，外部から内部導体２３０を電磁気的にシールドすると共に，内部導体２３０と連携して特性インピーダンスを調節するもので，内径約０．９ｍｍ，外径約１．２ｍｍの中空導体である。

第１の信号ピン２１０を通じて測定対象から伝えられた信号が検査装備側から損失なしで伝送されるには，線路と入力側との間のインピーダンス・マッチングになっていなければならない。通常，当分野では，特性インピーダンスを７５Ωまたは５０Ωにして，線路とのインピーダンス・マッチングを行っており，本実施の形態では内部導体２３０の外径と外部導体２２０の内径とを調節して特性インピーダンスを５０Ωにした。ここで，特性インピーダンスＺは下記の式１によって計算される。

上記式１において，εは誘電率，ＥＤは外部導体の内径，ＩＤは内部導体の外径である。この式から分かるように，外部導体２２０と内部導体２３０との間に充慎される誘電体によって特性インピーダンスは変わる。プローブ内にインピーダンス・マッチングのために充慎する誘電体としては，一般にテフロン（登録商標）が使われている。このテフロン（登録商標）は，比誘電率が約２．１で，本実施の形態ではテフロン（登録商標）を誘電体として使用する場合，内部導体２３０及び外部導体２２０の太さが大きくなり，１．２７ｍｍ以下の微小ピッチで使用可能なプローブを提供することができなかった。

したがって，本発明の好適な実施の形態では，微小ピッチでも使用可能で，望みの特性インピーダンスの値を得るためにテフロン（登録商標）に比べて比誘電率の低い空気２６０を誘電体として使用した。すなわち，本実施の形態では，内部導体２３０の外径から外部導体２２０の内径までの空間には別の誘電体が充慎されることなく，空気２６０のみが誘電体として充慎された状態である。空気２６０の比誘電率εｒは１である。

本実施の形態では，前述のように，誘電体として空気２６０を用いて，円筒状の導体２２０，２３０の内外径を調節することによって，信号を伝達する両導体２２０，２３０において特性インピーダンスを整合させた。したがって，本実施の形態によるインターフェース装置２００は，信号を測定対象から損失なしにプローブの方に伝達でき，これによって高周波用プリント基板のインピーダンス測定及び高周波用ＩＣのテストに使用可能であるという効果を奏する。

図２において，絶縁リング２５０は外部導体２２０と内部導体２３０とを電気的に絶縁するもので，外部導体２２０の中心に内部導体２３０を支持する。すなわち，絶縁リング２５０は内部導体２３０と外部導体２５０とが同軸を有するように支持する。絶縁リング２５０は外部導体２２０の両端部内に挿入されて内部導体２３０を支持する。絶縁リング２５０の使用によって，外部導体２２０および内部導体２３０の特性インピーダンスに影響を与える恐れがあるが，その影響は微小なので無視することができる。しかし，絶縁リング２５０の影響を考慮しなければならない場合には，絶縁リング２５０の挿入による特性インピーダンスのバラツキ分を外部導体２３０の内径及び内部導体２３０の外径を適宜調節することにより相殺させることができる。

図４は，本実施の形態にかかるインターフェース装置を用いて測定対象を検査する状態を示す図である。図４では右側の円内に，インターフェース装置２００近傍の部分拡大図を示す。

同図の如く，検査用プリント基板４１０上には，検査用ソケット４２０が取り付けられ，ソケット４２０の上には測定対象のマイクロチップ４３０が載置されている。検査用ソケット４２０には，多数のインターフェース装置２００が取り付けられ，このインターフェース装置２００の上端には第１の信号ピン２１０が接続している。このため，インターフェース装置２００の一端が測定対象マイクロチップ４３０の複数の箇所に接触した状態にて，マイクロチップ４３０からの電流がインターフェース装置２００の本体及び他端の第２の信号ピン２４０を介してプリント基板４１０の方に流れることによって，測定対象のマイクロチップ４３０の検査が行われるようになる。

図５は，上記インターフェース装置の応用例を示す模式図である。図５の左側の図は検査用ソケット５１０であり，右側の図はその部分拡大図としてのインターフェース装置２００を示す。同図の如く，ドーナツ形態の円筒状の検査用ソケット５１０に１７２８個のインターフェース装置２００が備えられている。このため，半導体集積回路，マイクロチップなどを大量に検査でき，測定対象の大量にある検査の場合でもインターフェース装置２００が図２のような構造になっているため，第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０により測定対象を正確に測定することができる。

上記のように，本実施の形態によるインターフェース装置２００では，第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０が弾性スプリング３２０により出入可能である。したがって，第１の信号ピン２１０及び第２の信号ピン２４０の全てが正確に同じ長さに突設出来ない，凸凹状の基板に対しても，正確に接触してテストを行うことができる。

また，本実施の形態によれば，プローブと測定対象との間のインターフェース装置において，誘電体として空気２６０を用いて円筒状の導体２２０，２３０の内外径を適宜調節することによって，信号を伝達する両導体２２０，２３０で特性インピーダンスをマッチングして，測定対象において信号を損失なしプローブに伝達でき，これによって高周波用ＰＣＢ基板のインピーダンス測定，高周波用ＩＣのテスト及び高周波信号インターフェース用に使用可能であるという効果を奏す。さらにまた，ＰＣＢ基板や部品テストのための自動化設備に容易に適用して有効であるという効果を奏す。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，プローブのインターフェース装置に適用可能であり，特に，電子部品やプリント基板などのテストに用いるプローブとテスターとの間に高周波信号の伝達のためのインターフェース機能を果たす高周波用プローブのインターフェース装置に適用可能である。

従来のプローブのインターフェース装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態にかかる高周波用プローブのインターフェース装置の構成を示す側断面図である。 図２に示す高周波用プローブのインターフェース装置の部分切開平面図である。 本発明の実施の形態にかかるインターフェース装置を用いて測定対象を検査する状態を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるインターフェース装置の応用例を示す模式図である。

符号の説明

１１０ 探針ピン
１２０ 固定ブロック部
１３０ コイル・スプリング
１４０ 信号ピン
１５０ インターフェース・ボード
１５２ 電極パッド
２００ インターフェース装置
２１０ 第１の信号ピン
２２０ 外部導体
２３０ 内部導体
２４０ 第２の信号ピン
２５０ 絶縁リング
２６０ 空気
３１０，３３０ 針
３２０ 弾性スプリング
４１０ 検査用プリント基板
４２０ 検査用ソケット
４３０ マイクロチップ

Claims (8)

1. プローブを用いて測定対象を検査する際，前記測定対象と前記プローブとの間の信号伝達媒体としてのプローブのインターフェース装置であって，
   両端が開放された円筒状の内部導体と，
   前記内部導体が内挿され，両端が開放された円筒状の外部導体と，
   前記内部導体と前記外部導体とを絶縁すると共に，前記内部導体と前記外部導体とが同軸を有するように前記内部導体に対して前記外部導体を固定する絶縁リングと，
   前記内部導体の一端に挿入突設された前記測定対象との接触のための第１の信号ピンと，
   前記内部導体の他端に挿入突設された前記プローブとの接触のための第２の信号ピンと，を備え，
   前記第１の信号ピン及び前記第２の信号ピンはそれぞれ，前記内部導体の各端の内部で弾性スプリングにより弾持され，前記内部導体の各端に対して出入可能なように構成されていることを特徴とするプローブのインターフェース装置。
2. 前記内部導体の外径から前記外部導体の内径までの空間には，空気が誘電体として含まれていることを特徴とする請求項１に記載のプローブのインターフェース装置。
3. 前記内部導体は，前記第１の信号ピン及び前記第２の信号ピンに対するソケットの役割を果たすと共に，前記外部導体と連携してインピーダンス整合を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のプローブのインターフェース装置。
4. 前記内部導体の外径と前記外部導体の内径とを調節することにより特性インピーダンスが調節され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のインターフェース装置。
5. 前記測定対象の検査の際，前記第１の信号ピンが前記測定対象と接触し，前記第２の信号ピンが前記プローブと接触することによって，前記測定対象と前記プローブとの間の信号伝達を行う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のインターフェース装置。
6. 前記第１の信号ピンと前記第２の信号ピンの各端部には，針が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプローブのインターフェース装置。
7. 前記弾性スプリングは導電性材料からなり，前記弾性スプリングの外径は前記内部導体の内径より小さく，且つ前記弾性スプリングの内径は前記第１及び第２の信号ピンの直径以下であ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のインターフェース装置。
8. 前記第１の信号ピン及び前記第２の信号ピンは，前記内部導体の内部に挿入されて使用時には抜け出さないように構成されているが，外力を加えることにより前記内部導体から離脱可能であるよう構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプローブのインターフェース装置。
   
   

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