JP2007078675A - プローブアセンブリおよびこれを利用した装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】少ないプローブヘッド数で、ターゲット基板全体にわたる複数位置において、複数のテストを実施することが可能なプローブヘッド等を提供する。
【解決手段】上述した課題は、プローブ先端を持ち、前記プローブ先端がゼロインサーションフォース(ZIF)電気コネクタを含むプローブヘッドを具備したプローブアセンブリなどにより解決することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、テスト機器のプローブアセンブリおよび、プローブアセンブリを利用した装置に関する。
高速ディジタル回路及びシステムの評価及びデバッグには、信号波形の計測及び表示を要する場合が多い。これらの計測の実施には、ロジックアナライザ、オシロスコープ又はスペクトルアナライザといったテスト機器がしばしば用いられる。被検対象となる回路又はシステム(しばしばターゲットと呼ばれる)からの信号の一部がプローブアセンブリを通じてテスト機器へと供給される。
プローブアセンブリは2つの部分を含んでいる場合が多い。第一の部分はプローブヘッドとして知られるもので、これにはプローブ先端とケーブル(伝送線)が含まれる。プローブ先端は、集合的にはターゲットと呼ばれることが多い被検エレクトロニクス装置と電気接触を作る。プローブアセンブリの第二の部分は、プローブアンプとして知られる部分である。プローブアンプには、ポッド、主要ケーブル及び増幅器が含まれる。ポッドは、エレクトロニクスを含んでいても含んでいなくても良く、ターゲットからテスト機器への接続を作るものである。
ターゲットエレクトロニクスがより複雑になると、回路密度が増大する。複雑化したターゲットエレクトロニクスは、ターゲット基板上に複数のプローブサイトを必要とする。この要求に応える一手法としては、ターゲット回路基板に複数のプローブヘッドを装着することが挙げられる。ターゲット上の特定位置においてテストが望まれた場合、プローブアンプがプローブヘッドへと接続され、計測が実施される。残念なことに、プローブヘッドはどちらかというと高価なものであり、このような選択は魅力的とは言えない。
少なくとも上述した欠点を解消した信号プローブ及びプローブアセンブリが必要とされている。
上述した課題は、プローブ先端を持ち、前記プローブ先端がゼロインサーションフォース(ZIF)電気コネクタ(107)を含むプローブヘッドを具備したプローブアセンブリなどにより解決することができる。
添付図を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより実施例をより深く理解することが出来る。様々な造作は寸法どおりに描かれているとは限らない点に留意が必要である。実際、説明の便宜上、これらの寸法は任意に大きくすることも、小さくすることも出来る。適用可能かつ現実的である限り、同様の要素には同様の符号を付した。
以下の詳細説明においては、本教示内容に基づく実施例の完全な理解を助けるために、説明の便宜上、そのように限定されるわけではない特定の詳細が設定されている。しかしながら、本開示内容の恩恵を被る分野における当業者には明らかなように、本願に開示した特定の詳細とは異なる本発明の教示内容に基づく他の実施例であっても、本願請求項の範囲に留まるものである。更には、実施例の説明が不明瞭とならないように周知の装置及び方法は省略した。このような方法及び装置は本教示内容の範囲に明らかに入るものである。
図1は、一実施例に基づくテスト装置100の単純化した概略図である。テスト装置100はオシロスコープ、ロジックアナライザ、スペクトルアナライザ又は同様のデバイスとすることが出来るテスト機器101を含んでいる。ポッド102はテスト機器に、そしてケーブル104を介して増幅器103に接続されている。ケーブル104は1本以上の好適な伝送線とすることが出来、これには同軸伝送線及びリボン同軸伝送線が含まれるがこれらに限られない。ポッド102は電子部品及び回路、受動及び能動電子部品、又はそれらを組み合わせたものを含んでいる。
本願において使用する場合、「プローブアンプ」という語は、集合的にポッド102、増幅器103及びケーブル104を指すものである。特定の実施例においては、ポッド102及び増幅器103はAgilent Technologies,Inc.から出されているInfiniMax(登録商標)プローブシステム中に提供されるタイプのものとすることが出来る。このプローブシステムの更なる詳細については、本出願人に譲渡され、この参照により明確に本願に含まれるM.McTigueによる米国特許第6,704,670号に開示されている。代わりに、ポッド102及び増幅器103は、ポッド又は増幅器、又は両方、又は高周波信号プロービングアプリケーションを含む信号プロービングアプリケーションにおいて一般に使用されるものとすることが出来る。
有利なことに、ケーブル104は相対的に柔軟であることから、ケーブル104が動いてもターゲットへとプローブヘッドが接続されたプローブアンプを移動させてしまうことはない。このように、感知し得る程度の力が、ややダメージを受けやすいプローブヘッドへと伝わることは無いのである。更には、プローブアンプは薄くほぼ平らである為、これを通常は約0.5インチの離間距離を持つ回路基板を含むターゲットシステム中へと現場で配置することが出来る。
増幅器103は、コネクタ105を介して信号伝送線106へと接続されている。コネクタ105はギルバート社製プッシュオン(GPO)、オムニスペクトラ社製超小型プッシュオン(OSMP、SMP)又は他の好適なコネクタとすることが出来る。コネクタ105は伝送線106をゼロインサーションフォース(ZIF)電気コネクタ107へと接続する。伝送線106は、説明上、高周波信号の伝送及びプロービングアプリケーションでの利用に好適な同軸ケーブル伝送線である。特定の実施例においては、同軸伝送線106は編組中心導体、固体フッ素化エチレンプロピレン(FEP)誘電体、編組グラウンドシールド及びポリ塩化ビニル(PVC)ジャケットを含み、GPO又はSMPコネクタ中で終端することが出来るものである。伝送線の特性インピーダンスは、例えば50.0Ω±1.5Ωである。
ZIF電気コネクタ107はプローブヘッドを、ターゲット110に接続された接続用付属部品109へと接続する。本願において更に詳細を説明するように、ZIFコネクタは、ZIF接続とZIF電気コネクタ107の接続用付属部品109へのロック及びZIF電気コネクタ107の接続用付属部品109からのアンロックを助長するロック/アンロック機構108を含んでいる。
ターゲット110への接続用付属部品109の接続は、既知のはんだ付け又は他の既知の接続法により実施することが出来る。例えば、接続用付属部品109はターゲット110上の接触ポイント113(例えば回路の線)へと、接続用付属部品109とターゲット110との間にダンピング素子111を持つ導電体112により接続することが出来る。特定の実施例においては、導体112は同軸ケーブルであり、ダンピング素子111は抵抗である。他の実施例においては、ダンピング素子111を、ここでも導電体112によりターゲット110と接続用付属部品109との間に接続が作られることになるように、接続用付属部品109上に配置することが出来る。
以下に更なる詳細を説明するように、複数の接続用付属部品109を、テストが所望されるターゲットのサイトに設けることが出来る。ZIF電気コネクタ107により、接続用付属部品109のターゲット110からの断絶を招く可能性を実質的に排除、そうでなければそれを低減するような方式で、プローブヘッドの接続用付属部品109への(からの)容易で便利な接続及び接続解除が可能なのである。
図2Aは、ZIFコネクタ107、ロック機構108及び伝送線106を含むプローブヘッドの一部分の拡大図である。ロック機構108は接続用組立部品109を受容するように適合した基部201を含む。更にロック機構108は、接続用組立部品109と勘合するように適合したリッジ203を含んでいる。リッジ203をツール(図示せず)又は手動で勘合させることによりロック機構108が動くと、ロック機構108は所定位置へとスライドすることにより、接続用付属部品109を方向202へと移動させ、ZIFコネクタ107のハウジング204中において電気接触を持つ勘合位置へと入れるものである。ZIFコネクタ107は更にハウジング204中の接触部を、トレース206を介して伝送線106と接続する接続インターフェース205も含んでいる。接続インターフェース205は高周波信号伝送用に適合した様々な構造体のうちの1つとすることが出来る。例えば、接続インターフェース205は既知のフレキシブル回路基板及びマイクロストリップ伝送線構造体を具備したものとすることが出来る。
本実施例においては、このロック機構はスライドロックとして知られるものである。図2Aに示したように、ハウジング204中の接触部はハウジングから引き抜かれた状態のロック機構108に対して開放位置にある。ロック機構108が方向202へと移動すると、接触部はロック機構108により基部201と接触するように、従って接続用付属部品109へと引き付けられる。接続用付属部品109のハウジング204への移動中、ハウジング中の接触部は開放位置にあることから、接続用付属部品をプローブヘッドと接続する位置へと移動させる為に要する力は小さくて済む。ロック機構108がロック位置へと入る(ハウジング204中の最終位置へと移動する等)と、接触部はロック機構108により引き下げられ、接続用付属部品109の接触部と擦られるように勘合することになる。同様に、ロック機構108がロック位置から(例えば方向202とは反対方向に)移動すると、ハウジング中の接触部はロック機構108により接続用付属部品109の接触部から離れることから、ごく僅かな力により接続用付属部品の除去が容易に出来る。
特定の実施例においては、ロック/アンロック機構108を含むZIFコネクタハウジング104は、日本の東京にあるオムロン株式会社から販売されるZIFスライドロック方式(0.5mmピッチ)XF2Lコネクタである。勿論、他種のZIFコネクタを接続用付属部品109とプローブヘッドとの接続/切断に用いることも可能である。例えば、回路基板間の接続を作るように適合したバックロックを持ったZIFコネクタも利用可能である。代わりに、エレクトロニクスアプリケーションに広く利用されているフレキシブルプリント回路ZIFコネクタをZIFコネクタ107中に用いることも出来る。
図2Bは、一実施例に基づく接続用付属部品109の拡大図である。接続用付属部品109は、基板208上に配置された接触部207を含んでいる。基板208は、高周波信号伝送に好適な誘電体材料とすることが出来る。例えば、基板208は信号伝送線の誘電体であって、基板208の一方の側上に伝送線として機能する接触207を持ち、基板208の他方の側にグラウンドプレーン(図示せず)を配置したものとすることが出来る。特定の実施例においては、基板208はプリント回路基板(PCB)であり、接触207が基板上の電気トレースである。
接続用付属部品109の基板208に用いられるPCBは様々ある既知の誘電体材料の1つから成るものとすることが出来る。一般に、誘電損失の低い相対的に低い誘電率を持つ誘電体材料が有用である。誘電損失が正当な限界範囲内にあるならば、既知のプリント回路基板誘電体FR4を使用することが出来る。加えて、同様に誘電率及び誘電損失が限界範囲内にあるならば、厚膜誘電体基板又は薄膜誘電体基板も使用することが出来る。一般に接続用に選択される材料の誘電率は約7.0未満である。特定の実施例においては、誘電率は約4.55である。特にこの接続を介した信号の伝送長は相対的に短いことから、誘電損失は通常は大きな問題ではない。しかしながら、信号振幅が著しく小さくなってしまうことが明らかな場合、基板208の誘電材料としてより許容される誘電損失を持つ他の誘電材料の利用が必要となる場合もある。
現在説明中の実施例においては、2つの接触207が示されている。しかしながら接続用付属部品109上に、より多数又はより少数の接触を設けることを考えることが可能である。更に特定の実施例においては、接触207の1つを信号伝送線の信号接触とし、接続用付属部品109上で隣接する接触をグラウンド接触とすることが出来る。接続用付属部品109とターゲット110とを接続する同軸伝送線への接続用に、複数の信号/グラウンド対を接続用付属部品109上に配置することが出来る。
先にも述べたように、ZIFコネクタ107により、プローブヘッドのターゲット110との接続/切断が可能となっていると同時に、接続用組立部品109のターゲット110への接続に損傷を与えることを実質的に防ぐことが出来る。加えて、接続用付属部品109とターゲット間の接続部(例えばはんだ接合部)は、その造作(例えば導電体112)の寸法が小さいが故にどちらかと言えば脆いものである。特に、使用中、比較的大きな力が何らかの事情によりプローブヘッドへと印加される可能性がある。既知のテスト装置においては、これはプローブへのはんだ接合部の破壊、又はターゲット基板のバイアへの損傷、又はその両方の原因となり得る。しかしながら、プローブヘッドと接続用付属部品109間の接続はZIFコネクタ107を介して作られている為、接続用付属部品109は小さな力でプローブヘッドから外れることになり、これによって接続用はんだ接合部及びバイアが守られる。従ってZIFコネクタ107の利用は、ターゲットへの損傷及び接続用付属部品109のターゲットからの切断又はその接続への損傷を防ぐ上では非常に有用なのである。加えて、ZIFコネクタ107は導電体112に対してさほどの力をかけることなく、接続用付属部品109を支持することなく、接続用付属部品109と勘合するように適合している。これによりユーザーはさほどの熟練を要さずにプローブヘッドをターゲットへと勘合させたり外したりすることが出来る。
多くの場合においては、ターゲットのプリント回路基板(ターゲット基板)上の空間経路は約0.040インチ程度である。更には、ターゲットに多数の接続を設けることが有用である場合も多く、これにより複数の接続用付属部品109を相互にやや近接させて設けなければならないことがある。その寸法は通常、ターゲット基板上のターゲットにより決まる。接続用付属部品109を使って0.025インチ以下の間隔でターゲット基板上のバイアへの接続を実現することが出来る。更に、接続用付属部品109を利用して約0.050インチ以下の幅及び間隔でターゲット基板上に回路トレースへの接続を実現することが出来る。
上述した造作サイズ及び間隔でターゲット基板への接続を作る為には、導電体112は0.050インチ程度となる。これらの要因により導電体112は小さく作らなければならず、それに対応して脆くなる。特定の実施例においては、導電体112は相対的に耐久性があり、相対的に低い伝熱性を持つニッケル線である。代わりに、1/7銅/ニッケル線を利用しても良い。こうすることで、プローブヘッド又は接続用付属部品109を、プローブ先端又は接続用付属品上から何かをはんだ除去する必要なくターゲットシステム中へとはんだ付けすることが出来る。加えて、導電体112は、本出願人に譲渡され、この参照により明確に本願に組み込まれるM.McTigueによる米国特許6,864,694号に記載のものとすることが出来る。
図2Cは、一実施例に基づく接続用付属部品109と勘合する前の状態にあるプローブヘッドの拡大図である。先にも述べたように、接続用付属部品は基部201上に配置されている。次にリッジ108がツール(図示せず)により、又は手動で勘合されることにより、ロック機構108及び接続用付属部品109を方向202へと移動させる。接続用付属部品109のハウジング204中への移動は、先に説明したようにゼロインサーションフォースで実施される。ロック機構がロック位置に入ると、ZIFコネクタ107の接触部が接続用付属部品109の接触部207と勘合し、これによりプローブからターゲットへの電気接続が完了する。テストが終了すると、ロック機構108を、ここでもツール又は手動により方向202の反対方向へと移動させることにより、ZIFコネクタ107及び接続用付属部品109が取り外される。
図2Dは接続機構へと接続され、所定配置へとロックされたプローブヘッドの拡大上面図である。この配置にある場合、ロック機構108はロック位置にあり、ZIFコネクタ107の接触部は接続用付属部品の接触部207と勘合した状態にある。
図3は、一実施例に基づくターゲット基板301の単純化した概略図である。ターゲット基板301は、ターゲット110のようなターゲット電子デバイス上の基板とすることが出来る。ターゲット基板301は、その上に配置された電子部品及びモジュール(例えばエレクトロニクス302、303)と共に、回路トレース及び伝送線(図示せず)を含んでいる。複数の接続用付属部品109がターゲット基板301上に装着され、ターゲット基板の表面上に突出している。例えば、接続用付属部品はターゲット基板上のテスト用サイトへと導電体112により接続することが出来る。導電体は通常、上述したようにはんだ付けされる。1枚のターゲット基板しか図示されていないが、ターゲット110は複数のターゲット基板を含むものであっても良い点に留意されたい。ターゲット基板の複数ターゲットの各々がエレクトロニクス302、303及び接続用付属部品109を含んでいることが想定される。
テスト中においては、プローブヘッドは選択された接続用付属部品109へと先に説明したように勘合され、テストが実施される。テストが終了すると、プローブヘッドは接続用付属部品109から取り外され、次のテストにおいては別の接続用付属部品109で使用される。このように、1つのプローブヘッド及び複数の比較的安価な接続用付属部品109を使い、ターゲット基板全体にわたる複数位置において、複数のテストを実施することが出来る。プローブヘッドの接続及び取り外しはゼロインサーションフォース接続を通じたものであることから、接続は容易に実施することが出来、導電体112の切断の要因にはなり難い。特には、導電体112は接続用組立部品109に印加される何らかの力による衝撃を吸収することになる為、導電体112の脆弱な特性を考え、印加される応力を制限することは有益である。これは実施例に基づくプローブヘッドにより実現可能である。更には、接続の一つが損傷した場合、接続用付属部品109は相対的に安価であることから、新たな接続は比較的安価に作ることが出来るのである。例えば、接続用付属部品が未だ使えるようならば現在の接続用付属部品109上の導電体を再度はんだ付けするか、新たな接続用付属部品109を使用することが出来る。
説明した実施例によれば、プローブはZIF接続を介してターゲットへと接続されるように適合している。当業者であれば明らかなように、本教示内容に基づく多数の変更形態が可能であり、本願請求項の範囲に残るものである。これら及び他の変更形態は、本願の仕様書、図面及び請求項を読めば当業者には明らかである。よって本発明の技術的範囲は、本願請求項の記載によってのみ制約されるものである。
最後に、本発明の代表的な実施態様について述べる。
(実施態様1)
プローブ先端を持ち、前記プローブ先端がゼロインサーションフォース(ZIF)電気コネクタ(107)を含むプローブヘッドを具備したプローブアセンブリ。
(実施態様2)
増幅器(103)及びプローブアンプをテスト機器(101)へと接続するように適合した少なくとも1本の電気ケーブル(104)を持つ前記プローブアンプを更に具備した実施態様1に記載のプローブアセンブリ。
(実施態様3)
前記ZIF電気コネクタと勘合するように適合した接続用付属部品(109)を更に具備した実施態様1または2に記載のプローブアセンブリ。
(実施態様4)
前記接続用付属部品がターゲット基板(301)へと電気的に接続される実施態様3に記載のプローブアセンブリ。
(実施態様5)
前記プローブヘッドが少なくとも1本の信号伝送線(106)を具備した実施態様2に記載のプローブアセンブリ。
(実施態様6)
前記少なくとも1本の信号伝送線が前記プローブアンプへと接続されている実施態様5に記載のプローブアセンブリ。
(実施態様7)
前記ZIF電気コネクタがロック機構(108)を更に具備した実施態様1から6のいずれかに記載のプローブアセンブリ。
(実施態様8)
前記ロック機構が、前記ロック機構を移動させるように適合した少なくとも一本のリッジ(203)を更に具備した実施態様7に記載のプローブアセンブリ。
(実施態様9)
プローブ先端を持ち、前記プローブ先端がゼロインサーションフォース(ZIF)電気コネクタ(107)を含むプローブヘッドと、ターゲット(110)と、前記ターゲットへと電気的に接続された複数の接続用付属部品(109)とを具備した装置。
(実施態様10)
増幅器及びプローブアンプ(103)をテスト機器(101)へと接続するように適合した少なくとも1本の電気ケーブル(104)を有する前記プローブアンプを更に具備した実施態様9に記載の装置。
(実施態様11)
前記プローブヘッドが更に少なくとも1本の信号伝送線(106)を具備した実施態様10に記載の装置。
(実施態様12)
前記少なくとも1本の信号伝送線が前記プローブアンプへと接続されている実施態様11に記載の装置。
(実施態様13)
テスト機器(101)を更に具備した実施態様9または10に記載の装置。
(実施態様14)
前記テスト機器がオシロスコープである実施態様13に記載の装置。
(実施態様15)
前記テスト機器がロジックアナライザである実施態様13に記載の装置。
(実施態様16)
前記ZIF電気コネクタが更にロック機構(108)を具備した実施態様9から15のいずれかに記載の装置。
(実施態様17)
前記ロック機構が更に、前記ロック機構を移動させるように適合した少なくとも1本のリッジ(203)を具備した実施態様16に記載の装置。
(実施態様18)
前記ターゲットが少なくとも1つのターゲット回路基板(301)を含むものであり、前記複数の接続用付属部品の各々が前記ターゲット回路基板上の接触ポイントへと接続されている実施態様9から17のいずれかに記載の装置。
(実施態様19)
前記接続用付属部品の各々が、前記接続用付属部品上のそれぞれの接触部を前記接触ポイントへと接続する導電体(112)を具備した実施態様18に記載の装置。
(実施態様20)
前記導電体の各々がダンピング素子(111)を含むものである実施態様19に記載の装置。
一実施例に基づくテスト装置の簡略化した概略図である。 一実施例に基づくプローブヘッドの上面図である。 一実施例に基づく接続用付属部品の上面図である。 一実施例に基づくプローブヘッドのゼロインサーションフォース(ZIF)コネクタのロック機構の上に配置された接続用付属部品の上面図である。 ZIFコネクタと勘合させた接続用付属部品の上面図である。 一実施例に基づく複数の接続用付属部品を含むターゲット回路基板(ターゲット基板)の簡略化した概略図である。
符号の説明
101 テスト機器
103 増幅器/プローブアンプ
104 電気ケーブル
106 信号伝送線
107 ZIF電気コネクタ
108 ロック機構
109 接続用付属部品
110 ターゲット
111 ダンピング素子
112 導電体
203 リッジ
301 ターゲット基板

Claims (20)

  1. プローブ先端を持ち、前記プローブ先端がゼロインサーションフォース(ZIF)電気コネクタを含むプローブヘッドを具備したプローブアセンブリ。
  2. 増幅器及びプローブアンプをテスト機器へと接続するように適合した少なくとも1本の電気ケーブルを持つ前記プローブアンプを更に具備した請求項1に記載のプローブアセンブリ。
  3. 前記ZIF電気コネクタと勘合するように適合した接続用付属部品を更に具備した請求項1または2に記載のプローブアセンブリ。
  4. 前記接続用付属部品がターゲット基板へと電気的に接続される請求項3に記載のプローブアセンブリ。
  5. 前記プローブヘッドが少なくとも1本の信号伝送線を具備した請求項2に記載のプローブアセンブリ。
  6. 前記少なくとも1本の信号伝送線が前記プローブアンプへと接続されている請求項5に記載のプローブアセンブリ。
  7. 前記ZIF電気コネクタがロック機構を更に具備した請求項1から6のいずれかに記載のプローブアセンブリ。
  8. 前記ロック機構が、前記ロック機構を移動させるように適合した少なくとも一本のリッジを更に具備した請求項7に記載のプローブアセンブリ。
  9. プローブ先端を持ち、前記プローブ先端がゼロインサーションフォース(ZIF)電気コネクタを含むプローブヘッドと、ターゲットと、前記ターゲットへと電気的に接続された複数の接続用付属部品とを具備した装置。
  10. 増幅器及びプローブアンプをテスト機器へと接続するように適合した少なくとも1本の電気ケーブルを有する前記プローブアンプを更に具備した請求項9に記載の装置。
  11. 前記プローブヘッドが更に少なくとも1本の信号伝送線を具備した請求項10に記載の装置。
  12. 前記少なくとも1本の信号伝送線が前記プローブアンプへと接続されている請求項11に記載の装置。
  13. テスト機器を更に具備した請求項9または10に記載の装置。
  14. 前記テスト機器がオシロスコープである請求項13に記載の装置。
  15. 前記テスト機器がロジックアナライザである請求項13に記載の装置。
  16. 前記ZIF電気コネクタが更にロック機構を具備した請求項9から15のいずれかに記載の装置。
  17. 前記ロック機構が更に、前記ロック機構を移動させるように適合した少なくとも1本のリッジを具備した請求項16に記載の装置。
  18. 前記ターゲットが少なくとも1つのターゲット回路基板を含むものであり、前記複数の接続用付属部品の各々が前記ターゲット回路基板上の接触ポイントへと接続されている請求項9から17のいずれかに記載の装置。
  19. 前記接続用付属部品の各々が、前記接続用付属部品上のそれぞれの接触部を前記接触ポイントへと接続する導電体を具備した請求項18に記載の装置。
  20. 前記導電体の各々がダンピング素子を含むものである請求項19に記載の装置。
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