JP2007139766A - プローブシステム - Google Patents

Abstract

【課題】寄生負荷が小さく、接続／分離が容易なプローブを提供する
【解決手段】
プロービングアクセサリ１０３を有し、テストポイントに接続された相補型プローブアクセサリ１０９に電気的に接続され、プロービングアクセサリ１０３が張力の印加により相補型プローブアクセサリ１０９を捕捉および開放する、プロービングシステム１００，１０１。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブシステムに係り、特に接続用アクセサリに関する。

電子回路の動作周波数が増大し、部品形状が小型化すると、プリント回路基板（ＰＣＢ）上のテストポイント（試験箇所）から信号をプロービングして計測することは益々困難となる。加えて、テストポイントのプロービングに用いられるデバイス自体が計測に影響を与えるようになって来る。現在ある解決策の１つは、ソケット付プローブヘッドへと接続する１つ以上のヘッダピンを設けることである。ヘッダピンは、代表的には１００ミル（約２．５４ミリメートル）大の中心上に設けられた２５ミル四方（約０．６３５ミリメートル四方）のものである。多くのアプリケーションにおいては、これらのヘッダピンは物理的に大き過ぎて寄生負荷が過剰に高くなり、従って計測可能な信号の帯域幅が制約されてしまう。プリント回路基板の形状がより小型化すると、ヘッダピンがＰＣＢ表面積に占めるパーセンテージが大きくなり、これによりコストが嵩み、そのＰＣＢを利用したデバイスの小型化には制約が生じることになる。他の周知のソリューションとしては、プローブヘッドをＰＣＢ上のテストポイントへと直接的にはんだ付けするものがある。はんだ付けされたプローブヘッドの有利な点は寄生容量が小さく、高帯域接続を提供することが出来ることである。欠点は、このソリューションにはコストがかかるという点、接続／分離が容易ではない点、そしてはんだ付けとはんだ除去を実施することが出来る回数が限られているという点である。

よって従来技術における欠点を解決する接続用アクセサリに対する要求が存在するものである。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものである。本第一の発明は、テストポイントに電気的に接続する為のプローブアクセサリであって、延長軸上に配置されたプローブ保持素子を含む前記プローブアクセサリと、前記プローブアクセサリに対して張力のみを用いて前記保持素子を捕捉及び開放するように構成されたプローブヘッドとを具備したプローブシステムである。

本第二の発明は、本第一の発明のプローブシステムにおいて、前記保持素子が球形であることを特徴とするものである。

本第三の発明は、本第一の発明のプローブシステムにおいて、前記プローブ保持素子の幅が、前記延長軸の幅よりも大きいことを特徴とするものである。

本第四の発明は、本第一の発明のプローブシステムにおいて、前記保持素子の径が約０．２５４〜０．５０８ミリメートルの範囲にあり、前記延長軸の幅が約０．１２７〜０．２５４ミリメートルの範囲にあることを特徴とするものである。

本第五の発明は、本第一の発明のプローブシステムにおいて、前記プローブヘッドが、前記保持素子を位置決めし、その後第一の張力の印加により前記保持素子を受容するように構成された捕捉素子を更に具備したことを特徴とするものである。

本第六の発明は、本第一の発明のプローブシステムにおいて、前記捕捉素子が、更に第二の張力の印加により前記保持素子を開放するように構成されていることを特徴とするものである。

本第七の発明は、本第一の発明のプローブシステムにおいて、前記捕捉素子が、開放されたループ状に形成された各々のワイヤが前記保持素子をそれらの間に捕捉するように構成された、対向するワイヤを更に具備したことを特徴とするものである。

本第八の発明は、本第一の発明のプローブシステムにおいて、前記捕捉素子の各々が、窪みを含むプレートを具備したものであることを特徴とするものである。

添付図を参照しつつ以下の詳細説明を読むことにより、本教示内容を理解することが出来る。

図１を見ると、本教示内容に基づくプローブヘッド１００及び相補（コンプリメンタリ）型プローブアクセサリ１０１の拡大斜視図が示されている。プローブヘッド１００は差分信号への電気接続を作るものであり、従って差分ポートの各々に対して２つの同じ接続を含んでいる。プローブヘッド１００は２つの捕捉素子１０３を保持する筐体（housing；ハウジング）１０２を含んでいる。捕捉素子１０３の各々は、捕捉素子１０３とプローブヘッド１００中の残りのプローブ回路との間に電気的に配置されたインピーダンス素子１０４へと接続されている。インピーダンス素子は、当業者には周知のように代表的には接続の寄生容量を低減する為の抵抗である。プローブ回路の残りの部分は、この参照に本願に含まれる２００４年４月２２日出願の米国特許出願第１０／８２９，７２５号“Ｃｏｍｐｌｉａｎｔ Ｍｉｃｒｏ−Ｂｒｏｗｓｅｒ Ｆｏｒ Ａ Ｈａｎｄ Ｈｅｌｄ Ｐｒｏｂｅ”及び２００４年９月２０日出願の米国特許出願第１０／９４５，１４６号“Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ Ｐｒｏｂｅ Ｗｉｔｈ Ｕｎｉｔｉｚｅｄ Ｐｒｏｂｅ Ｔｉｐｓ”に開示のものと類似している。捕捉素子１０３は、それぞれにバネ素子１０５を含んでいる。特定の実施例においては、各バネ素子１０５は約３３０度の円形状に成型されたワイヤを含み、開放ループ（閉じていないループ）１０６を作っている。プローブヘッド１００の筐体１０２から離れている側のワイヤ端部１０７は、Ｖ字型を形成するように開放ループ１０６の外側に配されてされており、Ｖ字の大きく開放された端部は、開放ループ１０６各々の中心開口１０８から逆方向を向いて配されている。各開放ループ１０６の中心開口１０８は、保持素子１０９を捕捉する為のサイズ及び構成となっている。１つの捕捉素子１０３におけるバネ素子１０５間の距離は、筐体へと接続された端部で最も小さく、徐々に大きくなって行き、筐体１０２から最も離れた端部において最も大きい。特定の実施例においては、各捕捉素子１０３の最終長は６０ミル（約１．５２４ミリメートル）である。

特定の実施例においては、保持素子１０９は球形であり、延長軸（extension shaft；エクステンションシャフト）１１０と電気的に接続している、又はこれと一体のものである。延長軸１１０の取り付け端部１１１は、プリント回路基板（以下、ＰＣＢ）等のテストデバイス上のテストポイントへとはんだ付け、又は他の周知の電気的および機械的接続により電気的、機械的に接続している。特定の実施例においては、球１０９は直径約１５ミル（約０．３８１ミリメートル）の金属製であり、延長軸１１０はその球１０９と一体のもので、直径が約７ミル（約０．１７７８ミリメートル）である。

当業者には明らかなように、本例の直径を持つ延長軸１１０は、相補型プローブアクセサリ１０１への損傷を生じることなく圧縮力の負荷に耐えられるものではない。しかしながら、当業者には更に明らかなように、延長軸１１０は金属製である為、張力については損傷を生じることなくこれを許容し、耐えることが出来るものである。

捕捉素子１０３及び相補型プローブアクセサリ１０１間の接続方法は、捕捉素子１０３と保持素子１０９との間の関係を更に説明するものである。具体的には、図１に描いた実施例用の接続方法は、捕捉素子１０３を延長軸１１０の取り付け端部１１１付近へと配置することにより、球１０９は捕捉素子１０３から開放されている状態ではあるが、しかし延長軸１１０は捕捉素子１０３の間に来るように配置するステップが含まれる。延長軸１１０の直径と、筐体１０２から離れた側における捕捉素子１０３間の距離との相対的大きさにより、二者を説明したように配置する為の空間には、調整用の余裕が若干ある。説明したこのプロセスにおいては、最小限の張力が印加される。図２は、説明したように捕捉素子１０３が球１０９を保持した状態を示している。

図３を参照すると、ＰＣＢ１１２へとはんだ付けされた相補型プローブアクセサリ１０１の、具体的というより示唆的な図が示されている。図３は、そのアプリケーションという背景における本発明の教示内容を示す為に本明細書に含んだものである。

図４を具体的に参照すると、これは本教示内容に基づくプローブシステムの接続１１３及び分離（接続解除）１１４中に印加される張力を、捕捉素子１０３と球１０９間の変位の関数として示したグラフである。配置後、捕捉素子１０３は、各捕捉素子１０３の解放ループ１０６から逆方向に配されたＶ字のより大きな開放部分が球１０９の表面と勘合するまで、延長軸１１０の取り付け端部１１１から反対側に向かって動かされる。更なる、そしてより大きな第一の張力１１５がプローブヘッド１００へと印加されると、Ｖ字が球１０９を捕捉素子１０３の中心となる位置へと導く。球１０９の表面と第一の張力１１５との組み合わせにより、捕捉素子１０３が球１０９の全径を受容するように外側に変位するに至る。プローブヘッド１００に更なる張力が印加されると、球１０９は捕捉素子１０３の間のスペースに完全に受容１１６されることになる。バネ素子１０３は内側に向かってバイアスが掛けられている為に中立位置１１７へと戻り、これにより球１０９は張力閾値未満の力が印加されている場合にあってはここに保持されるのである。

捕捉素子１０３及び球１０９は導電性材料から成るものである。従って球１０９を捕捉素子１０３の間に保持することにより、ＰＣＢ１１２上のテストポイントとプローブ機能を実施するプローブヘッド１００中の回路との間に電気的導通を提供することになる。球１０９が捕捉素子１０３間に捕捉されている場合、球１０９は捕捉素子１０３間に保持されている為に機械的、又は電気的接続を失うことなく旋回させることが出来る。この旋回は、プローブヘッド１００が何かにぶつかったり小刻みに動いたりした場合の動き１１７に対する若干の遊びを提供するものであり、プローブヘッド１００とテストポイントとの間に確実な電気的及び機械的接続を提供しつつも、延長軸１１０及びＰＣＢ間のはんだ接続に印加され得る応力を最少化する働きを持っている。

プローブヘッド１００と相補型プローブアクセサリ間の分離方法は、捕捉を実施する為に印加した第一の張力１１５の方向と同じ方向において第二の張力１１８をプローブヘッドへと印加することを含む。図４を具体的に参照するが、球１０９が捕捉素子１０３間に捕捉された後の第二の張力１１８の印加は、筐体１０２から離れた側およびＶ字の反対側にある開放ループ１０６部分を球１０９とかみ合わせるものである。球１０９の表面により、捕捉素子１０３が相互に対して外側に、球１０９の全径が捕捉素子１０３から開放されるに至るまで変位することになる。すると球１０９を完全に捕捉素子１０３から分離１２０させることが可能となり、これによりプローブヘッド１００と相補型プローブアクセサリ１０１との間の電気的、機械的接続は解除されるのである。

図５を詳細に見ると、ここには本教示内容に基づく捕捉素子１０３の他の実施例が描かれており、これは球１０９を捕捉する為の窪み１２２を持つ２枚のプレート１２１を含むものである。具体的な実施例においては、この窪み１２２は、捕捉素子１０３がそれらの中立位置に戻った場合に保持素子を捕捉する為の空間を設ける為の開口もしくは緩衝域であっても良い。捕捉プレート１２１は図１及び図２に描いた捕捉素子１０３の実施例と同じ機能を実施するものである。捕捉プレート１２１は、プローブヘッド１０２へと接続する捕捉アーム１２３を超えて延びている。捕捉アーム１２３は相互から離れる方向に角度が付けられており、捕捉プレート１２１に取り付けられたもの、又はこれと一体のものである。捕捉プレート１２１は相互に平行である。捕捉アーム１２３中の緩衝域１２４は、保持素子１０９を捕捉プレートの開口１２２中に捕捉及び保持する第一の張力１１５を印加する前の段階において保持素子１０９の位置合わせを許容するものである。捕捉プレート１２１は、球１０９の表面によりそれらに外側への力が掛かると、内側へのバイアスを生じるバネ素子として働く。球１０９の全径が窪み又は開口１２２中に至ると、捕捉プレート１２１はそれらの中立位置へと戻り、これにより球１０９が捕捉される。第二の張力１１８は、球１０９を窪み又は開口１２２を通過させ、球１０９が捕捉プレート１２１から開放されるポイントまで運ぶものである。球１０９が捕捉プレート１２１から開放されると、捕捉プレート１２１はそれらの中間位置へと戻る。

当業者であれば、本教示内容に基づく、そして本願請求項の範囲に入ると考えられる、具体的に説明していない他の実施例を想至することは可能である。開示した保持素子は球であったが、例えば楕円形、円筒形又は錠剤形といった所定のアプリケーションに好適な他の外形を持つものとすることも出来る。開示した実施例の寸法は、特定のアプリケーションの条件によって変えることが出来る。以下に、本発明の実施態様を要約して列挙する。

（実施態様１）
テストポイントに電気的に接続する為のプローブアクセサリ（１０１）であって、延長軸（１１０）上に配置されたプローブ保持素子（１０９）を含む前記プローブアクセサリ（１０１）と、前記プローブアクセサリに対して張力のみを用いて前記保持素子（１０９）を捕捉及び開放するように構成されたプローブヘッド（１００）とを具備したプローブシステム。

（実施態様２）
前記保持素子（１０９）が球形であることを特徴とする実施態様１に記載のプローブシステム。

（実施態様３）
前記プローブ保持素子（１０９）の幅が、前記延長軸（１１０）の幅よりも大きいことを特徴とする実施態様１に記載のプローブシステム。

（実施態様４）
前記保持素子（１０９）の径が約１０〜２０ミル（約０．２５４〜０．５０８ミリメートル）の範囲にあり、前記延長軸（１１０）の幅が約５〜１０ミル（約０．１２７〜０．２５４ミリメートル）の範囲にあることを特徴とする実施態様２に記載のプローブシステム。

（実施態様５）
前記プローブヘッド（１００）が、前記保持素子（１０９）を位置決めし、その後第一の張力の印加により前記保持素子（１０９）を受容するように構成された捕捉素子（１０３）を更に具備したことを特徴とする実施態様１に記載のプローブシステム。

（実施態様６）
前記捕捉素子（１０３）が、更に第二の張力の印加により前記保持素子（１０９）を開放するように構成されていることを特徴とする実施態様５に記載のプローブシステム。

（実施態様７）
前記捕捉素子（１０３）が、開放されたループ状に形成された各々のワイヤが前記保持素子（１０９）をそれらの間に捕捉するように構成された、対向するワイヤを更に具備したことを特徴とする実施態様１に記載のプローブシステム。

（実施態様８）
前記捕捉素子（１０３）の各々が、窪み（１２２）を含むプレート（１２４）を具備したものであることを特徴とする実施態様１に記載のプローブシステム。

本発明に基づくプローブヘッド及び相補型プローブアクセサリの一実施例において、勘合させていない状態を描いた拡大斜視図である。 本発明に基づくプローブヘッド及び相補型プローブアクセサリの一実施例において、勘合させた状態を描いた拡大斜視図である。 本教示内容を実施したものに基づく接続用アクセサリの一実施例を使ったプリント回路基板の概念図である。 本教示内容に基づいて接続用アクセサリを接続及び分離する為に、プローブヘッドへと印加される張力のグラフである。 本発明に基づくプローブヘッドの他の実施例において、勘合させていない状態を描いた拡大斜視図である。

符号の説明

１００ プローブヘッド
１０１ プローブアクセサリ
１０３ 捕捉素子
１０９ プローブ保持素子
１１０ 延長軸
１２２ 窪み
１２４ プレート

Claims (8)

1. テストポイントに電気的に接続する為のプローブアクセサリであって、延長軸上に配置されたプローブ保持素子を含む前記プローブアクセサリと、
   前記プローブアクセサリに対して張力のみを用いて前記保持素子を捕捉及び開放するように構成されたプローブヘッドと、
   を具備したプローブシステム。
2. 前記保持素子が球形であることを特徴とする請求項１に記載のプローブシステム。
3. 前記プローブ保持素子の幅が、前記延長軸の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のプローブシステム。
4. 前記保持素子の径が約０．２５４〜０．５０８ミリメートルの範囲にあり、前記延長軸の幅が約０．１２７〜０．２５４ミリメートルの範囲にあることを特徴とする請求項２に記載のプローブシステム。
5. 前記プローブヘッドが、前記保持素子を位置決めし、その後第一の張力の印加により前記保持素子を受容するように構成された捕捉素子を更に具備したことを特徴とする請求項１に記載のプローブシステム。
6. 前記捕捉素子が、更に第二の張力の印加により前記保持素子を開放するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のプローブシステム。
7. 前記捕捉素子が、開放されたループ状に形成された各々のワイヤが前記保持素子をそれらの間に捕捉するように構成された、対向するワイヤを更に具備したことを特徴とする請求項１に記載のプローブシステム。
8. 前記捕捉素子の各々が、窪みを含むプレートを具備したものであることを特徴とする請求項１に記載のプローブシステム。
   

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