JP2007205731A - 検査、測定用プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電子回路基板における断線、またはショートの検査、あるいは各種の測定用端子として用いられるプローブの使用環境の変化の影響を低減し、検査、測定対象の電子回路基板の接続端子と、前記プローブの先端に設けた端子部との確実なコンタクトが行える検査、測定用のプローブを提供する。
【解決手段】本発明は、各種の回路パターンが形成された電子回路基板９の検査、測定用の接続端子部１０に対して接触するためのプローブの先端部１に設けた端子部８を弾性材６に設けると共に、上記弾性材６を温度、湿度等の影響を受け難い素材からなる支持基板３に密着させた構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、平板状のフラットパネルである液晶表示パネル、またはその他微細な電子回路基板の断線、ショート（短絡）の検査、あるいは各種の電子回路基板の端子部における測定に最適な検査、測定用のプローブに関するものである。

一般に、平板状のフラットパネルとして表示素子に用いられる液晶表示パネルは、各種信号を伝達するための微細な電子回路が張りめぐらされている。たとえば、ガラス基板上には、透明導電性の微細な電子回路および接続用の端子が設けられている。前記フラットパネルは、近年微細な電子回路を配置し、極めて高品位の画像を表示させたいため、それに伴って、前記電子回路基板における回路幅とピッチが年々狭くなっている。近年、前記ピッチは、２０μｍ未満となり、また、前記回路幅は、１０μｍ以下になりつつある。

また、その他の被検査、被測定対象の電子回路基板の端子部のピッチは、益々細かく微細化され始めている。このような要求に応じて、たとえば、特開2003−207521号、または特開平5−281259号が提案されている。前記特開2003−207521号に記載されている技術は、温度、湿度、経年変化によって変形することがなく、寸法安定性に優れたプローブユニットおよびその製造方法、通電検査装置が提案されている。一方、特開平5−281259号に記載されている技術は、その図４に示されているようなプローブヘッドの製造方法が提案されている。
特開2003−207521 特開平５−281259

ところが、上述の従来の技術における特許文献１は、貼り付けられた基板（支持体）の対温度特性の安定性をそのまま利用した方法により温度、湿度、経年変化による影響に基づく反りの防止を目的としている。また、前記特許文献２は、ベース金属基板と無機絶縁層との直近での接着面において、温度、湿度による反り防止が成功している。しかし、前記特許文献１のプローブ先端部は、必然的に弾性を持たせる必要があり、かなり突き出さざるを得ない。したがって、前記プローブ先端部は、基板支持体から遠くにあるため、前記基板支持体からの対温度、湿度の安定性を得ることができず、温度、湿度の変化に対応した正確な位置の制御が困難である。

すなわち、前記特許文献１の構成では、上述のようにプローブ先端が温度、湿度等の環境変化に対して、近年、電子回路基板の回路部分の微細化に伴う端子部分の幅の狭小化とピッチの細かさに起因するプローブの先端部の位置ずれに対して、何ら解決させることができない。さらに、従来の技術における前記特許文献２は、ガラス、セラミック等からなるベース基板の最上層に、LSI電極パッドに対応して設けた回路パターンを形成した技術が示されている。前記特許文献２で述べられている電子回路基板の回路部分の微細化に伴う端子部分の狭小化とピッチの細かさに対応させたプローブ先端部は、導電性ゴムが使われている。この場合、電気を流す電気導電体は、金属導電体粒子が担い、ゴムの中に混練された構成である。

前記金属導電性粒子の大きさは、現状の技術レベルで、数μｍから数十μｍである。そのため、前記金属導電性粒子の大きさは、狭小幅の回路、微小狭小ピッチに対応することができないばかりでなく、仮に、前記金属導電粒子が細かくなったとしても、電気が伝導体である金属導電性粒子中と金属粒子どうしの接触を通じて流れるわけで、その時の接触抵抗に依存している。たとえば、金属表面の酸化皮膜は、大きな抵抗となっている。

また、被検査回路が微細になればゴムの中に混練された金属粒子どうしの接触機会は、少なくなり接触抵抗がさらに大きくなり、バルクの金属回路の抵抗に比べ極めて不利な端子になるという問題がある。したがって、検査、測定対象の電子回路基板上の回路は、微細化されたのに対して、特許文献２で述べられているこれまでの技術が追随し難く、確実で正確な検査、測定が困難であった。

第１の問題点として、検査、測定時の環境変化、たとえば、温度変化に伴ってプローブの端子部分の位置ずれが生じてしまうという問題があった。たとえば、被測定回路基板として熱膨張係数９×１０^-6の特性を有する液晶表示パネル用ガラスを用い、長さ方向で５０ｍｍの幅に２０μｍピッチで正確に電子回路端子がガラス基板上に配列していると想定した基板は、５℃の温度変化に対して、９×１０^-6×５×５０となり、２．２５μｍの膨張となる。このとき、測定用プローブ側の端子部の基板材料として熱膨張係数５５×１０^-6の特性を有するポリイミド樹脂を用い、同様に、長さ方向で５０ｍｍの幅に２０μｍのピッチで測定用端子が配列されていると想定した基板は、累積ピッチ５０ｍｍの長さ変化が５℃上昇すると、５×５５×１０^-6×５０となり、１３．７５μｍ膨張するので５０ｍｍの累積ピッチを有する被測定ガラス基板上の電子回路端子と測定用ポリイミド基板上に累積長さ５０ｍｍの測定用端子の位置の差が１１．５μｍとなる。

上述のように、一般的に、長さ方向に複数の回路端子が並んでいる場合を想定すると、被測定電子回路と測定用プローブの材質がガラス、ポリイミド樹脂という各々異なる材料を使用した例では、前記長さ方向に、５℃の温度変化によって１１．５μｍの違いが生ずることになり、プローブ先端部の端子部と電子回路基板の端子とのコンタクトが困難となる。これは、何もガラス対ポリイミド樹脂の組み合わせだけでなく、被測定回路基板の材料の熱膨張係数と測定用プローブの基板材料の熱膨張係数が異なれば常に生じる現象で問題になっている。特に、微細回路になって回路幅が狭くなっている被測定回路基板は、大きな問題になりトラブルとなる。これを避けるためには、前記被測定回路基板と測定用プローブ基板の熱膨張係数を同じにするしか無いのが現状である。

第２の問題点として、環境変化として湿度の変化に伴い、種々の樹脂上に搭載されたプローブ用の端子部は、当該樹脂自身が水分の吸収、排出により、膨張収縮の変化に伴い、当該樹脂に搭載されたプローブ端子の位置が変化する現象がある。温度変化に伴う位置変化と同様の位置ずれ発生は、被電子回路基板の端子部分と測定用プローブ先端が要求された位置にコンタクトできない、また、確実な電気的なコンタクトが行えない、といったような障害が発生した。

次に、第３の問題点として、電子回路基板における１０μｍ幅の回路幅は、実際にプローブ端子が被検査回路に接触する瞬間、僅かなごみや異物に対して敏感に影響を受けて、接触不良が生じる。また、前記回路幅は、一旦コンタクト出来ても微弱な振動によって電子回路基板の端子位置がプローブ端子位置から離れ、コンタクト不良が生じ、接触不良の原因になっていた。さらに、被コンタクト回路の回路幅が充分であれば、コンタクトしようとするプローブの先端が目指すコンタクト位置は、当然充分な幅が確保されているので、コンタクトした位置の差が回路幅を越さない限り全く問題ない。しかし、回路端子幅が微小になると、プローブの先端は、少しの位置ずれだけで、狭い回路上で、正しい位置にコンタクトできないばかりではなく、接触すらできないことがある。

一方、プローブの先端は、コンタクト時の接触抵抗を低く抑えるためと、確実なコンタクトを考えて、常に、若干圧力をかけてプローブの先端が少し押し込まれる動作があり、前記プローブの先端位置を縦方向および横方向にスリップさせる。特に、前記プローブの先端における横方向にスリップする動作は、プローブの端子部が電子回路基板の端子からずれ落ちて接触不良を起こすことがある。

近年、被測定電子回路において、回路幅が狭く、狭ピッチになるにしたがって、プローブ側の端子部と電子回路基板の端子との接触不良トラブルが増加している主な原因は、上述した現象すべてが係わっているものである。本発明は、以上のような課題を解決するために、位置ずれあるいは接触不良による不具合をなくす検査、測定用プローブを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に係わる発明は、検査、測定用対象の電子回路基板９に設けた接続端子部１０と電気的なコンタクトを行う端子部８を弾性材６上に設け、前記弾性材６を支持基板９に密着した構成とからなり、支持基板３の温度等の環境変化に伴う伸縮量の変化に前記弾性材６の伸縮量を依存させる構成である。

請求項１に記載された電子回路基板９を検査、測定するプローブは、たとえば、液晶表示パネル等の電子回路基板９に設けられている複数の端子を有する接続端子部１０に接触させることにより、前記検査、測定が行われる。端子部８は、前記液晶表示パネル等に設けられている接続端子部１０と電気的にコンタクトを行うものである。弾性材６は、前記端子部８が取り付けまたは埋設されている。支持基板３は、前記弾性材６を密着して支持する。請求項１に記載された発明の検査、測定用のプローブは、熱膨張率の高い弾性材６を薄くし、熱膨張率の低い支持基板３と組み合わせることにより、前記支持基板３の温度または湿度を含む環境変化に伴う伸縮量の変化に前記弾性材６を追随させることができ、前記温度または湿度を考慮せずに検査、測定が可能になった。

請求項２に記載された電子回路基板９を検査、測定するプローブを構成している支持基板３は、ガラス、セラミックス、あるいはポリイミド、エポキシ等の合成樹脂、あるいは金属のいずれかを用いている。前記ガラス、セラミックス、あるいはポリイミド、エポキシ等の合成樹脂、あるいは金属からなる支持基板３は、温度に対する伸びがほぼ一定であるため、環境変化に伴う伸縮率の変化に薄い弾性材６を追随させることができる。

請求項３に記載された電子回路基板９を検査、測定するプローブを構成している弾性材６は、シリコンゴム、ポリウレタン、合成ゴム、あるいはテフロン（登録商標）系樹脂のいずれかを用いている。前記シリコンゴム、ポリウレタン、合成ゴム、あるいはテフロン（登録商標）系樹脂からなる弾性材６は、薄くして前記支持基板３とともに一体化するため、熱膨張率が高いにもかかわらず、前記支持基板３にのみ依存することができる。

請求項４に記載された電子回路基板９を検査、測定するプローブを構成している弾性材６の厚さは、１００μｍ以上に設定されている。前記弾性材６の厚さは、本出願人の実験の結果、支持基板３との組み合わせにより、環境変化に伴う伸縮率の変化を低くすることができた。

請求項５に記載された電子回路基板９を検査、測定するプローブを構成している弾性材６の厚さは、２００μｍ以下に設定されている。前記弾性材６の厚さは、本出願人の実験の結果、支持基板３との組み合わせにより、環境変化に伴う伸縮率の変化を低くすることができた。

請求項６に記載された電子回路基板９を検査、測定するプローブを構成している支持基板３は、たとえば、ガラス系部材からなる透明材が用いられている。たとえば、液晶表示パネルの接続端子部１０とプローブの端子部８との重なりは、前記支持基板３を通して見ることができるため、より正確な検査、測定が可能になった。

以上説明したように、本発明の検査、測定用のプローブによれば、検査、測定に供する、たとえば、液晶表示パネル等に多く用いられるガラス基板からなる被電子回路基板に対して、測定用プローブの支持基板に液晶表示パネルと同種のガラス等を使用し、これに密着して設けた弾性材が、温度、湿度の変化を支持基板の膨張係数に依存するので、仮に、環境変化としての温度あるいは湿度が変化したとしても、前記支持基板の変化に弾性材の変化が追随し、従来環境変化として５℃変化した場合、長さ方向に１１．５μｍの違いが生じていたのに対して被測定電子回路基板の材質とプローブの支持基板の材質の温度変化を合わせることができるので、プローブ先端部の環境変化に伴う端子部分の位置ずれを最小限にすることできる。

本発明の検査、測定用のプローブによれば、支持基板を膨張係数の小なる材質、たとえば、ガラスを選んでおけば、弾性材はガラスの特性に依存可能となる。したがって、温度、湿度の変化によって受ける影響を制御でき、確実な検査、測定が可能となる。

本発明の検査、測定用のプローブによれば、被測定対象の電子回路基板は、液晶表示パネルにおけるガラスのように、温度、湿度に対して安定しているものばかりではなく、種々の有機材料が使用されており、電子回路基板の材料に応じて支持基板をそれに対応させて材質を選択すれば、弾性材は支持基板の温度、湿度特性に依存させることができる。

本発明の検査、測定用のプローブによれば、コンタクト時の多少の振動に対しても、その振動は、弾性材の弾性によって吸収させることができ、従来のように電子回路基板の端子部とプローブ先端の端子部との接触不良が生じることがなく、当該コンタクトが確実に行える利点が得られる。

本発明の検査、測定用のプローブによれば、近年海外における各種電子機器の生産が盛んになり、これに伴う検査、測定も海外で実施されるケースが多くなってきたので、特に、温度、湿度の変化に対する要求に対応できる本発明による効果がきわめて大きい。

次に、添付図面に基づいて、本発明に係わる検査、測定用のプローブの実施形態について説明する。図１（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例である検査、測定用のプローブの先端部を示す要部断面概略図である。図１（ａ）および（ｂ）において、本発明の検査、測定用のプローブの先端部１は、ベース部２と、ガラス等よりなるスリット４を有する支持基板３と、前記ベース部２に前記支持基板３を接着するための第１接着層５と、前記支持基板３に第２接着層７によって接着された、たとえば、シリコンゴム等よりなる弾性材６と、検査、測定用のコンタクト用に供する端子部８とから少なくとも構成されている。一方、たとえば、液晶表示パネル等の電子回路基板９には、被検査用、被測定用の接続端子部１０が設けられている。

次に、本発明の検査、測定用のプローブの構成を説明する。先ず、ベース部２は、アルミ等の金属より構成されている。前記支持基板３は、ガラス、セラミックス、ガラスエポキシ樹脂等の剛性を有し、温度および湿度に対して前記支持基板３の膨張係数に依存するような素材を用いる。また、前記支持基板３は、前記弾性材５が第１接着剤５等によって密着するような状態で一体化されている。前記弾性材６は、検査、測定対象とする電子回路基板９の接続端子部１０に接触させるための端子部８が設けられている。

さらに、前記支持基板３は、上板と下板の間にスリット状に導電体４が埋設されている。前記導電体４は、図示されていない場所において、前記端子部８と電気的に接続されており、最終的に、検査器または測定器に接続されている。

前記弾性材６は、シリコンゴム等の押圧力を吸収するような弾性を有し、温度または湿度による伸縮に対して前記支持基板３の伸縮に追随させるために厚さが１００μｍ以上２００μｍ以下の材料を用いると、前記支持基板３の温度変化に依存させることができた。前記支持基板３は、前記弾性材６を一体化するため、第２接着層７によって密着固定される。したがって、本発明の検査、測定用のプローブは、所定の検査、測定対象の電子回路基板９を検査、測定する場合、被検査、測定に供する板状パネル等に用いられる電子回路基板９にプローブの先端部１を近接させた後に、端子部７を電子回路基板９の接続端子部１０に接触させて電気的にコンタクトを行い、所定の検査、測定が実施されることになる。

前記の場合、前記支持基板３は、各種ガラス、エポキシ樹脂、セラミックス等の剛性が大きい素材を用い、弾性材５にシリコンゴム等で、１００μｍから２００μｍの厚さのものを用いると、温度、湿度に対して比較的変化の少ない材料で構成してあるので、たとえば、検査、測定時の環境変化があっても、前記弾性材６が前記支持基板３の変化に依存することになるので、前記検査、測定の際には端子部８と接続端子部１０が極めてスムーズに、確実に接触させることが可能となり、所期の目的であるコンタクトミスの防止が図れる。

さらに、支持基板３の材質は、電子回路基板９の材質に合わせる場合、すなわち温度、湿度の変化に対して伸縮の特性を被測定対象の電子回路基板９の特性を有する材質を用いた場合、仮に、温度あるいは湿度等検査、測定時の環境が変化したとしても、弾性材６上に配置した端子部７の位置の変化、すなわち温度変化あるいは湿度変化による伸縮（膨張、収縮）弾性部５に埋設された端子部８の位置変化が前記支持基板３の変化に依存することになり、電子回路基板９の変化に対応可能となる。

特に、平板状のフラットパネルとして表示素子に用いられる液晶表示パネル用電子回路基板９は、ガラスが多く用いられるので、前記支持基板３として剛性を有し、温度変化、湿度変化に対して伸縮の変化が少ない、特に、膨張係数が同様な材料が適しており、たとえば、フラットパネルとしての液晶表示パネルと同種のガラスが最適である。

本発明の重要な部分は、本来有している弾性体の物性、特に、温度、湿度の変化に対するそれぞれの体積変化が、前記弾性体の厚さを１００μｍから２００μｍの膜状にし、ある種の剛性体に密着良く固定され、また、その剛性体が充分に弾性体の変化に対して耐え得る強度を有している場合、その弾性体の温度、湿度に対する体積変化が、接着している剛性体の物性変化である温度、湿度の変化に対応する体積変化に完全に一致することを見出した事にある。

本出願人の実験結果によれば、１００μｍから２００μｍの厚さの弾性材６は、前記支持基板３の温度あるいは湿度の変化に対する伸縮の追随性がシリコンゴム、ウレタンゴム、テフロン（登録商標）ゴム、合成ゴム等について極めて良い結果が得られた。

図２は本発明を説明するための各種材料の温度変化に対する特性図である。図２において、ガラス系部材は、温度に依存することがない。これに反して、ゴム系部材は、温度に依存する割合が高くなっている。しかし、本発明は、温度に依存しないガラス等の支持基板と、温度に依存するが薄い弾性材とを組み合わせることにより、前記支持基板の温度に依存するようにして、環境に対する伸縮の追随性を向上させている。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。また、本発明のプローブの構成および接着剤の材質等は、公知または周知のものを利用することができる。

（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例である検査、測定用のプローブの先端部を示す要部断面概略図である。（実施例１） 本発明を説明するための各種材料の温度変化に対する特性図である。

符号の説明

１ 先端部
２ ベース部
３ 支持基板
４ スリット
５ 第１接着層
６ 弾性材
７ 第２接着層
８ 端子部
９ 電子回路基板
10 接続端子部

Claims (6)

1. 電子回路基板９に設けられた複数の端子を有する接続端子部１０に検査、測定用のプローブを接触させることにより、前記電子回路基板９を検査、測定するプローブにおいて、
   前記接続端子部１０と電気的にコンタクトを行う端子部８と、
   前記端子部８が取り付けられている弾性材６と、
   前記弾性材６を密着して支持する支持基板３と、
   から少なくとも構成され、前記支持基板３の温度または湿度を含む環境変化に伴う伸縮量の変化に前記弾性材６を追随させることを特徴とした検査、測定用のプローブ。
2. 前記支持基板３は、ガラス、セラミックス、あるいはポリイミド、エポキシ等の合成樹脂、あるいは金属のいずれかを用いたことを特徴とする請求項１に記載された検査、測定用のプローブ。
3. 前記弾性材６は、シリコンゴム、ポリウレタン、合成ゴム、あるいはテフロン（登録商標）系樹脂のいずれかを用いたことを特徴とする請求項１に記載された検査、測定用のプローブ。
4. 前記弾性材６の厚さは、１００ミクロン以上に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項３に記載された検査、測定用のプローブ。
5. 前記弾性材６の厚さは、２００ミクロン以下になしたことを特徴とする請求項１または請求項３に記載された検査、測定用のプローブ。
6. 前記支持基板３は、透明材が用いられていることを特徴とする請求項１記載の検査、測定用のプローブ。

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