JP2007315860A - プローブ治具の製造方法、回路実装基板、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】回路部品が実装された回路実装基板におけるIC端子やビア等（以下、端子類と呼ぶ）であって、回路実装基板の回路実装面外側から見ることのできる端子類表面に対し、所望する部分に回路試験機に接続されたプローブを接触、保持させるためのプローブ治具を提供することを目的とする。
【解決手段】回路部品を実装した回路実装基板の被検査箇所を含む表面領域に室温より高い温度に温められ軟化した熱可塑性の型取り部材を押し当て、冷えて硬化した前記型取り部材を前記表面領域から取り外し、前記表面領域から取り外した前記型取り部材に針状のコンタクトプローブの先端部が前記被検査箇所に当接する前記型取り部材の表面に位置するように突き通し、前記コンタクトプローブの先端部と電気的に接続された前記コンタクトプローブの後端部は前記型取り部材から突き出し、前記コンタクトプローブを前記型取り部材により機械的に保持するステップとを有するプローブ治具の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路部品が実装された回路実装基板において、回路試験機に接続されたプローブを所望する試験対象のビアや端子等に確実に接触させるためのプローブ冶具に関する。

情報処理装置、通信装置をはじめとする電子機器に使用されるプリント基板に部品が実装された回路実装基板におけるクランプ試験、信号サンプリング等の各種試験を実施する際に、試験機に接続したプローブをビアや端子等に接触（プロービング）させる必要がある。

従来、回路実装基板に対し、クランプ試験、信号サンプリング等の各種試験を実施する際には、対象となるビア、及び、端子に線材をハンダ付けや、テープ等を用いて接触させていた。

しかし、プリント基板に実装される回路部品の小型化、高密度実装に伴い作業が困難となってきており、さらに、製品の品質調査や、ライン以外の場所で不具合が発生した修理品調査等において、ハンダ付けによるプロービングを行なったとき、製品、又は、修理品として使用不可とする自主規定のある場合には、調査用として対象の回路実装基板を取り外し、製品、又は、修理品として使用しないようにする必要があった。

ビア、及び、端子等が小さな物に線材をハンダ付けすることは難しく熟練を要した。線材をハンダ付けせずにプローブをターゲットと接触させてテープにより固定する方法では接触が安定せず、接触不良等が生じていた。

従来技術として、特開平９−１０５７６１号公報には、回路基板の絶縁性基材に対して位置決め部材が形成された側の面に、位置決め部材の位置を基準としてバンプ接点の形成位置を決定し、回路パターンに導通されたバンプ接点をバンプ接点の形成位置したプローブ構造を得るプローブ構造の製造方法が開示されている。

また、特開２０００−１２３９３５号公報には、ＢＧＡパッケージをテストするソケットがボールガイドのばね収納孔に螺旋状のコイルばねからなるコンタクトピンを収納し、位置決め台座を設けることにより、導電性ボールにダメージを与えることなく、かつ、良好な接触を得るコンタクトピンとソケットが開示されている。

前述の技術はいずれもＧＢＡやＩＣチップ等の半導体素子の検査のためのもので、顧客先にて回路部品が実装された回路実装基板に対して所望の箇所における検査をする場合には不適切である。
特開平９−１０５７６１号公報 特開２０００−１２３９３５号公報

本発明は、回路部品が実装された回路実装基板におけるIC端子やビア等（以下、端子類と呼ぶ）であって、回路実装基板の回路実装面外側から見ることのできる端子類表面に対し、所望する部分に回路試験機に接続されたプローブを接触、保持させるためのプローブ治具を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、回路部品を実装した回路実装基板の被検査箇所を含む表面領域に室温より高い温度に温められ軟化した熱可塑性の型取り部材を押し当てるステップと、冷えて硬化した前記型取り部材を前記表面領域から取り外すステップと、前記表面領域から取り外した前記型取り部材に針状のコンタクトプローブの先端部が前記被検査箇所に当接する前記型取り部材の表面に位置するように突き通し、前記コンタクトプローブの先端部と電気的に接続された前記コンタクトプローブの後端部は前記型取り部材から突き出し、前記コンタクトプローブを前記型取り部材により機械的に保持するステップとを有するプローブ治具の製造方法である。

請求項１に記載の発明によれば、回路部品を実装した回路実装基板の回路部品実装側から見える端子類の所望する被検査箇所に、回路試験機に電気的に接続された針状のコンタクトプローブの先端を接触、保持させるためのプローブ治具の製造方法であって、回路部品実装側から見える端子類は人の肉眼では識別しにくい微細な端子類をも含む。

ここで、コンタクトプローブは、半導体、プリント板および回路部品を実装した回路実装基板の検査に使われ、例えば、筒状の胴体の中にばねがあり、その先にプランジャが付いている。このタイプのものは、スプリングプローブとも呼ばれ、試験対象のビアや端子等にプランジャの先端を被検査部であるパターン配線、ビア、ＩＣのリード線等の狭い領域に確実に接触させ電気的検査をするために用いられる。

回路実装基板に実装されている回路部品には種々のものがあり、通常、大きさの異なる立体的な形状を有し、回路実装基板の基板表面に密着、あるいは離れて実装される。

例えば、ＩＣのリード線がパッケージの側面から引き出され先端が基板のパターン配線にボンディングされているタイプのものにあっては、リード線が部分的に基板から離れているため、液状の液を混合して固めるタイプの型取り部材を使用した場合、基板から離れたリード線を液が覆って固まると、型取り部材を剥ぎ取りにくくなると同時に、型取り部材を剥ぎ取る際に実装されている部品を破壊してしまう可能性がある。

そこで、本発明においては、型取り部材として、例えば、常温にて使用するに適した型として適度の硬さを有する固形の熱可塑性のシリコーンゴムを用い、５０°Ｃ程度に加熱されて型取り作業に適した柔らかさになった状態において、回路部品を実装した回路実装基板の被検査箇所を含む表面領域にあてがい、平らな表面を有する押し当て板を押しあて、５分間程度保持する。約５分後に型取り部材が冷え、適度の硬さになったときに型取り部材を回路実装基板から引き剥がす。

この方法によれば、回路実装基板のパターン配線、ＩＣのリード線、ビア等の回路部品実装側から見える部分の表面は型取り部材が当接するため、良好な型取りが行なわれ、中空に浮いたＩＣのリード線の裏側やＩＣパッケージの裏側には極力型取り部材が回り込まないように、型取り部材の材質、加熱温度、押しあてる力、保持時間を選ぶことができる。

型取り部材を回路実装基板から引き剥がした後、型取り部材の所望の被検査箇所に当接した部分に針状のコンタクトプローブあるいはコンタクトプローブを突き通す前に予備的な案内孔を設けるための案内針を型取り部材に突き通し、コンタクトプローブの先端部が被検査箇所に当接する型取り部材の表面に位置するように位置付けるため、例えば、まず、型取り部材の回路実装基板に押し当てた面を観測すべくＸＹステージをもつ顕微鏡付二次元測長器（図示省略）のＸＹステージにセットする。顕微鏡付二次元測長器にはＸＹステージ上に載せられた型取り部材の任意の位置に針状のコンタクトプローブあるいは案内針を保持して、顕微鏡下で所望の被検査箇所に当接した型取り部材の表面跡から型取り部材を通る貫通孔を作るためのＸＹステージ面に対して垂直に移動可能な保持機構をも具備しており、これにより最終的に所望の貫通孔にコンタクトプローブを通し、型取り部材により保持させる。この場合、貫通孔についての被検査箇所に当接した型取り部材の表面跡における寸法精度を例えば±０．１ｍｍ以内としても、貫通孔の型取り部材の表面跡に関して反対側の出口側の位置精度は±５ｍｍ以内程度でも構わない。要は、出口側から突き出たコンタクトプローブの後端部が他のコンタクトプローブの後端部と接触したり、測定作業に不都合な場所でなければ構わない。

ここで、回路実装基板から引き剥がされた型取り部材に当接した被検査箇所を含む面を観測すべくＸＹステージをもつ顕微鏡付二次元測長器のＸＹステージにセットしたが、回路実装基板から引き剥がされた型取り部材の回路実装基板の基板側をＸＹステージ上に置き、回路実装基板における被検査箇所を設計上の寸法により機械的に認識して針状のコンタクトプローブあるいは案内針を保持する保持機構を移動させて型取り部材に突き通してもよい。

本発明の特徴は、回路実装基板から引き剥がされた塑性を有する型取り部材における回路実装基板の被検査箇所に当接した部分に、正確にコンタクトプローブの先端部を位置付け、型取り部材にコンタクトプローブを保持させるところにある。

本発明によるプローブ治具は、型取りに適度の硬さを有し、かつ型取り後の型としての取り扱いに適した固形の熱可塑性型取り部材を選んで使用するため、回路部品を実装した回路実装基板の複雑な形状の領域であっても適用でき、１つの回路実装基板に対してもまた同じ種類の複数の回路実装基板に対しても、所望の位置にコンタクトプローブが保持されたプローブ治具として繰り返し利用できる。

本発明の請求項２に記載の発明は、前記コンタクトプローブを前記型取り部材に突き通すとき、前記コンタクトプローブの少なくとも１端は室温より高い温度に温められていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ治具の製造方法である。

請求項２に記載の発明によれば、回路部品を実装した回路実装基板の所望領域の形状を象った型取り部材に、針状のコンタクトプローブあるいはコンタクトプローブを突き通す前に予備的な案内孔を設けるための案内針を突き通す際、針状のコンタクトプローブあるいは案内針を例えば６０°Ｃに加熱してすばやく型取り部材に突き通すか、あるいは加熱ホルダーに針状のコンタクトプローブあるいは案内針を保持して型取り部材を突き通すようにすると、型取り部材の変形を抑え、かつ、容易に針状のコンタクトプローブあるいは案内針を突き通すことができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、前記型取り部材を前記表面に押し当てる前に前記被検査箇所表面に予めマークを設けるステップを有し、取り外された前記型取り部材の表面に前記マークを転写することを特徴とする請求項１及び請求項２に記載のプローブ治具の製造方法である。

請求項３に記載の発明によれば、被検査箇所を確実に特定するため、例えば、周囲の色と区別のつきやすい色の厚さの薄い両面粘着テープであって、象られる部分に当たる面の粘着層の粘着力より反対面の粘着層の粘着力がより強力な直径０．２ｍｍ乃至１．０ｍｍ程度の円形のマーカを被検査箇所に近接した位置に貼り付け、型取り部材を押し当てた際にマーカが型取り部材の該当部分に移し取られるようにする。これにより、被検査箇所の特定を確実かつ容易に行なうことができる。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載の製造方法によって製造されたプローブ治具を用いて電気的検査された回路実装基板である。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の回路実装基板を有する電子機器である。

本発明によれば、回路部品を実装した回路実装基板から引き剥がされた塑性を有する型取り部材における回路実装基板の被検査箇所に当接した部分に、正確にコンタクトプローブの先端部を位置付け、型取り部材にコンタクトプローブを保持させることができ、熱可逆性の型取り部材を使用することで複数回の再生使用することができる。

また、ＩＣ端子、プリント板上のビア等、表面に露出した端子全てに対し、形状、位置にかかわらず、プローブ冶具を作成することができる。

また、被検査箇所となるビア、あるいは端子が微細であっても型取り部材に突き通すコンタクトプローブを細いものにすることにより対応可能となる。

また、回路実装基板に対し、クランプ試験、信号サンプリング等の各種試験を実施する際に、ハンダ付けを必要としないため、製品や修理品に適用することができる。

さらに、本発明によるプローブ治具を用いることにより、ライン以外の場所においても検査を確実かつ短時間で行なうことが可能となる。

図１は、本発明によるプローブ治具製造プロセス例を示す。

ａ）型取り部材を温め、軟化させる。

本発明においては、型取り部材（加熱前）１として、例えば、常温にて使用するに適した型として適度の硬さを有する固形の熱可塑性のシリコーンゴムを用い、５０°Ｃ程度に加熱されて型取り作業に適した柔らかさに軟化させる。

ｂ）軟化した型取り部材をターゲットとなるビアおよび端子周辺に押しあてる。

加熱された型取り部材（加熱後）２を、所望量、回路実装基板４のプリント基板４−１に実装された被検査箇所に該当する回路部品４−２を含む領域に押しあて、平らな表面を有するセラミック製の押しあて板５をプリント基板４−１上の適当な箇所に置かれた複数の支柱６を支えにして、型取り部材（加熱後）２の上面がプリント基板４−１とほぼ平行になるように押しあて、５分間程度保持する。

ｃ）型取り部材が硬化後、回路実装基板から外す。

型取り部材（加熱後）２が冷え、適度の硬さになったときに回路実装基板４から型取り部材（型取り後）３を引き剥がす。

ｄ）被検査箇所に当接する型取り部材の表面にコンタクトプローブの一種であるスプリングプローブの先端部が位置するようにスプリングプローブを突き通す。

型取り部材（型取り後）３を回路実装基板４から引き剥がした後、型取り部材（型取り後）３の所望の被検査箇所に当接した部分に針状のスプリングプローブ７あるいはスプリングプローブ７を突き通す前に予備的な案内孔を設けるための案内針（図示省略）を型取り部材（型取り後）３に突き通し、スプリングプローブ７の先端部が被検査箇所に当接する型取り部材（型取り後）３の表面に位置するように位置付けるため、例えば、まず、型取り部材（型取り後）３の回路実装基板４に押し当てた面を観測すべくＸＹステージをもつ顕微鏡付二次元測長器（図示省略）のＸＹステージにセットする。顕微鏡付二次元測長器にはＸＹステージ上に載せられた型取り部材（型取り後）３の任意の位置に針状のスプリングプローブ７あるいは案内針を保持し、顕微鏡下で所望の被検査箇所に当接した型取り部材（型取り後）３の表面跡から型取り部材（型取り後）３を通る貫通孔を作るためのＸＹステージ面に対して垂直に移動可能な保持機構（図示省略）をも具備しており、これにより最終的に所望の貫通孔にスプリングプローブ７を通し、型取り部材（型取り後）３により保持させる。この場合、貫通孔についての被検査箇所に当接した型取り部材（型取り後）３の表面跡における寸法精度を例えば±０．１ｍｍ以内とし、貫通孔の型取り部材（型取り後）３の表面跡に関して反対側の出口側の位置精度は例えば±５ｍｍ以内程度としても構わない。要は、出口側から突き出たスプリングプローブ７の後端部が他のスプリングプローブの後端部と接触したり、測定作業に不都合な場所でなければ構わない。

ここで、回路実装基板４から引き剥がされた型取り部材（型取り後）３に当接した被検査箇所を含む面を観測すべくＸＹステージをもつ顕微鏡付二次元測長器のＸＹステージにセットしたが、回路実装基板４から引き剥がされた型取り部材（型取り後）３の回路実装基板４の基板側をＸＹステージ上に置き、回路実装基板４における被検査箇所を設計上の寸法により機械的に認識して針状のスプリングプローブ７あるいは案内針を保持する保持機構を移動させて型取り部材（型取り後）３に突き通してもよい。

以上のように、被検査箇所に該当する複数の箇所にそれぞれのスプリングプローブ７の先端部が位置するようにスプリングプローブ７を型取り部材（型取り後）３に突き通し、スプリングプローブ７の後端部を型取り部材（型取り後）３の外部に飛び出した位置で、スプリングプローブ７を型取り部材（型取り後）３によって保持させる。

図２は、本発明によるプローブ治具を用いた検査実施例を示す。

前述のようにして作られたプローブ治具に設けられた複数のスプリングローブ７の後端部を試験機（図示省略）に接続されたグラバ８によって掴み、検査を行なう。

本発明によるプローブ治具製造プロセス例 本発明によるプローブ治具を用いた検査実施例

符号の説明

１、２、３ 型取り部材
４ 回路実装基板
５ 押しあて板
６ 支柱
７ スプリングプローブ
８ グラバ

Claims (5)

1. 回路部品を実装した回路実装基板の被検査箇所を含む表面領域に室温より高い温度に温められ軟化した熱可塑性の型取り部材を押し当てるステップと、
   冷えて硬化した前記型取り部材を前記表面領域から取り外すステップと、
   前記表面領域から取り外した前記型取り部材に針状のコンタクトプローブの先端部が前記被検査箇所に当接する前記型取り部材の表面に位置するように突き通し、前記コンタクトプローブの先端部と電気的に接続された前記コンタクトプローブの後端部は前記型取り部材から突き出し、前記コンタクトプローブを前記型取り部材により機械的に保持するステップとを有するプローブ治具の製造方法。
2. 前記コンタクトプローブを前記型取り部材に突き通すとき、前記コンタクトプローブの少なくとも１端は室温より高い温度に温められていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ治具の製造方法。
3. 前記型取り部材を前記表面に押し当てる前に前記被検査箇所表面に予めマークを設けるステップを有し、取り外された前記型取り部材の表面に前記マークを転写することを特徴とする請求項１及び請求項２に記載のプローブ治具の製造方法。
4. 請求項１乃至３に記載の製造方法によって製造されたプローブ治具を用いて電気的検査された回路実装基板。
5. 請求項４に記載の回路実装基板を有する電子機器。

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