JP2009257858A - 電界検知プローブ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電界検知プローブ及びその製造方法に関し、回路基板に形成した配線等のノイズ源から垂直に放射される電界のみを高分解能に検出する。
【解決手段】 先細り先端部を有する中空管、前記中空管の内部に充填された導電性物質と、前記中空管の外壁面を被覆する導電性物質とからなる電界検知部で電界検知プローブを構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電界検知プローブ及びその製造方法に関するものであり、例えば、スクリーニング効果も考慮した系において、低不純物濃度領域から高不純物濃度領域まで幅広く扱える統一モデルを構築するための構成に関するものである。

近年、電子機器の多くは多機能・高速処理が要求されており、電子機器に組み込まれるプリント基板上で発生する信号ノイズや放射ノイズは機器の性能を大きく低下する要因となっている。

特に、携帯電話や無線機能を有するノートＰＣ等はノイズ障害の影響を直接受けるため、設計段階でのノイズ発生源の検知・対策が望まれている。これらのノイズ対策に関して、電磁界シミュレーションを活用した構造設計評価が行われているが、実際の回路基板表面やその近傍における電磁界分布計測技術は確立されておらず、シミュレーション精度との検証がなされていないのが現状である。

そこで、波長サイズ程度のアンテナを用いて、プリント基板から離れた場所での遠方電磁界分布を計測するシステムは良く知られており、計測結果と測定対象であるプリント基板の設計データを用いて、プリント基板近傍の電磁界分布を逆演算する手法も検討されている。
しかしながら、本方式では配線の一本一本が生成する電磁界を推定することは難しく、シミュレーションの検証への適用は困難である。

一方、回路基板近傍に生じる電磁界の電界成分を高感度で測定できる電界検知プローブおよび電界測定システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この提案においては、例えば、セミリジッドケーブルなどの同軸ケーブルの芯線を露出し、露出した芯線に誘電率の高い物質を覆うことにより電界を高感度で検出する方法である。

また、測定するデバイスのパッド部に接触し電気特性を測定するコンタクトプローブが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この提案においては、微細に加工された硝子菅の内周と外周に金属導体を設け、この内周に設けられた金属導体に電気信号を授受する探針を挿着するようにしたもので、外部からのノイズの影響を受けずに、パッドが狭ピッチ設けられた集積回路であっても測定が可能である。
特開２００７−２７８８２０号公報 特開平０５−３４６４３９号公報

しかし、上述の特許文献１の電界検知プローブではあらゆる電界成分を同時に検出してしまう問題がある。近年のプリント基板は配線幅だけではなく配線間隔も微細化されているため、測定対象の近傍の他配線や周りの素子から放射される電磁界も本方式では検出してしまうため、ノイズ源の詳細な探索は困難であるという問題がある。

また、上述の特許文献２のプローブ針は、被測定物に接触させることにより電気特性を測定するコンタクトプローブであるが故、探針部が絶縁体や接地した外部導体で覆われておらず露出した形状である。

一方、プリント基板等の配線から放射されるノイズ源を詳細に探索するには、配線から垂直に放射される電界のみを検出する、即ち、配線に対し平行方向に放射される電界成分は外部導体で遮蔽する必要がある。したがって、探針部が露出した特許文献２のプローブ針の構造は非接触で計測する電磁界測定には不向きである。

また、このプローブ針の製造方法では無電解めっきによって、管状の内壁に伝送体を形成しているため、管内の伝送体は中空状である。しかし、上述の通り、プリント基板等の配線から放射される垂直成分の電界のみを検出するには、管内に伝送体が満たされている必要がある。

また、微細な配線パターンから放射される電磁界を高い分解能で計測するには先端部のセミリジッドケーブルなどの同軸ケーブルを断面で切断した形状が望ましいが、現在、市販されている同軸ケーブルの内部導体径は５０μｍ程度が最小であり、先端部の微細化が必要であるという問題がある。

したがって、本発明は、ノイズ源から垂直に放射される電界のみを高分解能に検出することを目的とする。

本発明の一観点からは、測定対象物の近傍を走査し、不要電磁波の発生源を特定する電界検知プローブであって、先細り先端部を有する中空管、前記中空管の内部に充填された導電性物質と、前記中空管の外壁面を被覆する導電性物質とからなる電界検知部を備えた電界検知プローブが提供される。

また、本発明の別の観点からは、熱可塑性物質からなる中空管の一部を加熱した状態で延伸により細径化した後に切断して先細り先端部を有する中空管を形成する工程、前記先細り先端部を有する中空管の後端部から前記中空管の内部に溶融した導電性物質を充填する工程を有する電界検知プローブの製造方法が提供される。

さらに、別の観点からは、熱可塑性物質からなる中空管の内部に中空管の軟化点以下の融点を有する線状導電性物質を挿入する工程、前記挿入した線状導電性物質を軟化点以下且つ線状導電体物質の融点以上に加熱して溶融させ、前記溶融した導電性物質で前記中空管の内部を充填する工程、前記中空管の一部を加熱した状態で延伸により前記導電性物質が充填した状態で細径化した後に切断する工程を有する電界検知プローブの製造方法が提供される。

開示の電界検知プローブによれば、隣接する配線から放射されるノイズ電磁界を遮断し、測定対象配線から放射される電界のみを検出することが可能となり、高い空間分解能でノイズ放射源を探索することが可能となる。

ここで、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本願発明の実施の形態の電界検知プローブによるノイズ探査測定方法の説明図であり、電界検知プローブ１を、配線３，４を形成したプリント配線基板２のｘ方向及びｙ方向に非接触で走査して、配線３，４の表面から放出される電磁界ノイズのｚ成分のみを高分解能に計測する。

この電界検知プローブ１は、電界検知プローブ針部１０とその後端部に接続されるセミリジッドケーブル等の接続ケーブル２０とから構成され、検知した電磁界ノイズ信号は接続ケーブル２０を介してスペクトラムアナライザやオシロスコープ等からなる計測器５に送られる。

図２は、電界検知プローブ針部の構成説明図であり、テーパ状の先細り先端部１２と幅太の同一径部１３とからなるキャピラリー状の中空のガラス管１１の内部に、このガラス管１１の軟化点より低い融点を有する導電体を充填して内部導体１４とする。また、ガラス管１１の外壁面に導電材料を付着させて外部導体１５とした同軸型の電界検知プローブ針部１０を構成している。

この場合の先細り先端部１２の最先端の内径は例えば、０．１〜１００μｍであり、外径は０．５〜５００μｍである。また、同一径部１３の内径は１００μｍ〜１ｍｍであり、また、先細り先端部１２及び同一径部１３の長さは任意であるが例えば、１５０ｍｍ程度とする。
また、同一径部１３の後端部には、内部導体１４が充填されていない空洞部１６があり、この空洞部１６が接続ケーブル２０の芯線を挿入する結合部となる。

また、ガラス管１１の材質は、例えば、軟化点が８２０℃のホウケイ酸ガラスを用い、内部導体としては、融点が１５６℃のインジウム或いは融点が６６０℃のアルミニウムを用いる。
この場合、溶融したインジウムをガラス管１１内に押圧もしくは引圧にて導入するが、或いは、ガラス管１１内にアルミニュム細線を挿入したのち、真空中で加熱してＡｌを溶融させてガラス管１１内に密に充填する。
また、外部導体１５の素材は任意であるが、真空蒸着、スパッタリングや無電解めっきによる付着が容易である金属が望ましく、例えば、Ａｕやニッケルを用いる。

図３は、電界検知プローブの構成説明図であり、電界検知プローブ針部１０の後端部の空洞部１６に接続ケーブル２０の芯線２１が挿入されて内部導体１４と電気的に接続される。
また、電界検知プローブ針部１０の外部導体１５は、接続ケーブル２０の外部導体２３と電気的に接続される。

なお、セミリジッドケーブル等の接続ケーブル２０は、電界検知プローブ針部１０の同一径部１３の内径に略等しい太さの芯線２１、芯線２１を被覆する絶縁体２２、絶縁体２２の表面を覆う外部導体２３、及び、外部導体２３を覆うシース２４から構成される。

測定に際しては、電界検知プローブ針部１０の外部導体１５は外部導体２３を介して接地されるので、隣接する配線から放射されるノイズ電磁界を遮蔽し、測定対象配線から放射される電界のみを検出し、高い空間分解能でのノイズ放射源の探索の実現が可能となる。

以上を前提として、次に、本発明の実施例１の電界検知プローブ先端部の形成方法を説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、例えば、内径が１００μｍのホウケイ酸ガラスからなる中空のガラス管３１の一部を軟化点以上、例えば、８５０℃に加熱した状態で鉛直方向に引っ張ることにより加熱部を延伸して両テーパ状の径細部３２を形成する。

なお、この時、図４（ｂ）に示すように、ガラス管３１の下端に重りを取り付けて置くと、重りの作用で鉛直方向に引っ張ばられて形成された径細部３２の内径がある程度の細さ、例えば、０．１μｍになると自然に最細部で切断されてガラスキャピラリー３３となる。
このガラスキャピラリー３３を適当な長さ、例えば、１５０ｍｍになるように後端部を切断して中空の先細り先端部３４と中空の同一径部３５となるガラスキャピラリー３３とする。

次いで、図４（ｃ）に示すように、ガラスキャピラリー３３をインジウムの融点以上、例えば、２００℃に加熱した状態で、溶融したインジウムを注射器状注入治具を用いてガラスキャピラリー３３の中空部に注入して内部導体３６とする。
この時、同一径部３５の後端部が、例えば、５ｍｍだけ中空のままになるように注入し、この中空部を芯線を挿入する空洞部（図示は省略）とする。

次いで、図４（ｄ）に示すように、例えば、無電解めっき法を用いてガラスキャピラリー３３の外壁面に厚さが、例えば、３μｍのＡｕをめっきして外部導体３７を形成する。

次いで、図４（ｅ）に示すように、ガラスキャピラリー３３の先細り先端部３４の端面を研磨して、先細り先端部３４の端面にめっきされた外部導体３７を除去して外部導体３７と内部導体３６とを電気的に分離して同軸構造とすることで、本発明の実施例１の電界検知プローブ針部の基本構造が完成する。

このように、本発明の実施例１においては、低融点金属を内部導体として用いているので、比較的融点の低いガラス管を用いても電界検知プローブ針部を構成することができ、内部導体充填工程における加熱処理が簡単になる。

次に、本発明の実施例２の電界検知プローブ先端部の形成方法を説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、例えば、内径が１００μｍのホウケイ酸ガラスからなる中空のガラス管４１の内部に、直径が１００μｍより若干細いＡｌ細線４２を挿入する。

次いで、図５（ｂ）に示すように、ガラス管４１の軟化点以下で、且つ、Ａｌの融点以上、例えば、７００℃に加熱することによって、Ａｌ細線４２を溶融させてガラス管４１の内部に密に充填する。

次いで、図５（ｃ）に示すように、Ａｌ４３が充填されたガラス管４１の一部をガラス管４１の軟化点以上、例えば、８５０℃に加熱した状態で鉛直方向に引っ張ることにより加熱部を延伸して両テーパ状の径細部４４を形成する。

なお、この時、図６（ｄ）に示すように、ガラス管４１の下端に重りを取り付けて置くと、重りの作用で鉛直方向に引っ張ばられて形成された径細部４４の内径がある程度の細さ、例えば、０．１μｍになると自然に最細部で切断されてガラスキャピラリー４５となる。
なお、切断時にはＡｌ４３は溶融した状態であるので、ガラスキャピラリー４５の形状に応じてＡｌ４３が密に充填された状態となって内部導体４８となる。
このガラスキャピラリー４５を適当な長さ、例えば、１５０ｍｍになるように後端部を切断して先細り先端部４６と同一径部４７で構成されるガラスキャピラリー４５とする。

次いで、図６（ｅ）に示すように、例えば、無電解めっき法を用いてガラスキャピラリー３３の外壁面に厚さが、例えば、３μｍのＮｉをめっきして外部導体４９を形成する。

次いで、図６（ｆ）に示すように、ガラスキャピラリー４５の先細り先端部４６の端面を研磨して、先細り先端部４６の端面にめっきされた外部導体４９を除去して外部導体４９と内部導体４８とを電気的に分離して同軸構造とすることで、本発明の実施例２の電界検知プローブ針部の基本構造が完成する。

このように、本発明の実施例２においては、Ａｌを棒状の状態でガラス管内に挿入したのち溶融してＡｌを充填しているので、低比抵抗のＡｌを内部導体として用いることができ、それによって、測定感度を向上することができる。

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は、各実施例に示した条件に限られるものではない。例えば、ガラス管の素材はホウケイ酸ガラスに限られるものではなく、内部導体の融点に合わせて公知の他のガラスを用いても良いものであり、Ａｌを用いる場合には、石英ガラス管を用いても良いものである。

また、上記の各実施例においては、外部導体を形成する際に、成膜速度が比較的速い無電解めっき法を用いているが、真空蒸着法やスパッタ法等の物理的成膜方法を用いても良い。
なお、物理的成膜方法を用いる場合には、ガラスキャピラリーを蒸着源に対して回転させながら成膜すれば良い。
或いは、より厚い外部導体が望ましい場合には、無電解めっき法によりメッキシード層を形成したのち、電解めっきを行っても良い。

また、上記の実施の形態の説明においては、電界検知プローブ針部の後端部にセミリジッドケーブルを接続して電界検知プローブを構成しているが、後端部に接続する接続ケーブルはセミリジッドケーブルに限られるものではなく、各種のケーブルを用いることができる。

ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
（付記１） 測定対象物の近傍を走査し、不要電磁波の発生源を特定する電界検知プローブであって、先細り先端部を有する中空管、前記中空管の内部に充填された導電性物質と、前記中空管の外壁面を被覆する導電性物質とからなる電界検知部を備えた電界検知プローブ。
（付記２） 前記中空管の後端部が中空部となっており、前記中空部にセミリジッド型の同軸ケーブルの芯線を前記中空管の内部に充填された導電性物質と接触するように挿入した付記１記載の電界検知プローブ。
（付記３） 前記中空管が熱可塑性物質で構成され、且つ、前記中空管の内部に充填された導電性物質が前記中空管の軟化点以下の融点を有する付記１または２に記載の電界検知プローブ。
（付記４） 前記中空管の外壁面を被覆する導電性物質を短絡させ、前記中空管の内部に充填された導電性物質を電気的に遮蔽する付記１乃至３のいずれか１に記載の電界検知プローブ。
（付記５） 熱可塑性物質からなる中空管の一部を加熱した状態で延伸により細径化した後に切断して先細り先端部を有する中空管を形成する工程、前記先細り先端部を有する中空管の後端部から前記中空管の内部に溶融した導電性物質を充填する工程を有する電界検知プローブの製造方法。
（付記６） 熱可塑性物質からなる中空管の内部に中空管の軟化点以下の融点を有する線状導電性物質を挿入する工程、前記挿入した線状導電性物質を軟化点以下且つ線状導電体物質の融点以上に加熱して溶融させ、前記溶融した導電性物質で前記中空管の内部を充填する工程、前記中空管の一部を加熱した状態で延伸により前記導電性物質が充填した状態で細径化した後に切断する工程を有する電界検知プローブの製造方法。
（付記７） 前記中空管の外壁面に導電性物質を付着させたのち、前記中空管の先細り先端部を研磨する工程を有する付記５乃至７のいずれか１に記載の電界検知プローブ。

本発明の実施の形態の電界検知プローブによるノイズ探査測定方法の説明図である。 電界検知プローブ針部の構成説明図である。 電界検知プローブの構成説明図である。 本発明の実施例１の電界検知プローブ先端部の形成工程図である。 本発明の実施例２の電界検知プローブ先端部の途中までの形成工程図である。 本発明の実施例２の電界検知プローブ先端部の図５以降の形成工程図である。

符号の説明

１ 電界検知プローブ
２ プリント配線基板
３，４ 配線
５ 計測器
１０ 電界検知プローブ針部
１１ ガラス管
１２ 先細り先端部
１３ 同一径部
１４ 内部導体
１５ 外部導体
１６ 空洞部
２０ 接続ケーブル
２１ 芯線
２２ 絶縁体
２３ 外部導体
２４ シース
３１，４１ ガラス管
３２，４４ 径細部
３３，４５ ガラスキャピラリー
３４，４６ 先細り先端部
３５，４７ 同一径部
３６，４８ 内部導体
３７，４９ 外部導体
４２ Ａｌ細線
４３ Ａｌ

Claims (5)

1. 測定対象物の近傍を走査し、不要電磁波の発生源を特定する電界検知プローブであって、先細り先端部を有する中空管、前記中空管の内部に充填された導電性物質と、前記中空管の外壁面を被覆する導電性物質とからなる電界検知部を備えた電界検知プローブ。
2. 前記中空管の後端部が中空部となっており、前記中空部にセミリジッド型の同軸ケーブルの芯線を前記中空管の内部に充填された導電性物質と接触するように挿入した請求項１記載の電界検知プローブ。
3. 前記中空管が熱可塑性物質で構成され、且つ、前記中空管の内部に充填された導電性物質が前記中空管の軟化点以下の融点を有する請求項１または２に記載の電界検知プローブ。
4. 熱可塑性物質からなる中空管の一部を加熱した状態で延伸により細径化した後に切断して先細り先端部を有する中空管を形成する工程、前記先細り先端部を有する中空管の後端部から前記中空管の内部に溶融した導電性物質を充填する工程を有する電界検知プローブの製造方法。
5. 熱可塑性物質からなる中空管の内部に中空管の軟化点以下の融点を有する線状導電性物質を挿入する工程、前記挿入した線状導電性物質を軟化点以下且つ線状導電体物質の融点以上に加熱して溶融させ、前記溶融した導電性物質で前記中空管の内部を充填する工程、前記中空管の一部を加熱した状態で延伸により前記導電性物質が充填した状態で細径化した後に切断する工程を有する電界検知プローブの製造方法。

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