JP2010014608A - 基板検査用の一対のプローブ及び基板検査用治具 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度の配線パターンに対しても四端子測定を行うことのできる基板検査用の一対のプローブを提供する。
【解決手段】一対のプローブの各々が、被検査基板上の被検査点に接触する接触部を有し、一方が信号測定用のプローブとして用いられ、他方が信号供給用のプローブとして用いられる。一対のプローブの一方のプローブの前記接触部の少なくとも一部が、他方のプローブの内部に位置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回路基板上の配線パターン間の抵抗値の測定や断線検査のための基板検査用の一対のプローブ及び基板検査用治具に関する。

この出願書類で使用する用語の「回路基板」は、半導体パッケージ用のパッケージ基板やフィルムキャリアに限らず、プリント配線基板、例えば、フレキシブル基板、多層配線基板、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ用の電極板など種々の配線が施される基板を総称する。即ち、回路基板には、四端子測定の対象となり得る全ての基板が含まれる。

近年、導通のみではなく回路基板の配線の抵抗値を正確に測定して導通検査を行うため、プローブの接触抵抗の影響を排除してその抵抗値を測定することができる四端子測定が使用されている。

そのような四端子測定では、電圧測定用プローブと電流印加用プローブとができるだけ接近して配置されて、同一検査点に確実に接触する必要があり、そのための手段が種々提案されている。
特開２００５−３１５７７５号 この文献１には、２本のプローブを並列に並べて被検査点のパッドに接触させる構成が開示されている。

そのように、２本のプローブを並列に並べることによって行う四端子測定は、配線ピッチの間隔の広い配線パターンが形成されたものを検査する際には容易に対応できるが、比較的配線ピッチが狭く高密度の配線パターンが形成された基板を対象とする際には対応が難しい面がある。

また、球面を有する半田バンプに並列に並んだ２本のプローブを接触させると、２本のプローブが、反対方向に下降する球面に接触するため、互いに離れようとしてしまうという傾向を有していた。

配線ピッチが狭く高密度の配線パターンが形成された検査基板を対象として四端子測定を行うために、単位面積当たりの四端子プローブの本数を増加させることのできる基板検査用の一対のプローブ及び基板検査用治具を提供する。

また、球面を有する半田バンプに２本のプローブを接触させる際であっても、２本のプローブを確実に半田バンプと接触させることのできる基板検査用の一対のプローブ及び基板検査用治具を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係る基板検査用の一対のプローブは、各々が、被検査基板上の被検査点に接触する接触部を有し、一方が信号測定用のプローブとして用いられ、他方が信号供給用のプローブとして用いられ、さらに、一方のプローブの接触部の少なくとも一部が、他方のプローブの内部に位置することを特徴とする。

一対のプローブにおいて、他方のプローブの少なくとも一部が長手方向に沿った開口を有する壁面からなり、一方のプローブの本体の一部が開口に挿通されることによって一方のプローブの接触部の一部が、他方のプローブの内部に位置するようにしてもよい。

開口はスリットでもよく、一対のプローブに可撓性及び弾性を持たせてもよい。

また、本発明に係る一つのプローブは、各々が、内部に空間が形成されるようにその空間を囲むように配置された部材からなるとともに、被検査基板上の被検査点に接触する接触部を有し、一方を信号測定用のプローブとして用い、他方を信号供給用のプローブとして用いることができ、各プローブの部材の側面にそれぞれ開口が形成されていて、開口に他方のプローブの部材の一部が挿通されることにより、互いに、一方のプローブの接触部の一部が、他方のプローブの内部に位置するようにすることを特徴とする。

また、本発明に係る基板検査用治具は、各々が、被検査基板上の被検査点に接触する接触部を有し、一方が信号測定用のプローブとして用いられ、他方が信号供給用のプローブとして用いられる一対のプローブであって、一方のプローブの接触部の少なくとも一部が、他方のプローブの内部に位置する、一対のプローブを複数対備え、さらに、複数対のプローブの中の信号供給用のプローブを信号発生部に接続し、信号測定用のプローブを信号測定部に接続するとともに、それらを保持する保持プレートと、接触部の近くを保持して案内するガイドプレートとを備え、保持プレートと複数対のプローブとの間に、マイクロスプリングを配置したことを特徴とする。

本発明によると、高密度の配線パターンに対しても四端子測定を容易に行うことのできる基板検査用の一対のプローブ及び基板検査用治具を提供することができる。

また、本発明によると、基板検査用治具のプローブの密度を高めることのできる基板検査用の一対のプローブ及び基板検査用治具を提供することができる。

さらに、本発明によると、例えば、半田バンプのように球面を有する検査点に対しより確実に一対のプローブを接触させることのできる基板検査用の一対のプローブ及び基板検査用治具を提供することができる。

以下、本発明に係るプローブの望ましい実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ符号を付して、重複した説明は省略する。
［四端子測定］
図１は、四端子測定の概念を説明するための図である。図１に示すように、回路基板１６の配線の抵抗１４を測定する際には、第１及び第２電圧プローブ１２Ｓ１，１２Ｓ２と第１及び第２電流プローブ１０Ｆ１，１０Ｆ２とを、その配線の抵抗１４の両端に接触するように配置し、第１及び第２電流プローブ１０Ｆ１，１０Ｆ２を経由して、電流発生部１０から配線の抵抗１４に測定用の所定の大きさの電流を供給する。

それにより配線の抵抗１４の両端部には電位差が発生するので、第１及び第２電圧プローブ１２Ｓ１，１２Ｓ２を介してその両端部の電位差を電圧測定部１２で測定する。その電位差の値、つまり電圧値が求まると、測定用の電流値及びその測定した電圧値から配線の抵抗１４の抵抗値を求めることができる。

この測定の際、一対の第１電流プローブ１０Ｆ１と第１電圧プローブ１２Ｓ１との間、また、他の一対の第１電流プローブ１０Ｆ２と第１電圧プローブ１２Ｓ２との間の配線のそれぞれの抵抗値を無視できるように小さくするため、それらの間の距離は小さいことが望ましい。
［基板検査用プローブの構成］
図２は、四端子測定によって基板の配線パターンの検査を行うための本発明に係る基板検査用治具を構成する一対のプローブの望ましい実施形態を示す。その一対のプローブは、電圧プローブ２０Ｓと電流プローブ２０Ｆとからなる。それらのプローブは、例えば、断面の直径が５０から１００μｍで、厚みが１０から１５μｍの、概略円筒状の部材を組み合わせたもので、それらのプローブにはそれぞれ長手方向に沿って均一の幅のスリット２２，２３（開口）が形成されている。電圧プローブ２０Ｓのスリット２２には、電流プローブ２０Ｆの一部２４が挿通され、電流プローブ２０Ｆのスリット２３には、電圧プローブ２０Ｓの一部２６が挿通されている。そのスリットの幅は、約１０から２０μｍに亘って形成される。そのスリットの幅の大きさを変えることによって、２つのプローブのそれぞれの一部が互いに他方の内部に入り込む部分の長さの量を変えることができる。なお、このスリット２２の幅は、上記の如き他方のプローブの内部に入り込むことができれば、特に限定されないが、少なくとも円筒プローブの厚み（絶縁膜の厚みを含む）より大きく円弧全体の１／４程度までの大きさが好ましい。例えば、最も大きなスリットを使用する場合には、電圧プローブ２０Ｓの円周の４分の１の長さの円弧の長さを切り取ることによってスリット２２を形成してもよい。

ここで、プローブの内部とは、プローブを形成する壁面によって形成される内部空間のことであり、図２の実施形態では、円筒形状のプローブの筒内部を指し示している。一対のプローブの内部空間に他方のプローブが収容されることにより、断面面積（平面における断面面積）が２つのプローブの断面面積の合計面積よりも小さくなる。

このスリット２２の有する長さ方向の大きさは、図４では、長さ方向の全長に亘って形成されているが、一対のプローブが組み合わさって利用することができれば、全長にわたって形成されることには限定されない。ただし、少なくともプローブの全長の半分の長さを有することが望ましい。

電圧プローブ２０Ｓと電流プローブ２０Ｆとのそれぞれの全面にわたって絶縁膜が被覆されており、スリット２２，２３の端面にも絶縁膜が被覆されている。そのため、図２のように、スリット２２，２３に、それぞれのプローブの一部２４，２６が挿入された状態でも、電圧プローブ２０Ｓと電流プローブ２０Ｆと間の絶縁は保たれている。

この絶縁膜の厚みは、特に限定されないが、１から１０μｍに形成され、プローブの両先端を除く部分に形成されている。この除く部分の大きさは、特に限定されないが、当接する検査点や他の部材と確実に導通接触することができる長さを有しておく必要がある。

基板検査の際には、図２のように構成した一対のプローブを２組用いて、一方の対を第１の電流プローブ及び電圧プローブとし、他方の対を第２の電流プローブ及び電圧プローブとする。プローブの検査点に当接する側の先端は、鋸歯形状や先鋭形状に形成してもよい。

図３Ａは、２組の一対のプローブ２０−１，２０−２を使用して四端子測定を行う状態を説明するための一部断面側面図である。検査対象は、基板３４の表側（図３Ａに向かって上側）に形成された比較的配線ピッチが狭く高密度の配線パターン部の半田バンプ３０と３１との間の配線３６の抵抗値及び断線の有無とする。

２組の一対のプローブ２０−１，２０−２は同じ構造である。例えば一対のプローブ２０−１は、電流発生部に接続されたプローブ２０Ｆ１と、電圧測定部に接続されたプローブ２０Ｓ１とからなる。そのプローブ２０Ｆ１とプローブ２０Ｓ１とのそれぞれには、図２に示すようなスリット２２，２３が形成されていて、それらのスリットの間に互いのプローブの一部２４，２６が挿通されている。プローブ２０Ｆ１及びプローブ２０Ｓ１のそれぞれの端部の接触部２４Ｃ，２６Ｃは、半田バンプ３１と接触している。また、他方の一対のプローブ２０−２は、電流発生部に接続されたプローブ２０Ｆ２と、電圧測定部に接続されたプローブ２０Ｓ２とからなる。そのプローブ２０Ｆ２及びプローブ２０Ｓ２も同様に、図２に示すように、それぞれにスリット２２，２３が形成されていて、それらのスリット２２，２３の間に互いのプローブの一部２４，２６が挿通されている。プローブ２０Ｆ２及びプローブ２０Ｓ２のそれぞれの端部の接触部２４Ｃ，２６Ｃは、半田バンプ３０と接触している。なお、基板に形成される半田バンプの直径は、例えば、４０から２００μｍである。

図３Ｂに、図３Ａの破線の楕円Ａで囲む部分の拡大図を示す。その図から明らかなように、プローブ２０Ｆ２及びプローブ２０Ｓ２のそれぞれの端部の接触部２４Ｃ，２６Ｃが、半田バンプ３０の頂部から少し水平方向にずれた少し下方の位置と接触している。また、プローブ２０Ｆ２の一部２４の接触部２４Ｃは、プローブ２０Ｓ２の内部に位置しており、逆に、プローブ２０Ｓ２の一部２６の接触部２６Ｃは、プローブ２０Ｆ２の内部に位置する。

図３Ｃは、本発明に係る電流プローブ２０Ｆ及び電圧プローブ２０Ｓを半田バンプ３５に接触させた場合のそれらのプローブの配置及び動きについて説明するための概略図である。それらの一対のプローブは、図２に示すように互いのスリット２２，２３に互いの一部２４，２６を挿通して組み合わせたものである。

図３Ｃに示すように、電流プローブ２０Ｆ及び電圧プローブ２０Ｓのそれぞれの端部の接触部２４Ｃ，２６Ｃを半田バンプ３５に押し当てると、半田バンプ３５は曲面を有しているため、それらの接触部２４Ｃ及び接触部２６Ｃは、それぞれ、図面に向かって、左下方及び右下方に滑り落ちようとする。それに伴い、電流プローブ２０Ｆ及び電圧プローブ２０Ｓの一部２４，２６が、それぞれ左及び右方向に移動しようとする。つまり、電流プローブ２０Ｆは矢印ＭＦで示すように左側に移動しようとする一方、電圧プローブ２０Ｓは矢印ＭＳで示すように右側に移動しようとする。そのため、それらは互いに近寄ることになる。その結果、電流プローブ２０Ｆと電圧プローブ２０Ｓとは当接して移動が止まるため、それらのプローブを半田バンプ３５に押し付けようとする力が、効果的にそれらのプローブを半田バンプに接触させるための軸方向への力として利用されることになる。

また、図３Ｃから明らかなように、電流プローブ２０Ｆ及び電圧プローブ２０Ｓの幅が、それぞれの直径の合計値よりも小さいため、プローブの配置密度を高めることができる。

一方、図３Ｄには、従来のように、２本のプローブ１２Ｓ，１０Ｆを並列に並べた状態で半田バンプ３５に接触させた状態を示す。その状態で、それぞれのプローブを半田バンプ３５に押し付けると、左側に位置するプローブ１２Ｓの接触部１２Ｃは、半田バンプ３５の左側の傾斜面を滑り落ちるように移動し、また、右側に位置するプローブ１０Ｆの接触部１０Ｃは、半田バンプ３５の右側の傾斜面を滑り落ちるように移動する。それに伴い、それぞれの壁面１２Ｐ，１０Ｐがそれぞれ左側（矢印ＭＳ方向）及び右側（矢印ＭＦ方向）に移動するため、プローブ１２Ｓ，１０Ｆは、互いに離れる方向に移動することになる。つまり、それらのプローブ１２Ｓ，１０Ｆを半田バンプ３５に押し付けるために加えた力は、それらのプローブと半田バンプ３５とを引き離す方向への力と機能しており、それらを半田バンプに接触させるための力としては有効に機能していない。

次に、図４から図６に基づいて、本発明に係るプローブの組み立て方法について説明する。図４は、１本のプローブ２０の平面図及び側面図である。その図に示すように、そこでは、内部に空間のある円筒状の部材をプローブ部材として用いる。そのプローブの長手方向の側面に沿って、スリット２２が形成されている。そのスリット２２の幅は、少なくとも他方のプローブ部材の一部が挿入できる大きさが必要である。そのスリットは、例えば、レーザーを用いて加工することができる。そのスリットを形成した後に、上下の端部の面を除いて全面に絶縁膜が被覆されている。

図５は、図４に示すプローブを２本準備し、それらを組み合わせている途中の過程を示す平面図及び側面図である。そこでは、一方のスリットは、プローブ２０Ｓのスリット２２に、他方のプローブ２０Ｆの一部２４を挿通し、また、他方のスリット２３に、他方のプローブ２０Ｓの一部２６を挿通している。

図６は、それぞれのプローブ２０Ｆ，２０Ｓのスリット２３，２２に、互いに、他方の一部２６，２４を完全に挿通した状態を示す平面図及び側面図である。そのプローブの対を一対の電圧及び電流プローブとして用いる。

図７は、一対のプローブの組立工程の概略の流れを示す。最初に、ステップＳ７１において、２本の円筒状のプローブ部材を準備する。次にステップＳ７２において、図４に示すように、各プローブ部材の側面に長手方向に沿ってレーザーを照射して所定の幅の部分を取り除いてスリットを形成する。そのスリットの幅を広く形成すればするほど、２本のプローブを組み合わせた際の一対のプローブの直径方向への幅を小さくすることができる。ステップＳ７３では、スリットを形成した後に、各プローブの全面に絶縁膜をコーティングする。ただし、電気的接触を行うための長手方向の両端部の面は除く。次に、ステップＳ７４では、まず２本のプローブを長手方向に直列に配置して、図５に示すように、２本のプローブの内の一方のプローブの一部を他方のプローブのスリットに挿入し、相対的に長手方向に滑らせて移動して、図６に示すように、互いのプローブの一部の全長を他方のプローブのスリットに挿通させる。

図８は、３組の一対の電圧及び電流プローブ２０−１，２０−２，２０−３を検査基板８０上の半田バンプ３０に接触させた状態の一例を示す。それらのプローブは、可撓性及び弾性を有する材料から形成されていて、端部が中間プレート８４を貫通してベースプレート８６によって保持されている。また、それらの先端部が、ガイドプレート８２によって関連する半田バンプに導かれている。固定された端部は、それぞれ図示せぬ電流発生部及び電圧測定部に接続されている。

図８において、ベースプレート８６及び中間プレート８４を下降して、３組の一対の電圧及び電流プローブ２０−１，２０−２，２０−３の接触部２４Ｃ、２６Ｃを半田バンプに接触させ、さらに、その下降を続けると、初めに真っ直ぐであった電圧及び電流プローブ２０−１，２０−２が、図８に示すように撓んで湾曲した状態になる。これは、基板８０及び配線回路の表面に凹凸があったり、半田バンプの高さに多少の相違があったりするため、中間プレート８４と半田バンプの頂面との間の距離が異なることがあり、その距離の相違を、その相違に応じてそれぞれのプローブが撓んで湾曲することによって吸収するためである。プローブは弾性を有するため、それを上昇させて半田バンプから離れるようにすると元のまっすぐな状態に戻ることができる。

また、図９は、図８と異なり、マイクロスプリング８８を用いて３組の一対の電圧及び電流プローブ２０−１，２０−２，２０−３を検査基板８０上の半田バンプ３０に接触させた状態の一例を示す。それらのプローブは、端部が中間プレート８４を貫通してベースプレート８６内に配置されたマイクロスプリング８８の下端面に当接する。また、図８と同様に、測定のための先端部が、ガイドプレート８２によって適切な半田バンプに導かれている。プローブの端部は、それぞれ電流発生部及び電圧測定部に接続されている。

図９において、ベースプレート８６及び中間プレート８４を下降して３組の一対の電圧及び電流プローブ２０−１，２０−２，２０−３の接触部２４Ｃ、２６Ｃを半田バンプに接触させ、さらに、その下降を続けると、マイクロスプリングがプローブの端部から押されて縮むことになる。その縮む長さは、図８の場合と同様に、中間プレート８４と半田バンプの頂面との距離の相違に対応する。それにより、基板８０及び配線回路の表面の凹凸や半田バンプの高さの相違による誤差を吸収することができる。また、マイクロスプリングの付勢力によってより確実にプローブの接触部２４Ｃ，２６Ｃを半田バンプの表面に接触させることができる。
［代替例等］
以上、本発明の係る基板検査用治具の好ましい実施形態を説明したが、本発明はその実施形態に拘束されるものではなく、当業者が容易になしえる追加、削除、改変等は、本発明に含まれることを承知されたい。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。

上記の実施例では、直径方向への断面が円筒形状のプローブの実施例を説明したが、円筒形状のものでなくても、例えば、Ｕ字形状、Ｖ字形状、Ｃ字形状のように、一部に切欠を有するような形状のものであれば、どのような形状のものでもよい。

図１は、四端子測定法の概念を説明するための図である。 図２は、本発明に係る基板検査用治具に用いる一対のプローブの一実施形態の斜視図である。 図３Ａは、本発明に係る基板検査用治具の２組の一対のプローブを検査対象の基板の半田バンプに接触させた状態を示す一部断面側面図である。 図３Ｂは、図３Ａにおける破線の楕円で囲む部分の拡大図である。 図３Ｃは、本発明に係る基板検査用治具の一対のプローブを半田バンプに接触させた状態を説明するための側面図である。 図３Ｄは、従来の２本のプローブを並列に並べて半田バンプに接触させた状態を説明するための側面図である。 図４は、本発明に係る基板検査用治具に用いる１本のプローブを説明するための平面図及び側面図である。 図５は、本発明に係る基板検査用治具に用いる一対のプローブを組み立てる過程を説明するための平面図及び側面図である。 図６は、本発明に係る基板検査用治具に用いる一対のプローブを組み立てた状態を説明するための平面図及び側面図である。 図７は、本発明に係る基板検査用治具に用いる一対のプローブの組立工程を示す流れ図である。 図８は、３組の一対の電圧及び電流プローブを検査基板上の半田バンプに接触させた状態の一例を示す側面図である。 図９は、３組の一対の電圧及び電流プローブを検査基板上の半田バンプに接触させた状態の他の例を示す側面図である。

符号の説明

１０：電圧測定部、 １２：電流発生部、 ２０−１，２０−２，２０−３：一対のプローブ、 ２０Ｓ１，２０Ｓ２，２０Ｓ３：電圧プローブ、 ２０Ｆ１，２０Ｆ２，２０Ｆ３：電流プローブ、 ２２，２３：スリット、 ２４，２６：一部、 ２４Ｃ，２６Ｃ：接触部

Claims (8)

1. 各々が、被検査基板上の被検査点に接触する接触部を有し、一方が信号測定用のプローブとして用いられ、他方が信号供給用のプローブとして用いられる一対のプローブであって、
   一方のプローブの前記接触部の少なくとも一部が、他方のプローブの内部に位置する、一対のプローブ。
2. 請求項１の一対のプローブにおいて、前記他方のプローブの少なくとも一部が長手方向に沿った開口を有する壁面からなり、前記一方のプローブの本体の一部が該開口に挿通されることによって前記一方のプローブの前記接触部の一部が、他方のプローブの内部に位置する、一対のプローブ。
3. 請求項２の一対のプローブにおいて、前記開口がスリットである、一対のプローブ。
4. 請求項１の一対のプローブにおいて、該一対のプローブが、可撓性及び弾性を有する、一対のプローブ。
5. 各々が、内部に空間が形成されるようにその空間を囲むように配置された部材からなるとともに、被検査基板上の被検査点に接触する接触部を有し、一方が信号測定用のプローブとして用いられ、他方が信号供給用のプローブとして用いられる一対のプローブであって、
   各プローブの部材の側面にそれぞれ開口が形成されていて、該開口に他方のプローブの部材の一部が挿通されることにより、互いに、一方のプローブの前記接触部の一部が、他方のプローブの内部に位置する、一対のプローブ。
6. 請求項５の一対のプローブにおいて、前記開口がスリットである、一対のプローブ。
7. 請求項５の一対のプローブにおいて、該一対のプローブが、可撓性及び弾性を有する、一対のプローブ。
8. 各々が、被検査基板上の被検査点に接触する接触部を有し、一方が信号測定用のプローブとして用いられ、他方が信号供給用のプローブとして用いられる一対のプローブであって、一方のプローブの前記接触部の少なくとも一部が、他方のプローブの内部に位置する、一対のプローブを複数対備え、さらに、
   前記複数対のプローブの中の信号供給用のプローブを信号発生部に接続し、信号測定用のプローブを信号測定部に接続するとともに、それらを保持する保持プレートと、
   前記接触部の近くを保持して案内するガイドプレートとを備え、
   前記保持プレートと前記複数対のプローブとの間に、マイクロスプリングを配置した、基板検査用治具。

Images