JP2010276428A - 基板検査装置用プローブピン - Google Patents

Abstract

【課題】 端部に球面状の接触部が一体的に形成された筒状のプローブピンを提供する。
【解決手段】 検査基板の配線の電気的特性を検査するための基板検査装置用の検査治具に取り付けられるプローブピンである。プローブピンは、検査治具に保持される本体部と、本体部の一方の端部に本体部と一体的に形成された半球面を有する接触部と、本体部の他方の端部にある後端部とを備える。基板検査時に、接触部は、検査基板の配線の所定の検査点と接触し、後端部は、基板検査装置の電極部と電気的に導通する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プリント配線基板や回路基板に形成された配線に接触させて当該配線の電気的特性を測定する基板検査装置の検査治具に用いるプローブピンに関する。

なお、ここでは、ＩＣやコンデンサー、抵抗等の電気的素子が既に実装された実装基板を回路基板とし、ＩＣやコンデンサー、抵抗等が未だ実装されていない状態の裸基板をプリント配線基板とする。

また、本発明は、プリント配線基板に限らず、例えば、フレキシブル基板、セラミック多層配線基板、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ用の電極板、及び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など種々の基板や半導体ウエハなどに形成される電気的配線の検査に適用することができる。この明細書では、それら種々の配線基板を総称して「基板」とする。

回路基板上などに設けられる配線が、その回路基板に搭載されるＩＣ等の半導体回路や抵抗器などの電気・電子部品に電気信号を正確に伝達できることを保証するため、電気・電子部品を実装する前のプリント配線基板、液晶パネルやプラズマディスプレイパネルに配線が形成された回線基板等に形成された配線に設けられた検査点間の抵抗値等の電気的特性を測定して、その配線の良否が判断されている。

そのような測定のために基板検査装置が用いられており、その基板検査装置は、配線の検査点に先端部を接触させて測定個所に測定のための電流を供給したり電圧を測定したりするための複数のプローブピンが取り付けられた検査治具を備える。

各プローブピンは、配線の高密度化に伴い単位面積あたりの密集度を高めるために極細であり、また、検査点や基板検査装置側の電極と接触する際の接触抵抗を低減させて電気的接触を確実にするために、その先端部の形状に様々な工夫がされている。

特開２００７−３３３５４２号公報 特許文献１は、端部の表面が半球面状に形成されたワイヤ状のプローブピンを開示する。

本発明は、端部に球面状の接触部が一体的に形成された筒状のプローブピンを提供することを目的とする。

本発明は、端部に球面状の接触部が一体的に形成された筒状のプローブピンを備える検査治具を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、端部に球面状の接触部が一体的に形成された筒状のプローブピンを備える検査治具を備える基板検査装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明に係る検査基板の配線の電気的特性を検査するための基板検査装置用の検査治具に取り付けられるプローブピンは、検査治具に保持される本体部と、本体部の一方の端部に本体部と一体的に形成された、半球面を有する接触部であって、検査基板の配線の所定の検査点との接触用の接触部と、本体部の他方の端部にある後端部であって、基板検査装置の電極部との接触用の後端部とを備えることを特徴とする。

そのプローブピンにおいて、本体部は筒状部材から構成することができる。

そのプローブピンにおいて、本体部はニッケル製のチューブから構成してもよい。

また、本発明に係る検査基板の配線の電気的特性を検査するための基板検査装置用の検査治具に取り付けられるプローブピンの製造方法は、検査治具に保持される導電性の本体部を形成する工程と、本体部の第１の位置に第１の電極を電気的に導通するように取り付ける工程と、第１の位置とは異なる本体部の第２の位置から離隔した位置に第２の電極を配置する工程と、第１の電極と第２の電極との間に所定の電圧を印加して所定の電流を流すことによって、本体部の第２の位置と第２の電極との間にアーク放電を生じさせ、それにより、第２の位置に半球面の接触部を形成する工程とを含むことを特徴とする。

そのプローブピンの製造方法において、本体部は筒状部材から構成することができる。

そのプローブピンの製造方法において、本体部はニッケル製のチューブから構成してもよい。

そのプローブピンの製造方法において、第２の位置は、本体部の端部であり、第１の電極と第２の電極との間に所定の電圧を印加して所定の電流を流すことによって、本体部の端部と第２の電極との間にアーク放電を生じさせ、それにより、端部に半球面の接触部を形成する工程とを含むようにしてもよい。

そのプローブピンの製造方法において、本体部の第１の位置から第２の位置を越えて所定の距離離れた第３の位置に、第１の電極と同じ極性の第３の電極を電気的に導通するように取り付ける工程を含み、第２の電極と第１及び第３の電極のそれぞれとの間に所定の電圧を印加して所定の電流を流すことによって、第２の位置と第２の電極との間にアーク放電を生じさせ、それにより、第２の位置において本体部を２つの本体部に切断するとともに、切断した各本体部の端部に半球面の接触部を形成する工程とを含むようにしてもよい。

また、本発明に係る検査基板の配線の電気的特性を検査するための基板検査装置用の検査治具は、上記のプローブピンと、プローブピンの接触部を検査基板の配線の所定の検査点まで案内し、プローブピンの本体部を保持し、また、プローブピンの後端部を固定するための複数のプレート部材と、プローブピンの後端部と接触してプローブピンを基板検査装置に電気的に接続するための電極部とを備えることを特徴とする。

また、その検査治具を搭載する基板検査装置は、検査治具を移動させるための検査治具移動部と、検査基板を保持する基板保持部と、検査治具移動部及び基板保持部の動きを制御するとともに、検査治具のプローブピンに基板検査用の電流を供給して配線の電気的特性を測定するための制御装置とを備えることを特徴とする。

本発明によると、円筒状のプローブピンに他の部材を追加することなく、そのプローブピンの端部に、一体的に球面状の接触部を形成することができる。

また、プローブピンの接触部を形成する際に、溶融した部材の表面張力を利用するため、円筒状プローブピンの端部に球面形状の接触部を形成することができる。

さらに、長尺の筒状部材から所定の長さのプローブピンを形成する際に、切断及び球面形状の形成を同時にすることができるため、プローブピンの製作工程数を減少させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るプローブピンを取り付けた検査治具を備える基板検査装置を示す概略構造断面図である。 図２Ａは、本発明の一実施形態に係るプローブピンの先端部を含む部分の概略構成図である。 図２Ｂは、本発明の一実施形態に係るプローブピンの先端部を含む部分の一部の拡大側面断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係るプローブピンを製造する工程を説明するための簡略化した側面図である。 図４は、図３に示す本発明の一実施形態に係るプローブピンを製造する際に用いる駆動回路の一例を示す概念図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るプローブピンの使用状態を説明するための拡大断面図である。 図６は、本発明の一実施形態に係るプローブピンの他の製造方法を説明するための簡略化した側面図である。 図７は、本発明の一実施形態に係るプローブピンの他の製造方法を説明するための簡略化した側面図である。

以下に、添付図面に基づいて、本発明の望ましい実施形態に係る基板検査用のプローブピン、それが取り付けられた検査治具及びその検査治具が取り付けられた基板検査装置について説明を行う。

なお、各添付図において、各部材の厚さ、長さ、形状、部材同士の間隔等は、理解の容易のために、拡大・縮小・変形・簡略化等を行っている。

［基板検査装置の概略の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る基板検査用のプローブピンを使用するための一実施形態の基板検査装置１を示す構造断面図である。図１には、搬送テーブル２０と第１及び第２の検査治具移動部３０，４０との移動方向を明確にする観点からＸＹＺ軸による直交座標系を示す。Ｙ軸は、図１の紙面の表側から裏側に向かう方向が正方向である。

基板検査装置１は、搬送テーブル２０をＸ軸に沿って移動するための基板移動部６０と、複数の基板検査用プローブピン３５，４５が取り付けられた検査治具３２，４２をＹＺ面内で移動するための第１及び第２の検査治具移動部３０，４０とを備える。第１及び第２の検査治具移動部３０，４０は、ＸＹ面に関して対称に配置されている。

搬送テーブル２０は、検査基板２１を載置するための基板保持部２２と、その下面に固定された円筒状のブラケット６３とを備える。円筒状のブラケット６３には長手方向に貫通するネジ孔が形成されている。

基板移動部６０は、ブラケット６３のネジ孔と螺合するボールネジ６２と、そのボールネジ６２を回転する駆動部６１とを備える。ボールネジ６２上のねじ山及びねじ溝は簡略化のために図示していない。駆動部６１によってボールネジ６２が回転すると、その回転量及び回転方向に応じて、ブラケット６３、つまり、搬送テーブル２０のＸ軸に沿った方向への移動量及び移動方向が決まる。

第１の検査治具移動部３０は検査治具保持部３３を備えており、その検査治具保持部３３は、基板検査用の複数のプローブピン３５が取り付けられた検査治具３２を保持するとともに、その検査治具３２を移動して検査用基板２１上の検査対象の配線の検査点に基板検査用の複数のプローブピン３５を当接させるように機能する。また基板検査用の複数のプローブピン３５等は、検査治具保持部３３を経由して、基板の検査及び測定を行うためのスキャナ（図示せず）に電気的に接続される。

第２の検査治具移動部４０は、第１の検査治具移動部３０の検査治具保持部３３と同様の検査治具保持部４３を備えており、その検査治具保持部４３は、検査治具保持部３３と同様に機能する。

第１及び第２の検査治具移動部３０，４０と基板移動部６０との移動の制御は、基板検査装置１の制御装置（図示せず）によって行われる。

また、第１及び第２の検査治具移動部３０，４０には、それぞれ、検査基板２１及び搬送テーブル２０の位置を特定するために、主カメラ３４，４４が取り付けられている。

［プローブピンの構成］
図１の検査治具３２，４２に取り付けられている複数のプローブピン３５，４５は基本的にすべて同じ構造である。図２Ａ及び図２Ｂは、その中の１本のプローブピン４５を取り出したものの先端部を含む部分を拡大して示す。

図２Ａに示すように、プローブピン４５は本体部４５Ｂと先端部の接触部４５Ｃとを備える。本体部４５Ｂは肉厚の薄い円筒状部材から構成されており、本実施形態では、例えば、図２Ｂに示すように、外径４５φ１が約５０μｍで、内径４５φ２が約３０μｍのニッケルチューブを用いる。

図２Ｂに示すように、先端部の接触部４５Ｃは、本体部４５Ｂと一体化した球形状に形成されている。本実施形態では、球形状の接触部４５Ｃの半径は、本体部４５Ｂの外径４５φ１の半分の約２５μｍである。接触部４５Ｃは、後述するように、本体部４５Ｂの一部を溶融して形成しているため、接触部４５Ｃの材質は本体部４５Ｂと同じニッケルである。

［プローブピンの製造方法］
図２Ａに示すプローブピン４５は、具体的には、後述のようにアーク放電による加工技術によって製造する。

図３は、本発明に係るプローブピンの製造方法の一実施形態を説明するための簡略化した図である。図２Ａ及び図２Ｂに示すプローブピン４５を製造するために、図３に示すように、外径が５０μｍで、内径が３０μｍのニッケルチューブ４５−１を用意する。そのニッケルチューブは例えば電鋳によって製造する。ニッケルチューブ４５−１は、前もって、プローブピンとして使用する際に適した長さに切断しておいてもよく、図３に説明する製造方法を実施して図２Ｂに示す接触部４５Ｃを形成した後に、プローブピンに適した長さに切断してもよい。

また、図４は、アーク放電を行うための簡略化した駆動回路１００を示す。その駆動回路は、電源１３０と充電・放電用のキャパシタＣと放電用の制限抵抗Ｒ２等とを含む。電源１３０は直流電源で、１００Ｖから３００Ｖ程度の電圧及び５Ａから６０Ａ程度の電流を供給する。

アーク放電による加工を行う際には、図３に示すように、ニッケルチューブ４５−１の本体部４５Ｂ−１の第１の位置を第１の電極の正電極（＋）となるクランプ部１１０Ｃによって把持する。それにより、クランプ部１１０Ｃと本体部４５Ｂ−１とは電気的に導通可能な状態になる。クランプ部１１０Ｃは、ケーブル１１０Ｗを経由して、図４の駆動回路１００の電源１３０の正極に接続される。

一方、再度図３を参照して説明すると、ニッケルチューブの本体部４５Ｂ−１の第２の位置の先端部４５Ｃ−１から離隔した近接位置に、第２の電極の負電極（−）となる工具電極１１０Ａを配置する。その先端部４５Ｃ−１と工具電極１１０Ａと間の距離は、例えば、数十μｍ程度である。電源１３０の電圧及び電流値の大きさによってその距離は変わる。工具電極１１０Ａは図示せぬケーブルを経由して、図４の駆動回路１００の電源１３０の負極に接続される。

アーク放電の駆動回路１０を起動すると、電源１３０によってキャパシタＣが所定の容量まで充電され、負電極の工具電極１１０Ａと正電極（＋）のクランプ部１１０Ｃとの間で放電電流が流れてアーク柱１２０が形成される（つまり、アーク放電が発生する）。ただし、ニッケルチューブの本体部４５Ｂ−１の外周面にはこの段階では絶縁皮膜は形成されてなく、また、工具電極１１０Ａには、ニッケルチューブの本体部４５Ｂ−１の先端部４５Ｃ−１が最も近接しているため、クランプ部１１０Ｃから先端部４５Ｃ−１までは本体部４５Ｂ−１を電流が流れるため、実際には、アーク放電が発生してアーク柱１２０が形成されるのは、図３に示すように、工具電極１１０Ａと先端部４５Ｃ−１との間になる。

キャパシタＣの放電が終了すると、続けて、電源１３０によってキャパシタＣが再度充電される。キャパシタＣが再度所定の容量まで充電されると、工具電極１１０Ａと先端部４５Ｃ−１との間で再びアーク放電が発生してアーク柱１２０が形成される。その工程が所定数繰り返される。１回の放電でアーク柱１２０が形成されることによって１パルス加工を行うことができ、１パルスの放電持続時間は数十μｓから数百μｓ程度である。

アーク柱１２０が形成されると、ニッケルチューブの本体部４５Ｂ−１の先端部４５Ｃ−１は高温化して溶融する。その結果、先端部は液状化し、その液状化した部分が表面張力により球形を形成する。その球形の部分は、ニッケルチューブの本体部４５Ｂ−１の一部が溶融して形成されたものであるため、本体部４５Ｂ−１と一体となる。その球形の部分は、図２Ｂに示すような、プローブピンの本体部４５Ｂの先端に一体的に形成された接触部４５Ｃとなる。

そのように、アーク放電加工技術を用いてニッケルチューブの先端部を加工すると、ニッケルチューブの本体部に他の球形状の部材を固定する等の追加の工程は不要となる。

［プローブピンの使用例］
図５は、上記の方法で製造したプローブピン４５Ｂを検査治具４２に取り付けて、検査基板２１の検査を行っている状態を説明するための一部拡大断面側面図である。

図５は、検査用基板２１上の検査対象の配線の検査点２７の表面にプローブピン４５の半球面状の接触部４５Ｃが接触している状態を示す。

その図５の状態になるには、まず、図１において、検査治具４２にプローブピン４５を取り付け、その検査治具４２を基板検査装置１の検査治具保持部４３に取り付ける。次に、主カメラ４４等によって基準位置を確認し、それに基づいて、検査治具移動部４０によってその検査治具４２をＺ軸線に沿って正方向（図において上方）に移動して、検査用基板２１上の検査対象の配線の検査点２７にそのプローブピン４５の接触部４５Ｃを当接させる。

なお、図５に示すように、検査治具４２の上面には凹部４２Ｈが形成されており、その凹部に検査点２７が収容されている。それにより、検査基板２１の下面が検査治具４２の上面に安定して接することができる。

［プローブピンの他の製造方法］
図６及び図７は、本発明に係るプローブピンの製造方法の他の実施形態を説明するための簡略化した図である。その方法によると、同時に２本のプローブピンを製造することができる。

図６に示すように、最初に、長尺のニッケルチューブ４５−１を用意する。そのニッケルチューブは、図３の実施例の場合と同様に、外径が５０μｍで内径が３０μｍのものを用いることができる。そのニッケルチューブも例えば電鋳によって製造する。また、所定の長さへの切断は前もって行ってもよく、図７のように接触部４５Ｃを形成した後に行ってもよい。

次に、正電極（＋）の第１の電極又は第３の電極となるクランプ部１１０Ｃを２つ用意し、第１の位置と第３の位置というように所定の間隔を置いてニッケルチューブ４５−１の本体部４５Ｂ−１を把持する。図６に向かって、例えば、下方のクランプ部１１０Ｃを第１の位置に取り付けた第１の電極とし、上方のクランプ部１１０Ｃを第３の位置に取り付けた第３の電極とする。また、図３の実施形態と同様に、それぞれのクランプ部１１０Ｃは、ケーブル１１０Ｗを経由して、図示せぬ駆動回路の電源の正極に接続される。

次に、ニッケルチューブ４５−１の本体部４５Ｂ−１を把持する２つのクランプ部１１０Ｃから等距離にある本体部４５Ｂ−１上の第２の位置から離隔した近接位置に、第２の電極の負電極（−）となる工具電極１１０Ａを配置する。工具電極１１０Ａとそれが離隔して近接するニッケルチューブ４５−１の位置と間の距離は、例えば、数十μｍ程度である。その距離は、電源１３０の電圧及び電流値の大きさによって変わる。工具電極１１０Ａは図示せぬケーブルを経由して、図４の駆動回路１００の電源１３０の負極に接続される。

第１、第２及び第３の位置の位置関係については、言い換えると、第３の位置は、本体部４５Ｂ−１の第１の位置から第２の位置を越えて所定の距離離れた位置であるということができる。

図６に示す実施形態では、工具電極１１０Ａと２つのクランプ部１１０Ｃのそれぞれの間においてアーク放電のための回路が形成される。ただし、実際には、回路は電極を除いて共有することができる。その回路は、図３の駆動回路と同様に機能する。

アーク放電の駆動回路を起動すると、図６に示すように、第２の電極の工具電極１１０Ａと、それが離隔して近接するニッケルチューブ４５−１の本体部４５Ｂ−１の第２の位置との間でアーク放電は発生してアーク柱１２０が形成される。

アーク柱１２０が形成されると、ニッケルチューブの本体部４５Ｂ−１の第２の位置が高温化して溶融して、ニッケルチューブの本体部４５Ｂ−１はその部分から切断される。また、それぞれのその切断部分は液状化しているため、その液状化した部分がそれぞれ表面張力により球形を形成する。

図７に、２本のプローブピン４５が製造された状態を示す。それぞれのプローブピンの球形状の接触部４５Ｃは、ニッケルチューブの本体部４５Ｂ−１の一部が溶融して形成されたものであるため、分離した本体部４５Ｂ−１と一体である。その結果、各プローブピン４５の接触部４５Ｃは、図３の実施形態の場合と同様に、図２Ｂに示すような、プローブピンの本体部４５Ｂの先端に一体的に形成された接触部４５Ｃとなる。

そのように、アーク放電加工技術を用いてニッケルチューブを切断するとともに、それぞれのニッケルチューブの端部に球形状の部分を形成すると、同時に２本のプローブピンを製造することができるとともに、各プローブピンの本体部に他の球形状の部材を固定する等の追加の工程が不要になる。

［他の実施形態］
上記の実施形態では、大気環境にてアーク放電加工を行ったが、加工油等の加工液の環境内でアーク放電加工を行っても良い。

第１及び第３の電極を正極とし、第２の電極を負極として説明したが、極性を逆にして、第１及び第３の電極を負極とし、第２の電極を正極としてもよい。

また、上記の実施形態では円筒状のニッケルチューブを用いてプローブピンを製造する工程を説明したが、アーク放電加工に対応するものであれば、材質はニッケル以外のものを用いてもよく、また、円筒状でなくワイヤ形状のものでもよい。

以上、本発明に係る基板検査用の検査治具に用いられるプローブピンの製造方法のいくつかの実施形態について説明したが、本発明はそれら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、本発明に含まれるものであり、また、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ことを承知されたい。

１・・・基板検査装置
３２，４２・・・検査治具
３５，４５・・・プローブピン
４５Ｂ・・・本体部
４５Ｃ・・・接触部
４５−１・・・ニッケルチューブ
４５Ｂ−１・・・ニッケルチューブの本体部
４５Ｃ−１・・・ニッケルチューブの先端部
１１０Ａ・・・工具電極
１１０Ｃ・・・クランプ部
１２０・・・アーク柱
１３０・・・電源

Claims (10)

1. 検査基板の配線の電気的特性を検査するための基板検査装置用の検査治具に取り付けられるプローブピンであって、
   前記検査治具に保持される本体部と、
   前記本体部の一方の端部に該本体部と一体的に形成された、半球面を有する接触部であって、前記検査基板の配線の所定の検査点との接触用の接触部と、
   前記本体部の他方の端部にある後端部であって、前記基板検査装置の電極部との接触用の後端部とを備える、プローブピン。
2. 請求項１のプローブピンにおいて、前記本体部は筒状部材からなる、プローブピン。
3. 請求項２のプローブピンにおいて、前記本体部はニッケル製のチューブから構成されている、プローブピン。
4. 検査基板の配線の電気的特性を検査するための基板検査装置用の検査治具に取り付けられるプローブピンの製造方法であって、
   前記検査治具に保持される導電性の本体部を形成する工程と、
   前記本体部の第１の位置に第１の電極を電気的に導通するように取り付ける工程と、
   前記第１の位置とは異なる前記本体部の第２の位置から離隔した位置に第２の電極を配置する工程と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に所定の電圧を印加して所定の電流を流すことによって、前記本体部の前記第２の位置と前記第２の電極との間にアーク放電を生じさせ、それにより、該第２の位置に半球面の接触部を形成する工程とを含む、プローブピンの製造方法。
5. 請求項４のプローブピンの製造方法において、前記本体部は筒状部材からなる、プローブピンの製造方法。
6. 請求項５のプローブピンの製造方法において、前記本体部はニッケル製のチューブから構成されている、プローブピンの製造方法。
7. 請求項４のプローブピンの製造方法において、
   前記第２の位置は、前記本体部の端部であり、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に所定の電圧を印加して所定の電流を流すことによって、前記本体部の前記端部と前記第２の電極との間にアーク放電を生じさせ、それにより、該端部に半球面の接触部を形成する工程とを含む、プローブピンの製造方法。
8. 請求項４のプローブピンの製造方法において、
   前記本体部の前記第１の位置から前記第２の位置を越えて所定の距離離れた第３の位置に、前記第１の電極と同じ極性の第３の電極を電気的に導通するように取り付ける工程を含み、
   前記第２の電極と前記第１及び第３の電極のそれぞれとの間に所定の電圧を印加して所定の電流を流すことによって、前記第２の位置と前記第２の電極との間にアーク放電を生じさせ、それにより、該第２の位置において前記本体部を２つの本体部に切断するとともに、該切断した各本体部の端部に半球面の接触部を形成する工程とを含む、プローブピンの製造方法。
9. 検査基板の配線の電気的特性を検査するための基板検査装置用の検査治具であって、
   請求項１のプローブピンと、
   該プローブピンの前記接触部を前記検査基板の配線の所定の検査点まで案内し、前記プローブピンの前記本体部を保持し、また、前記プローブピンの前記後端部を固定するための複数のプレート部材と、
   前記プローブピンの前記後端部と接触して前記プローブピンを前記基板検査装置に電気的に接続するための電極部とを備える、検査治具。
10. 請求項９の検査治具を搭載する基板検査装置であって、
    前記検査治具を移動させるための検査治具移動部と、
    前記検査基板を保持する基板保持部と、
    前記検査治具移動部及び前記基板保持部の動きを制御するとともに、前記検査治具の前記プローブピンに基板検査用の電流を供給して前記配線の電気的特性を測定するための制御装置とを備える、基板検査装置。

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