JP2012103128A - コンタクトプローブ用プランジャの製造方法及びコンタクトプローブ用プランジャ - Google Patents

Abstract

【課題】容易に試験対象物の電極との接触状態を維持することができるコンタクトプローブ用プランジャを製造する。
【解決手段】コンタクトプローブ用プランジャは、先端部分１０aにプランジャ本体１aの中心軸ＡＸに対して放射状に広がった複数の突起１bを備える。このようなコンタクトプローブ用プランジャは、まず、前記突起に対応する位置に設けられた複数の笠部５０bを備えた被覆部材５０を準備し、前記プランジャ本体となる基材１０の前記先端部分を前記被覆部材で被覆する。ついで、砥粒を前記複数の笠部の間を通過させて前記基材に向かって吹き付け、前記複数の突起を形成する。このような製造方法を採用することにより、単一素材でコンタクトプローブ用プランジャを製造することができる。
【選択図】図３

Description

本件は、コンタクトプローブ用プランジャの製造方法及びコンタクトプローブ用プランジャに関する。

従来、回路基板等の試験対象物の電気特性を測定するために、コンタクトプローブが用いられることがある。コンタクトプローブは、バネ材が収容されたバレル（胴体）に、そのバネ材によって先端側に付勢された状態で装着されるプランジャを備えている。このプランジャに相当するプローブ針の先端部表面に微細炭素繊維の一部が埋設され、残りの一部がプローブ針先端部表面から出ているプローブ針がある。このようなプローブ針は、プローブ針先端部表面に微細炭素繊維を混合した金属めっき液により金属めっきを施すことによって製造されることが知られている（例えば、特許文献１）。このような方法で製造されたプローブ針は、電極表面に形成される酸化膜を突き破ることによって、電極とプローブ針との接触が容易となり、測定の正確性が向上するとしている。また、このような製造方法によれば、微細炭素繊維がプローブ針先端部表面から放射状に突出したプローブ針を得ることができる。微細炭素繊維がプローブ針先端部表面から放射状に突出することにより、電極とプローブ針との接触状態は維持し易くなると考えられる。

特開２００６−２６６７６５号公報

ところで、コンタクトプローブによる試験対象物が備える電極には、ハンダ付け作業の際に用いられたフラックスが付着している場合がある。しかしながら、前記特許文献１に開示されたプローブ針は、上記のように微細炭素繊維を混合した金属めっき液により金属めっきを施して製造される。このため、フラックスを突き破るのに十分な寸法となるまで微細炭素繊維を成長させることが困難である場合が想定される。また、試験対象物が、例えば、プリント基板上の回路である場合には、コンタクトプローブの電極に対する位置精度確保が困難となる場合が想定される。

そこで、本明細書開示のコンタクトプローブ用プランジャの製造方法は、試験対象物の電極との接触状態を容易に維持することができるコンタクトプローブ用プランジャを製造することを課題とする。

本明細書開示のコンタクトプローブ用プランジャの製造方法は、先端部にプランジャ本体の中心軸に対して放射状に広がった複数の突起を備えるコンタクトプローブ用プランジャの製造方法であって、プランジャ本体となる基材の先端部分を複数の笠部を備えた被覆部材で被覆する工程と、砥粒を前記複数の笠部の間を通過させて前記基材に向かって吹き付け、前記複数の突起を形成する工程と、を備えている。

被覆部材に笠部を設け、この笠部の間に砥粒を通過させることにより、基材において笠部で覆われた部分が残存する。この残存した部分が、試験対象物の電極に接触する突起となる。笠部の形状や寸法を調節し、また、基材の選定、砥粒の選定、砥粒の噴射角度、砥粒の圧力、砥粒の噴射時間等を適切に設定することにより、容易に所望の形状の突起を得ることができる。

本明細書開示のコンタクトプローブ用プランジャの製造方法によれば、試験対象物の電極との接触状態を容易に維持することができるコンタクトプローブ用プランジャを製造することができる。

図１は、実施例の方法により製造されたプランジャを備えたコンタクトプローブの説明図である。 図２は、実施例の方法により製造されたプランジャの先端部の拡大図である。 図３は、実施例のプランジャの製造工程の一例を示す工程図である。 図４は、被覆部材の製造工程の一例を示す工程図である。 図５は、第１の比較例のプランジャが、試験対象物に接触する様子を模式的に示した説明図である。 図５は、第２の比較例のプランジャが、試験対象物に接触する様子を模式的に示した説明図である。 図７は、プランジャの先端部が備える突起に作用する力の方向を示す説明図である。 図８は、本実施例の製造方法によって製造されたプランジャを備えるコンタクトプローブが試験対象物に接触する様子を示した説明図である。 図９（Ａ）〜（Ｃ）は、プランジャ先端部の他の形状の例を示す説明図である

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

図１は、実施例の方法により製造された基板側プランジャ１を備えたコンタクトプローブ１００の説明図である。基板側プランジャ１は、本明細書開示のコンタクトプローブ用プランジャの一例である。図２は、実施例の方法により製造された基板側プランジャ１の先端部の拡大図である。図３は、実施例の基板側プランジャ１の製造工程の一例を示す工程図である。図４は、被覆部材５０の製造工程の一例を示す工程図である。

図１に示すコンタクトプローブ１００は、内部が空洞となったバレル２を備える。バレル２内には、バネ材が収容されている。そして、バレル２の一方の端部に基板側プランジャ１が嵌め合いにより摺動自在に装着され、バレル２の他方の端部に試験機側プランジャ３が嵌め合いにより摺動自在に装着されている。基板側プランジャ１及び試験機側プランジャ３は、それぞれバレル２内に収容されたバネ材によってそれぞれの先端側に付勢されている。

基板側プランジャ１は、図２に示すようにプランジャ本体１ａの中心軸ＡＸに対して放射状に広がった複数の突起１ｂを備えている。すなわち、基板側プランジャ１は、半球形状の先端部分１ｃから放射状に延びる複数の突起１ｂを備えている。なお、試験機側プランジャ３の先端部は、尖った形状を有している。

つぎに、このような基板側プランジャ１の製造方法について、図３、図４を参照しつつ説明する。

まず、図３（Ａ）に示すように、先端部分１０ａが半球状に成形された基材１０を準備し、これを固定台５１に取り付ける。具体的には、固定台５１に設けられた基材装着孔に基材１０を挿入し、先端部分１０ａを固定台５１から露出させた状態で基材１０の基端側をクランプにより固定する。基材１０に基端側が大径となる段部（鍔部）が設けられているときは、固定台５１が備える基材装着孔の内部に段部との係合部を設け、基材１０を先端側に向かって押し付ける。これにより、先端部分１０ａを基材装着孔から露出させた状態で基材１０を固定台５１に安定して固定することができる。ここで、基材１０は、ベリリウム銅の単一の素材からなる。基材１０は、プランジャの素材として採用できる単一の素材であれば、他の素材を用いることもできる。基材１０の直径は、適宜選択することできる。例えば、φ０．３~φ２．０ｍｍの範囲内で適宜設定することができる。なお、基材１０は、加工完了後は、プランジャ本体１ａとなるものである。

つぎに、図３（Ｂ）に示すように、被覆部材５０を準備し、基材１０の先端部分１０ａを被覆部材５０で被覆する。被覆部材５０は、複数の笠部５０ｂを備えている。この被覆部材５０について、図４を参照しつつ説明する。図４（Ａ）は、立体的なプレス加工を行う以前の平滑状態の被覆部材５０の平面図である。被覆部材５０は、板材から、不要部分を切り取ることによって準備される。説明を分かりやすくするために、図４（Ａ）において、不要部分として取り除かれた部分が白色で示され、被覆部材５０として残された部分に、網かけを施して示している。被覆部材５０は、周縁に鍔部５０ｄを備えている。そして、その鍔部５０ｄの内側に、複数の笠部５０ｂが設けられている。複数の笠部５０ｂは、連設部分５０ｃによって接続されている。このような被覆部材５０は、一枚の板体を準備し、ホトリソ加工により、不要部分を取り除く。なお、不要部分を取り除く加工は、ホトリソ加工とブラスト加工とを組み合わせてもよいし、レーザ加工としてもよい。すなわち、従来周知の加工技術を用いることができる。

被覆部材５０は、どのような材料を選定してもよい。ただし、基材１０よりも固い材料であることが望ましい。例えば、ステンレス鋼を採用することができる。厚さも適宜選定することができる。例えば、厚さt＝０．０５〜０．３ｍｍ程度で適宜選定することができる。さらに、笠部５０ｂの形状、寸法も最終的な基板側プランジャ１の形状に応じて適宜決定することができる。図４（Ａ）に示すように円形としてもよいし、矩形としてもよい。円形とする場合、その直径φは、φ３０〜φ１５０μｍ程度に設定することができる。また、矩形とする場合、その一辺の長さＬは、Ｌ＝３０〜１５０μｍ程度に設定することができる。なお、突起１ｂの個数は、基板側プランジャ１の先端部分１ｃの形状等に応じて変更されることがある。このため、笠部５０ｂの個数も、突起１ｂの個数に応じて変更される。

図４（Ａ）に示した平滑状態の被覆部材５０は、図４（Ｂ）に示すようにプレス加工を受ける。すなわち、凹状金型５１ａと凸状金型５１ｂとによって挟み込まれ、プレスされる。このとき、凹状金型５１ａ及び凸状金型５１ｂの寸法は、プレス加工後に被覆部材５０の内周面５０ａの寸法が、基材１０の先端部分１０ａの寸法よりも若干大きくなるように設定されている。すなわち、プレス加工後の被覆部材５０の内周面５０ａの形状は、基材１０の先端部分１０ａの形状と相似形となる。笠部５０ｂは、プレス加工後に基板側プランジャ１が備える複数の突起１ｂに対応する位置に配置されるようになっている。なお、図４（Ｂ）に示した被覆部材５０は、図４（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図として示している。

図４（Ｂ）に示すようにプレス加工と行った後の被覆部材５０は、図４（Ｃ）に示すように、帽子状に成形される。プレス加工後の被覆部材５０は、プランジャ本体１ａとなる基材１０の先端部分１０aを被覆する。このとき、被覆部材５０は、図３（Ｂ）に示すようにスペーサ５２を介して固定台５１に取り付けられる。被覆部材５０を固定台５１に取り付けるときは、ネジや、係合爪等、従来、知られた取付方法を用いることができる。これにより、基材１０の先端部１０ａの表面と、被覆部材５０の内周面５０ａとの間に隙間を設けた状態で被覆部材５０がセットされる。なお、被覆部材５０は、繰り返し使用することができる。このため、交換が不要である場合は、被覆部材５０を固定台５１に取り付けたまま、新たな基材１０を取り付けるようにする。被覆部材は、ノズル５３から噴射される砥粒によって削られるので、使用回数や、削られた状態に応じて交換される。

被覆部材５０のセットが完了したら、つぎに、図３（Ｃ）に示すように、ブラスト加工を行うノズル５３を準備する。図３（Ｃ）に示す例では、固定された三つのノズル５３を準備した。なお、図３（Ｃ）、（Ｄ）は、説明の都合上、各ノズル５３と被覆部材５０との距離が接近して描かれているが、各ノズル５３と被覆部材５０は、噴射される砥粒が満遍なく先端部分１０ａに到達することができるように離して設置されている。すなわち、各ノズル５３を被覆部材５０と離して設置することにより、半球状の先端部分１０ａの加工が可能となっている。所望の加工が実現できるものであれば、ノズル５３の個数、可動できるか否かは問わない。また、先端部分１０ａの寸法と比較して径の大きな噴射孔を備えたノズルを用いることにより、先端部分１０ａの加工を行うようにしてもよい。

例えば、アルミナ、セラミックビーズ、ワイヤカットショット等の微細な粒を含む研削材がノズル５３から噴射させる砥粒として用いられる。砥粒の粒径は、数μｍ〜数１０μｍの間で適宜選択することができる。また、砥粒の噴射圧は、０．０２〜０．３ＭＰａ程度の間で設定することができる。その他、砥粒の噴射角度、砥粒の噴射時間を設定し、所望の形状を得る。本実施例における突起１ｂの高さは、０．３ｍｍ程度としている。突起１ｂの寸法は、後述する電極２１の表面に付着するフラックス層や酸化膜を突き破ることができるように決定することができる。突起１ｂは、基材１０から切削されて形成されるため、所望の寸法、、形状が容易に実現される。

ノズル５３は、砥粒を複数の笠部５０ｂの間を通過させて基材１０に向かって吹き付ける。これにより、基材１０の先端部分１０ａが切削される。このとき、笠部５０ｂの位置に対応する部分の基材１０が残存し、突起１ｂが形成される。ここで、被覆部材５０は、固定台５１に対してスペーサ５２を介してセットされており、基材１０の先端部１０ａの表面と、被覆部材５０の内周面５０ａとの間に隙間が設けられている。このため、噴射された砥粒や、基材１０の切削屑が容易に被覆部材５０から排出される。この結果、基材１０の加工が容易となり、加工時間も短縮される。また、このように単一の素材により成形された基板側プランジャ１は、その強度を確保し易い。特に、突起１ｂまで単一の素材することにより、突起１ｂの付け根部分の強度を確保し易い。

つぎに、このようにして形成された基板側プランジャ１の動作を、第１の比較例のプランジャ６１、第２の比較例のプランジャ６２と比較しつつ説明する。基板側プランジャ１、比較例のプランジャ６１、６２は、いずれも、試験対象物となるプリント基板２０上に設けられた回路と導通し、半球状に盛り上がった電極２１に接触する。ここで、プリント基板２０と、基板側プランジャ１が装着されているコンタクトプローブ１００との相対的な位置精度により、基板側プランジャ１の中心軸ＡＸが、電極２１の中心軸とずれることがある。比較例のプランジャ６１、６２の場合も同様である。

図５（Ａ）、（Ｂ）に示すプランジャ６１は、フラットタイプと称され、先端部分に平滑面を備えている。このようなプランジャ６１は、図５（Ａ）に示すように、プランジャ６１の中心軸ＡＸと電極２１の中心軸とがほぼ一致していれば、電極２１との接触状態を維持することができる。ところが、図５（Ｂ）に示すように、中心軸ＡＸと電極２１の中心軸がずれた状態でプランジャ６１が電極２１に接触しようとすると、電極２１に接触したプランジャ６１は、横滑りを生じて側方に落下するおそれがある。この結果、プランジャ６１と電極２１との接触状態が維持できなくなり、適切な試験が実施できない。

図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すプランジャ６２は、セレーテッドタイプと称され、先端部に複数の突起が設けられている。ただし、突起の方向は、いずれもプランジャ６２の中心軸ＡＸ方向と一致している。このようなプランジャ６２は、図６（Ａ）に示すように、プランジャ６２の中心軸ＡＸと電極２１の中心軸とがほぼ一致していれば、電極２１との接触状態を維持することができる。ところが、図６（Ｂ）や図６（Ｃ）に示すように、中心軸ＡＸと電極２１の中心軸がずれた状態でプランジャ６２が電極２１に接触しようとすると、電極２１に接触したプランジャ６２は、横滑りを生じて側方に落下するおそれがある。この結果、プランジャ６２と電極２１との接触状態が維持できなくなり、適切な試験が実施できない。なお、図６（Ａ）〜（Ｃ）中、参照番号２２は、フラックス層を示している。

図５や、図６に示した比較例のプランジャ６１、６２を用いた場合、その先端部分の径を大きくすれば、横滑りが生じたときであっても電極２１との接触が維持できると考えられる。しかしながら、先端部分の径を大きくすることは、プリント基板２０上の高密度実装を妨げることになりかねない。

これらの比較例に対し、図７、図８に示す本実施例の基板側プランジャ１は、中心軸ＡＸと電極２１の中心軸とがずれた状態で電極に接近したときであっても、電極２１との接触を維持することが容易である。図７に示すように、中心軸ＡＸと電極２１の中心軸とがずれている場合であっても、突起１ｂが中心軸ＡＸに対し放射状に配置されていることにより、垂直方向に押されて働く力と突起１ｂが電極に食い込もうとする力の合成の力がＦの方向に働くので横滑りしにくくなる。このため、図８（Ａ）に示すように、中心軸ＡＸと電極２１の中心軸とがほぼ一致している場合にのみならず、図８（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように中心軸ＡＸとのずれが生じた場合であっても、基板側プランジャ１は、電極２１に接触することができる。なお、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）となるに従って、中心軸ＡＸとのずれ量が増えた状態を示しているが、基板側プランジャ１は、複数の突起１ｂを備えているため、いずれかの突起１ｂが電極２１に接触することができ、試験を継続することができる。また、図７に示すような力Ｆは、突起１ｂを電極２１側に食い込ませるように作用する。この結果、基板側プランジャ１の横滑りも抑制される。横滑りが抑制されることにより、プリント基板２０上の高密度実装が可能となる。

また、突起１ｂは、その寸法、形状により強度が維持されている。このため、電極２１の表面にフラックスの膜や、酸化膜が形成されている場合であっても、これらを容易に突き破ることができ、導通を得ることができる。

このように、本明細書開示の製造方法によれば、容易に試験対象物の電極との接触状態を維持することができるコンタクトプローブ用プランジャを得ることができる。

基板側プランジャ１の先端部分１ｃの形状は、種々変更することができる。例えば、図９（Ａ）に示すように、平滑面であってもよい。そして、突起１ｂは、この平滑面から中心軸ＡＸに対して放射状に延びるように設けられる。また、図９（Ｂ）に示すように、先端部分１ｃの形状は、球状の一部分、側方から見たときに円弧の一部分を利用した形状であってもよい。そして、突起１ｂは、この円弧面から中心軸ＡＸに対して放射状に延びるように設けられる。さらに、図９（Ｃ）に示すように、先端部分１ｃの形状は、円錐状、側方から見たときに三角形状となる形状であってもよい。そして、突起１ｂは、この円錐面から中心軸ＡＸに対して放射上に延びるように設けられている。また、三角錐状であってもよい。このように、基板側プランジャ１は、種々の形状とすることができる。このとき、複数の突起１ａの先端部によって形成される直径が、突起ｂ１の付け根部分の直径（プランジャ本体１ａの直径）よりも広くなるようにすることができる。このような寸法の関係を創出するために、砥粒の吹き付けによって突起１ｂを形成した後に、プランジャ本体１ａの直径を縮小する加工を施してもよい。

以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

ＡＸ…中心軸
１…基板側プランジャ
１ａ…プランジャ本体
１ｂ…突起
１ｃ…先端部分
２…バレル
３…試験機側プランジャ
１０…基材
１０ａ…先端部分
２０…プリント基板
５０…被覆部材
５０ａ…内周面
５０ｂ…笠部
５０ｃ…接続部
５１…固定台
５２…スペーサ
１００…コンタクトプローブ

Claims (4)

1. 先端部にプランジャ本体の中心軸に対して放射状に広がった複数の突起を備えるコンタクトプローブ用プランジャの製造方法であって、
   プランジャ本体となる基材の先端部分を複数の笠部を備えた被覆部材で被覆する工程と、
   砥粒を前記複数の笠部の間を通過させて前記基材に向かって吹き付け、前記複数の突起を形成する工程と、
   を備えたコンタクトプローブ用プランジャの製造方法。
2. 前記基材は、単一の素材からなることを特徴とした請求項１記載のコンタクトプローブ用プランジャの製造方法。
3. 前記基材の先端部表面と、前記被覆部材の内周面との間に隙間を設けて被覆部材をセットしたことを特徴とする請求項１又は２記載のコンタクトプローブ用プランジャの製造方法。
4. 単一素材で形成され、先端部にプランジャ本体の中心軸に対して放射状に広がった複数の突起を備えるコンタクトプローブ用プランジャ。

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