JP2014025737A - 検査用治具及び接触子 - Google Patents
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Abstract
【課題】比較的高電流を流してもばね部の機能を維持できる接触子及び接触子を備えた検査用治具を提供する。
【解決手段】この検査用治具10の接触子50は、円柱形状部52と該円柱形状部52を囲むように配置された円筒形状部54とを備える。円柱形状部52は、円筒形状部54より突出した先端部52fと、後端部52rとを有する。円筒形状部54はばね部54sを有し、ばね部54sが伸縮することによって、円柱形状部52の先端部52fと円筒形状部54の後端部との間の寸法が変化するように構成されている。円筒形状部54は、ニッケル(Ni)−リン(P)合金により形成される。
【選択図】図4A
【解決手段】この検査用治具10の接触子50は、円柱形状部52と該円柱形状部52を囲むように配置された円筒形状部54とを備える。円柱形状部52は、円筒形状部54より突出した先端部52fと、後端部52rとを有する。円筒形状部54はばね部54sを有し、ばね部54sが伸縮することによって、円柱形状部52の先端部52fと円筒形状部54の後端部との間の寸法が変化するように構成されている。円筒形状部54は、ニッケル(Ni)−リン(P)合金により形成される。
【選択図】図4A
Description
本発明は、検査対象に予め設定された検査点と検査装置等とを電気的に接続する検査用治具及びこの検査用治具に用いられる接触子に関する。なお、本発明に係る接触子は、接続対象として検査装置に限定されず、所定二点間を電気的に接続するためにも用いられる。
プリント配線基板に形成された配線が電気信号を正確に伝達できることを保証するために、検査装置による検査が行われる。検査装置では、電気・電子部品を実装する前に、プリント配線基板の配線上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、配線の良否を判定している。
このような検査装置では、複数の接触子(接続端子、プローブ、探針、接触ピン等)を備えた検査用治具が用いられる。接触子を経由して、検査対象に設定された検査点に、電流或いは電気信号を供給するとともに、その検査点から電気信号を検出することによって、検査点間の電気的特性を検出して、導通検査やリーク検査の動作試験等を行う。
検査装置を用いて基板の検査を行う場合には、治具移動手段によって検査用治具の接触子を検査対象の基板の検査点まで移動させ、それに当接させて、所定の検査を行う。検査が終了すると、治具移動手段により検査用治具の接触子を検査点から待機位置まで移動させる、という制御が行われる。
検査用治具に用いられる接触子は、検査点に対して所定の電気信号の送受信の行うことのできる導電性を有するものであれば、適宜選択することができる。例えば、下記の特許文献には接触子の例が開示されている。
特許文献1には、内部がパラジウムよりなり、外周部がベリリウム銅よりなるクラッド線によって接触子ピンを形成することが記載されている。特許文献2には、タングステン線をNiメッキ層によって被膜し、先端部のみにPTFE含有Ni−Bメッキ層によって被膜した接触子針が記載されている。
特許文献3には、先端が尖った導電性針状体と圧縮コイルばねを有するコンタクト接触子が記載されている。特許文献4には、螺旋状のばね部を有する接触子とそれを保持する接触子ホルダが記載されている。特許文献5には、芯材としてAu−Ag系合金又はBe−Cu系合金を用い、外側被膜材としてSUS304を用いた接触子ピンが記載されている。特許文献6には、スプリング構造を備えた通電検査治具用接触子が記載されている。
本願の発明者は、円柱形状部(芯材)とその外側に配置されたばね部を有する円筒形状部からなる接触子を用いて電気的負荷試験を行った。尚、芯材の材料としてタングステンを用い、円筒形状部の材料としてニッケル(Ni)を用いた。この接触子を用いて、1アンペア程度の比較的高電流を印加すると、接触子の温度が上昇し、高温によりばね部が変性して塑性変形しやすくなり、ばね部が劣化することが判った。そこで、本願の発明者は鋭意検討した結果、例えば1アンペア程度等の比較的高い電流を流してもばね部の機能を維持できる接触子の構造を見つけ出すことに成功した。
本発明の目的は、比較的高電流を流してもばね部の機能を維持できる接触子及び接触子を備えた検査用治具を提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明の第1の局面では、接触子と、該接触子に電気的に接続される導線を有する電極部と、前記接触子を検査対象の所定の検査点へ案内するためのヘッド部と、前記接触子を前記電極部の前記導線に向けて案内するためのベース部と、を有する検査用治具において、前記接触子は、円柱形状部と該円柱形状部を囲むように配置された円筒形状部とを備え、前記円柱形状部は、前記円筒形状部より突出した先端部と、反対側の前記円筒形状部に覆われた後端部と、を有し、前記円筒形状部は、前記円柱形状部の先端部及び後端部にそれぞれ対応した先端部及び後端部と、該先端部及び後端部の間に形成されたばね部と、を有し、前記円筒形状部の先端部は前記円柱形状部に接続され、前記ばね部が伸縮することによって、前記円柱形状部の先端部と反対側の前記円筒形状部の後端部との間の寸法が変化するように構成されており、前記円筒形状部は、ニッケル(Ni)−リン(P)合金により形成される。
また、本発明の第2の局面では、上記第1の局面に係る検査用治具において、前記円柱形状部は、芯材と、該芯材を覆うとともに、該芯材よりも電気伝導率が高い被覆部を有する。
また、本発明の第3の局面では、上記第1の局面に係る検査用治具において、前記円柱形状部は、銅(Cu)及び銀(Ag)の合金から形成される。
また、本発明の第4の局面では、上記第3の局面に係る検査用治具において、前記円柱形状部の電気伝導率が、50×106〜70×106ジーメンス/mである。
また、本発明の第5の局面では、上記第2の局面に係る検査用治具において、前記接触子の円柱形状部の先端部の先端面にて露出した前記芯材の尖った先端が検査対象の所定の検査点に接触し、前記接触子の円筒形状部の後端部の端面が前記電極部の露出した端面に接触する。
また、本発明の第6の局面では、上記第2又は第5の局面に係る検査用治具において、前記接触子の円柱形状部の先端部の先端面では、前記芯材と前記被覆部の外面が面一に形成されている。
また、本発明の第7の局面では、上記第2、第5及び第6のいずれかの局面に係る検査用治具において、前記被覆部が、金(Au)、銀(Ag)及び銅(Cu)のいずれか一つの金属、又はその合金から形成されている。
また、本発明の第8の局面では、上記第2、及び第5から第7のいずれかの局面に係る検査用治具において、前記芯材が、タングステン、タングステン合金、パラジウム、パラジウム合金のいずれか一つの金属から形成されている。
また、本発明の第9の局面では、上記第2、及び第5から第8のいずれかの局面に係る検査用治具において、前記芯材の電気伝導率が、5×106〜25×106ジーメンス/mであり、前記被覆部の電気伝導率が、45×106〜70×106ジーメンス/mである。
また、本発明の第10の局面では、上記第2、及び第5から第9のいずれかの局面に係る検査用治具において、前記被覆部の電気伝導率は、前記芯材の電気伝導率の少なくとも2.5倍である。
また、本発明の第11の局面では、上記第2、及び第5から第10のいずれかの局面に係る検査用治具において、前記芯材の外径と前記被覆部の厚みの比は、1〜5:1に設定される。
また、本発明の第12の局面では、検査点間の電気的特性を検査するための検査用治具に用いられる接触子であって、円柱形状部と該円柱形状部を囲むように配置された円筒形状部とを備え、前記円柱形状部は、前記円筒形状部より突出した先端部と、反対側の前記円筒形状部に覆われた後端部と、を有し、前記円筒形状部は、前記円柱形状部の先端部及び後端部にそれぞれ対応した先端部及び後端部と、該先端部及び後端部の間に形成されたばね部と、を有し、前記円筒形状部の先端部は前記円柱形状部に接続され、前記ばね部が伸縮することによって、前記円柱形状部の先端部と反対側の前記円筒形状部の後端部との間の寸法が変化するように構成されており、前記円筒形状部は、ニッケル(Ni)−リン(P)合金により形成される。
本実施形態の検査用治具では、前記被覆部の電気伝導率は、前記芯材の電気伝導率の少なくとも2.5倍である。
本実施形態の検査用治具では、前記接触子の抵抗値が50mΩ(ミリオーム)以下である。
本実施形態の検査用治具では、前記接触子の芯材の外径と前記被覆部の厚さは、前記円柱形状部の先端部と反対側の前記円筒形状部の後端部との間に1アンペアの電流を流すことができるように設定されている。
本実施形態の検査用治具では、前記芯材の外径と前記被覆部の厚みの比は、1〜5:1に設定される。
本実施形態の検査用治具では、前記接触子の円柱形状部の外径D2は、D2=20〜100μmであり、前記接触子の芯材の外径D1は、D1=15〜80μmであり、前記接触子の被覆部の厚さhは、h=1〜20μmである。
本実施形態の検査用治具では、前記ベース部は、前記接触子の円筒形状部の後端部が挿入される貫通孔を有し、前記ヘッド部は、前記接触子の円筒形状部の先端部が挿入される大径部と、前記接触子の円柱形状部の先端部が挿入される小径部からなる貫通孔を有し、該大径部と該小径部の間に形成された段差によって、前記接触子の円筒形状部の先端面が当接する係止部が形成されている。
本実施形態の検査用治具では、前記接触子の円筒形状部の寸法Lは、前記ヘッド部の貫通孔の係止部から前記電極部の露出した端面までの距離よりも大きく、前記接触子を該検査用治具に組み込んだとき、前記接触子の円筒形状部のばね部が収縮し、該収縮した前記ばね部による弾性力によって、前記接触子は前記ヘッド部と前記ベース部にて安定的に保持される。
本実施形態の検査用治具では、前記接触子の円筒形状部の後端部の端面が前記電極部の露出した端面に接触した状態で、前記接触子の円柱形状部の先端部の先端面にて露出した前記芯材の尖った先端を検査対象の所定の検査点に接触させたとき、前記接触子の円筒形状部のばね部は更に収縮する。
本発明の第1ないし第12の局面によれば、接触子の円筒形状部が、ニッケル−リン合金により形成されているため、円筒形状部に形成されたばね部の温度上昇による機能低下(特に、耐塑性変形性の低下)を抑制でき、ばね部の温度上昇に対する耐性を向上させることができる。
その結果、比較的高電流を流してもばね部の機能を維持できる接触子を備えた検査用治具を提供できる。
また、本発明の第2の局面によれば、接触子の円柱形状部の芯材を、該芯材よりも電気伝導率が高い被覆部で覆っているため、被覆部により円柱形状部の電気抵抗値を効果的に低減して、接触子に電流が印加された際に円柱形状部で生じる発熱量を低減できる。その結果、例えば芯材の素材として機械的強度(例えば、硬度)に優れた素材を選択する等して円柱形状部の機械的強度を確保しつつ、接触子の高電流印加に対する耐性を向上させることができる。
本実施形態に係る検査用治具に用いられる接触子は、検査装置から電力或いは電気信号を、検査対象の所定の検査点に供給するとともに、検査点から電気信号を検出することによって、検査対象の電気的特性を検出したり、動作試験を行ったりすることを可能にする。
また、本実施形態に係る接触子は、検査対象と検査装置とを電気的に接続するために用いることができるが、更に、インターポーザやコネクタのように電極端と電極端とを接続する検査用治具として用いることができる。
本明細書では、検査用治具を用いて電気的特性を測定する対象を総称して「検査対象」と称し、検査対象に設定されるとともに接触子が当接して導通状態となる部位を単に「検査点」と称する。尚、検査点と検査点とで挟まれる部位は「検査点間」として設定されることになる。
検査対象として、例えば、プリント配線基板、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、半導体ウェハや半導体チップやCSP(Chip size package)、LSI(Large Scale Integration)等の半導体装置を例示することができる。
検査対象がプリント配線基板であり、それにIC等の半導体回路や抵抗器などの電気・電子部品が搭載される場合には、この基板に形成された配線が検査対象となる。その場合には、検査対象の配線が、それら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の配線上に設けられる検査点間の抵抗値等の電気的特性を測定して、配線の良否を判定する。
また、検査対象が液晶パネルやプラズマディスプレイパネルである場合には、これらのガラスパネルに形成された配線が検査対象となり、これらの配線が所定の電気信号の送受信を行うことができることを保証するために、ガラスパネルの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、その配線の良否を判断する。
検査対象が、CSPや LSI等の半導体装置の場合には、それに形成される電子回路が検査対象となり、この電子回路の表面パッドが夫々検査点となる。この場合には、LSIや LSIに形成される電子回路が所望の電気的特性を有していることを保証するために、検査点間の電気的特性を測定して、この電子回路の良否を判断する。
以下に、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る接触子が取り付けられた検査用治具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。
[検査用治具の概略の構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る検査用治具10の概略の構成を示す一部断面正面図である。検査用治具10は、ヘッド部12、ベース部14及び電極部16を備える。ヘッド部12及びベース部14は、樹脂あるいはセラミックス等の絶縁性の板状部材からなる。ヘッド部12及びベース部14は、棒状の支持部材11及びその周囲に環装されたスペーサ11sによって所定の距離だけ離隔されて保持されている。
図1は、本発明の一実施形態に係る検査用治具10の概略の構成を示す一部断面正面図である。検査用治具10は、ヘッド部12、ベース部14及び電極部16を備える。ヘッド部12及びベース部14は、樹脂あるいはセラミックス等の絶縁性の板状部材からなる。ヘッド部12及びベース部14は、棒状の支持部材11及びその周囲に環装されたスペーサ11sによって所定の距離だけ離隔されて保持されている。
ヘッド部12には複数の貫通孔12hが形成されていて、それに挿入された接触子50の先端部52fが所定の位置に案内される。ベース部14には複数の貫通孔14hが形成されていて、それに挿入された接触子50の後端部52rが電極部16へ案内される。
接触子50の後端部52rは、電極部16に固定された導線18の端部と接触しており、導線18は図示せぬ検査装置に接続されている。図1においては、図面の簡略化のために、一部の接触子50のみを示す。
また、図1に示すように、検査時には、検査用治具10の下方に、検査対象30を配置し、検査用治具10を下降させて接触子50の先端部52fの先端を所定の検査点30d1、30d2、30dnに接触させ、それにより、検査対象30の電気的特性の検査を行う。
図2A及び図2Bは、本実施形態に係る接触子50を示す。接触子50は、大径の円筒形状部54とそれに挿入されている小径の円柱形状部52とから構成されている。円筒形状部54と円柱形状部52によって導電部が構成される。円筒形状部54は、後述するニッケル−リン合金製の円筒(チューブ)によって構成されている。尚、円筒形状部54の円筒(チューブ)の外周面に絶縁被膜を形成してもよい。
円筒形状部54は、先端部54fと後端部54rとそれらの間に形成された螺旋形状のばね部54sとからなる。ここで、先端部54fの長手方向の寸法をL1、ばね部54sの長手方向の寸法(自然長)をL2、後端部54rの長手方向の寸法をL3、円筒形状部54の長手方向の寸法(自然長)をLとする。L=L1+L2+L3である。本例では、1つのばね部54sが設けられているが、2つ以上のばね部を設けてもよい。その場合には、2つ以上の螺旋の旋回方向が同じであっても、逆向きであっても構わない。円筒形状部54の製造方法は、詳細には後に図8A〜図8Eを参照して詳細に説明するが、電解めっきによる製法、及び無電解めっきによる製法が採用可能である。
このような円筒形状部54は、ニッケル−リン合金により形成されている。ニッケル−リン合金とは、リンが混入されたニッケルを意味する。円筒形状部54をニッケル−リン合金により形成することにより、円筒形状部54に形成されたばね部54sの温度上昇による機能低下(特に、耐塑性変形性の低下)を抑制でき、ばね部54sの温度上昇に対する耐性を向上させることができる。
ニッケル−リン合金のリンの含有率(重量%)は、好ましくは例えば7〜15%に設定され、さらに好ましくは10〜12%に設定される。リン含有率の下限を7%にしたのは、7%未満の含有率ではばね部54sの耐熱特性に対する十分な効果が得られないからである。また、リン含有率の上限を12%にしたのは、12%よりも高い含有率ではばね部52が脆くなり、荷重付与により変形された際に塑性変形しやすくなるからである。
円柱形状部52は、たとえば、タングステン製の芯材と、その外側の銅(Cu)の被膜、即ち、銅めっきによって構成されることができる。円柱形状部52の構造及び材質は後に図4A及び図4Bを参照して詳細に説明する。円柱形状部52の先端部52fは、円筒形状部54の先端部54fから突出している。円柱形状部52の先端部52fと円筒形状部54の先端面54feによって段差が形成されている。円柱形状部52の先端部52fの先端は、鉛筆のように尖った先端面52feを有する。円柱形状部52の後端部52rは、円筒形状部54の後端部54rの後端面54reの手前の位置に留まっていて、円筒形状部54の後端面54reと円柱形状部52の後端面52reとの間には空間が形成されている。
また、円筒形状部54の先端部54fの位置Pでは、その先端部54fと円柱形状部52とが、例えば、抵抗溶接、レーザ溶接又はかしめによって接合されていて、互いに固定されている。そのため、円柱形状部52と円筒形状部54の先端部54fとは一体となって動く。一方、円筒形状部54のばね部54sが伸縮することによって、円筒形状部54の後端部54rは、円筒形状部54の先端部54fに対して相対的に移動することができる。即ち、円筒形状部54の後端部54rは、円柱形状部52に対して相対的に移動することができる。
本実施態様では、円筒形状部54のばね部54sが伸縮することによって円筒形状部54の寸法が変化するとともに、接触子50の全長が変化する。
図3は、図2A及び図2Bに示す接触子50を取り付けた検査用治具の一部断面図である。図3に示すように、ヘッド部12には、大径部12h1と小径部12h2からなる貫通孔が形成されている。大径部12h1と小径部12h2の間に段差が形成されるが、この段差は、以下に説明するように係止部12h3となる。ベース部14には、大径部14h1と小径部14h2からなる貫通孔が形成されている。電極部16の端面に導線18の端面18eが露出している。
ヘッド部12の貫通孔の大径部12h1には、接触子50の円筒形状部54の先端部54fが挿入されていて、その先端面54feが、ヘッド部12の貫通孔の係止部12h3に当接している。小径部12h2には、接触子50の円柱形状部52の先端部52fが挿入されている。
円筒形状部54と円柱形状部52の接合の位置Pは、円筒形状部54の先端部54fがヘッド部12の貫通孔の大径部12h1に挿入されたときに、ヘッド部12の上面よりも外の位置にあることが好ましい。
一方、ベース部14の貫通孔の小径部14h2には、接触子50の円筒形状部54の後端部54rの一部が挿入されていて、後端面54reが導線18の端面18eに当接している。円柱形状部52の後端面52reは導線18の端面18eから離れている。
また、接触子50を検査用治具に組み込む前には、接触子50の円筒形状部54の寸法(自然長)L(図2A)は、検査用治具のヘッド部12の貫通孔の係止部12h3から導線18の端面18eまでの距離よりも大きい。
そのため、図3のように接触子50を検査用治具に組み込んだときには、円筒形状部54が、両側の係止部12h3と端面18eから押されるため、ばね部54sが、寸法の相違分だけ収縮することになる。その収縮により、それらのばね部は元の長さに戻ろうとする付勢力を発揮する。この付勢力によって、接触子50は検査用治具に安定的に保持される。
検査用治具を用いて検査対象の検査を行う時には、検査用治具を下降させて接触子50の円柱形状部52の先端を検査対象30の配線等の検査対象上の所定の検査点30d1に当接させ、検査点30d1を押し付ける。そうすると、接触子50の円柱形状部52の先端部52fは、ヘッド部12の貫通孔の小径部12h2内に押し込まれることになる。円柱形状部52と円筒形状部54の先端部54fとは位置Pにおいて接合されているため、先端部52fが押し上げられると、それとともに円筒形状部54の先端部54fも押し上げられて、その先端面54feが係止部12h3から離れる。その結果、円筒形状部54のばね部54sが圧縮されるため、ばね部には元の長さに戻ろうとする付勢力が生じる。その付勢力によって、円柱形状部52の先端は検査点30d1に押し付けられることになり、円柱形状部52の先端と検査点30d1との安定した接触を確保することができるようになる。
図4A及び図4Bを参照して、円柱形状部52の構造及び材質を説明する。円柱形状部52は、先端部52fと後端部52rを有する。先端部52fの先端は鉛筆のように尖った先端面52feを有する。この円錐形状面52feは、例えば、研磨加工により形成することができる。後端部52rには後端面52reが形成されている。
円柱形状部52は、芯材52Aとこの芯材52Aを覆う被覆部52Bからなる。この芯材52Aは、電気伝導率が5×106〜25×106ジーメンス/mの金属を採用することができる。具体的には、芯材52Aとして、被覆部52Bよりも機械的強度(例えば、硬度)の高い金属材料、例えばタングステン(W)やタングステン合金、パラジウム(Pd)やパラジウム合金を採用することができる。
被覆部52Bは、芯材52Aよりも、電気伝導率の高い素材により形成される。この被覆部52Bの電気伝導率は、45×106〜70×106ジーメンス/mの金属を採用することができる。更に好ましくは、被覆部52Bの電気伝導率が、少なくとも芯材52Aの電気伝導率よりも2.5倍以上高い電気伝導率を有することが好ましい。具体的には、この被覆部52Bの素材として、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)やこれらの合金を採用することができる。
この円柱形状部52の先端部52fには、先鋭形状の先端面52feが形成されている。この先端面52feは、例えば、湾曲形状、四角錐形状、又は、円錐形状に形成することができる。図2Aでは、先端面52feが円錐形状に形成されている。
この円柱形状部52の先端面52feは、鉛筆の芯のように、被覆部52Bより芯材52Aが突出して露出している。このため、円柱形状部52の芯材52Aの先端に位置する芯材52Aが、検査点に当接することになる。このように形成されることによって、芯材52Aの硬度を利用することができるとともに電流経路に被覆部52Bを利用することができることになる。
円柱形状部52の先端部52fの先端面52feでは、先鋭形状を形成する被覆部52Bの傾斜面(例えば、湾曲形状の場合には湾曲面、四角錐形状や円錐形状の場合には側面)と芯材52Aの側面とが、段差のない単一の傾斜面を形成していることが好ましい。
この円柱形状部52は、20〜100μmの外径D2を有し、芯材52Aの外径D1は、例えば15〜80μmの外径を有し、被覆部52Bの厚さhは、例えばh=1〜20μmの厚みに形成することができる。
芯材52Aの外径D1と被覆部52Bの厚みhの比は、D1:h=1〜5:1に設定されることが好ましい。この比に設定されることによって、円柱形状部52の機械的強度(例えば、円柱形状部52の先端部の耐摩耗性等)を確保しつつ、被覆部52Bの厚みを確保して円柱形状部52の電気抵抗値を有効に抑制することができ、例えば1アンペア程度の高電流にも対応することができる。
また、本実施形態では、被覆部52Bが芯材52Aの外周面に直接接触するように設けられているため、めっき処理を用いて、厚みの大きな被覆部52Bの厚みを正確に制御して被覆部52Bを形成できる。変形例として、芯材52Aと被覆部52Bとの間に、導電金属等からなる1又は複数の他の導電体層が介在していてもよい。さらなる変形例として、被覆部52Bの外面に、円柱形状部52と円筒形状部54との溶接のための薄い金めっき層を設けてもよい。この場合、銅からなる被覆部52B表面への金めっき付与が難しいため、金めっき層と被覆部52Bとの間にニッケルめっき層が設けられる。
このように、接触子50の円柱形状部52の芯材52Aを、該芯材52Aよりも電気伝導率が高い被覆部52Bで覆っているため、被覆部52Bにより円柱形状部52の電気抵抗値を効果的に低減して、接触子50に電流が印加された際に円柱形状部52で生じる発熱量を低減できる。その結果、芯材52の素材として機械的強度(例えば、硬度)に優れた素材(例えば、タングステンやタングステン合金、パラジウムやパラジウム合金等)を選択する等して円柱形状部52の機械的強度を確保しつつ、接触子50の高電流印加に対する耐性を向上させることができる。
また、接触子50の円筒形状部54が、ニッケル−リン合金により形成されているため、円筒形状部54に形成されたばね部54sの温度上昇による機能低下(特に、耐塑性変形性の低下)を抑制でき、ばね部54sの温度上昇に対する耐性を向上させることができる。
その結果、比較的高電流を流してもばね部54sの機能を維持できる接触子50を備えた検査用治具10を提供できる。
[接触子の耐電流特性]
本願の発明者は、本実施形態の接触子50と比較例の接触子について、高電流を負荷し、耐電流特性を測定した。比較例は、本実施形態の接触子と同様な寸法及び形状を有するが、円柱形状部52の構造及び円筒形状部54の材質が異なる。即ち、比較例では、円柱形状部52は、タングステン製の芯材からなり、それを覆う被覆部52Bは形成されていない。また、比較例では、円筒形状部54がニッケル−リン合金ではなく、ニッケルにより形成されている。
本願の発明者は、本実施形態の接触子50と比較例の接触子について、高電流を負荷し、耐電流特性を測定した。比較例は、本実施形態の接触子と同様な寸法及び形状を有するが、円柱形状部52の構造及び円筒形状部54の材質が異なる。即ち、比較例では、円柱形状部52は、タングステン製の芯材からなり、それを覆う被覆部52Bは形成されていない。また、比較例では、円筒形状部54がニッケル−リン合金ではなく、ニッケルにより形成されている。
ここで、試験に用いた本実施形態の接触子50及び比較例の各部の寸法等について記載しておく。本実施形態の接触子50及び比較例の円柱形状部52の長さは3mm、外径は50μm、円筒形状部54の長さは2.55mmで、内径及び外径は54μm及び70μm、ばね部54sの軸方向の長さは1.62mmとなっている。ばね部54sが自然状態にあるときの円柱形状部42の先端部の円筒形状部54の先端からの突出量は、0.65mmとなっている。また、本実施形態の接触子50では、円柱形状部52の芯材52Aの外径D1と被覆部52B(銅めっき層)の厚みhとの比は3.6:1となっている。
図5は、本実施形態の接触子50の3つのサンプルについて、電流供給後の荷重付与に対する塑性変形特性に関する試験結果を示すグラフであり、グラフG1〜G3が各サンプルの塑性変形特性を示している。この3つのサンプルは同一の構成を有しており、円筒形状部54を構成するニッケル−リン合金のリン含有率は、いずれも11.7%に設定されている。
この図6の試験では、各サンプルに所定の電流を供給した後、各サンプルに荷重を付与し、荷重付与の前後の各サンプルの長さの変化から接触子50の変形率(荷重付与の前後の接触子50の長さの減少量を荷重付与前の接触子50の長さで割り算した値)を求めた。変形率の測定は、接触子50に荷重を付与して押し縮めた状態で接触子50に電流を供給した後、荷重を解除し、荷重付与前の接触子50の長さに対する荷重付与後の接触子50の長さの減少率を測定した。より具体的には、3つのサンプルに100mAから1000mAまで100mA刻みで段階的に電流値を引き上げつつ10回の電流供給を行い、その電流供給ごとに変形率の測定を行った。また、変形率の測定時の各サンプルの圧縮量(あるいは、付与荷重)は、円筒形状部54のばね部54sが最大圧縮量の2/3の圧縮量で圧縮されるように設定した。ここで、最大圧縮量とは、ばね部54sを自然状態からばね部54sの隣接する螺旋状のばね同士が密着するまで圧縮したときの圧縮量のことである。尚、図5のグラフG1等で変形率が0%以下で推移している部分は、測定誤差によるものである。
図6は、上記の図5の試験で用いた接触子50の比較例の3つのサンプルを用いて、図5と同様な試験を行ったときの試験結果を示すグラフであり、グラフG4〜G6が各サンプルの塑性変形特性を示している。尚、図6のグラフG5,G4はデータ取得時のトラブルによりグラフデータが一部欠落している。
図5の試験結果と図6の試験結果を比較すると、比較例では、図6のグラフに示すように、供給電流値の増大に伴い荷重付与による変形率が増大しており、1000mAの電流供給時には変形率が50%程度以上になっている。これに対し、本実施形態に係る接触子50では、図5のグラフに示すように、供給電流値が100mAから1000mAに引き上げられても、荷重付与による変形率が10%未満に抑制されており、高電流供給に対する接触子50の耐性が格段に向上していることが分かる。
次に、図7は、本実施形態の接触子50の3つのサンプルとその比較例の1つのサンプルについて、荷重付与時の温度上昇に対する塑性変形特性に関する試験結果を示すグラフであり、グラフG7〜G9は本実施形態の接触子50の3つのサンプルに関するものであり、グラフG10は比較例のサンプルに関するものである。グラフG7〜G9の3つのサンプルは、円筒形状部54を構成するニッケル−リン合金のリン含有率を除いて同一の構成を有している。グラフG7,G8のサンプルではニッケル−リン合金のリン含有率が11.8%に設定され、グラフG9のサンプルではニッケル−リン合金のリン含有率が8.0%に設定されている。また、グラフG7のサンプルは電解めっきにより作製されたものであり、グラフG8,G9のサンプルは無電解めっきにより作製されたものである。
この図7の試験では、各サンプルの円筒形状部54のばね部54sを荷重付与により所定の圧縮量だけ圧縮した状態で、各サンプルを所定温度に加熱した後、ばね部54sに対する荷重を開放し、圧縮及び加熱の前後における各サンプルの長さの減少量をばね部54sの変形量として測定した。変形量の測定は、加熱時の昇温レベルを段階的に引き上げつつ複数回の加熱処理を行い、その加熱処理ごとに行った。グラフG7,G8のサンプルでは、昇温レベルを50℃から200℃まで25℃刻みで引き上げて7回の加熱及び変形率測定を行った。グラフG9のサンプルでは、昇温レベルを75℃から175℃まで25℃刻みで引き上げて5回の加熱及び変形率測定を行った。変形率測定のための各サンプルの圧縮量(あるいは、付与荷重)は、円筒形状部54のばね部54sが最大圧縮量の2/3の圧縮量で圧縮されるように設定した。尚、図7のグラフG9における加熱温度が100℃のときの変形量がゼロ以下の値になっているのは、測定誤差によるものである。また、図7のグラフG8はデータ取得時のトラブルによりグラフデータが一部欠落している。
図7のグラフG7〜G9とグラフG10とを比較すると、ニッケルで形成された比較例の円筒形状部54では、グラフG10が示すように、加熱温度が高温(例えば、100℃以上)になるにつれてばね部54sの変形量が大きく増大していくのが分かる。これに対して、ニッケル−リン合金で形成された円筒形状部54では、グラフG7〜G9が示すように、加熱温度が高温(例えば、100℃以上)になっても、ばね部54sの変形量の増大が抑制されていることが分かる。また、リンの含有率が8.0%であるグラフG9のサンプルよりも、リンの含有率が11.7%のグラフG7,G8のサンプルの方が、高温領域(例えば、100℃以上)でのばね部54sの変形量が抑制されている。
[円筒形状部の製造方法]
以下に、接触子の円筒形状部の製造方法の例を説明する。
以下に、接触子の円筒形状部の製造方法の例を説明する。
[製法例1]
(1)まず、円筒形状部54の中空部を形成するための芯線(図示せず)を用意する。なお、この芯線は、円筒形状部54の内径(例えば、約35μm)を規定する所望の太さのSUS線を用いる。
(1)まず、円筒形状部54の中空部を形成するための芯線(図示せず)を用意する。なお、この芯線は、円筒形状部54の内径(例えば、約35μm)を規定する所望の太さのSUS線を用いる。
(2)次いで、芯線(SUS線)にフォトレジスト被膜を塗布し、この芯線の周面を覆う。そのフォトレジスト被膜の所望の部分を露光・現像・加熱処理して螺旋状のマスクを形成する。例えば、芯線を中心軸の周りに回転及び上下動させながらレーザにより所定の部分を露光して螺旋状のマスクを形成する。更に、円筒形状部の両端、即ち、円筒形状部の寸法Lに相当する位置に、分離切断用のマスクを形成する。
(3)次いで、その芯線にリンを含有したニッケル合金めっきを実施する。このとき、芯線は導電性であるため、フォトレジストマスクが形成されていない箇所にニッケル合金めっきが付着する。
(4)次いで、フォトレジストマスクを除去して、芯線を引き抜き、全長Lの円筒形状部54を形成する。
また、円筒形状部54は、下記の方法でも製造することもできる。
[製法例2]
(1)まず、製法例1と同様に、円筒形状部54の中空部を形成するための芯線(図示せず)を用意し、芯線の外周面に、所望の厚さの金及びニッケル合金めっき層を形成する。
(1)まず、製法例1と同様に、円筒形状部54の中空部を形成するための芯線(図示せず)を用意し、芯線の外周面に、所望の厚さの金及びニッケル合金めっき層を形成する。
(2)次に、ニッケル合金めっき層の表面にフォトレジストを塗布する。そのフォトレジストの所望の部分を露光・現像・加熱処理して螺旋状のマスクを形成する。例えば、芯線を中心軸の周りに回転及び上下動させながら、レーザにより露光して螺旋状のマスクを形成する。更に、円筒形状部の両端、即ち、円筒形状部の寸法Lに相当する位置に、分離切断用のマスクを形成する。
(3)次いで、金及びニッケル合金めっきをエッチング除去する。このとき、フォトレジストマスクが形成されていない箇所の金及びニッケル合金めっきが除去される。
(4)次いで、フォトレジストマスクを除去して、芯線を引き抜き、全長Lの円筒形状部54を形成する。
[円筒形状部の製造方法の具体例]
図8Aから図8Eまでは、本発明に係る一実施形態の接触子の円筒形状部54を製造するための各工程の一実施例を示す断面図である。なお、全図において、各部材の厚さ、長さ、形状、部材同士の間隔、隙間等は、理解の容易のために、適宜、拡大・縮小・変形・簡略化等をしている。図の説明の際の上下・左右の表現は、その図に向かった状態でのその図面の面に沿った方向を表すものとする。尚、ここでは円筒形状部54を電解めっきにより作製する場合について説明するが、無電解めっきにより円筒形状部54を作製してもよい。
図8Aから図8Eまでは、本発明に係る一実施形態の接触子の円筒形状部54を製造するための各工程の一実施例を示す断面図である。なお、全図において、各部材の厚さ、長さ、形状、部材同士の間隔、隙間等は、理解の容易のために、適宜、拡大・縮小・変形・簡略化等をしている。図の説明の際の上下・左右の表現は、その図に向かった状態でのその図面の面に沿った方向を表すものとする。尚、ここでは円筒形状部54を電解めっきにより作製する場合について説明するが、無電解めっきにより円筒形状部54を作製してもよい。
図8Aは、芯材70の外周面上に金めっき層72を形成し、さらにその上にニッケル合金めっき層74を形成して製造した電鋳管(円筒形状管)の断面図を示す。芯材70としては例えば外径が5μmから300μmの金属線や樹脂線を用いることができる。金属線としては例えばSUS線を用いることができ、樹脂線としてはナイロン樹脂やポリエチレン樹脂等の合成樹脂線を用いることができる。また、金めっき層72の厚さは約0.1μmから1μmであり、ニッケル合金めっき層74の厚さは、約5μmから50μmである。電鋳管の長さは、搬送作業の容易性等の観点から50cm以下が望ましいが、それに限定されるものではなく、切断することなく連続的に製造してもよい。
図8Bは、図8Aに示された電鋳管のニッケル合金めっき層74の外周面上にレジスト膜76を形成したものを示す。レジスト膜76の厚さは約2μmから50μmである。レジスト膜76として、例えば、フッ素コーティング又はシリコーン樹脂材を用いて形成してもよい。
次に、図8Cに示すように、レジスト膜76を例えば3mmから30mmの間隔を置いて所定の幅だけ周回して除去して溝78a,78b,78cを形成し、また、それらの溝と溝との間のレジスト膜の一部をらせん状に除去してらせん状の溝79a,79bを形成する。それらの溝を形成した部分には、ニッケル合金めっき層74が露出する。
これらの溝を形成する際には、レジスト膜76にレーザービームを照射して、レジスト膜76を除去する方法を採用することができる。この場合、芯材70を周方向に回転させながら、溝の位置にレーザービームを直接照射し、その照射によりレジスト膜76を除去する。なお、この方法で使用するレーザービームの出力は、レジスト膜76のみを除去することができ、且つニッケル合金めっき層を損傷することがない出力に調整される。
次に、レジスト膜76をマスクとして用いて、溝78a,78b,78c,79a,79bに露出したニッケル合金めっき層74をエッチング除去して金めっき層72を露出させる。その際、ニッケル合金めっき層74と芯材70との間に金めっき層72が存在するため、エッチングの際にニッケルエッチング液が芯材まで到達することを防止することができる。
溝78a,78b,78c,79a,79bにおいてニッケル合金めっき層74が露出したら、レジスト膜76を除去する。
図8Dは、溝78a,78b,78c,79a,79bにおいてニッケル合金めっき層74が露出し、その上のレジスト膜76が除去された状態を示す。次に、芯材70を白抜き矢印で示すように両端を離れる方向に引っ張って断面積が小さくなるように変形する。一端を固定して他端のみを引っ張るようにしてもよい。芯材70が延伸してその断面積が小さくなり、ニッケル合金めっき層74から剥離する。
図8Eに示すように、芯材70を抜き取ると、ニッケル合金めっき層74が残り、溝78a,78b,78cによって隣り合う部分が離れて、円筒形状部71と円筒形状部73とが、別個のものとして形成されることになる。尚、金めっき層72は芯材70を抜き取るとき、芯材70と共に除去される。こうして、芯材70を抜き取った段階で、他の追加の工程を必要とすることなく接触子を完成させることができる。なお、図8Aから図8Eは、簡略化して電鋳管の一部のみを示しているため、図8Eの工程では、2個の接触子のみが製造されたようになっているが、長い電鋳管を使用することによって、多数の接触子を一度に製造することができる。
[円柱形状部の製造方法]
本実施形態の円柱形状部52の製造方法について簡単に説明する。円柱形状部52を製造する場合には、芯材52Aとしてタングステン、タングステン合金、パラジウム、パラジウム合金のいずれかの線材を準備する。例えば、タングステンの線材を準備する。このとき、タングステンの線材は、20〜100μmの外径を有する線材に形成されている。
本実施形態の円柱形状部52の製造方法について簡単に説明する。円柱形状部52を製造する場合には、芯材52Aとしてタングステン、タングステン合金、パラジウム、パラジウム合金のいずれかの線材を準備する。例えば、タングステンの線材を準備する。このとき、タングステンの線材は、20〜100μmの外径を有する線材に形成されている。
この芯材52Aの表面に、被覆部52Bである電気伝導率が芯材52Aよりも2.5倍以上の金属の層をめっきする。例えば、タングステンの線材に、銅の層をめっきする。このとき、銅のめっき層は、2〜20μmの厚みを有するように形成する。
次に、金属のめっき層が形成された線材を所望の長さに形成する。例えば、銅めっきが施されたタングステンの線材を所望する長さに形成する。この所望する長さとは、円柱形状部52の長さと略等しい長さになる。
所望の長さに形成された線材は、芯材52Aと被覆部52Bが同心軸になるように配置され、線材の両端面に、同心軸に配置される芯材52Aと被覆部52Bが表れることになる。具体的には、例えば、タングステンの線材(芯材52A)と同心軸に配置される銅めっき層(被覆部52B)が形成される。
そして、この線材の一方の先端に加工を施し、先鋭形状に加工する。例えば、銅被覆されたタングステン線材を研磨加工して、その先端面52feを円錐状に加工する。このとき、先端面52feは、タングステンと銅の面一で二層の面が形成されていることになる。このような工程を経ることによって円柱形状部52を製造することができる。
本実施形態の接触子の円筒形状部54と円柱形状部52は、上記の如き寸法の条件下において製造することができるが、特に、外径が30から100μmに形成される場合において、検査用治具に用いられる接触子として好適に用いることができる。
特に、本発明の接触子は、接触子自体の長さが3〜4mmの長さを有する接触子であっても、接触子自体の抵抗値が50mΩ(ミリオーム)以下の接触子を提供することができる。このような長さで且つ抵抗値の低い接触子を提供することができるので、1アンペアの電流を流した場合であっても、接触子としての特性を失うことなく、好適に利用することができる。
なお、上述の実施形態では接触子50の円柱形状部52が芯材52Aとそれを覆う被覆部52Bとを備えた構成となっているが、円柱形状部52を単一の導電材料(例えば、銅(Cu)及び銀(Ag)の合金)により形成してもよい。この場合、円柱形状部52の電気伝導率は、50×106〜70×106ジーメンス/mであるのが好ましい。このように円柱形状部52を単一の導電材料により形成することにより、接触子50の構成の簡略化及び製造コストの削減が図れる。
以上、本発明に係る検査対象検査用の検査用治具及びそれに用いることのできる接触子の実施形態について説明したが、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。
10…検査用治具、 11…支持部材、 11s…スペーサ、 12…ヘッド部、 12h1…貫通孔の大径部、 12h2…貫通孔の小径部、 12h3…係止部、 14…ベース部、 14h1…貫通孔の大径部、 14h2…貫通孔の小径部、 16…電極部、 18…導線、 18e…端面、 30…検査対象、 30d1、30d2、30dn…検査点、 50…接触子、 52…円柱形状部、 52A…芯材、 52B…被覆部、 52f…先端部、 52fe…先端面、 52r…後端部、 52re…後端面、 54…円筒形状部、 54f…先端部、 54fe…先端面、 54r…後端部、 54re…後端面、 54s…ばね部、 70…芯材、 71,73…円筒形状部、 72…金めっき層、 74…ニッケル合金めっき層、 76…レジスト膜、 78a,78b,78c,79a,79b…溝
Claims (12)
- 接触子と、該接触子に電気的に接続される導線を有する電極部と、前記接触子を検査対象の所定の検査点へ案内するためのヘッド部と、前記接触子を前記電極部の前記導線に向けて案内するためのベース部と、を有する検査用治具において、
前記接触子は、
円柱形状部と該円柱形状部を囲むように配置された円筒形状部とを備え、前記円柱形状部は、前記円筒形状部より突出した先端部と、反対側の前記円筒形状部に覆われた後端部と、を有し、前記円筒形状部は、前記円柱形状部の先端部及び後端部にそれぞれ対応した先端部及び後端部と、該先端部及び後端部の間に形成されたばね部と、を有し、前記円筒形状部の先端部は前記円柱形状部に接続され、前記ばね部が伸縮することによって、前記円柱形状部の先端部と反対側の前記円筒形状部の後端部との間の寸法が変化するように構成されており、
前記円筒形状部は、ニッケル(Ni)−リン(P)合金により形成される、検査用治具。 - 請求項1記載の検査用治具において、
前記円柱形状部は、芯材と、該芯材を覆うとともに、該芯材よりも電気伝導率が高い被覆部を有する、検査用治具。 - 請求項1記載の検査用治具において、
前記円柱形状部は、銅(Cu)及び銀(Ag)の合金から形成される、検査用治具。 - 請求項3記載の検査用治具において、
前記円柱形状部の電気伝導率が、50×106〜70×106ジーメンス/mである、検査用治具。 - 請求項2記載の検査用治具において、
前記接触子の円柱形状部の先端部の先端面にて露出した前記芯材の尖った先端が検査対象の所定の検査点に接触し、前記接触子の円筒形状部の後端部の端面が前記電極部の露出した端面に接触する、検査用治具。 - 請求項2又5記載の検査用治具において、前記接触子の円柱形状部の先端部の先端面では、前記芯材と前記被覆部の外面が面一に形成されている、検査用治具。
- 請求項2、5及び6のいずれか1項記載の検査用治具において、
前記被覆部が、金(Au)、銀(Ag)及び銅(Cu)のいずれか一つの金属、又はその合金から形成されている、検査用治具。 - 請求項2、及び5から7のいずれか1項記載の検査用治具において、
前記芯材が、タングステン、タングステン合金、パラジウム、パラジウム合金のいずれか一つの金属から形成されている、検査用治具。 - 請求項2、及び5から8のいずれか1項記載の検査用治具において、
前記芯材の電気伝導率が、5×106〜25×106ジーメンス/mであり、
前記被覆部の電気伝導率が、45×106〜70×106ジーメンス/mである、検査用治具。 - 請求項2、及び5から9のいずれか1項記載の検査用治具において、
前記被覆部の電気伝導率は、前記芯材の電気伝導率の少なくとも2.5倍である、検査用治具。 - 請求項2、及び5から10のいずれか1項記載の検査用治具において、前記芯材の外径と前記被覆部の厚みの比は、1〜5:1に設定される、検査用治具。
- 検査点間の電気的特性を検査するための検査用治具に用いられる接触子であって、
円柱形状部と該円柱形状部を囲むように配置された円筒形状部とを備え、前記円柱形状部は、前記円筒形状部より突出した先端部と、反対側の前記円筒形状部に覆われた後端部と、を有し、前記円筒形状部は、前記円柱形状部の先端部及び後端部にそれぞれ対応した先端部及び後端部と、該先端部及び後端部の間に形成されたばね部と、を有し、前記円筒形状部の先端部は前記円柱形状部に接続され、前記ばね部が伸縮することによって、前記円柱形状部の先端部と反対側の前記円筒形状部の後端部との間の寸法が変化するように構成されており、
前記円筒形状部は、ニッケル(Ni)−リン(P)合金により形成される、接触子。
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