JP2015025697A - プローブユニット - Google Patents

Abstract

【課題】プローブの第２端部とリード線の端面との接触を長期間安定に行うことができ、かつ摩耗や摩耗粉の発生を抑えることができるプローブユニットを提供する。【解決手段】第１端部２ａを被測定体１１に接触させ且つ第２端部２ｂを検査装置接続用金属５０に接触させて、被測定体１１の電気的特性を測定するための複数のプローブ１と、プローブ１の両端の側をガイドする二組のガイド板２０，３０と、プローブ１の第２端部２ｂに接触する検査装置接続用金属５０と、を有するプローブユニット１０である。プローブ１の第２端部２ｂの形状が、検査装置接続用金属５０に接触する平坦部２ｄを有し、第２端部２ｂと検査装置接続用金属５０とを、プローブ１を構成する金属導体２の仮想軸線ａ１と前記検査装置接続用金属５０の法線ａ２との角度で０．５?以上５?以下の範囲で接触させるように構成して上記課題を解決した。【選択図】図６

Description

本発明は、検査対象物の検査に使われるプローブユニットに関する。なお、検査対象物とは、ＩＣパッケージ基板、プリント基板、液晶パネル基板、各種コネクタ、半導体ウェハー、パワー半導体等のように、導通検査が必要とされる素子又は電子部品をいう。

近年では、携帯電話等に使用される高密度実装基板、又は、パソコン等に組み込まれるＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）等のＩＣパッケージ基板等、様々な回路基板が用いられている。このような回路基板は、実装の前後の工程で例えば直流抵抗値の測定や導通検査等が行われ、その電気的特性の良否が検査されている。電気的特性の良否の検査は、電気的特性を測定する検査装置に接続された導通検査治具（以下、「プローブユニット」という。）を用いて行われ、例えば、プローブユニットに装着されたプローブの回路基板側端部（第１端部という。）を、その回路基板（以下、「被測定体」ともいう。）の電極に接触させることにより行われている（例えば特許文献１を参照。）。

図１１は、従来のプローブユニットを用いて被測定体の電気的特性を検査する方法を説明するための模式断面図である。このプローブユニット１００で用いるプローブ１０１は、ばね性を有した直線状の金属導体２の両端（１０２ａ，１０２ｂ）以外の領域に絶縁被膜１０３が被覆されており、被測定体１１１の電極１１２に接触する第１端部１０２ａと、検査装置側のリード線１５０に接触する第２端部１０２ｂとを有している。プローブユニット１００は、複数本から数千本のプローブ１０１と、そのプローブ１０１の第２端部側を案内する第２端部側案内穴付きのガイド板１３０と、プローブ１の第１端部１０２ａが被測定体１１１の電極１１２に接するようにプローブ１０１の第１端部側を案内する第１端部側案内穴付きのガイド板１２０とを少なくとも備えている。

電気的特性の検査は、プローブユニット１００又は被測定体１１１を相対的に上下させ、プローブ１０１の弾性力を利用して被測定体１１１の電極１１２にプローブ１０１の第１端部１０２ａを所定の圧力で押し当てることにより行われる。このとき、電極１１２に押し当てられた力によって撓んだプローブ１０１は、第２端部１０２ｂをリード線１５０に強く接触させ、被測定体１１２からの電気信号がそのリード線１５０を通って検査装置（図示しない。）に送られる。なお、プローブユニット１００を用いた電気的特性の検査では、プローブユニット１００からのプローブ１０１の脱落防止は、図１１（Ａ）に示すように、ガイド板１２０に設けられた案内穴にプローブ１０１の絶縁被膜端部１０３ａが当たることによって行われている。また、プローブユニット１００へのプローブ１０１のセッティングは、ガイド板１３０に設けられた案内穴からプローブ１０１を挿入することにより行われる。

特開２００７−３２２３６９号公報

上記のように、電気的特性の検査では、図１１（Ｂ）に示すように、プローブ１０１の第１端部１０２ａが電極１１２に押し当たった力によってプローブ１０１が撓み、その撓んだプローブ１０１の弾性力によりプローブ１０１の第２端部１０２ｂがリード線１５０に強く正確に接触し、被測定体１１２からの電気信号がそのリード線１５０を通って検査装置に送られる。このとき、プローブ１０１の第１端部１０２ａは、常に新しい検査対象物（電極１１２）に対して接触するが、プローブ１０１の第２端部１０２ｂは、常に同じリード線１５０の端面１５１に接触することになる。

図１２に示すように、通常、プローブ１０１の第２端部１０２ｂは半球形状であるので、リード線１５０の端面１５１は、図１２（Ａ）に示すように、半球形状の第２端部１０２ｂと点接触する。そのため、接触時の荷重が一点に集中してしまい、リード線１５０の端面１５１が塑性変形し、それが繰り返されることによって剔（えぐ）れるように摩耗する。その摩耗が進行すると、図１２（Ｂ）（Ｃ）に示すように、リード線１５０の端面１５１が変形し、点接触から面接触になるおそれがあった。点接触から面接触への変化は、接触面積が増して接触圧力が減少し、プローブ１０１の第２端部１０２ｂとリード線１５０の端面１５１との接触抵抗の不安定さを招くおそれがある。

また、図１２に示すように、リード線１５０の端面１５１に当たるまでの長さが、Δ１又はΔ２の分だけ長くなり、プローブ１０１の撓みが小さくなってリード線１５０の端面１５１への接触圧力が減少し、プローブ１０１の第２端部１０２ｂとリード線１５０の端面１５１との接触抵抗の上昇を招くおそれがある。また、リード線１５０の端面１５１が摩耗することによって発生する摩耗粉が、プローブ１０１の第２端部１０２ｂとの間の接触を不安定にさせる原因になったり、その摩耗粉がプローブ１０１の第１端部１０２ａ側の被測定体の汚染物になったりするおそれもある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、プローブの第２端部とリード線の端面との接触を長期間安定に行うことができ、かつ摩耗や摩耗粉の発生を抑えることができるプローブユニットを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係るプローブユニットは、被測定体側の第１端部を該被測定体に接触させ且つ検査装置側の第２端部を検査装置接続用金属に接触させて、前記被測定体の電気的特性を前記検査装置で測定するための複数のプローブと、前記プローブの両端の側をガイドし且つ中間に空間を空けて配置された二組のガイド板と、前記検査装置側のガイド板でガイドされた前記プローブの第２端部に接触する検査装置接続用金属と、を有するプローブユニットにおいて、前記プローブが、金属導体と、該金属導体の少なくとも両端部以外の領域に設けられた絶縁被膜とを有し、前記プローブの前記第２端部の形状が、前記検査装置接続用金属に接触する平坦部を有し、前記第２端部と前記検査装置接続用金属とを、前記プローブを構成する前記金属導体の仮想軸線と前記検査装置接続用金属の法線との角度で０．５°以上５°以下の範囲で接触させることを特徴とする。

この発明によれば、プローブユニットを構成するプローブの第２端部が、平坦部を有し、この第２端部と検査装置接続用金属とを、プローブを構成する金属導体の仮想軸線と検査装置接続用金属の法線との角度で０．５°以上５°以下の範囲で接触させるので、第２端部の外周面と平坦部との間のエッヂが検査装置接続用金属に当たった場合に、撓んだプローブの第２端部と検査装置接続用金属との接触形態が、そのエッヂでの点接触から、平坦部での面接触に容易かつ瞬時に移行するため、接触に基づいた検査装置接続用金属の摩耗が大きくならない。その結果、従来の点接触による問題（接触圧力の減少、接触抵抗の不安定さ）を解消でき、長期間安定な接触を実現でき、接触抵抗の上昇や不安定さを防ぐことができる。また、点接触の場合に生じやすい摩耗や摩耗粉の発生を抑えることができる。

本発明に係るプローブユニットにおいて、前記第２端部の前記平坦部の直径ｄと前記金属導体の導体径Ｄとの比（ｄ／Ｄ）は、Ｄが１５０μｍで０．６〜１、Ｄが１１０μｍで０．５〜０．９、Ｄが９０μｍで０．４〜０．８、Ｄが７０μｍで０．３〜０．６、Ｄが５０μｍで０．３〜０．６、Ｄが３０μｍ〜１５μｍで０．７〜１の範囲であり、前記直径ｄと前記導体径Ｄとの関係は、前記導体径Ｄを横軸とし、前記ｄ／Ｄを縦軸としたグラフで、前記各ｄ／Ｄの下限値を結んだ線と前記各ｄ／Ｄの上限値を結んだ線とで囲まれた範囲内を満たすことが好ましい。

この発明によれば、プローブユニットを構成するプローブの第２端部の平坦部の直径ｄと、金属導体の導体径Ｄとが上記した関係を満たすので、この関係を満たすプローブの第２端部が検査装置接続用金属に当たった場合に、例えば１００ＭＰａを超えるような大きな圧力で接触するのを防ぐことができ、プローブの第２端部とリード線の端面との接触を長期間安定に行うことができる。その理由は、撓んだプローブの第２端部と検査装置接続用金属との接触形態が、局部的に応力が集中する点接触から、局部的に応力が集中しない面接触に容易かつ瞬時に移行するためであり、接触に基づいた検査装置接続用金属の摩耗が大きくならないためである。その結果、従来の点接触による問題（接触圧力の減少、接触抵抗の不安定さ）を解消でき、長期間安定な接触を実現でき、接触抵抗の上昇や不安定さを防ぐことができる。また、点接触の場合に生じやすい摩耗や摩耗粉の発生を抑えることができる。

本発明に係るプローブユニットにおいて、前記第２端部の平坦部と前記検査装置接続用金属との接触圧力が２５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下になるように、前記検査装置側の第２端部を前記検査装置接続用金属に接触させる。

この発明によれば、第２端部の平坦部と検査装置接続用金属との接触圧力が上記範囲になるように、検査装置側の第２端部を検査装置接続用金属に接触させるので、その範囲内の接触圧力は、従来の点接触による問題（接触圧力の減少、接触抵抗の不安定さ）を解消でき、長期間安定な接触を実現でき、接触抵抗の上昇や不安定さを防ぐことができる。また、点接触の場合に生じやすい摩耗や摩耗粉の発生を抑えることができる。

本発明に係るプローブユニットによれば、第２端部が検査装置接続用金属に当たった場合に、撓んだプローブの第２端部と検査装置接続用金属との接触が、そのエッヂでの点接触から平坦部での面接触に容易かつ瞬時に移行するため、接触に基づいた検査装置接続用金属の摩耗が大きくならない。その結果、従来の点接触による問題（接触圧力の減少、接触抵抗の不安定さ）を解消でき、長期間安定な接触を実現でき、接触抵抗の上昇や不安定さを防ぐことができる。また、点接触の場合に生じやすい摩耗や摩耗粉の発生を抑えることができる。

本発明に係るプローブユニットの一例を示す模式的な断面図である。 本発明に係るプローブユニットに用いられるプローブの一例を示す模式的な外観図である。 プローブの第２端部の形状を説明する模式図である。 金属導体の導体径Ｄと金属導体の第２端部の平坦部の直径ｄとの関係について、本発明の効果を実現できる範囲を示すグラフである。 金属導体の導体径Ｄと金属導体の第２端部の平坦部の直径ｄとが異なる種々のプローブを用いたときの、その平坦部と検査装置接続用金属との接触圧力を示すグラフである。 プローブの第２端部と検査装置接続用金属との接触形態を示す模式図である。 プローブの第２端部が繰り返し接触した後の検査装置接続用金属の表面形態の模式図であり、（Ａ）は本発明に係るプローブを用いた例であり、（Ｂ）は従来のプローブを用いた例である。 プローブの第２端部と検査装置接続用金属との接触形態を示す模式図である。 実施例１のプローブで２０万回の繰り返し接触を行った後の検査装置接続用金属の端面の顕微鏡写真である。 比較例１のプローブで２０万回の繰り返し接触を行った後の検査装置接続用金属の端面の顕微鏡写真である。 プローブユニットを用いて被測定体の電気的特性を検査する方法を説明するための模式断面図である。 従来のプローブの第２端部と検査装置接続用金属との接触により発生する問題を説明するための模式図である。

以下、本発明に係るプローブユニット及びプローブについて、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。

＜プローブユニット＞
本発明に係るプローブユニット１０は、図１に示すように、複数のプローブ１と、プローブ１の両端部２ａ，２ｂの側をガイドし且つ中間に空間Ｓを空けて配置された二組のガイド板２０，３０と、検査装置側のガイド板３０でガイドされたプローブ１の第２端部２ｂに接触する検査装置接続用金属５０と、を有している。そして、そのプローブ１の第１端部２ａを被測定体１１に接触させ且つ検査装置側の第２端部２ｂを検査装置接続用金属５０の端面５１に接触させて、被測定体１１の電気的特性を検査装置で測定するためのものである。

このプローブユニット１０では、図２に示すように、プローブ１の第２端部２ｂの形状が、検査装置接続用金属５０に接触する平坦部２ｄを有し、第２端部２ｂと検査装置接続用金属５０とが、図６に示すように、プローブ１を構成する金属導体２の仮想軸線ａ１と検査装置接続用金属５０の法線ａ２との角度θで０．５°以上、５°以下の範囲で接触される。

以下、各構成について詳しく説明する。なお、図２において、符号２ａは、被測定体側に配置されて被測定体１１の電極１２に接触する「第１端部」であり、符号２ｂは、検査装置側に配置されて検査装置（図示しない）のリード線（検査装置接続用金属）５０に接触する「第２端部」である。

［プローブ］
プローブ１は、被測定体側の第１端部２ａを該被測定体１１に接触させ、且つ、検査装置側の第２端部２ｂを、検査装置接続用金属５０にプローブ１を構成する金属導体２の仮想軸線ａ１と検査装置接続用金属５０の法線ａ２との角度θで０．５°以上、５°以下の範囲で接触させて被測定体の電気的特性を測定するために用いられるものである。

プローブ１は、図２及び図３に示すように、金属導体２と、金属導体２の少なくとも両端部２ａ，２ｂ以外の領域に設けられた絶縁被膜３とを有している。

（金属導体）
金属導体２としては、高い導電性と高いばね性を有する金属線（「金属ばね線」ともいう。）が用いられる。金属導体２に用いられる金属としては、広い弾性域を持つ金属を挙げることができ、例えばベリリウム銅、りん青銅、銅銀合金等の銅合金、タングステン、レニウムタングステン、鋼（例えば高速度鋼：ＳＫＨ）等を好ましく用いることができる。こうした金属導体２は、通常、上記の金属が所定の径の線状導体となるまで冷間又は熱間伸線等の塑性加工が施される。

金属導体２は、プローブ１をプローブユニット１０への装着し易さの観点から、真直度が高いことが好ましく、具体的には真直度が曲率半径Ｒで１０００ｍｍ以上であることが好ましい。真直度の高い金属導体２は、通常、絶縁被膜３が設けられる前に予め直線矯正処理をすることにより得ることができる。ここでの直線矯正処理は、例えば回転ダイス式直線矯正装置等によって行われる。こうした真直度を持たせることにより、図１に示すように、プローブユニット１０にプローブ１を装着する際に、プローブ１がガイド板２０，３０の案内穴に入り難くなることを防ぐことができる。

金属導体２には、被測定体側の第１端部２ａと検査装置側の第２端部２ｂとがあり、いずれも絶縁被膜３のない所定の長さＡ，Ｂの露出部を有している。

第１端部２ａの形状は特に限定されず、円錐形状、頂部に半球形状を有する円錐形状、頂部に平坦形状を有する円錐形状、等から選ばれるいずれかであればよい。ここでいう「半球形状」、「円錐形状」は、正確な半球や円錐を含むが、略円錐や略半球も含む。なお、電解研磨やエッチング処理で第１端部２ａが処理される場合には、その先端又はエッヂ形状はやや丸みを帯びた形状となるが、こうした形状に必ずしも限定されない。

第２端部２ｂは、検査装置接続用金属５０に接触する平坦部２ｄを有し、検査装置接続用金属５０に、金属導体２の仮想軸線ａ１と検査装置接続用金属の法線ａ２との角度θで０．５°以上、５°以下の範囲で接触される。本発明では、プローブ１の第２端部２ｂが、このような形状及び接触態様であることに特徴がある。この点については、後に詳述する。

金属導体２の第１端部２ａ及び／又は第２端部２ｂには、金属導体２と被測定体１１又は検査装置のリード線５０との接触抵抗値の上昇を抑制するために、めっき層が設けられていてもよい。めっき層を構成する金属としては、ニッケル、金、ロジウム等の金属や金合金等の合金を挙げることができる。めっき層は、単層であってもよいし複層であってもよい。複層のめっき層としては、ニッケルめっき層上に金めっき層が形成されたものを好ましく挙げることができる。

（絶縁被膜）
絶縁被膜３は、所定の長さＡ，Ｂで露出する端部以外の金属導体２に設けられて、被測定体１１の電気特性を検査する際のプローブ同士の接触を防いで短絡を防止するように作用する。絶縁被膜３は、金属導体２の外周上に長手方向に亘って設けられていればよく、直接設けられていてもよいし、他の層を介して設けられていてもよい。

絶縁被膜３は、絶縁性を有する被膜であれば特に限定されないが、ポリウレタン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂から選ばれるいずれか１種又は２種以上であることが好ましい。なお、通常は１種類の樹脂により形成される。また、１層でも２層以上でもよい。これらの樹脂からなる絶縁被膜３は耐熱性が異なるので、検査の際に発生する熱を考慮して任意に選択することができる。例えば、より耐熱性が要求される場合には、絶縁被膜３がポリエステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等で形成されることが好ましい。なかでも、絶縁被膜３が焼付けエナメル被膜として形成されることが好ましい。焼付けエナメル被膜は、後述するように塗料の塗布と焼付けの繰り返しにより連続工程で形成されるので、生産性がよく、金属導体との間の密着性が高く且つ被膜強度をより高いものとすることができる。

こうして構成されたプローブ１の長さは、その線径によっても異なるが、通常、１０ｍｍ〜１００ｍｍである。また、第１端部２ａ側は、通常、２ｍｍ〜６ｍｍ程度の長さで絶縁被膜３が剥離され、第２端部２ｂ側も、通常、０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ程度の長さで絶縁被膜３が剥離されている。そうした剥離は、レーザー剥離等の種々の剥離手段で行われる。

（第２端部の形状）
本発明の特徴は、図６及び図８に示すように、プローブ１の第２端部２ｂが、検査装置接続用金属に接触する平坦部２ｄを有し、検査装置接続用金属５０に、金属導体２の仮想軸線ａ１と検査装置接続用金属の法線ａ２との角度θで０．５°以上、５°以下の範囲で接触されることにある。

こうした第２端部２ｂは、その外周面と平坦部２ｄとの間のエッヂが検査装置接続用金属５０の端面５１に当たった場合に、撓んだプローブ１の第２端部２ｂと検査装置接続用金属５０との接触形態が、そのエッヂでの点接触から、平坦部２ｄでの面接触に容易かつ瞬時に移行するため、接触に基づいた検査装置接続用金属５０の摩耗が大きくならない。その結果、従来の点接触による問題（接触圧力の減少、接触抵抗の不安定さ）を解消でき、長期間安定な接触を実現でき、接触抵抗の上昇や不安定さを防ぐことができる。また、点接触の場合に生じやすい摩耗や摩耗粉の発生を抑えることができる。

第２端部２ｂの形状としては、平坦な先端面を有する形状であればよく、具体的には、図３及び図６に示すような円錐台形状、図８に示すような円筒形状等を挙げることができる。第２端部２ｂは、正確な円錐台、円筒等であってもよいし、図３（Ｂ）に示すように、これらの形状のエッヂがやや丸みを帯びた形状であってもよい。なお、電解研磨やエッチング処理で第２端部２ｂが処理される場合には、その平坦部２ｄのエッヂ形状はやや丸みを帯びた形状となる。

第２端部２ｂは、これらの形状のうち、特に、（１）その縦断面形状が、先端側にいくにしたがって幅が狭くなる台形状である形状、又は、（２）平坦部２ｄの直径ｄと、金属導体２の導体径Ｄとが、図４に示す関係を満たす形状であることが好ましい。

（１）その縦断面形状が先端側にいくにしたがって幅が狭くなる台形状である形状としては、円錐台形状、角錐台形状等を挙げることができる。第２端部２ｂを、このような形状にすることにより、平坦部２ｄから金属導体２の外周面までの斜面２ｃがなだらかになり、その斜面２ｃと平坦部２ｄとの間のエッヂが鈍角になる。そのため、図６に示すように、そのエッヂが検査装置接続用金属５０の端面５１に当たった場合に、撓んだプローブ１の第２端部２ｂと検査装置接続用金属５０の端面５１との接触が、そのエッヂでの点接触から平坦部２ｄでの面接触に容易且つ瞬時に移行する。その結果、荷重が集中する点接触とはならず、その接触に基づいた検査装置接続用金属５０の端面５１の摩耗が大きくならず、上記した作用効果をより一層有利なものとすることができる。

また、（２）平坦部２ｄの直径ｄと、金属導体２の導体径Ｄとが、図４に示す関係を満たす形状とは、平坦部２ｄの直径ｄと金属導体２の導体径Ｄとの比（ｄ／Ｄ）が、Ｄが１５０μｍのとき０．６〜１、Ｄが１１０μｍのとき０．５〜０．９、Ｄが９０μｍのとき０．４〜０．８、Ｄが７０μｍのとき０．３〜０．６、Ｄが５０μｍのとき０．３〜０．６、Ｄが３０μｍ〜１５μｍのとき０．７〜１の範囲であり、その直径ｄと導体径Ｄとの関係が、図４に示すように、導体径Ｄを横軸とし、ｄ／Ｄを縦軸としたグラフで、各ｄ／Ｄの下限値を結んだ線と各ｄ／Ｄの上限値を結んだ線とで囲まれた範囲Ｒを満たす形状である。第２端部２ｂを、このような形状にすることにより、検査装置接続用金属５０に対する接触圧力が適正な範囲になり、従来の点接触による問題を解消することができる。この効果について、図５に示す実験結果に基づいて説明する。

図４に示す範囲Ｒは、図５に示す結果から導かれたものである。図５は、金属導体２の導体径Ｄと金属導体２の第２端部２ｂの平坦部２ｄの直径ｄとが異なる種々のプローブ１を用いたときの、その平坦部２ｄと検査装置接続用金属との接触圧力を示すグラフである。図５に示すように、各導体径Ｄのプローブ１は、平坦部２ｄの直径ｄが小さくなるほど接触圧力が増し、平坦部２ｄの直径ｄが大きくなって導体径Ｄに近づくほど接触圧力が低下した。そして、その第２端部２ｂが押し当たる検査装置接続用金属５０の端面５１の接触後の形態を観察したところ、接触圧力が２５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下のときに、端面５１の形態に顕著な異常は見られなかった。一方、接触圧力が１００ＭＰａを超えたときには、端面５１の形態に顕著な異常が起こりやすく、えぐれた形態が見られることがあった。また、接触圧力が２５ＭＰａ未満の場合は、端面５１の形態に顕著な異常は見られないものの、接触が不十分で、接触抵抗が大きくなることがあった。

このように、本発明では、第２端部２ｂの平坦部２ｄと検査装置接続用金属５０の端面５１との接触圧力が２５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下になるように、検査装置側の第２端部２ｂを検査装置接続用金属５０の端面５１に押し当てることが好ましく、それにより、その範囲内での接触圧力は、従来の点接触による問題（接触圧力の減少、接触抵抗の不安定さ）を解消でき、長期間安定な接触を実現でき、接触抵抗の上昇や不安定さを防ぐことができる。また、点接触の場合に生じやすい摩耗や摩耗粉の発生を抑えることができる。

なお、図５に示す関係は、種々の先端幅（平坦部２ｄの直径ｄ）を持つ各導体径Ｄのプローブ１を検査装置接続用金属５０の端面５１に接触させた後、さらに０．２ｍｍ押し込むように設計されたプローブユニットを用いて得た結果である。用いたプローブ１の長さは１０〜３０ｍｍであり、押し込まれた０．２ｍｍの長さ分だけプローブ１はたわみ、その第２端部２ｂは検査装置接続用金属５０の端面５１に各接触圧力で押し当てられる。このときの接触圧力は、精密万能試験機（株式会社島津製作所製、型番：ＡＧ−Ｉ）で測定した荷重をプローブ１の第２端部２ｂの平坦部の面積で除算して得られた結果である。

以上説明したように、上記した関係を満たすプローブ１は、第２端部２ｂが検査装置接続用金属５０の端面５１に当たった場合に、例えば１００ＭＰａを超えるような大きな圧力で接触するのを防ぐことができ、プローブ１の第２端部２ｂとリード線の端面５１との接触を長期間安定に行うことができる。その理由は、撓んだプローブ１の第２端部２ｂと検査装置接続用金属５０との接触形態が、局部的に応力が集中する点接触から、局部的に応力が集中しない面接触に容易かつ瞬時に移行するためであり、接触に基づいた検査装置接続用金属５０の摩耗が大きくならないためである。

（ガイド板）
ガイド板(先端側案内穴２１付きのガイド板)２０及びガイド板（第２端部側案内穴３１付きのガイド板）３０は、図１に示すように、空間Ｓを開けて配置されている。

先端側案内穴２１付きのガイド板２０は、プローブ１の第１端部２ａが被測定体１１の電極１２に接するようにプローブ１の下部側を案内するものであり、第２端部側案内穴３１付きのガイド板３０は、プローブ１の上部側を案内するものである。各ガイド板２０，３０は、一枚のプレートから構成されていてもよいし、本実施形態のように複数枚のプレートから構成されていてもよい。

各ガイド板２０，３０には、微小ピッチで多数の案内穴２１，３１が開けられており、ガイド板２０，３０を重ねたとき、上下の案内穴２１，３１同士で、平面視での位置が平行方向に僅かにずれるように設計されている。

各ガイド板２０，３０の多数の案内穴２１，３１には、それぞれ１本ずつプローブ１が挿入されている。ガイド板２０，３０に挿入されたプローブ１は、各ガイド板２０，３０の上下の案内穴２１，３１同士で、平面視での位置が平行方向に僅かにずれていることにより、プローブ１の第２端部２ｂが検査装置接続用金属５０の端面５１に接触したとき、プローブ１を構成する金属導体２の仮想軸線ａ１と、検査装置接続用金属５０の法線ａ２との角度θが０．５°以上５°以下となるように傾斜している。なお、各ガイド板２０，３０に装着するプローブ１の本数は、被測定体１１に応じて適宜選択することができ、通常は複数本から数千本である。

このプローブユニット１０による電気的特性の検査は、プローブユニット１０又は被測定体１１を相対的に上下させ、プローブ１の弾性力を利用して被測定体１１の電極１２にプローブ１を所定の圧力で押し当てることにより行われる。このとき、電極１２に押し当てられた力によって撓んだプローブ１の第２端部２ｂはリード線５０に強く接触し、被測定体１１からの電気信号がそのリード線５０を通って検査装置（図示しない。）に送られる。プローブユニット１０を用いた電気的特性の検査において、プローブユニット１０からのプローブ１の脱落防止は、図１に示すように、ガイド板２０に設けられた案内穴２１にプローブ１の絶縁被膜端部３ａが当たることによって行われている。また、プローブユニット１０へのプローブ１のセッティングは、ガイド板３０に設けられた案内穴３１からプローブ１を挿入することにより行われる。なお、図１中、符号４０はリード線用の保持板を示している。

（接触態様）
プローブユニット１０では、図６及び図８に示すように、プローブ１の第２端部２ｂと検査装置接続用金属５０の端面５１とを、プローブ１を構成する金属導体２の仮想軸線ａ１と、検査装置接続用金属５０の法線ａ２との角度θで０．５°以上５°以下の範囲で接触させるように構成する。

この範囲の角度θで接触させることにより、第２端部２ｂが検査装置接続用金属５０の端面５１に当たった場合、撓んだプローブ１の第２端部２ｂと検査装置接続用金属５０の端面５１との接触を、その第２端部２ｂのエッヂでの点接触から平坦部２ｄでの面接触に容易且つ瞬時に移行させることができる。その結果、荷重が集中する点接触とはならず、その接触に基づいた検査装置接続用金属５０の端面５１の摩耗が大きくならないようにすることができる。なお、こうした角度θは、プローブユニット１０の上下２つのガイド板２０，３０の一方を、平行方向に僅かにずらしてシフトさせることにより調整できる。

角度θが０．５°未満では、プローブの撓む方向がランダムとなり、隣接するプローブ同士が干渉しあうという欠点が生じやすい。一方、角度θが５°を超えると、第２端部２ｂと検査装置接続用金属５０の端面５１との接触が、点接触から面接触への移行が瞬時に行われず、点接触時の荷重の集中が大きくなり、検査装置接続用金属５０の端面５１の変形やダメージが大きくなり、その後に面接触に移行したときの接触抵抗が上昇や変動して不安定になることがある。角度θの好ましい範囲は、１°以上３°未満である。この範囲とすることにより、上記した効果をより安定したものとすることができる。

図７は、プローブ１の第２端部２ｂが繰り返し接触した後の検査装置接続用金属５０の端面５１の表面形態の模式図である。図７（Ａ）は、第２端部２ｂの先端に平坦部２ｄを持つ本発明に係るプローブ１を用いた例であり、図７（Ｂ）は、第２端部２ｂの先端に平坦部２ｄを持たず、丸い先端部を持つ従来のプローブ１を用いた例である。図７（Ａ）に示すように、本発明のプローブ１を用いた場合は、第２端部２ｂのエッヂが端面５１の接触部５２に高い接触圧力で点接触する。しかし、点接触の後は瞬時に面接触に移行し、第２端部２ｂの平坦部２ｄと端面５１とが広い面積で面接触するので、端面５１が変形したり凹んだりして摩耗することはなく、接触抵抗が高くならず、安定した導通を実現できる。

一方、図７（Ｂ）に示すように、丸い先端部を持つ従来のプローブを用いた場合は、第２端部２ｂの丸い半球状の先端が端面５１の接触部５２に高い接触圧力で点接触する。点接触時の荷重は一点に集中し、端面５１が塑性変形し、それが繰り返されて剔（えぐ）れるように摩耗する。その摩耗が進行すると、例えば図７（Ｂ）及び図１２（Ｂ）（Ｃ）に示すように、端面５１が変形し、点接触から面接触になるおそれがあった。点接触から面接触への変化は、接触面積が増して接触圧力が減少するとともに、発生した磨耗粉がプローブ１の第２端部２ｂとリード線５０の端面５１との間に介在し、接触抵抗の不安定さを招くおそれがあった。

なお、第２端部２ｂと検査装置接続用金属５０の端面５１とを、こうした角度θで接触させることにより、図１１（Ｂ）に示すような撓みの方向が不均一にならず、必ず一定の方向に揃って撓むようになる。その結果、プローブ１間のピッチを狭くしたプローブユニット１０を構成でき、その場合であっても、プローブ１の撓む方向が乱れず、安定した検査を長期間安定に行うことができ、かつ摩耗や摩耗粉の発生を抑えることができる。

なお、第２端部２ｂの平坦部２ｄと検査装置接続用金属５０の端面５１との接触抵抗は特に限定されないが、例えば、プローブの導体抵抗と接触抵抗の和は１００Ω以下程度、好ましくは３０Ω以下程度である。本発明のプローブユニット１０では、繰り返し接触させた場合であっても接触抵抗が高くならず、安定させることができる。

以下、実施例と比較例により本発明をさらに詳しく説明する。

［実施例１］
金属導体２として、予め真直度が曲率半径Ｒで１５００ｍｍに直線矯正された長尺の真直タングステン線（直径Ｄ：０．０７０ｍｍ）を用いた。この金属導体２上に、厚さ１０μｍのポリウレタン絶縁被膜３を連続的に焼付け、絶縁被膜付き真直タングステン線（以下、絶縁真直タングステン線と略記する）を作製した。次に、定尺切断装置で前記絶縁真直タングステン線を３０ｍｍ長さに切断し、その後、その後端を研削加工装置により台形状に研磨してｄ＝５０μｍの平坦部２ｄを持つ台形状（テーパー角３０°）の第２端部２ｂを形成し、第１端部２ａも半球状に研磨した。なお、研磨加工は、エメリー紙を貼った回転円盤上に定尺切断した絶縁真直タングステン線の後端を押し当てて行った。次に、レーザー装置にて、Ｂ＝２ｍｍ、Ａ＝３ｍｍとなるように第２端部２ｂと第１端部２ａの絶縁被膜３を剥離した。最後に、金属導体２が露出した第１端部２ａと第２端部２ｂにニッケルめっき層（膜厚１μｍ）及び金めっき層（膜厚０．１μｍ）からなる２層めっきを施し、実施例１のプローブ１（図３参照）を５本作製した。このプローブ全体の直径Ｄｏは０．０９０ｍｍであった。

［実施例２］
実施例１において、直径Ｄが０．０１５ｍｍ、０．０３０ｍｍ、０．０５０ｍｍ、０．０７０ｍｍ、０．０９０ｍｍ、０．１１０ｍｍ、０．１５０ｍｍの各タングステン線を金属導体２とし、平坦部２ｄの直径を種々変えた第２端部２ｂを形成した。それ以外は、実施例１と同様にして、それぞれのプローブ１を作製した。

［比較例１］
実施例１において、第２端部２ｂの形状を半球状にした他は、実施例１と同様にして、比較例１のプローブ１を５本作製した。

［評価１］
図９は、角度θが２°、接触後の押し込み長さ０．２ｍｍで座屈荷重３ｇｆの条件の下、実施例１のプローブ１の５つのサンプルでを用い、２０万回の繰り返し接触を行った後の検査装置接続用金属５０の端面５１の顕微鏡写真である。いずれの場合であっても、変色部分はあるものの、端面５１には塑性変形等のダメージは見られなかった。

同時に電気抵抗値を５箇所の端面５１で測定した。各接触回数での電気抵抗値を表１に、電気抵抗値の平均値及び標準偏差を表２に示した。表１、２から、実施例１のプローブは、比較例１のプローブに比べて接触抵抗値の増加量が小さく、電気抵抗値が安定していることがわかった。

［評価２］
図１０は、角度θが２°、接触後の押し込み長さ０．２ｍｍで座屈荷重３ｇｆの条件の下、比較例１のプローブで２０万回の繰り返し接触を行った後の検査装置接続用金属５０の端面５１の顕微鏡写真である。いずれの端面５１にも塑性変形等のダメージが見られた。

［評価３］
図５は、金属導体２の導体径Ｄと金属導体２の第２端部２ｂの平坦部２ｄの直径ｄとが異なる実施例２の種々のプローブを用いたときの、その平坦部２ｄと検査装置接続用金属との接触圧力を示すグラフである。この結果を基に、接触圧力が２５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲になる金属導体の導体径Ｄと金属導体の第２端部の平坦部２ｄの直径ｄとの関係を図４に示した。この図４では、平坦部２ｄの直径ｄと金属導体２の導体径Ｄとの比（ｄ／Ｄ）が、Ｄが１５０μｍのとき０．６〜１、Ｄが１１０μｍのとき０．５〜０．９、Ｄが９０μｍのとき０．４〜０．８、Ｄが７０μｍのとき０．３〜０．６、Ｄが５０μｍのとき０．３〜０．６、Ｄが３０μｍ〜１５μｍのとき０．７〜１の範囲であった。

１ プローブ
２ 金属導体
２ａ 第１端部
２ｂ 第２端部
２ｃ 斜面
２ｄ 平坦面
３ 絶縁被膜
３ａ 絶縁被膜端部
１０ プローブユニット
１１ 被測定体
１２ 電極
２０ 被測定体側のガイド板
３０ 検査装置側のガイド板
４０ 検査装置接続用金属用の保持板
５０ 検査装置接続用金属（リード線）
５１ 検査装置接続用金属（リード線）の端面
５２ 本発明に係るプローブの第２端部の接触部
５２’ 従来のプローブの第２端部の接触部
５３ 本発明に係るプローブの第２端部の平坦部の接触箇所
５３’ 従来のプローブの第２端部の接触箇所

Ａ 第１端部側で露出する金属導体領域の長さ
Ｂ 第２端部側で露出する金属導体領域の長さ
ｂ 第２端部の先端から金属導体の外径面までの軸線方向距離
ｄ 第２端部の平坦部の直径
ｄ’ 第２端部の平坦部が検査装置接続用金属に接触する部分の直径
Ｄｏ プローブ全体の直径
Ｄ 金属導体の直径
Ｌ プローブの長さ
ａ１ プローブを構成する金属導体の仮想軸線
ａ２ 検査装置接続用金属の法線
θ 金属導体の仮想軸線と検査装置接続用金属の法線との角度
Ｓ ガイド板間の空間
Δ１，Δ２ 検査装置接続用金属に当たるまでの長さの変化分
Ｒ 範囲

Claims (3)

1. 被測定体側の第１端部を該被測定体に接触させ且つ検査装置側の第２端部を検査装置接続用金属に接触させて、前記被測定体の電気的特性を前記検査装置で測定するための複数のプローブと、前記プローブの両端の側をガイドし且つ中間に空間を空けて配置された二組のガイド板と、前記検査装置側のガイド板でガイドされた前記プローブの第２端部に接触する検査装置接続用金属と、を有するプローブユニットにおいて、
   前記プローブが、金属導体と、該金属導体の少なくとも両端部以外の領域に設けられた絶縁被膜とを有し、前記プローブの前記第２端部の形状が、前記検査装置接続用金属に接触する平坦部を有し、
   前記第２端部と前記検査装置接続用金属とを、前記プローブを構成する前記金属導体の仮想軸線と前記検査装置接続用金属の法線との角度で０．５°以上５°以下の範囲で接触させることを特徴とするプローブユニット。
2. 前記第２端部の前記平坦部の直径ｄと前記金属導体の導体径Ｄとの比（ｄ／Ｄ）は、Ｄが１５０μｍで０．６〜１、Ｄが１１０μｍで０．５〜０．９、Ｄが９０μｍで０．４〜０．８、Ｄが７０μｍで０．３〜０．６、Ｄが５０μｍで０．３〜０．６、Ｄが３０μｍ〜１５μｍで０．７〜１の範囲であり、前記直径ｄと前記導体径Ｄとの関係は、前記導体径Ｄを横軸とし、前記ｄ／Ｄを縦軸としたグラフで、前記各ｄ／Ｄの下限値を結んだ線と前記各ｄ／Ｄの上限値を結んだ線とで囲まれた範囲内を満たす、請求項１に記載のプローブユニット。
3. 前記第２端部の平坦部と前記検査装置接続用金属との接触圧力が２５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下になるように、前記検査装置側の第２端部を前記検査装置接続用金属に接触させる、請求項１又は２に記載のプローブユニット。