JP3320517B2 - 回路基板検査用プローブおよびこれを備えた回路基板検査システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に実装する電子部品
が小さく、また実装するＬＳＩなどの端子ピッチが小さ
い高密度の回路基板における箔の断線や短絡の検出に適
した回路基板検査用プローブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の回路基板検査用プローブ
としては例えば図21に示すものが知られている。以下、
図面に基づいて説明すると、検査対象となる被検査回路
基板１の表面の箔２に上部保持板３と下部保持板４とで
保持された回路基板検査用プローブの接触ピン５を接触
させて、箔２の断線や短絡を電気的導通の有無によって
検出している。また、被検査回路基板１の裏面側、両面
間についても同様に検出している。しかしながら、近
年、部品実装が高密度化してきており、それにともなっ
て被検査回路基板１の箔２の密集度も非常に高くなって
きている。そのために箔２は細かくなり、部品の電極端
子の間隔も小さくなっており、それにともなって接触ピ
ン５の保持間隔Ｘが小さくなっており、かつ接触ピン５
は細くなってきている。接触ピン５は細ければ曲りやす
く、また上部保持板３および下部保持板４の孔加工を精
度良く行うのが困難である。さらに組立時の歩留りも悪
く、全体の価格も高くつく。

【０００３】なお、接触ピン５はコイルばね６およびピ
ンチューブ７とによりプランジャを構成しており、この
プランジャはソケットチューブ８と被覆付きの撚線９と
で構成されたソケットと組み合わされている。

【０００４】次に、図22により回路基板検査装置の測定
系について説明する。各接触ピン５に接続されたリード
線10はスキャナ11に接続され、このスキャナ11はスキャ
ナドライブ回路12と測定回路13につながっており、これ
らは制御および判定回路14につながっている。しかしな
がら、近年、被検査回路基板１への部品実装が高密度化
しており、それにともなって回路基板１の断線や短絡を
検出する検出点の数は増大している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、接触ピン５の間隔Ｘをさらに小さくする
ことは寸法上困難であり、また接触ピン５の曲がり、上
部保持板３および下部保持板４の孔加工などの問題もあ
り、接触ピン５を高精度に組み立てるのが困難であると
いう問題を有していた。

【０００６】さらに、被検査回路基板１の生産において
発生する種々の値のばらつきの中で、箔２の位置に関す
るばらつきが問題となる。すなわち、検査するために接
触しなければならない箔２と箔２の各中心間の距離、つ
まり箔２同士の間のピッチの値が小さくなってきて、箔
２の位置のばらつきが前記ピッチの２分の１以上の大き
さになると、設計上における箔２と箔２の各中心位置に
コンタクト位置が予め固定されている回路基板検査用プ
ローブでは、箔２に接触させることができない場合があ
るという問題を有していた。

【０００７】また、回路基板検査用プローブの１つ１つ
のコンタクト位置に対応して、リード線10がコネクタを
経由して検査装置の中のリレー切替回路、つまりスキャ
ナドライブ回路12に接続されているが、回路基板検査用
プローブ側は、被検査の回路基板１の種類が変る度に、
沢山の数のリード線10をつなぎ替えていた。このつなぎ
替え作業には手間がかかり、生産上のロス時間を発生さ
せるという問題を有していた。

【０００８】本発明はこのような問題を解決するもの
で、高密度の被検査回路基板の検査を確実にかつ能率良
く行うことのできる回路基板検査用プローブおよびこれ
を備えた回路基板検査システムを提供することを目的と
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の回路基板検査用プローブは、一方の表面層に
弾性基材、他方の表面層に導体部が設けられた多層配線
回路基板と、この導体部に対向する位置に導通材が設け
られた多層配線回路汎用基板とを備え、前記多層配線回
路基板の前記弾性基材側の表面には前記導体部と導通し
被検査回路基板の検査点に接触させるバンプが設けら
れ、前記多層配線回路汎用基板には前記導体部と前記導
通材とを基板の厚み方向のみに導通させる弾性部材と、
前記導通材を避けた網目状に前記多層配線回路基板を加
熱するヒータとが設けられ、このヒータが交差している
所はヒータ間の電気的導通がないことを特徴とする。

【００１０】

【００１１】

【００１２】また、本発明の回路基板検査用プローブを
備えた回路基板検査システムは、請求項１に記載の回路
基板検査用プローブと、この回路基板検査用プローブを
水平方向および垂直方向の任意の位置に位置決めする位
置決め機構とを備えたものである。

【００１３】

【００１４】

【作用】上記構成の回路基板検査用プローブによって、
被検査回路基板の検査点である回路基板検査用プローブ
の接触点の間隔を、バンプの直径に近い値まで小さくで
きる。さらに、形成された多くのバンプの高さや被検査
回路基板の検査点の高さにばらつきがあっても、このば
らつきが弾性基材や弾性部材により吸収されて、被検査
回路基板の検査点にバンプが良好に接触される。

【００１５】また、被検査回路基板の検査点の位置にば
らつきがあっても、ヒータにより多層配線回路基板を加
熱させて伸縮させることにより、被検査回路基板の検査
点にバンプを接触させることができる。

【００１６】また、回路基板検査用プローブと、この回
路基板検査用プローブを水平方向および垂直方向の任意
の位置に位置決めする位置決め機構とを備えることによ
り、検査を効率良く行うことができる。

【００１７】

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、20は両面または多層（図１におい
ては４層に配線されている場合を示す）に配線されてい
る被検査回路基板で、この被検査回路基板20の各層の表
面に検査点となる箔21が形成されている。箔21は銅など
で形成され、片側の表面の箔21と他方側の表面の箔21と
は必要に応じて導通されている。

【００１９】回路基板検査用プローブは、被検査回路基
板20の種類に応じて変更されたものが使用される回路基
板検査用プローブの回路基板専用部（多層配線回路基
板）22A と、全ての種類の被検査回路基板20に共通して
設けられ、回路基板専用部22Aに接続される回路基板検
査用プローブの回路基板汎用部22B とから構成されてい
る。

【００２０】回路基板検査用プローブの回路基板専用部
22A は、局部的にはフレキシブル性が少ないが絶縁性の
弾性体よりなる厚い弾性基材23と、フレキシブル性を有
する薄いフレキシブル基材24と、弾性基材23の表面に形
成され、被検査回路基板20の箔21に接触されるバンプ25
と、銅ペーストなどを加圧熱効果させることにより弾性
基材23の厚み方向に形成された弾性を有する弾性導体26
と、フレキシブル基材24の各層の間を結ぶビアホール27
と、銅箔をエッチングして形成されたライン部としての
内層ライン28と、規則正しく、たとえば格子状に配列さ
れた銅などからなる導体部としての導体箔29とからな
る。導体箔29は、ビアホール27、内層ライン28、弾性導
体26を経由してバンプ25に導通している。この回路基板
検査用プローブの回路基板専用部22A は全体としてゆる
やかなフレキシブル性を有する多層配線回路基板からな
り、面積当りの検査点数が増大すると、その層数が増加
する。なお、弾性導体26は銅ペーストなどの導体ペース
トに、シリコン系のゴム成分を粉末で混ぜることにより
形成されており、後述するように、導体ペーストが硬化
された際でも、弾性導体26に弾性が備わるように構成さ
れている。

【００２１】回路基板検査用プローブの回路基板汎用部
22B は、細い電線31を介して厚み方向にのみ電気を通す
弾性部材としての異方性導電ゴム32と、比較的固い両面
回路基板33と、この両面回路基板33の両面において回路
基板専用部22A の導体箔29に対応してそれぞれ形成され
た導通材としての箔34と、これら両面の箔34を電気的に
結ぶビアホール（またはスルーホール）36と、両面回路
基板33の異方性導電ゴム32に対向する面に設けられ、被
検査回路基板20の寸法のばらつきに合わせて回路基板専
用部22A を伸縮させるための面ヒータ37と、多数の配線
の削減と超高速検査を可能にするために配線切替回路お
よび抵抗測定回路を集積してなる集積回路38と、上方か
ら加圧された際に両面回路基板33に均一に力を加えるた
めに固く形成された樹脂39とからなる。ここで、電線31
は圧力を加えない状態では異方性導電ゴム32の表面より
少し突出されている。また、回路基板汎用部22B におけ
る異方性導電ゴム32を除く部分により多層配線回路汎用
基板が構成されている。

【００２２】なお、40は上方からの加圧力を示す矢印、
41はこの加圧力40を下方から支える台である。次に、図
１〜図８に基づいて、回路基板検査用プローブの弾性基
材23に、弾性導体26、バンプ25および内層ライン28を形
成する方法について説明する。

【００２３】図２は第１工程加工完了後の弾性基材23お
よび副材料の断面図である。この第１工程において、43
はポリイミドフィルムで、薄くて耐熱性を有する。この
ポリイミドフィルム43を、たとえばエポキシ含浸アラミ
ド樹脂からなる弾性基材23の両面に熱プレスを行って仮
積層する。

【００２４】図３は第２工程完了後の弾性基材23および
ポリイミドフィルム43の断面図である。この工程では、
弾性基材23およびポリイミドフィルム43におけるバンプ
25を形成する位置にレーザ孔あけ機などにより孔44をあ
ける。

【００２５】図４は第３工程完了後の弾性基材23、ポリ
イミドフィルム43および弾性導体26の断面図である。こ
の工程では、硬化前の銀などの導体ペーストからなる弾
性導体26をスキージなどを使用して孔44に埋めている。

【００２６】図５は第４工程完了後の弾性基材23、ポリ
イミドフィルム43および内層ライン28の断面図である。
ただし、この工程では、内層ライン28はまだエッチング
されていないので、厳密には導体箔である。この工程で
は、片側のポリイミドフィルム43を水平方向にずれない
ように剥離し、その跡に粗化された（表面状態があらく
された）内層用の内層ライン28（導体箔）をずれないよ
うに置く。

【００２７】図６は第５工程完了後の弾性基材23および
内層ライン28（導体箔）の断面図である。この工程で
は、上下両面から熱プレスを最適温度および最適時間で
行って熱圧着した後に、ポリイミドフィルム43を剥離す
る。これにより、凸状に硬化した導体突起物としてのラ
ンド45を形成する。

【００２８】図７は第６工程完了後の弾性基材23および
内層ライン28（導体箔）の断面図である。この工程で
は、ランド45に固い導体、たとえばニッケルおよび金メ
ッキを施してバンプ25を形成する。

【００２９】図８は第７工程完了後の弾性基材23および
内層ライン28の断面図である。この工程では、導体箔を
エッチングして内層ライン28を形成する。そして、第７
工程完了後に、他の層を熱プレス圧着して多層化し、回
路基板検査用プローブの回路基板専用部22A を形成す
る。

【００３０】次に、バンプ25の高さのばらつき、および
被検査回路基板20の箔21の高さのばらつきを吸収して良
好な接触を確保できる作用について図９，図10を参照し
ながら説明する。

【００３１】ここでは、バンプ25の高さにばらつきを生
じている場合を示し、25A は平均の高さのバンプ、25B
は平均の高さより低いバンプ、25C は平均の高さより高
いバンプ、Ｌは弾性基材23の自然厚みである。

【００３２】図10に示すように、回路基板検査用プロー
ブが上方より加圧されると、弾性基材23および弾性導体
26が収縮して、バンプ25A ，25B ，25C はその高さのば
らつきを吸収しながら被検査回路基板20の箔21に最適の
接触圧力で確実に当接する。すなわち、より高いバンプ
25A ，25B ，25C が設けられている弾性導体26およびそ
の近傍の弾性基材23ほど大きく収縮する。なお、被検査
回路基板20の箔21の高さがばらついている場合について
も、同様に弾性基材23および弾性導体26が収縮して、バ
ンプ25A ，25B ，25C は被検査回路基板20の箔21の高さ
のばらつきを吸収しながらこの箔21に最適の接触圧力で
確実に当接する。

【００３３】一方、被検査回路基板20のそりやうねりに
ついては、回路基板専用部22A のゆるやかなフレキシブ
ル性と、回路基板汎用部22B の異方性導電ゴム32によっ
て吸収される。

【００３４】ところで、量産時においては被検査回路基
板20の箔21はばらつきを有し、従来の回路基板検査用プ
ローブによれば正常に接触できないおそれがあった。こ
の問題は被検査回路基板20が高密度化、狭ピッチ化する
ほど大きくなる。この点についての対処方法を以下に説
明する。

【００３５】図11に示すように、被検査回路基板20に
は、被検査回路基板20の位置をテレビカメラで読み取る
ための認識マーク51，52と、被検査回路基板20の密集し
ている箇所Ｄの箔21a の位置を同様にして読み取るため
の認識マーク53とが設けられている。

【００３６】図12は被検査回路基板20の生産において、
箔21の位置がばらついているため、箔21a が斜線で示し
た場所にずれた結果、バンプ25が検査点に正しく接触で
きない状態を示す。ａは基準位置箔である認識マーク53
からずれが発生している箔21a までの距離、ｂは密集し
た箔21のピッチの大きさ、ｃは箔21a のずれの大きさを
それぞれ示す。

【００３７】図13は両面回路基板33に貼り付けられた面
ヒータ37を平面視した図である。図13において、54はヒ
ータコントローラ、55はヒータドライバ、56は面ヒータ
37に接続されたリード線である。面ヒータ37により面の
温度分布も含めて、温度制御を行い、異方性導電ゴム32
および電線31を経由して、回路基板検査用プローブの回
路基板専用部22A を加熱して熱収縮を起こさせ、バンプ
25を被検査回路基板20の検査の必要な箔21（21a ）に位
置合わせする。これにより、密集した箔21（21a ）に回
路基板検査用プローブを確実に接触させることができ
る。

【００３８】図14，図15は被検査回路基板20の箔21のば
らつきに対処する他の実施例を示すものであり、上記と
類似した構成の回路基板検査用プローブと従来と同様な
接触ピンを有する回路基板検査用プローブとを並設した
もので、上記回路基板検査用プローブと同機能のものに
は同符号を付してその説明は省略する。図14において、
57は当接ピンを有するスプリングコンタクトプローブ、
58は狭ピッチ専用のコンタクトプローブブロック、59は
ピエゾ素子、60はアクチュエータ、また図15において、
61はゴムなどの弾性体である。このように、従来と同様
な回路基板検査用プローブをコンタクトプローブブロッ
ク58と並設してもよく、アクチュエータ60を制御してコ
ンタクトプローブブロック58を伸縮させることにより、
密集した箔21に確実にバンプ25を接触させることができ
る。

【００３９】図16は集積回路の回路基板検査用プローブ
への実装状態を説明するための図である。図16におい
て、62は光インタフェース、63は光ケーブル、64はコン
トローラ側の光インタフェース、65は制御および判定回
路である。集積回路37は検査を行うのに必要な配線切替
回路と抵抗測定測定回路などを集積して、被検査回路基
板20の種類が変更になっても、電気計測系の線の繋ぎ替
えを制御指令により高速に行えかつ多数の配線の削減が
できるように構成されている。

【００４０】また、図17は回路基板検査用プローブの概
略側面図（回路基板検査システムの機構部に取り付ける
前の状態を示す）で、同図において、66はコンタクトプ
ローブの保持板である。図18は回路基板検査用プローブ
が取り付けられる検査システムの機構部を示す側面図
で、同図において、67は移動受治具、68は移動受治具67
を移動させるボールねじ、69はテレビカメラ、70はＸ−
Ｙ−θテーブル、71はシリンダ、72は回路基板検査用プ
ローブである。図19は回路基板検査システムのブロック
図で、検査システムは、測定部73と、図18にその側面図
を示した機構部74と、駆動部75と、インターフェース7
6、全体を制御するコンピュータ77とで構成される。さ
らに、図20は回路基板検査システムの計測系の概略を示
す図で、80はスキャナ回路、81は抵抗測定回路である。
被検査回路基板20の多数ある検査点のうち、２対の検査
点Ｅ，Ｆを図示し、検査点Ｅはラインの開放を検査する
点であり、検査点Ｆは箔21間の短絡を検査する点であ
る。スキャナ回路80は検査点Ｅ，Ｆの１対のみをリレー
にて抵抗測定回路81に繋ぐ。プログラムに従って、すべ
ての検査点が一つ一つシーケンシャルに接続されて検査
実行される。スキャナ回路80のリレー回路は実際には半
導体などの固体リレーが使用される。

【００４１】以上のように構成された回路基板検査シス
テムについて、以下その動作を図18、図19を参照しなが
ら説明する。移動受治具67に検査すべき被検査回路基板
20を置き、駆動部75でボールねじ68を回転させてテレビ
カメラ69で読み取り、そのデータをインタフェース76を
介してコンピュータ77に送って計算する。その計算結果
を駆動部75へ送ってＸ−Ｙ−θテーブル70を動かして移
動受治具67を移動させ、被検査回路基板20を回路基板検
査用プローブ72と一致させる。次にシリンダー71の軸が
降下されて回路基板検査用プローブ72が被検査回路基板
20上の箔21と接触され、測定部73が動作されて箔21の断
線、短絡を測定する。

【００４２】この一連の動作をする前に、被検査回路基
板20の生産ロッドごとに１回行う動作を図１、図11、図
13、図14、図18、図19を参照しながら説明する。被検査
回路基板20上の認識マーク51、52、53をテレビカメラ69
で読み取り、箔21の位置のばらつきをコンピュータ77で
計算させる。その結果に基づいて、コンピュータ77がヒ
ータコントローラ54にコントロール量を送り、バンプ25
が形成された回路基板専用部22A の温度による伸縮を行
わせ、箔21とコンタクトとしてのバンプ25が一致するよ
うに制御するか、またはコンタクトプローブブロック58
の位置合わせを同様に行って箔21とバンプ25を一致させ
る。

【００４３】なお、この前に人が行う動作としては、図
16に示すように、被検査回路基板20の種類が変更になっ
た場合に、コンピュータ77にその種類をインプレットし
てやれば良い。

【００４４】このように、被検査回路基板20の箔21の位
置にばらつきがあっても、回路基板専用部22A やコンタ
クトプローブブロック58を加熱させて伸縮させることに
より、被検査回路基板20の検査点である箔21にバンプ25
を確実に接触させることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明の回路基板検査用プ
ローブによれば、一方の表面層に弾性基材、他方の表面
層に導体部が設けられた多層配線回路基板と、この導体
部に対向する位置に導通材が設けられた多層配線回路汎
用基板とを備え、前記多層配線回路基板の前記弾性基材
側の表面には前記導体部と導通し被検査回路基板の検査
点に接触させるバンプが設けられ、前記多層配線回路汎
用基板には前記導体部と前記導通材とを基板の厚み方向
のみに導通させる弾性部材を設けたことにより、被検査
回路基板の検査点である回路基板検査用プローブの接触
点の間隔を、バンプの直径に近い値まで小さくできると
ともに、形成された多くのバンプの高さや被検査回路基
板の検査点の高さにばらつきがあっても、このばらつき
が弾性基材や弾性部材により吸収されて、被検査回路基
板の検査点にバンプを良好に接触でき、高密度の回路基
板の箔の断線や短絡の検査を能率良く検査できる。

【００４６】また、多層配線回路基板を加熱させて伸縮
させるヒータを備えることにより、被検査回路基板の検
査点の位置にばらつきがあっても、ヒータにより多層配
線回路基板を加熱させて伸縮させて、被検査回路基板の
検査点にバンプを接触させることができ、ヒータとして
は、網目状で、ヒータ同士が交差している所では電気的
導通がない状態で配置されてなるものによれば、多層配
線回路基板における所望の箇所を加熱することができ
る。

【００４７】また、回路基板検査用プローブと、この回
路基板検査用プローブを水平方向および垂直方向の任意
の位置に位置決めする位置決め機構とを備えることによ
り、検査を効率良く行うことができる。

【００４８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における回路基板検査用プロ
ーブの要部断面図

【図２】同回路基板検査用プローブの製造方法における
第１工程を示す断面図

【図３】同回路基板検査用プローブの製造方法における
第２工程を示す断面図

【図４】同回路基板検査用プローブの製造方法における
第３工程を示す断面図

【図５】同回路基板検査用プローブの製造方法における
第４工程を示す断面図

【図６】同回路基板検査用プローブの製造方法における
第５工程を示す断面図

【図７】同回路基板検査用プローブの製造方法における
第６工程を示す断面図

【図８】同回路基板検査用プローブの製造方法における
第７工程を示す断面図

【図９】同回路基板検査用プローブが被検査基板に接触
する前の状態のコンタクト部の拡大断面図

【図10】同回路基板検査用プローブが被検査基板に接触
した状態のコンタクト部の拡大断面図

【図11】同被検査回路基板の箔パターンを示す平面図

【図12】同被検査回路基板の箔位置のばらつきを示す断
面図

【図13】同回路基板検査用プローブのヒータの配置状態
を示す平面図

【図14】同回路基板検査用プローブの局部アライメント
の要部断面図

【図15】同回路基板検査用プローブの局部アライメント
の被検査回路基板とバンプの接触状態を示す拡大断面図

【図16】同集積回路の回路基板検査用プローブへの実装
状態を示す説明図

【図17】同回路基板検査用プローブの概略側面図

【図18】同回路基板検査用プローブを用いた回路基板検
査システムの側面図

【図19】同回路基板検査システムのブロック図

【図20】同回路基板検査システムの計測系の概略を示す
ブロック図

【図21】従来の回路基板検査用プローブの要部断面図

【図22】従来の検査装置の回路基板検査用プローブと測
定系の配線ブロック図

【符号の説明】

20 被検査回路基板 21 箔 22A 回路基板専用部（多層配線回
路基板） 22B 回路基板汎用部 23 弾性基材 24 フレキシブル基材 25，25A ，25B ，25C バンプ 26 弾性導体 27，35 ビアホール（スルーホール） 28 内層ライン（ライン部） 29 導体箔 31 電線 32 異方性導電ゴム（弾性部材） 33 両面回路基板 34 箔（導通材） 37 面ヒータ 38 集積回路 43 ポリイミドフィルム 57 スプリングコンタクトプロー
ブ 58 コンタクトプローブブロック 59 ピエゾ素子 60 アクチュエータ 61 弾性体（弾性部材） 67 移動受治具 68 ボールねじ 69 テレビカメラ 70 Ｘ−Ｙ−θテーブル 71 シリンダ 72 回路基板検査用プローブ 73 測定部 74 機構部 75 駆動部 76 インターフェース 77 コンピュータ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−264868（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−293566（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−2944（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−41415（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−232138（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 1/06 - 1/073 H01L 21/66 H05K 1/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の表面層に弾性基材、他方の表面層
   に導体部が設けられた多層配線回路基板と、この導体部
   に対向する位置に導通材が設けられた多層配線回路汎用
   基板とを備え、前記多層配線回路基板の前記弾性基材側
   の表面には前記導体部と導通し被検査回路基板の検査点
   に接触させるバンプが設けられ、前記多層配線回路汎用
   基板には前記導体部と前記導通材とを基板の厚み方向の
   みに導通させる弾性部材と、前記導通材を避けた網目状
   に前記多層配線回路基板を加熱するヒータとが設けら
   れ、このヒータが交差している所はヒータ間の電気的導
   通がないことを特徴とする回路基板検査用プローブ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回路基板検査用プロー
   ブと、この回路基板検査用プローブを水平方向および垂
   直方向の任意の位置に位置決めする位置決め機構とを備
   えたことを特徴とする回路基板検査システム。