JP3602630B2 - プローブユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導電性の細線を電気絶縁性のプローブブロックに巻き付けて製造する形式のプローブユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
導電性の細線を電気絶縁性のプローブブロックに巻き付けて製造する形式のプローブユニットは特開平６−３４７４８３号公報（以下、公知文献という。）に開示されている。この種のプローブユニットは安価に製造できる利点がある。上記公知文献に開示されたプローブユニットは、液晶表示パネルの電極パッドに接触するように構成されていて、次のように製造される。まず、電気絶縁性のプローブブロックに導電性の細線を所望のピッチで連続的に巻き回し、この細線を接着剤でプローブブロックに固着してから、細線の一部を切断する。これにより、電気的に分離された多数の細線が平行に配列された状態となり、この細線を接触子として用いている。すなわち、プローブブロックの角部のところの細線部分を液晶表示パネルの電極パッドに接触させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プローブ針の形態としては、先端が折り曲げられて片持ち梁状態で支持されたプローブ針や、コイルバネで弾性的に支持されたポゴピン形式のプローブ針がよく知られている。これらのプローブ針は、針先が電極パッドに接触したときに、片持ち梁形式のものはそれ自身の弾性復元力により、また、ポゴピン形式のものはバネの弾性復元力により、適度の接触圧を伴ってわずかに押し戻され、もって、電極パッドの高さ方向のバラツキをプローブ側で吸収するようにしている。
【０００４】
これに対して、細線巻き付け式の上述のプローブユニットでは、その接触子（細線）がコンタクト部分でプローブブロックに接しているので、電極パッドの高さ方向のバラツキをプローブ側で吸収するのが難しい。上述の公知文献によれば、プローブブロックを弾性絶縁母材で形成することによって、電極パッドの高さ方向のパラツキを吸収する、としている。しかしながら、弾性絶縁母材の材質としては、ガラスエポキシやポリイミドの例に言及しており、これらの材質は「弾性」が必ずしも良好であるとは言い難い。弾性がそれほど良好でないこのような材質を用いている理由は、プローブブロックの機械的強度や形状保持性をも考慮しているためであろう。すなわち、プローブブロック自体の機械的強度や形状保持性が劣っていると、プローブブロックの変形によって接触子の配列状態が理想状態からずれるおそれがあリ、それゆえに、プローブブロックの材質としてあまり「弾性的」なものは使用しにくい。したがって、プローブブロック自体の材質を選択して電極パッドの高さ方向のバラツキを吸収するにも限界がある。
【０００５】
そこで、上述の公知文献では、別の実施例として、プローブブロックの角部のところに切り欠きを形成して、細線をプローブブロックから浮かし、この浮いた細線部分の弾性によって電極パッドの高さ方向のバラツキを吸収するようにしている。しかしながら、細線をプローブブロックから浮かす構造にすると、細線自体の弾性変形能力やその復元能力が問われることになり、細線の材質の選定や、浮かす部分の長さや形状の選定などに細心の注意を払う必要がある。また、浮いている部分で細線が永久変形するおそれもある。さらに、この細線部分だけで適正な接触圧を得るのは難しい。
【０００６】
また、公知文献のプローブユニットでは、細線と電極パッドとの接触部分が観察できないので、両者の位置合わせをするのが容易でない。
【０００７】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、細線巻き付け式のプローブユニットにおいて、電極パッドの高さ方向のバラツキを吸収するとともに適正な接触圧を得ることができ、さらに、細線と電極パッドとの位置合わせが容易にできるプローブユニットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のプローブユニットは次の（イ）〜（ヘ）の構成を備えている。（イ）角部で互いに接する底面と前面とを備えていて、少なくともこれらの底面と前面が電気絶縁材料で構成されているプローブブロック。（ロ）前記角部に露出するように設けられている電気絶縁性の弾性部材。（ハ）前記弾性部材の表面に接触した状態で前記底面から前記前面にわたって延びていて、互いに平行に配列された状態で前記底面と前面に固着された多数の導電性の細線。（ニ）前記プローブブロックを、被検査体の表面に平行な回転軸線の回りに回転可能に支持するホルダー。（ホ）前記プローブブロックと前記ホルダーの間に配置されて、前記弾性部材をホルダーから離す方向にプローブブロックに一定の予圧を付与するバネ部材。（ヘ）前記底面に開口するように前記プローブブロックに形成された貫通孔であって、前記底面上の複数の細線をこの貫通孔を通して観察できるようにした貫通孔。
【０００９】
このプローブユニットでは、プローブブロック本体とは別個の材質で構成される弾性部材で細線のコンタクト部を支持しているので、電極パッドの高さ方向の個別のバラツキを吸収できる。また、この弾性部材と、プローブブロックとホルダーの間に配置したバネ部材との働きにより、コンタクト時の接触圧を適正に維持できる。さらに、バネ部材のたわみ量を調節装置で調節するようにすれば、プローブブロックに付与する予圧を調節でき、コンタクト時の接触圧を調節できる。
【００１０】
このプローブユニットでは、プローブブロックに細線観察用の貫通孔を設けたので、この貫通孔を通して、細線と電極パッドとの間の位置合わせ、あるいは細線とフレキシブル配線板等の配線パターンとの間の位置合わせが容易になる。貫通孔の種類としては、細線と電極パッドとの位置合わせ状態を観察するための第１の貫通孔と、細線とフレキシブル配線板またはＴＡＢ上の配線パターンとの位置合わせ状態を観察するための第２の貫通孔（プローブユニットの製造段階で利用される。）とがある。また、底面と前面とのなす角度を９０°未満にして、被検査体の表面の法線に対して、前面の底面側が上面側よりも前方に出るように前面を傾斜させることができ、こうすると、前面の底面付近を上方から見通すことができて、コンタクト部に近い細線部分を直接観察することが可能になり、電極パッドとの位置合わせが容易になる。
【００１１】
このプローブユニットでは、プローブブロックを回転可能に支持しているので、被検査体の電極パッドにコンタクトしたときに、プローブブロックの回転運動に伴って細線のコンタクト部がわずかに前進し、スクラッチ効果が生じる。これにより、細線と電極パッドとの間で清浄な接触面が得られ、電気的接触が確実になる。
【００１２】
プローブブロックをホルダーに取り付けるためのシャフト孔は、被検査体の表面に垂直な方向の寸法をシャフトの直径よりも実質的に大きくすることができる。これにより、プローブブロックはシャフトに対してわずかに傾斜でき、プローブブロックと被検査体との間での平行性の狂いを吸収できる。
【００１３】
なお、この明細書でプローブブロックの「底面」という用語は、被検査体の表面に向き合う面を指している。したがって、電極パッドが下向きになるように被検査体を配置して、この被検査体の下方からプローブブロックの細線が接触するような検査体勢をとる場合には、このときのプローブブロックの上面側（被検査体に向き合う側）が「底面」となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明のプローブユニットの一実施形態を示す側面断面図である。このプローブユニットは、大きく分けて、プローブブロック１０と、このプローブロック１０を支持するホルダー１２からなる。ホルダー１２は二つのネジ１４によって取り付け板１６に固定される。ホルダー１２の下面には突出部１８があり、この突出部１８にシャフト２０が固定されている。プローブブロック１０はシャフト２０によって回転可能に支持されている。ホルダー１２とプローブブロック１０の間には２個の圧縮コイルバネ２２が配置され、圧縮コイルバネ２２の下端はプローブブロック１０の上面４８に接触している。圧縮コイルバネ２２の上端は止めネジ２４の下端に接触している。止めネジ２４は、ホルダー１２のネジ孔２６に噛み合っていて、止めネジ２４のねじ込み量を調節することでプローブブロック１０に付与する予圧を調節できる。この圧縮コイルバネ２２の働きにより、プローブブロック１０が液晶表示パネルの電極パッドに接触したときに適度な接触圧が得られるようになっている。
【００１５】
プローブブロック１０の上面４８の後方部分はホルダー１２の下端に接触している。プローブブロック１０は圧縮コイルバネ２２によってシャフト２０の回りに図面の反時計方向に回転モーメントを付与され、上面４８がホルダー１２の下端に接触することで停止している。プローブブロック１０が液晶表示パネルに接触すると、プローブブロック１０が圧縮コイルバネ２２に抗して図面の時計方向に回転する。このようにして、プローブブロック１０は所定の角度範囲で回転可能である。その回転軸線は液晶表示パネルの表面に平行である。
【００１６】
プローブブロック１０の底面２８と前面３０と後面３２には多数の導電性の（金属製の）細線３４が接着剤３６、３８、４０、４２で固着されている。この実施形態では細線３４の材質はＢｅＣｕであり、高密度配列にした一例では、細線３４の線径は３０μｍであり、配列ピッチは６０μｍである。底面２８と前面３０が互いに接する角部には電気絶縁性の弾性部材４４が接着固定されている。この弾性部材４４は部分的にプローブブロック１０の内部に埋め込まれていて、一部が露出している。この露出部分に巻き付くように細線３４が弾性部材４４に接触している。弾性部材４４の材質はポリテトラフルオルエチレンやシリコーンゴムである。この弾性部材４４に接触している細線部分が電極パッドとのコンタクト部となる。弾性部材４４は底面２８よりも０．２ｍｍ程度下方に突き出しているが、前面３０からはそれほど突き出していない。
【００１７】
プローブブロック１０は回転可能に保持されているので、弾性部材４４のところの細線３４が電極パッドに接触すると、プローブブロック１０は図面において時計方向に回転する。その結果、電極パッドに接触している細線部分は、電極パッドに接触した状態で、わずかに、前方へと移動する。この前進運動により、細線と電極パッドとの間にスクラッチ効果が生じて、清浄な接触面が得られ、電気的コンタクトが確実になる。
【００１８】
プローブブロック１０の底面２８と前面３０のなす角度は９０°未満であり、この実施形態では６０°程度である。そして、このプローブブロック１０がホルダー１２に取り付けられて使用状態にあるときは、液晶表示パネルの表面の法線に対して、プローブブロック１０の前面３０が２〜３°の角度だけ後方側へ傾斜している。すなわち、前面３０の底面付近が上面付近よりも前方に突き出している。これにより、液晶表示パネルの真上からプローブブロック１０を見ると、前面３０の下端の弾性部材４４に巻き付いている細線３４を直接観察できる。
【００１９】
細線３４の前面３０側の上端は接着剤３６の直上で終わっている。また、細線３４の後面３２側の上端は接着剤４２の直上で終わっている。細線３４の底面２８側は２か所の接着剤３８、４０によってプローブブロック１０に固着されている。底面２８側の細線３４にはフレキシブル配線板４６の配線パターンが熱圧着されている。
【００２０】
プローブブロック１０の上面４８と底面２８とに開口するように、第１の貫通孔５０と第２の貫通孔５２が形成されている。第１の貫通孔５０は細線３４と液晶表示パネルの電極パッドとの位置合わせ状態を観察するためのものである。第２の貫通孔５２は、プローブブロック１０の製造時に、細線３４とフレキシブル配線板４６の配線パターンとの位置合わせ状態を観察するためのものである。
【００２１】
図２は、図１に示すプローブユニットの斜視図である。ホルダー１２とプローブユニット１０の外形が明瞭に示されている。ホルダー１２の外面上には、２本のネジ１４（図１参照）を挿入するための２個の孔５４と、２個の止めネジ２４（図１参照）をねじ込むための２個のネジ孔２６が見える。なお、この図面では、底面２８と前面３０が接する角部に設けた弾性部材４４や接着剤３６は誇張して描かれており、弾性部材４４の表面に細線３４が巻き付いている状態が明瞭に示されている。
【００２２】
この実施形態のプローブユニットは液晶表示パネルの検査に用いるものであり、取り付け板１６に複数のプローブユニットを並べて取り付けることによって、一つの液晶表示パネルの多数の電極パッドに接触できるようにしてある。
【００２３】
図３は、液晶表示パネルの電極パッドの上方にあるプローブブロックを上方から顕微鏡で見たときの部分拡大平面図である。液晶表示パネルの電極パッド５６は細長い矩形をしていて、互いに平行に並んでいる。液晶表示パネルを検査するときには、最初に、電極パッド５６に細線３４がちょうど重なるようにプローブブロック１０を位置決めする必要がある。このプローブユニットでは、プローブブロック１０の前面の接着剤３６の下方に細線３４が見えるので、この細線３４と電極パッド５６との位置決め状態を確認できる。さらに、第１の貫通孔５０を通して、プローブブロック１０の底面にある細線３４と電極パッド５６とが見えるので、この第１の貫通孔５０を通しても、細線３４と電極パッド５６との位置決め状態を確認できる。
【００２４】
次に、図１において、プローブユニットを液晶表示パネルに向かって下降させると（あるいは液晶表示パネルをプローブユニットに向かって上昇させると）、プローブブロック１０の前縁の弾性部材４４に巻き付いている細線部分が液晶表示パネルの電極パッドに接触する。弾性部材４４の働きにより、細線のコンタクト部は個別に変位できるので、電極パッドに高さ方向のバラツキがあっても、このバラツキは弾性部材４４によって吸収される。
【００２５】
図４は、ホルダー１２のシャフト２０の形状とプローブブロック１０のシャフト孔５８の形状との関係を示す側面図である。シャフト２０は円形断面をしているが、プローブブロック１０のシャフト孔５８は長孔の断面形状をしている。すなわち、シャフト孔５８の断面形状は、液晶表示パネルの表面に平行な方向（図面の左右方向）の寸法がシャフト２０の直径に実質的に等しくて、液晶表示パネルの表面に垂直な方向（図面の上下方向。以下、Ｚ方向という。）の寸法がシャフト２０の直径よりも実質的に大きくなっている。この実施形態では、シャフト孔５８のＺ方向の寸法は、シャフト２０の直径よりも０．０５〜０．１ｍｍだけ大きくなっている（図面ではＺ方向の寸法を誇張して描いてある）。したがって、プローブブロック１０は、シャフト孔５８のところで、わずかに上下方向に移動できる。プローブブロック１０が液晶表示パネルに接触していないときは、プローブブロック１０の前端は圧縮コイルバネ２２（図１参照）によって下方に押された状態にあるので、シャフト孔５８の上端にシャフト２０が当たっている。
【００２６】
図５（Ａ）は図４の５−５線断面図である。プローブブロック１０の上面中央には凹所６０があり、この凹所６０の内部にホルダー１２の突出部１８が入り込んでいる。突出部１８にはシャフト２０が固定されている。突出部１８の一方の側面（図面では右側の側面）と凹所６０の内壁面との間には、シャフト２０を取り囲むように圧縮コイルバネ６２が配置されている。この圧縮コイルバネ６２は、ホルダー１２に対してプローブブロック１０を図面の右方向に押し付けており、プローブブロック１０がホルダー１２に対して左右方向にずれるのを防いでいる。
【００２７】
液晶表示パネルの電極パッドにプローブブロックの細線を接触させた場合を考えると、液晶表示パネルの表面（厳密には多数の電極パッドの表面を結んだ仮想平面）とプローブブロックの下面（厳密にはプローブブロックの前縁の多数の細線のコンタクト部を結んだ仮想直線）とが平行になっていれば、プローブブロック１０は、図１の圧縮コイルバネ２２に抗して、シャフト孔５８のＺ方向の遊びの範囲内で、まっすぐ上昇する。もし、オーバードライブ量がシャフト孔のＺ方向の遊びよりも大きければ（代表的な使用例ではオーバードライブ量を０．１ｍｍ以上にしている）、さらに、シャフト２０を中心として図１の時計方向にプローブブロック１０が回転する。
【００２８】
しかし、もし、液晶表示パネルの表面とプローブブロックの下面とが平行になっていなければ、プローブブロック１０は、図５（Ｂ）に示すように、最初に電極パッドに接触した側（図面では左側）が先に上昇して、左右に傾斜した状態となる。シャフト孔５８にＺ方向の遊びがあるので、このように左右に傾斜することが可能になる。このようにして、液晶表示パネルとプローブブロックの平行性がわずかに狂っていても、この狂いを吸収できて、多数の細線が一様に電極パッドに接触できる。
【００２９】
次に、プローブユニットの製造方法を説明する。図６は、細線を巻き付ける前のプローブブロックの斜視図である。プローブブロック１０は、アルミニウムにアルマイト処理を施して、その表面を電気絶縁性にしたものである。前面３０と底面２８と後面３２には接着剤を受け入れる溝６４、６６、６８、７０があり、これらの溝はプローブブロック１０の横方向に貫通している。前面３０と底面２８の接する角部には、断面が円弧状の溝が形成されていて、この溝に、円筒状の弾性部材４４が部分的に露出するように接着固定されている。上面４８には２個の第１の貫通孔５０と２個の第２の貫通孔５２が開口していて、底面２８まで貫通している。これらの貫通孔５０、５２は、多くの細線３４が観察できるように、プローブブロック１０の横方向に細長くなっている。上面４８の中央には矩形の凹所６０がある。そして、この凹所６０の内壁面に開口するように、プローブブロック１０の横方向にシャフト孔５８が貫通している。
【００３０】
図７はプローブブロック１０に細線３４を巻き付ける工程を示す斜視図である。プローブブロック１０のシャフト孔５８に、回転機構７２の回転軸７４を適当な手段で固定する。プローブブロック１０の一か所に細線３４の先端を固定して、回転機構７２によりプローブブロック１０を所定の回転数で回転させながら、細線３４を所定の移動速度で横方向に移動させていく。これにより、プローブブロック１０に細線３４を所定のピッチで等間隔に巻き付けることができる。
【００３１】
細線３４の巻き付けが完了したら、図８に示すように、４個の溝に接着剤３６、３８、４０、４２を流し込んで、細線３４をプローブブロック１０に固定する。接着剤が固まったら、前面側の接着剤３６の直上の切断線７６の位置で細線３４を切断すると共に、後面側の接着剤４２の直上の切断線７８の位置で細線３４を切断する。これにより、等間隔に配列された多数の細線３４が電気的に分離された状態になる。切断線７６、７８よりも上側の細線３４は取り除かれ、切断線７６、７８よりも下側の細線３４だけがプローブブロック１０に固着された状態になる。
【００３２】
次に、図９に示すように、底面２８側の細線３４にフレキシブル配線板４６の配線パターンを熱圧着する。その際、第２の貫通孔５２を通して、顕微鏡により、細線３４とフレキシブル配線板４６の配線パターンとの位置合わせをすることができる。フレキシブル配線板４６の他端は液晶表示パネルの測定装置に接続される。なお、フレキシブル配線板４６を熱圧着する代わりに、液晶駆動ＩＣを搭載したＴＡＢを細線３４に熱圧着することもできる。
【００３３】
このようにして完成したプローブブロック１０を１本のシャフト２０（図１参照）を用いてホルダー１２に回転可能に取り付ける。
【００３４】
上述の実施形態の説明では、被検査体として液晶表示パネルを用いているが、この発明のプローブユニットは、これ以外の被検査体にも適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
この発明のプローブユニットは、プローブブロック本体とは別個の材質で構成される弾性部材で細線のコンタクト部を支持しているので、電極パッドの高さ方向のバラツキを吸収できる。また、この弾性部材と、プローブブロックとホルダーの間に配置したバネ部材との働きにより、コンタクト時の接触圧を適正に維持できる。さらに、プローブブロックに細線観察用の貫通孔を設けたので、この貫通孔を通して、細線と電極パッドとの間で、あるいは細線とフレキシブル配線板等の配線パターンとの間での位置合わせが容易になる。さらに、プローブブロックを回転可能に支持しているので、コンタクト時のプローブブロックの回転運動に伴って細線のコンタクト部がわずかに前進運動し、スクラッチ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す側面断面図である。
【図２】図１に示すプローブユニットの斜視図である。
【図３】液晶表示パネルと位置合わせをするときのプローブブロックの部分拡大平面図である。
【図４】シャフト孔の形状を誇張して示した、プローブユニットの側面図である。
【図５】図４の５−５線断面図である。
【図６】細線を巻き付ける前のプローブブロックの斜視図である。
【図７】プローブブロックに細線を巻き付ける工程を示す斜視図である。
【図８】プローブブロックに接着剤で細線を固定した状態を示す斜視図である。
【図９】プローブブロックにフレキシブル配線板を熱圧着した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ プローブブロック
１２ ホルダー
１８ 突出部
２０ シャフト
２２ 圧縮コイルバネ
２４ 止めネジ
２６ ネジ孔
２８ 底面
３０ 前面
３２ 後面
３４ 細線
３６、３８、４０、４２ 接着剤
４４ 弾性部材
４６ フレキシブル配線板
４８ 上面
５０ 第１の貫通孔
５２ 第２の貫通孔

Claims (4)

1. 次の（イ）〜（ヘ）の構成を備えていて，（ト）〜（リ）の特徴を備えるプローブユニット。
   （イ）角部で互いに接する底面と前面とを備えていて、少なくともこれらの底面と前面が電気絶縁材料で構成されているプローブブロック。
   （ロ）前記角部に露出するように設けられている電気絶縁性の弾性部材。
   （ハ）前記弾性部材の表面に接触した状態で前記底面から前記前面にわたって延びていて、互いに平行に配列された状態で前記底面と前面に固着された多数の導電性の細線。
   （ニ）前記プローブブロックを、被検査体の表面に平行な回転軸線の回りに回転可能に支持するホルダー。
   （ホ）前記プローブブロックと前記ホルダーの間に配置されて、前記弾性部材をホルダーから離す方向にプローブブロックに一定の予圧を付与するバネ部材。
   （ヘ）前記底面に開口するように前記プローブブロックに形成された貫通孔であって、前記底面上の複数の細線をこの貫通孔を通して観察できるようにした貫通孔。
   （ト）前記底面に開口するように前記プローブブロックに第１の貫通孔を形成して、この第１の貫通孔を通して前記弾性部材に近い箇所で複数の前記細線が見えるようにする。
   （チ）前記底面上の前記細線にフレキシブル配線板またはＴＡＢを固着する。
   （リ）前記底面に開口するように前記プローブブロックに第２の貫通孔を形成して、少なくともプローブブロックを前記ホルダーに取り付ける前の状態では、この第２の貫通孔を通して、複数の前記細線と前記フレキシブル配線板またはＴＡＢ上の配線パターンとの接続箇所が見えるようにする。
2. 次の（イ）〜（ヘ）の構成を備えていて，（ト）の特徴を備えるプローブユニット。
   （イ）角部で互いに接する底面と前面とを備えていて、少なくともこれらの底面と前面が電気絶縁材料で構成されているプローブブロック。
   （ロ）前記角部に露出するように設けられている電気絶縁性の弾性部材。
   （ハ）前記弾性部材の表面に接触した状態で前記底面から前記前面にわたって延びていて、互いに平行に配列された状態で前記底面と前面に固着された多数の導電性の細線。
   （ニ）前記プローブブロックを、被検査体の表面に平行な回転軸線の回りに回転可能に支持するホルダー。
   （ホ）前記プローブブロックと前記ホルダーの間に配置されて、前記弾性部材をホルダーから離す方向にプローブブロックに一定の予圧を付与するバネ部材。
   （ヘ）前記底面に開口するように前記プローブブロックに形成された貫通孔であって、前記底面上の複数の細線をこの貫通孔を通して観察できるようにした貫通孔。
   （ト）前記ホルダーには被検査体の表面に平行に延びる円形断面のシャフトを設け、前記プローブブロックには前記シャフトが貫通する孔を形成し、前記孔の横断面において、被検査体の表面に平行な方向の寸法を前記シャフトの直径と実質的に等しくするとともに被検査体の表面に垂直な方向の寸法を前記シャフトの直径よりも実質的に大きくする。
3. 前記バネ部材のたわみ量を調節する調節装置を設けて前記予圧を調節可能にしたことを特徴とする請求項１または２に記載のプローブユニット。
4. 前記底面と前面とのなす角度が９０°未満であり、被検査体の表面の法線に対して、前記前面の底面側が上面側よりも前方に突き出すように前記前面が傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載のプローブユニット。

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