JP4212489B2 - 回路基板検査用プロービング装置および回路基板検査装置 - Google Patents

回路基板検査用プロービング装置および回路基板検査装置 Download PDF

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Description

本発明は、検査対象の回路基板に対して接離する方向に検査用プローブを移動させるプローブ移動機構を備えた回路基板検査用プロービング装置および回路基板検査装置に関するものである。
この種の回路基板検査装置として、検査対象の回路基板に形成された配線パターンに検査用のプローブを接触させて配線パターンの良否を検査する回路基板検査装置が特開2003−294800号公報に開示されている。この回路基板検査装置は、下部プローブユニットの検査ヘッドに植設された複数の下部プローブと、ガイド装置を介して下部ブラケットに対して上下動可能に(回路基板に対して接離する方向に移動可能に)取り付けられた上部プローブとを備えている。この場合、この回路基板検査装置では、サーボモータの駆動軸に取り付けられたカムがサーボモータによって回転させられて、ガイド装置のスライダに設けられた作動部がカムフォロアと共に下部ブラケットに対して上下動することによって上部プローブが回路基板に対して接離する方向に移動させられる。したがって、例えばボールネジ送り機構によって上部プローブを上下動させる構成と比較して高速なプロービングが可能となっている。また、カムフィール(カム高さ)によって上部プローブの移動量が一義的に決定されているため、例えばベルト送り機構によって上部プローブを上下動させる構成とは異なり、タイミングベルトの伸びに起因する移動量のばらつきを生じさせることなく、上部プローブを所望する位置まで正確に移動させることが可能となっている。
特開2003−294800号公報
ところが、従来の回路基板検査装置には、以下の問題点がある。すなわち、従来の回路基板検査装置では、サーボモータによってカムを回転させることによって下部ブラケットに対して上部プローブを上下動させている。この場合、検査対象の回路基板には、搭載部品の実装高や基板厚になどにばらつきが存在する。しかしながら、従来の回路基板検査装置では、前述したように、上部プローブの移動量がサーボモータによって回転させられるカムのカムフィールによって一義的に決定されているため、上部プローブがプロービングの都度、同じ位置まで移動させられる。したがって、例えば厚みの異なる回路基板に対するプロービング時に上部プローブの接触圧にばらつきが生じる。このため、従来の回路基板検査装置には、例えば基板厚が厚い回路基板に対するプロービング時には、上部プローブが回路基板に対して強く押し付けられて回路基板の傷付きや上部プローブの破損を招き、かつ、基板厚が薄い回路基板に対するプロービング時には、回路基板に対する上部プローブの接触圧が基準接触圧に満たないことに起因して正確な電気的検査を実行するのが困難となるという問題点が存在する。
この場合、カムフォロアをカム上死点に到達させないようにカムを所定角度範囲内で回動させることによって、下部ブラケットに対する上部プローブの移動量を規制することが可能となる。しかし、サーボモータによってカムを回転(回動)させる従来の回路基板検査装置では、駆動用電力の供給を停止してからサーボモータにおける駆動軸の回転が停止するまでにある程度の時間を要するため、カムを所望の回転角度で停止させるのが困難となる。このため、従来の回路基板検査装置においてカムの回転角度を所定角度範囲内に規制して上部プローブの移動量を規制する構成には、停止させるべき位置よりも先まで上部プローブが移動して、回路基板の傷付きや上部プローブの破損を招き易いという問題点がある。また、回路基板の傷付きや上部プローブの破損を回避するために、小さな力で容易に変形可能に上部プローブを構成した場合、回路基板に対して上部プローブを所望の接触圧で接触させるために、上部プローブを十分に移動させて変形させる必要がある。このため、このように構成した場合には、高速なプロービングが困難となる。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、回路基板の傷付きや検査用プローブの破損を招くことなく各種の回路基板に対して高速なプロービングを実施し得る回路基板検査用プロービング装置および回路基板検査装置を提供することを主目的とする。
上記目的を達成すべく請求項1記載の回路基板検査用プロービング装置は、検査対象の回路基板に接触させられる検査用プローブと、当該検査用プローブを前記回路基板に対して接離する方向に移動させるプローブ移動機構と、当該プローブ移動機構を制御して前記検査用プローブを移動させる制御部とを備え、前記プローブ移動機構は、前記検査用プローブを移動させる動力源としての超音波モータと、当該超音波モータの回転軸に取り付けられて当該超音波モータによって回動させられるベース部と、前記検査用プローブを取り付け可能に構成された取付部と、平板状の弾性部材で形成されて前記ベース部および前記取付部を相互に連結する連結部と、前記接離する方向で前記取付部を直動させる直動案内手段とを備えて構成され、前記制御部の制御に従って前記超音波モータによって前記ベース部を回動させて前記連結部を弾性変形させつつ当該連結部を介して前記取付部を引き上げまたは押し下げして前記検査用プローブを当該接離する方向に直動させる
また、請求項2記載の回路基板検査用プロービング装置は、請求項1記載の回路基板検査用プロービング装置において、前記回路基板に接触した際に弾性変形する前記検査用プローブの変形量を光学的に検出する変形量検出手段を備え、前記制御部は、前記変形量検出手段の検出結果に基づいて、前記プローブ移動機構に対して前記検査用プローブの移動を停止させる。
また、請求項記載の回路基板検査装置は、請求項1または2記載の回路基板検査用プロービング装置と、当該各回路基板検査用プロービング装置の前記検査用プローブを介して前記回路基板に検査用信号を出力して当該回路基板を電気的に検査する検査部とを備えて構成されている。
請求項1記載の回路基板検査用プロービング装置、および請求項記載の回路基板検査装置によれば、動力源としての超音波モータを備えてプローブ移動機構を構成したことにより、超音波モータが電力の供給停止から極く短時間で停止するため、移動させている検査用プローブを所望の停止位置で停止させることができる。この結果、回路基板の傷付きや検査用プローブの破損を招くことなく基板厚等が異なる各種の回路基板に対して高速なプロービングを実施することができる。また、電磁モータを動力源として採用した構成とは異なり、検査対象の回路基板(検査用プローブ)の周囲に磁気的な影響を及ぼすことなく検査を実行することができる。この結果、磁気的な影響を排除して正確な検査を実施することができる。また、この回路基板検査用プロービング装置および請求項3記載の回路基板検査装置によれば、超音波モータによってベース部を回動させて連結部を弾性変形させつつ取付部を引き上げまたは押し下げして検査用プローブを接離する方向に直動させるように構成したことにより、検査用プローブを上下動させるための各部品をがたつかせることなく動作させることができる。この結果、かたつきに起因する検査用プローブの意図しない移動(過度の移動量や、移動量不足)を招くことなく、プロービングを正確に実行することができる。
また、請求項2記載の回路基板検査用プロービング装置によれば、制御部が変形量検出手段による検出結果に基づいて、プローブ移動機構による検査用プローブの移動を停止させることにより、検査用プローブが回路基板に対して過度に強く押し付けられる事態を回避することができる。この結果、回路基板の傷付きや検査用プローブの破損を確実に回避することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明に係る回路基板検査用プロービング装置および回路基板検査装置の最良の形態について説明する。
最初に、回路基板検査装置1の構成について、図面を参照して説明する。
図1に示す回路基板検査装置(以下、「検査装置」ともいう)1は、プローブ移動機構2、コンタクトプローブ3、検査部4、距離センサ5および制御部6を備えて構成されて、プリント基板、ICパッケージ、ハイブリッド用基板およびMCM(Multi Chip Module )などの回路基板10における回路パターンや搭載された回路部品に対してコンタクトプローブ3を接触させて検査信号を出力することにより、その良否を電気的に検査する。この場合、コンタクトプローブ3は、本発明における検査用プローブの一例であって、金属板を所定形状に打ち抜いて形成されている。具体的には、図2に示すように、このコンタクトプローブ3は、プローブ移動機構2に固定するためのベース部21と、その両端部に円弧切り欠き支点22a,22bおよび円弧切り欠き支点23a,23bがそれぞれ形成されたアーム22およびアーム23と、アーム22,23を介してベース部21に連結されたプローブ本体24とを備えて、4節リンク機構(以下、「リンク機構」ともいう)RMが構成されている。このコンタクトプローブ3は、例えばベース部21に電気的に接続された信号線(図示せず)を介して検査部4に接続されて、プローブ本体24の先端24aを回路基板10に接触させた状態において回路基板10に検査信号を出力する。
一方、プローブ移動機構2は、コンタクトプローブ3、距離センサ5および制御部6と相俟って本発明における回路基板検査用プロービング装置を構成し、制御部6の制御下で回路基板10に対するプロービングを実行する。このプローブ移動機構2は、図3,4に示すように、超音波モータ11、ベース部12、連結部13、取付部14,15およびガイドレール16を備えて、コンタクトプローブ3を取り付け可能に構成されている。超音波モータ11は、一例として振動子としての圧電素子(圧電セラミック:図示せず)を備えて構成され、制御部6の制御下で、図示しない電源部から電力が供給されることによって圧電素子が電歪する(超音波振動する)現象を利用して、スライダ(図示せず)を回転させる。また、超音波モータ11のスライダにはシャフト11aが固定されている。なお、超音波モータ11の内部構造および動作原理については公知のため、図示および詳細な説明を省略する。この超音波モータ11は、制御部6の制御下でシャフト11aを回動させることにより、シャフト11aに固定されているベース部12を図3に示す矢印Bの向きに回動させる。
ベース部12は、図3に示すように、超音波モータ11のシャフト11aに取り付けられて、シャフト11aの回動に伴って矢印Bの向きに回動する。また、ベース部12は、連結部13を固定する固定面12aが連結部13に面的に接触可能な平面状に形成されると共に、取付部14側の側面12bと固定面12aとが交差する角部(矢印R1で示す部位)が断面円弧状に面取りされている。連結部13は、一例として、カーボン繊維を用いた繊維強化樹脂(以下、「C−FRP」ともいう)で平板状に形成された板ばね(本発明における「平板状の弾性部材」の一例)であって、一端がベース部12にボルト締め(固定)されると共に他端が取付部14にボルト締め(固定)されている。この場合、C−FRPは、軽量かつ高弾性率の樹脂材料であって、その疲れ寿命が長寿命となっている(つまり、疲れ強さが大きくなっている)。
取付部14は、取付部15と相俟って本発明における取付部を構成し、取付部15を介してコンタクトプローブ3が取り付け可能に構成されると共に、スライド片16a(図4参照)を介してガイドレール16に対してスライド可能に取り付けられている。また、図3に示すように、取付部14は、連結部13を固定する固定面14aが平坦に形成されて、連結部13に対して面的に接触可能に構成されると共に、そのベース部12側の側面14bと固定面14aとが交差する角部(矢印R2で示す部位)が断面円弧状に面取りされている。取付部15は、全体として角柱状に形成されて取付部14にボルト締めされると共に、その側面にコンタクトプローブ3を取り付け可能に構成されている。ガイドレール16は、スライド片16aと相俟って本発明における直動案内手段を構成し、図4に示すように、取付部14がボルト締めされているスライド片16aを矢印A1,A2の向きに沿ってスライドさせることによって、コンタクトプローブ3を回路基板10に対して接離する方向に案内する。
検査部4は、制御部6の制御下でコンタクトプローブ3を介して回路基板10に検査信号を出力することにより、回路基板10を電気的に検査する。距離センサ5は、本発明における変形量検出手段の一例であって、図3,4に示すように、取付具5aを介して取付部15に取り付けられてプロービング時におけるコンタクトプローブ3の変形量を光学的に検出する。具体的には、図2に示すように、この距離センサ5は、回路基板10に対するプロービング時に、同図に破線で示すようにコンタクトプローブ3が弾性変形することでベース部21に対して相対的に上動させられるプローブ本体24における上面の高さの変化(すなわち、コンタクトプローブ3の弾性変形量)を光学的に検出する。制御部6は、回路基板検査装置1を総括的に制御する。また、制御部6は、図示しない電源部を制御して超音波モータ11に電力を供給させることによってコンタクトプローブ3を上下動させると共に、距離センサ5の検出結果に基づいてコンタクトプローブ3が所定の変形状態となったときに電力の供給を停止させてコンタクトプローブ3の移動を停止させる。
次に、検査装置1による回路基板10の検査方法について、図面を参照して説明する。
まず、コンタクトプローブ3を上動させた状態において、その下方に検査対象基板をセットする。具体的には、制御部6がプローブ移動機構2の超音波モータ11を制御して、図5に示す矢印B1の向きにベース部12を回動させる。この際に、連結部13が、ベース部12の回動に伴って弓なりに弾性変形しつつ、取付部14を引き上げる。また、取付部14は、ガイドレール16の案内に従って同図に破線で示す位置から矢印A1の向きに高さH1だけスライドする。この結果、取付部14の上動に伴ってコンタクトプローブ3が矢印A1の向きで上動する。
この場合、プローブ移動機構2におけるベース部12に代えて、図6に示すように、連結部13を固定する固定面12aと側面12bとが交差する角部(矢印R1xで示す部位)が面取りされていないベース部12xを使用したときには、ベース部12xの回動に伴って連結部13が弾性変形した際に、連結部13がベース部12xの角部に強く押し付けられる。したがって、角部に押し付けられた部位に応力が集中することによって連結部13の破損を招くおそれがある。これに対して、このプローブ移動機構2では、図7に示すように、ベース部12の角部(矢印R1で示す部位)が断面円弧状に面取りされて、連結部13が取付部14側に向かうに従ってベース部12の固定面12aから徐々に離間する。したがって、ベース部12の回動に伴って連結部13が弾性変形した際に、連結部13がベース部12の角部に強く押し付けられることがないため、応力の集中が回避される。なお、図6,7では、本発明についての理解を容易とするために、連結部13の変形量を誇張して大きく変形させて図示している。
また、取付部14に代えて、図8に示すように、連結部13を固定する固定面14aと側面14bとが交差する角部(矢印R2xで示す部位)が面取りされていない取付部14xを使用した場合、連結部13が弾性変形した際に、連結部13が取付部14xの角部に強く押し付けられる。したがって、角部に押し付けられた部位に応力が集中することによって連結部13の破損を招くおそれがある。これに対して、このプローブ移動機構2では、図9に示すように、取付部14の角部(矢印R2で示す部位)が断面円弧状に面取りされて、連結部13がベース部12側に向かうに従って取付部14の固定面14aから徐々に離間する。したがって、連結部13が弾性変形した際に、連結部13が取付部14の角部に強く押し付けられることがないため、応力の集中が回避される。なお、図8,9でも、本発明についての理解を容易とするために、連結部13の変形量を誇張して大きく変形させて図示している。
次に、コンタクトプローブ3を下動させてプローブ本体24の先端24aを検査対象基板に当接させる。具体的には、超音波モータ11が制御部の制御に従い、図10に示す矢印B2の向きでベース部12を回動させる。この際には、ベース部12の回動に伴って連結部13が弓なりに弾性変形しつつ、取付部14を押し下げる。また、取付部14は、ガイドレール16の案内に従って同図に一点鎖線で示す位置から矢印A2の向きで高さH2だけスライド(下動)する。この結果、取付部14の下動に伴ってコンタクトプローブ3が矢印A2の向きでスムーズに下動する。この際に、コンタクトプローブ3は、プローブ本体24の先端24aが検査対象基板に当接した状態から、プローブ移動機構2によってベース部21がさらに下動させられることにより、リンク機構RMが図2に破線で示すように変形してプローブ本体24の先端24aが図4に示す矢印C1の向きでベース部21に対して相対的に上動(上方に直動)する。この結果、円弧切り欠き支点22a,22b,23a,23bの弾性力によって先端24aが同図に示す矢印C2の向きで検査対象基板に向けて付勢される。
この際に、距離センサ5がベース部21に対するプローブ本体24の相対的な上動を検出して、その検出結果を制御部6に報知する。また、制御部6は、距離センサ5の検出結果に基づいてプローブ本体24がベース部21に対して所定の高さまで上動(相対的な上動)した際に、超音波モータ11を停止させる。この場合、超音波モータ11は、電源部からの電力の供給が停止した時点で、スライダの回転が直ちに停止する(一例として、供給停止から0.1m秒〜1m秒程度の間で停止する)。したがって、電源供給停止から回転停止までに5m秒〜10m秒を要する電磁モータを採用した構成とは異なり、シャフト11aに取り付けられているベース部12の回転が直ちに停止する結果、超音波モータ11に対する電力の供給停止から極く短時間で連結部13を介しての取付部14の押し下げが停止し、これにより、プローブ移動機構2によるコンタクトプローブ3の下動が停止する。この結果、先端24aが回路基板10に対して過度に強く押し付けられることなく、予め規定された接触圧で回路基板10に向けて付勢される。この後、検査部4が制御部6の制御下でコンタクトプローブ3を介して回路基板10に検査信号を出力して電気的検査を実行する。これにより、回路基板10の良否が検査される。
このように、この検査装置1によれば、動力源としての超音波モータ11を備えてプローブ移動機構2を構成したことにより、超音波モータ11が電力の供給停止から極く短時間で停止するため、移動させているコンタクトプローブ3を所望の停止位置で停止させることができる。この結果、回路基板の傷付きやコンタクトプローブ3の破損を招くことなく基板厚等が異なる各種の回路基板に対して高速なプロービングを実施することができる。また、電磁モータを動力源として採用した構成とは異なり、検査対象の回路基板10(コンタクトプローブ3)の周囲に磁気的な影響を及ぼすことなく検査を実行することができる。この結果、磁気的な影響を排除して正確な検査を実施することができる。
また、この検査装置1によれば、制御部6が距離センサ5による検出結果に基づいて、プローブ移動機構2によるコンタクトプローブ3の移動を停止させることにより、コンタクトプローブ3が回路基板10に対して過度に強く押し付けられる事態を回避することができる。この結果、回路基板の傷付きやコンタクトプローブ3の破損を確実に回避することができる。
さらに、この検査装置1によれば、超音波モータ11によってベース部21を回動させて連結部13を弾性変形させつつ取付部14を引き上げまたは押し下げしてコンタクトプローブ3を接離する方向に直動させるように構成したことにより、高速なプロービング時にカムフォロアがカム周面から離間して各部品をがたつかせるおそれのある従来の回路基板検査装置とは異なり、コンタクトプローブ3を上下動させるための各部品をがたつかせることなく動作させることができる。この結果、かたつきに起因するコンタクトプローブ3の意図しない移動(過度の移動量や、移動量不足)を招くことなく、プロービングを正確に実行することができる。
なお、本発明は、上記した本発明の実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、ベース部12、連結部13、取付部14,15およびガイドレール16を有するプローブ移動機構2を介してコンタクトプローブ3を上下動させる例について説明したが、例えば図11に示すプローブ移動機構2Aのように、超音波モータ11のシャフト11aにコンタクトプローブ3のベース部21を固定して、シャフト11aの回転によってプローブ本体24の先端24aを回路基板10に対して接離する方向に移動させる構成を採用することができる。この構成によれば、上記したプローブ移動機構2と同様にして、超音波モータ11が電力の供給停止から極く短時間で停止するため、移動させているコンタクトプローブ3を所望の停止位置に正確に停止させることができる。この結果、回路基板の傷付きやコンタクトプローブ3の破損を招くことなく基板厚等が異なる各種の回路基板に対して高速にプロービングすることができる。なお、このプローブ移動機構2Aでは、距離センサ5を固定するための取付具5aをコンタクトプローブ3と共にシャフト11aに固定するのが好ましい。この構成によれば、プロービング時にコンタクトプローブ3と共に移動する距離センサ5によってベース部21に対するプローブ本体24の相対的な上動を正確に検出することができる。
また、図12に示すプローブ移動機構2Bのように、超音波モータ31におけるスライダとしてのシャフト32をプローブ移動機構2Bのフレーム(または、移動機構:いずれも図示せず)に固定すると共に、このシャフト32に対して上下動するように配設したモータ本体33にコンタクトプローブ3のベース部21を固定する構成を採用することもできる。このプローブ移動機構2Bでは、制御部6によってモータ本体33に電力が供給された際に、モータ本体33がシャフト32に対して下動または上動(回路基板10に対して接離する方向に移動)する。この結果、モータ本体33に固定されているコンタクトプローブ3が回路基板10に対して接離する方向に移動させられて、プローブ本体24の先端24aが回路基板10に当接させられる。この構成によれば、上記したプローブ移動機構2,2Aと同様にして、超音波モータ31が電力の供給停止から極く短時間で停止するため、移動させているコンタクトプローブ3を所望の停止位置に正確に停止させることができる。この結果、回路基板の傷付きやコンタクトプローブ3の破損を招くことなく基板厚等が異なる各種の回路基板に対して高速にプロービングすることができる。なお、このプローブ移動機構2Bでは、距離センサ5を固定するための取付具5aをコンタクトプローブ3と共にモータ本体33に固定するのが好ましい。この構成によれば、プロービング時にコンタクトプローブ3と共に移動する距離センサ5によってベース部21に対するプローブ本体24の相対的な上動を正確に検出することができる。
さらに、ベース部12、連結部13および取付部14を別体に形成して固定用ボルトによってボルト締め(固定)したプローブ移動機構2を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、ベース部12、連結部13および取付部14を例えば樹脂材料によって一体成形する構成を採用することができる。この構成によれば、ベース部12および取付部14に対する連結部13の取り付け作業が不要となるため、プローブ移動機構2を容易に組み立てることができる結果、プローブ移動機構2のコストを十分に低減することができる。
回路基板検査装置1の構成を示すブロック図である。 回路基板検査装置1におけるコンタクトプローブ3の側面図である。 回路基板検査装置1におけるプローブ移動機構2の正面図である。 回路基板検査装置1におけるプローブ移動機構2の側面図である。 コンタクトプローブ3を上動させた状態におけるプローブ移動機構2の正面図である。 ベース部12xと弾性変形した状態の連結部13とを示す正面図である。 ベース部12と弾性変形した状態の連結部13とを示す正面図である。 取付部14xと弾性変形した状態の連結部13とを示す正面図である。 取付部14と弾性変形した状態の連結部13とを示す正面図である。 コンタクトプローブ3を下動させた状態におけるプローブ移動機構2の正面図である。 プローブ移動機構2Aの側面図である。 プローブ移動機構2Bの側面図である。
符号の説明
1 回路基板検査装置
2,2A,2B プローブ移動機構
3 コンタクトプローブ
4 検査部
5 距離センサ
6 制御部
10 回路基板
11,31 超音波モータ
11a シャフト
12 ベース部
13 連結部
14,15 取付部
16 ガイドレール
16a スライド片
32 シャフト
33 モータ本体

Claims (3)

  1. 検査対象の回路基板に接触させられる検査用プローブと、当該検査用プローブを前記回路基板に対して接離する方向に移動させるプローブ移動機構と、当該プローブ移動機構を制御して前記検査用プローブを移動させる制御部とを備え、
    前記プローブ移動機構は、前記検査用プローブを移動させる動力源としての超音波モータと、当該超音波モータの回転軸に取り付けられて当該超音波モータによって回動させられるベース部と、前記検査用プローブを取り付け可能に構成された取付部と、平板状の弾性部材で形成されて前記ベース部および前記取付部を相互に連結する連結部と、前記接離する方向で前記取付部を直動させる直動案内手段とを備えて構成され、前記制御部の制御に従って前記超音波モータによって前記ベース部を回動させて前記連結部を弾性変形させつつ当該連結部を介して前記取付部を引き上げまたは押し下げして前記検査用プローブを当該接離する方向に直動させる回路基板検査用プロービング装置。
  2. 前記回路基板に接触した際に弾性変形する前記検査用プローブの変形量を光学的に検出する変形量検出手段を備え、
    前記制御部は、前記変形量検出手段の検出結果に基づいて、前記プローブ移動機構に対して前記検査用プローブの移動を停止させる請求項1記載の回路基板検査用プロービング装置。
  3. 請求項1または2記載の回路基板検査用プロービング装置と、当該各回路基板検査用プロービング装置の前記検査用プローブを介して前記回路基板に検査用信号を出力して当該回路基板を電気的に検査する検査部とを備えて構成されている回路基板検査装置。
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