JP4406218B2

JP4406218B2 - プローブを備えた検査装置、およびプローブを備えた検査装置の位置決め機構による位置決め方法

Info

Publication number: JP4406218B2
Application number: JP2003138883A
Authority: JP
Inventors: 幸廣平井
Original assignee: Advanced Systems Japan Inc
Current assignee: Advanced Systems Japan Inc
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: JP2004340799A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブ、プローブを使用した検査装置、およびプローブを使用した検査装置の位置決め機構による位置決め方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の表面実装では、その部品の軽薄短小化を目的とすべく集積回路（ＩＣ：ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ）をパッケージに組み込んだＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）やＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）と呼ばれる小型サイズに縮小された部品を、プリント基板に実装する形態が主流である。この種の電子部品の表面には、ピン接続端子の代わりに球状の接続端子（ボールタイプ）が配列されている。この接続端子は、その底面に格子状に等間隔に、例えば０．５ｍｍ程度に狭く、かつ、高密度に配列されている。
【０００３】
このＢＧＡやＣＳＰを、プリント基板に実装する前に、仕様通りの性能が作り込まれたかどうか検査する必要がある。しかし、従来の検査方法である針状接触子を突き当てる方法では、軟質材の半田、金等からなる電子部品の接続端子にキズや変形等のダメージを与える問題と、その接触端子との接触は点当たりのため異物や酸化皮膜等の介在による接触不良を起こし易く信頼性に欠ける問題があった。
そこで、係る問題を解決するため、プローブの接触子の接触長さが長く、かつ、電子部品の接続端子の表面に異物や酸化皮膜等が介在していても、その接触子が接続端子に接触して摺動することにより、異物や酸化皮膜等を除去できる全く新しい構造を有する渦巻き形状を有するスパイラル状接触子が開発された（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７５８５９号公報（段落番号０００７〜００２６、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記渦巻き形状を有するスパイラル状接触子を具備したプローブを使用することにより、電子部品の接続端子に異物や酸化皮膜等が付着した電子部品を安定して検査する問題は解決されたが、その接触子から検出した電気をプローブ本体に配置された電気回路に伝導させるときに、その電気回路はプローブの表面に配置させる必要があり、そのプローブが屈曲して形成されているときには、その電気回路もこのプローブの外形に倣って屈曲して配置させる必要があるため、無理な電気回路の配置により通電効率が低下する問題がある。
また、検査効率を考慮して、一度で複数の電子部品の接続端子を検査する方法を採用した場合に、プローブに設置された接触子を電子部品の接続端子に正確に位置決めするのは、検査装置の機構において困難という問題もある。
そこで、本発明がなされたものであり、プローブに設置された通電回路を簡略化し、プローブを含む検査装置に回動機能を設けて、より信頼性の高い検査を実現できる接触子を使用したプローブ、プローブを使用した検査装置、およびプローブを使用した検査装置の位置決め機構による位置決め方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のプローブは、湾曲して形成された絶縁基板と、前記絶縁基板の一端部に設けられた複数の貫通孔または窪みと、前記貫通孔または窪みに設けられ、接続端子を有する電子部品との電気的接触を行う渦巻き形状を呈する一対のスパイラル状接触子であるケルビン・スパイラルコンタとを備え、
前記ケルビン・スパイラルコンタを複数並列した検査装置であって、
左右方向であるＸ軸方向、前後方向であるＹ軸方向、および、上下方向であるＺ軸方向に摺動自在に形成された複数の案内面と、前記プローブの絶縁基板の一端部の中央位置に設けられた前記一対のスパイラル状接触子を中心に、前記プローブの他端部側をＺ軸回りに回動自在に形成された案内面と、を備え、前記プローブを位置決めする位置決め機構を有することを特徴とする。
【０００７】
このように構成されたプローブによれば、絶縁基板が、屈曲することなく湾曲して形成されていることにより、この絶縁基板に配置された電気回路も同様に湾曲して配置されているため、この回路に通電したときに生じる電気的損失を低減できる。従って、このプローブにより電子部品の電気特性を高い精度で検出できる。
【０００８】
また、このように構成されたプローブによれば、プローブの接触子が、渦巻き形状を有することにより、電子部品の接続端子に接触するプローブの接触子の接触できる範囲が広く、かつ、電子部品の接続端子の表面に異物や酸化皮膜があっても、その接触子の断面形状がシャープなエッジ形状を有しているため、その摺動作用により異物や酸化皮膜を除去できる。従って、このプローブにより、この回路に通電したときに生じる電気的損失を低減し、電子部品の電気特性を高い精度で検出できる。
【００１０】
また、このように構成されたプローブによれば、一つの貫通孔に一対のスパイラル状接触子であるケルビン・スパイラルコンタが構成され、電子部品の接続端子に接触するプローブの接触子の接触できる範囲が広く、かつ、電子部品の接続端子の表面に異物や酸化皮膜があっても、その接触子の断面形状がシャープなエッジ形状を有しているため、その摺動作用により異物や酸化皮膜を除去できる。従って、このプローブにより、この回路に通電したときに生じる電気的損失を低減し、電子部品の電気特性を高い精度で検出できて、信頼性の高い検査結果が期待できる。
【００１２】
このように構成された検査装置によれば、接触子の中央付近を基準として、接触子が設置された端部に対して逆側に位置する端部側を外周とするＺ軸回りの回動が可能となり、この回動の中心となる接触子に隣接する接触子の位置決めが可能となる。従って、同時期に、複数の接触子と電子部品の複数接続端子との正確な位置決めが可能となる。
【００１３】
請求項２に記載のプローブを備えた検査装置の位置決め機構による位置決め方法は、
請求項１に記載のプローブを備えた検査装置の位置決め機構による位置決め方法であって、前記プローブの回動中心となる前記一対のスパイラル状接触子を、予めベースに位置決めされた前記電子部品の前記接続端子の中央付近に、前記位置決め機構の前記案内面に従って、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に摺動させて位置決めするステップと、前記ステップで位置決めされた前記一対のスパイラル状接触子に隣接した前記一対のスパイラル状接触子の中央付近を、この一対のスパイラル状接触子に対応する前記電子部品の前記接続端子の中央付近に、前記ステップで位置決めされた前記一対のスパイラル状接触子を基準として、前記位置決め機構の前記案内面に従って、前記プローブの他端部側をＺ軸回りに回動させて位置決めするステップと、前記各ステップを必要に応じて複数回繰り返した後、複数の前記一対のスパイラル状接触子を、対向する複数の前記接続端子に、前記位置決め機構の前記案内面に従って、Ｚ軸方向に摺動させて位置決めするステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
このような位置決め方法によれば、複数存在する接触子から任意に選択した接触子の中央付近を、予めベースに位置決めされた電子部品の接続端子の中央付近に、検査装置の位置決め機構を利用して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動させて位置決めして、続けて、位置決めされた接触子に隣接した接触子の中央付近を、対応する電子部品の接続端子の中央付近に、既に位置決めされた接触子を中心に、プローブの接触子が設置された端部に対して逆側に位置する端部を外周として回動させて、Ｚ軸回りの回動の中心となる接触子に隣接する接触子の位置決めすることができる。そして、複数の接触子を、対応する電子部品の複数の接続端子に、検査装置の位置決め機構を利用して、Ｚ軸方向に移動させて位置決めすることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るプローブ、プローブを使用した検査装置、およびプローブを使用した検査装置の位置決め機構による位置決め方法の実施の形態について、適宜図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態では、検査員が、拡大鏡（図示せず）を利用して位置決めして検査する場合を想定する。
【００１６】
まず、図１、図２、図３を参照して説明する。図１は、本発明に係るプローブを使用した検査装置の斜視図である。また、図２は、図１のプローブを示す図であり、（ａ）は、プローブの斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のプローブのＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のプローブのＢ−Ｂ断面図である。なお、本実施の形態では示さないが、請求項３に対応するプローブとして、図３は、ケルビン・スパイラルコンタクタを有するプローブを示す斜視図である。このケルビン・スパイラルコンタクタは、請求項２および従来技術に示すプローブに使用する渦巻き形状を有するスパイラル状接触子を改良した接触子である。
【００１７】
図１に示すように、検査装置２０は、ベース１に載置されたブロック２と、アーム２５を有する位置決め機構部と、アーム２５の先端部に設けたプローブ１０と、から構成されている。プローブ１０は、ケーブル２６を介してモニタ（図示せず）に接続されている。
【００１８】
初めに、検査装置２０の位置決め機構について説明する。この機構部は、検査員により手動によって位置決めされる機構部である。
検査装置２０の位置決め機構は、直線的な案内面２４Ｘ、２４Ｙ、２４Ｚと、曲面的な案内面２４Ｃとで構成されている。ベース１に載置されたブロック２に、各案内面２４が形成されているブロックが積層されていて個別に摺動できるように構成されている。
この位置決め機構の位置決めは、検査員により手動によってツマミを回転することにより位置決めされる。このツマミの回転に連動して積層された各ブロックが、案内面２４に従って摺動され、回動される。具体的には、ツマミＸを回転することにより案内面２４Ｘに従って検査装置２０がＸ軸（左右）方向に摺動され、ツマミＹを回転することにより案内面２４Ｙに従って検査装置２０がＹ軸（前後）方向に摺動され、ツマミＺを回転することにより、案内面２４Ｚに従って検査装置２０がＺ軸（上下）方向に摺動される。また、Ｃ方向（図３参照）の位置決めは、ツマミＣを回転することにより案内面２４Ｃに従って検査装置がＣ軸（θ）方向に回動される。
【００１９】
なお、前記「案内面２４Ｃに従って検査装置がＣ軸（θ）方向に回動される」とは、請求項３でいう「Ｚ軸回りに回動自在に形成された案内面」に対応する。
この案内面２４Ｃに従って接触子１２ｂに隣接する接触子１２ａ，１２ｃが位置決めされる。
なお、検査装置２０の位置決め機構の案内面２４の形状については、前記位置決め機構の技術的思想の範囲に基づいてその他の形状を適用しても良い。
【００２０】
そして、図２（ｃ）に示すように、プローブ１０は、絶縁基板１１と、前記絶縁基板１１の上面に形成された導電膜１７と、接触子１２と、貫通孔１３と、コネクタ１４と、スペーサ１５、ガイドフレーム１６と、線材１８と、から構成される。
なお、ここに請求項１乃至４でいう「プローブ」とは、接触子およびこの接触子を保持する本体とを含む検査器をいう。このプローブは、検査装置から独立して取り引き可能な商品とみなされ、その使用による破損や用途に応じて交換可能なものである。
また、この「プローブ」は、検査員が介在する検査装置に関する使用のみならず、検査員が介在しない自動検査機においても使用できる汎用性のある検査器である。
【００２１】
次に、前記プローブ１０の各構成要素について詳細に説明する。
【００２２】
絶縁基板１１は、接触子１２が設置された一端部である下端から他端部である上端にかけて幅広に、かつ、湾曲して形成されている。
また、絶縁基板１１の上面には、導電膜１７が形成されている。グランド側の電気を検出する接触子１２ａ，１２ｃにより検出された電気はコネクタ１４ａ（グランド側）に伝導される。一方、絶縁基板１１の湾曲した凸面には、導電性のある線材１８が配線されている。シグナル側の電気を検出した接触子１２ｂから検出された電気は、コネクタ１４ｂ（シグナル側）に伝導される。
なお、絶縁基板１１は、絶縁性のある材質により形成され、軽量、かつ、曲げや引張り応力等が外部から加わったときでも耐えることのできる剛性のある材質で形成されている。例えば、セラミックス、樹脂等であっても良い。
接触子１２は、導電性のある材質で形成される。一般に検査対象となる電子部品３０の接続端子の表面には、酸化皮膜が形成されているため、電子部品３０の接続端子とプローブ１０の接触子１２が接触するときに、この酸化皮膜を被削して、確実に接触することのできる接触子１２が要求される。
なお、請求項２に記載されたスパイラル状接触子１２についての説明は、前記特許文献１を参照することとし、ここでは詳細な説明を省略する。
貫通孔１３には、その内壁に銅メッキ等が施されている。これを通電回路として利用することにより、プローブ１０を構成する絶縁基板１１の表面に通電用配線部品が不要となり電気回路を簡略化できる。本実施の形態では、接触子１２ａ，１２ｃが設けられた貫通孔１３に銅メッキが施されている。この貫通孔１３の開口部の底面に前記接触子１２が導電接着剤または半田等により設置されることにより、省スペースで効率的な接続回路が形成される。
【００２３】
コネクタ１４は、同軸である。接触子１２ｂから検出した電気は、導電性のある線材１８を介して、コネクタ１４を構成する軸芯側接続部１４ｂのシグナル側に伝導させる。一方、接触子１２ａ，１２ｃから検出された電気は、前記貫通孔１３の内壁の導電性のある銅メッキ等を介して、前記絶縁基板１１の上面に形成された導電膜１７を伝わって、コネクタ１４を構成する外周側接続部１４ａのグランド側に伝導させる。
スペーサ１５は、貫通孔１３と同様にその内壁に銅メッキ等が施され、これを通電回路として利用する。このスペーサ１５により、絶縁基板１１が屈曲することなく湾曲して形成されているため検査対照として選択された電子部品３０の接続端子と隣接する接続端子に直接接触することなく検査できるようにスペースを確保できる。
ガイドフレーム１６は、スパイラル状接触子１２が、検査対象である電子部品３０の接続端子への押し込み量を制限する機能を有する。このガイドフレーム１６の厚みは、接続端子の大きさによって決定されるが、一般に、０〜２８０μｍに形成され開口部にはテーパが設けられている。このガイドフレーム１６は絶縁基板１１に接着して固定される。
【００２４】
そして、図３に示すように、プローブ４０は、一対の前記スパイラル状接触子であるケルビン・スパイラルコンタから構成されている。この接触子をケルビン・スパイラルコンタクタといい、電子部品との電気的接続を高い精度で測定すべく発明された接触子である。なお、詳細には、文献（特願２００３−０６０７９６）を参照されたい。
【００２５】
続いて、本実施の形態に係るプローブ１０を使用した検査装置２０で、電子部品３０との接触式検査をする位置決め方法について図４、図５、図６を参照して説明する。
図４は、図１に示す検査装置によりプローブを電子部品の位置に合わせて位置決めさせる動作を説明する平面図である。
図４に示すように、プローブ１０の下方に載置された電子部品３０の姿勢に若干のズレが生じた場合を想定しており、電子部品３０の傾きに応じて、プローブ１０を回動することができるようになっている。具体的には、Ｚ軸回りの回動（Ｃ）方向の位置決めは、検査装置２０のアーム２５に設置された接触子１２ｂの中央付近を基準として、検査装置２０に形成された曲面的な案内面２４Ｃに従ってプローブ１０を回動させて、接触子１２ｂに隣接する接触子１２ａ，１２ｃが位置決めされる。
図５は、図４に示すプローブのスパイラル状接触子を電子部品の接続端子に位置決めする方法の説明図であり、（ａ）は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に位置決めする平面図であり、（ｂ）は、Ｚ軸回りの回動（Ｃ）方向に位置決めする平面図であり、（ｃ）は、Ｚ軸方向に位置決めする断面図であり、（ｄ）は、接触させた後に検査する断面図である。
図６は、プローブを使用した検査装置の位置決め機構による位置決め方法を示すフロー図である。なお、このフロー図は、請求項４でいう「プローブを使用した検査装置の位置決め機構による位置決め方法」の１例である。
【００２６】
図５（ａ）に示すように、位置決め機構を備える検査装置２０に設置されたプローブ１０の接触子１２ｂの中央付近を、予めベース１に位置決めされた電子部品３０の接続端子３０ｂの中央付近に、プローブ１０をＸ軸方向に案内面２４Ｘに従ってｘ変位させ、つぎに、Ｙ軸方向に案内面２４Ｙに従ってｙ変位させて位置決めする第１ステップ。（図６のＳ１参照）
図５（ｂ）に示すように、位置決めされた接触子１２ｂに隣接した接触子１２ａ，１２ｃの中央付近を、対応する電子部品３０の接続端子３０ａ，３０ｃの中央付近に、既に位置決めされた接触子１２ｂを中心に、プローブ１０の接触子１２が設置された端部に対して逆側に位置する端部側を外周としてＺ軸回りの回動（Ｃ）方向に案内面２４Ｃに従ってθ度回動させて、回動の中心となる接触子１２ｂに隣接する接触子１２ａ，１２ｃの位置決めをする第２ステップ。（図６のＳ２参照）
そして、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、これらの複数の接触子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを、対応する電子部品３０の複数の接続端子３０ａ，３０ｂ，３０ｃに、プローブ１０をＺ軸方向に案内面２４Ｚに従ってｈ変位させて位置決めする第３ステップ。（図６のＳ２参照）、
なお、その後に接触子と接続端子とを接触させて電気的検査をする。検査員は、モニタ（図示せず）に表示された検査データを基にして検査対象となる電子部品３０がその要求される仕様を満たすか判断することとなる。また、本実施の形態では、検査員により、拡大鏡（図示せず）を利用して位置決めして検査する場合を想定するため微調整が必要となるが、Ｚ軸回りの回動（Ｃ）方向の位置決めするステップ（図６のＳ１’）およびＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置決めするステップ（図６のＳ２’）は、省略した。
【００２７】
本実施の形態に係るプローブを使用して検査することにより、電子部品の電気特性を高い精度で測定できる。また、複数の接触子と検査対象となる電子部品の複数の接続端子との正確な接触が可能となるため、電子部品一つ当たりの検査時間を短縮できる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１に記載のプローブによれば、設置された電気回路が、絶縁基板に従った曲線をたどっているため、電子部品の電気特性を高い精度で検出できる。
【００２９】
また、渦巻き形状を有するスパイラル状接触子が設置されていることにより電子部品の電気特性を、更に高い精度で検出できる。
【００３０】
請求項２に記載のプローブによれば、ケルビン・スパイラルコンタクタが設置されていることより、電子部品の電気特性を更に高い精度で検出でき、高い信頼性で検査できる。
【００３１】
請求項３に記載のプローブを使用した装置によれは同時期に、複数の接触子と複数の接続端子との正確な位置決めが可能となり、検査に要する時間を短縮することができる。
【００３２】
請求項４に記載のプローブを使用した検査装置の位置決め機構による位置決め方法によれば、検査員の熟練具合によらないで、簡単に検査装置の位置決め機構を利用して、複数の接触子を、対応する電子部品の複数の接続端子に、位置決めすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るプローブを使用した検査装置の斜視図である。
【図２】図１のプローブを示す図であり、（ａ）は、プローブの斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のプローブのＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のプローブのＢ−Ｂ断面図である。
【図３】ケルビン・スパイラルコンタクタを有するプローブを示す斜視図である。
【図４】図１に示す検査装置によりプローブを電子部品の位置に合わせて位置決めさせる動作を説明する平面図である。
【図５】図４に示すプローブのスパイラル状接触子を電子部品の接続端子に位置決めする方法の説明図、（ａ）は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に位置決めする平面図、（ｂ）は、Ｚ軸回りの回動（Ｃ）により位置決めする平面図、（ｃ）は、Ｚ軸方向に位置決めする断面図、（ｄ）は、接触させた後、検査する断面図である。
【図６】プローブを使用した検査装置の位置決め機構による位置決め方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ベース
２ブロック
１０プローブ
１１絶縁基板
１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）スパイラル状接触子
１３貫通孔
１４（１４ａ（グランド側），１４ｂ（シグナル側））コネクタ
１５スペーサ
１６イドフレーム
１７導電膜
１８線材
２０検査装置
２４Ｘ，２４Ｙ，２４Ｚ，２４Ｃ案内面
２５アーム
２６ケーブル
３０電子部品
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ接続端子
４０プローブ（ケルビン・スパイラルコンタクタ）
４１ケルビン・スパイラルコンタクタ

Claims

湾曲して形成された絶縁基板と、前記絶縁基板の一端部に設けられた複数の貫通孔または窪みと、前記貫通孔または窪みに設けられ、接続端子を有する電子部品との電気的接触を行う渦巻き形状を呈する一対のスパイラル状接触子であるケルビン・スパイラルコンタとを備え、
前記ケルビン・スパイラルコンタを複数並列した検査装置であって、
左右方向であるＸ軸方向、前後方向であるＹ軸方向、および、上下方向であるＺ軸方向に摺動自在に形成された複数の案内面と、
前記プローブの絶縁基板の一端部の中央位置に設けられた前記一対のスパイラル状接触子を中心に、前記プローブの他端部側をＺ軸回りに回動自在に形成された案内面と、を備え、
前記プローブを位置決めする位置決め機構を有することを特徴とするプローブを備えた検査装置。
前記プローブを備えた前記検査装置の位置決め機構による位置決め方法であって、
前記プローブの回動中心となる前記一対のスパイラル状接触子を、予めベースに位置決めされた前記電子部品の前記接続端子の中央付近に、前記位置決め機構の前記案内面に従って、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に摺動させて位置決めするステップと、
前記ステップで位置決めされた前記一対のスパイラル状接触子に隣接した前記一対のスパイラル状接触子の中央付近を、この一対のスパイラル状接触子に対応する前記電子部品の前記接続端子の中央付近に、前記ステップで位置決めされた前記一対のスパイラル状接触子を基準として、前記位置決め機構の前記案内面に従って、前記プローブの他端部側をＺ軸回りに回動させて位置決めするステップと、
前記各ステップを必要に応じて複数回繰り返した後、複数の前記一対のスパイラル状接触子を、対向する複数の前記接続端子に、前記位置決め機構の前記案内面に従って、Ｚ軸方向に摺動させて位置決めするステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のプローブを備えた検査装置の位置決め機構による位置決め方法。