JP4611822B2 - 絶縁被膜付きプローブ針及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁被膜付きプローブ針及びその製造方法に関し、更に詳しくは、先端を被測定体の電極と接触させてその被測定体の電気的特性を長期間安定して測定するための絶縁被膜付きプローブ針及びその製造方法に関するものである。

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、様々な回路基板が多く用いられている。このような回路基板は、実装の前後の工程において、例えば直流抵抗値の測定や導通検査が行われ、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検査装置用治具（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針の先端を、その回路基板（以下、「被測定体」という。）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９は、従来の絶縁被膜付きプローブ針の一例を示す模式断面図であり、図１０は、従来の絶縁被膜付きプローブ針を備え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。図９に示す絶縁被膜付きプローブ針１０１は、ばね性を有した直線状の金属導体１０２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に接触する先端１０２ａと、検査装置側のリード線１５０（図１０参照）に接触する後端１０２ｂとからなる両端を有している。絶縁被膜１０３は、通常、絶縁塗料を噴霧する方法で形成されるが、噴霧した絶縁塗料は金属導体上で流動し易く、その結果、図９に示すように、先端１０２ａ側の絶縁被膜端部１０３ａは、先端１０２ａ側から金属導体１０２の中央方向に向かって約３°程度のなだらかな傾斜角度で形成されている。

図１０に示すプローブユニット１１０は、複数本から数千本の絶縁被膜付きプローブ針１０１と、そのプローブ針１０１の上部側を案内する上部案内穴付きのガイド板１３０と、プローブ針１０１の先端が被測定体１１１の電極１１２に接するようにプローブ１０１の下部側を案内する下部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１１０又は被測定体１１１を相対的に上下させ、プローブ針１０１の弾性力を利用して被測定体１１１の電極１１２にプローブ針１０１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針１０１の後端１０２ｂはリード線１５０に強く接触し、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（図示しない。）に送られる。なお、被測定体１１１の電気的特性を検査する際の形態例として、予めプローブ針１０１とリード線１５０とが接触した状態を保持したまま、プローブユニット１１０と被測定体１１１とを位置決めする場合もある。図１０（Ｂ）中、符号１４０はリード線用の保持板を示している。

ところで、上記のプローブユニット１１０を用いた電気的特性の検査において、プローブユニット１１０からのプローブ針１０１の脱落防止は、図１０（Ｂ）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針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。こうした手段でプローブ針１０１の脱落を防止するため、プローブ針１０１は、その金属導体１０２の直径がガイド板１２０の案内穴の直径よりも小さく、絶縁被膜で被覆されたプローブ針１０１の直径がガイド板１２０の案内穴の直径よりも大きく、さらに、絶縁被膜端部１０３ａの部分で案内穴に引っ掛かるような厚さで被覆されている。

また、プローブユニット１１０へのプローブ針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針１０１を挿入することにより行われる。したがって、その案内穴は絶縁被膜で被覆されたプローブ針１０１の直径よりも大きい直径で形成されている。
特開２００２−１３１３３４号公報

上述したように、プローブユニット１１０からのプローブ針１０１の脱落防止は、ガイド板１２０に設けられた案内穴にプローブ針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が、プローブユニット１１０を用いた電気的特性の検査は繰り返し行われるので、絶縁被膜端部１０３ａが繰り返し案内穴に当たり、その結果、絶縁被膜端部１０３ａが金属導体１０２から剥がれることがある。

こうした絶縁被膜端部１０３ａの剥がれは、プローブ針１０１の先端１０２ａがガイド板１２０から突き出す突出量にバラツキを生じさせるので、プローブ針１０１とリード線１５０との初期状態での接触を保持できない箇所を生じさせると共に、測定対象となる電極１１２を移動させる際にプローブ針１０１の先端１０２ａが電極１１２の上面を引きずって損傷させるおそれがある。

また、被測定体１１１の電極１１２が金電極やはんだバンプで形成されている場合、プローブユニット１１０が下がって電極１１２にプローブ針１０１が押し当たると、プローブ針１０１の先端と電極１１２とが貼り付くように一瞬接着する。その後、検査が終わってプローブユニット１１０が上がるとき、プローブ針１０１の先端が電極１１２に貼り付いたままになり、ガイド板１２０の案内穴がプローブ針１０１の絶縁被膜端部１０３ａに強く押し当たってその絶縁被膜端部１０３ａに大きな応力が加わる。こうした応力によって、絶縁被膜端部１０３ａが剥離して、上記のようなプローブ針１０１の突出量のバラツキがより顕著になるという問題がある。

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、プローブユニットを用いた電気的特性の検査が繰り返し行われて絶縁被膜端部が繰り返し案内穴に当たる場合であっても、絶縁被膜端部が金属導体から剥がれるのを防ぐことができる絶縁被膜付きプローブ針を提供すること、及びその絶縁被膜付きプローブ針の製造方法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の絶縁被膜付きプローブ針は、金属導体と、該金属導体の少なくとも両端以外の領域に設けられた絶縁被膜とを有し、前記金属導体の被測定体側の先端を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定する絶縁被膜付きプローブ針において、前記絶縁被膜のうち被測定体側の絶縁被膜は、先端側が薄く中央側が厚い２段構造になっており、該２段構造の段差部が、前記電気的特性の測定時に用いられるガイド板の案内穴に当接する位置に形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、金属導体上に設けられた絶縁被膜のうち被測定体側の絶縁被膜が２段構造になっており、その２段構造の段差部が、電気的特性の測定時に用いられるガイド板の案内穴に当接する位置に形成されているので、プローブユニットを用いた電気的特性の検査が繰り返し行われてその段差部が繰り返し案内穴に当たる場合であっても、その段差部が金属導体から剥がれるのを防ぐことができる。段差部での剥離が生じ難いのは、従来はその段差部が絶縁被膜の端部となっており且つその端部が金属導体との境界部分となっているのに対し、この発明では、段差部よりも先端側に薄い絶縁被膜が一様に形成されており、剥離の基点となる境界部分が段差部近傍に存在していないことに基づいている。

また、本発明は、長期間繰り返し用いた場合や、検査終了時にガイド板の案内穴がプローブ針の段差部に強く押し当たってその段差部に大きな応力が加わった場合であっても、段差部での剥離が生じ難いので、その突出量をより均一に揃えることができる。その結果、プローブ針の先端がガイド板から突き出す突出量にバラツキが生じ難く、プローブ針とリード線との初期状態での接触を保持できない箇所を生じさせないと共に、測定対象となる電極を移動させる際にプローブ針の先端が電極の上面を引きずって損傷させるおそれもない。

この発明によれば、金属導体上に設けられた絶縁被膜のうち被測定体側の絶縁被膜が２段構造になっており、その２段構造の段差部が、電気的特性の測定時に用いられるガイド板の案内穴に当接する位置に形成されているので、プローブユニットを用いた電気的特性の検査が繰り返し行われてその段差部が繰り返し案内穴に当たる場合であっても、その段差部が金属導体から剥がれるのを防ぐことができる。段差部での剥離が生じ難いのは、従来はその段差部が絶縁被膜の端部となっており且つその端部が金属導体との境界部分となっているのに対し、この発明では、段差部よりも先端側に薄い絶縁被膜が一様に形成されており、剥離の基点となる境界部分が段差部近傍に存在していないことに基づいている。

また、本発明は、長期間繰り返し用いた場合や、検査終了時にガイド板の案内穴がプローブ針の段差部に強く押し当たってその段差部に大きな応力が加わった場合であっても、段差部での剥離が生じ難いので、その突出量をより均一に揃えることができる。その結果、プローブ針の先端がガイド板から突き出す突出量にバラツキが生じ難く、プローブ針とリード線との初期状態での接触を保持できない箇所を生じさせないと共に、測定対象となる電極を移動させる際にプローブ針の先端が電極の上面を引きずって損傷させるおそれもない。

本発明の絶縁被膜付きプローブ針は、上記本発明の絶縁被膜付きプローブ針において、前記２段構造の絶縁被膜は、先端側に設けられた絶縁被膜の厚さが０．１μｍ以上４μｍ以下の範囲内であり、前記先端側の絶縁被膜の厚さと前記中央側の絶縁被膜の厚さの差が３μｍ以上２５μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

この発明によれば、先端側に設けられた絶縁被膜の厚さが０．１μｍ以上４μｍ以下の範囲内であるので、その段差部が金属導体から剥がれるのを防ぐことができる。また、先端側の絶縁被膜の厚さと中央側の絶縁被膜の厚さの差が３μｍ以上２５μｍ以下の範囲内であるので、その段差部がプローブユニットの案内穴に引っ掛かり、プローブ針が案内穴で保持される。

本発明の絶縁被膜付きプローブ針は、上記本発明の絶縁被膜付きプローブ針において、前記絶縁被膜が、焼付けによるエナメル被膜であることを特徴とする。

この発明によれば、絶縁被膜を焼付けエナメル被膜とすることによって、２段構造の絶縁被膜を金属導体上に強固に固着させることができる。その結果、任意箇所の検査終了時に被測定体側のガイド板の案内穴がその段差部に強く押し当たってその段差部に大きな応力が加わった場合であっても、その段差部の剥離を抑制できる。

本発明の絶縁被膜付きプローブ針は、上記本発明の絶縁被膜付きプローブ針において、被測定体側に露出する金属導体を、所定の試験用治具の案内穴から引き抜いて行う絶縁被膜ピール試験におけるピール強度が、１．２Ｎ以上であることを特徴とする。

この発明によれば、絶縁被膜ピール試験におけるピール強度が１．２Ｎ以上であるので、検査終了時にガイド板の案内穴が段差部に強く押し当たってその段差部に大きな応力が加わった場合であっても、段差部が剥離するのを抑制できる。その結果、プローブ針の先端がガイド板から突き出す突出量に大きなバラツキが生じることがなく、その突出量をより均一に揃えることができるので、プローブ針と検査装置のリード線との初期状態での接触を保持できない箇所の発生をなくすことができる。また、この発明によれば、上記絶縁被膜ピール試験におけるピール強度が１．２Ｎ以上であるので、プローブユニットの待機状態時において、被測定体側のガイド板の案内穴に段差部を小さい応力で押し当てつつ、プローブ針の後端と検査装置側のリード線とを接触させておくことが可能となる。その結果、本発明のプローブ針とリード線との間の接触抵抗値を低く安定させることができ、被測定体の測定精度を向上させることができる。

上記課題を解決するための本発明の絶縁被膜付きプローブ針の製造方法は、金属導体と、該金属導体の少なくとも両端以外の領域に設けられた絶縁被膜とを有し、前記金属導体の被測定体側の先端を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定する絶縁被膜付きプローブ針の製造方法であって、金属導体の外周に所定厚さの絶縁被膜を形成する工程と、前記絶縁被膜のうち被測定体側の厚さを薄くして段差部を形成する工程と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、絶縁被膜のうち被測定体側の厚さを薄くして段差部を形成する工程を含むので、得られた絶縁被膜付きプローブ針は、プローブユニットを用いた電気的特性の検査が繰り返し行われてその段差部が繰り返し案内穴に当たる場合であっても、その段差部が金属導体から剥がれるのを防ぐことができる。

本発明の絶縁被膜付きプローブ針の製造方法は、上記本発明の絶縁被膜付きプローブ針の製造方法において、前記段差部を形成する工程が、厚さを薄くする絶縁被膜領域にレーザー光を照射する工程であることを特徴とする。

この発明によれば、レーザー光の照射によって容易に厚さを薄くして段差部を形成することができる。

本発明の絶縁被膜付きプローブ針の製造方法は、上記本発明の絶縁被膜付きプローブ針の製造方法において、前記絶縁被膜を形成する工程が、長尺の金属導体の外周に絶縁被膜を焼付けにより連続して形成する工程、又は、予め所定長さに切断された金属導体に絶縁被膜を形成する工程であることが好ましい。このとき、前記絶縁被膜を形成する工程が長尺の金属導体の外周に絶縁被膜を連続して形成する工程である場合においては、前記絶縁被膜を連続して形成した後で前記段差部を形成する工程前に、長尺の金属導体を所定の長さに切断する工程を有することが好ましい。

本発明の絶縁被膜付きプローブ針によれば、プローブユニットを用いた電気的特性の検査が繰り返し行われてその段差部が繰り返し案内穴に当たる場合であっても、その段差部が金属導体から剥がれるのを防ぐことができる。また、長期間繰り返し用いた場合や、検査終了時にガイド板の案内穴がプローブ針の段差部に強く押し当たってその段差部に大きな応力が加わった場合であっても、段差部での剥離が生じ難いので、その突出量をより均一に揃えることができる。その結果、プローブ針の先端がガイド板から突き出す突出量にバラツキが生じ難く、プローブ針とリード線との初期状態での接触を保持できない箇所を生じさせないと共に、測定対象となる電極を移動させる際にプローブ針の先端が電極の上面を引きずって損傷させるおそれもない。

また、本発明の絶縁被膜付きプローブ針の製造方法によれば、上記本発明の絶縁被膜付きプローブ針を容易に製造することができる。

以下、本発明の絶縁被膜付きプローブ針及びその製造方法について、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。

（絶縁被膜付きプローブ針）
図１は、本発明の絶縁被膜付きプローブ針の一例を示す模式断面図である。また、図２及び図３は、本発明の絶縁被膜付きプローブ針を備えた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。なお、図２と図３の違いは、図２の形態では検査前の初期状態でプローブ針１の後端２ｂとリード線５０とが接触しておらず、絶縁被膜３の段差部３ａに負荷が加わっていない場合であるのに対し、図３の形態では検査前の初期状態でプローブ針１の後端２ｂをリード線５０が押しており、絶縁被膜３の段差部３ａに負荷が加わっている点で相違している。

本発明の絶縁被膜付きプローブ針１（以下、単に「プローブ針１」ということがある。）は、図２及び図３に示すように、金属導体２と、その金属導体２の少なくとも両端２ａ，２ｂ以外の領域に設けられた絶縁被膜３とを有し、その金属導体２の被測定体１１側の先端２ａを被測定体１１の電極１２に接触させて被測定体１１の電気的特性を測定する検査に用いられるものである。そして、このプローブ針１の特徴は、図１に示すように、絶縁被膜３のうち被測定体１１側の絶縁被膜は、先端２ａ側が薄く中央側が厚い２段構造になっており、その２段構造の段差部３ａが、電気的特性の測定時に用いられるガイド板２０の案内穴に当接する位置に形成されていることにある。なお、図１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「先端」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５０に接触する「後端」である。また、単に「絶縁被膜３」というときは、段差部３ａ、薄い部分３ｂ及び厚い部分３ｃを含む意味で用いている。

金属導体２としては、高い導電性と高い弾性率を有する金属線（「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。

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の外径は、プローブユニット１０（図２を参照。）において隣り合う各プローブ針１の間隔に応じて２５〜５００μｍの範囲内から任意に選択することができる。また、プローブ針１をプローブユニット１０に装着し易くし、且つ、プローブユニット１０の使用時においてプローブ針１の先端２ａがガイド板２０の案内穴に引っかかることによりプローブ針１の動きが妨げられるのを防止する観点からは、金属導体２の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、絶縁被膜３が設けられる前に予め直線矯正処理しておくか、後述のように絶縁被膜３が設けられた長尺の金属導体２を直線矯正処理することにより得ることができる。

金属導体２の先端２ａ及び後端２ｂの形状としては、半球状、コーン状又はフラット状等が挙げられる。それらの端部においては、金属導体２と、被測定体１１の電極１２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のめっき層が金属導体２上に設けられていてもよい。めっき層を形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３は、金属導体２に設けられて、被測定体１１の電気的特性を検査する際のプローブ針同士の接触を防いで短絡を防止するように作用する。なお、絶縁被膜３は、金属導体２上、すなわち金属導体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、ポリエステル樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂からなる群より選ばれた少なくとも一種の樹脂で形成されていることが好ましい。なお、通常は一種類の樹脂により形成される。これらの樹脂からなる絶縁被膜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又はフッ素樹脂等で形成されることが好ましい。

本発明においては、焼付けエナメル被膜を絶縁被膜３として用いることが好ましい。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形成されるので、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。その結果、後述する絶縁被膜ピール試験において所望のピール強度が得やすいという利点がある。

本発明の特徴は、金属導体２の少なくとも両端（２ａ，２ｂ）以外の領域に設けられた絶縁被膜３のうち、被測定体１１側の絶縁被膜が、先端２ａ側が薄く中央側が厚い２段構造になっており、その２段構造の段差部３ａが、電気的特性の測定時に用いられるガイド板２０の案内穴に当接する位置に形成されていることにある。

２段構造の段差部３ａを形成することによって、プローブユニットを用いた電気的特性の検査が繰り返し行われてその段差部３ａが繰り返し案内穴に当たる場合であっても、その段差部３ａが金属導体２から剥がれるのを防ぐことができる。段差部３ａでの剥離が生じ難い理由は、従来においては段差部が絶縁被膜の端部となっており且つその端部が金属導体との境界部分となっているのに対し、本発明では、段差部３ａよりも先端２ａ側に絶縁被膜の薄い部分３ｂが一様に形成されており、剥離の基点となる境界部分が段差部近傍に存在していないことに基づいている。

本発明のプローブ針１は、段差部３ａの剥離が生じ難いので、長期間繰り返し用いた場合や、検査終了時にガイド板の案内穴がプローブ針の段差部に強く押し当たってその段差部に大きな応力が加わった場合であっても、(i)プローブユニット１０が備えるガイド板２０からのプローブ針１の抜け落ちをなくすことができると共に、(ii)被測定体側のガイド板２０に設けられた案内穴にプローブ針１の段差部３ａが当たる位置があまり変動しないという利点がある。その結果、プローブ針１先端２ａの突出量をより均一に揃えることができ、プローブ針とリード線との初期状態での接触を保持できない箇所を生じさせないと共に、測定対象となる電極を移動させる際にプローブ針の先端が電極の上面を引きずって損傷させるおそれがない。

図４は、段差部３ａの傾斜角度θの説明図である。段差部３ａの形態は特に限定されず、例えば図１に示すように直線形状のテーパーであってもよいし、図４（Ａ）に示すように凹形状のテーパーであってもよいし、図４（Ｂ）に示すように凸形状のテーパーであってもよい。段差部３ａは所定の傾斜角度θで形成されていることが好ましく、例えば、傾斜角度θが１０°以上７０°以下の範囲内で形成されていることが好ましい。なお、図４に示すように、傾斜角度θは、段差部３ａ及び薄い部分３ｂの境界点Ａと、段差部３ａ及び厚い部分３ｃの境界点Ｂとを結んだ直線Ｌと、金属導体面との角度で表される。一方、検査装置側の絶縁被膜には、段差部３ａが形成されている必要はない。

傾斜角度θが１０°未満である場合には、ガイド板２０の案内穴に段差部３ａが突き当たる位置が変動し易く、プローブ針１の先端２ａがガイド板２０から突き出す突出量にバラツキが生じ易くなる。一方、傾斜角度θが７０°を超えると、テーパー状の段差部３ａがガイド板２０の案内穴に適合（フィット）しないので、ガイド板２０の案内穴でプローブ針１先端２ａの金属導体の遊びが生じ、プローブ針１の軸心とガイド板２０の案内穴の中心軸とが一致しない。その結果、検査時にガイド板２０と電極１２との位置決めを行ったとしても、プローブ針１と電極１２との位置決めが適切に行われない場合が起こる。さらに、前記傾斜角度θが７０°を超える場合には、検査装置側のガイド板３０に設けられた案内穴にプローブ針１の段差部３ａが引っ掛かって挿入し難くなることがあり、プローブユニットへのプローブ針１のセッティングが手間取ることがある。

絶縁被膜３のうち、先端２ａ側の薄い部分３ｂの厚さは、０．１μｍ以上４μｍ以下の範囲内で形成されていることが望ましい。薄い部分３ｂがこの範囲内で形成されていることにより、プローブユニットを用いた電気的特性の検査が繰り返し行われてその段差部３ａが繰り返し案内穴に当たる場合であっても、段差部３ａでの剥離を抑制することができる。薄い部分３ｂの厚さが０．１μｍ未満では、剥離抑制の効果が不十分となる。一方、薄い部分３ｂの厚さが４μｍを超えると、剥離抑制効果が飽和すると共に、成膜コストが上昇してしまうという難点がある。

先端２ａ側の薄い部分３ｂの厚さと中央側の厚い部分３ｃの厚さの差は、段差部３ａの高さで表されるが、３μｍ以上２５μｍ以下の範囲内であることが望ましい。厚さの差をこの範囲内とすることにより、段差部３ａが長期間安定して案内穴に当たるので、案内穴からプローブ針１が抜け落ちるのを防ぐことができる。その差が３μｍ未満では、その段差部３ａが繰り返し案内穴に当たる場合、段差部３ａが削れて案内穴から抜け落ちることがある。一方、その差が２５μｍを超えると、剥離抑制効果が飽和すると共に、成膜コストが上昇してしまうという難点がある。なお、薄い部分３ｂの厚さと厚い部分３ｃの厚さは、通常、金属導体２の直径が大きいときは厚めに設定され、金属導体２の直径が小さいときは薄めに設定される。

厚い部分３ｃの厚さは、６μｍ以上２５μｍ以下の範囲内の平均膜厚で形成されていることが好ましい。この範囲内の平均膜厚とすることにより、プローブ針１の電気絶縁性を確保できる。実際には、プローブ針１と被測定体側のガイド板２０に設けられた案内穴とのクリアランスや、薄い部分３ｂと厚い部分３ｃの厚さの差を考慮し、より確実にプローブユニットにセットすることができる厚さに設定される。厚い部分３ｃの平均膜厚が６μｍ未満の場合には、プローブ針１の電気絶縁性が不十分な場合があると共に、薄い部分３ｂとの厚さの差が小さくなってガイド板２０の案内穴からプローブ針１が抜け落ちるおそれがある。一方、その平均膜厚が２５μｍを超えると、絶縁被膜形成のための生産性が劣ることがある。

図５は、金属導体の直径ｄ（μｍ）と厚い部分３ｃの絶縁被膜の平均膜厚Ｔ（μｍ）との適切な範囲を示すグラフである。図５の関係からもわかるように、金属導体２の直径をｄ（μｍ）とし、厚い部分３ｃの平均膜厚をＴ（μｍ）としたとき、（０．０７×ｄ＋３）≦Ｔ≦（０．１２×ｄ＋１０）、但しＴは６μｍ以上２５μｍ以下の関係を満たすことが好ましい。この関係式は、概ね、金属導体２の直径が大きくなるにしたがって厚い部分３ｃの平均膜厚が厚くなることを示している。

本発明のプローブ針１は、被測定体側に露出する金属導体２を所定の試験用治具の案内穴から引き抜いて行う絶縁被膜ピール試験におけるピール強度が、１．２Ｎ以上を示すものであることが好ましい。図６は、絶縁被膜ピール試験方法を示す概略図であり、図７は、絶縁被膜ピール試験方法により得られた荷重−歪み曲線の一例を示すグラフである。

絶縁被膜ピール試験を行うための装置としては、図６に示すように、プローブ針１の段差部３ａよりも先端側（薄い部分３ｂ及びさらにその先端側の金属導体２部分）を挿入する案内穴を有した試験治具６３が固定治具６１に取り付けられ、その固定治具６１が荷重検出装置６２に取り付けられた形態からなるものを例示できる。絶縁被膜ピール試験は、測定に供するプローブ針１の先端側を試験治具６３の案内穴に挿入し、案内穴から突出したプローブ針１先端を掴持治具６４でくわえて引っ張ることにより行われる。この場合において、試験治具６３の案内穴の縁にプローブ針１の段差部３ａが当たるので、掴持治具６４を一定の速度で引っ張ることにより、金属導体２上に設けられた段差部３ａを有する絶縁被膜３のピール強度（引き剥がし強度）を、荷重検出装置６２で得られた荷重−歪み曲線のピーク強度７１で表すことができる。本願においては、後述の実施例で示すように、例えば、１０ｍｍ／分の速度で引き抜いたときの荷重−歪み曲線のピーク強度７１で表すことができる。なお、図７において、符号７２は絶縁被膜が剥がれていない領域を示す弾性変形領域であり、符号７３は絶縁被膜が剥がれている領域を示す永久変形領域である。

絶縁被膜ピール試験で測定されたピール強度が１．２Ｎ以上であることにより、任意箇所の検査終了時にガイド板２０の案内穴がプローブ針１の段差部３ａに押し当たってその段差部３ａに大きな応力が加わった場合であっても、段差部３ａが剥離するのを抑制できる。その結果、プローブ針１の先端２ａがガイド板２０から突き出す突出量に大きなバラツキが生じることがなく、その突出量をより均一に揃えることができるので、プローブ針１と検査装置のリード線５０との初期状態での接触を保持できない箇所の発生をなくすことができる。また、絶縁被膜ピール試験で測定されたピール強度が１．２Ｎ以上であることにより、図３に示すように、プローブユニット１０の待機状態時において、被測定体側のガイド板２０の案内穴にプローブ針１の段差部３ａを小さい応力で押し当てつつ、プローブ針１の後端２ｂと検査装置側のリード線５０とを接触させておくことが可能となる。その結果、本発明のプローブ針とリード線との間の接触抵抗値を低く安定させることができ、被測定体の測定精度を向上させることができる。

なお、絶縁被膜ピール試験で測定されたピール強度が１．２Ｎ未満であっても少なくとも０．７Ｎ以上であれば上記の効果を奏するが、長期間安定した測定を行うためには１．２Ｎ以上であることが望ましい。なお、ピール強度の上限は特に限定されないが、樹脂材料からなる絶縁被膜であれば例えば３Ｎ程度とすることができる。

（プローブ針の製造方法）
次に、本発明のプローブ針の製造方法について説明する。本発明のプローブ針の製造方法は、上述した本発明のプローブ針を製造する方法であって、金属導体２の外周に所定の厚さの絶縁被膜３を形成する工程と、絶縁被膜３のうち被測定体側の厚さを薄くして段差部３ａを形成する工程と、を少なくとも有する方法である。

絶縁被膜を形成する工程は、金属導体２の外周に所定の厚さ（厚い部分３ｃに相当する厚さ）の絶縁被膜を形成する工程であり、具体的には、長尺の金属導体２の外周に連続して絶縁被膜を形成する工程と、予め所定の長さに切断された金属導体に絶縁被膜を形成する工程とを挙げることができる。

上記のうち、連続して絶縁被膜を形成する工程は、通常のエナメル線の製造装置（製造ライン）を用いることができる。すなわち、ボビン等の線材供線装置から繰出された線状の金属導体（以下、線材ともいう。）に、塗料槽にてエナメル塗料を塗布した後、その直後に設けたダイスやフェルト等の塗料絞り具で線材表面の塗布塗料を略均一厚さに扱き、その後その線材を電熱炉や熱風循環炉等の高温の焼付炉に導入し、炉内で線材上に塗布された塗料中の溶剤を揮発除去して塗料を反応硬化させ、硬化塗膜層を線材表面に形成して焼付炉から導出し、導出された線材を再び塗料槽、塗料絞り具及び焼付炉を通過させる工程を複数回繰り返し、線材表面に所望の厚さの硬化塗膜層を形成した後、キャプスタン等の引取装置により引取りボビン等の巻取装置に巻き取ることによって、連続して絶縁被膜を形成する。

なお、連続して絶縁被膜を形成する工程においては、絶縁被膜を連続して形成した後で前記段差部を形成する工程前に、長尺の金属導体を所定の長さに切断する工程が設けられる。このときの切断には、例えば、市販の定尺切断機が用いられる。

また、上記のうち、予め所定の長さに切断された金属導体に絶縁被膜を形成する工程においては、所定の長さに切断された金属導体に絶縁塗料を噴霧し、又は、所定の長さに切断された金属導体を絶縁塗料に浸漬して、金属導体上に所定の厚さの絶縁被膜を形成する。

以上のようにして金属導体上に所定の厚さの絶縁被膜を形成した後、絶縁被膜のうち被測定体側の厚さを薄くして段差部３ａを形成する。段差部３ａの形成は、レーザー光を照射して行うことが好ましい。

図８は、レーザー光を照射して段差部を形成する方法の説明図である。図８では、所定の厚さで形成された絶縁被膜３の被測定体側をレーザー光８１で照射する方法を示している。レーザー光８１としては、炭酸ガスレーザーが好ましく用いられる。段差部３ａの形成は、先端２ａからガイド板の案内穴に当接する位置までの領域（すなわち、薄い部分３ｂになる領域）以外の領域を、レーザー光８１が遮蔽されるマスク８２でマスキングし、その後にマスキングされていない先端側の領域にレーザー光を照射して、照射領域の絶縁被膜の厚さを減厚化することにより行われる。なお、絶縁被膜を所望の厚さまで減厚化するためには、レーザー出力や照射時間等の照射条件を最適条件に設定することが望ましい。レーザー光照射中は、図８に示すように、金属導体２を軸回転させて絶縁被膜を均一な薄さに減厚化することが好ましい。

また、段差部３ａの傾斜角度θの調整は、レーザー光の照射強度の調整と、絶縁被膜３とマスク８２間の距離の調整とにより制御することができる。すなわち、レーザー光８１が照射された部分とマスク８２によりマスキングされた部分との境界部分では、レーザー光照射時の熱により絶縁被膜に溶融が生じたり、マスク８２と絶縁被膜３との僅かな隙間からレーザー光８１がマスク８２の下に回り込むことにより、その境界部分の形状を変化させることができる。例えば、傾斜角度θを小さめにするためには、レーザー光の照射強度を高めて溶融の程度を増したり、マスク８２と絶縁被膜３との隙間を大きめにしてレーザー光の回り込みを多くしたりすることにより実現できる。また、傾斜角度θを大きめにするためには、レーザー光の照射強度を低くして溶融の程度を少なくしたり、マスク８２と絶縁被膜３との隙間を小さめにしてレーザー光の回り込みを少なくしたりすることにより実現できる。こうして、傾斜角度θを１０°〜７０°の範囲内に調整することができる。

なお、段差部３ａの形成後又は形成前であってもよいが、必要に応じて、金属導体２の後端２ｂ側の絶縁被膜を剥離する。また、金属導体２の先端２ａ又は後端２ｂの形状は、金属導体２を所定の長さに切断した後であれば、段差部３ａの形成前又は形成後のいずれかのタイミングで端部加工される。この端部加工としては、例えば精密旋盤による加工や研磨加工等が挙げられ、半球状、コーン状又はフラット状等の形状に加工される。また、めっき皮膜が形成されていない金属導体を用いた場合には、必要に応じてめっき皮膜を形成する工程を加えてもよい。めっき皮膜形成工程は、絶縁被膜を形成する前、又は、金属導体の端部の絶縁被膜を剥離した後、に行うことが好ましい。

以上説明したように、本発明のプローブ針の製造方法によれば、段差部を有した本発明の絶縁被膜付きプローブ針を容易に製造することができる。

（プローブ針を用いた電気的特性の検査方法）
次に、上述した本発明のプローブ針を用いた電気的特性の検査方法について説明する。

本発明のプローブ針１は、プローブユニットに装着されて回路基板等の被測定体の電気的特性の良否の検査に利用される。プローブユニット１０は、図２及び図３に示すように、複数本から数千本のプローブ針１と、プローブ針１を被測定体１１の電極１２にガイドするガイド板２０と、プローブ針１を検査装置のリード線５０にガイドするガイド板３０とを備えている。被測定体側のガイド板２０は金属導体２の直径よりも若干大きい案内穴を有し、その案内穴は一本一本のプローブ針１の金属導体２を電極２１にガイドする。一方、検査装置側のガイド板３０はプローブ針１の外径よりも若干大きい案内穴を有し、その案内穴は一本一本のプローブ針１の金属導体２をリード線５０にガイドする。

プローブユニット１０と被測定体１１は、被測定体１１の電気的特性を検査する際、プローブ針１と電極１２とが対応するように位置制御される。電気的特性の検査は、プローブユニット１０を上下させ、プローブ針１の弾性力を利用して被測定体１１の電極１２にプローブ針１の先端２ａ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、プローブ針１の後端２ｂはリード線５０に接触し、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。なお、図２及び図３中、符号４０はリード線用の保持板を示している。

以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。

（実施例１）
金属導体として、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ベリリウム銅線（外径０．０９ｍｍ）を用いた。また、絶縁被膜用の塗料として、ポリウレタン樹脂系のエナメル塗料（東特塗料株式会社製、商品名；ＴＰＵ５１００）を用いた。先ず、ボビン等の線材供線装置から繰出された金属導体上に、上記エナメル塗料を焼き付けて、平均膜厚１０μｍの絶縁被膜を形成した。次に、絶縁被膜が形成された長尺の金属導体を切断して長さ３０ｍｍの絶縁被膜付き金属導体を切り出し、その絶縁被膜付き金属導体の両端部を研削加工することにより半球状に加工した。次に、アルミニウムからなるマスクを絶縁被膜に接した状態で配置し、炭酸ガスレーザー（キーエンス社製、型番；ＭＬ−９１１０）を照射して、プローブ針の先端から３ｍｍまでの絶縁被膜の厚さを厚さ１．５μｍとなるように薄くした。そうした減厚化は、絶縁被膜付き金属導体を回転させながら、レーザー照射強度：１０ｍＪ／ｃｍ^２、レーザー照射時間：１秒の条件で行った。こうして実施例１のプローブ針（長さ３０ｍｍ）を作製した。なお、得られたプローブ針の段差部３ａの傾斜角度θを顕微鏡写真から測定したところ、約４０°であった。

（実施例２）
金属導体として、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ベリリウム銅線（外径０．０９ｍｍ）を用い、その金属導体を切断して長さ３０ｍｍに切り出した。こうして得られた金属導体に、絶縁被膜用のフッ素樹脂系のエナメル塗料（デュポン社製、商品名：９５４−１００）を噴霧塗布し、平均膜厚１０μｍの絶縁被膜を形成し、さらにその後、金属導体の両端部を研削加工することにより半球状に加工した。次に、実施例１と同じ炭酸ガスレーザーと条件で減厚化加工を行い、プローブ針の先端から３ｍｍまでの絶縁被膜の厚さを厚さ１．５μｍとなるように薄くした。こうして実施例２のプローブ針（長さ３０ｍｍ）を作製した。なお、得られたプローブ針の段差部３ａの傾斜角度θを顕微鏡写真から測定したところ、約４０°であった。

（比較例１）
実施例２において、炭酸ガスレーザーでマスクで遮蔽した以外の先端側領域の絶縁被膜を全て除去した以外は、実施例２と同様にして、比較例１のプローブ針（長さ３０ｍｍ）を作製した。

（ピール試験結果）
実施例１，２及び比較例１のプローブ針を用いて絶縁被膜ピール試験を行った。絶縁被膜ピール試験は、図６に示した測定装置を用い、図７に示した評価方法により評価した。具体的には、荷重検出装置として引張試験機を用い、試験治具として直径０．０９５ｍｍの案内穴を有した治具を用いた。試験治具の案内穴に絶縁被膜を剥離した側の金属導体を挿入し、突き出た金属導体を掴持治具でくわえ、１０ｍｍ／分の速度で引っ張ることにより測定した。荷重−歪み曲線のピーク強度から、表１の結果が得られた。

（実施例３〜１０及び比較例２〜１０）
金属導体の直径、厚い部分の厚さ、及び薄い部分の厚さを表２のようにした他は、実施例１と同様にして、実施例３〜１０及び比較例２〜１０のプローブ針を作製した。各プローブ針を用いて絶縁被膜ピール試験を行った。ピール試験は、実施例１等と同じ方法で行い、その結果を表２に示した。この結果より、２段構造の絶縁被膜を有するプローブ針は、２段構造を持たないプローブ針に比べて約０．５Ｎ程度高いピーク強度を示していた。

（実施例１１〜２０）
金属導体の直径、厚い部分の厚さ、及び薄い部分の厚さを表２のようにした他は、実施例１と同様にして、実施例１１〜２０のプローブ針を作製した。各プローブ針を用いて絶縁被膜ピール試験を行った。ピール試験は、実施例１等と同じ方法で行い、その結果を表２に示した。この結果より、先端側に設けられた薄い部分の厚さが０．１μｍ以上４μｍ以下の範囲内であり、薄い部分と厚い部分との厚さの差が３μｍ以上２５μｍ以下の範囲内である場合には、いずれも２．３Ｎ以上の高いピーク強度を示していた。

本発明の絶縁被膜付きプローブ針の一例を示す模式断面図である。 本発明の絶縁被膜付きプローブ針を備えた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。 本発明の絶縁被膜付きプローブ針を備えた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他の模式断面図である。 段差部の傾斜角度θの説明図である。 金属導体の直径ｄ（μｍ）と絶縁被膜の平均膜厚Ｔ（μｍ）との適切な範囲を示すグラフである。 絶縁被膜ピール試験方法を示す概略図である。 絶縁被膜ピール試験方法により得られた荷重−歪み曲線の一例を示すグラフである。 レーザー光を照射して絶縁被膜を剥離する方法の説明図である。 従来の絶縁被膜付きプローブ針の一例を示す模式断面図である。 従来の絶縁被膜付きプローブ針を備え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。

符号の説明

１ 絶縁被膜付きプローブ針
２ 金属導体
２ａ 先端
２ｂ 後端
３ 絶縁被膜
３ａ 段差部
３ｂ 薄い部分
３ｃ 厚い部分
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 リード線用の保持板
５０ リード線
６１ 固定治具
６２ 荷重検出装置
６３ 試験治具
６４ 掴持治具
７１ ピーク強度
８１ レーザー光
８２ マスク
θ 傾斜角度
Ａ 絶縁被膜と金属導体とがプローブ針の先端側で接する点
Ｂ 段差部の厚さが段差部以外の絶縁被膜の厚さと同じ又は実質的に同じになる点
Ｌ 点Ａと点Ｂを結んだ直線

Claims (8)

1. 金属導体と、該金属導体の少なくとも両端以外の領域に設けられた絶縁被膜とを有し、前記金属導体の被測定体側の先端を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定する絶縁被膜付きプローブ針において、
   前記絶縁被膜のうち被測定体側の絶縁被膜は、先端側が薄く中央側が厚い２段構造になっており、該２段構造の段差部が、前記電気的特性の測定時に用いられるガイド板の案内穴に当接する位置に形成されていることを特徴とする絶縁被膜付きプローブ針。
2. 前記２段構造の絶縁被膜は、先端側に設けられた絶縁被膜の厚さが０．１μｍ以上４μｍ以下の範囲内であり、前記先端側の絶縁被膜の厚さと前記中央側の絶縁被膜の厚さの差が３μｍ以上２５μｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁被膜付きプローブ針。
3. 前記絶縁被膜が、焼付けによるエナメル被膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁被膜付きプローブ針。
4. 被測定体側に露出する金属導体を、所定の試験用治具の案内穴から引き抜いて行う絶縁被膜ピール試験におけるピール強度が、１．２Ｎ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の絶縁被膜付きプローブ針。
5. 金属導体と、該金属導体の少なくとも両端以外の領域に設けられた絶縁被膜とを有し、前記金属導体の被測定体側の先端を被測定体の電極に接触させて該被測定体の電気的特性を測定する絶縁被膜付きプローブ針の製造方法であって、
   金属導体の外周に所定厚さの絶縁被膜を形成する工程と、前記絶縁被膜のうち被測定体側の厚さを薄くして段差部を形成する工程と、を有することを特徴とする絶縁被膜付きプローブ針の製造方法。
6. 前記段差部を形成する工程が、厚さを薄くする絶縁被膜領域にレーザー光を照射する工程であることを特徴とする請求項５に記載の絶縁被膜付きプローブ針の製造方法。
7. 前記絶縁被膜を形成する工程が、長尺の金属導体の外周に絶縁被膜を焼付けにより連続して形成する工程、又は、予め所定長さに切断された金属導体に絶縁被膜を形成する工程であることを特徴とする請求項５又は６に記載の絶縁被膜付きプローブ針の製造方法。
8. 前記絶縁被膜を形成する工程が長尺の金属導体の外周に絶縁被膜を連続して形成する工程である場合において、前記絶縁被膜を連続して形成した後で前記段差部を形成する工程前に、長尺の金属導体を所定の長さに切断する工程を有することを特徴とする請求項７に記載の絶縁被膜付きプローブ針の製造方法。
   

Images