JP4777154B2

JP4777154B2 - プローブユニット

Info

Publication number: JP4777154B2
Application number: JP2006165403A
Authority: JP
Inventors: 重樹石川; 正吾藺牟田; 崇仁平; 雅広長澤
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: JP2007333542A

Description

本発明は、検査対象の回路構造と該検査対象に対して検査用の信号を送信する回路構造との間を電気的に接続するプローブおよび当該プローブを収容するプローブユニットに関する。

半導体集積回路などの回路基板を製造する際には、不良品を検出するために電気特性検査が行われる。具体的には、検査対象の回路構造に形成された配線パターンにおける電気的な短絡および断線の有無の検査（導通検査）や、その回路構造に対して検査用の信号を入力したときの動作特性検査などが行われる。このような電気特性検査では、検査対象の回路基板と検査用の信号を生成する信号処理装置との間の電気的な接続を図るため、導電性材料から成る細径のプローブ（導電性接触子）が用いられている。

近年、回路基板の高集積化、微細化に伴って、プローブ間のピッチを狭小化するための技術が進歩してきている。プローブ間のピッチを狭小化するためには、プローブの径も細径化するのが好ましいが、例えばバネを用いたピン型のプローブでは細径化に限界があるため、そのようなプローブに代わるものとして、屈曲可能な弾性を備えたワイヤ型のプローブが適用されることが多くなってきている。

複数のワイヤ型のプローブを収容するプローブユニットには、検査時に複数のプローブが撓む方向を一様に揃えるためのさまざまなな工夫が施されている。例えば、各プローブの両端部を横方向へ所定距離だけシフトさせることによってプローブの撓む方向を揃える技術が知られている（例えば、特許文献１〜５を参照）。この技術では、プローブの両端部を除く本体部分外周を被覆するように設けられた絶縁被膜の端部が段部をなしており、この段部が、プローブホルダに形成されたプローブ挿通孔の開口面付近のホルダ本体部分に当接することによってプローブのプローブホルダからの抜け止めを実現している。

特開平１１−２４８７４７号公報特許第３５０５４９５号公報特許第３６９０７９６号公報特許第３６９０８０１号公報特開２００５−３３８０６５号公報

しかしながら、上述した従来技術では、プローブホルダによってプローブの両端部をオフセットすると、そのプローブには長手方向と直交する方向にも荷重が加わるため、プローブホルダに対してプローブの挿抜を行う際に絶縁被膜の段部が挿通孔の開口面付近のホルダ本体部分に引っ掛かってしまい、プローブホルダを製造したり、使用中のプローブの交換等を行ったりする際に支障をきたす恐れがあった。この問題は、プローブ挿通孔の径をプローブの径に近づれば近づけるほど、無視できないものとなっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、自身の径と同程度の径を有する孔に対する挿抜を容易にかつ円滑に行うことができるプローブおよび当該プローブを備えたプローブユニットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るプローブは、導電性材料から成り、ワイヤ状をなす本体部と、絶縁性材料から成り、前記本体部の長手方向の中心部を含む領域であって前記本体部の両端部を含まない領域の表面を被覆する絶縁被膜と、を備え、前記絶縁被膜の端部は、前記本体部の長手方向の中心部に向けて径が徐々に大きくなるテーパ状をなすことを特徴とする。

また、上記発明において、前記プローブの少なくとも一方の端部の表面が半球面状をなしてもよい。

また、本発明の別な態様に係るプローブユニットは、上記発明に係るプローブと、前記プローブの端部のうち検査対象である回路基板と接触するヘッド側の端部付近を挿通する第１の挿通孔を有するヘッド側プレートと、前記プローブの端部のうち前記回路基板に対して検査用の信号を供給する配線が設けられた配線基板と接触する配線側の端部付近を挿通し、前記第１の挿通孔とは中心軸が異なる第２の挿通孔を有する配線側プレートと、前記ヘッド側プレートと前記配線側プレートとを連結する連結部材と、を備えたことを特徴とする。

また、上記発明において、前記第１の挿通孔の中心軸と前記第２の挿通孔の中心軸とは異なるとしてもよい。

また、上記発明において、前記配線側プレートは、複数のプレートが板厚方向に積層されて成り、前記第２の挿通孔は、前記複数のプレートがそれぞれ有する複数の挿通孔から成るとしてもよい。

また、上記発明において、前記複数の挿通孔は、互いに他と異なる中心軸を有してもよい。

本発明によれば、導電性材料から成り、ワイヤ状をなす本体部と、絶縁性材料から成り、前記本体部の長手方向の中心部を含む領域であって前記本体部の両端部を含まない領域の表面を被覆する絶縁被膜と、を備え、前記絶縁被膜の端部は、前記本体部の長手方向の中心部に向けて径が徐々に大きくなるテーパ状をなすことにより、自身の径と同程度の径を有する孔に対する挿抜を容易にかつ円滑に行うことができるプローブおよび当該プローブを備えたプローブユニットを提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。なお、図面は模式的なものであって、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合もあることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合があることは勿論である。

図１は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す斜視図である。また、図２は、本実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す部分分解図である。これらの図に示すプローブユニット１は、検査対象である半導体集積回路等の回路基板と検査用の信号を生成する信号処理装置からの信号を供給する配線が設けられた配線基板とを接続するものである。より具体的には、プローブユニット１は、複数のプローブ２と、複数のプローブ２を所定のパターンにしたがって収容保持するプローブホルダ３と、配線用のリード線４が埋め込まれた配線基板５と、プローブホルダ３に収容されたプローブ２の一端部を配線基板５の所定の位置へ案内するガイド部材６と、を備える。

なお、図１では、複数のプローブ２から構成されるプローブ群Ｇとして、複数のプローブ２を一列に配置した場合を示しているが、これはあくまでも一例に過ぎぎず、プローブ群Ｇにおけるプローブ２の配置パターンは、回路基板における接続用電極の配置パターンに応じて定められる。

図３は、プローブホルダ３の要部の構成およびプローブホルダ３におけるプローブ２の保持態様を示す図である。また、図４は、図３のＡ部拡大図であり、図５は、図３のＢ部拡大図である。以下、図１〜図５を参照してプローブ２およびプローブホルダ３の構成を説明する。

プローブ２は、ワイヤ状の導電性部材から成る本体部２１と、本体部２１の両端部を除く表面を被覆する絶縁性材料から成る絶縁被膜２２とを備える。絶縁被膜２２は、プローブ２間の電気的な短絡を防止するとともに、プローブ２が他のプローブ２やプローブホルダ３などと接触することによって損傷してしまうのを防止する機能を有する。本実施の形態において、絶縁被膜２２の端部２２ｔは、プローブ２の長手方向の中心部に向けて徐々に径が大きくなるテーパ状をなしており、長手方向の中心部を含む領域では均一な径Ｒ₂を有している。したがって、本体部２１の径をＲ₁とすると、Ｒ₁＜Ｒ₂である。

本体部２１の端部の表面は、半球面状をなしている。これにより、プローブ２がリード線４に対して傾斜した状態で接触しても、半球面状をなす端部のどこかでリード線４の導電部分と接触することができる。

本体部２１としては、例えば鉄（Ｆｅ）系、ニッケル（Ｎｉ）系、タングステン（Ｗ）系等の耐磨耗性に優れた金属を適用することができる。また、絶縁被膜２２としては、ポリウレタンやポリパラキシリレン等の絶縁性部材を適用することができる。さらに、アルマイト等の酸化膜によって形成した絶縁皮膜を絶縁被膜２２としてもよい。

以上の構成を有するプローブ２によれば、絶縁被膜の端部が段差形状をなす従来型のプローブと比較してプローブホルダへの挿通が容易となる。なお、プローブ２の両端部における本体部２１の露出長さは同じである必要はなく、プローブホルダ３の構成をふまえて適宜設定すればよい。

プローブホルダ３は、検査時に検査対象と対向する側（ヘッド側）に位置するプローブ２の端部付近を挿通して保持するヘッド側プレート７と、配線基板５と対向する側（配線側）に位置するプローブ２の端部付近を挿通して保持する配線側プレート８と、ヘッド側プレート７と配線側プレート８との間に介在してヘッド側プレート７と配線側プレート８とを連結する連結部材９とを有する。このプローブホルダ３は、絶縁性材料を用いて構成される。なお、少なくともプローブホルダ３の表面部分が絶縁性を有していれば、プローブホルダ３の母材として絶縁性を有しない材料を適用することも可能である。

ヘッド側プレート７は、２枚のプレートを板厚方向に積層することによって形成される。すなわち、ヘッド側プレート７は、プローブ２の端部を表出して回路基板と対向する側に位置する第１プレート７１と、この第１プレート７１に積層され、表面の一部が連結部材９に当接する第２プレート７２とを有する。第１プレート７１と第２プレート７２とは、ねじ部材１０１によって締結されている。ヘッド側プレート７は、ねじ部材１０２によって連結部材９に締結されている。

第１プレート７１は、プローブ２の本体部２１の先端を挿通する挿通孔７１ａと、挿通孔７１ａよりも径が大きく凹状に窪んだ凹部７１ｂとを有する。また、第２プレート７２は、プローブ２を挿通する挿通孔７２ａと、挿通孔７２ａよりも径が大きく凹状に窪んだ凹部７２ｂとを有する。挿通孔７１ａの径をｒ₁、挿通孔７２ａの径をｒ₂とすると、これらの径の間にｒ₁≦ｒ₂が成立しているのが好ましい。また、挿通孔７１ａの径ｒ₁は、少なくともプローブ２の本体部２１の径Ｒ₁よりも大きい（ｒ₁＞Ｒ₁）。挿通孔７１ａと挿通孔７２ａとは同軸的に配置されるのが好ましく、２つの挿通孔全体でプローブ２のヘッド側の端部を挿通する第１の挿通孔を形成している。なお、図４では、凹部７１ｂの径と凹部７２ｂの径とが同じである場合を示しているが、これら２つの凹部の径は異なっていてもよい。

ところで、図４では、プローブ２の絶縁被膜２２の端部２２ｔが挿通孔７２ａの表面付近に位置しているが、絶縁被膜２２の端部２２ｔが挿通孔７２ａの内部に達するように設計してもよい。絶縁被膜２２の端部２２ｔは上記の如くテーパ状をなしているため、絶縁被膜２２を図４の下方から挿通孔７２ａの内部へ進入させるのも容易である。この場合には、絶縁被膜２２の表面と挿通孔７２ａの内側面との間に生じる摩擦（摺動抵抗）によってプローブ２の挿通孔７２ａからの抜け止め機能を果たすことができる。

配線側プレート８は、３枚のプレートを板厚方向に積層することによって形成される。すなわち、配線側プレート８は、表面の一部が連結部材９に当接する第３プレート８１と、第３プレート８１に積層されてプローブ２を挿通する第４プレートと、第４プレートに積層されてプローブ２の端部を挿通し、配線基板５と対向する側に位置する第５プレート８３とを有する。第３プレート８１、第４プレート８２、および第５プレート８３は、ねじ部材１０３によって締結されて一体となっている。

第３プレート８１は、プローブ２を挿通する挿通孔８１ａと、挿通孔８１ａよりも径が大きく凹状に窪んだ凹部８１ｂとを有する。また、第４プレート８２は、プローブ２を挿通する挿通孔８２ａと、挿通孔８２ａよりも径が大きく凹状に窪んだ凹部８２ｂとを有する。さらに、第５プレート８３は、プローブ２を挿通する挿通孔８３ａと、挿通孔８３ａよりも径が大きく凹状に窪んだ凹部８３ｂとを有する。第５プレート８３は、図２にも示すように、第３プレート８１や第４プレート８２よりも表面積が小さく、ガイド部材６に形成されている嵌合凹部６１に嵌合可能な形状をなす。

挿通孔８１ａ、８２ａ、および８３ａの各径は等しく、プローブ２の径と同程度であってプローブ２の最大径よりも大きい。挿通孔８１ａ、８２ａ、および８３ａの各中心軸は平行であるがオフセットされているため一致しない。ここでのオフセット量は、プローブ２の径や材質等の各種条件に応じて適宜定められるべき設計的事項である。これら３つの挿通孔８１ａ、８２ａ、および８３ａは、全体としてプローブ２の配線側の端部を挿通する第２の挿通孔を形成している。

３つの挿通孔８１ａ、８２ａ、および８３ａの各径は、上述したように等しくなくてもよいが、その場合には、配線基板５により近い側に位置する挿通孔の径が小さくなるようにすればより好ましい。したがって、挿通孔８１ａの径をｒ₃、挿通孔８２ａの径をｒ₄、挿通孔８３ａの径をｒ₅とするとき、０＜（Ｒ₂＜）ｒ₅≦ｒ₄≦ｒ₃が成立していればより好ましい。

なお、ヘッド側プレート７および配線側プレート８をそれぞれ構成するプレートの数はは、上述したものに限られるわけではない。また、各プレートを順次積層してヘッド側プレート７や配線側プレート８を形成する際には、所定の位置決めピンを用いることによってプレート間の位置決めを行うようにすればより好ましい。

次に、ガイド部材６の構成を説明する。ガイド部材６は、ねじ部材１０４によって配線基板５に締結されて固設され、ヘッド側プレート７や配線側プレート８よりも表面積が大きい板状をなす（図１を参照）。ガイド部材６は、配線側プレート８の第５プレート８３を嵌合可能な嵌合凹部６１を有する。このような構成を有するガイド部材６は、プローブホルダ３と同様の絶縁性材料によって形成される。

図６は、プローブユニット１が組み立てられた状態（図１の状態）におけるガイド部材６の近傍の構成を示す部分断面図である。また、図７は、図６のＣ部拡大図である。図６および図７に示すように、ガイド部材６には、プローブ２の本体部２１の先端を所定の位置へ案内するガイド孔６ａが板厚方向に貫通して形成されている。ガイド孔６ａの径Ｒ_Gは、プローブ２の本体部２１の径Ｒ₁よりも大きく、挿通孔８３ａの径r₅よりも小さい（Ｒ₁＜Ｒ_G＜ｒ₅）。ガイド孔６ａの中心軸は、配線基板５に埋め込まれたリード線４の中心軸と一致している。この結果、プローブ２の本体部２１の先端をリード線４の端面の中心に接触させることができるため、プローブ２とリード線４との正確なコンタクトを実現することができる。

プローブホルダ３、配線基板５、およびガイド部材６は、配線基板５の底面側からプローブホルダ３の連結部材９まで挿通可能なねじ部材（図示せず）によって締結されている。この締結を行う際には、所定の位置決めピンを用いることによって各部材の相互の位置決めを行うようにすればより好ましい。

このように、ガイド部材６は配線基板５に固設されているため、プローブホルダ３に対してプローブ２を取り付ける際には、ガイド孔６ａを通す必要がない。このため、プローブホルダ３へのプローブ２の挿抜が容易である。また、プローブ２のプローブホルダ３への取り付けの容易性を考慮しなくてよい分、ガイド孔６ａの径をより小さくすることも可能となり、配線基板５に対するプローブ２の先端の位置決め精度を一段と向上させることができる。

なお、図７では、第５プレート８３の挿通孔８３ａとガイド部材６のガイド孔６ａの中心軸が異なる場合を図示したが、図８に示す第５プレート８４の挿通孔８４ａのように、ガイド孔６ａと同軸的に連通する構成としてもよい。この場合、挿通孔８４ａの径ｒ₆は、ガイド孔６ａの径Ｒ_Gよりも大きい（Ｒ_G＜ｒ₆）。第５プレート８４の上記以外の構成は、第５プレート８３と同じである。

また、プローブホルダ３の各挿通孔の径を調整することによってプローブ２の配線基板５に対する十分な位置決め精度を実現することが可能な場合には、プローブホルダ３と配線基板５との間にガイド部材６を介在させることなく、プローブホルダ３と配線基板５とを直接積層する構成としてもよい。

プローブユニット１を用いて回路基板の電気特性検査を行う際には、プローブユニット１をプローバと呼ばれる治具に装着し、配線基板５のリード線４を検査用の信号を生成する信号処理装置に接続する。プローバに装着されたプローブユニット１は、図１と上下が逆転した状態となる。検査対象の回路基板をプローバの下方に位置する受け台に載置し、プローバと受け台との位置決めを行った後、プローバを所定の位置まで下降させていき、ヘッド側プレート７から外部へ突出するプローブ２の端部を、回路基板に設けられた接続用電極に接触させる。その後、信号処理回路から検査用の信号を送出し、検査を行う。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、導電性材料から成り、ワイヤ状をなす本体部と、絶縁性材料から成り、前記本体部の長手方向の中心部を含む領域であって前記本体部の両端部を含まない領域の表面を被覆する絶縁被膜と、を備え、前記絶縁被膜の端部は、前記本体部の長手方向の中心部に向けて径が徐々に大きくなるテーパ状をなすことにより、自身の径と同程度の径を有する孔に対する挿抜を容易にかつ円滑に行うことができるプローブおよび当該プローブを備えたプローブユニットを提供することができる。

ここまで、本発明を実施するための最良の形態を詳述してきたが、本発明は上述した一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、ガイド部材のガイド孔は、ガイド孔６ａのようなストレート孔である必要はなく、それ以外の形状を有していてもよい。図９および図１０は、ガイド孔の別な構成例を示す図である。図９に示すガイド部材１６が有するガイド孔１６ａは、プローブ２が挿入される側の開口面を最大径として徐々に径が小さくなるテーパ部１６ｂと、テーパ部１６ｂの最小径と同じ径を有する小径部１６ｃとから成る。なお、小径部１６ｃの径は、ガイド部材６のガイド孔６ａの径Ｒ_Gと同程度であればよい。このように、プローブホルダ３と対向するガイド部材の表面付近のガイド孔の径を広げることにより、プローブ２のガイド孔に対する挿抜を一段と容易に行うことが可能となる。

図１０に示すガイド部材２６も、プローブホルダ３と対向する側の表面付近のガイド孔の径を反対側の表面の径よりも大きくした構成を有している。図１０に示すガイド孔２６ａは、プローブホルダ３と対向する側に貫通され、最大径をする大径部２６ｂと、配線基板５と対向する側に貫通され、最小径を有する小径部２６ｃと、大径部２６ｂと小径部２６ｃとの間に介在して径が徐々に変化するテーパ部２６ｄとを有する。このような構成を有するガイド部材２６が、上述したガイド部材１６と同様に、プローブ２のガイド孔への挿抜を一段と容易にする効果を奏することは勿論である。

このように、本発明は、ここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す斜視図である。本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す部分分解図である。プローブホルダにおけるプローブの保持態様を示す図である。図３のＡ部拡大図である。図３のＢ部拡大図である。ガイド部材近傍の構成を示す部分断面図である。図６のＣ部拡大図である。第５プレートの別な構成例を示す図である。ガイド部材が有するガイド孔の別な構成例を示す図である。ガイド部材が有するガイド孔のさらに別な構成例を示す図である。

符号の説明

１プローブユニット
２プローブ
３プローブホルダ
４リード線
５配線基板
６、１６、２６ガイド部材
６ａ、１６ａ、２６ａガイド孔
７ヘッド側プレート
８配線側プレート
９連結部材
１６ｂ、２６ｄテーパ部
１６ｃ、２６ｃ小径部
２１本体部
２２絶縁被膜
２２ｔ端部
２６ｂ大径部
６１嵌合凹部
７１第１プレート
７１ａ、７２ａ、８１ａ、８２ａ、８３ａ、８４ａ挿通孔
７１ｂ、７２ｂ、８１ｂ、８２ｂ、８３ｂ凹部
７２第２プレート
８１第３プレート
８２第４プレート
８３、８４第５プレート
１０１、１０２、１０３、１０４ねじ部材
Ｇプローブ群

Claims

導電性材料から成り、ワイヤ状をなす本体部と、絶縁性材料から成り、前記本体部の長手方向の中心部を含む領域であって前記本体部の両端部を含まない領域の表面を被覆する絶縁被膜と、を有し、前記絶縁被膜の端部は、前記本体部の長手方向の中心部に向けて径が徐々に大きくなるテーパ状をなし、前記本体部の端部の表面が半球面状をなすプローブと、
前記プローブの端部のうち検査対象である回路基板と接触するヘッド側の端部付近を挿通する第１の挿通孔を有するヘッド側プレートと、
前記プローブの端部のうち前記回路基板に対して検査用の信号を供給する配線が設けられた配線基板と、
前記配線基板に接触する配線側の端部付近を挿通し、複数のプレートが板厚方向に積層されて成り、前記複数のプレートの各々は、前記第１の挿通孔の中心軸と異なるとともに互いに他と異なる中心軸を有する挿通孔を有する配線側プレートと、
前記ヘッド側プレートと前記配線側プレートとを連結する連結部材と、
前記プローブの先端を挿通して前記配線基板へ案内するガイド孔を有し、前記配線基板に固設されるとともに前記配線側プレートに積層されるガイド部材と、
を備え、
前記複数のプレートがそれぞれ有する前記挿通孔は、前記配線基板に近いほど径が小さいことを特徴とするプローブユニット。
前記第１挿通孔に挿通される前記プローブの端部において、前記絶縁被膜の端部は、前記第１挿通孔の内部へ進入していることを特徴とする請求項１記載のプローブユニット。