JP5165136B2 - プロービング装置 - Google Patents

Description

この発明は、電子部品が実装されたプリント配線基板（いわゆる回路基板）の多点波形測定を必要とする電気特性試験で用いるプロービング装置に関し、特に、隣接する狭ピッチ測定点の自動的なプロービングに好適なプロービング装置に関するものである。

例えば、特許文献１では、多点波形測定を必要とする回路基板の電気特性試験において人為的なミスを無くし、波形測定作業の効率化、波形測定精度の向上を企図して、プローブを測定点に接触設定するプロービングの自動化を図ったプロービング装置が提案されている。

すなわち、特許文献１に開示されたプロービング装置は、（１）被測定物である回路基板における電子部品と回路基板との接触部であるパッドに接触可能なプローブと、（２）プローブを垂直に把持して三次元動作可能なプローブ位置あわせ装置と、（３）プローブ位置合わせ装置を制御するプローブ位置合わせ制御装置と、（４）プローブ位置合わせ制御装置とデータインターフェースを有し、回路基板の配置配線設計データを有するＣＡＤと、（５）プローブに接続され、波形測定と表示を行う波形測定装置と、（６）波形測定装置に接続され、波形測定データを処理する波形データ収集装置と、（７）プローブ位置あわせ装置による波形測定対象のパッドへのプロービングを視覚情報である画像データとして検出する視覚センサーと、（８）視覚センサーから入力される前記画像データに基づきプローブ位置合わせ制御用データを出力する画像データ処理装置と、（９）波形測定対象のパッドへのプロービングを圧力データとして検出する圧力センサーと、（１０）圧力センサーから入力される前記圧力データに基づきプローブ位置合わせ制御用データを出力する圧力データ処理装置と、を備えている。

この特許文献１に開示されるプロービング装置では、プローブ位置合わせ制御装置が、まず、ＣＡＤにて設計された回路基板の配置配線データに基づきプローブ位置合わせ制御用データを生成し、それに基づきプローブ位置合わせ装置を制御して目的場所へのプロービングを行う。

すると、視覚センサーにて画像が取得されるので、プローブ位置合わせ制御装置は、画像データ処理装置が生成するプローブ位置合わせ制御用データに基づき、プローブ位置の基板平行面の補正データを生成する。また、圧力センサーにてプローブ加圧量が取得されるので、プローブ位置合わせ制御装置は、圧力データ処理装置が生成するプローブ位置合わせ制御用データに基づき、プローブ位置の高さ方向の補正データを生成する。

プローブ位置合わせ制御装置は、以上のように生成したプローブ位置の基板平行面の補正データ、高さ方向の補正データを基にプローブ位置合わせ装置を再度制御する。この動作が、プロービング状態が最適な状態になるまで繰り返される。

プロービング状態が最適になった状態で、波形測定装置がプローブから取得した電気信号波形を測定し、その波形測定データを波形データ収集装置が保存する、という動作が行われる。

特開平８−５０１６３号公報

しかしながら、上記した従来のプロービング装置では、Ｘ・Ｙ・Ｚの３軸方向動作が可能なプローブ位置合わせ装置を２台以上用いてプロービングするため、隣接する狭ピッチの測定点を計測する際に、プローブ位置合わせ装置同士が接触しプロービングできないことが起こるという問題がある。

また、上記した従来のプロービング装置では、視覚センサーと画像データ処理装置、圧力センサーと圧力データ処理装置を必要とするので、高価なものになる。加えて、最適なプロービング状態を取得するために、何回も補正処理が必要になるので、制御が複雑化するという問題もある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、多点波形測定を必要とする電子部品の電気特性試験において、安価な構成で、かつ簡易な制御によって、被測定物測定点間が狭ピッチであっても、接触の問題なく自動的にプロービングが可能なプロービング装置を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、この発明にかかるプロービング装置は、測定基台のＸＹ面である配置面に位置決め載置される被測定物用回路基板が有する多数の被測定物測定点のそれぞれに、下方端が接触した状態でＺ軸方向に垂直に固定支持される多数の両端コンタクトプローブと、裏面に裏面パッドが前記多数の被測定物測定点と１対１の関係で配置され、表面のＹ軸方向一方端側に第１の表面信号パッド及び第１の表面ＧＮＤパッドがＸ軸方向に沿って所定個数配置され、表面のＹ軸方向他方端側に第２の表面信号パッド及び第２の表面ＧＮＤパッドがＸ軸方向に沿って所定個数配置される測定用回路基板であって、前記多数の裏面パッドが前記多数の両端コンタクトプローブの上方端に接触するように配置される測定用回路基板と、前記測定基台の配置面におけるＹ軸方向の一方端側において、前記第１の表面信号パッド及び第１の表面ＧＮＤパッドをプロービングする第１のプローブ及び第１のコンタクトプローブをＸ軸とＺ軸の２軸方向に移動可能にする構成を備える第１の移動機構と、前記測定基台の配置面におけるＹ軸方向の他方端側において、前記第２の表面信号パッド及び第２の表面ＧＮＤパッドをプロービングする第２のプローブ及び第２のコンタクトプローブをＸ軸とＺ軸の２軸方向に移動可能にする構成を備える第２の移動機構と、前記第１のプローブと前記第２のプローブとがそれぞれ取得した電気信号の少なくとも波形測定を行う波形測定装置と、記憶装置から取得した前記測定用回路基板の表面におけるパッド位置座標に基づき前記第１及び第２の移動機構を制御し、第１のプローブ及び第１のコンタクトプローブをＸ軸とＺ軸のうちの少なくともＺ軸方向に移動させるとともに第２のプローブ及び第２のコンタクトプローブをＸ軸とＺ軸のうちの少なくともＺ軸方向に移動させ、併せて前記波形測定装置に対する波形測定指示を出力する制御部とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、多点波形測定を必要とする電子部品の電気特性試験において、安価な構成で、かつ簡易な制御によって、被測定物測定点間が狭ピッチであっても、接触の問題なく自動的にプロービングが可能になるという効果を奏する。

図１は、この発明の一実施の形態によるプロービング装置の機械的及び電気的な全体構成を示す図である。 図２は、図１に示すＺ軸エアーシリンダのこの実施の形態に関わる部分の構成例を示した図である。 図３は、図１に示す測定用回路基板のＳ面（裏面）におけるパッド等の配置内容を説明する平面図である。 図４は、図１に示す測定用回路基板のＣ面（表面）におけるパッド等の配置内容を説明する平面図である。 図５は、図１に示す測定用回路基板のＣ面（表面）にパッドのＸ軸方向への位置ズレを説明する平面図である。 図６は、図１に示す測定用回路基板ＣＡＤ図面の生成手順を説明するフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明にかかるプロービング装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施の形態によるプロービング装置の機械的及び電気的な全体構成を示す図である。なお、図１では、紙面左右方向がＹ軸方向であり、紙面上下方向がＺ軸方向であり、紙面垂直方向がＸ軸方向である。

（プロービング装置１００の特徴）
図１に示すプロービング装置１００は、多点波形測定を必要とする被測定物１の電気特性試験を行う場合に、被測定物１が有する多数（数個〜数百個程度）の被測定物測定点２に、従来例のようにプローブ位置合わせ装置を用いてプローブを個別に直接接触設定するのではなく、予め両端コンタクトプローブ３を接触設定しておく方式によって、多数の被測定物測定点２の測定を、被測定物測定点間が狭ピッチであっても、接触の問題なく自動的にプロービングして対象測定点の全ての連続測定が可能な構成になっている。

（プロービング装置１００の構成）
図１において、被測定物１は、電子部品が実装されている回路基板（被測定物用回路基板）である。被測定物１は、測定基台４の配置面（ＸＹ面）に位置決めして載置されている。測定基台４の配置面上において、被測定物１の位置決め載置領域を囲む外周囲に、所定高さの支持構造体５が配置されている。

支持構造体５の内部では、支持構造体５の側壁を高さ方向に２つに分けた位置に、上記の両端コンタクトプローブ３を垂直に固定支持する矩形板状の両端コンタクトプローブホルダ７が固定されている。そして、支持構造体５の上端開口部には、測定用回路基板８が載置固定される構成である。

支持構造体５は、操作レバー６によって、上方に持ち上げて下方端に被測定物１を挿入できる隙間を作り、下方に押し下げて被測定物１の位置決め載置領域を囲む外周囲に固定配置できる構成である。作業者が操作レバー６で解除操作する等の外的要因が加わらない限り、この固定配置状態は維持される構成である。

測定用回路基板８の裏面（以降、「Ｓ面」と記す）には、多数のＳ面パッド９が配置されている。Ｓ面パッド９の配置態様および個数は、被測定物１に必要とされる被測定物測定点２の配置態様および個数に応じて、基本的には１対１の関係で設けられている。

支持構造体５の上端開口部にこの測定用回路基板８を載置固定すると、両端コンタクトプローブ３の上方端がＳ面パッド９に接触設定される構成になっている。この状態で支持構造体５を被測定物１の位置決め載置領域を囲む外周囲に固定配置すると、両端コンタクトプローブ３の下方端が被測定物測定点２に接触設定される構成になっている。

測定用回路基板８の表面（以降、「Ｃ面」と記す）には、Ｙ軸方向の一方端側にＣ面信号パッド１０ａとＣ面ＧＮＤパッド１１ａとが、近接してＸ軸方向に沿って所定数、１対１の関係で並置され、Ｙ軸方向の他方端側にＣ面信号パッド１０ｂとＣ面ＧＮＤパッド１１ｂとが、近接してＸ軸方向に沿って所定数、１対１の対応関係で並置されている。

そして、支持構造体５のＹ軸方向両側に、測定用回路基板８のＣ面に設けた「信号パッド１０ａ、ＧＮＤパッド１１ａ」の組と「信号パッド１０ｂ、ＧＮＤパッド１１ｂ」の組とをプロービングする「プローブ１２ａ、コンタクトプローブ１３ａ」の組と「プローブ１２ｂ、コンタクトプローブ１３ｂ」の組とを、それぞれ別個独立に、Ｘ軸とＺ軸の２軸方向に移動操作する移動機構（第１及び第２の移動機構）が設けられている。

（支持構造体５のＹ軸方向の一方端側での移動機構（第１の移動機構）の構成）
第１の移動機構は、プローブホルダ１４ａ、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａ、Ｚ軸ホルダ２０ａ及びＸ軸スライダ２５ａの全体で構成されている。以下、それらの関連構成を説明する。

すなわち、支持構造体５のＹ軸方向の一方端側では、Ｃ面信号パッド１０ａをプロービングするプローブ１２ａと、Ｃ面ＧＮＤパッド１１ａをプロービングするコンタクトプローブ１３ａとが、それぞれＬ字状のプローブホルダ１４ａの水平部を上下方向に貫通して垂直に固定保持されている。プローブ１２ａの上端部は、信号ケーブル１７ａを介して波形測定装置１８の一方の信号入力端に接続されている。

プローブ１２ａは、そのプローブＧＮＤ１５ａがＬ字状のプローブホルダ１４ａの水平部に位置するように固定保持されている。この実施の形態では、Ｌ字状のプローブホルダ１４ａを非導電性の部材で形成しているため、プローブＧＮＤ１５ａは、プローブＧＮＤ線１６ａによってコンタクトプローブ１３ａと接続されて電気的導通を確保している。なお、Ｌ字状のプローブホルダ１４ａを導電性の部材で形成する場合は、Ｌ字状のプローブホルダ１４ａがプローブＧＮＤ線１６ａと同等の電気的導通を確保できる場合に限り、プローブＧＮＤ線１６ａの接続を省略することができる。

Ｌ字状のプローブホルダ１４ａの垂直部は、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａの上下可動部１９ａ２に固定支持され、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａのボディ部１９ａ１は、柱状のＺ軸ホルダ２０ａに固定支持されている。そして、Ｚ軸ホルダ２０ａは、Ｘ軸スライダ２５ａのＸ軸スライダ可動部２５ａ２上面に直立した状態で固定支持されている。このＸ軸スライダ２５ａのＸ軸スライダ可動部２５ａ２は、Ｘ軸スライダボディ部２５ａ１に配置面上をＸ軸方向に移動可能に支持されている。Ｘ軸スライダボディ部２５ａ１は、測定基台４に位置決め固定されている。

ここで、図２を参照してＺ軸エアーシリンダ１９ａの具体的な構成について説明する。図２は、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａのこの実施の形態に関わる部分の構成例を示した図である。なお、Ｚ軸エアーシリンダ１９ｂも同じ構成になっている。

図２に示すように、上下可動部１９ａ２は、左右反転Ｌ字形状をしており、ボディ部１９ａ１とはロッド４０で固定支持されている。上下可動部１９ａ２の外装でＸ軸方向片面に、ストッパー３９が固定支持されると伴に、Ｙ軸方向背面にＬ字状のプローブホルダ１４ａの垂直部が固定支持されている。また、上下可動部１９ａ２の内装には位置検知用小型磁石３２ａが所定場所に備えつけられ、左右反転Ｌ字下端部とロッド４０の間には衝撃吸収用のバネが備えつけられている。また、上下可動部１９ａ２は、ボディ部１９ａ１に内蔵されるピストン機構の上下動と連動してボディ部１９ａ１に案内される形で上下動する構成である。

ボディ部１９ａ１は、上端側に図１に示した位置検知用電子機器３３ａが配置され、更にその上側にアジャスター付きの上端ストッパー３６ａが配置されている。また、ボディ部１９ａ１は、下端側に図１に示した位置検知用電子機器３３ｃが配置され、更にその下側にアジャスター付きの下端ストッパー３６ｂが配置されている。更に、ボディ部１９ａ１には、圧縮空気入出力口３５ａ，３５ｂが設けられている。更にピストン機構の上下動を行うロッド４０が配置されている。

上端ストッパー３６ａと下端ストッパー３６ｂは、それぞれ同様の構成である。上下可動部１９ａ２が降下し停止する際は、ストッパー３９の下端に下端ストッパー３６ｂが当接して停止する。また、上下可動部１９ａ２が上昇し停止する際は、上下可動部１９ａ２の上端が上端ストッパー３６ａに当接して停止する。上端ストッパー３６ａと下端ストッパー３６ｂは、上下可動部１９ａ２が、最上端側に移動したときの停止位置と最下端側に移動したときの停止位置とを規定するとともに、その停止位置を微調整できるようになっている。最上端側と最下端側の停止位置は、それぞれ測定を始める前のセットアップ時に予め設定される。

位置検知用電子機器３３ａ，３３ｃは、それぞれ、近接位置に在る位置検知用小型磁石３２ａの存在を検知するセンサーやスイッチなどであって、取付位置を任意に調整できるようになっている。測定を始める前のセットアップ時に、位置検知用電子機器３３ａは、上下可動部１９ａ２が上昇し、上端ストッパー３６ａに当接して停止した際に位置検知用小型磁石３２ａと対面する位置に調節設定される。また、位置検知用電子機器３３ｃは、上下可動部１９ａ２が降下し、ストッパー３９の下端に下端ストッパー３６ｂが当接して停止した際に位置検知用小型磁石３２ａと対面する位置に調節設定される。

図２に示す位置検知用電子機器３３ａ，３３ｃは、図１に示す位置検知用リード線３４ａ，３４ｃを介してエアー制御装置２２の一方端側の位置検知モニタ端にそれぞれ接続されている。また、図２に示す圧縮空気入出力口３５ａ，３５ｂは、図１に示すエアーチューブ２１ａ，２１ｃを介してエアー制御装置２２の一方端側の制御用圧縮空気入出力端にそれぞれ接続されている。

（支持構造体５のＹ軸方向の他方端側での移動機構（第２の移動機構）の構成）
第２の移動機構は、プローブホルダ１４ｂ、Ｚ軸エアーシリンダ１９ｂ、Ｚ軸ホルダ２０ｂ及びＸ軸スライダ２５ｂの全体で構成されている。以下、それらの関連構成を説明する。

すなわち、支持構造体５のＹ軸方向の他方端側では、Ｃ面信号パッド１０ｂをプロービングするプローブ１２ｂと、Ｃ面ＧＮＤパッド１１ｂをプロービングするコンタクトプローブ１３ｂとが、それぞれＬ字状のプローブホルダ１４ｂの水平部を上下方向に貫通して垂直に固定保持されている。プローブ１２ｂの上端部は、信号ケーブル１７ｂを介して波形測定装置１８の他方の信号入力端に接続されている。

プローブ１２ｂは、そのプローブＧＮＤ１５ｂがＬ字状のプローブホルダ１４ｂの水平部に位置するように固定保持されている。この実施の形態では、Ｌ字状のプローブホルダ１４ｂを非導電性の部材で形成しているため、プローブＧＮＤ１５ｂは、プローブＧＮＤ線１６ｂによってコンタクトプローブ１３ｂと接続されて電気的導通を確保している。なお、Ｌ字状のプローブホルダ１４ｂを導電性の部材で形成する場合は、Ｌ字状のプローブホルダ１４ｂがプローブＧＮＤ線１６ｂと同等の電気的導通を確保できる場合に限り、プローブＧＮＤ線１６ｂの接続を省略することができる。

Ｚ軸エアーシリンダ１９ｂは、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａと同様に図２の構成を有している。Ｌ字状のプローブホルダ１４ｂの垂直部は、Ｚ軸エアーシリンダ１９ｂの上下可動部１９ｂ２に固定支持され、Ｚ軸エアーシリンダ１９ｂのボディ部１９ｂ１は、柱状のＺ軸ホルダ２０ｂに固定支持されている。そして、Ｚ軸ホルダ２０ｂは、Ｘ軸スライダ２５ｂのＸ軸スライダ可動部２５ｂ２上面に直立した状態で固定支持されている。このＸ軸スライダ２５ｂのＸ軸スライダ可動部２５ｂ２は、Ｘ軸スライダボディ部２５ｂ１に配置面上をＸ軸方向に移動可能に支持されている。Ｘ軸スライダボディ部２５ｂ１は、測定基台４に位置決め固定されている。

Ｚ軸エアーシリンダ１９ｂの上下可動部１９ｂ２は、衝撃吸収機能と位置検知用小型磁石３２ｂとを有している。Ｚ軸エアーシリンダ１９ｂのボディ部１９ｂ１は、上端側に、上下可動部１９ｂ２の最上端停止位置を微調整できるアジャスター付きの上端ストッパーと位置検知用電子機器３３ｂとが配置され、下端側に位置検知用電子機器３３ｄと上下可動部１９ｂ２の最下端停止位置を微調整できるアジャスター付きの下端ストッパーとが配置されている。上下可動部１９ｂ２の最上端停止位置及びの最下端停止位置は、それぞれ測定前のセットアップ時に設定される。また、位置検知用電子機器３３ｂ，３３ｄは、取付位置を任意に調整できるようになっている。測定前のセットアップ時に、位置検知用電子機器３３ｂは、上下可動部１９ｂ２が上端ストッパーに当接した状態で位置検知用小型磁石３２ｂと対面する位置に設定され、また位置検知用電子機器３３ｄは、上下可動部１９ｂ２がストッパーの下端に下端ストッパーが当接した状態で位置検知用小型磁石３２ｂと対面する位置に設定される。

位置検知用電子機器３３ｂ，３３ｄは、位置検知用リード線３４ｂ，３４ｄを介してエアー制御装置２２の他方端側の位置検知モニタ端にそれぞれ接続されている。また、ボディ部１９ｂ１に設けた圧縮空気入出力口は、エアーチューブ２１ｂ，２１ｄを介してエアー制御装置２２の他方端側の制御用圧縮空気入出力端にそれぞれ接続されている。そしてＺ軸ホルダ２０ｂは、Ｘ軸スライダ２５ｂのＸ軸スライダ可動部２５ｂ２上面に直立した状態で固定支持されている。Ｘ軸スライダ２５ｂのＸ軸スライダ可動部２５ｂ２は、Ｘ軸スライダボディ部２５ｂ１に配置面上をＸ軸方向に移動可能に支持されている。Ｘ軸スライダボディ部２５ｂ１は、測定基台４に位置決め固定されている。

（移動機構制御装置の構成）
移動機構制御装置は、エアー制御装置２２、エアー圧調整装置２３、エアー圧縮装置２４及び駆動軸制御装置２７の全体で構成されている。エアー制御装置２２の圧縮空気入力端は、エアーチューブ２１ｅを介してエアー圧調整装置２３の圧縮空気噴き出し端に接続されている。エアー圧調整装置２３の圧縮空気入力端は、エアーチューブ２１ｆを介してエアー圧縮装置２４の圧縮空気噴き出し端に接続されている。そして、駆動軸制御装置２７の一方の制御出力端が制御ケーブル２６ａを介してＸ軸スライダボディ部２５ａ１に接続され、他方の制御出力端が制御ケーブル２６ｂを介してＸ軸スライダボディ部２５ｂ１に接続されている。

波形測定装置１８とエアー制御装置２２と駆動軸制御装置２７とは、それぞれ計算機２８からの制御指示に従って動作する。また、エアー圧調整装置２３は、エアーチューブ２１ｆを介してエアー圧縮装置２４から供給される圧縮空気の圧力を調整する機能を有し、その圧縮空気圧調整後の均一な圧力の圧縮空気をエアーチューブ２１ｅを介してエアー制御装置２２に供給する。

計算機２８が有する記憶装置２９には、測定用回路基板ＣＡＤ図面３０と試験対象測定パッド情報３１とが格納されている。測定用回路基板ＣＡＤ図面３０は、測定用回路基板８のＣ面におけるパッド位置座標を取り出すためのものである。試験対象測定パッド情報３１は、測定用回路基板８の試験項目別に対応したＣ面における試験対象パッド情報を取り出すためのものである。

（プロービング装置１００の動作）
Ｚ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂの上下可動部１９ａ２，１９ｂ２は、初期状態や測定終了時では、ボディ部１９ａ１，１９ｂ１の上端側に設けてある上端ストッパーによる停止位置に退避するようになっている。

まず、測定用回路基板８を載置固定した支持構造体５では、内部に垂直保持する両端コンタクトプローブ３の上方端が測定用回路基板８のＳ面パッド９に接触設定されている。操作レバー６を操作して支持構造体５を持ち上げて、下端下方にできた隙間から被測定物１を挿入して測定基台４の位置決め載置領域にセットし、操作レバー６を操作して支持構造体５を押し下げて測定基台４の配置面に固定配置する。すると、両端コンタクトプローブ３の下方端は、被測定物１の被測定物測定点２に接触設定した状態になる。この状態において、計算機２８に被測定物１の電気特性試験を開始させる。なお、ここでは、理解を容易にするため、Ｙ軸方向の両側に設けてある移動機構は、同一に同時に駆動されるとして説明する。

計算機２８は、記憶装置２９に格納される測定用回路基板ＣＡＤ図面３０と試験対象測定パッド情報３１とを読み込み、試験対象測定パッド情報３１から取り出した測定用回路基板８の試験項目別に対応したＣ面における試験対象パッド情報に従って、測定用回路基板ＣＡＤ図面３０から測定用回路基板８のＣ面におけるパッド位置座標を取り出し、それに基づき、まず、駆動軸制御装置２７に移動機構の制御を指示する。

すなわち、計算機２８は、試験対象測定パッド上にプローブ１２ａ，１２ｂが移動できるように、駆動軸制御装置２７に制御指示を出力する。駆動軸制御装置２７は、計算機２８の指示に従ってＸ軸スライダ２５ａ，２５ｂを駆動し、Ｚ軸ホルダ２０ａ，２０ｂがＸ軸方向に移動して試験対象測定パッド上にプローブ１２ａ，１２ｂが到着すると、Ｘ軸スライダ２５ａ，２５ｂの駆動を停止し、計算機２８に完了を通知する。

次に、計算機２８は、エアー制御装置２２に移動機構の制御を指示する。エアー制御装置２２は、計算機２８の指示に従って、エアー圧調整装置２３から取り入れた圧縮空気をエアーチューブ２１ａ，２１ｂを介してＺ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂのボディ部１９ａ１，１９ｂ１に圧送し、エアーチューブ２１ｃ，２１ｄを介してＺ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂのボディ部１９ａ１，１９ｂ１から送られてくる圧縮空気を開放する。これによって、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂの上下可動部１９ａ２，１９ｂ２は、垂直に降下する。つまり、プローブ１２ａ，１２ｂ及びコンタクトプローブ１３ａ，１３ｂが、測定用回路基板８のＣ面信号パッド１０ａ，１０ｂ及びＣ面ＧＮＤパッド１１ａ，１１ｂに向かって降下する。

そして、第１にコンタクトプローブ１３ａ，１３ｂが測定用回路基板８のＣ面ＧＮＤパッド１１ａ，１１ｂに接触し、次に、プローブ１２ａ，１２ｂが測定用回路基板８のＣ面信号パッド１０ａ，１０ｂに接触するとＺ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂの上下可動部１９ａ２，１９ｂ２は、衝撃を吸収しながら下降を続け、ボディ部１９ａ１，１９ｂ１の下端ストッパーにストッパーの下端が当接して停止する。これによって、位置検知用小型磁石３２ａ，３２ｂは、位置検知用電子機器３３ｃ，３３ｄが捕捉可能な位置に位置するので、位置検知用電子機器３３ｃ，３３ｄは、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂの下降完了を検知し、位置検知用リード線３４ｃ、３４ｄを介してエアー制御装置２２に下降完了を検知する。

エアー制御装置２２は、下降完了の通知を受け取ると、計算機２８に通知する。すると計算機２８は、エアー制御装置２２に対して圧縮空気の圧送と開放を止める制御指示を出す。エアー制御装置２２は、指示に従って、圧縮空気の流動を止め、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂにその降下停止位置を保持させる。

計算機２８は、エアー制御装置２２から完了通知を受け取ると、波形測定装置１８に波形測定指示を出力する。この状態で、外部から被測定物１に電源印加と電気信号を供給する。試験対象測定パッドである被測定物測定点２に現れる電気信号は、両端コンタクトプローブ３を介して測定用回路基板８のＳ面パッド９に伝達される。測定用回路基板８では、図３と図４とに示す構成によって、Ｓ面パッド９に伝達された電気信号は、図１に示すＣ面信号パッド１０ａ，１０ｂに伝達されるので、Ｃ面信号パッド１０ａ，１０ｂに接触しているプローブ１２ａ，１２ｂが電気信号を捕捉し、信号ケーブル１７ａ，１７ｂを介して波形測定装置１８に送られる。これによって、波形測定装置１８は、プローブ１２ａ，１２ｂから入力する被測定物１の被測定物測定点２での信号による波形測定と表示とを行い、測定データを計算機２８に与える。以上の動作を繰り返すことで、対象測定点の全てを連続して測定することができる。

一方、波形測定後のＺ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂの復帰は、計算機２８がエアー制御装置２２に移動機構の制御を指示することで開始される。すなわち、エアー制御装置２２は、計算機２８の指示に従って、エアー圧縮調整装置２３から圧縮空気を取り込み、それをエアーチューブ２１ｃ、２１ｄを介してＺ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂに圧送し、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂからエアーチューブ２１ａ，２１ｂを介して送られてくる圧縮空気を開放する。これによって、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂの上下可動部１９ａ２，１９ｂ２は、垂直に上昇し、第１にプローブ１２ａ，１２ｂが測定用回路基板８のＣ面信号パッド１０ａ，１０ｂから離脱する。第２にコンタクトプローブ１３ａ，１３ｂが測定用回路基板８のＣ面ＧＮＤパッド１１ａ，１１ｂから離脱する。

そして、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂの上下可動部１９ａ２，１９ｂ２が上端ストッパーに到達すると、位置検知用小型磁石３２ａ，３２ｂは、位置検知用電子機器３３ａ，３３ｂが捕捉可能な位置に位置するので、位置検知用電子機器３３ａ，３３ｂは、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂの上下可動部１９ａ２，１９ｂ２の上昇完了を検知し、位置検知用リード線３４ａ、３４ｂを介してエアー制御装置２２に上昇完了を通知する。エアー制御装置２２は、上昇完了の通知を受け取ると、計算機２８に通知する。すると、計算機２８は、エアー制御装置２２に対して圧縮空気の圧送と開放を止める制御指示を出す。エアー制御装置２２は、指示に従って、圧縮空気の流動を止め、Ｚ軸エアーシリンダ１９ａ，１９ｂにその上昇を停止した所定の高さ位置を保持させる。

（測定用回路基板８の構成）
図３は、図１に示す測定用回路基板のＳ面（裏面）におけるパッド等の配置内容を説明する平面図である。図４は、図１に示す測定用回路基板のＣ面（表面）におけるパッド等の配置内容を説明する平面図である。図５は、図１に示す測定用回路基板のＣ面（表面）に配置するパッドのＸ軸方向への位置ズレを説明する平面図である。

図３、図４に示すように、Ｓ面とＣ面との間の信号経路として、Ｙ軸方向幅を２等分割する基板中心線４１に沿ってＸ軸方向にビアまたはスルーホール４２ａ，４２ｂ，４２ｃが所定の間隔を置いて設けられる。ビアまたはスルーホール４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、Ｃ面において信号配線４６に繋がっている。

図３に示す測定用回路基板８のＳ面では、９ａ〜９ｅの５個のＳ面パッドが示されている。そのうち、Ｓ面パッド９ａ，９ｂ，９ｃは、信号用のパッドであり、Ｓ面パッド９ｄ，９ｅは、ＧＮＤ用のパッドである。これらは、共に両端プローブコンタクト３の上方端と接触可能な面積を有している。

３つの信号用パッドのうち、Ｓ面パッド９ｂ，９ｃは、ビアまたスルーホール４２ｂ，４２ｃから離れた位置に設けられているので、信号配線４６で接続される。Ｓ面パッド９ａは、ビアまたスルーホール４２ａ上に配置されるので、信号配線は不要となる。このように、Ｓ面に設ける信号用パッドは、信号配線により対応するビアまたはスルーホールに接続することを原則とする。

また、測定用回路基板８のＣ面は、基板中心線４１を中心に、ビアまたはスルーホール４２ａ，４２ｂ，４２ｃを除き、左右対称に構成されている。基板中心線４１から左方では、左端側（Ｙ軸方向の一方端側）において、内側に信号パッド中心線４４ａが、外側にＧＮＤパッド中心線４５ａがそれぞれ定められている。同様に基板中心線４１から右方では、右端側（Ｙ軸方向の他方端側）において、内側に信号パッド中心線４４ｂが、外側にＧＮＤパッド中心線４５ｂがそれぞれ定められている。

基板中心線４１から左方では、信号パッド中心線４４ａに沿ってＸ軸方向にＣ面信号パッド１０ａ，１０ｃ，１０ｅが所定の間隔を置いて設けられる。また、ＧＮＤパッド中心線４５ａに沿ってＸ軸方向にＣ面ＧＮＤパッド１１ａ，１１ｃ，１１ｅが所定の間隔を置いて設けられる。そして、Ｃ面信号パッド１０ａ，１０ｃ，１０ｅとビアまたはスルーホール４２ａ，４２ｂ，４２ｃとの間に、開放または短絡の処理を可能にする開放点４３ａが設けられる。また、必要に応じて擬似負荷４８ａが、例えばＣ面信号パッド１０ａと開放点４３ａとの間に設けられる。

Ｃ面信号パッド１０ａと擬似負荷４８ａとの接続、擬似負荷４８ａと開放点４３ａとの接続、Ｃ面信号パッド１０ｃ，１０ｅと開放点４３ａとの接続、及び開放点４３ａとビアまたはスルーホール４２ａ，４２ｂ，４２ｃとの接続は、それぞれ、信号配線４６を用いて行う。

また、基板中心線４１から右方では、信号パッド中心線４４ｂに沿ってＸ軸方向にＣ面信号パッド１０ｂ，１０ｄ，１０ｆが所定の間隔を置いて設けられる。また、ＧＮＤパッド中心線４５ｂに沿ってＸ軸方向にＣ面ＧＮＤパッド１１ｂ，１１ｄ，１１ｆが所定の間隔を置いて設けられる。そして、Ｃ面信号パッド１０ｂ，１０ｄ，１０ｆとビアまたはスルーホール４２ａ，４２ｂ，４２ｃとの間に、開放または短絡の処理を可能にする開放点４３ｂが設けられる。また、必要に応じて擬似負荷４８ｂが、例えばＣ面信号パッド１０ｂと開放点４３ｂとの間に設けられる。

Ｃ面信号パッド１０ｂと擬似負荷４８ｂとの接続、擬似負荷４８ｂと開放点４３ｂとの接続、Ｃ面信号パッド１０ｄ，１０ｆと開放点４３ｂとの接続、及び開放点４３ｂとビアまたはスルーホール４２ａ，４２ｂ，４２ｃとの接続は、それぞれ、信号配線４６を用いて行う。

次に、Ｓ面に設けるＧＮＤ用のパッドについては、例えば、Ｓ面パッド９ｄは、Ｓ面パッド９ｄ内にビアまたはスルーホール４２ｄを設け、測定用回路基板８の内層を通してＣ面ＧＮＤパッド１１ａ〜１１ｆの所定箇所に接続する。また、Ｓ面パッド９ｅは、ＧＮＤ配線４７でビアまたはスルーホール４２ｅに接続する。また、ビアまたはスルーホール４２ｅは、測定用回路基板８の内層を通してＣ面ＧＮＤパッド１１ａ〜１１ｆに接続されている。

ところで、Ｃ面信号パッド１０（ａ〜ｆ）とＣ面ＧＮＤパッド１１（ａ〜ｆ）とのＸ軸方向での配置関係では、同一ライン上にならず、ズレが生ずる場合がある。そこで、図５に示すように、信号パッド中心線４４上に配置されるＣ面信号パッド１０の中心基点４９のＸ１座標と、ＧＮＤ中心線４５上に配置されるＣ面ＧＮＤパッド１１の中心基点５０のＸ２座標との間のＸ座標変化量を、Ｃ面信号パッド１０とＣ面ＧＮＤパッド１１とのパッド間に関連付けして、Ｃ面信号パッド１０とＣ面ＧＮＤパッド１１とを配置するようにしてある。

（測定用回路基板８を以上のように構成したことによる作用・効果）
（１）両面コンタクトプローブ３との接触は、プロービング可能な面積を有するＳ面パッド９ａ〜９ｅとし、測定用回路基板８を両面コンタクトプローブ３が貫通しないので、測定用回路基板８のＣ面では、パッド領域、信号配線領域などを十分に確保することができる。

（２）両面コンタクトプローブ３を用いるので、片側コンタクトプローブを用いるときに必要なケーブル配線が不要になり、かつ電気信号を伝送する線路長が短くなる。また、測定用回路基板８のＣ面では、インピーダンス設計された信号配線が可能になるので、波形劣化を防止することができる。

（３）測定用回路基板８のＣ面は、基板中心線４１を中心に、ビアまたはスルーホール４２（ａ〜ｃ）を除き、左右対称に構成し、基板中心線４１上のビアまたはスルーホール４２（ａ〜ｃ）から信号配線４６を通して開放点４３ａ，４３ｂを設けるので、Ｃ面信号パッド１０（ａ〜ｆ）の開放が得られ、また、必要に応じて設けられる擬似負荷４８ａ，４８ｂの開放が得られる。

具体的に、開放点４３ａ，４３ｂの用い方を説明する。例えば、試験項目における波形測定において、要求される全ての試験項目で測定点を洗い出し、測定個所を検討する。その結果、波形測定としてＣ面信号パッド１０ｃはプロービングに使用するが、Ｃ面信号パッド１０ｄはプロービングに使用しないという場合、Ｃ面信号パッド１０ｃと信号配線４６で接続される開放点４３ａを予め短絡しておいてＣ面信号パッド１０ｃを直接ビアまたはスルーホール４２ｂに接続しておく。一方、Ｃ面信号パッド１０ｄと信号配線４６で接続される開放点４３ｂは、そのまま開放としておく。そうすると、Ｃ面信号パッド１０ｃにて測定される波形は、Ｃ面信号パッド１０ｄと信号配線４６で接続される開放点４３ｂを短絡させる場合と比べて、波形劣化を抑制することができる。

（４）信号パッド中心線４４ａ，４４ｂ上に、プロービング可能な面積を有するＣ面信号パッド１０（ａ〜ｆ）をパッド中心で配置させ、かつ、ＧＮＤ中心線４５ａ，４５ｂ上に、プロービング可能な面積を有するＣ面ＧＮＤパッド１１（ａ〜ｆ）をパッド中心で配置させるので、同一軸上での測定が可能になる。

（５）Ｃ面信号パッドとＣ面ＧＮＤパッドのＸ軸方向でのズレであるＸ座標変化量を、Ｃ面信号パッド１０とＣ面ＧＮＤパッド１１とのパッド間に関連付けして、Ｃ面信号パッド１０とＣ面ＧＮＤパッド１１とを配置するので、プローブホルダ１４ａ，１４ｂにて、プローブ１２ａ，１２ｂ及びコンタクトプローブ１３ａ，１３ｂを垂直に保持したままでのプロービング動作をＺ軸のみで容易に行うことができる。

（６）Ｓ面パッド９ａ，９ｂのように、隣接する測定点がある場合でも、基板中心線４１に沿ったビアまたはスルーホール４２（ａ〜ｃ）を通して最終的に、信号パッド中心線４４（ａ，ｂ）に沿う形態で、Ｓ面パッド９ａは、Ｃ面信号パッド１０（ａ，ｂ）へと接続され、Ｓ面パッド９ｂは、Ｃ面信号パッド１０（ｃ，ｄ）へと接続されるので、隣接しない測定点が得られる。つまり、狭ピッチの測定点においても接触させずにプロービングを行うことが可能になる。

（記憶装置２９に格納する測定用回路基板ＣＡＤ図面３０の生成）
図６は、図１に示す測定用回路基板ＣＡＤ図面３０の生成手順を説明するフローチャートである。図６において、測定用回路基板８の測定用回路基板設計６７は、被測定物１の被測定物用回路基板設計６１後の被測定物回路基板図面６２と、両端コンタクトプローブ３の両端コンタクトプローブ長データ６３と、両端コンタクトプローブ３の両端コンタクトプローブストローク長データ６４と、被測定物１の電気特性試験における制約条件として、測定点毎の線路長条件データ６５と、測定点毎の配線間隔条件データ６６とを、入力して設計する。

測定用回路基板設計６７は、被測定物回路基板図面６２をＣＡＤに入力することで、被測定物１の被測定物測定点２の位置情報を、測定用回路基板８のＳ面パッド９の位置情報として複写し設計することができる。

測定用回路基板設計６７は、両端コンタクトプローブ長データ６３と、両端コンタクトプローブストローク長データ６４と、測定点毎の線路長条件データ６５と、測定点毎の配線間隔条件データ６６とをＣＡＤに設計情報として入力することで、プロービング装置１００での波形測定における波形品質劣化を抑制した測定用回路基板８を設計できる。このとき、シミュレーションや伝送線路解析とリンクさせることで確認や微調整もできる。

測定用回路基板設計６７の後は、測定用回路基板ＣＡＤ図面３０を出力し、計算機２８が有する記憶装置２９に入力する。これによって、測定用回路基板ＣＡＤ図面３０を、プロービング装置１００に設置された測定用回路基板８のＣ面パッド１０の位置情報としてプロービング制御に使用できる。

以上説明したように、この実施の形態によれば、複数の被測定物測定点を有する被測定物の電気特性試験において、隣接する狭ピッチの測定点においても、Ｘ軸とＺ軸の２軸動作で自動プロービングが可能となる。また、両端コンタクトプローブを用い、測定用回路基板は、波形測定における波形品質劣化を抑制するように設計できるので、高精度な波形測定が可能になる。

そして、従来技術のような視覚センサーと画像データ処理装置、圧力センサーと圧力データ処理装置を必要としないので、安価な装置が実現でき、また、最適なプロービングを取得するための補正処理を必要としないので、簡易な制御でプロービングを行うことができる。

このプロービング装置は、測定基台のＸＹ面である配置面に位置決め載置される被測定物用回路基板が有する多数の被測定物測定点のそれぞれに、下方端が接触した状態でＺ軸方向に垂直に固定支持される多数の両端コンタクトプローブと、裏面に裏面パッドが前記多数の被測定物測定点と１対１の関係で配置され、表面のＹ軸方向一方端側に第１の表面信号パッド及び第１の表面ＧＮＤパッドがＸ軸方向に沿って所定個数配置され、表面のＹ軸方向他方端側に第２の表面信号パッド及び第２の表面ＧＮＤパッドがＸ軸方向に沿って所定個数配置される測定用回路基板であって、前記多数の裏面パッドが前記多数の両端コンタクトプローブの上方端に接触するように配置される測定用回路基板と、前記測定基台の配置面におけるＹ軸方向の一方端側において、前記第１の表面信号パッド及び第１の表面ＧＮＤパッドをプロービングする第１のプローブ及び第１のコンタクトプローブをＸ軸とＺ軸の２軸方向に移動可能にする構成を備える第１の移動機構と、前記測定基台の配置面におけるＹ軸方向の他方端側において、前記第２の表面信号パッド及び第２の表面ＧＮＤパッドをプロービングする第２のプローブ及び第２のコンタクトプローブをＸ軸とＺ軸の２軸方向に移動可能にする構成を備える第２の移動機構と、前記第１の移動機構と前記第２の移動機構とを別個独立に制御して、それぞれにＸ軸とＺ軸の２軸方向への移動動作を行わせる移動機構制御装置と、前記第１のプローブと前記第２のプローブとがそれぞれ取得した電気信号の少なくとも波形測定を行う波形測定装置と、記憶装置に格納される測定用回路基板ＣＡＤ図面から取得した前記測定用回路基板の表面におけるパッド位置座標に基づき前記移動機構制御装置に対する制御指示を出力し、併せて前記波形測定装置に対する波形測定指示を出力する計算機とを備えていることを特徴とする。

以上のように、この発明にかかるプロービング装置は、多点波形測定を必要とする電子部品の電気特性試験において、安価な構成で、かつ簡易な制御によって、測定点間が狭ピッチであっても、問題なくプロービングの自動化を図るのに有用である。

１００ プロービング装置
１ 被測定物（被測定物用回路基板）
２ 被測定物測定点
３ 両端コンタクトプローブ
４ 測定基台
５ 支持構造体
６ 操作レバー
７ 両端コンタクトプローブホルダ
８ 測定用回路基板
９，９ａ〜９ｄ Ｓ面パッド
１０，１０ａ〜１０ｆ Ｃ面信号パッド
１１，１１ａ〜１１ｆ Ｃ面ＧＮＤパッド
１２ａ，１２ｂ プローブ
１３ａ，１３ｂ コンタクトプローブ
１４ａ，１４ｂ プローブホルダ
１５ａ，１５ｂ プローブＧＮＤ
１６ａ，１６ｂ プローブＧＮＤ線
１７ａ，１７ｂ 信号ケーブル
１８ 波形測定装置
１９ａ，１９ｂ Ｚ軸エアーシリンダ
１９ａ１，１９ｂ１ ボディ部
１９ａ２，１９ｂ２ 上下可動部
２０ａ，２０ｂ Ｚ軸ホルダ
２１ａ〜２１ｆ エアーチューブ
２２ エアー制御装置
２３ エアー圧調整装置
２４ エアー圧縮装置
２５ａ，２５ｂ Ｘ軸スライダ
２５ａ１，２５ｂ１ Ｘ軸スライダボディ部
２５ａ２，２５ｂ２ Ｘ軸スライダ可動部
２６ａ，２６ｂ 制御ケーブル
２７ 駆動軸制御装置
２８ 計算機
２９ 記憶装置
３０ 測定用回路基板ＣＡＤ図面
３１ 試験対象測定パッド情報
３２ａ，３２ｂ 位置検知用小型磁石
３３ａ〜３３ｄ 位置検知用電子機器
３４ａ〜３４ｄ 位置検知用リード線
３５ａ，３５ｂ 圧縮空気入出力口
３６ａ アジャスター付きの上端ストッパー
３６ｂ アジャスター付きの下端ストッパー
３９ ストッパー
４０ ロッド
４１ 基板中心線
４２ａ〜４２ｅ ビアまたはスルーホール
４３ａ，４３ｂ 開放点
４４，４４ａ，４４ｂ 信号パッド中心線
４５，４５ａ，４５ｂ ＧＮＤパッド中心線
４６ 信号配線
４７ ＧＮＤ配線
４８ａ，４８ｂ 擬似負荷
４９ Ｃ面信号パッド中心基点
５０ Ｃ面ＧＮＤパッド中心基点

Claims (2)

1. 測定基台のＸＹ面である配置面に位置決め載置される被測定物用回路基板が有する多数の被測定物測定点のそれぞれに、下方端が接触した状態でＺ軸方向に垂直に固定支持される多数の両端コンタクトプローブと、
   裏面に裏面パッドが前記多数の被測定物測定点と１対１の関係で配置され、表面のＹ軸方向一方端側に第１の表面信号パッド及び第１の表面ＧＮＤパッドがＸ軸方向に沿って所定個数配置され、表面のＹ軸方向他方端側に第２の表面信号パッド及び第２の表面ＧＮＤパッドがＸ軸方向に沿って所定個数配置される測定用回路基板であって、前記多数の裏面パッドが前記多数の両端コンタクトプローブの上方端に接触するように配置される測定用回路基板と、
   前記測定基台の配置面におけるＹ軸方向の一方端側において、前記第１の表面信号パッド及び第１の表面ＧＮＤパッドをプロービングする第１のプローブ及び第１のコンタクトプローブをＸ軸とＺ軸の２軸方向に移動可能にする構成を備える第１の移動機構と、
   前記測定基台の配置面におけるＹ軸方向の他方端側において、前記第２の表面信号パッド及び第２の表面ＧＮＤパッドをプロービングする第２のプローブ及び第２のコンタクトプローブをＸ軸とＺ軸の２軸方向に移動可能にする構成を備える第２の移動機構と、
   前記第１のプローブと前記第２のプローブとがそれぞれ取得した電気信号の少なくとも波形測定を行う波形測定装置と、
   記憶装置から取得した前記測定用回路基板の表面におけるパッド位置座標に基づき前記第１及び第２の移動機構を制御し、第１のプローブ及び第１のコンタクトプローブをＸ軸とＺ軸のうちの少なくともＺ軸方向に移動させるとともに第２のプローブ及び第２のコンタクトプローブをＸ軸とＺ軸のうちの少なくともＺ軸方向に移動させ、併せて前記波形測定装置に対する波形測定指示を出力する制御部と、
   を備えることを特徴とするプロービング装置。
2. 前記制御部は、エアー圧調整装置及びエアー圧縮装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のプロービング装置。

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