JP5192899B2 - プローブ針及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に電子部品や基板などの導通検査に用いる検査用のプローブ針及びその製造方法に関し、特に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ためのプローブ針及びその製造方法に関する。

近年、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等が行われ、その電気特性の良否が検査されている。電気特性の良否の検査は、電気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ピン乃至針形状のプローブ針の先端を、被測定体である回路基板の電極に接触させることにより行われている（特許文献１を参照）。

こうした検査装置において、被測定体の電極材質や工程環境によってはその表面に酸化膜やフラックス等の絶縁膜が形成され易く、プローブ針を電極に単に接触させただけでは両者間の抵抗値が高過ぎて正確な検査ができないことがある。こうした問題に対し、先端部を従来の円錐形状から、少なくとも３本の稜線部を有する多角錐形状とし、その稜線部断面の鋭利度を小さくした先端構造が提案されている（特許文献２を参照）。こうした先端構造によれば、より接触を高めることができるとされている。
特開２００６−１７４５５号公報 特開平７−２８０８３７号公報

プローブ針を被測定体に接触させるときは、一般的に被測定体に対して垂直に荷重を加えて接触させるので、プローブ針はその先端が電極表面の酸化膜上から真っ直ぐに押し当てられる。上記のように、被測定体の電極材質や工程環境によっては被測定体の電極表面の酸化膜等が厚く強固な場合がある。このような場合、先端構造を鋭利にしたプローブ針であっても酸化膜を押し潰しながら突き刺さるだけで、プローブ針の先端が酸化膜の下にある金属部分に達し難く、良好な接触が得られず正確な測定ができないことがある。

本発明は、上記問題を解決したものであって、その目的は、被測定体の電極表面の酸化膜等が厚く強固な場合であっても電極に容易に達して良好な接触を図ることができるプローブ針及びそ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プローブ針は、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ためのプローブ針であって、該プローブ針の先端部が略円錐又は略角錐であり、前記電極に接触する頂点部が該プローブ針の軸からずれていることを特徴とする。

この発明によれば、プローブ針の頂点部がプローブ針の軸からずれるように構成したので、プローブ針が電極へ垂直に接触した後に荷重が加わることにより、プローブ針の頂点部が横方向（すなわちプローブ針の軸からプローブ針の頂点部の方向）にスライドする力が発生し、電極表面をプローブ針の先端部がスクラッチ（引っ掻く、傷つける）する。その結果、プローブ針の先端部が電極表面に形成されている酸化膜や汚れ等を削り取り、プローブ針が電気的に安定して電極に接触し、接触抵抗を抑えて安定した測定が可能となる。

本発明のプローブ針の好ましい態様は、前記プローブ針の軸から前記頂点部までのずれ量が、該軸に直交する長さで、該プローブ針の導体外径の５％〜３０％の範囲内であるように構成する。この発明によれば、プローブ針の頂点部がプローブ針の軸からずれる量を上記範囲内としたので、安定して接触するとともに大きな傷を発生させないスクラッチを実現でき、さらに電極面積が小さい場合であっても電極への良好な接触を実現できる。

本発明のプローブ針の好ましい態様において、略円錐又は略角錐には２種の形態がある。第１形態の前記略円錐又は略角錐は、前記プローブ針の軸と同軸で形成された円錐又は角錐の頂点部側に、該円錐又は角錐を形成する面とは異なる傾斜角の傾斜面を有するものであって、該傾斜面と該円錐又は角錐を形成する面との先端側の交点が前記頂点部になっている。

この第１形態において、前記傾斜面は、前記プローブ針の軸に対して３０度〜８０度の範囲の角度であることが好ましい。この発明によれば、傾斜面の角度を上記範囲内としたので、プローブ針が電極に接触した後にスクラッチする際における先端部の剛性を維持できるとともに、良好なスクラッチを実現することができる。

第２形態の略円錐又は略角錐は、前記略円錐又は略角錐は、前記プローブ針の軸と異軸で形成された円錐又は角錐であって、該円錐又は角錐の先端が前記頂点部になっているように構成する。

本発明のプローブ針の好ましい態様は、少なくとも前記電極に接触する頂点部が、金、パラジウム、ロジウム及びニッケルから選ばれる少なくとも１種でコーティングされているように構成する。

本発明のプローブ針の好ましい態様は、前記プローブ針の先端部以外が絶縁被膜で覆われているように構成する。

上記課題を解決するための本発明のプローブ針の製造方法は、上記した２つの形態の略円錐又は略角錐に基づくプローブ針の製造方法がある。第１形態に対応する本発明の第１態様のプローブ針の製造方法は、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ためのプローブ針の製造方法であって、金属導体の外周に絶縁被膜が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、前記絶縁被膜付き金属導体の少なくとも一方の先端部が前記プローブ針と同軸の円錐又は角錐になるように研削加工する工程と、前記先端部の頂点部側が前記プローブ針の軸に対して３０度〜８０度の範囲の角度を持つ傾斜面を有するように研削して、前記頂点部が該プローブ針の軸からずれた略円錐又は略角錐となるように加工する工程と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、先端部をプローブ針と同軸の円錐又は角錐になるように研削加工した後に、先端部の頂点部側に所定角度の傾斜面を研削加工して所望のプローブ針を製造するので、２種の研削工程が必要になるものの、比較的簡単な２種の研削手段で所望の先端構造を有するプローブ針を製造できる。

また、第２形態に対応する本発明の第２態様のプローブ針の製造方法は、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ためのプローブ針の製造方法であって、金属導体の外周に絶縁被膜が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、前記絶縁被膜付き金属導体の少なくとも一方の先端部が前記プローブ針の軸と異軸の円錐又は角錐になるように研削加工する工程と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、先端部をプローブ針の軸と異軸の円錐又は角錐になるように研削加工して所望のプローブ針を製造するので、１種の研削工程で所望の先端構造を有するプローブ針を製造できる。

本発明の第１及び第２態様に係るプローブ針の製造方法の好ましい態様は、前記プローブ針の軸から前記頂点部までのずれ量が、該軸に直交する長さで、該プローブ針の導体外径の５％〜３０％の範囲内となるよう加工するように構成する。

本発明の第２態様に係るプローブ針の製造方法の好ましい態様は、前記プローブ針の軸と異軸の円錐又は角錐になるように研削加工する工程において、前記プローブ針を回転させながら研削するとともに、該プローブ針の導体外周の半周の研削速度を速くし、残りの半周の研削速度を遅くするように構成する。

本発明のプローブ針によれば、先端を被測定体の電極に接触させて被測定体の電気的特性を測定する際において、プローブ針が電極へ垂直に接触した後に荷重が加わることにより、プローブ針の頂点部が横方向（すなわちプローブ針の軸からプローブ針の頂点部の方向）にスライドする力が発生し、電極表面をプローブ針の先端部がスクラッチ（引っ掻く、傷つける）する。その結果、プローブ針の先端部が電極表面に形成されている酸化膜や汚れ等を削り取り、プローブ針が電気的に安定して電極に接触し、接触抵抗を抑えて安定した測定が可能となる。

本発明のプローブ針の製造方法によれば、例えば比較的簡単な２種の研削工程で、又は、１種の研削工程によって、所望の先端構造を有するプローブ針を容易に製造できる。

以下、本発明の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。

［プローブ針］
図１は本発明のプローブ針１の一例を示す概略図である。図２は本発明のプローブ針１が電極１１に接触した後の動作を示す説明図である。また、図３〜図５は本発明のプローブ針の第１形態の例を示す先端部の拡大図であり、図６〜図８は本発明のプローブ針の第２形態の例を示す先端部の拡大図である。なお、本発明のプローブ針１は、後述の図９に示すプローブユニット１０を構成し、被測定体１２の電極１１に接触して被測定体１２の電気特性を検査する。

本発明のプローブ針１は、図１及び図９に示すように、先端を被測定体１２の電極１１に接触させて被測定体１２の電気的特性を測定するためのものであって、そのプローブ針１の先端部２ｂが略円錐又は略角錐であり、電極１１に接触する頂点部２ａがプローブ針１の軸Ｐからずれているように構成されていることに特徴がある。

このように、プローブ針１の頂点部２ａをプローブ針１の軸Ｐからずらすように構成することによって、図２に示しように、プローブ針１が電極１１に垂直に接触した後、さらにそのプローブ針１に荷重Ｆ１が加わることにより（図２（ａ）参照）、プローブ針１の頂点部２ａが横方向（すなわちプローブ針１の軸Ｐからプローブ針１の頂点部２ａの方向）にスライドする力Ｆ２が発生し（図２（ｂ）参照）、電極１１の表面をプローブ針１の先端部２ｂ（主に頂点部２ａ）がスクラッチ（引っ掻く、傷つける）する（図２（ｃ）参照）。その結果、プローブ針１の先端部２ｂ（主に頂点部２ａ）が電極１１の表面に形成されている酸化膜や汚れ等を削り取り、プローブ針１が電気的に安定して電極１１に接触し、接触抵抗を抑えて安定した測定が可能となる。なお、荷重Ｆ１としては、通常、１ｇｆ（９．８ｍＮ）〜２０ｇｆ（１９６ｍＮ）の範囲である。

なお、図１に示すプローブ針１は、金属導体２（２ａ〜２ｄ）の両端部２ｂ，２ｄ以外の部分に絶縁被膜３が設けられているが、この絶縁被膜３はプローブ針１の仕様により設けられていなくてもよい。また、略円錐又は略角錐からなる先端部２ｂの反対側の端部の形状は特に限定されず、図１に示すような曲面形状であってもよいし、それ以外の形状であってもよい。また、絶縁被膜３の端部３ａ，３ｂの形態も特に限定されず、図１や後述の図９に示すように、先端部側の端部３ａが被測定体側のガイドプレート２０に突き当たって落下を防ぐことができる段差形態としてもよいし、金属導体２の先端部２ｂ，２ｄの傾斜が延長された形態であってもよい。

（ずれ量）
プローブ針１の軸Ｐから頂点部２ａまでのずれ量は、図１に示すように、プローブ針１の軸Ｐに直交する長さＧ（ずれ量Ｇということもできる）で表される。その長さＧはプローブ針１の導体外径Ｄの５％〜３０％の範囲内であることが好ましい。長さＧをこの範囲内とすることにより、プローブ針１が電極１１に安定して接触するとともに、大きな傷を発生させないスクラッチを実現でき、さらに電極面積が小さい場合であっても電極１１への良好な接触を実現できる。

その長さＧが導体外径Ｄの５％未満の場合は、プローブ針１に荷重Ｆ１が加わったときに頂点部２ａが横方向にスライドする力Ｆ２があまり大きくならず、電極１１の表面をプローブ針１の先端部２ｂ（主に頂点部２ａ）が十分にスクラッチできないので、良好な接触実現できなくなる可能性がある。一方、その長さＧが導体外径Ｄの３０％を超えると、頂点部２ａが横方向にスライドする力Ｆ２が大きいので、電極１１の面積が小さい場合にプローブ針１の頂点部２ａが電極１１から外れるおそれが高い上、スクラッチ量が多くなり過ぎて電極１１に大きな傷をつけてしまう可能性がある。なお、ずれ量として表される長さＧは、導体外径Ｄの１０％〜２５％の範囲内がより好ましく、スクラッチ性が最適になるという効果がある。

（先端形状）
次に、プローブ針１先端形状について詳しく説明する。プローブ針１の先端部２ｂの形状は略円錐又は略角錐である。略円錐又は略角錐とは、先端部２ｂの全体形状としておよそ円錐又は角錐であることを意味しており、その形態は、図３〜図５に示す第１形態と、図６〜図８に示す第２形態とに大別できる。

最初に、第１形態について説明する。

図３〜図５に示す第１形態に係る略円錐又は略角錐は、プローブ針１の軸Ｐと同軸で形成された円錐又は角錐の頂点部２ａ側（先端側）に、円錐又は角錐を形成する面６とは異なる傾斜角θの傾斜面５を有するものである。そして、その傾斜面５と円錐又は角錐を形成する面６との先端側の交点が、頂点部２ａになっている。なお、傾斜角θは、傾斜面５と軸Ｐとの角度である。

図３に示す略円錐は、プローブ針１の軸Ｐと同軸で円錐が形成され、その円錐の先端側には、円錐を形成する面６とは異なる傾斜角θの傾斜面５が形成されている。そして、頂点部２ａは、その傾斜面５と、円錐を形成する面６との先端側の交点となる。その交点は、図３の平面図（プローブ針を先端側から見たときの図。以下同じ。）のように比較的鋭利な頂点部２ａとなっている。

この第１形態において、「プローブ針１の軸Ｐと同軸で円錐が形成される」とは、プローブ針１の軸Ｐと、プローブ針１の先端部２ｂの円錐の軸とが一致するように形成されることである。なお、下記の「プローブ針１の軸Ｐと同軸で角錐が形成される」も同義であり、プローブ針１の軸Ｐと、プローブ針１の先端部２ｂの角錐の軸とが一致するように形成されることである。また、本願において同軸とは、プローブ針１の軸Ｐとは平行であり且つ一致する軸のことであり、円錐の軸とは、円錐の中心点を通る軸線のことである。

図４に示す略角錐は、プローブ針１の軸Ｐと同軸で三角錐が形成され、その三角錐の先端側には、三角錐を形成する一面６とは異なる傾斜角θの傾斜面５が形成されている。そして、頂点部２ａは、その傾斜面５と、三角錐を形成する稜線７との先端側の交点となる。その交点は、図４の平面図のように鋭利な頂点部２ａとなっている。ここで、傾斜面５は、頂点部２ａを挟む二辺の長さが等しい二等辺三角形であることが好ましい。三角錐は、１２０度の等間隔で各面を形成したものであってもよいし、それ以外の非等間隔で任意に各面を形成したものであってもよい。

図５に示す略角錐は、プローブ針１の軸Ｐと同軸で四角錐が形成され、その四角錐の先端側には、四角錐を形成する一面６とは異なる傾斜角θの傾斜面５が形成されている。そして、頂点部２ａは、その傾斜面５と、四角錐を形成する稜線７ａとの先端側の交点となる。その交点は、図５の平面図のように鋭利な頂点部２ａとなっている。ここで、傾斜面５は、頂点部２ａを挟む二辺の長さが等しく、その頂点部に対向する傾斜面５と稜線７ｂとの交点を挟む二辺が等しい四角形（略正方形）であることが好ましい。四角錐は、９０度の等間隔で各面を形成したものであってもよいし、それ以外の非等間隔で任意に各面を形成したものであってもよい。

図３〜図５に示す第１形態において、傾斜面５は、プローブ針１の軸Ｐに対して３０度〜８０度の範囲の角度θであることが好ましい。こうした傾斜角θの範囲とすることにより、プローブ針１が電極１１に接触した後にスクラッチする際における先端部２ｂの剛性を維持できるとともに、図２に示すような良好なスクラッチを実現することができる。その傾斜角θが３０度未満の場合は、頂点部２ａの角度（θと同じ角度になる）が鋭角になりすぎるため、プローブ針１の剛性が低下してしまい、頂点部２ａが変形等してしまうことがある。一方、傾斜角θが８０度を超えると、傾斜面５と電極面とが対面するようになり、プローブ針１の先端部２ｂと電極１１との接触面積が増える。その結果、接触圧力が低下してスクラッチ効果が低下することがある。

図４及び図５では三角錐と四角錐を例にしているが、五角錐以上であってもよい。また、円錐や角錐を構成する面８は、平面であってもよいし、中心軸側に凹状に湾曲する曲面であってもよい。

なお、その頂点部２ａは、図４に示す三角錐の場合に最も鋭角になるので、上記の傾斜角θはあまり小さくない方が好ましく、例えば４０度〜８０度の範囲内であることが好ましい。一方、四角錐（図５）→五角錐（図示しない）→、…、→円錐（図３）になるにしたがって頂点部２ａは鈍角になっていくので、四角錐〜円錐の場合には上記の傾斜角θは小さい方が好ましく、例えば３０度〜７０度の範囲内であることが好ましい。

図３〜図５に示す第１形態において、円錐角度又は角錐角度は、最も鋭角を表す部分の角度で、１０度〜４５度の範囲内であることが好ましい。なお、角錐角度の最も鋭角を表す部分の角度とは、角錐の軸線と稜線（７，７ａ）との角度で表す。円錐角度又は角錐角度が１０度未満の場合は、先端部が鋭角（先細り）になって剛性が低下し、頂点部２ａが変形等してしまうことがある。一方、円錐角度又は角錐角度が４５度を超えると、先端部が鈍角になってスクラッチ効果が低下することがある。

次に、第２形態について説明する。

図６〜図８に示す第２形態に係る略円錐又は略角錐は、プローブ針１の軸Ｐと異軸で形成された円錐又は角錐であって、その円錐又は角錐の先端が頂点部２ａになっている。

図６に示す略円錐は、プローブ針１の軸Ｐと異軸の円錐が形成されたものであり、その円錐の頂点部２ａは、図６の平面図（プローブ針を先端側から見たときの図。以下同じ。）のように、プローブ針１の軸Ｐとは上記範囲内の長さＧだけずれている。

この第２形態において異軸とは、プローブ針１の軸Ｐとは非平行な軸のことであり、「プローブ針１の軸Ｐと異軸で円錐が形成される」とは、プローブ針１の軸Ｐと、プローブ針１の先端部２ｂの円錐の軸とが一致しないように形成されることである。なお、下記の「プローブ針１の軸Ｐと異軸で角錐が形成される」も同義であり、プローブ針１の軸Ｐと、プローブ針１の先端部２ｂの角錐の軸とが一致しないように形成されることである。また、円錐の軸とは、円錐の中心点を通る軸線のことである。符号８は、円錐の表面である。

図７に示す略角錐は、プローブ針１の軸Ｐと異軸で三角錐が形成されたものであり、その三角錐の頂点部２ａは、プローブ針１の軸Ｐとは上記範囲内の長さＧだけずれている。三角錐は、１２０度の等間隔で各面を形成したものであってもよいし、それ以外の非等間隔で任意に各面を形成したものであってもよい。

図８に示す略角錐は、プローブ針１の軸Ｐと異軸で四角錐が形成されたものであり、その四角錐の頂点部２ａは、プローブ針１の軸Ｐとは上記範囲内の長さＧだけずれている。四角錐は、９０度の等間隔で各面を形成したものであってもよいし、それ以外の非等間隔で任意に各面を形成したものであってもよい。

図７及び図８では三角錐と四角錐を例にしているが、五角錐以上であってもよい。また、円錐や角錐を構成する面８は、平面であってもよいし、中心軸側に凹状に湾曲する曲面であってもよい。

図６〜図８に示す第２形態においても、上記第１形態の場合と同様の理由により、円錐角度又は角錐角度は、最も鋭角を表す部分の角度で、１０度〜４５度の範囲内であることが好ましい。

（基本構造）
次に、上記した本発明の特徴部分以外の基本構造について説明する。

プローブ針１を構成する金属導体２としては、高い導電性と高いばね性を有する金属線（「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、りん青銅、銅銀合金等の銅合金、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。こうした金属導体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、通常、０．０２ｍｍ〜０．２０ｍｍの範囲である。

また、プローブ針１をプローブユニット１０への装着し易さの観点からは、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、通常、絶縁被膜３が設けられる前に予め直線矯正処理をすることにより得ることができる。ここでの直線矯正処理は、例えば回転ダイス式直線矯正装置等によって行われる。こうした真直度を持たせることにより、プローブユニット１０にプローブ針１を装着する際に、プローブ針１が後述の図９に示すプレート２０，３０の案内穴に入り難くなることを防ぐことができる。

金属導体２の先端部２ｂ及び／又は後端部２ｄには、金属導体２と、被測定体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に、コーティング層が設けられていてもよい。コーティング層を構成する金属としては、金、パラジウム、ロジウム及びニッケルから選ばれる少なくとも１種を挙げることができる。コーティング層は、単層であってもよいし複層であってもよい。複層のコーティング層としては、ニッケル層上に金、パラジウム、ロジウムから選ばれる材料からなる層が形成されたものを好ましく挙げることができる。特に頂点部２ａにはコーティング層が設けられていることが望ましい。なお、ここでのコーティング層は、電気めっきや無電解めっき等の湿式手段で形成されたものであってもよいし、蒸着法やスパッタ法等の乾式手段で形成されたものであってもよい。

絶縁被膜３は、プローブ針の両端部２ａ，２ｄ以外を覆うように金属導体２ｃ上に設けられており、被測定体１２の電気特性を検査する際のプローブ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２ｃ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、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂から選ばれるいずれか１種であることが好ましい。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等で形成されることが好ましい。なかでも、絶縁被膜３が焼付けエナメル被膜として形成されることが好ましい。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連続工程で形成されるので、生産性がよく、金属導体２ｃ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。

絶縁被膜３の厚さは、少なくとも電気絶縁性を確保できる程度の厚さであればよいが、例えば図９に示すように、絶縁被膜３の段差部３ａ又は３ｂがガイドプレートに２０又は３０に突き当たってプローブ針１を落下させないように機能させる場合には、それなりの所定の厚さで形成されていることが望ましい。なお、絶縁被膜３の厚さは、通常、０．００５ｍｍ〜０．０２０ｍｍで設けられる。

なお、プローブ針１の長さは、通常、１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるが、必ずしもその長さに限定されない。

［プローブ針の製造方法］
次に、上記した２つの先端部形態に対応したプローブ針の製造方法について説明する。

第１形態に対応するプローブ針１の製造方法は、先端を被測定体１２の電極１１に接触させて被測定体１２の電気的特性を測定するためのプローブ針の製造方法であって、金属導体２の外周に絶縁被膜３が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、その絶縁被膜付き金属導体の少なくとも一方の先端部２ｂがプローブ針１と同軸の円錐又は角錐になるように研削加工する工程と、先端部２ｂの頂点部２ａ側がプローブ針１の軸Ｐに対して３０度〜８０度の範囲の角度θを持つ傾斜面５を有するように研削して、その頂点部２ａがプローブ針１の軸Ｐからずれた略円錐又は略角錐となるように加工する工程と、を有する。

絶縁被膜付き金属導体を準備する工程では、長さ方向の外径Ｄが同じ金属導体２ｃの外周に所定厚さの絶縁被膜３が形成されてなるものが準備される。この工程は、所定の外径Ｄからなる金属導体２を塑性加工により準備する工程、その金属導体２の外周に絶縁被膜３を例えばエナメル線の製造装置を用いて焼付けエナメルを形成する絶縁被膜形成工程、絶縁被膜３が形成された金属導体２を所定長さに切断する切断工程、両端２ｂ，２ｄの絶縁被膜３を所定長さ剥離する工程、後端部２ｄの研削工程、を含んでいてもよい。なお、これらの工程の全てを実施するものであってもよいが、必ずしもその必要もなく、例えば所定の外径Ｄからなる金属導体２は購入品であってもよく、また、所定の厚さが形成された絶縁被膜付き金属導体が購入品として準備されたものであっても構わない。

絶縁被膜付き金属導体を準備する工程に含まれる、絶縁被膜付き金属導体の両端の絶縁被膜３を所定長さ剥離する工程は、各種の方法で剥離処理可能であるが、レーザで絶縁被膜を分解除去する方法等を好ましく適用できる。

絶縁被膜付き金属導体の少なくとも電極側の先端部２ｂがプローブ針１と同軸の円錐又は角錐になるように研削加工する工程としては、円錐に加工する場合と角錐に加工する場合で異なる。

先端部２ｂを円錐に加工する場合は、例えば円盤状の回転研磨板を準備し、その回転研磨板上に、予め先端部２ｂの絶縁被膜３を剥離したプローブ針の先端を所定の角度傾けた状態で押し当てる。次いで、そのプローブ針１を自転させながら研削することにより、プローブ針１の軸Ｐと同軸の円錐を先端部２ｂに形成することができる。

一方、先端部２ｂを角錐に加工する場合も上記同様、例えば円盤状の回転研磨板を準備し、その回転研磨板上に、予め先端部２ｂの絶縁被膜３を剥離したプローブ針の先端を所定の角度傾けた状態で押し当てる。例えば三角錐を形成する場合は、所定の時間プローブ針１の同じ部分を研磨板に押し当てて研削した後、所定角度（例えば１２０度）自転させてさらに所定の時間同じ部分を研磨板に押し当てて研削し、さらに所定角度（例えば１２０度）自転させて所定の時間同じ部分を研磨板に押し当てて研削することにより、プローブ針１の軸Ｐと同軸の三角錐を先端部２ｂに形成することができる。なお、四角錐や他の多角錐は、自転させる角度を任意に設定すればよい。

次の工程は、先端部２ｂの頂点部２ａ側がプローブ針１の軸Ｐに対して３０度〜８０度の範囲の角度θを持つ傾斜面５を有するように研削して、その頂点部２ａがプローブ針１の軸Ｐからずれた略円錐又は略角錐となるように加工する工程である。この工程では、円錐や角錐を形成した後の先端部２ｂを、例えば回転研磨板面の法線に対して３０度〜８０度の範囲内の所定の角度となるように押し当てることによって、プローブ針１の軸Ｐに対して３０度〜８０度の範囲内の所定の角度θを持つ傾斜面５が形成される。なお、この工程により、プローブ針１の軸Ｐから頂点部２ａまでのずれ量を、その軸Ｐに直交する長さＧで、プローブ針１の導体外径Ｄの５％〜３０％の範囲内となるよう加工することができる。

傾斜面５を研削加工した程後においては、その頂点部２ａを含むようにコーティング層を形成する工程を設けてもよい。コーティング層は各種方法で形成でき、通常は電気めっきや無電解めっき等の湿式処理で行うが、蒸着法やスパッタ法等の乾式処理でもよい。

以上、この製造方法によれば、先端部２ｂをプローブ針１と同軸の円錐又は角錐になるように研削加工した後に、先端部２ｂの頂点部側に所定角度θの傾斜面５を研削加工して所望のプローブ針１を製造するので、２種の研削工程が必要になるものの、比較的簡単な２種の研削手段で所望の先端構造を有するプローブ針を製造できる。

次に、第２形態に対応するプローブ針１の製造方法について説明する。この製造方法は、先端を被測定体１２の電極１１に接触させて被測定体１２の電気的特性を測定するためのプローブ針の製造方法であって、金属導体２の外周に絶縁被膜３が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、その絶縁被膜付き金属導体の少なくとも一方の先端部２ｂがプローブ針１の軸Ｐと異軸の円錐又は角錐になるように研削加工する工程と、を有する。なお、絶縁被膜付き金属導体を準備する工程、及び頂点部２ａを含むようにコーティング層を形成する工程は、上記した第１形態の場合と同じであるので、ここではその説明を省略する。

絶縁被膜付き金属導体の少なくとも電極側の先端部２ｂがプローブ針１の軸Ｐと異軸の円錐又は角錐になるように研削加工する工程としては、上記第１形態の場合と同様、円錐に加工する場合と角錐に加工する場合で異なる。

先端部２ｂをプローブ針１の軸Ｐと異軸の円錐に加工する場合は、例えば円盤状の回転研磨板を準備し、その回転研磨板上に、予め先端部２ｂの絶縁被膜３を剥離したプローブ針の先端を所定の角度傾けた状態で押し当てる。次いで、そのプローブ針１を自転させながら研削するが、その際に、プローブ針１の導体外周の半周の研削速度を速くし、残りの半周の研削速度を遅くすることによって、プローブ針１の軸Ｐと異軸の円錐に加工できる。

一方、先端部２ｂを角錐に加工する場合は上記第１形態の場合と同様、例えば円盤状の回転研磨板を準備し、その回転研磨板上に、予め先端部２ｂの絶縁被膜３を剥離したプローブ針の先端を所定の角度傾けた状態で押し当てる。例えば三角錐を形成する場合は、所定の時間プローブ針１の同じ部分を研磨板に押し当てて研削した後、所定角度（例えば１２０度）自転させてさらに所定の時間同じ部分を研磨板に押し当てて研削し、さらに所定角度（例えば１２０度）自転させて所定の時間同じ部分を研磨板に押し当てて研削する。このとき、いずれか面の研削時間を長くすれば、プローブ針１の軸Ｐと異軸の三角錐を形成することができる。なお、四角錐や他の多角錐は、自転させる角度を任意に設定すればよい。

このように、プローブ針１の軸Ｐと異軸になるように研削加工することにより、プローブ針１の軸Ｐから頂点部２ａまでのずれ量を、その軸Ｐに直交する長さＧで、プローブ針１の導体外径Ｄの５％〜３０％の範囲内となるよう加工することができる。

以上、この製造方法によれば、先端部２ｂをプローブ針１の軸Ｐと異軸の円錐又は角錐になるように研削加工して所望のプローブ針１を製造するので、１種の研削工程で所望の先端構造を有するプローブ針を製造できる。

［プローブ針の使用方法］
図９は、本発明のプローブ針１を備えたプローブユニット１０を用いて被測定体１２の電気特性を検査する方法の一例を示す模式断面図である。なお、本発明のプローブ針１は、図９に示す使用方法に限定されるものではなく、他の種々の態様で使用するものであってもよい。

本発明のプローブ針１は、プローブユニット１０に装着されて回路基板等の被測定体１２の電気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９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１２にガイドするプレート２０と、プローブ針１を検査装置のリード線５０にガイドするプレート３０とを備えている。検査装置側のプレート３０は、プローブ針１の最大径よりも若干大きい案内穴３１を有し、その案内穴３１は一本一本のプローブ針１をリード線５０にガイドする。被測定体側のプレート２０は、金属導体２の直径Ｄよりも若干大きい案内穴２１を有し、その案内穴２１は一本一本のプローブ針１の金属導体２を被測定体１２にガイドする。

プローブユニット１０と被測定体１２は、被測定体１２の電気特性を検査する際、プローブ針１と被測定体１２の電極１１とが対応するように位置制御される。電気特性の検査は、プローブユニット１０又は被測定体１２のいずれかを上下させ、プローブ針１の弾性力を利用して被測定体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の後端部２ｄはリード線５０に常時接触し、被測定体１２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中の符号４０はリード線用の保持板を示す。

本発明のプローブ針１は、その頂点部２ａがプローブ針１の軸Ｐからずれるように構成され、図２に示しように、プローブ針１が電極１１に垂直に接触した後、さらにそのプローブ針１に荷重Ｆ１が加わることにより（図２（ａ）参照）、プローブ針１の頂点部２ａが横方向（すなわちプローブ針１の軸Ｐからプローブ針１の頂点部２ａの方向）にスライドする力Ｆ２が発生し（図２（ｂ）参照）、電極１１の表面をプローブ針１の先端部２ｂ（主に頂点部２ａ）がスクラッチ（引っ掻く、傷つける）する（図２（ｃ）参照）ので、プローブ針１の先端部２ｂ（主に頂点部２ａ）が電極１１の表面に形成されている酸化膜や汚れ等を削り取り、プローブ針１が電気的に安定して電極１１に接触し、接触抵抗を抑えて安定した測定が可能となる。

以下、本発明について実施例を挙げて更に具体的に説明する。なお、以下の実施例は一例であって、本発明は以下の具体例に限定されるものではない。

（実施例１）
金属導体２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タングステン線（直径Ｄ：０．０９０ｍｍ）を用い、上述した製造方法にしたがって図３に示す形態の長さ２５ｍｍのプローブ針１を作製した。なお、その製造方法は、回転研磨板を用い、プローブ針１の軸を中心に自転させながら円錐角度が３０度の円錐を先端部に形成した後、傾斜面５の傾斜角θが４５度となるようにプローブ針１を傾斜させてプローブ針１を自転させずに研削加工した。こうした研削加工により、頂点部２ａのずれ量（長さＧ）が０．０１ｍｍ（導体外径Ｄの１１％）となるプローブ針１を作製した。

得られたプローブ針１を、１０ｇｆの荷重Ｆ１で被検査基板の銅電極上に押し当てた。その結果、図２に示すように、プローブ針１の頂点部２ａは横方向にスライドしてスクラッチし、電極との良好な接触が実現した。

（実施例２）
金属導体２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タングステン線（直径Ｄ：０．０９０ｍｍ）を用い、上述した製造方法にしたがって図６に示す形態の長さ２５ｍｍのプローブ針１を作製した。なお、その製造方法は、回転研磨板を用い、プローブ針１の軸を中心に自転させながら円錐角度が３０度の円錐を先端部に形成したが、その際、プローブ針１の導体外周の半周の研削速度を速くし、残りの半周の研削速度を遅くすることによって、プローブ針１の軸Ｐと異軸の円錐に研削加工した。こうした研削加工により、頂点部２ａのずれ量（長さＧ）が０．０１ｍｍ（導体外径Ｄの１１％）となるプローブ針１を作製した。

得られたプローブ針１を、１０ｇｆの荷重Ｆ１で被検査基板の銅電極上に押し当てた。その結果、図２に示すように、プローブ針１の頂点部２ａは横方向にスライドしてスクラッチし、電極との良好な接触が実現した。

（実施例３〜１０）
導体外径Ｄ、円錐角度、傾斜角θ、先端のずれ量等を表１に示すように変化させ、実施例３〜１０に係るプローブ針１を作製した。

なお、三角錐は、所定の時間プローブ針１の同じ部分を研磨板に押し当てて研削した後、１２０度自転させてさらに所定の時間同じ部分を研磨板に押し当てて研削し、さらに１２０度自転させて所定の時間同じ部分を研磨板に押し当てて研削することにより、プローブ針１の軸Ｐと同軸又は異軸の三角錐を先端部２ｂに形成した。また、四角錐は、所定の時間プローブ針１の同じ部分を研磨板に押し当てて研削した後、９０度自転させてさらに所定の時間同じ部分を研磨板に押し当てて研削し、さらに９０度自転させて所定の時間同じ部分を研磨板に押し当てて研削し、さらに９０度自転させて所定の時間同じ部分を研磨板に押し当てて研削することにより、プローブ針１の軸Ｐと同軸又は異軸の四角錐を先端部２ｂに形成した。

得られた各プローブ針１を、１０ｇｆの荷重Ｆ１で被検査基板の銅電極上に押し当てた。その結果、いずれの場合も、図２に示すように、プローブ針１の頂点部２ａは横方向にスライドしてスクラッチし、電極との良好な接触が実現した。

本発明のプローブ針の一例を示す概略図である。 本発明のプローブ針が電極に接触した後の動作を示す説明図である。 本発明のプローブ針の第１形態の一例を示す先端部の拡大図である。 本発明のプローブ針の第１形態の他の一例を示す先端部の拡大図である。 本発明のプローブ針の第１形態のさらに他の一例を示す先端部の拡大図である。 本発明のプローブ針の第２形態の一例を示す先端部の拡大図である。 本発明のプローブ針の第２形態の他の一例を示す先端部の拡大図である。 本発明のプローブ針の第２形態のさらに他の一例を示す先端部の拡大図である。 本発明の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 プローブ針
１Ａ 第１形態のプローブ針
１Ｂ 第２形態のプローブ針
２ 金属導体
２ａ 頂点部
２ｂ 先端部
２ｃ 胴体部
２ｄ 後端部
３ 絶縁被膜
３ａ，３ｂ 段差部
５ 傾斜面
６，８ 円錐又は角錐の面
７，７ａ，７ｂ 稜線
１０ プローブユニット
１１ 電極
１２ 被測定体
２０ 被測定体側のガイドプレート
２１ 案内穴
３０，３０ａ，３０ｂ 検査装置側のガイドプレート
３１ 案内穴
４０ リード線用の保持板
５０ リード線
Ｄ 導体外径
Ｆ１ プローブ針に加わる荷重
Ｆ２ プローブ針の頂点部が横方向にスライドする力
Ｇ 軸と頂点部との距離（長さ）
Ｐ 軸
θ 傾斜角

Claims (5)

1. 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ためのプローブ針であって、
   前記プローブ針の先端部が略円錐又は略角錐であり、
   前記電極に接触する頂点部が該プローブ針の軸からずれ、
   前記プローブ針の軸から前記頂点部までのずれ量が、該軸に直交する長さで、該プローブ針の導体外径の５％〜３０％の範囲内であり、
   前記略円錐又は略角錐は、前記プローブ針の軸と同軸で形成された円錐又は角錐の頂点部側に、該円錐又は角錐を形成する面とは異なる傾斜角の傾斜面を有するものであって、該傾斜面と該円錐又は角錐を形成する面との先端側の交点が前記頂点部になっていることを特徴とするプローブ針。
2. 前記傾斜面は、前記プローブ針の軸に対して３０度〜８０度の範囲の角度である、請求項１に記載のプローブ針。
3. 少なくとも前記電極に接触する頂点部が、金、パラジウム、ロジウム及びニッケルから選ばれる少なくとも１種でコーティングされている、請求項１又は２に記載のプローブ針。
4. 前記プローブ針の先端部以外が絶縁被膜で覆われている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプローブ針。
5. 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ためのプローブ針の製造方法であって、
   金属導体の外周に絶縁被膜が形成された所定長さの絶縁被膜付き金属導体を準備する工程と、
   前記絶縁被膜付き金属導体の少なくとも一方の先端部が前記プローブ針と同軸の円錐又は角錐になるように研削加工する工程と、
   前記先端部の頂点部側が前記プローブ針の軸に対して３０度〜８０度の範囲の角度を持つ傾斜面を有するように研削して、前記頂点部が該プローブ針の軸からずれた略円錐又は略角錐となるように加工する工程と、を有し、
   前記プローブ針の軸から前記頂点部までのずれ量が、該軸に直交する長さで、該プローブ針の導体外径の５％〜３０％の範囲内となるよう加工することを特徴とするプローブ針の製造方法。

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