JP5208619B2 - プローブおよびプローブユニット - Google Patents

Description

本発明は、回路基板検査装置に使用されて検査対象体に接触させられる電気的検査用のプローブ、およびそのプローブを備えたプローブユニットに関するものである。

この種のプローブとして、下記特許文献１に開示された２つのプローブ針を備えたプローブ装置（以下、「プローブ」ともいう）が知られている。このプローブは、弾性的に伸縮可能ならせん形状部を有する第１のプローブ針と、第１のプローブ針のらせん形状部によって取り巻かれて弾性的に伸縮可能な形状を有する第２のプローブ針とを備えて構成されている。このプローブによれば、２本のプローブ針を配置したとしても、第２のプローブ針が第１のプローブ針のらせん形状の中に位置するため、プローブの大型化を防止可能となっている。
特開２００５−９１０８７号公報（第３−５頁、第４図）

ところが、上記のプローブには、以下の問題点がある。すなわち、このプローブでは、一のプローブ針内に他のプローブ針が配設される構成のため、２本のプローブ針の形状が必ず相違する。したがって、このプローブには、プロービング対象体に対する接触圧を均一にするのが困難であるという問題点がある。また、他のプローブ針が内部に配設される一のプローブ針の外径の更なる小径化が困難であり、その結果としてプローブの更なる小形化が困難であるという問題点も存在している。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、接触圧を均一にしつつ、更なる小形化を図り得るプローブおよびプローブユニットを提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載のプローブは、同径かつ同一ピッチに形成された螺旋部、当該螺旋部の一端側に形成された第１接触部、および当該螺旋部の他端側に形成された第２接触部を有する２つのプローブ針を備え、前記第１接触部および前記第２接触部は、前記螺旋部の軸線を中心とする前記螺旋部の半径以下の範囲内に位置するように形成され、前記各螺旋部の軸線が一致し、かつ当該各螺旋部が略半ピッチずれた状態で、前記各プローブ針が組み合わされて構成され、前記各プローブ針は、前記各螺旋部の一部が樹脂モールドで一体的に結合されている。ここで、「略半ピッチずれた」とは、正確に半ピッチずれた位置を中心として、その前後に所定距離の範囲でずれたとしても、プローブの使用状態において各螺旋部が伸縮（伸長または縮長）したときに互いに接触しない状態を維持し得る状態でずれていることをいうものとする。

また、請求項２記載のプローブは、請求項１記載のプローブにおいて、前記各第２接触部は、前記軸線からの距離が互いに相違する位置に配設されている。

また、請求項３記載のプローブユニットは、請求項１記載のプローブを複数備えると共に、厚み方向に貫通する装着孔が複数形成されると共に当該装着孔内に前記プローブが１つずつ、当該プローブの前記第１接触部が一方の面側から突出した状態で装着される板状のベースと、当該ベースの他方の面側に配設されると共に、前記装着孔に対応する部位毎に前記プローブの前記各第２接触部とそれぞれ接触する一対の電極が配設されている中継基板とを備えている。

また、請求項４記載のプローブユニットは、請求項２記載のプローブを複数備えると共に、厚み方向に貫通する装着孔が複数形成されると共に当該装着孔内に前記プローブが１つずつ、当該プローブの前記第１接触部が一方の面側から突出した状態で装着された板状のベースと、当該ベースの他方の面側に配設されると共に、前記装着孔に対応する部位毎に前記プローブの前記各第２接触部とそれぞれ接触する一対の電極が配設されている中継基板とを備え、前記一対の電極は、前記螺旋部の前記軸線を中心とした半径が前記各第２接触部の当該軸線からの距離に対応して規定された２つの同心円状に形成されている。

請求項１記載のプローブでは、２つのプローブ針の各螺旋部が同径かつ同一ピッチに形成されると共に、各螺旋部の各端部に形成された第１接触部および第２接触部が軸線を中心とする螺旋部の半径以下の範囲内に位置するように形成され、さらに各螺旋部の軸線が一致し、かつ各螺旋部が略半ピッチずれた状態で組み合わされ構成されている。したがって、このプローブによれば、全体の外径をコンパクトにすることができる。また、プロービング状態において縮む（弾性変形する）各螺旋部が同じ形状であるため、各プローブ針の第１接触部がほぼ均一な接触圧でプロービング対象体に接触することができ、この結果、接触圧の不均一に起因した測定誤差を大幅に低減することができる。

また、このプローブによれば、２つのプローブ針が樹脂モールドされて一体化されているため、各プローブ針を個別に取り付ける構成とは異なり、極めて簡単に、かつ短時間でプローブを取り付けたり、交換したりすることができる。

また、請求項２記載のプローブによれば、各プローブ針の第２接触部を軸線からの距離が互いに相違するように配設したことにより、例えば、一対の電極が形成された中継基板に各プローブ針の第２接触部を接触させる場合において、その中継基板のその一対の電極のうち、軸線に近い第２接触部と接触する一の電極の形状を平面視円形または平面視円環状とし、かつ軸線から遠い第２接触部と接触する他の電極の形状を一の電極よりも大径の平面視円環状とすることで、装着孔内へのプローブの装着に際して、プローブを螺旋部の軸線を中心としてどのような状態で回転させて装着したとしても、各第２接触部を所定の電極に確実に接触させることができる。

また、請求項３記載のプローブユニットによれば、プローブの外径がコンパクトであるため、プローブ同士間の一層のファインピッチ化を実現することができると共に、プローブユニット自体の小形化も実現することができる。

また、請求項４記載のプローブユニットによれば、プローブの外径がコンパクトであるため、プローブ同士間の一層のファインピッチ化を実現することができると共に、プローブユニット自体の小形化も実現することができる。さらに、中継基板に形成されて各プローブの第２接触部と接触する一対の電極の形状を２つの同心円状に形成したこと（軸線に近い第２接触部と接触する一の電極を平面視円形または平面視円環状に形成し、かつ軸線から遠い第２接触部と接触する他の電極の形状を一の電極よりも大径の平面視円環状に形成したこと）により、装着孔内へのプローブの装着に際して、プローブを螺旋部の軸線を中心としてどのような状態で回転させて装着したとしても、各第２接触部を所定の電極に確実に接触させることができるため、取付けや交換に要する時間を短縮することができる。

以下、本発明に係るプローブおよびプローブユニットの最良の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、プローブ１の構成について図２〜図４を参照して説明する。

プローブ１は、図２に示すように、２本のプローブ針２，３を備え、各プローブ針２，３が組み合わされて一体化して構成されている。プローブ針２は、一定の直径で、かつ一定のピッチに形成された螺旋部２ａ、螺旋部２ａの一端側（同図では上端側）に形成された第１接触部２ｂ、および螺旋部２ａの他端側（同図では下端側）に形成された第２接触部２ｃを備えている。この場合、第１接触部２ｂは、螺旋部２ａの軸線Ｌを中心とする螺旋部２ａの半径以下の範囲内に位置するように形成（配置）されている。具体的には、本例では、図３に示すように、第１接触部２ｂは、軸線Ｌからの距離が螺旋部２ａの半径と同一となる位置に形成されている。第２接触部２ｃも同様にして、螺旋部２ａの軸線Ｌを中心とする螺旋部２ａの半径以下の範囲内に位置するように、本例では一例として図４に示すように、軸線Ｌからの距離が螺旋部２ａの半径と同一となる位置に形成（配置）されている。また、第１接触部２ｂおよび第２接触部２ｃは、共に、軸線Ｌと平行な柱状体に形成されている。

プローブ針３は、図２〜図４に示すように、プローブ針２と同径で、かつ同一ピッチで同一長に形成された螺旋部３ａ、螺旋部３ａの一端側（図２では上端側）に形成された第１接触部３ｂ、および螺旋部３ａの他端側（同図では下端側）に形成された第２接触部３ｃを備えている。この場合、第１接触部３ｂは、螺旋部３ａの軸線Ｌを中心とする螺旋部３ａの半径以下の範囲内に位置するように形成（配置）されている。具体的には、本例では、図３に示すように、第１接触部３ｂは、軸線Ｌからの距離が螺旋部３ａの半径と同一となる位置に形成されている。第２接触部３ｃも同様にして、螺旋部３ａの軸線Ｌを中心とする螺旋部３ａの半径以下の範囲内に位置するように形成（配置）されている。本例では一例として図４に示すように、第２接触部３ｃは、螺旋部３ａの他端側が螺旋部３ａの内側（軸線Ｌ寄り）に折り曲げられることにより、軸線Ｌからの距離がプローブ針２の第２接触部２ｃと相違する位置に形成されている。また、第１接触部３ｂおよび第２接触部３ｃは、共に、軸線Ｌと平行な柱状体に形成されている。

本例では、上記のプローブ針２，３は、それぞれ１本の金属製の線材（ワイヤ）を巻回加工および曲げ加工することによって形成されている。なお、製造方法はこれに限定されず、金属製の筒体をエッチング処理することによって各プローブ針２，３を同時に形成する製造方法を採用することもできる。

プローブ１は、図２に示すように、各螺旋部２ａ，３ａの軸線Ｌが一致し、かつ螺旋部２ａ，３ａが半ピッチずれた状態（本発明における「略半ピッチずれた状態」の一例）で、すなわち螺旋部２ａ，３ａが全体として二重螺旋状となるように上記の各プローブ針２，３が組み合わされて構成されている。このため、プローブ１では、各プローブ針２，３が軸線Ｌ方向に沿って伸縮（弾性変形）したとしても、伸縮量が所定の範囲内である限り、プローブ針２，３同士の接触が確実に回避される。さらに、プローブ１では、同図に示すように、各螺旋部２ａ，３ａの一部（各螺旋部２ａ，３ａの中間部）が樹脂モールドされることにより、各螺旋部２ａ，３ａの両端部が樹脂モールド部分からはみ出した状態で、各プローブ針２，３が一体的に結合されている。本例では一例として、上記のように組み合わされた各プローブ針２，３が、螺旋部２ａ，３ａに外嵌された剛性絶縁体である円筒体４内に樹脂材５が充填されることにより、樹脂モールドされている。

次に、プローブ１を備えたプローブユニット１１の構成について、図１，２，５を参照して説明する。

プローブユニット１１は、図１，２に示すように、複数のプローブ１、ベース１２および中継基板１３を備えている。ベース１２は、剛性を有する絶縁板（板状のブロック体）で構成されている。また、ベース１２には、厚み方向（図１，２における上下方向）に貫通する装着孔１４が複数形成されている。この場合、装着孔１４は、ベース１２におけるプロービング対象体との対向面１２ａ寄りの領域（「小径領域」ともいう）１４ａの内径が円筒体４の外径よりも小径、かつ各螺旋部２ａ，３ａの外径よりも大径に形成され、対向面１２ａに対する背面１２ｂ寄りの領域（「大径領域」ともいう）１４ｂの内径が円筒体４の外径よりも若干大径に形成されている。また、プローブ１は、上記したように２本のプローブ針２，３同士が二重螺旋状に組み合わされて構成されているため、その最大径（本例では円筒体４の外径）も非常にコンパクト（小径）に構成されている。したがって、装着孔１４の大径領域１４ｂの内径も小さくできるため、装着孔１４の形成ピッチも極めて短く形成することが可能となっている。

プローブ１は、各装着孔１４内に１つずつ、装着孔１４の大径領域１４ｂに円筒体４が位置し、かつ装着孔１４の小径領域１４ａに各螺旋部２ａ，３ａにおける第１接触部２ｂ，３ｂの形成側が位置した状態で、かつ第１接触部２ｂ，３ｂがベース１２の対向面１２ａから突出した状態（突出長は同一）で装着されている。この場合、後述するようにベース１２の背面１２ｂ側に取り付けられる中継基板１３により、各装着孔１４における大径領域１４ｂ側の開口部が閉塞されるが、各プローブ１は、大径領域１４ｂ側に位置する各螺旋部２ａ，３ａ（以下、「螺旋部２ａ，３ａの後端部」ともいう）が押し縮められた状態（弾性変形した状態）となるように、つまり、図２に示すように、円筒体４の端部（第１接触部２ｂ，３ｂ側の端部）が装着孔１４における小径領域１４ａと大径領域１４ｂとの境界部分に形成された段差１２ｃに当接し、かつ第２接触部２ｃ，３ｃの先端（同図中の下端）が後述する各電極１５，１６に当接した状態で、装着孔１４内に装着されている。また、このように中継基板１３によって各装着孔１４における大径領域１４ｂ側の開口部が閉塞された状態では、円筒体４の端部が段差１２ｃに当接する構成となっているため、装着孔１４からのプローブ１の抜脱が防止されている。

中継基板１３は、図１，２に示すように、一方の表面（同図中の上面）１３ａがベース１２の背面１２ｂに接した状態で、ベース１２に取り付けられている。また、中継基板１３の表面１３ａにおけるベース１２の各装着孔１４を臨む位置には、図５に示すように、平面視円形（同心円状の一例）の電極１５と、この電極１５を取り囲むように形成された平面視円環状（同心円状の他の例）の電極１６とが形成されている。この場合、各電極１５，１６は、その中心がプローブ１における各螺旋部２ａ，３ａの軸線Ｌとほぼ一致するように形成されている。また、電極１５の半径は、第２接触部３ｃの軸線Ｌからの距離よりも長くなるように規定されている。また、円環状の電極１６は、その内径が電極１５の外径よりも大径で、かつ各螺旋部２ａ，３ａの直径よりも小径に形成され、その外径が各螺旋部２ａ，３ａの直径よりも大径で、かつ装着孔１４における大径領域１４ｂの内径よりも小径に形成されている。これにより、装着孔１４内へのプローブ１の装着に際して、プローブ１を螺旋部２ａ，３ａの軸線を中心としてどのような状態で回転させて装着したとしても、プローブ針２の第２接触部２ｃは常に電極１６と接触し、プローブ針３の第２接触部３ｃは常に電極１５と接触することが可能となっている。また、中継基板１３の他方の表面１３ｂには、各電極１５，１６に対応して一対の引き出し用電極１７，１８がプローブ１毎に形成され、スルーホール１９などを介して、引き出し用電極１７は電極１５と接続され、引き出し用電極１８は電極１６と接続されている。

次に、プローブ１を備えたプローブユニット１１の動作について説明する。

このプローブユニット１１が不図示のプロービング対象体に対してプロービングされた状態においては、ベース１２の対向面１２ａから突出する各プローブ１の第１接触部２ｂ，３ｂの先端は、プロービング対象体の対応する部位に接触して、中継基板１３内に押し込まれた状態となっている。この場合、螺旋部２ａ，３ａは、全体が同一径で、かつ同一長に形成されて、互いの軸線Ｌが一致した状態で、しかも半ピッチずらした状態で組み合わされている（二重螺旋状となっている）ため、螺旋部２ａ，３ａにおける樹脂材５から露出している各第１接触部２ｂ，３ｂ寄りの部分（以下、「螺旋部２ａ，３ａの先端部」ともいう）についても、同一径、かつ同一長（すなわちほぼ同一形状）に形成されて、二重螺旋状に組み合わされた状態となっている。したがって、プローブ１のプローブ針２，３は、各螺旋部２ａ，３ａの先端部が同じ状態で縮む（弾性変形する）ため、それぞれの第１接触部２ｂ，３ｂがプロービング対象体に対してほぼ均一な接触圧で接触する。

また、このプローブユニット１１では、プロービングの繰り返しによって、プローブ１の第１接触部２ｂ，３ｂが摩耗した場合には、ベース１２から中継基板１３を外すことにより、装着孔１４内からプローブ１を簡単に取り外して交換することが可能となっている。この際に、２つのプローブ針２，３が樹脂モールドされて一体化されているため、プローブ針２，３を個別に取り付ける構成とは異なり、極めて簡単に、かつ短時間で交換することが可能となっている。

このように、このプローブ１では、各プローブ針２，３の螺旋部２ａ，３ａが同径かつ同一ピッチに形成されて、各プローブ針２，３が、螺旋部２ａ，３ａの各軸線Ｌが一致し、かつ各螺旋部２ａ，３ａが半ピッチずれた状態で組み合わされ構成されている。また、螺旋部２ａ，３ａの各端部に形成された第１接触部２ｂ，３ｂおよび第２接触部２ｃ，３ｃが軸線Ｌを中心とする螺旋部２ａ，３ａの半径以下の範囲内に位置するように配設されている。

したがって、このプローブ１によれば、全体の外径をコンパクトにすることができる。また、プロービング状態において縮む（弾性変形する）各螺旋部２ａ，３ａが同じ形状であるため、各プローブ針２，３の第１接触部２ｂ，３ｂがほぼ均一な接触圧でプロービング対象体に接触することができ、この結果、接触圧の不均一に起因した測定誤差を大幅に低減することができる。また、このプローブ１を備えたプローブユニット１１によれば、プローブ１の外径がコンパクトであるため、プローブ１同士間の一層のファインピッチ化を実現することができると共に、プローブユニット１１自体の小形化も実現することができる。

また、このプローブ１およびプローブユニット１１によれば、２つのプローブ針２，３が樹脂モールドされて一体化されているため、プローブ針２，３を個別に取り付ける構成とは異なり、極めて簡単に、かつ短時間でプローブ１を取り付けたり、交換することができる。

さらに、このプローブ１およびプローブユニット１１によれば、各プローブ針２，３の第２接触部２ｃ，３ｃについて、軸線Ｌからの距離が互いに相違するように配設したことにより、各第２接触部２ｃ，３ｃが接触する中継基板１３の各電極１５，１６の形状を上記したように２つの同心円状（上記の例では、平面視円形および平面視円環状）に形成することで、装着孔１４内へのプローブ１の装着に際して、プローブ１を螺旋部２ａ，３ａの軸線を中心としてどのような状態で回転させて装着したとしても、第２接触部２ｃを電極１６に確実に接触させることができると共に、第２接触部３ｃを電極１５に確実に接触させることができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記のプローブ１では、各プローブ針２，３に円筒体４を外嵌してその内側に樹脂材５を充填して樹脂モールドすることにより、プローブ１における装着孔１４の大径領域１４ｂに収容される部位の外径を大径領域１４ｂの内径に合わせた寸法に正確に規定して、大径領域１４ｂ内での円筒体４の軸ぶれを低減して、これにより、各プローブ針２，３の針先についての装着孔１４の径方向へのずれを低減しているが、樹脂材５だけで、各螺旋部２ａ，３ａの軸線Ｌと同軸となる円柱体を形成して、各プローブ針２，３を樹脂モールドすることもできる。

また、上記のプローブ１では、各プローブ針２，３のほぼ全体を螺旋部２ａ，３ａとし、その一部を樹脂モールドする構成としているが、プロービング状態において弾性変形する部分は、上記したように各螺旋部２ａ，３ａの先端部のみであるため、各プローブ針２，３におけるこの先端部を少なくとも螺旋状に形成して、互いを二重螺旋状に組み合わせる構成であればよい。また、プロービング対象体や、中継基板１３の各電極１５，１６への接触をより良好に行えるようにすべく、螺旋部２ａ，３ａの各端部に、第１接触部２ｂ，３ｂおよび第２接触部２ｃ，３ｃを配設する構成を採用しているが、螺旋部２ａ，３ａの端部を直接、プロービング対象体や各電極１５，１６に接触させる構成を採用することもできる。この構成では、第１接触部２ｂ，３ｂや第２接触部２ｃ，３ｃを省略することができるため、各プローブ針２，３、ひいてはプローブ１の構成を簡略化することができる。

また、図示はしないが、円筒体４の外周面（円筒体４を用いずに樹脂材５のみでプローブ針２，３を一体化する場合には、円筒状に形成された樹脂材５の外周面）に螺旋部２ａ，３ａの軸線Ｌ方向に沿った凸部を形成すると共に、装着孔１４の大径領域１４ｂの内面にこの凸部と嵌合する凹溝を形成する構成（なお、円筒体４などに凹溝を形成し、大径領域１４ｂの内面に凸部を設ける構成でもよい）として、プローブ１が、凸部と凹溝との嵌合により、螺旋部２ａ，３ａの弾性変形を可能としつつ、軸線Ｌを中心とした回転が不能な状態で装着孔１４に装着される構成を採用することもできる。この構成では、中継基板１３の一方の表面１３ａにおける第２接触部２ｃ，３ｃと当接する部位にのみ電極１５，１６を設ければよいため、電極１５，１６を同心円状に限らず、種々の形状に形成することができる。

また、プローブ１の本数が少ない構成のプローブユニット１１では、１つのプローブ１の取付けに要する時間が長くなったとしても、大きな問題とならない場合がある。このため、このようなプローブユニット１１では、樹脂モールドによる２本のプローブ針２，３の一体化を行わずに、各プローブ針２，３をそれぞれ中継基板１３の対応する電極１６，１５に固定する構成を採用することもできる。この構成では、中継基板１３に形成する各電極１５，１６の形状は、上記した平面視円形や平面視円環状に限定されず、種々の形状とすることができる。また、装着孔１４については、大径領域１４ｂは必ずしも必要なく、小径領域１４ａをベース１２の厚み方向全体に亘って形成する構成とすることができ、ベース１２の構造の簡略化を図ることができる。

プローブユニット１１の斜視図である。 ベース１２の１つの装着孔１４、この装着孔１４に装着されたプローブ１、および中継基板１３を、プローブ針２，３を除いてその螺旋部２ａ，３ａの軸線Ｌに沿って切断した断面図である。 第１接触部２ｂ，３ｂ側から見たプローブ１の平面図である。 第２接触部２ｃ，３ｃ側から見たプローブ１の底面図である。 中継基板１３に形成された各電極１５，１６の構成を説明するための拡大平面図である。

符号の説明

１ プローブ
２，３ プローブ針
２ａ，３ａ 螺旋部
２ｂ，３ｂ 第１接触部
２ｃ，３ｃ 第２接触部
４ 円筒体
５ 樹脂材
１１ プローブユニット
１２ ベース
１３ 中継基板
１４ 装着孔
１１ プローブユニット
Ｌ 軸線

Claims (4)

1. 同径かつ同一ピッチに形成された螺旋部、当該螺旋部の一端側に形成された第１接触部、および当該螺旋部の他端側に形成された第２接触部を有する２つのプローブ針を備え、
   前記第１接触部および前記第２接触部は、前記螺旋部の軸線を中心とする前記螺旋部の半径以下の範囲内に位置するように形成され、
   前記各螺旋部の軸線が一致し、かつ当該各螺旋部が略半ピッチずれた状態で、前記各プローブ針が組み合わされて構成され、
   前記各プローブ針は、前記各螺旋部の一部が樹脂モールドで一体的に結合されているプローブ。
2. 前記各第２接触部は、前記軸線からの距離が互いに相違する位置に配設されている請求項１記載のプローブ。
3. 請求項１記載のプローブを複数備えると共に、
   厚み方向に貫通する装着孔が複数形成されると共に当該装着孔内に前記プローブが１つずつ、当該プローブの前記第１接触部が一方の面側から突出した状態で装着される板状のベースと、
   当該ベースの他方の面側に配設されると共に、前記装着孔に対応する部位毎に前記プローブの前記各第２接触部とそれぞれ接触する一対の電極が配設されている中継基板とを備えているプローブユニット。
4. 請求項２記載のプローブを複数備えると共に、
   厚み方向に貫通する装着孔が複数形成されると共に当該装着孔内に前記プローブが１つずつ、当該プローブの前記第１接触部が一方の面側から突出した状態で装着された板状のベースと、
   当該ベースの他方の面側に配設されると共に、前記装着孔に対応する部位毎に前記プローブの前記各第２接触部とそれぞれ接触する一対の電極が配設されている中継基板とを備え、
   前記一対の電極は、前記螺旋部の前記軸線を中心とした半径が前記各第２接触部の当該軸線からの距離に対応して規定された２つの同心円状に形成されているプローブユニット。

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