JP6305754B2

JP6305754B2 - コンタクトプローブユニット

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Publication number: JP6305754B2
Application number: JP2013263333A
Authority: JP
Inventors: 小相澤　久; 久小相澤; 皆瀬　十三夫; 十三夫皆瀬
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: JP2015118064A

Description

本発明は、主に電子部品や基板等の導通検査に用いる検査用のコンタクトプローブユニットに関する。更に詳しくは、先端部を給電用電極に接触させて電流を流すことによって電気特性を測定する方式の検査ユニットとして用いられ、電気特性の測定時に、給電用電極の中央領域で表面にキズが付くことを抑えることができ、測定後の給電用電極の中央領域を良好な表面状態に維持することができるコンタクトプローブユニットに関する。

近年、電気自動車の電流制御等に使用されるパワー半導体、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（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）やＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）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。）を用いて行われている。例えば、プローブユニットに装着されたピン形状のプローブ（本願では「コンタクトプローブ」という。）の先端部を、その回路基板の電極（以下、「給電用電極」という。）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。）。

これらのうち、例えばパワー半導体のような数アンペアから数百アンペアの大電流を流す回路基板の電気特性を検査する場合には、大電流に対応するため、直径１ｍｍを超える太いプローブ針と、ばねと、そのプローブ針をガイドするスリーブとを組み合わせた構造のスプリングプローブ、いわゆるポゴピンが用いられるのが一般的である。このポゴピンを用いる電気特性の測定は、回路基板の給電用電極にポゴピンのプローブ針を接触させるとともに、回路基板の給電用電極と別の位置にあってその給電用電極に電気的に接続された電極（以下、「検出用電極」という。）に検出用プローブを接触させ、ポゴピンから給電用電極に電流を流し、検出用電極からの電圧を検出用プローブによって検出して行う。

しかし、このような太いプローブ針を用いると、プローブ針と回路基板の給電用電極との接点部分に大きな電気的負荷がかかり、プローブ針と給電用電極との接触部が発熱によって劣化（熱劣化）してしまうという問題が生じる。特に、プローブ針は、高温になると軟化してバネ性が弱くなってしまう。また、太いプローブ針は、給電用電極に機械的負荷をかけ、ダメージ（キズ）を与えることがあった。

この問題に対して、直径０．１ｍｍから０．３ｍｍ程度の細いプローブ針を格子状に多数本並べて配置したプローブユニットが提案されている（例えば、非特許文献１を参照。）。このプローブユニットでは、１本の太いプローブ針を給電用電極に接触させる場合に比べて、プローブ針１本にかかる電気的負荷が軽減する。このため、大電流を流す回路基板が測定対象であっても、プローブ針と給電用電極との接触部の熱劣化が抑えられ、プローブ針を長寿命にすることができる。

特開２００２−１３１３３４号公報

「茅野のコーヨーテクノス開発」信濃毎日新聞、２０１０年１１月２６日

しかしながら、細いプローブ針を多数本格子状に並べたプローブユニットでは、プローブ針と給電用電極との接触部の熱劣化が抑えられる反面、次のような問題が生じる。

すなわち、プローブユニットは、多数本のプローブ針が格子状に並んでいるため、給電用電極の中央領域を含めた全面にプローブ針が接触する。しかし、給電用電極の中央領域は、検査後にワイヤーボンディングや半田付け等が行われる領域である。このような中央領域にプローブ針が接触すると、その中央領域の表面をキズ付けてしまい、後工程で行われるワイヤーボンディングにおいて、給電用電極とワイヤとの接続不良が生じる等の支障を招くおそれがある。また、半導体チップ部品を販売する場合、給電用電極の中央領域のキズは外観不良となり、歩留まりを低下させる。

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、その先端を給電用電極に接触させて電流を流すことによって回路基板の電気特性を測定する方式のコンタクトプローブユニットにおいて、給電用電極の中央領域にキズが付き難いコンタクトプローブユニットを提供することにある。また、給電用電極に仮にキズが付いたとしても、後工程の接続工程での不良を少なくできるコンタクトプローブユニットを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明のコンタクトプローブユニットは、胴体部と両端部とを有するコンタクトプローブが複数本配列されてなるプローブ群と、前記各コンタクトプローブの両端部のうち先端部が挿入され、前記先端部を測定位置にガイドする複数のガイド穴が設けられた第１ガイドプレートと、前記第１ガイドプレートに対して一定の間隔を空けて配置され、前記各コンタクトプローブの前記胴体部が挿入されて前記胴体部を支持する複数のガイド穴が設けられた第２ガイドプレートと、を備え、前記各コンタクトプローブの前記先端部を給電用電極に接触させて電流を流すことによって回路基板の電気特性を測定する方式のコンタクトプローブユニットであって、前記各コンタクトプローブは、前記給電用電極の輪郭の内側で該輪郭に沿うような配列パターンで配列されていることを特徴とする。

この発明によれば、複数のコンタクトプローブが、給電用電極の輪郭の内側で該輪郭に沿うような配列パターンで配列されているので、給電用電極に電流を流して回路基板の電気特性を測定する際に、各コンタクトプローブの先端部は、給電用電極の中央領域を外れて辺縁付近に接触する。その結果、給電用電極の中央領域で表面にキズが発生する現象を抑制することができる。

本発明に係るコンタクトプローブユニットにおいて、前記各コンタクトプローブは、両端に荷重が与えられることによって座屈し、その座屈により生じた弾性力を接触圧力として前記給電用電極に接触するものであり、且つ、その軸方向が、前記給電用電極の表面に対して平行に位置決めされる基準面との直交方向に対して、特定の方向に傾斜しているように構成してもよい。

この発明によれば、各コンタクトプローブが特定の方向（傾斜方向ともいう。）に傾斜しているので、各コンタクトプローブは、その先端部が給電用電極に接触した状態で両端に荷重が与えられたとき、軸方向が揃って傾く方向に湾曲して座屈し、他のコンタクトプローブに対して干渉しない。その結果、各コンタクトプローブの先端部を、給電用電極に対して良好な接触状態で接触させることができる。

本発明に係るコンタクトプローブにおいて、前記各コンタクトプローブは、複数のコンタクトプローブで構成されたプローブ群毎に前記特定の方向に傾斜しているように構成してもよい。

この発明によれば、コンタクトプローブをプローブ群毎に特定の方向に傾斜させているので、プローブ群毎に発生する傾斜方向の力を分散させることができる。すなわち、コンタクトプローブは、給電用電極の表面に対して平行に位置決めされる基準面との直交方向に対して特定の方向に傾斜しているので、コンタクトプローブの座屈によって、ガイドプレートはその傾斜方向に力が発生する。その力は、軸方向の応力とプレート面方向の応力とに分解される。そのため、その力が発生する元になるコンタクトプローブの傾斜方向や傾斜角度を、例えば個々の給電用電極に対応したプローブ群毎に調整することもでき、その力をユニット全体で分散させたり相殺したりすることができる。こうした力の分散や相殺は、発生する力をほぼゼロにすることができ、コンタクトプローブユニットを長期的に使用した場合であっても、コンタクトプローブユニットの組み立て精度の悪化やピンの位置精度の悪化を抑制することができる。

本発明に係るコンタクトプローブユニットにおいて、前記第１ガイドプレートに設けられた前記各ガイド穴と前記第２ガイドプレートに設けられた前記各ガイド穴とは、同じコンタクトプローブが挿入されたガイド穴同士で、中心点の平面視での位置が特定の方向にずれているように構成してもよい。

この発明によれば、第１ガイドプレートの各ガイド穴と第２ガイドプレートの各ガイド穴とで中心点の平面視での位置がずれているので、それぞれのガイド穴に先端側及び後端側が挿入された各コンタクトプローブも、先端側と後端側の位置がずれ、傾斜した状態となっている。そのため、各コンタクトプローブは、その先端部が給電用電極に接触した状態で両端に荷重が与えられたとき、軸方向が揃って傾く方向に湾曲して座屈し、他のコンタクトプローブに対して干渉しない。その結果、各コンタクトプローブの先端部を給電用電極に対して良好な接触状態で接触させることができる。

本発明に係るコンタクトプローブユニットにおいて、前記第１ガイドプレートと前記第２ガイドプレートのいずれか一方は、前記プローブ群のうち一のプローブ群に対応するように区分けされ、前記複数のガイド穴が設けられたブロック部と、前記ブロック部を嵌め入れる嵌入孔を有する保持プレートと、を有し、前記嵌入孔内で前記ブロック部が面内で回転されたことにより、前記ブロック部に設けられた前記各ガイド穴と、他方のガイドプレートに設けられた前記各ガイド穴とは、同じコンタクトプローブが挿入されるガイド穴同士で、中心点の平面視での位置が特定の方向にずれているように構成してもよい。

この発明によれば、ブロック部の各ガイド穴と、他方のガイドプレートの各ガイド穴とで平面視での中心点の位置がずれているので、それぞれのガイド穴に先端側及び後端側が挿入された各コンタクトプローブも、先端側と後端側の各位置がずれており、傾斜した状態となっている。そのため、各コンタクトプローブは、その先端部が給電用電極に接触した状態で両端に荷重が与えられたとき、軸方向が揃って傾く方向に湾曲して座屈し、他のコンタクトプローブに対して干渉し難い。その結果、各コンタクトプローブの先端部を給電用電極に対して良好な接触状態で接触させることができる。また、そのブロック部を回転させることによって、ガイドプレートの面内で発生する座屈による力をほぼ相殺することができる。

また、ブロック部が一のプローブ群に対応するように区分けされているので、プローブ群が複数である場合、ブロック部毎に回転角度を制御することにより、プローブ群毎に、コンタクトプローブの傾斜角度を変化させることができる。その結果、各給電用電極に、それぞれ、各コンタクトプローブを好適な接触圧力で接触させることができる。

本発明に係るコンタクトプローブユニットによれば、給電用電極に電流を流して電気特性を測定する際に、各コンタクトプローブの先端部は、給電用電極の中央領域を外れて辺縁付近に接触する。このため、給電用電極の中央領域で、表面にキズが付くことが抑えられる。また、給電用電極に仮にキズが付いたとしても、そのキズはコンタクトプローブによる中央領域のキズではないので、後工程の接続工程での不良を少なくすることができる。その結果、電気特性の測定後においても、給電用電極の中央領域が良好な表面状態に維持され、この中央領域に対してワイヤーボンディング等の後工程を良好に行うことができる。また、給電用電極の中央領域のキズによる外観不良を低減でき、歩留まりを向上させることができる。

また、ブロック群毎の傾斜方向や傾斜角度を調整することにより、座屈によってガイドプレートの面内で発生する力を全体として相殺することができる。その結果、発生する力をほぼゼロにすることができる。そうした力の相殺は、長期的に使用した場合であっても、コンタクトプローブユニットの組み立て精度の悪化やピンの位置精度の悪化を抑制することができる。

本発明に係るコンタクトプローブユニットの一例を示す構成図である。本発明に係るコンタクトプローブユニットの他の一例を示す構成図である。図１及び図２に示すコンタクトプローブが備えるプローブ群の配列パターンの一例を示す底面図である。図１及び図２に示すコンタクトプローブが備えるコンタクトプローブを示す縦断面図である。図１及び図２に示すコンタクトプローブユニットにおいてガイド穴の位置関係を示す模式図である。コンタクトプローブの給電用電極上での接触位置の一例を示す模式図である。本発明に係るコンタクトプローブの他の一例を示す構成図である。図７に示すコンタクトプローブユニットにおいてガイド穴の位置関係を示す模式図である。

以下、本発明に係るコンタクトプローブユニットについて、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。

［コンタクトプローブユニット］
本発明に係るコンタクトプローブユニット（以下、「プローブユニット１０」と略す。）は、図１、図２及び図７に示すように、複数のコンタクトプローブ（以下、「プローブ１」と略す。）を有するプローブ群４と、ガイド穴（第１ガイド穴２１、第２ガイド穴３１）が設けられた少なくとも２枚のガイドプレート（第１ガイドプレート２０，第２ガイドプレート３０）とを少なくとも備え、そのガイドプレート２０，３０のガイド穴２１，３１に挿入されたプローブ１をそれぞれの先端部２ａを給電用電極１１に接触させて電流を流すことによって回路基板の電気特性を測定する方式のプローブユニットである。

そして、そのプローブユニット１０は、プローブ群４を構成する複数のプローブ１が、給電用電極１１の平面視の輪郭Ｓの内側で該輪郭Ｓに沿うような配列パターンで配列されている。

以下、本発明の構成について詳しく説明する。なお、本実施形態では、給電用電極１１は、プリント基板の電極（符号１１で表す。）である場合を例にする。また、プローブユニット１０（図１及び図２のプローブユニット１０Ａ及び図７のプローブユニット１０Ｂ）について、給電用電極１１に向かい合う側を先端部側又は下側とし、リード線５０側を後端部側又は上側として説明する。

（プローブ群）
プローブ群４は、図１〜図３に示すように、一の給電用電極１１に向かい合う複数のプローブ１で構成されている。複数のプローブ１の下側の先端部２ａを給電用電極１１に接触させて、プローブ１から給電用電極１１へ電流を流す。これにより、プローブユニット１０Ａは、給電用電極１１に太いプローブ針を１本接触させて電流を流す従来の構成に比べて、先端部２ａと給電用電極１１との接点部分の電気的負荷を軽減することができる。その結果、パワー半導体の電極のように、数十アンペア以上の大電流を流す電極が給電用電極である場合にも、各プローブ１と給電用電極１１との接触部における発熱による熱劣化が抑えられ、プローブ１を長寿命にすることができる。

図１及び図２に示す実施形態では、それぞれが一の給電用電極１１に対応するように４組のプローブ群４が設けられ、各プローブ群４はそれぞれ８本のプローブ１で構成されている。

各プローブ１は、図１、図２及び図４に示すように、胴体部Ａと両端部Ｂとを有している。胴体部Ａは、ピン形状の金属導体２の外周に絶縁被膜３を有する中央部分（端部以外の部分）であり、両端部Ｂは、ピン形状の金属導体２の外周に絶縁被膜３を有しない両端部分（中央以外の部分）である。このプローブ１の両端に荷重を与えて撓ませることにより、給電用電極１１に対する接触圧力を得て電気特性を測定することができる。

なお、図１及び図２において、金属導体２の下側の先端部２ａは、プリント基板１２に形成された給電用電極１１に接触する下側端部であり、金属導体２の上側の後端部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と接続されたリード線側電極５１に接触する上側端部である。絶縁被膜３の剥離端面３ａは、下側端部２ａ側の絶縁被膜３の加工端面であり、図１及び図２の下側に配置された第１ガイドプレート２０の第１ガイド穴２１に当たってプローブ１がそのガイド穴２１から抜け落ちないように保持するように作用する。

金属導体２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。）である。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。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を施して得ることができる。

金属導体２の外径は、給電用電極１１の大きさや、測定時に給電用電極１１に流す電流の大きさを考慮して選択され、２０μｍ以上、３００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以上、１１０μｍ以下の範囲内から選択することができる。

金属導体２の給電用電極１１側の先端部２ａの形状としては、平坦形状、半球形状、円錐形状、釣鐘形状、台形形状等、種々の形態を挙げることができる。こうした端面は、例えばエメリー紙を用いた研削加工や、ダイヤモンドホイールを用いた研削加工等によって形成される。なお、ここでいう半球形状とは、正確な半球や略半球を含むとともに、いわゆるアール端面（所定の曲率半径で形成された端面のこと。）を含む。

また、プローブ１が各ガイドプレート２０，３０の各ガイド穴２１，３１に引っかかることなく挿入し易くするという観点からは、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もよいし、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を直線矯正処理してもよい。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。

プローブ１の両端から露出した金属導体２には、その金属導体２と、給電用電極１１又はリード線側電極５１との接触抵抗の上昇を抑制するために、金属被覆層が設けられていてもよい。金属被覆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。金属被覆層は、単層であってもよいし複層であってもよい。金属被覆層は、湿式めっき法で形成しためっき層であってもよいし、蒸着法やＣＶＤ（化学気相成長法）等の気相成長方法で形成した金属層であってもよい。金属被覆層は複層で構成されていてもよく、例えば、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。また、金属被覆層は、露出した金属導体２のみに設けられていてもよいし、絶縁被膜３の下を含む金属導体２の全体に形成されていてもよい。

絶縁被膜３は、金属導体２上に設けられて、給電用電極１１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。この絶縁被膜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、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種又は２種以上であることが好ましい。なお、通常は１種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。

絶縁被膜３の厚さは、（１）電気絶縁性を確保できる程度の厚さであること、及び、（２）給電用電極１１側の端面３ａが第１ガイドプレート２０の第１ガイド穴２１に当たってプローブ１が第１ガイド穴２１を通過して落下しない程度の厚さであること、等を条件として設定される。なお、後述の連続塗布法で絶縁被膜３を形成する場合には、金属導体２の直径にも関係する。そうした厚さとしては、例えば２μｍ以上、３０μｍ以下の範囲内で適宜設定され、一例として金属導体２の直径が４０μｍ以上、１００μｍ以下の範囲内にある場合、その厚さは５μｍ以上、２０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

絶縁被膜３が形成されたプローブ１の胴体部Ａは、上記直径の金属導体２の外周に上記厚さの絶縁被膜３を形成した後の外径となるが、特にプリント基板１２の給電用電極１１を測定する場合には、その外径が５０μｍ以上、１４０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。ただし、絶縁被膜３の材質や厚さについては、耐電圧の仕様によって適正な材質と厚さが選定される。

絶縁被膜３の形成手段は特に限定されないが、連続塗布法により焼付けエナメル被膜として形成することができる。また、金属導体２をプローブ１の形状に成形加工した後に絶縁被膜３を形成する場合には、スプレー法、ディップ法、静電塗装法等により、絶縁被膜３を形成することができる。

こうしたコンタクトプローブ１は、所定の直径に加工した長尺の金属導体２上に、連続焼付法等によって絶縁被膜３を形成した後、所定の長さに切断し、その後、両端の絶縁被膜３を剥離処理して得ることができる。両端の剥離処理としては、レーザー照射による剥離処理やストリッパー等を用いた機械的な剥離処理を挙げることができるが、金属導体２へのダメージが少なく、且つ剥離端面が第１ガイド穴２１に引っ掛かり易いように「立てる」ことができる方法を選択することが好ましい。その後、両端を上記端面形状に研削加工することにより、コンタクトプローブ１を作製する。なお、研削加工は、切断工程と剥離工程との間で行ってもよい。また、絶縁被膜３の除去は、両端を研削加工する前に行ってもよいし後に行ってもよい。また、絶縁被膜３の除去を端面の研削加工後に行う場合には、その絶縁被膜３の除去は金属被覆層形成工程の前に行ってもよいし後に行ってもよい。

プローブ１の長さは特に限定されないが、通常、５ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲内である。また、プローブ１の端部２ａ，２ｂで露出する金属導体２の長さとして、給電用電極１１側（下側）の長さは、例えば１ｍｍ以上４ｍｍ以下程度の範囲内であることが好ましく、リード線５０側（上側）の長さは、例えば０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度の範囲内であることが好ましい。特に給電用電極１１側（下側）は、下側に配置された第１ガイドプレート２０を貫通し、さらに給電用電極１１に接触する長さである必要がある。

プローブ群４は、上記したプローブ１の複数本で構成されている。各プローブ１は、図３に示すように、給電用電極１１の平面視での輪郭Ｓの内側でその輪郭Ｓに沿うような配列パターンで配列されている。本実施形態では、図６に示すように、給電用電極１１の平面視で矩形状である。このため、この矩形状の輪郭Ｓの内側に、長辺に沿って３本、短辺に沿って２本のプローブ１がそれぞれ配列されている。

これにより、プローブ群４を、各プローブ１の下側の先端部２ａが一の給電用電極１１に向かい合うように位置決めし、給電用電極１１に向けて移動させると、各プローブ１の下側の先端部２ａは、給電用電極１１の中央領域を外れて辺縁付近の各位置１１ａに接触する。このため、給電用電極１１の中央領域で、表面にキズが付くことを抑えることができる。その結果、電気特性の測定後においても給電用電極１１の中央領域が良好な表面状態に維持され、給電用電極１１に対してワイヤーボンディング等の後工程を良好に行うことができる。

プローブ群４を構成するプローブ１の本数は、給電用電極１１の大きさ、測定時に給電用電極１１に流す電流の大きさ、プローブ１の外径等を考慮して選択され、例えば、給電用電極１１がパワー半導体の電極である場合には、１０本以上２０本以下の範囲から選択するのが適当である。プローブ１の本数が１０本より少ないと、検出感度が不十分になる可能性がある。また、プローブ１の本数が２０本より多いと、プローブ１を給電用電極１１に接触させた際、給電用電極１１上でプローブの先端部２ａ同士が近接し、さらには接触した状態になり、短絡を生じるおそれがある。

プローブ１同士の間隔は、通常、等間隔とされるため、給電用電極１１の大きさとプローブ１の本数とによって自ずと決まるが、５０μｍ以上、５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

プローブ１の列の数は、給電用電極１１の大きさやプローブ１の外径を考慮して、各プローブ１の先端部２ａの接触位置が給電用電極１１の中央領域に及ばない範囲で設定すればよい。給電用電極１１が通常のプリント基板の電極である場合、プローブ１の列は、１列又は２列程度が適当である。

各プローブ１は、その軸方向が、給電用電極表面と平行になるように位置決めされる基準面２０ａとの直交方向（以下、「直交方向ｙ」と略す。」に対して、特定の方向に傾斜していることが好ましい。各プローブ１が直交方向ｙに対して特定の方向に傾斜している場合には、各プローブ１は、その先端部２ａが給電用電極１１に接触した状態で荷重が与えられたとき、軸方向が傾く向きに揃って湾曲して座屈し、他のプローブ１の座屈を干渉し難い。このため、各プローブ１の下側の先端部２ａを給電用電極１１に対して良好な接触状態で接触させることができる。

一方、各プローブ１が、基準面２０ａとの直交方向ｙに沿って立設されている場合には、各プローブ１は、その下側の先端部２ａが給電用電極１１に接触した状態で荷重が与えられたときに無秩序な方向に撓む。その結果、各プローブ１が他のプローブ１の座屈を干渉し、プローブ１の給電用電極１１に対する接触状態が不良になる可能性がある。

本実施形態では、後述するように、給電用電極１１表面と平行に配置される基準面２０ａは第１ガイドプレート２０の上側の表面２０ａであり、各プローブ１は、この基準面２０ａとの直交方向ｙに対して右側に傾斜している。したがって、各プローブ１は、その先端部２ａが給電用電極１１に接触した状態で荷重が与えられると、右側に揃って湾曲して座屈し、他のプローブ１の座屈を干渉し難い。このため、プローブ１の先端部２ａが給電用電極１１に対して良好な接触状態で接触する。

各プローブ１の傾斜角度（直交方向ｙに対する角度θ）は、１°以上５°以下の範囲内であることが好ましい。傾斜角度θが前記範囲よりも小さい場合には、プローブ１の構成材料等によっては、プローブ１が湾曲する向きを十分に規制できない場合がある。また傾斜角度θが前記範囲よりも大きい場合には、各プローブ１の下側の先端部２ａが給電用電極１１上で滑り易くなり、給電用電極１１表面をキズ付けるおそれがある。

各プローブ１１を傾斜させる方法としては、第１ガイドプレート２０に設けられた第１ガイド穴２１と第２ガイドプレート３０に設けられた第２ガイド穴３１とを、中心点の平面視での位置をずらす方法が挙げられる。これについては、ガイドプレートの欄で詳述する。

（ガイドプレート）
第１ガイドプレート２０及び第２ガイドプレート３０は、図１及び図２に示すように、少なくとも１枚のプレートで構成され、各ガイドプレート２０，３０には、それぞれ、第１ガイド穴２１と第２ガイド穴３１が複数設けられている。なお、第３ガイドプレート４０は、リード線５０をリード線側電極５１に導くためのガイドプレートであり、下プレート４０ａと上プレート４０ｂとで構成されている。

第１ガイドプレート２０は、下側の表面が給電用電極１１に対向するように給電用電極１１側（下側）に配置され、第２ガイドプレート３０は、リード線側（上側）に配置されている。各ガイドプレート２０，３０は、それぞれ一定の間隔で固定されている。なお、「一定の間隔」とは、各ガイドプレート２０，３０の距離が均等であることではなく、各ガイドプレート２０，３０同士が平行になっていることを意味する。平行になっている各ガイドプレート２０，３０の間隔は、コンタクトプローブ１の長さに関係するが、例えば１ｍｍ以上３６ｍｍ以下の範囲内から選択することができる。また、本実施形態では、第１ガイドプレート２０の上側の表面２０ａを、給電用電極１１表面と平行になるように位置決めされる基準面２０ａとし、各プローブの傾斜角度θは、この基準面２０ａとの直交方向ｙを基準に設定するものとする。

電極側（下側）に設けられた第１ガイドプレート２０は、リード線５０側（上側）に設けられた第２ガイドプレート３０と協働してプローブ１を所定の給電用電極１１に接触するように導くものであり、１枚でも２枚以上でもよいが、図１及び図２に示すように、１枚のものが好ましい。

第１ガイドプレート２０には、複数の第１ガイド穴２１が設けられており、各第１ガイド穴２１には、プローブ１の下側の先端部２ａが挿入される。すなわち、各第１ガイド穴２１は、先端部２ａを構成する金属導体２のみが挿入されるものである。なお、以下の説明では、プローブ１の先端部２ａのうち、特に、第１ガイド穴２１に嵌め入れる部分を「先端側嵌入部Ｂ１」と言う。

各第１ガイド穴２１の径は、プローブ１の先端部２ａの直径よりも大きい。詳しくは、プローブ１は、第１ガイド穴３１に挿入された後に傾斜されるため、第１ガイド穴は、プローブ１を構成する金属導体２の外径に、傾斜幅を考慮した所定のクリアランスを加えた径で形成されている。また、第１ガイドプレート２０の厚さは強度等を考慮して自由に設定することができるが、プローブ群を挿入する第１ガイド穴２１の開いている部分の厚さは、第１ガイド穴２１の直径の１０倍程度であることが好ましい。

リード線側（上側）に設けられた第２ガイドプレート３０も、上記同様、給電用電極１１側（下側）に設けられた第１ガイドプレート２０と協働してプローブ１を所定の給電用電極１１に接触するように導くものであり、１枚でも２枚以上でもよいが、図１及び図２に示すように、１枚のものが好ましい。

第２ガイドプレート３０には、複数の第２ガイド穴３１が設けられており、各第２ガイド穴３１には、プローブ１の胴体部Ａが挿入される。すなわち、各第２ガイド穴３１は、プローブ１の胴体部Ａが挿入されるものである。なお、以下の説明では、プローブ１の胴体部Ａのうち、特に、第２ガイド穴２１に嵌入される部分を「後端側嵌入部Ａ１」と言う。

第２ガイド穴３１の径は、プローブ１の胴体部Ａの直径よりも大きい。詳しくは、プローブ１は、その第２ガイド穴３１に挿入された後に傾斜されるため、第２ガイド穴３１は、コンタクトプローブ１の外径に、傾斜幅を考慮した所定のクリアランスを加えた径で形成されている。また、第２ガイドプレート３０の厚さは強度等を考慮して自由に設定することができるが、プローブ群を挿入する第２ガイド穴３１の開いている部分の厚さは、第２ガイド穴３１の直径の１０倍程度であることが好ましい。

本実施形態では、第２ガイドプレート３０は、図５に示すように、第１ガイドプレート２０に対する相対位置が、第１ガイド穴２１の中心点と第２ガイド穴３１の中心点とで平面視での位置が一致している位置から右側に平行移動した位置となっており、これによって、第２ガイド穴３１は、第１ガイド穴２１に対して右側にずれたものとなっている。

このため、各ガイドプレート２０，３０に装着されたコンタクトプローブ１も、第２ガイド穴３１に嵌め入れた後端側嵌入部Ａ１が、第１ガイド穴２１に嵌め入れた先端側嵌入部Ｂ１に対して右側にずれ、その軸方向が基準面２０ａに対する直交方向ｙに対して右側に傾斜している。

したがって、コンタクトプローブの欄で説明したように、各プローブ１は、その先端部２ａが給電用電極１１に接触した状態で荷重が与えられと、右側に揃って湾曲して座屈し、他のプローブ１を干渉し難い。したがって、各プローブ１の先端部２ａを、給電用電極１１に対して良好な接触状態で接触させることができる。

第１ガイド穴２１と第２ガイド穴３１の平面視での中心点間の距離Ｌは、第１ガイドプレート２０と第２ガイドプレート３０との間隔によっても異なるが、１μｍ以上５μｍ以下の範囲内であることが好ましい。中心点間の距離Ｌをこの範囲内にすることにより、各プローブ１を前述の適正な傾斜角度（１°以上５°以下の範囲内）で傾斜させることができる。

以上説明したように、本発明に係るプローブユニット１０Ａによれば、プローブ群４を構成する各プローブ１が、給電用電極１１の平面視での輪郭Ｓの内側で該輪郭Ｓに沿うような配列パターンで配列されているので、各プローブ１を給電用電極１１に接触させて電流を流すことによって電気特性を測定する際に、各プローブ１の下側の先端部２ａは、給電用電極１１の中央領域を外れて辺縁付近に接触する。このため、給電用電極１１の中央領域にキズが付き難く、給電用電極１１に対してワイヤーボンディング等の後工程を良好に行うことができる。

（コンタクトプローブの傾斜形態）
プローブ１の傾斜形態を図１及び図２を例にして説明する。プローブ１は、特定の方向に傾斜している。すなわち、各プローブ１は、その軸方向が、給電用電極１１の表面に対して平行に位置決めされる基準面との直交方向に対して、特定の方向に傾斜している。こうした傾斜は、プローブ１の両端に荷重が与えられることによってその傾斜方向に座屈し、その座屈により生じた弾性力を接触圧力として給電用電極１１に接触する。この結果、各プローブ１は、その先端部が給電用電極１１に接触した状態で両端に荷重が与えられたとき、軸方向が揃ってその傾斜方向に湾曲して座屈し、他のコンタクトプローブに対して干渉しない。そのため、各プローブ１の先端部を、給電用電極１１に対して良好な接触状態で接触させることができる。なお、傾斜角度は既述したとおりである。

各プローブ１は、図１及び図２に示すように、複数のプローブ１で構成されたプローブ群毎に特定の方向に傾斜している。図１に示すように、各プローブ群の全てを特定の一方向に傾斜させてもよいし、図２に示すように、各プローブ群それぞれを任意の方向に傾斜させてもよい。

特に、図２に示すように、プローブ１をプローブ群毎に特定の方向に傾斜させていることにより、プローブ群毎に発生する傾斜方向の力を分散させることができる。すなわち、プローブ１は、給電用電極１１の表面に対して平行に位置決めされる基準面との直交方向に対して特定の方向に傾斜しているので、プローブ１の座屈によって、ガイドプレート（例えば第３ガイドプレート４０）はその傾斜方向に力（Ｆ_Ｈ）が発生する。その力Ｆ_Ｈは、ガイドプレートの面内方向に生じた力であり、軸方向の応力とプレート面方向の応力とに分解される。そのため、その力Ｆ_Ｈが発生する元になるプローブ１の傾斜方向や傾斜角度を、例えば個々の給電用電極１１に対応したプローブ群毎に調整することができ、その力をユニット全体で分散させたり相殺したりすることができる。こうした力Ｆ_Ｈの分散や相殺は、発生する力をほぼゼロにすることができ、コンタクトプローブユニット１０を長期的に使用した場合であっても、コンタクトプローブユニット１０の組み立て精度の悪化やピンの位置精度の悪化を抑制することができる。

図２の例では、図中の中心に対して、個々のプローブ群を右方向と左方向で対称の方向に傾斜させているので、ガイドプレートの右方向に生じた力Ｆ_Ｈと、ガイドプレートの左方向に生じた力Ｆ_Ｈとを相殺することができる。このように、傾斜方向を対称にすることにより、ガイドプレートに掛かる応力が減り、寸法精度とピンの位置精度の再現性を向上させることができる。なお、図２中のＦ_Ｖは、プレートの法線方向に生じた力である。

（コンタクトプローブユニットの製造方法）
プローブユニット１０Ａは、まず、複数のプローブ１、第１ガイドプレート２０及び第２ガイドプレート３０を準備する。

次に、第１ガイドプレート２０と第２ガイドプレート３０とを、対応する第１ガイド穴２１と第２ガイド穴３１とで中心点の平面視での位置が一致するように、所定の間隔を空けて平行に配置する。

次に、各第１ガイド穴２１及び各第２ガイド穴３１に、それぞれ、各プローブ１の下側の先端部２ａ及び胴体部Ａを挿入した後、第２ガイドプレート３０を第１ガイドプレート２０に対して右側に平行移動する。これにより、各プローブ１が、基準面２０ａとの直交方向ｙに対して右側に傾く。

最後に、第１ガイドプレート２０の辺縁と第２ガイドプレート３０の辺縁との間に保持部材５を挿入し、接着剤等を用いて固定する。以上のような工程で、プローブユニット１０Ａが製造される。

［コンタクトプローブユニットの他の例］
本発明に係るプローブユニットの他の一例について説明する。このプローブユニット１０Ｂは、第２ガイドプレート３０の構成と各プローブ１の傾斜方向が異なること以外は、図３〜図５に示すプローブユニット１０Ａと同様である。

すなわち、このプローブユニット１０Ｂでは、図７及び図８に示すように、第２ガイドプレート３０は、一のプローブ群４毎に区分けされた複数のブロック部３２と、各ブロック部３２を嵌め入れた複数の嵌入孔３３を有する保持プレート３４とから構成されている。

各ブロック部３２には、それぞれ、一のプローブ群４に対応する複数の第２ガイド穴３１が設けられている。

各ブロック部３２は、図８に示すように、それぞれ、第１ガイド穴２１の中心点と、各ブロック部３２に設けられた第２ガイド穴３１の中心点とで平面視での位置が一致している状態から面内で僅かに回転した状態となっており、この状態で嵌入孔３３内に固定されている。これによって、第２ガイド穴３１は、第１ガイド穴２１に対して回転方向にずれたものとなっており、各ガイドプレート２０、３０に装着された各プローブ１も、第２ガイド穴３１に嵌め入れた後端側嵌入部Ａ１が、第１ガイド穴２１に嵌め入れた先端側嵌入部Ｂ１に対して回転方向にずれ、その軸方向が基準面２０ａに対する直交方向ｙに対して傾斜している。

このため、コンタクトプローブの欄で説明したように、各プローブ１は、その先端部２ａが給電用電極１１に接触した状態で荷重が与えられると、揃った向きに湾曲して座屈し、他のプローブ１を干渉し難い。したがって、各プローブの先端部２ａを、給電用電極１１に対して良好な接触状態で接触させることができる。

ブロック部３２の断面形状は、特に限定されず、略円形状、楕円形状、多角形状等のいずれでも良いが、略円形状にすることが好ましい。これにより、保持プレート３４に形成する嵌入孔３３の断面形状を、孔開け加工が容易な略円形状とした場合に、各ブロック部３２を各嵌入孔３３内に小さな隙間で嵌入することができる。これにより、嵌入孔３３内にブロック部３２を固定する接着剤の使用量を抑えることができるとともに、ブロック部３２を嵌入孔内３３に安定に固定することができる。なお、ブロック部３２の断面形状を多角形状とした場合、嵌入孔３３の断面形状は、多角形状、略円形状等のいずれでも良いが、嵌入孔の断面形状が略円形状である場合には、ブロック部３２の各側面と嵌入孔３３の円弧状の内面との間を接着剤等で充填する必要がある。

ブロック部３２の初期状態（各ガイド穴２１，３１の中心点同士で平面視での位置が一致している状態）からの回転角度は、第１ガイドプレート２０と第２ガイドプレート３０との間隔によっても異なるが、１°以上３°以下の範囲内であることが好ましい。回転角度をこの範囲内にすることにより、各プローブ１を前述の適正な傾斜角度（１°以上５°以下の範囲内）で傾斜させることができる。

ただし、図８に示すように、第２ガイド穴３１の配列形状が円形（略円形を含む）以外であり、穴の配置位置によって第２ガイド穴３１の回転中心からの距離が異なる場合には、ブロック部３２を回転させたときの各第２ガイド穴３１の移動距離Ｌ１，Ｌ２も異なってくる。そのため、挿入された各プローブ１の傾斜角度θも互いに異なる。このような場合に、回転角度があまり大きい場合には、各プローブ１同士で傾斜角度θの差が大きくなり、プローブ先端２ａの給電用電極１１に対する接触圧力の差も大きくなる。このため、第２ガイド穴３１同士で回転中心からの距離が互いに異なる場合には、各第２ガイド穴同士の間隔、ガイドプレート２０，３０同士の間隔、及び各プローブ１に与える荷重等を考慮して、プローブ先端２ａの給電用電極１１に対する接触圧力が均一になるように回転角度を設定することが好ましい。具体的には、ブロック部３２の初期状態からの回転角度は１°以上２°以下の範囲内にするのが適当である。

プローブユニット１０Ｂにおいても、前述のプローブユニット１Ａと同様の作用効果を得ることができる。

プローブユニット１０Ｂでは、特に、第２ガイドプレート３０が、一のプローブ群４に対応するように区分けされたブロック部３２を有するので、ブロック部３２毎に回転角度を制御することで、プローブ群４毎にプローブ１の傾斜角度を変えることができる。これにより、各給電用電極１１に、それぞれ、好適な接触圧力でプローブ１を接触させることができる。

（コンタクトプローブユニットの製造方法）
プローブユニット１０Ｂは、まず、複数のプローブ１、第１ガイドプレート２０、第２ガイドプレート３０を構成するブロック部３２及び保持プレート３４を準備する。

次に、第１ガイドプレート２０と保持プレート３４を、所定の間隔を空けて平行に配置し、ブロック部３２を、対応する第１ガイド穴２１と第２ガイド穴３１とで各中心点の平面視での位置が一致するように、保持プレート３４の嵌入孔３３内に嵌め入れる。

次に、各第１ガイド穴２１及び各第２ガイド穴３１に、それぞれ、プローブ１の下側の先端部２ａ及び導体部Ａを挿入した後、各ブロック部３２を面内で回転させる。これにより、各プローブ１が、基準面２０ａとの直交方向に対して傾斜する。

最後に、各嵌入孔３３とブロック部３２との隙間を接着剤等で充填し、第１ガイドプレート２０の辺縁と第２ガイドプレート３０の辺縁との間に保持部材５を挿入し、接着剤等を用いて固定する。以上のような工程で、プローブユニット１Ｂが製造される。

［コンタクトプローブユニットを用いた電気特性の検査方法］
本発明に係るプローブユニット１０Ａ，１０Ｂを用いた電気特性の検査方法について説明する。

プローブユニット１０Ａ、１０Ｂは、プリント基板等の給電用電極１１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１０Ａ，１０Ｂは、複数のプローブ１で構成されたプローブ群４を複数備え、また、各プローブ１を検査装置のリード線５０にガイドするとともに例えばはんだバンプ等の給電用電極１１に接触するようにガイドする第１ガイドプレート２０及び第２ガイドプレート３０とを備えている。

プローブユニット１０Ａ，１０Ｂと給電用電極１１は、電気特性を検査する際、各プローブ群４が各給電用電極１１と対応するように位置制御される。そして、プローブユニット１０Ａ，１０Ｂは、プローブ１の先端が給電用電極１１に接触してプローブ１が所定量座屈するまで、プリント基板に向けて移動され、プローブ１の弾性力を利用して給電用電極１１にプローブ１の先端（先端部２ａ）が所定の圧力で押し当てられる。続いて、プローブ１から給電用電極１１に電流を流し、プリント基板の給電用電極１１と別の位置にあって該給電用電極１１に電気的に接続された検出用電極の電圧を、検出用プローブ（図示しない）により検出する。これにより、プリント基板の電気特性が測定される。

このとき、このプローブユニット１０Ａ，１０Ｂでは、プローブ群４を構成する各プローブ１が、給電用電極１１の平面視での輪郭Ｓの内側で該輪郭Ｓに沿うような配列パターンで配列されているので、各プローブ１の先端部２ａは、給電用電極１１の中央領域を外れて辺縁付近に接触する。このため、給電用電極１１の中央領域では、表面にキズが付くがことが抑えられ、電気特性の測定後においても良好な表面状態を維持することができる。

なお、給電用電極１１に仮にキズが付いたとしても、そのキズはコンタクトプローブ１による中央領域のキズではないので、後工程の接続工程での不良を少なくすることができる。その結果、電気特性の測定後においても、給電用電極１１の中央領域が良好な表面状態に維持され、この中央領域に対してワイヤーボンディング等の後工程を良好に行うことができる。また、給電用電極１１の中央領域のキズによる外観不良を低減でき、歩留まりを向上させることができる。また、ブロック群毎の傾斜方向や傾斜角度を調整することにより、座屈によってガイドプレートの面内で発生する力を全体として相殺することができる。その結果、発生する力をほぼゼロにすることができる。そうした力の相殺は、長期的に使用した場合であっても、コンタクトプローブユニットの組み立て精度の悪化やピンの位置精度の悪化を抑制することができる。

１プローブ（コンタクトプローブ）
２金属導体
２ａ下側の端部（先端部）
２ｂ上側の端部（後端部）
３絶縁被膜
３ａ絶縁被膜の端面
４プローブ群
５保持部材
１０，１０Ａ，１０Ｂプローブユニット（コンタクトプローブユニット）
１１給電用電極
１１ａ辺縁付近の位置
１２プリント基板
２０第１ガイドプレート
２０ａ上側の表面（基準面）
２１第１ガイド穴（ガイド穴）
３０第２ガイドプレート
３１第２ガイド穴（ガイド穴）
３２ブロック部
３３嵌入孔
３４保持プレート
４０第３ガイドプレート
４０ａ下プレート
４０ｂ上プレート
５０リード線
５１リード線側電極
Ａ胴体部
Ａ１後端側嵌入部
Ｂ端部（両端部）
Ｂ１先端側嵌入部
Ｌ第１ガイド穴と第２ガイド穴の平面視での中心点間の距離
Ｌ１，Ｌ２第１ガイド穴に対する第２ガイド穴の移動距離
Ｓ給電用電極の輪郭
θ 傾斜角度
ｙ直交方向
Ｆ_Ｈプレートの面内方向に生じた力
Ｆ_Ｖプレートの法線方向に生じた力

Claims

胴体部と両端部とを有するコンタクトプローブが複数本配列されてなるプローブ群と、
前記各コンタクトプローブの前記両端部のうち先端部が挿入され、前記先端部を測定位置にガイドする複数のガイド穴が設けられた第１ガイドプレートと、
前記第１ガイドプレートに対して一定の間隔を空けて配置され、前記各コンタクトプローブの前記胴体部が挿入されて前記胴体部を支持する複数のガイド穴が設けられた第２ガイドプレートと、を備え、
前記各コンタクトプローブの前記先端部を給電用電極に接触させて電流を流すことによって回路基板の電気特性を測定する方式のコンタクトプローブユニットであって、
前記各コンタクトプローブは、両端に荷重が与えられることによって座屈し、その座屈により生じた弾性力を接触圧力として前記給電用電極に接触するものであり、且つ、その軸方向が、前記給電用電極の表面に対して平行に位置決めされる基準面との直交方向に対して、複数のコンタクトプローブで構成されたプローブ群毎に特定の方向に傾斜しており、前記給電用電極の輪郭の内側で該輪郭に沿うような配列パターンで配列されていることを特徴とするコンタクトプローブユニット。
前記第１ガイドプレートに設けられた前記各ガイド穴と前記第２ガイドプレートに設けられた前記各ガイド穴とは、同じコンタクトプローブが挿入されたガイド穴同士で、中心点の平面視での位置が特定の方向にずれている、請求項１に記載のコンタクトプローブユニット。
前記第１ガイドプレートと前記第２ガイドプレートのいずれか一方は、前記プローブ群のうち一のプローブ群に対応するように区分けされ、前記複数のガイド穴が設けられたブロック部と、
前記ブロック部を嵌め入れる嵌入孔を有する保持プレートと、を有し、
前記嵌入孔内で前記ブロック部が面内で回転されたことにより、前記ブロック部に設けられた前記各ガイド穴と、他方のガイドプレートに設けられた前記各ガイド穴とは、同じコンタクトプローブが挿入されるガイド穴同士で、中心点の平面視での位置が特定の方向にずれている、請求項２に記載のコンタクトプローブユニット。