JP7236848B2 - プローブ装置、電気検査装置、および電気検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、プローブ装置、電気検査装置、および電気検査方法に関し、より詳しくは、プリント配線板の電気検査に使用されるプローブ装置、当該プローブ装置を含む電気検査装置、および当該電気検査装置を用いた電気検査方法に関する。

電子機器における信号伝送速度の高速化に伴い、高速に信号を伝送するための配線として細線同軸ケーブルが多く利用されている。近年ではさらに、複数の高速信号の並列伝送や省スペース化が求められるようになっている。そこで、細線同軸ケーブルよりも省スペースであり、機器内配線を行うことが可能なプリント配線板の適用が進んでいる。例えば、特許文献１には、高速信号を伝送するための高速信号伝送用配線（以下、単に「信号線」ともいう。）が複数本設けられたプリント配線板が記載されている。

高速信号伝送用配線が設けられたプリント配線板の電気特性を測定する必要がある。特許文献２には、信号ピンとグランドピンを有する同軸プローブが記載されている。また、検査対象のプリント配線板の端子に合わせて複数のプローブが狭ピッチで配置されたプローブカードが知られている。

従来、ワイヤープローブ等のプローブピンを有する検査治具を用いてプリント配線板の配線の直流抵抗や絶縁抵抗等の基本的な電気特性を検査することが知られている。この検査治具では、検査対象のプリント配線板の端子に対応する位置にプローブピンが配設されている。検査治具と測定器との間には、測定用信号の出力先を切り替えるための切替器が設けられる。電気検査を行う際、プリント配線板の複数の端子（信号端子、グランド端子等）に対して１本ずつプローブピンを接触させる。その後、切替器で測定用信号の出力先を切り替えることにより、プリント配線板の複数の配線に対する電気検査を行う。

特願２０１７－２３９７６７ 特開２００１－３４３４０６号公報

複数の信号線が設けられたプリント配線板の電気特性、具体的には、当該信号線の特性インピーダンス、交流信号の伝送損失の周波数特性、隣接する信号線間のクロストーク等の検査を安価に行うことが求められている。また、当然ながら、正確な電気検査が求められる。

加えて、プリント配線板の電気検査を効率良く行えることも望ましい。例えば、効率良くクロストークを測定するためには、狭ピッチで配置される複数の信号線の端子の各々にプローブを同時に一括して接触させる必要がある。しかし、特許文献２に記載のような同軸プローブを用いようとすると、検査対象の信号線ごとに同軸プローブを移動させる必要があり、効率的に電気検査を行うことが難しい。また、同軸プローブの信号ピンとグランドピンの間隔が比較的大きいため、プリント配線板の配線ピッチが狭い場合、同軸プローブでは対応できないおそれがある。

一方、ワイヤープローブ等のプローブピンを用いた検査治具の場合、切替器で測定用信号の出力先を切り替えることで、プリント配線板の複数の配線に対する電気検査を効率良く行うことが可能である。しかしながら、特に高周波信号の場合において、プローブピンとプリント配線板の配線との間でインピーダンス整合をとることが難しい。特性インピーダンスが不整合の場合、プローブピンと配線との間の接触部分において測定用信号の反射が大きくなり、正確な電気検査を行うことができない。

プローブカードを用いて電気検査を行う場合は、プリント配線板の複数の信号線にプローブカードの複数のプローブを一括して接触させる。このため、効率良く電気検査を行うことが可能である。さらに、プローブカードとプリント配線板間の距離は測定用信号の波長に比べて十分に短いため、インピーダンス整合をとらずとも、接触部分における測定用信号の反射が抑制される。

しかしながら、プローブカードは、検査対象のプリント配線板の端子の配置に合わせて作製される専用品である。このため、プリント配線板の端子の配置が変更された場合、新たなプローブカードを作製する必要がある。プローブカードは非常に高価であること、作製に要する期間が長いことから、安価にプリント配線板の電気特性を検査するには適さない。

本発明は、上述の技術的認識に基づいてなされたものであり、プリント配線板の電気検査を安価に且つ正確に行うことができるプローブ装置、電気検査装置、および電気検査方法を提供する。

本発明に係るプローブ装置は、
プリント配線板の電気検査に使用されるプローブ装置であって、
プリント配線板上に設けられ所定の方向に延在する配線に前記所定の方向に沿って同時に当接可能に構成され且つ互いに電気的に接続された複数本のプローブピンを含む、少なくとも１つのプローブ群を備えることを特徴とする。

また、前記プローブ装置において、
前記少なくとも１つのプローブ群の特性インピーダンスは、前記プリント配線板の前記配線の特性インピーダンスに実質的に整合されていてもよい。

また、前記プローブ装置において、
前記少なくとも１つのプローブ群のプローブピッチは、前記プローブピンの直径の４倍未満であるようにしてもよい。

また、前記プローブ装置において、
前記少なくとも１つのプローブ群として、互いに平行に配置された第１のプローブ群および第２のプローブ群を備え、
前記第１のプローブ群の長さは、前記第１のプローブ群と前記第２のプローブ群との間の間隔よりも大きく、かつ、前記第２のプローブ群の長さは、前記間隔よりも大きいようにしてもよい。

また、前記プローブ装置において、
前記複数本のプローブピンは、一直線上に配置されていてもよい。

また、前記プローブ装置において、
前記複数本のプローブピンは、前記所定の方向に見て千鳥状に配置されていてもよい。

また、前記プローブ装置において、
前記少なくとも１つのプローブ群として、前記配線の一方端に当接可能に構成された第１のプローブ群と、前記配線の他方端に当接可能に構成された第２のプローブ群と、を備えてもよい。

また、前記プローブ装置において、
前記少なくとも１つのプローブ群として、互いに平行に配置された第１のプローブ群および第２のプローブ群を備え、
前記プリント配線板には、前記配線として、グランド配線と、前記グランド配線に隣り合う信号線とが設けられ、
前記第１のプローブ群は前記グランド配線に当接可能に構成され、前記第２のプローブ群は前記信号線に当接可能に構成されていてよい。

また、前記プローブ装置において、
前記少なくとも１つのプローブ群として、互いに平行に配置された第１のプローブ群、第２のプローブ群および第３のプローブ群を備え、
前記プリント配線板には、前記配線として、信号線と、前記信号線を挟む第１のグランド配線および第２のグランド配線とが設けられ、
前記第１のプローブ群は前記第１のグランド配線に当接可能に構成され、前記第２のプローブ群は前記信号線に当接可能に構成され、前記第３のプローブ群は前記第２のグランド配線に当接可能に構成されていてもよい。

また、前記プローブ装置において、
前記第２のプローブ群の長さは、前記第１のプローブ群の長さ以下であり、かつ前記第３のプローブ群の長さ以下であるようにしてもよい。

また、前記プローブ装置において、
前記第１および第３のプローブ群のプローブピッチは、前記第２のプローブ群のプローブピッチよりも小さいようにしてもよい。

また、前記プローブ装置において、
前記第１のプローブ群ないし前記第３のプローブ群に含まれるプローブピンは、前記所定の方向と直交する方向に見て一直線上に配置されてもよい。

また、前記プローブ装置において、
前記少なくとも１つのプローブ群に含まれるプローブピンの基端側を固定する第１の固定部材と、
前記少なくとも１つのプローブ群に含まれるプローブピンの先端側を固定する第２の固定部材と、
前記第１の固定部材と前記第２の固定部材を接続するスペーサ部材と、
をさらに備えてもよい。

本発明に係る電気検査装置は、
プリント配線板の電気特性を検査する装置であって、
前記プローブ装置と、
前記プローブ装置に測定用信号を出力し、前記プローブ装置で検出された信号を入力する測定器と、
を備えることを特徴とする。

本発明に係る電気検査方法は、
前記電気検査装置を用いて、プリント配線板の電気特性を検査する方法であって、
前記少なくとも１つのプローブ群を前記配線に当接させる工程と、
前記プリント配線板の信号線に当接するプローブ群を介して前記信号線に測定用信号を印加する工程と、
前記プローブ装置で検出された信号を入力する工程と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、プリント配線板の電気検査を安価に且つ正確に行うことができる。

実施形態に係るプローブ装置の断面図である。 実施形態に係るプローブ装置の平面図である。 プローブピッチ（Ｐ）とワイヤープローブの直径（Ｄ）との関係を説明するための図である。 プローブ群の長さ（Ｓ１，Ｓ２）とプローブ群間の間隔（Ｗ）との関係を説明するための図である。 電気検査の対象となるプリント配線板の平面図である。 図２のＡ－Ａ線に沿う断面図である。 実施形態に係るプローブ装置のワイヤープローブがプリント配線板に当接する態様の一例を示す平面図である。 実施形態に係るプローブ装置のワイヤープローブがプリント配線板に当接する態様の一例を示す斜視図である。 プリント配線板の配線の両端にプローブ群を当接させる態様を説明するための平面図である。 図４および図５に示す場合における電磁界解析シミュレーションの結果を示す図である。 比較例の場合における電磁界解析シミュレーションの結果を示す図である。 実施形態の第１の変形例に係るプローブ装置における、ワイヤープローブの構成を示す平面図である。 図９に示す場合における電磁界解析シミュレーションの結果を示す図である。 実施形態の第２の変形例に係るプローブ装置における、ワイヤープローブの構成を示す平面図である。 図１１に示す場合における電磁界解析シミュレーションの結果を示す図である。 実施形態の第３の変形例に係るプローブ装置における、ワイヤープローブの構成を示す平面図である。 図１３に示す場合における電磁界解析シミュレーションの結果を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、同等の機能を有する構成要素に同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、寸法や構成要素間の比率等は現実のものと必ずしも一致していない。

＜プリント配線板＞
実施形態に係るプローブ装置１０の詳細について説明する前に、検査対象のプリント配線板１００の一例について、図２および図３を参照して説明する。

プリント配線板１００は、図２および図３に示すように、絶縁基材１１０と、この絶縁基材１１０の主面上に設けられた信号線１３０、グランド配線１２０および１４０と、カバーレイ１５０と、グランド層１６０と、カバーレイ１７０と、を有する。なお、図示しないが、プリント配線板１００には、グランド配線１２０，１４０とグランド層１６０を電気的に接続する層間導電路（フィルドビア、スルーホール等）が設けられている。

絶縁基材１１０は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の可撓性を有する材料から構成されたものであってもよいし、あるいは、ガラスエポキシ等の可撓性を有しない材料から構成されたものであってもよい。

図２に示すように、信号線１３０、グランド配線１２０および１４０は、互いに平行に所定の方向（例えばプリント配線板１００の長手方向）に延在している。信号線１３０はグランド配線１２０に隣り合い、グランド配線１４０は信号線１３０に隣り合う。すなわち、信号線１３０は、２本のグランド配線１２０および１４０により挟まれている。

なお、以下の説明において、信号線１３０およびグランド配線１２０，１４０をまとめて単に「配線」ともいう。

プリント配線板１００の配線の特性インピーダンスは、所定の値（例えば５０Ω）とされている。

カバーレイ１５０は、プリント配線板１００の配線を絶縁保護するために設けられている。図２に示すように、カバーレイ１５０は、配線の端部に設けられた端子部が露出するように形成されている。なお、カバーレイ１５０がプリント配線板１００の端部（図２では左端）まで形成され、端子に相当する部分に開口部が設けられてもよい。

プリント配線板１００の厚さ方向の構造について、図３を参照して説明する。絶縁基材１１０の裏面にはグランド層１６０が形成されている。このグランド層１６０は裏面の全面を被覆するように設けられている。なお、グランド層１６０は、所定の領域（例えば配線の形成領域に対応する領域）にのみ設けられてもよい。また、グランド層１６０は、層状に形成されたものに限らず、メッシュ状などの所定の形状に形成されたものであってもよい。

グランド層１６０を絶縁保護するために、カバーレイ１７０が設けられている。カバーレイ１７０は、フィルム層１７０ａと、フィルム層１７０ａを絶縁基材１１０に接着させるための接着剤層１７０ｂとを有する。

なお、検査対象のプリント配線板の構成が上記の例に限られないことは言うまでもない。例えば、信号線やグランド配線の数が上記の例と異なってもよい。グランド配線が１本であってもよい。また、配線の形状は直線状に限られず、信号伝送路であれば任意の形状であってよい。また、複数層の配線が設けられた多層のプリント配線板であってもよい。

＜プローブ装置＞
本発明の実施形態に係るプローブ装置１０について、図１Ａおよび図１Ｂを参照して説明する。プローブ装置１０は、プリント配線板の電気特性（特性インピーダンス、伝送損失、クロストーク等）を検査するために使用される。プローブ装置はプローブ治具とも呼ばれる。

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、プローブ装置１０は、複数のプローブ群ＰＧ１～ＰＧ３と、固定部材１２（第１の固定部材）と、固定部材１３（第２の固定部材）と、スペーサ部材１４と、導電接続部材１５と、を備えている。

本実施形態では、プローブ装置１０は、互いに平行に配置された３つのプローブ群ＰＧ１，プローブ群ＰＧ２およびプローブ群ＰＧ３を有する。そして、プローブ群ＰＧ１、ＰＧ２およびＰＧ３は、プリント配線板１００のグランド配線１２０、信号線１３０およびグランド配線１４０にそれぞれ当接可能に構成されている。プローブ群ＰＧ１、プローブ群ＰＧ２およびプローブ群ＰＧ３は、プリント配線板１００のグランド配線１２０、信号線１３０およびグランド配線１４０間の各ピッチに合わせて配設されている。

なお、プローブ群の数は、３つに限られず、検査対象のプリント配線板の配線数等に応じて１以上の任意の値をとり得る。

プローブ群ＰＧ１～ＰＧ３は、それぞれ複数本のプローブピンを含む。本実施形態では、プローブピンとして、ワイヤープローブが用いられる。すなわち、プローブ群ＰＧ１は複数本のワイヤープローブ１１ａを含み、プローブ群ＰＧ２は複数本のワイヤープローブ１１ｂを含み、プローブ群ＰＧ３は複数本のワイヤープローブ１１ｃを含む。

なお、プローブピンとして、ワイヤープローブに代えて、他の種類のプローブ（スプリング式プローブなど）を用いてもよい。いずれにせよ、プローブピンとして、直流抵抗検査で使用される安価なプローブが適用可能である。

また、本実施形態では各プローブ群に含まれるワイヤープローブの本数は５本であるが、これに限られるものではない。

図１Ｂに示すように、本実施形態では、各プローブ群ＰＧ１～ＰＧ３に含まれる複数本のワイヤープローブ１１ａ～１１ｃは、それぞれ一直線上に配置されている。また、プローブ群ＰＧ１ないしプローブ群ＰＧ３に含まれるワイヤープローブ１１ａ～１１ｃは、プリント配線板１００の配線が延在する方向と直交する方向（図１Ｂでは縦方向）に見て一直線上に配置されている。すなわち、ワイヤープローブ１１ａ～１１ｃは平面視してグリッド状に配置されている。

ワイヤープローブ１１ａ～１１ｃはタングステン等からなる金属細線である。ワイヤープローブ１１ａ～１１ｃは、プリント配線板１００に当接する際に長手方向の力を受けて撓み、それによりプリント配線板１００との接触が確保される。ワイヤープローブ１１ａ～１１ｃは、固定部材１２により基端側が固定され、固定部材１３により先端側が固定されている。本実施形態では、ワイヤープローブ１１ａ～１１ｃは、板状の固定部材１２，１３にグリッド状に設けられた複数の貫通孔に挿通され、接着剤等により固定されている。

ワイヤープローブ１１ａ～１１ｃの先端（図１Ａでは上端）の形状は、特に限定されず、半円形状の他、ニードル形状またはフラット形状などでもよい。また、ワイヤープローブ１１ａ～１１ｃの断面形状も特に限定されず、円形の他、楕円形、矩形などでもよい。また、ワイヤープローブ１１ａ～１１ｃの直径は、例えば、１０μｍ～１５０μｍである。ワイヤープローブ１１ａ～１１ｃの長さは、例えば、２０ｍｍ～１２０ｍｍである。

後ほど電磁界解析シミュレーションの結果を用いて説明するように、プローブ群ＰＧ１～ＰＧ３の特性インピーダンスは、プリント配線板１００の配線の特性インピーダンスに実質的に整合されている。

図１Ｂに示すように、同じプローブ群に属するワイヤープローブは、導電接続部材１５により互いに電気的に接続されている。なお、電気的な接続の形態はこれに限られるものではなく、例えば、同じプローブ群に属するワイヤープローブは一本に束ねられることにより電気的に接続されてもよい。

固定部材１２，１３は、ガラスエポキシ、ベークライト等の絶縁材料からなり、プローブ群ＰＧ１～ＰＧ３に含まれるワイヤープローブ１１ａ～１１ｃを固定する。すなわち、固定部材１２はワイヤープローブ１１ａ～１１ｃの基端側を固定し、固定部材１３はワイヤープローブ１１ａ～１１ｃの先端側を固定する。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、本実施形態では、固定部材１２および１３は板状の部材である。

スペーサ部材１４は、固定部材１２と固定部材１３を接続する部材である。これにより、固定部材１２と固定部材１３は所定の間隔を空けて平行に保持される。本実施形態では、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、四角形の固定部材１２，１３の隅部に４本のスペーサ部材１４が設けられる。

次に、図４および図５を参照して、プローブ群ＰＧ１～ＰＧ３とプリント配線板１００との間の当接態様について説明する。図４は、プローブ装置１０のワイヤープローブ１１ａ～１１ｃがプリント配線板１００の配線に当接した状態を示している。図５は当該状態を示す斜視図である。なお、図５では、固定部材１２，１３およびスペーサ部材１４は図示していない。

図４および図５に示すように、プローブ群ＰＧ１に含まれる複数本のワイヤープローブ１１ａは、グランド配線１２０が延在する方向に沿ってグランド配線１２０に同時に当接可能に構成されている。同様に、プローブ群ＰＧ２に含まれる複数本のワイヤープローブ１１ｂは、信号線１３０が延在する方向に沿って信号線１３０に同時に当接可能に構成され、プローブ群ＰＧ３に含まれる複数本のワイヤープローブ１１ｃは、グランド配線１４０が延在する方向に沿ってグランド配線１４０に同時に当接可能に構成されている。

また、複数のプローブ群ＰＧ１～ＰＧ３に含まれるワイヤープローブ１１ａ～１１ｃは、互いに電気的に接続されている。このため、複数本のワイヤープローブを有するプローブ群は、擬似的に１つのプローブとして機能する。同じプローブ群に属するワイヤープローブからは同じ電気信号（測定用信号）がプリント配線板１００の信号線１３０に出力される。

上記のプローブ装置１０によれば、後ほど電磁界解析シミュレーションの結果を参照して詳しく説明するように、プローブ群の特性インピーダンスを低下させることができ、配線の特性インピーダンスに実質的に整合させることが可能となる。

なお、プローブ装置１０では、複数のプローブ群が設けられていたが、これに限られない。すなわち、プリント配線板の特定の配線にプローブ群が接触し、他の配線には従来同様に１本のワイヤープローブのみが接触するようにしてもよい。例えば、信号線１３０には複数本のワイヤープローブを接触させ、グランド配線１２０，１４０には１本のワイヤープローブを接触させるようにしてもよい。

＜ワイヤープローブの配置寸法関係＞
ここで、プローブ群に含まれる複数本のワイヤープローブの配置寸法関係、および複数のプローブ群間の配置寸法関係について説明する。

まず、図１Ｃを参照して、ワイヤープローブの直径とプローブピッチとの関係について説明する。ここで、プローブピッチとは、プローブ群に含まれる複数本のワイヤープローブのうち、隣り合うワイヤープローブ間の中心間距離のことである。図１Ｃでは符号Ｐによりプローブピッチを示し、符号Ｄによりワイヤープローブの直径を示している。

プローブピッチＰはワイヤープローブの直径Ｄに基づく長さよりも小さいことが好ましい。具体的には、プローブピッチＰはワイヤープローブの直径Ｄの４倍未満（すなわち、Ｐ＜４Ｄ）であることが好ましい。これにより、プローブ群からプリント配線板の配線に測定用信号を印加したときに、各ワイヤープローブの周囲の電界が密接に合成されて、プローブ群は擬似的な長円形のプローブとして機能する。その結果、プローブ群の特性インピーダンスを効果的に低下させることができる。

次に、図１Ｄを参照して、プローブ群の長さとプローブ群の間隔との関係について説明する。ここで、プローブ群の長さとは、当該プローブ群に含まれる複数本のワイヤープローブのうち、両端（図１Ｄでは左端および右端）に位置するワイヤープローブ間の中心間距離のことである。また、プローブ群の間隔とは、隣り合うプローブ群間の距離のことである。より詳しくは、第１のプローブ群と第２のプローブ群間の間隔は、第１のプローブ群に含まれるワイヤープローブと、第２のプローブ群に含まれるワイヤープローブとの間の最短距離である。図１Ｄでは符号Ｓ１，Ｓ２によりプローブ群の長さを示し、符号Ｗによりプローブ群の間隔を示している。

図１Ｄに示すように、プローブ群ＰＧ１の長さＳ１は、プローブ群ＰＧ１とプローブ群ＰＧ２との間の間隔Ｗよりも大きく、かつ、プローブ群ＰＧ２の長さＳ２は、当該間隔Ｗよりも大きい。すなわち、隣り合うプローブ群の長さＳ１，Ｓ２がいずれもプローブ群間の間隔Ｗよりも大きいため、プローブ群を介してプリント配線板の配線に測定用信号を印加したときに、各ワイヤープローブの周囲の電界が密接に合成されて、プローブ群は擬似的な長円形のプローブとして機能する。その結果、プローブ群の特性インピーダンスを効果的に低下させることができる。

＜電気検査装置＞
次に、プローブ装置１０を用いた電気検査装置について説明する。

本実施形態に係る電気検査装置は、プローブ装置１０と、プローブ装置１０に測定用信号を出力し、プローブ装置１０で検出された信号を入力する測定器と、を備える。

なお、後述のプリント配線板１００Ａのように信号線が複数設けられている場合、測定器とプローブ装置の間に信号出力先の切替器（図示せず）が設けられてもよい。

測定器としては、特性インピーダンスを測定する場合は、例えばＴＤＲ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）が用いられ、伝送損失やクロストークを測定する場合は、例えばデジタルオシロスコープが用いられる。

ワイヤープローブ１１ａ～１１ｃの先端部は、図４および図５で説明したように、プリント配線板１００の配線に接触する。一方、ワイヤープローブ１１ａ～１１ｃの基端部は、測定器に電気的に接続される。より詳しくは、プローブ群ＰＧ２の基端部は測定器の信号出力端子に電気的に接続され、プローブ群ＰＧ１，ＰＧ３の基端部は測定器のアース端子に電気的に接続される。

＜電気検査方法＞
実施形態に係る電気検査方法について説明する。

まず、少なくとも１つのプローブ群をプリント配線板の配線に当接させる（ステップＳ１）。その後、測定器から、プリント配線板の信号線に当接するプローブ群を介して測定用信号を当該信号線に印加する（ステップＳ２）。具体的には、プローブ群ＰＧ２を介してプリント配線板１００の信号線１３０に測定用信号を印加する。前述のように、複数本のワイヤープローブ１１ｂは互いに電気的に接続されているため、同じ測定用信号（交流信号の場合は同じ位相の信号）が複数本のワイヤープローブ１１ｂから信号線１３０に印加されることとなる。そして、測定器は、プローブ装置１０で検出された信号を入力する（ステップＳ３）。

電気検査方法について検査項目別にさらに詳しく説明する。

信号線の特性インピーダンスを測定する場合、ステップＳ１では、図４および図５に示すように、プローブ群ＰＧ２の複数本のワイヤープローブ１１ｂを信号線１３０の一端（例えば入力端）に当接させ、プローブ群ＰＧ１およびＰＧ３のワイヤープローブ１１ａおよび１１ｃをグランド配線１２０および１４０の一端（例えば入力端）にそれぞれ当接させる。

ステップＳ２では、ＴＤＲインピーダンス測定器から出力された高速パルスまたはステップ信号を、プローブ群ＰＧ２を介して信号線１３０に印加する。そして、ステップＳ３では、プローブ群ＰＧ２を介して検出された反射波形を測定する。

伝送損失やクロストークを測定する場合、ステップＳ１において、２つのプローブ装置（第１のプローブ装置と第２のプローブ装置）を用意し、プリント配線板の配線の両端（入力端と出力端）に各プローブ装置のワイヤープローブをそれぞれ接触させる。これについて、図６を参照して詳しく説明する。図６は、２本の信号線１３０Ａおよび１３０Ｂと、３本のグランド配線１２０Ａ，１２０Ｂおよび１２０Ｃとが絶縁基材１１０上に設けられたプリント配線板１００Ａを示している。図６中、符号１１はワイヤープローブを示している。なお、プリント配線板１００Ａには、プリント配線板１００と同様にグランド層１６０が設けられている。また、図示しないが、プリント配線板１００Ａには、グランド配線１２０Ａ，１２０Ｂおよび１２０Ｃとグランド層１６０を電気的に接続する層間導電路（フィルドビア、スルーホール等）が設けられている。

用意された２つのプローブ装置のうち、例えば、第１のプローブ装置がプローブ群ＰＧ１～ＰＧ５を有し、第２のプローブ装置１０がプローブ群ＰＧ６～ＰＧ１０を有する。

なお、一つのプローブ装置がすべてのプローブ群ＰＧ１～ＰＧ１０を有してもよい。このようなプローブ装置は、信号線１３０の一方端（例えば入力端）に当接可能に構成された第１のプローブ群ＰＧ２（ＰＧ４）と、信号線１３０の他方端（例えば出力端）に当接可能に構成された第２のプローブ群ＰＧ７（ＰＧ９）とを含む。

図６に示すように、各プローブ群ＰＧ１～ＰＧ１０は５本のワイヤープローブ１１を有する。そして、第１のプローブ装置１０は、プローブ群ＰＧ１がグランド配線１２０Ａの入力端に接触し、プローブ群ＰＧ２が信号線１３０Ａの入力端に接触し、プローブ群ＰＧ３がグランド配線１２０Ｂの入力端に接触し、プローブ群ＰＧ４が信号線１３０Ｂの入力端に接触し、プローブ群ＰＧ５がグランド配線１２０Ｃの入力端に接触するように配置される。また、第２のプローブ装置は、プローブ群ＰＧ６がグランド配線１２０Ａの出力端に接触し、プローブ群ＰＧ７が信号線１３０Ａの出力端に接触し、プローブ群ＰＧ８がグランド配線１２０Ｂの出力端に接触し、プローブ群ＰＧ９が信号線１３０Ｂの出力端に接触し、プローブ群ＰＧ１０がグランド配線１２０Ｃの出力端に接触するように配置される。

伝送損失を測定する場合、ステップＳ２では、プローブ群ＰＧ２を介して信号線１３０Ａに交流信号を入力する。例えば、５ＧＨｚの交流信号が信号線に入力される。そして、ステップＳ３では、信号線１３０Ａを伝播した信号を、プローブ群ＰＧ７を介して検出する。これにより、信号線１３０Ａの伝送損失が測定される。同様に、プローブ群ＰＧ４を介して信号線１３０Ｂに交流信号を入力し、信号線１３０Ｂを伝播した信号を、プローブ群ＰＧ９を介して検出する。これにより、信号線１３０Ｂの伝送損失が測定される。

クロストークを測定する場合、ステップＳ２では、プローブ群ＰＧ２を介して信号線１３０Ａに交流信号を入力する。そして、ステップＳ３では、プローブ群ＰＧ４を介して、信号線１３０Ｂに漏洩した信号を検出する。これにより、信号線１３０Ａおよび信号線１３０Ｂ間の近端クロストークが測定される。また、プローブ群ＰＧ２を介して信号線１３０Ａに交流信号を入力し、プローブ群ＰＧ９を介して、信号線１３０Ｂに漏洩した信号を検出することにより、信号線１３０Ａおよび信号線１３０Ｂ間の遠端クロストークが測定される。

後述のように、本実施形態に係るプローブ装置１０の特性インピーダンスはプリント配線板１００の配線の特性インピーダンスと実質的に整合されている。このため、上記の電気検査装置ないし方法によれば、安価で汎用的なプローブピンを用いながらも、プリント配線板の電気特性（とりわけ高周波信号に対する電気特性）を正確に測定することができる。

さらに、プリント配線板の配線の数に応じてプローブ群の数を増やすことで、プローブ装置とプリント配線板の一括接続が可能となる。これにより、検査対象の配線ごとにプローブ装置を移動させる必要がなくなり、効率的に電気検査を行うことができる。

＜電磁界解析シミュレーション＞
次に、図７および図８を参照して、電磁界解析シミュレーションの結果について説明する。図７は、プローブ装置１０を用いた場合のシミュレーション結果を示している。図８は比較例に係る従来のプローブ装置を用いた場合のシミュレーション結果を示している。比較例では、プリント配線板の各配線にワイヤープローブを１本ずつ当接させる。

シミュレーションを実施する際のパラメータは、ワイヤープローブの直径および配置と、プローブ装置以外の誘電体領域の比誘電率である。ここでは、ワイヤープローブの直径は７０μｍとし、プローブピッチは０．２５ｍｍとした。配線ピッチは０．３５ｍｍとした。配線ピッチは、プローブ群間の間隔（後述）に相当する。プローブ装置１０の周囲の誘電体領域は空気であるため、比誘電率は１とした。なお、特性インピーダンスには周波数依存性がないため、周波数はパラメータとして不要である。

図７に示すシミュレーション結果から分かるように、プローブ群ＰＧ２に含まれる複数本のワイヤープローブの周囲の電界結合により、等電位線Ｌ２は略長円形状となっている。プローブ群ＰＧ１，ＰＧ３についても、ワイヤープローブ１１ａ，１１ｃの周囲の電界結合により、等電位線Ｌ１，Ｌ３は信号線１３０に対向する面側において略長円形状となっている。このように各プローブ群は、擬似的な長円形のプローブとしてふるまう。その結果、各プローブ群間の電界結合が強くなり、特性インピーダンスが低下する。

実際、プローブ群ＰＧ２の特性インピーダンスのシミュレーション値は、４９．０Ωであり、プリント配線板１００の信号線１３０の特性インピーダンス（５０Ω）に近い値が得られた。このように、本実施形態に係るプローブ装置によれば、プローブ群の特性インピーダンスを配線の特性インピーダンスに実質的に整合させることができる。

一方、比較例の場合、図８のシミュレーション結果から分かるように、等電位線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は単一のワイヤープローブの形状を反映して略円形状となっている。ワイヤープローブ１１ｂの特性インピーダンスのシミュレーション値は、１８６Ωであり、目標値の５０Ωから大きく外れている。

上記のシミュレーション結果から、互いに電気的に接続された複数本のワイヤープローブによりプローブ群を構成することで、プローブ群は略長円形のプローブとして機能することにより特性インピーダンスを低下させることができることが分かる。その結果、プローブ群の特性インピーダンスをプリント配線板の配線の特性インピーダンスに近づけることができ、インピーダンス整合をとることができる。

したがって、本実施形態によれば、プリント配線板の電気特性を正確に検査することができる。特に、高速信号伝送用配線を有するプリント配線板の電気特性を正確に測定することができる。

さらに、本実施形態に係るプローブ装置は、安価に準備できる汎用的なプローブピンを準備し、プリント配線板の端子の配置に基づいて固定部材に形成された貫通孔にプローブピンを挿通し固定することにより、容易に作製することが可能である。したがって、プリント配線板の配線の数や配置等が変更された場合であっても、変更後の配線に合わせたプローブ装置を安価にかつ短期間で作製することが可能である。よって、本実施形態によれば、プリント配線板の電気検査を安価に行うことができる。

さらに、本実施形態に係るプローブ装置では、プリント配線板の複数の配線に複数のプローブ群を一括して接触させることが可能である。これにより、例えば、製品単位あるいはシート単位（ＦＰＣの場合）で一括検査を行うことができる。よって、本実施形態によれば、プリント配線板の電気検査を効率良く行うことができる。

以下、第１～第３の変形例に係るプローブ装置（プローブピンの配置）および電磁界解析シミュレーションの結果について説明する。いずれの変形例によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第１の変形例）
本変形例では、図９に示すように、信号線１３０に当接するプローブ群ＰＧ２の長さが、グランド配線１２０に当接するプローブ群ＰＧ１の長さよりも小さく、かつグランド配線１４０に当接するプローブ群ＰＧ３の長さよりも小さい。そして、グランド配線１２０，１４０に当接するプローブ群ＰＧ１，ＰＧ３に含まれるワイヤープローブの本数が、信号線１３０に当接するプローブ群ＰＧ２に含まれるワイヤープローブの本数よりも多い。図９の例では、９本のワイヤープローブ１１ａがプローブ群ＰＧ１に含まれ、５本のワイヤープローブ１１ｂがプローブ群ＰＧ２に含まれ、９本のワイヤープローブ１１ｃがプローブ群ＰＧ３に含まれる。

シミュレーション条件として、ワイヤープローブの直径は前の例と同様に７０μｍとした。また、プローブ群ＰＧ１，ＰＧ３のプローブピッチは０．１５ｍｍとし、プローブ群ＰＧ２のプローブピッチは０．２０ｍｍとした。配線ピッチは０．３５ｍｍとした。

図１０は、上記のワイヤープローブの本数および配置等の条件下でのシミュレーション結果を示している。図７の場合と同様に、プローブ群ＰＧ２に含まれる５本のワイヤープローブ１１ｂの周囲の等電位線Ｌ２は略長円形状となっている。プローブ群ＰＧ１，ＰＧ３についても、ワイヤープローブ１１ａ，１１ｃの周囲の等電位線Ｌ１，Ｌ３は、信号線１３０に対向する面側において略長円形状となっている。図７の場合に比べて本変形例では、プローブ群ＰＧ１，ＰＧ３に含まれるワイヤープローブの本数が増加し且つプローブピッチが短くなっている。このため、等電位線Ｌ１，Ｌ３の形状は、信号線１３０に対向する面側において凹凸が小さくなり、より平坦化している。プローブ群ＰＧ２の特性インピーダンスのシミュレーション値は、５０．５Ωであり、プリント配線板１００の配線の特性インピーダンス（５０Ω）にさらに近い値が得られた。

（第２の変形例）
本変形例では、プローブ群に含まれる複数本のワイヤープローブが、プリント配線板の配線が延在する方向に見て千鳥状に配置されている。図１１に示すように、プローブ群ＰＧ１～ＰＧ３のいずれも、千鳥状に配置されたワイヤープローブ１１ａ～１１ｃを有している。

シミュレーション条件として、ワイヤープローブの直径は、すべて３２μｍとした。また、Ｘ方向（配線の延在方向）のプローブピッチは０．０６２５ｍｍとし、Ｙ方向（Ｘ方向に直交する方向）のプローブピッチは０．０６２５ｍｍとした。Ｘ方向に平行な直線上に位置するワイヤープローブのプローブピッチは、０．１２５ｍｍ（＝０．０６２５ｍｍ×２）である。配線ピッチは０．３５ｍｍとした。

図１２は、上記のワイヤープローブの本数および配置等の条件下でのシミュレーション結果を示している。図７の場合と同様に、プローブ群ＰＧ２に含まれる１２本のワイヤープローブ１１ｂの周囲の等電位線Ｌ２は略長円形状となっている。プローブ群ＰＧ１，ＰＧ３についても、ワイヤープローブ１１ａ，１１ｃの周囲の等電位線Ｌ１，Ｌ３は、信号線１３０に対向する面側において略長円形状となっている。プローブ群ＰＧ２の特性インピーダンスのシミュレーション値は、６１．９Ωであった。

（第３の変形例）
本変形例では、図１３に示すように、プローブ群に含まれる複数本のワイヤープローブが、図７よりも太径である。すなわち、シミュレーション条件として、ワイヤープローブの直径は９０μｍとした。プローブ群ＰＧ１～ＰＧ３のプローブピッチは０．１５ｍｍとし、配線ピッチは０．３５ｍｍとした。

図１４は、上記のワイヤープローブの本数および配置等の条件下でのシミュレーション結果を示している。図７の場合と同様に、プローブ群ＰＧ２に含まれる５本の太径のワイヤープローブ１１ｂの周囲の等電位線Ｌ２は略長円形状となっている。プローブ群ＰＧ１，ＰＧ３についても、太径のワイヤープローブ１１ａ，１１ｃの周囲の等電位線Ｌ１，Ｌ３は、信号線１３０に対向する面側において略長円形状となっている。プローブ群ＰＧ２の特性インピーダンスのシミュレーション値は、５７．０Ωであった。

実施形態および第１ないし第３の変形例に係るシミュレーション結果から、プローブピンの直径、プローブピッチ、プローブ群の長さ、プローブ群の間隔、プローブピンの配置形態（直線状、千鳥状等）などにより、プローブ群の特性インピーダンスを制御することができることが分かる。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

１０ プローブ装置
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ ワイヤープローブ
１２，１３ 固定部材
１４ スペーサ部材
１５ 導電接続部材
１００，１００Ａ プリント配線板
１１０ 絶縁基材
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ グランド配線
１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ 信号線
１４０ グランド配線
１５０ カバーレイ
１６０ グランド層
１７０ カバーレイ
１７０ａ フィルム層
１７０ｂ 接着剤層
ＰＧ１，ＰＧ２，ＰＧ３ プローブ群
Ｓ１，Ｓ２ プローブ群の長さ

Claims (14)

1. プリント配線板の電気検査に使用されるプローブ装置であって、
   プリント配線板上に設けられ所定の方向に延在する１本の配線に前記所定の方向に沿って同時に当接可能に構成され且つ互いに電気的に接続され、高周波信号が印加される複数本のプローブピンを含む、少なくとも１つのプローブ群を備え、
   前記少なくとも１つのプローブ群の特性インピーダンスは、前記プローブ群から前記プリント配線板の配線に高周波信号が印加されたときに前記プローブ群が擬似的な長円形の１つのプローブとして機能して前記特性インピーダンスが低下することにより、インピーダンス整合回路を用いることなく、前記プリント配線板の前記配線の特性インピーダンスに実質的に整合されていることを特徴とするプローブ装置。
2. 前記少なくとも１つのプローブ群のプローブピッチは、前記プローブピンの直径の４倍未満であることを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
3. 前記少なくとも１つのプローブ群として、互いに平行に配置された第１のプローブ群および第２のプローブ群を備え、
   前記第１のプローブ群の長さは、前記第１のプローブ群と前記第２のプローブ群との間の間隔よりも大きく、かつ、前記第２のプローブ群の長さは、前記間隔よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のプローブ装置。
4. 前記複数本のプローブピンは、一直線上に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプローブ装置。
5. 前記複数本のプローブピンは、前記所定の方向に見て千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプローブ装置。
6. 前記少なくとも１つのプローブ群として、前記配線の一方端に当接可能に構成された第１のプローブ群と、前記配線の他方端に当接可能に構成された第２のプローブ群と、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のプローブ装置。
7. 前記少なくとも１つのプローブ群として、互いに平行に配置された第１のプローブ群および第２のプローブ群を備え、
   前記プリント配線板には、前記配線として、グランド配線と、前記グランド配線に隣り合う信号線とが設けられ、
   前記第１のプローブ群は前記グランド配線に当接可能に構成され、前記第２のプローブ群は前記信号線に当接可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のプローブ装置。
8. 前記少なくとも１つのプローブ群として、互いに平行に配置された第１のプローブ群、第２のプローブ群および第３のプローブ群を備え、
   前記プリント配線板には、前記配線として、信号線と、前記信号線を挟む第１のグランド配線および第２のグランド配線とが設けられ、
   前記第１のプローブ群は前記第１のグランド配線に当接可能に構成され、前記第２のプローブ群は前記信号線に当接可能に構成され、前記第３のプローブ群は前記第２のグランド配線に当接可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のプローブ装置。
9. 前記第２のプローブ群の長さは、前記第１のプローブ群の長さ以下であり、かつ前記第３のプローブ群の長さ以下であることを特徴とする請求項８に記載のプローブ装置。
10. 前記第１および第３のプローブ群のプローブピッチは、前記第２のプローブ群のプローブピッチよりも小さいことを特徴とする請求項９に記載のプローブ装置。
11. 前記第１のプローブ群ないし前記第３のプローブ群に含まれるプローブピンは、前記所定の方向と直交する方向に見て一直線上に配置されることを特徴とする請求項８に記載のプローブ装置。
12. 前記少なくとも１つのプローブ群に含まれるプローブピンの基端側を固定する第１の固定部材と、
    前記少なくとも１つのプローブ群に含まれるプローブピンの先端側を固定する第２の固定部材と、
    前記第１の固定部材と前記第２の固定部材を接続するスペーサ部材と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のプローブ装置。
13. プリント配線板の電気特性を検査する装置であって、
    請求項１～１２のいずれかに記載のプローブ装置と、
    前記プローブ装置に測定用信号を出力し、前記プローブ装置で検出された信号を入力する測定器と、
    を備えることを特徴とする電気検査装置。
14. 請求項１３に記載の電気検査装置を用いて、プリント配線板の電気特性を検査する方法であって、
    前記少なくとも１つのプローブ群を前記配線に当接させる工程と、
    前記プリント配線板の信号線に当接するプローブ群を介して前記信号線に測定用信号を印加する工程と、
    前記プローブ装置で検出された信号を入力する工程と、
    を備えることを特徴とする電気検査方法。

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