JPH0769374B2 - 回路ボードテスト用フィクスチャ - Google Patents

回路ボードテスト用フィクスチャ

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JPH0769374B2
JPH0769374B2 JP62293876A JP29387687A JPH0769374B2 JP H0769374 B2 JPH0769374 B2 JP H0769374B2 JP 62293876 A JP62293876 A JP 62293876A JP 29387687 A JP29387687 A JP 29387687A JP H0769374 B2 JPH0769374 B2 JP H0769374B2
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    • G01R1/07378—Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card with provisions for altering position, number or connection of probe tips; Adapting to differences in pitch using an intermediate adapter, e.g. space transformers

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボードテストシステムのテストフィクスチャ、
および電子部品その他を搭載した回路カードと電気スイ
ッチングシステムとを電気的に相互接続するための機械
インターフェイスに関する。
〔従来技術とその問題点〕
ボードテストシステムは多数の電気信号源と検出器から
成っており、それらは電子スイッチ、あるいはスキャナ
を通ってスキャナピンと呼ばれる多数の接点に接続され
る。テストフィクスチャはこれらのスキャナピンとテス
トする回路カード上に取り付けられた電子部品との間に
機械的、および電気的インターフェイスを供給する。ボ
ードテストシステムは電気信号を用いて回路カード上の
各電子部品が正しく動作しているかどうかを測定する。
これらの信号は電子部品への往路、および帰路の両方で
テストフィクスチャを通らねばならないので電子部品が
正しく動作しているか、あるいは誤った動作をしている
かの正確な判断を保証するためにテストフィクスチャは
これらの信号の質を落としてはならない。
従来技術の真空動作テストフィクスチャは典型的には２
枚のプレートから組み立てられる。第１プレート、すな
わちプローブプレートは絶縁物から成る厚いプレート
で、回路カードの電子部品に対応する位置に穴があいて
いる。プロービング手段をこの穴に固定する。典型的に
プロービング手段はばねを装着したプローブ、およびプ
ローブソケットから成る。第２プレート、すなわち、上
部プレートにはプロービング手段の位置に対応した穴が
あり、そしてアライメントピンに取り付けられ、予め装
着したフィクスチャばねによってプローブプレート上に
保持される。次にシールでこれらプレートの周辺を密閉
し、真空室を形成する。真空室の空気を抜いて上部プレ
ートをプローブプレートの方へ引き寄せると各プロービ
ング手段は上部プレートの対応する穴を通過し、回路カ
ード上の電子部品に接触する。回路カードは２個以上の
ツーリングピンにより上部プレートに対して位置決めさ
れ、真空によって正しい位置に保持される。いくつかの
従来技術のフィクスチャではフレキシブル薄膜で上部プ
レートを置きかえている。
テストシステムへの、およびテストシステムからの高品
質の信号経路を保証するために、プロービング手段は電
気的、および機械的にしっかりと部品に接触しなければ
ならない。電気的、および機械的によい接続をするため
の２つの必須要素はまず、プローブ手段と電子部品間の
適切なアライメントであり、第２にプロービング手段の
部品に対する力を均一にすることである。これらの要素
をテストフィクスチャ内の数個のプロービング手段に対
して実現するのは簡単だが、テストフィクスチャ全体に
わたる各プロービング手段に対して電気的、および機械
的によい接触を達成するのは非常にむずかしい。従来技
術におけるこれらの困難には２つの主たる理由がある。
まず、第１にばねを装着したプロービング手段の力は上
部プレートとプローブプレート間に装着されたフィクス
チャばねからの力に対して注意深く釣り合わさなければ
ならない。もし、フィクスチャばねがあまりに弱すぎる
と回路カードはテスト中にずれてしまい、強すぎれば回
路カードが適正な位置まで引き下がらず、接触が悪くな
る。もし、プロービング手段に装着されたばねがあまり
強すぎると回路カードはテスト中ずれてしまい、もし、
弱すぎれば回路カードはきちんとプローブされず、接触
は再び悪となる。プロービング手段とテストフィクスチ
ャの電子部品との間の接続が悪くなるのは通常、トレー
ドオフに起因する。第２に、回路カードとのアライメン
トは上部プレートのツーリングピンが供給するので、上
部プレートとプローブプレートとの間の位置決めを正確
に維持しなければならず、フィクスチャ製造費が高価か
つフィクスチャも不正確になる。
従来技術の真空作動フィクスチャのもう１つの問題は、
メインテナンス（保守）が困難なことである。従来技術
の真空テストフィクスチャではフィクスチャがしばしば
汚れやはんだ粒子を巻き込みフィクスチャを開かねばな
らなくなる。プレートの周囲のシールもすり減るので取
り替える必要がある。しかしながら、フィクスチャを開
くのはむずかしい。というのは分解、あるいは組み立て
の間、何らかのミスアライメントによってプロービング
手段が傷つく可能性があり、分解の間、ばねを注意深く
取り除き、組み立ての間、注意深くばねを元の場所に戻
さなければならないためである。したがって、フィクス
チャの修理は非常に時間のかかるプロセスである。
さらに、従来技術テストフィクスチャのフィクスチャば
ねのもう１つの問題はフィクスチャを作動するのに多量
の空気（排気）を必要とし、その間ノイズを出すことで
ある。フィクスチャばねもフィクスチャが作動するとき
回路カードをゆがませる。このことはプロービング手段
の位置決めを正しく維持し、およびプロービング手段に
対してばねの力を正しく選択するのを複雑にしている。
さらに、回路カードは力によって永久に傷つくかも知れ
ない。上部プレートおよびプローブプレートをゆがみか
ら守るために、より厚いプレートを用いればテストフィ
クスチャに余分な重さが加わる。より厚いプレートをも
ってしても上部プレートとプローブプレート間に停止支
持物を必要とするフィクスチャもある。回路カードをゆ
がみから守るため支持物を回路カードおよび上部プレー
ト間に置く。
いくつかの単一プレートフィクスチャが開発された。こ
れらのフィクスチャのプローブプレートはプレートが２
枚のフィクスチャのプローブプレートとほとんど同じで
ある。フォーム（foam）の厚い層を直接プローブプレー
トの上に置く。真空シールとしての役割を果たす回路カ
ードの周囲約２分の１インチを残して回路カードの真下
のプローブプレートからフォームを取り除く。そのよう
なフィクスチャの主要な欠点はフィクスチャが作動して
いない場合にプロービング手段が常時露出していること
である。露出したプロービング手段は簡単に傷つき、あ
るいはオペレータに害を与える。フォームシールに対す
る回路カードの移動には制限があるので、これらのフィ
クスチャは一般にプレートが２枚のフィクスチャより接
触が悪い。このフィクスチャのもう一つの欠点はフィク
スチャが作動している間、回路カードは支えられておら
ず、ゆがみにより傷つけられやすくなることである。そ
のような損傷には電子部品、あるいははんだ接続の破
壊、あるいはその両方が含まれる。
必要とされるのは回路カード上の電子部品とボードテス
トシステム間で反復性の確かな高品質の接続をすること
ができるテストフィクスチャである。
〔発明の目的〕
本発明は自動ボードテストシステムを電子回路カードに
インターフェイスするための装置に関し、その目的はボ
ードテストシステムと回路カード上に置かれた電子部品
との間の確かな電気的接続を可能にすることである。
本発明の第１の目的は、真空により作られた力を回路カ
ード上に公平に分配し、機械的に安全で、かつ、テスト
下の電子部品と電気的に確実に接続するための方法を提
供することである。本発明のもう１つの目的は主に、フ
ィクスチャばねの必要性を劇的になくす手段を提供する
こである。フィクスチャを作動するのに必要なばね力を
減少することにより電子回路カードはゆがみにくくな
る。
本発明のもう１つの目的は自動的に穴あけもできる単純
で安価な構造を提供することである。本発明は従来技術
のフィクスチャよりずっと安価な穴あけ、フライスおよ
び機械加工しか必要としない。
〔発明の概要〕
フィクスチャはプレートアセンブリ、支持部材、真空マ
ンホルド、スキャナプレート、支持プレート、第１シー
ル、第２シール、および第３シールから成る。プレート
アセンブリは従来技術のかさばる２枚のプレートシステ
ムに取って替わり、より軽量で、より強いフィクスチャ
となる。第１シールは従来技術の上部プレートとプロー
ブプレート間のフィクスチャばね、およびシールに取っ
て替わり、それによって従来技術のポップオフ、および
ゆがみの問題をなくす。本発明は清掃、およびプローブ
交換のために簡単に支持プレートを除去できるので従来
技術よりも簡単にメインテナンスできる。真空室体積を
減らし、フィクスチャばねを除去したため、テストフィ
クスチャを作動するのにそれほどの真空は必要ではな
い。本発明はテスト下の回路および支持プレートの両方
をプレートアセンブリ上のツーリングピンに関連付ける
ことにより余分な出費をすることなく従来技術のフィク
スチャの精密度を改良している。
〔発明の実施例〕
第１図は本発明の一実施例の分解図である。テストフィ
クスチャは２個の主アセンブリから成る。第１アセンブ
リはフィクスチャベース500であり、プロービング手段1
10とテストシステム間の電気信号路、およびテストシス
テムに機械インターフェイスを供給する。第２アセンブ
リは支持アセンブリ501であり、プロービング手段110を
保護し、メインテナンス用のフィクスチャベースから簡
単に分離することができる。プロービング手段110は支
持アセンブリ501を通り、回路カード105と接続する。フ
ィクスチャベース500、支持アセンブリ501および回路カ
ード105の間のアライメントをツーリングピン106が維持
する。
第２図は本発明の好適実施例の立断面図である。ボード
テストシステムをパドルピン113を通して回路カード105
に置かれた電子部品115に接続するためにテストフィク
スチャ100を用いる。フィクスチャベース500はプレート
アセンブリ101、支持部材107、真空マニホルド108、お
よびスキャナプレート112を含む。支持アセンブリ501は
支持プレート103、第１シール102、第２シール109およ
び第３シール104から成る。
プレートアセンブリ101に取り付けられた２個のツーリ
ングピン106はプレートアセンブリ101、支持プレート10
3、および回路カード105間で空間的なアライメントを維
持する。
回路カード105はプロービング手段110、接続ワイヤ114
およびスキャナピン111を通ってボードテストシステム
に電気的に接続される。プロービング手段110は典型的
にはプローブソケットに取り付けられたばねを装着した
プローブから成る。プローブソケットをプレートアセン
ブリ101の穴150に挿入する。穴は回路カード105上の部
品の位置に応じて開けられている。プロービング手段11
0をスキャナピン111に接続するのに接続ワイヤ114を用
いる。スキャナピン111はスキャナプレート112に取り付
けられている。プレート112はレギュラグリッド上に、
ボードテストシステム内のパドルピン113の位置に対応
する穴を有する。スキャナピン111は信号路を完成する
ためのパドルピン113と一列に並ぶ。フィクスチャ100は
ボードテストシステムにしっかりと正確に取り付けなけ
ればならない。様々な従来技術の方法を用いてフィクス
チャを正しく取り付けるのを保証する。
プレートアセンブリ101はプローブプレート130および真
空プレート132から成る。プローブプレート130は固くて
平たんな絶縁体で構成する。好適実施例において、プロ
ーブプレート130はだいたい16分の７インチの厚さのエ
ポキシ繊維ガラス積層材の平板である。真空プレート13
2は約８分の１インチの厚さのポリエステル繊維ガラス
材からできている。真空プレート132には端からだいた
い４分の１インチの所から始まる約６分の１のくぼみを
機械、またはモールドで造る。このくぼみがプローブプ
レート130の隣に組み込まれるとフィクスチャの全長お
よび全幅にわたって小さい真空室を形成する。プレート
アセンブリ101からマニホルド108を通って空気を除去す
る。
プレートアセンブリ101は真空に引かれたとき、回路カ
ードを支え、かつ曲げの力に耐えるだけ構造上堅くなけ
ればならないので、真空プレート132は支持物を含む。
好適実施例においては支持物を真空プレート中にモール
ドで造る。第3A図はエッジ304、くぼみ領域303、および
支持物301を含む真空プレートの下面図である。第3B図
は真空プレートの断面図である。エッジ304および支持
物301をプローブプレート130にしっかりと取り付け、真
空室を形成する。支持物301はプローブアセンブリを堅
固にし、真空力によりいかなる屈曲をもなくす。
第4A図および第4B図はプローブアセンブリの断面図であ
り、様々な支持物がドリルに及ぼす影響を示す。第4A図
は従来技術の支持物213と一致した点にドリルの刃201で
穴をあける効果を示す。支持物213の側面に沿い下に向
って穴を開けようとするとドリルの刃201はまっすぐな
穴からそれてしまう。
効果としてできた穴は曲がり、その結果、一直線のプロ
ーブソケットにはならない。したがって、プローブソケ
ットが一直線からずれるのを防止するため、本発明の好
適実施例で数えているように支持物を真空プレート中に
モールドするのではなく、従来技術の支持物213はプロ
ービング手段の穴をあけた後に取り付けられなければな
らない。本発明では、プローブソケットが一直線からず
れるのを防止し、しかもどの点にでもフィクスチャに穴
をあけることができるように支持物301にはテーパが付
いている。したがって、テーパ付きの支持物301はどこ
にでも付けることができ、真空プレート132をモールド
し、製造コストを下げることができる。支持物を手で付
けるよりむしろ正しい場所に支持物301をモールドする
ことによりフィクスチャの生産性は非常に高まる。支持
物に必要なテーパはだいたいプレートアセンブリに穴を
あけるのに用いるドリルの刃の角、−通常、20度から30
度の間−に等しい。
本発明の好適実施例において、第２図に示したように２
枚のプレート130および132を積層物質131と一緒に積層
する。一つになった積層プローブアセンブリ101は２つ
の機能を合わせ持っている。プレートアセンブリ101は
プロービング手段110を支持するための、またフィクス
チャを通って真空マニホルド108に真空を送るための堅
固なベースを提供する。真空プレート132をプローブプ
レート130に積層することで真空室の周囲を永久にシー
ルし、単一のより軽量な構造部材を形成している。また
２枚のプレートを一緒に積層することによって、弾性を
犠牲にすることなく各プレートの厚みを減少することが
可能である。
第２図に示したようにプレートアセンブリ101、シール1
02、および支持プレート103が真空プレートのすぐ上の
領域に第２真空室を形成する。支持プレート103には回
路カード105上の電子部品の位置に従ってあけられた穴
がある。フィクスチャを作動すると、空気はこれらの
穴、プローブソケットのまわりとして第１真空室を通過
する。空気はプレートアセンブリ101の底から第１真空
室へ通ることはできない、というのはプローブソケット
のベースは拡げられてプレートアセンブリ101とプレス
フィットするようになっているからである。フィクスチ
ャを作動するとプロービング手段110はこれらの穴を通
って伸び、回路カード105に接続する。支持物プレート1
03は回路カード105よりも両端でだいたい８分の５イン
チ大きい。好適実施例のシール102は形態はほぼ正方形
であり、８分の３から２分の１インチの幅である。シー
ルは内芯、および外殻から成る。シールの内芯はフォー
ムストリップから成り、空気流を通さない。フォーム物
質は低圧縮セットであり、信頼性よく動作させるには圧
縮力を低くする必要がある。シールの外殻はフォームを
囲む薄膜フィルムから成り、空気を密閉する。外殻はシ
ールおよびボード間の空気漏れを防ぎ、フィクスチャを
作動するのに必要な力を減らすため、フレキシブルでな
ければならない。外殻はフォームに取り付けてあっても
なくてもよい。好適実施例において、内芯のフォームは
オープンセル（open cell）ウレタンであり、外殻の薄
膜フィルムはウレタン膜であり、芯には付いていない。
シール102、プレートアセンブリ101、および支持プレー
ト103によって形成された第２真空室は回路カード105よ
りほんの少しだけ大きい。シール102は従来技術のプレ
ート間のぱねの代わりをする。これらのばねをなくすこ
とにより、テストフィクスチャはばね定数の異なるばね
を組み合わせて出荷する必要がもはやなくなった。ま
た、ばねをなくすことにより本発明はプロービング手段
110を接続するときに回路カード105がポップオフ（pop
off）するのを防いでいる。従来技術のフィクスチャば
ねを単にシールと置き換えても、もし、(1)支持プレー
ト103をより薄くし、かつ、(2)回路カード105をわずか
に上まわる大きさまで支持プレート103の手法を小さく
して、支持プレート103の重さを減少するのでなけれ
ば、効果がない。シール102の上部に接着剤を用いて支
持プレート103に確実にはり付ける。シール102の底を弱
い接着剤（低粘着性をもつ）で被う。この接着剤はプレ
ートアセンブリ101に支持アセンブリ501をシールと共に
保持する。しかしながら、持ち上げることにより簡単に
分離でき、テストフィクスチャの修理を簡単にしいて
る。
支持プレート103、シール109、および回路カード105が
第３真空室を形成する。必要ならば回路カード105およ
び支持プレート103の間に支持物を置く。シール109はほ
んのわずかしか圧縮できないセルラフォーム（cellular
foam）からできている。
第３シール104を適宜用いてフィクスチャの信頼性、お
よび消音動作をさらに高めてもよい。第２シール109上
の回路カード105の端に沿ったシール104を付加すること
でテストフィクスチャを作動するときのシールが確実に
なる。第３シール104はテストする回路カードがゆがん
でいるとき、特に重要である。第３シールは、また真空
源を除去し、そして大気圧の空気が中に入るとき、回路
カード端のまわりのシールを維持する。またシール104
は回路カードのテストフィクスチャからの飛び出し防止
を助ける。
回路カード105の底から突き出たリード線による第２シ
ールおよび第３シールの摩耗は第３シール104の上部に
滑らかな耐摩耗物質を置くことにより著しく減少する。
好適実施例において、第３シールはセルラウレタンフォ
ーム付きの0.01インチのエポキシ繊維ガラス積層物質か
ら成る。２つの物質を支えのないアクリルトランスファ
接着剤で積層化する。第３シール104を第２シール109の
上部に取り付けるのに同じ接着剤を用いる。
フィクスチャは次のように組み立てる。フィクスチャ組
み立ての第１ステップはプレートアセンブリ101に穴を
あけることである。テストエンジニアはまずプローブす
べき回路カード105上の点を選択する。これは、通常部
品を取り付けたすべての点の情報を含むCAD/CAMで実行
する。ひとたび点を選択すると典型的には数値制御され
たドリルでプレートアセンブリに穴を開ける。ドリルは
真空プレートを通ってプローブプレートにまで穴を開け
る。プレートアセンブリを通してプローブすべき点に完
全に穴をあける。部品は取り付けるがプローブしない点
はプローブプレート130の反対側に到達する前約16分の
１の所で止まるように穴をあける。これで後でフィクス
チャの修正が必要になったときには都合よくプレートア
センブリに手で穴を開けることが可能になる。部分的に
開けられた穴はまた、矢印151で示したように第２真空
室からプレートアセンブリ101の第１真空室まで空気を
送る役割もする。次に支持プレート103に穴をあける。
支持プレート103は回路カード105上に電子部品が置かれ
る全ての点に穴を開ける。２個あるいはそれ以上のツー
リングホールをプレートアセンブリ101および支持プレ
ート103に開ける。次にツーリングピン106およびプロー
ブをプレートアセンブリ10に装着する。次に支持部材10
7および真空マニホルド108を取り付け、フィクスチャを
配線する。
次に第１シール102を切り、支持プレート103の底に取り
付け、第２シール109を切り、支持プレート103の上部に
取り付ける。シールを長さだけトリムし、１個のストリ
ップの端をもう一方の側にぶつけることによりかどを組
み立てる。シールの一部であるアクリル感圧接着剤でシ
ールを支持プレートにはり付ける。シールはストリップ
状になっており、フィクスチャを組み立てるとき簡単に
適当な長さに切ることができる。次に支持プレートをツ
ーリングピン上に置く。次に回路カード105を支持プレ
ート103に置き、第３シールを切り、回路カードの周囲
の第２シール109の上部に取り付ける。フィクスチャは
これで使用可能になる。
フィクスチャは次のように動作する。回路カード105の
ツーリング穴とツーリングピン106とを整列させて回路
カード105をフィクスチャ100の上部に置く。第５図はフ
ィクスチャが非作動状態にある本発明の好適実施例の立
断面図である。第６図は作動状態を示す。真空マニホル
ド108に真空を印加することでフィクスチャが作動す
る。次に第３真空室から第２真空室を通り、プレートア
センブリ101内の第１真空室を通ってマニホルド108から
空気を出す。シール109をわずかに圧縮し、またカード
に対してシール104を押しつけるようにして、回路カー
ド105を支持プレート103の方に引き下げる。シール102
を圧縮して、支持プレート103をプレートアセンブリ101
の方に引き下げる。これでプローブアセンブリはしっか
りと回路カードに接触する。シール102をそのもとの高
さの20〜30パーセントまで圧縮する。この移動はストッ
パにより制限される。
本発明は低粘着性テープの粘着力に打勝つことにより、
テストフィクスチャの上部から支持プレートを持ち上
げ、プローブを取りかえ、必要なときに清掃し、次に支
持プレートの穴をツーリングピンに通すことにより簡単
にサービスできる。なお、プレートアセンブリ101を小
型フィクスチャ上の伝統的なプローブプレートに取りか
えることで代替実施例とすることができる。この場合マ
ニホルドを第２真空室に直接接続する。これは小型フィ
クスチャのコストを下げる。
〔発明の効果〕
以上の説明より明らかなように、本発明ではバネを使用
していないので、回路カードとプローブ手段とが機械
的、電気的に均一に接触する。また支持プレートをプロ
ーブプレートから簡単に離脱することができるので修
理、清掃が簡単になる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の回路ボードテスト用フィクスチャの分
解斜視図、第２図は第１図のフィクスチャの断面図、第
3A図は第１図のフィクスチャ中の真空プレートの平面
図、第3B図は真空プレートの断面図、第4A図は従来のプ
レートアセンブリの断面図、第4B図は本発明のフィクス
チャ中のプレートアセンブリの断面図、第５図は本発明
のフィクスチャの非作動状態を示した図、第６図は本発
明のフィクスチャの作動状態を示した図である。 500:フィクスチャベース、501:支持アセンブリ、 105:回路ボード、101:プレートアセンブリ、 102:第１シール、103:支持プレート、 104:第３シール、106:ツーリングピン、 107:支持部材、109:第２シール、 110:プローブ手段、111:スキャナピン、 130:プローブプレート、131:積層物材、 108:真空マニホルド。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】真空ポートおよび複数個の穴を有するプロ
    ーブプレートと、前記穴の中に装着されたプローブ手段
    と、前記穴の位置に対応する位置に穴を有する支持プレ
    ートと、前記プローブプレートと前記支持プレート間に
    装着され、前記プローブプレートには弱い力で前記支持
    プレートには固着される第１シールと、前記プローブプ
    レートに装着されて前記プローブプレート、前記支持プ
    レート、被試験回路ボードを整列させるアライメント手
    段と、前記支持プレートに一方の面が固着され他方の面
    で前記被試験回路ボードを支持する第２シールとを含む
    回路ボードテスト用フィクスチャ。
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