JPWO2009144812A1 - コンタクトプローブ装置 - Google Patents

Abstract

電子部品を実装基板に接続するコンタクトプローブ装置において、超高周波帯域での良好な接触状態が低損失で得られるようにする。絶縁性基板１は、外周端から形成された幅の狭い切り込み３を複数有する。筒型電極９は、導電板材料から筒状に形成されるとともに当該軸方向に延びるスリット９ａを有する。複数の筒型電極９は、各スリット９ａにその絶縁性基板１をはめ込むようにして切り込み３に各々差し込まれ、絶縁性基板１に支持される。

Description

本発明はコンタクトプローブ装置に係り、例えばチップ状電子部品を電子機器内の実装基板に接続するためのコンタクトプローブ装置の改良に関する。

近年、電子機器内の実装基板に形成する電子回路における高速化が進み、それに搭載する電子部品も１０ＧＨｚを超える超高周波帯域で利用可能なものが要求されつつある。

このような超高周波帯域で使用可能な電子部品は、当該部品に設けた端子のインダクタンス成分による周波数特性の劣化を防ぐために、リードレスのチップ構造又は半田ボールによるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）構造にするのが一般的である。

もっとも、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）構造の電子部品は、試作段階等で実装基板に手半田で接続する際に、鏝で半田ボールに接触した瞬間、半田ボールが形を崩し、端子として使えなくなり易く、手半田による接続が困難であり、試作機の組立時に大変な手間がかかる。

そのため、超高周波帯域で使用可能な電子部品としては、チップ構造の方がよく使用される。

しかしながら、チップ構造の電子部品においても、実装基板に半田付け後、再調整や設計変更が生じて当該電子部品を取り外す必要が生じた場合、端子数が多いと、取り外しが困難となり易く、場合によっては実装基板を損傷する心配もある。

そこで、チップ状の電子部品の着脱が容易で、電子機器の実装基板との接続に使用可能で、１０ＧＨｚ以上の超高周波帯域で使用可能なコンタクトプローブが提供されている。

この種の構成として、例えば特開２００２−２２７６９５号公報（特許文献１）に示すコンタクトプローブが提案されている。

この特許文献１は、フッ素樹脂およびシリコン樹脂のような耐熱性を有し、弾性変形し易い合成樹脂筒体の外周を、薄い金属皮膜で被覆した構成を有するコンタクトプローブであり、検査する電子部品に凹凸があってもその凹凸を効果的に吸収することが可能で、低い接触抵抗値と小型化を可能にしたものである。
特開２００２−２２７６９５号公報

しかしながら、上述した特許文献１は、弾性変形し易い合成樹脂筒体上に金属皮膜を薄く形成しているため、電子部品との接触を繰り返す過程で金属皮膜の変形が繰り返され、ここにひび割れ等が発生し易く、経時的に電子部品との良好な接触を安定して得難く、長期的な耐久性に難点がある。

さらに、金属皮膜は、合成樹脂筒体上に無電解めっきによって形成されるが、絶縁材料への無電解めっきが特殊な技術であってコスト高を招き易い課題もある。

本発明はそのような課題を解決するためになされたもので、チップ状電子部品と実装基板との間で、安定した接触を簡単かつ確実に実現可能なコンタクトプローブ装置の提供を目的とする。

さらに、本発明は、１０ＧＨｚ以上の超高周波帯域において、良好な周波数特性が得られるコンタクトプローブ装置の提供を目的とする。

そのような課題を解決するために本発明に係るコンタクトプローブ装置は、外周端から形成された幅の狭い切り込みを複数有する絶縁性基板と、導電板材料から筒状に形成されるとともに当該軸方向に延びるスリットを有する筒型電極であって、当該スリットにその絶縁性基板をはめ込むようにしてその切り込みに差し込まれて上記絶縁性基板に支持された複数の筒型電極と、を具備している。

本発明のコンタクトプローブ装置において、上記絶縁性基板が可撓性を有する構成も可能である。

本発明のコンタクトプローブ装置において、枠型の絶縁性ケースを有し、この絶縁性ケースには、上記筒型電極の支持されたその絶縁性基板が一方の主面側からはめ込まれるとともに、対向する主面側にてその筒型電極および絶縁性基板の主要領域が露出する空所の形成された構成も可能である。

本発明のコンタクトプローブ装置において、上記絶縁性ケースの少なくとも側外周を覆い、電子機器の実装基板に固定される固定片が突設された金属性ガイド板を有する構成も可能である。

本発明のコンタクトプローブ装置において、対向する上記主面側の上記空所に収納される電子部品を抑える抑え部材がその金属性ガイド板に支持されてなる構成も可能である。

本発明のコンタクトプローブ装置において、上記抑え部材が、その金属性ガイド板に支持されたナット部材と、このナット部材にねじ込まれたねじ部材とを有する構成も可能である。

このような本発明に係るコンタクトプローブ装置では、上記絶縁性基板の切り込みに筒型電極が差し込まれてその絶縁性基板に支持され、それら個々の筒型電極が独立して外部電極に弾性的に当接可能となるから、電子部品と筒型電極との間や、筒型電極と外部の実装基板との間で、安定した接触を簡単かつ確実に実現可能となるし、超高周波領域において良好な周波数特性が得られる。

本発明のコンタクトプローブ装置において、上記絶縁性基板が可撓性を有する構成では、例えばチップ状電子部品等が多少変形していても、その変形に沿ってチップ状電子部品および実装基板の電極に当接可能となり、より一層安定した接触を簡単かつ確実に実現可能である。

本発明のコンタクトプローブ装置において、枠型の絶縁性ケースを有し、一方の主面側からその絶縁性基板がはめ込まれるとともに、対向する主面側にてその筒型電極および絶縁性基板の主要領域が露出する空所を有する構成では、その空所へ電子部品を収納することにより、その筒型電極に対して電子部品を着脱可能に載置可能で、電子部品の位置決めも容易である。

本発明のコンタクトプローブ装置において、上記絶縁性ケースの少なくとも側外周を覆い、電子機器の実装基板に固定される固定片が突設された金属性ガイド板を有する構成では、当該装置を実装基板に固定することが容易である。

本発明のコンタクトプローブ装置において、対向する上記主面側の空所に収納される電子部品を抑える抑え部材がその金属性ガイド板に支持されてなる構成では、電子部品への押圧を介して外部電極と筒型電極との一層確実な接続を確保することが可能である。

本発明のコンタクトプローブ装置において、上記抑え部材が、その金属性ガイド板に支持されたナット部材と、このナット部材にねじ込まれたねじ部材とを有する構成では、電子部品を筒型電極に対して着脱可能に押圧可能である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１および図２は本発明に係るコンタクトプローブ装置Ａの実施の形態を示す斜視図および分解斜視図である。

図１および図２において、絶縁性基板１は、可撓性を有し、高周波損失特性の良好な公知の絶縁性樹脂材料から、例えば長辺６ｍｍ、短辺４ｍｍ程度の長方形状に形成された厚さ０．２ｍｍの薄型基板であり、対向する短辺１ａには１個ずつ、対向する長辺１ｂには４個ずつ、外周端から１．２ｍｍほど切り込まれた幅の狭い切り込み３を複数有している。

切り込み３は、後述する電子部品５の外周に設けられた外部接続用の電極７の形成ピッチ（間隔）に合わせて形成されており、各切り込み３には、横断面Ｃ字形の筒型電極９が各々はめ込まれている。

筒型電極９は、導電板材料例えば０．１ｍｍの薄いステンレス板やりん青銅板から軸方向の長さ１ｍｍ、外径０．８ｍｍ程度の筒状（ロール状）に形成されるとともに、当該軸方向に延びるスリット９ａを有する形状を有するスプリング電極である。

各筒型電極９は、スリット９ａに絶縁性基板１をはめ込むようにして切り込み３に差し込まれるとともに、絶縁性基板１の外縁部に環状に配置されており、スリット９ａに面する端部を絶縁性基板１の表裏面に弾性的に当接させている。

絶縁性基板１の切り込み３は、ダイシング、ルーター等の従来公知の加工手段を用い、筒型電極９のステンレス板の厚みよりごく僅か幅広で、筒型電極９の軸方向寸法とほぼ同じ長さに形成されている。

なお、図２は絶縁性基板１の切り込み３を分かり易くするため、筒型電極９が挿入される前の状態で示している。

このように構成された本発明のコンタクトプローブ装置Ａは、図３に示すように、外周に外部接続用の電極７が複数形成された例えば電磁遅延線等のチップ状電子部品５を絶縁性基板１上に載置し、この絶縁性基板１を、公知の電子機器（図示せず。）の実装基板１１に形成された複数のパターン電極１３に当接させて使用される。

なお、実装基板１１上の複数のパターン電極１３は、従来公知の手法により、コンタクトプローブ装置Ａの筒型電極９の配置位置に合わせて形成されている。また、コンタクトプローブ装置Ａの筒型電極９（切り込み３）は、電子部品５の電極７の配置位置に合わせて形成されている。

電子部品５が、遅延線本体を内蔵したチップ状の電磁遅延線であるとした場合、図３において、例えば電極７ａ、７ｂが内蔵遅延線の入力電極および出力電極であり、電極７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆがその内蔵遅延線のグランド電極である（後述する図４も同様である。）。

図４は、実装基板１１上に電子部品５を直接当接し、パターン電極１３に電子部品５の電極７を直接接続した理想構成を示している。

図５Ａ、Ｂは、本発明に係る図３の高周波プローブ装置Ａと図４の従来構成との周波数特性を、反射強度および通過強度の観点から比較したものである。なお、電子部品５は、入出力電極７ａ、７ｂ間が内部で最短接続されるとともに伝播インピーダンスも所望の値に設定されているものとする。

図５Ａ、Ｂによれば、本発明に係る高周波プローブ装置Ａの特性（太実線）は、図４の理想構成の特性（細実線）に比べ、通過強度に僅かな劣化が見られるものの、反射強度（リターンロス：ＳパラメータのＳ１１）および通過強度（挿入損失：ＳパラメータのＳ２１）の双方ともに、１０ＧＨｚを超える周波数帯域で充分遜色のない結果を示している。

しかも、筒型電極９のステンレス板の抵抗率は銅等に比べて多少高いものの、筒型電極９の形状が小さいので、損失の無視が可能で、充分使用可能である。

このように本発明の高周波プローブ装置Ａは、外周端から形成された幅の狭い切り込み３を複数有する可撓性の絶縁性基板１と、導電板材料から筒状に形成されるとともに当該軸方向に延びるスリットを有する筒型電極９であって、当該スリット９ａにその絶縁性基板１をはめ込むようにしてその切り込み３に差し込まれて絶縁性基板１に支持された複数の筒型電極９と、を具備している。

そのため、個々の筒型電極９自体が弾性を有するとともに絶縁性基板１の対向面から弾性的に突出するから、電子部品５および実装基板１１の何れか一方又は双方の平坦性が失われた状態であっても、絶縁性基板１の全ての筒型電極９が電子部品５の電極７および実装基板１１のパターン電極１３に独立して確実に接触する。

しかも、筒型電極９が電子部品５の電極７および実装基板１１のパターン電極１３に線接触状態で当接するから、この点からも良好な接触状態が確保され易い。

さらに、絶縁性基板１のグランド電極を含めた全ての筒型電極９と電子部品５の電極７および実装基板１１のパターン電極１３との接触が良好であるから、１０ＧＨｚ以上の超高周波帯域においても十分実用になる。この点、グランド電極の接触状態が良好でないと、超高周波帯域における損失が増大し易いうえ、その損失原因も分かり難い。

次に、本発明に係るコンタクトプローブ装置Ａの応用例を説明する。

図６および図７は、本発明のコンタクトプローブ装置Ａに係る第１の応用例を示す斜視図および分解斜視図である。

第１の応用例は、図６に示すように、筒型電極９を配置した絶縁性基板１に加えて、この絶縁性基板１を保持する絶縁性ケース１５およびこの外周を覆う金属性ガイド板１７を有して構成されている。

絶縁性ケース１５は、図７Ａに示すように、比較的扁平な枠型形状を有し、一方の主面側（図７中の下面側）から筒型電極９を有する絶縁性基板１がはめ込まれており、絶縁性基板１に差し込まれた筒型電極９が、絶縁性ケース１５によって絶縁性基板１から外れないようになっている。

絶縁性ケース１５は、対向する主面側（図７中の上面側）において、筒型電極９と、絶縁性基板１にあってそれら筒型電極９で囲まれる主要領域とが図中上面側から露出するような空所１９を有する形状をなっている。その空所１９が電子部品５の収納部として機能する。

しかも、絶縁性ケース１５の一方の主面側（図７中の下面側）からは、図示はしないが、絶縁性基板１に配置された筒型電極９が部分的に突出し、図６のように電子部品５を空所１９に収納したとき、電子部品５の電極７が筒型電極９に当接するようになっている。

金属性ガイド板１７は、図７Ｂに示すように、銅板等の導電性金属板からＣ字角状に枠片状に形成され、絶縁性ケース１５の少なくとも側外周を覆ってこれに当接している。

金属性ガイド板１７において、一方の主面側（図７中の下面側）からは、実装基板１１のパターン電極１３に固定される複数の固定片１７ａが一体的に外下方に向けて突設されている。他方の主面側（図７中の上面側）からは、絶縁性ケース１５の四隅を抑える抑え部材としての抑え片１７ｂが、一体的に内側に向けて屈曲突設されている。

筒型電極９を有する絶縁性基板１を保持した絶縁性ケース１５の外周を金属性ガイド板１７で覆った構成は、図６に示すように、実装基板１１上の複数のパターン電極１３に固定片１７ａを重ねて半田付け固定して使用される。

なお、固定片１７ａが接続される実装基板１１上のパターン電極１３は、グランド電極又はダミーランドである。

金属性ガイド板１７が実装基板１１上のパターン電極１３に固定された状態では、絶縁性ケース１５の四隅が金属性ガイド板１７の抑え片１７ｂによって実装基板１１方向に押圧され、絶縁性基板１に配置された筒型電極９が実装基板１１上のパターン電極１３に押接され、確実な接触が確保される。

上述した図１〜図７の構成では、電子部品５の検査等が容易になるように、電子部品５自体は加圧保持されていない構成である。しかし、本発明では、電子部品５への押圧保持機構を追加する構成も可能であり、装置の試作時等、電子部品５の交換が予測される個所に最適である。

図８および図９は、本発明のコンタクトプローブ装置Ａに係る第２の応用例および第３の応用例を示す斜視図および分解斜視図であり、上述した第１の応用例に係る構成を利用したものである。

第２の応用例は、図８Ａに示すように、金属性ガイド板１７に支持されたナット部材２１ａと、このナット部材２１ａにねじ込まれたねじ部材２１ｂを有する抑え部材２１を有する構成となっている。

すなわち、図８Ｂに示すように、金属性ガイド板１７の対向部が絶縁性ケース１５の厚みよりも長く立ち上がり形成され、先端が内側に屈曲形成されてレール状の支持部１７ｃとなっている。

金属性ガイド板１７の支持部１７ｃには、ナット部材２１ａに形成された支持溝２１ｃに挿通され、ナット部材２１ａが絶縁性基板１（電子部品５）に対面するように支持されている。

ねじ部材２１ｂは、ナット部材２１ａにねじ込まれて進退動可能になっており、それをねじ込むことにより、絶縁性基板１の筒型電極９に搭載された電子部品５を筒型電極９に抑え付けることが可能になっている。

第３の応用例は、図９Ａに示すように、第２の応用例と同様に、ナット部材２１ａと、このナット部材２１ａにねじ込まれたねじ部材２１ｂを有する抑え部材２１を有する構成となっているが、ナット部材２１ａの支持構造がそれとは異なっている。

すなわち、図９Ｂに示すように、金属性ガイド板１７は、その対向部が絶縁性ケース１５の厚みよりも長く立ち上がり形成されるとともに、対向部間が連結片１７ｄで連結されて絶縁性基板１に面する構造になっている。

他方、絶縁性ケース１５に形成された電子部品５の収納部としての空所１９は、ナット部材２１ａの収納部を兼ねており、空所１９に収納されたナット部材２１ａがその回転を抑えられるようになっている。

そして、金属性ガイド板１７の連結片１７ｄに形成した貫通孔１７ｅから、ねじ部材２１ｂを挿通してナット部材２１ａにねじ込んで進退動させることにより、筒型電極９に搭載された電子部品５を筒型電極９に抑え付けることが可能になっている。

このような第２および第３の応用例では、電子部品５自体に対する押圧保持機構を有するので、電子機器の試作時等において、電子部品５の交換が予測される個所に最適である。

なお、本発明において、絶縁性ケース１５および金属性ガイド板１７の形状は上述したものに限定されないし、抑え部材２１についても、図８および図９のようにナット部材２１ａとねじ部材２１ｂの組合せ形状に限定されない。

本発明に係るコンタクトプローブ装置の実施の形態を示す斜視図である。 図１のコンタクトプローブ装置の分解斜視図である。 本発明のコンタクトプローブ装置の使用例を説明する斜視図である。 電子部品の理想接続構成を説明する斜視図である。 本発明のコンタクトプローブ装置と従来例を比較する特性図である。 本発明のコンタクトプローブ装置に係る第１の応用例を説明する斜視図である。 第１の応用例を説明する分解斜視図である。 本発明のコンタクトプローブ装置に係る第２の応用例を説明する斜視図および分解斜視図である。 本発明のコンタクトプローブ装置に係る第３の応用例を説明する斜視図および分解斜視図である。

符号の説明

１ 絶縁性基板
１ａ 短辺
１ｂ 長辺
３ 切り込み
５ 電子部品
７ 電極
７ａ、７ｂ 入出力電極
７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ グランド電極
９ 筒型電極
９ａ スリット
１１ 実装基板
１３ パターン電極
１５ 絶縁性ケース
１７ 金属性ガイド板
１７ａ 固定片
１７ｂ 抑え片
１７ｃ 支持部
１７ｄ 連結片
１７ｅ 貫通孔
１９ 空所
２１ 抑え部材
２１ａ ナット部材（抑え部材）
２１ｂ ねじ部材（抑え部材）
２１ｃ 支持溝
Ａ コンタクトプローブ装置

Claims (6)

1. 外周端から形成された幅の狭い切り込みを複数有する絶縁性基板と、
   導電板材料から筒状に形成されるとともに当該軸方向に延びるスリットを有する筒型電極であって、当該スリットに前記絶縁性基板をはめ込むようにして前記切り込みに差し込まれて前記絶縁性基板に支持された複数の筒型電極と、
   を具備することを特徴とするコンタクトプローブ装置。
2. 前記絶縁性基板は可撓性を有する請求項１記載のコンタクトプローブ装置。
3. 枠型の絶縁性ケースであって、前記筒型電極の支持された前記絶縁性基板が一方の主面側からはめ込まれるとともに、対向する主面側にて前記筒型電極および前記絶縁性基板の主要領域が露出する空所の形成された絶縁性ケースを有する請求項１又は２記載のコンタクトプローブ装置。
4. 前記絶縁性ケースの少なくとも側外周を覆い、電子機器の実装基板に固定される固定片が突設された金属性ガイド板を有する請求項３記載のコンタクトプローブ装置。
5. 対向する前記主面側の前記空所に収納される電子部品を抑える抑え部材が、前記金属性ガイド板に支持されてなる請求項４記載のコンタクトプローブ装置。
6. 前記抑え部材は、前記金属性ガイド板に支持されたナット部材と、このナット部材にねじ込まれたねじ部材とを有する請求項５記載のコンタクトプローブ装置。

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