JP2023161934A - コンタクトプローブ - Google Patents

Abstract

【課題】検査装置側の胴体部端面を所定の形状とすることで安定した導通が可能なコンタクトプローブを提供すること。【解決手段】ピン形状の金属導体１０の外周に絶縁被膜２０を有する胴体部２２と、胴体部２２の両端に絶縁被膜２０を有しない端部１２、１３とを有し、荷重をかけて撓ませることにより被測定体に対する接触圧力を得て電気特性を測定する方式のコンタクトプローブにおいて、検査装置側の端部１３と胴体部２２との境界の角度θが１００°＜θ＜１８０°の範囲内であり、端部１３と胴体部２２とが段差状に接合される形状とすることで上記課題を解決する。【選択図】図２

Description

本発明は、主に電子部品や基板等の導通検査に用いるコンタクトプローブに関する。

近年、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（Ｂａｌｌ－Ｇｒｉｄ－Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ－Ｓｉｚｅ－Ｐａｃｋａｇｅ）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、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）の先端を、その回路基板の電極（以下「被測定体」という）に接触させることにより行われている。

コンタクトプローブは、金属導体と、金属導体の少なくとも両端以外の領域に設けられた絶縁被膜とで構成されているが、検査装置においては、特に導通の安定性が求められている。
特許文献１（特開２０２１－１０５５４７号公報）では、長手方向に延びる導電性部材と、白金族元素又は白金族元素を主成分とする合金からなるパイプ部材とを備えることで、繰り返しの使用において安定した接触抵抗を維持できるコンタクトプローブが公開されている。また、特許文献２（特開２００７－３２２３６９号公報）では、金属導体と絶縁被膜とを同時に研削加工し、金属導体の加工端面形状に沿った形状からなる絶縁被膜の加工面を形成することで、金属導体とリード線との接触の不安定さを解消できるコンタクトプローブが公開されている。

特開２０２１－１０５５４７号公報 特開２００７－３２２３６９号公報

特許文献１（特開２０２１－１０５５４７号公報）で公開されているコンタクトプローブは、検査装置側の胴体部端面がプローブユニットにおける支持板の案内穴の内壁面に引っかかり、導通性部材が電極位置まで届かず、安定的に通電できないという問題が生じる。一方、周囲の壁面を取り払うと、検査時にコンタクトプローブが抜けてしまうという問題が生じる。

特許文献２（特開２００７－３２２３６９号公報）で公開されているコンタクトプローブは、金属導体の露出部が小さいため、プローブユニットにおけるリード線の電極位置まで届かず、安定的に通電できないという問題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、主に電子部品及び基板等の導通検査に用いるコンタクトプローブにおいて、検査装置側の胴体部端面を所定の形状とすることで安定した導通が可能なコンタクトプローブを提供することにある。

本発明に係るコンタクトプローブは、ピン形状の金属導体の外周に絶縁被膜を有する胴体部と、前記胴体部の両端に前記絶縁被膜を有しない端部と、を有し、荷重をかけて撓ませることにより被測定体に対する接触圧力を得て電気特性を測定する方式のコンタクトプローブにおいて、検査装置側の前記端部と前記胴体部との境界の角度θが１００°＜θ＜１８０°の範囲内であり、前記検査装置側の端部と前記胴体部とが段差状に接合されることを特徴とする。

この発明によれば、検査装置側の胴体部端面とプローブユニットにおける支持板の案内穴の内壁面との引っかかりがなくなるため挿通性が向上し、検査装置側の端部とリード線の電極とを安定的に接触させることができる。

また、前記金属導体の外径が８μｍ以上１８０μｍ以下の範囲内であり、前記検査装置側の端部の長さが、前記金属導体の外径以上３ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする。

この発明によれば、検査装置側の先端とプローブユニットにおけるリード線の電極とを確実に接触させることができる。

本発明によれば、主に電子部品及び基板等の導通検査に用いるコンタクトプローブにおいて、検査装置側の胴体部端面を所定の形状とすることで安定した導通が可能なコンタクトプローブを提供することができる。

本発明に係るコンタクトプローブの一例を示す説明図である。 図１におけるＡ部の拡大図である。 本発明に係るコンタクトプローブを備えたプローブユニットの一例を示す模式断面図である。

本発明に係るコンタクトプローブ１について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係るコンタクトプローブ１の一例を示す説明図である。また、図２は、図１におけるＡ部の拡大図である。また、図３は、本発明に係るコンタクトプローブ１を備えたプローブユニット６０の一例を示す模式断面図である。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の技術的思想の一例であり、本発明の技術範囲は、以下の記載や図面だけに限定されるものではなく、同様の技術的思想の発明を含んでいる。

本発明に係るコンタクトプローブ１は、図１～図３に示すように、ピン形状の金属導体１０の外周に絶縁被膜２０を有する胴体部２２と、その金属導体１０の両端に絶縁被膜２０を有しない端部１２、１３とを有し、荷重を与えて撓ませることにより被測定体３０に対する接触圧力を得て電気特性を測定するものである。そして、このコンタクトプローブ１の特徴は、（１）端部１３と胴体部２２との境界の角度θが１００°＜θ＜１８０°の範囲内であり、端部１３と胴体部２２とが段差状に接合されること、及び、（２）金属導体１０の外径Ｄ１が８μｍ以上１８０μｍ以下の範囲内であり、端部１３の長さＬが、金属導体１０の外径Ｄ１以上３ｍｍ以下の範囲内であることである。

なお、図１～図３において、端部１２は被測定体３０側に配置され、その先端１６は被測定体３０の電極３１に接触する端面であり、端部１３は検査装置（図示しない）側に配置され、その先端１７はリード線５０の電極５１に接触する端面である。また、胴体部端面２４は胴体部２２（絶縁被膜２０）における被測定体３０側の端面であり、胴体部端面２５は胴体部２２（絶縁被膜２０）における検査装置側の端面である。

各構成要素について詳しく説明する。

（金属導体）
金属導体１０は、所定の長さに加工されてなるピン形状の導体であり、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）を切断加工されている。金属導体１０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、銅合金（例えば、銀銅合金、錫銅合金及びベリリウム銅合金等）、パラジウム合金、タングステン、レニウムタングステン及び鋼（例えば、高速度鋼：ＳＫＨ）等を好ましく用いることができる。特に高強度特性を備えたタングステンやレニウムタングステン等が好ましい。

金属導体１０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縮等の塑性加工が施される。金属導体１０の外径Ｄ１は、近年の狭ピッチ化の要請から細径化が求められており、プローブユニット６０において隣り合う各コンタクトプローブ１の隙間に応じて、８μｍ以上１８０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１１０μｍ以下の範囲内から任意に選択することができる。

金属導体１０の端部１２、１３においては、金属導体１０と、プローブユニット６０における被測定体３０の電極３１又はリード線５０の電極５１との接触抵抗値の上昇を抑制するために、必要に応じてめっき層が設けられていてもよい。めっき層を形成する金属としては、ニッケル、金及びロジウム等の金属並びに金合金等の合金を挙げることができる。めっき層は、単層であっても複層であってもよく、複層のめっき層としては、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、めっき層は、端部１２、１３だけに設けられていてもよいが、絶縁被膜２０を設ける前に金属導体１０の全体に設けられていてもよい。めっき層の厚さも特に限定されないが、例えば、１μｍ以上５μｍ以下の範囲内とすることができる。

また、端部１３においては、プローブユニット６０におけるリード線５０の電極５１と確実に接触させるため、端部１３の長さＬは、金属導体１０の外径Ｄ１以上３ｍｍ以下の範囲内である。

金属導体１０（端部１２、１３）の先端１６、１７においては、その形状は特に限定されないが、半球形状、円錐形状、先端に半球形状を有する円錐形状及び先端に平坦形状を有する円錐形状等から選ばれるいずれかとすることができる。ここでいう「半球形状」及び「円錐形状」は、正確な半球や円錐を含むが、略円錐や略半球も含む。

なお、コンタクトプローブ１をプローブユニット６０に装着し易くし、且つ、プローブユニット６０の使用時において、先端１６が、狭ピッチで設けられた第１支持板４０の案内穴４１の周縁に引っかかることにより、コンタクトプローブ１の動きが妨げられるのを防止する観点からは、金属導体１０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で１０００ｍｍ以上であることが好ましい。

（絶縁被膜）
絶縁被膜２０は、図１及び図２に示すように、金属導体１０の少なくとも両側の端部１２、１３以外の領域の外周に設けられている。絶縁被膜２０の構成材料は特に限定されないが、例えば、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、アクリル、ポリイミド及びフッ素樹脂から選ばれる１種又は２種以上の樹脂材料で構成されていることが好ましい。そして、上記１種又は２種以上の樹脂材料により、単層又は２層以上で形成されている。これら絶縁被膜２０の形成は、通常、長尺の金属導体１０上に連続エナメル焼付方法によって行うことが好ましいが、電着焼付や電着塗装等の他の公知の方法で形成したものであってもよい。

絶縁被膜２０の厚さは、金属導体１０の外径Ｄ１によっても異なるが、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。絶縁被膜２０は、単層でも２層以上の積層（３層でも４層でもよい）でもよく、特に限定されないが、顔料や染料（いずれでもよい）を含有させて他のコンタクトプローブ１と識別可能にしてもよい。また、塗料として、一般的にエナメル線の識別に採用されている各種着色塗料を用いることができ、樹脂に着色剤を含有させたエナメル塗料の焼付を行うことで、着色した絶縁被膜２０を形成することができる。

絶縁被膜２０が設けられた胴体部２２の外径Ｄ２は、上記した金属導体１０の場合と同様、被測定体３０の電極３１の狭ピッチ化の要請から細径化が求められており、１０μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは１３μｍ以上１８０μｍ以下の範囲内である。

（絶縁被膜の端部形状）
胴体部端面２４は、被測定体３０側の端部１２と胴体部２２との境界が略直角に接合される形状であり、プローブユニット６０における第２支持板４４の案内穴４５からコンタクトプローブ１を挿入する場合の挿通性を向上させるため、エッジにやや丸みを帯びた形状としてもよい。ただし、これに限定されるものではない。

一方、胴体部端面２５は、図２に示すように、検査装置側の端部１３と胴体部２２との境界の角度θが１００°＜θ＜１８０°の範囲内であり、端部１３と胴体部２２とが段差状に接合される形状が好ましい。これによれば、胴体部端面２５とプローブユニット６０における第２支持板４４の案内穴４５の内壁面４６との引っかかりがなくなるため挿通性が向上し、先端１７とリード線５０の電極５１とを安定的に接触させることができる。

（被測定体）
被測定体３０としては、プリント配線基板、フレキシブル基板、セラミック多層配線基板、液晶ディスプレイ及びプラズマディスプレイ用の電極板、半導体パッケージ基板、半導体ウェハ、半導体チップ並びにＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）等が該当する。これらの被測定体３０には、電気的特性を検査するための電極（検査点）３１が形成され、電極３１にコンタクトプローブ１を圧接することにより検査装置と導通状態になる。

（コンタクトプローブを用いた電気特性の検査方法）
次に、上記した本発明のコンタクトプローブ１を用いた電気特性の検査方法について説明する。なお、ここでの検査方法は一例であり、図示の装置構成に限定されるものではない。

本発明のコンタクトプローブ１は、図３に示すように、プローブユニット６０に装着されて回路基板等の被測定体３０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６０は、被測定体３０側に配置された第１支持板４０と、検査装置側に配置された第２支持板４４と、それぞれの支持板が備える案内穴４１、４５に装着されるコンタクトプローブ１とを有し、第１支持板４０の案内穴４１周縁にコンタクトプローブ１の胴体部端面２４を当てるとともに、荷重を与えてコンタクトプローブ１を撓ませることにより被測定体３０の電極３１に先端１６を接触させる接触圧力を得て電気特性を測定する。なお、第１支持板４０は、１枚のプレートから構成されていても、図３のように２枚以上の複数枚のプレートから構成されていてもよく、特に限定されないが、端部１２の長さや案内穴４１の精度によって適宜変更可能である。これは、第２支持板４４についても同様である。

第２支持板４４は、図３に示すように、胴体部２２の外径Ｄ２よりも若干大きい内径の案内穴４５を有している。一方、第１支持板４０は、金属導体１０の外径Ｄ１よりも若干大きい内径の案内穴４１を有している。ここでの「若干大きい」とは、僅かなクリアランス（例えば、１μｍ～３μｍ）だけ大きいことを意味している。案内穴４１は、胴体部２２の外径Ｄ２よりも小さいので、その案内穴４１をコンタクトプローブ１がすり抜けることはなく、胴体部端面２４が案内穴４１周縁のエッジに当接する。案内穴４１は、一本一本のコンタクトプローブ１をガイドし、被測定体３０の電極３１に先端１６を正確に接触させるようにガイドする。

プローブユニット６０は、図３の例では、被測定体３０の電気特性を検査する際、コンタクトプローブ１と被測定体３０とが対応するように位置制御される。電気特性の検査は、プローブユニット６０を上下にストロークさせ、コンタクトプローブ１の弾性力を利用して、被測定体３０の電極３１にコンタクトプローブ１の先端１６を所定の圧力で（荷重を与えて）押し当てることにより行われる。このとき、コンタクトプローブ１の先端１７は、リード線５０の電極５１に接触し、被測定体３０からの電気信号がそのリード線５０を通って検査装置に送られる。なお、図３中の符号５２は、リード線５０用の保持板を示している。

プローブユニット６０に本発明のコンタクトプローブ１を備えることによって、胴体部端面２５と第２支持板４４の案内穴４５の内壁面４６との引っかかりがなくなるため挿通性が向上し、先端１７とリード線５０の電極５１とを安定的に接触させることができる。

１ コンタクトプローブ
１０ 金属導体
１２ 端部
１３ 端部
１６ 先端
１７ 先端
２０ 絶縁被膜
２２ 胴体部
２４ 胴体部端面
２５ 胴体部端面
３０ 被測定体
３１ 電極
４０ 第１支持板
４１ 案内穴
４４ 第２支持板
４５ 案内穴
４６ 内壁面
５０ リード線
５１ 電極
５２ リード線用の保持板
６０ プローブユニット
Ｄ１ 金属導体の外径
Ｄ２ 胴体部の外径
Ｌ 検査装置側の端部の長さ

Claims (2)

1. ピン形状の金属導体の外周に絶縁被膜を有する胴体部と、前記胴体部の両端に前記絶縁被膜を有しない端部と、を有し、荷重をかけて撓ませることにより被測定体に対する接触圧力を得て電気特性を測定する方式のコンタクトプローブにおいて、
   検査装置側の前記端部と前記胴体部との境界の角度θが１００°＜θ＜１８０°の範囲内であり、前記検査装置側の端部と前記胴体部とが段差状に接合されることを特徴とするコンタクトプローブ。
2. 前記金属導体の外径が８μｍ以上１８０μｍ以下の範囲内であり、前記検査装置側の端部の長さが、前記金属導体の外径以上３ｍｍ以下の範囲内である、請求項１に記載のコンタクトプローブ。