JP6380549B2 - プローブ - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品の測定に用いられるプローブに関する。
昨今、複数の周波数を扱う通信端末が主流になりつつある。このような通信端末は、複数のRF回路を有し、それぞれがアンテナモジュールに接続されている。また、各RF回路は、アンテナモジュールと接続するためのコネクタを有している。ここで、通信端末のRF回路の動作確認では、複数のRF回路を同時に動作させ、各コネクタにプローブを押し当てることでその動作を確認している。そして、RF回路の動作確認等に用いられるプローブとして、特許文献1に記載のプローブ(以下で、従来のプローブと称す)が知られている。
ところで、上述のとおり、現在の通信端末は、複数のRF回路を有し、その数だけ、アンテナモジュールと接続するためのコネクタを有している。そして、これらのコネクタは、通信端末の小型化・高密度化に伴って、基板上に近接配置されている。ここで、RF回路の動作確認の際に、従来のプローブを用いると、コネクタの近接配置によってプローブ同士が接触して、RF回路の動作確認が十分に行えない事態となる。従って、このような事態を避けるために、基板上のコネクタの間隔を大きくとる必要があった。つまり、従来のプローブを用いた回路基板の検査は、該回路基板の小型化・高密度の妨げとなっていた。
特開2012−99246号公報
本発明の目的は、測定対象である電子部品の回路基板に対する高密度化を可能とするプローブを提供することである。
本発明の一の形態に係るプローブは、複数箇所を同時に測定できるプローブであって、測定対象に同時に接触可能な中心導体を含む複数の本体部と、前記複数の本体部を束ねる第1の部材とを備えている。前記第1の部材には、前記複数の中心導体の先端が底面から突出する凹部が設けられている。前記凹部は、該凹部の底部から1つの開口部に向かって広がる傾斜面を有する。1つの開口部とは、内部に開口縁部を含まないものをいう。
本発明の一の形態に係るプローブでは、測定対象に接触する複数の中心導体を含む複数の本体部を一つの部材で束ねている。従って、基板上に近接配置されているコネクタ等を測定する際に、プローブ同士が接触するような事態を回避できる。これにより、回路基板上におけるコネクタ等の高密度化が可能となる。しかも、本発明の一の形態に係るプローブでは、第1の部材に複数の中心導体の先端が底面から突出する凹部が設けられ、該凹部は、その底部から開口部に向かって広がる傾斜面を有している。これにより、本発明の一の形態に係るプローブを測定対象に押し当てると、該測定対象が傾斜面を滑るように移動し中心導体と接触することになる。つまり、本発明の一の形態に係るプローブでは、凹部の傾斜面によって、測定対象と中心導体をスムーズに接触させることができる。結果として、本発明の一の形態に係るプローブでは、測定対象から発せられる電気信号を正確に測定することができる。
本発明によれば、測定対象である電子部品の回路基板に対する高密度化が可能となる。
一実施例であるプローブの外観図である。 一実施例であるプローブの断面図である。 一実施例であるプローブの凹部の外観図である。 一実施例であるプローブと接続されるコネクタの断面図である。 一実施例であるプローブとコネクタとの接続過程を示す図である。 一実施例であるプローブとコネクタとの接続過程を示す図である。 一実施例であるプローブが回路基板に押し当てられた際の第2の部材の状況を示す外観図である。 一実施例であるプローブとコネクタとの接続過程を示す図である。 一実施例であるプローブとコネクタとの接続過程を示す図である。 別の実施例であるプローブとコネクタとの接続過程における中心導体付近を拡大した断面図である。 一実施例であるプローブとコネクタとの接続過程における中心導体付近を拡大した断面図である。
一実施例であるプローブ1について図面を参照しながら説明する。以下で、プローブ1の先端からケーブルに向かう方向をz軸方向と定義する。また、プローブ1が備える中心導体が並ぶ方向をx軸方向と定義する。さらに、x軸及びz軸に直交する方向をy軸方向と定義する。なお、x軸、y軸及びz軸は互いに直交している。また、z軸方向の正方向側の面を上面と称し、z軸方向の負方向側の面を下面と称す。さらに、z軸方向と平行な面を側面と称す。
(プローブの概略構成 図1参照)
プローブ1は、回路基板上に設けられた2つの端子から発せられる電気信号を同時に測定可能なプローブである。従って、図1に示すように、プローブ1には受信した2つの信号を伝送するための2本の同軸ケーブル100が接続されている。また、プローブ1は、回路基板上に設けられた端子と接触する中心導体20を含む2つの本体部30、本体部30の一端側を束ねる第1の部材50、本体部30の他端側を束ねる第2の部材60、本体部30を回路基板検査用の設備に固定するためのフランジ70、第1の部材50とフランジ70との間に位置するスプリング80、及び、スプリング80とフランジ70との間に位置するブッシュ90を備えている。
(プローブにおける各部の説明 図2、図3参照)
本体部30は、図2に示すように、中心導体20、内部導体32、外筒34、ブッシュ36、スプリング38から構成されている。
中心導体20は、Cuから成る棒状の部材である。また、中心導体20は、図2に示すように、そのz軸方向の負方向側の端部のみが、後述する第1の部材50から露出している。さらに、中心導体20におけるz軸方向の中心付近には、段差が設けられている。この段差は、中心導体20が本体部30から抜け出ることを防止するために、本体部30を構成する部材の一つであるブッシュ36に引っかかるようになっている。
内部導体32は、z軸方向に延在する円柱状の導体である。また、内部導体32のz軸方向の正負両側から底部を有する円筒状のくぼみH1,H2がくり抜かれている。なお、これらのくぼみH1,H2はつながっていない。z軸方向の負方向側のくぼみH1には、負方向側から順に中心導体20、スプリング38が位置している。中心導体20がスプリング38によって復元力を発生するように、くぼみH1に収納されているスプリング38は、その一端がくぼみH1の底部に当接して、その他端が中心導体20に当接するように設けられている。z軸方向の正方向側のくぼみH2には、後述する同軸ケーブル100の芯線が引き込まれている。また、内部導体32のz軸方向の負方向側における外周側の側面は、ブッシュ36と接している。このブッシュ36を介して、内部導体32は、外筒34に支持されている。
外筒34は、z軸方向に延在する円筒状の部材であり、内部導体32の周囲を覆っている。また、上述のとおり、外筒34は、ブッシュ36を介して内部導体32を支持している。さらに、外筒34の両端は、第1の部材50及び第2の部材60に固定されている。
ブッシュ36は、ポリアセタール(POM)、あるいはポリテトラフロオエチレン(PTFE)等からなる樹脂である。本実施例では、ブッシュ36の材料としてポリアセタール(POM)を用いた。この樹脂の誘電率は、内部導体32より低い方が好ましい。誘電率の低い材料を用いることによって、例えば、プローブのインピーダンスを50Ωに設定したとき、ブッシュ36を小型化して内部導体32と外筒34との距離が短くなっても、これらの間で発生する浮遊容量の発生が抑制されるため、プローブのインピーダンスの50Ωの設定が容易に実現できる。また、ブッシュ36は、直径の異なる2つの円筒36a,36bを、それらの中心軸が一致するように隣接させた形状を成している。ここで、直径が大きい一方の円筒36aは、直径が小さい他方の円筒36bに対してz軸方向の正方向側に位置し、外筒34のz軸方向の負方向側の端部に嵌め込まれている。また、円筒36aの内周側には、中心導体20と共に内部導体32が挿入されている。直径が小さい他方の円筒36bは、後述する第1の部材50に設けられた貫通孔に嵌め込まれている。また、円筒36bの内周側から、z軸方向の負方向側に向かって中心導体20が突出している。なお、円筒36bの内径は、円筒36aの内径より小さい。従って、ブッシュ36の内周側には段差が形成されている。このブッシュ36の段差に中心導体20の段差が引っかかることで、本体部30から中心導体20が飛び出すことを防止している。
スプリング38は、螺旋状を成すスプリングであり、上述のとおり、内部導体32の内部に位置している。スプリング38は、基本的に、中心導体20をz軸方向の負方向側に向かって押すように圧縮された状態である。そして、プローブ1が、測定対象の端子と接触すると、さらに縮み、中心導体20と該端子との接触の際の衝撃を和らげている。
第1の部材50は、プローブ1のz軸方向の負方向側の端部に位置するCuから成る部材である。その形状は、断面が長円を成す柱状の先端部52の上面に、直径の異なる2つの円盤54,56を載せたような形状を成している。また、第1の部材50には、該第1の部材50をz軸方向に貫く2つの貫通孔H3,H4が設けられている。これらの貫通孔H3,H4に2つの本体部30が嵌め込まれることで、2つの本体部30が第1の部材50に固定され、束ねられている。なお、貫通孔H3,H4の直径は、先端部52側と円盤54,56側とで異なり、円盤54,56側の方が先端部52側よりも大きい。これにより、本体部30のブッシュ36及び中心導体20のみが、貫通孔H3,H4の先端部52側まで到達している。
先端部52の下面には、図3に示すように、凹部C1が設けられている。凹部C1は、z軸方向から見ると先端部52の断面と相似形の長円であり、該長円は第1の部材50を貫く貫通孔H3,H4を囲むように設けられている。従って、凹部C1からは、貫通孔H3,H4に嵌め込まれた本体部30の中心導体20が突出している。また、凹部C1には、図2に示すように、該凹部C1の底部から開口部に向かって、つまり、z軸方向の正方向側から負方向側に向かって広がる傾斜面S1が設けられている。なお、傾斜面S1は、凹部C1の底部からz軸方向に所定距離Lだけ離れた位置から設けられている。なお、所定距離Lが0、すなわち傾斜面S1が凹部C1の底部に直接設けられていてもよい。
円盤54,56は、それらの中心軸が一致するように、z軸方向の正方向側から負方向側に向かってこの順に並ぶように設けられている。ここで、円盤54の直径は、円盤56の直径よりも小さいため、円盤54と円盤56との接触部分近傍における外周側には溝Uにより段差が形成される。
第2の部材60は、プローブ1のz軸方向の正方向側の端部に位置するCuから成る部材である。その形状は、断面が長円を成し、z軸方向に延在する柱状を成している。また、第2の部材60の側面と下面とが成す角には、テーパー加工が施されている。さらに、第2の部材60には、該第2の部材60をz軸方向に貫く2つの貫通孔H5,H6が設けられている。そして、貫通孔H5,H6には、z軸方向の負方向側から2つの本体部30が嵌め込まれる。さらに、貫通孔H5,H6におけるz軸方向の正方向側から2本の同軸ケーブル100が挿入される。これにより、同軸ケーブル100の芯線102と本体部30の内部導体32とが接続される。なお、後述する同軸ケーブル100における芯線102及び絶縁膜104以外の部分の下面は、貫通孔H5及び貫通孔H6内に設けられた円筒形のブッシュ86,88と接している。
フランジ70は、プローブ1を回路基板検査用の検査機器に取り付けるための部品である。また、フランジ70は、長円状の平板である。さらに、フランジ70には、貫通孔H7〜H10がx軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順に設けられている。そして、貫通孔H8,H9は2つの本体部30の外筒34が貫通する貫通孔であり、貫通孔H7,H10はプローブを検査機器に取り付けるための貫通孔である。ここで、貫通孔H8,H9の直径は外筒34の直径よりも若干大きい。従って、本体部30とフランジ70との接触部分には、若干の隙間がある。これにより、本体部30は、フランジ70に完全に固定されず、フランジ70に対して上下に動くことができ、また、フランジ70に対して傾くことも可能である。なお、フランジ70の形状は、長円状だけでなく、矩形状、あるいは、矩形状と円弧状を組み合わせた形状でもよい。さらに、第2の部材60と本体部30とは一体の部材によって構成されてもよい。
さらに、フランジ70の上面及び下面には、貫通孔H8,H9を囲むように凹部C2,C3が設けられている。上面に設けられた凹部C2には、第2の部材60におけるz軸方向の負方向側の部分が収まる。ここで、凹部C2の側面とフランジ70の上面とが成す角にはテーパー加工が施されている。従って、第2の部材60が凹部C2に収まると、第2の部材60のテーパー部分と、フランジ70における凹部C2のテーパー部分とが密着する。また、フランジ70の下面に設けられた凹部C3には、後述するブッシュ90におけるz軸方向の正方向側の端部が収まる。なお、凹部C3の直径D1は、ブッシュ90におけるz軸方向の正方向側の端部の直径D2よりも大きい。従って、ブッシュ90は、フランジ70の下面に沿うように動くことができる。これにより、プローブ1が後述するコネクタ300に押し当てられた場合、プローブ1はxy平面上を移動でき、xy平面上でのプローブ1の中心導体20と後述するコネクタ300の接触部304との位置ずれを補正して、中心導体20と接触部304とを良好に接触させることができる。
スプリング80は、z軸方向に延在する螺旋状のスプリングであり、その内周側に2つの本体部30が収まっている。また、スプリング80におけるz軸方向の負方向側の一端は、第1の部材50における溝Uに嵌め込まれている。さらに、スプリング80におけるz軸方向の正方向側の他端は、後述するブッシュ90に嵌め込まれている。そして、スプリング80は、第1の部材50に対してz軸方向の負方向側に向かって力を加えている。なお、スプリング80と本体部30とは近接しておらず、スプリング80と本体部30とは所定距離Mだけ離れている。
ブッシュ90は、z軸方向に延在する円筒状のポリアセタール(POM)樹脂部材である。そして、ブッシュ90の内周側には、2つの本体部30における外筒34が位置している。また、ブッシュ90のz軸方向の長さは、外筒34のz軸方向の長さの半分である。これに加え、ブッシュ90の一部は、フランジ70の凹部C3に収まっている。以上より、外筒34のz軸方向の正方向側の周囲は、ブッシュ90に覆われている。さらに、ブッシュ90の一部は、z軸と直交する方向に張り出している。これにより、ブッシュ90の側面に段差が形成され、該段差にスプリング80におけるz軸方向の正方向側の他端が嵌め込まれている。ブッシュ90の材料は、ポリアセタール(POM)に代えて、ピーク(PEEK)などの摺動性に優れた樹脂部材を用いることができる。
(プローブに接続されるケーブルの概要 図2参照)
プローブ1は、図2に示すように、2本の同軸ケーブル100の先端に接続されている。同軸ケーブル100は、芯線102、絶縁膜104,108及び外部導体106を備えている。芯線102は、測定対象からプローブ1を介して伝えられた高周波信号が通過する導線である。外部導体106は、芯線102の周囲を囲んでおり、接地電位が印加される。絶縁膜104は、芯線102の周囲に設けられ、芯線102と外部導体106とを絶縁している。絶縁膜108は、外部導体106の周囲に設けられ、同軸ケーブル100の表面を構成している。また、同軸ケーブル100の先端には、同軸コネクタ用のソケット109が設けられている。同軸ケーブル100は、ソケット109を介してプローブ1に接続されている。また、同軸ケーブル100は、図示しない測定装置に接続されている。
(相手方端子の概要 図4参照)
プローブ1が電気信号を測定する際に接続される回路基板上の端子について説明する。以下で、回路基板上の端子をコネクタ300と称す。コネクタ300は、例えば、携帯電話のアンテナとRF回路との間に設けられる同軸コネクタである。また、コネクタ300は、図4に示すように、外部導体302、接触部304、及びケース306を備えている。
外部導体302は、略円筒状を成す金属部材である。ただし、外部導体302が成す円筒の一部は切り抜かれている。そして、外部導体302の電位はグランド電位に保たれている。
接触部304は、回路基板上のRF回路と電気的に接続された金属端子である。従って、接触部304の一端は、RF回路からの電気信号を測定する際に、プローブ1における中心導体20が押し当てられる部分である。また、接触部304の一端は、外部導体302が成す円筒の中心に位置し、その一端の形状は、底部がz軸方向の正方向側を向く椀状を成している。該底部は、プローブ1の中心導体20と接触する部分であるため平面を成している。そして、接触部304は、外部導体302が成す円筒の中心から該円筒の切り抜かれた部分を通って、回路基板上のRF回路へと向かう伝送線路と接続されている。
ケース306は、外部導体302と接触部304との間を埋める樹脂製の部材である。これにより、外部導体302と接触部304とは絶縁されている。
(プローブによる測定作業 図5〜図9参照)
上述のとおり、プローブ1は、回路基板上に設けられた2つの端子から発せられる電気信号を同時に測定するためのプローブである。具体的には、図5に示すように、プローブ1は、回路基板上に設けられた2つのコネクタ300(端子)に覆いかぶさるように押し当てられる。しかし、回路基板上におけるコネクタ300の位置に関する公差によって、そのままでは、中心導体20と2つの接触部304が十分に接触しない。ただし、プローブ1の先端部52には、z軸方向の正方向側から負方向側に向かって広がる傾斜面S1を有する凹部C1が設けられている。これにより、図6に示すように、プローブ1が回路基板に押し当てられると、コネクタ300は凹部C1に設けられた傾斜面S1を滑るようにして中心導体20に向かっていく。
さらに、プローブ1が回路基板に押し当てられた際、回路基板からの反力により、第1の部材50がz軸方向の正方向側に押し上げられる。これに伴って、図7に示すように、2つの本体部30を束ねる第2の部材60もz軸方向の正方向側に押し上げられる。結果として、第2の部材60の、フランジ70に対する固定が解かれる。また、上述のとおり、本体部30とフランジ70との接触部分には若干の隙間があるため、本体部30は、フランジ70に対して傾くことが可能である。以上のような理由から、プローブ1が回路基板に押し当てられると、図8に示すように、プローブ1の先端部52は、コネクタ300の位置や形状等に合わせて自在に傾く。これにより、図9に示すように、プローブ1の中心導体20と、コネクタ300における接触部304との面接触が可能となる。
(効果)
プローブ1では、コネクタ300に接触する2つの中心導体20を含む本体部30を第1の部材50で束ねている。従って、回路基板上に近接配置されているコネクタ300を測定する際に、プローブ同士が接触するような事態を回避できる。つまり、プローブ1を用いれば、コネクタ300の近接配置による問題は生じない。結果として、回路基板上におけるコネクタ等の高密度化が可能となる。
また、第1の部材50には、2つの中心導体20の先端が底面から突出する凹部C1が設けられ、該凹部C1の形状は、その底部から開口部に向かって広がる傾斜面S1を有している。これにより、プローブ1をコネクタ300に押し当てると、コネクタ300が傾斜面S1を滑るように移動し中心導体20と接触する。つまり、プローブ1では、凹部C1の傾斜面S1によって、コネクタ300の接触部304と中心導体20とをスムーズに接触させることができる。結果として、プローブ1では、コネクタ300を介してRF回路から発せられる電気信号を正確に測定することができる。
しかも、凹部C1の傾斜面S1は、凹部C1の底部からz軸方向に所定距離Lだけ離れた位置から設けられている。これにより、コネクタ300の接触部304と中心導体20とを、さらにスムーズに接触させることができる。具体的には、凹部C1の傾斜面S1が、凹部C1の底部から設けられていたと仮定する。このとき、コネクタ300が、傾斜面S1を滑るように移動する際、接触部304よりも先に外部導体302が中心導体20と接触する虞や、図10に示す別の実施例ように、所定距離Lが0であるプローブ3を用いた場合、コネクタ300の近接配置による問題は生じないが、プローブ3の中心導体20がコネクタ300の外部導体302と接触部304との間にはまり込んでしまう虞がある。一方、図11に示すプローブ1における凹部C1の傾斜面S1は、凹部C1の底部からz軸方向に所定距離Lだけ離れた位置から設けられている。詳細には、凹部C1の底面と直交する方向に伸びる高さLの壁面W1が設けられる。壁面W1から傾斜面S1が設けられる。これにより、図11に示すように、傾斜面S1を滑るように移動してきたコネクタ300は、接触部304と中心導体20とが接触する前に、該傾斜面S1における凹部C1の底部に最も近い端点Eまで到達することが出来る。その結果、傾斜面S1を滑るように移動してきたコネクタ300の接触部304と中心導体20との位置が略一致した状態で、コネクタ300は凹部C1の底部に壁面W1に沿って押し込まれる。従って、図11に示すプローブ1の構成は図10に示すプローブ3の構成に比べて、接触部304よりも先に外部導体302が中心導体20と接触する場合や、中心導体20がコネクタ300の外部導体302と接触部304との間にはまり込んでしまうといった事態を防止する効果をさらに有するため望ましい。
ところで、プローブ1の本体部30とフランジ70との接触部分には若干の隙間がある。これにより、本体部30は、フランジ70に対して傾くことが可能である。プローブ1を回路基板に押し当てた際、該プローブ1の先端部52は、コネクタ300の位置や形状等に合わせて自在に傾く。これにより、プローブ1の中心導体20と、コネクタ300における接触部304との面接触が可能となる。
また、プローブ1は、2つの本体部30を第1の部材50だけでなく、第2の部材60でも束ねている。これにより、2つの本体部30は、2点で支持されているため、例えば、第1の部材50だけで支持される場合よりも、その姿勢が安定する。結果として、2つの本体部30が、測定の際に接触する等の事態を防止できる。
さらに、プローブ1のスプリング80と本体部30とは近接しておらず、スプリング80と本体部30とは所定距離だけ離れている。これにより、2つの中心導体20のピッチを変更する場合に、プローブ1によれば、第1の部材に設けられたくぼみH1,H2及び第2の部材に設けられた貫通孔H5,6のピッチを変更するだけでよい。つまり、プローブ1では、極めて簡易な方法で、2つの中心導体20のピッチを変更することができる。
(他の実施例)
本発明に係るプローブは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、各部材の材料、大きさ、具体的な形状等は任意である。また、中心導体の数は2つに限らず3つ以上であってもよい。さらに、本発明に係るプローブの測定対象はRF回路に限られず、電気信号を発する全てのものをその対象としている。
以上のように、本発明は、プローブに有用であり、特に、測定対象である電子部品の回路基板に対する高密度化が可能となる点で優れている。
C1、C2、C3 凹部
H1,H2 くぼみ
H3〜H10 貫通孔
L 所定距離
S1 傾斜面
U 溝
W1 壁面
1,3 プローブ
20 中心導体
30 本体部
32 内部導体
34 外筒
36 ブッシュ
36a、36b 円筒
38 スプリング
50 第1の部材
52 先端部
60 第2の部材
70 フランジ
80 スプリング
86、88、90 ブッシュ
100 同軸ケーブル
102 芯線
104、108 絶縁膜
106、302 外部導体
109 ソケット
300 コネクタ
304 接触部
306 ケース

Claims (6)

  1. 複数箇所を同時に測定できるプローブであって、
    測定対象に同時に接触可能な中心導体を含む複数の本体部と、
    前記複数の本体部を束ねる第1の部材と、
    を備え、
    前記第1の部材には、前記複数の中心導体の先端が底面から突出する凹部が設けられ、
    前記凹部は、該凹部の底部から1つの開口部に向かって広がる傾斜面を有すること、
    を特徴とするプローブ。
  2. 前記傾斜面は、前記凹部の底部から開口部に向かう高さ方向において、該凹部の底部から所定距離だけ離れた位置から設けられていること、
    を特徴とする請求項1に記載のプローブ。
  3. 前記本体部を固定治具に取り付けるためのフランジ部と、
    を更に備え、
    前記本体部と前記フランジ部の接触部分には、所定の隙間が設けられていること、
    を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のプローブ。
  4. 前記本体部を囲むスプリングを更に備え、
    前記本体部と前記スプリングとは、所定距離だけ離されていること、
    を特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のプローブ。
  5. 前記複数の本体部を束ねる第2の部材を更に備えること、
    を特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のプローブ。
  6. 前記第1の部材は導体であり、グランド電位にされること、
    を特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のプローブ。
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