JP3592279B2

JP3592279B2 - 基板検査用プローブ及びそれを用いた基板検査装置

Info

Publication number: JP3592279B2
Application number: JP2001289333A
Authority: JP
Inventors: 秀雄西川; 兼典浅井; 正之中原
Original assignee: Nidec Read Corp
Current assignee: Nidec Advance Technology Corp
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP2003098214A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板上の回路パターンの導通検査、絶縁検査等を行うための基板検査用プローブ及びそれを用いた基板検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の基板検査用プローブとして、特開２００１−４１９７９号公報には、プローブの先端にあるニードルピンの先端部を非検査時に拘束部材で拘束する形態にしてニードルピンの振動特性を改善し、検査を繰り返し行う時におけるニードルピンの振動を低減して検査の高速化を図る技術が開示されている。
【０００３】
具体的には、図８に示すように、プローブ９０は、ソケット９５に半田付けされたニードルピン９３が電極棒９７に脱着自在に支持され、この電極棒９７を保持する略Ｌ字状断面をなす保持部材９９が図略の駆動機構で駆動されることによって、プローブ９０が所定の位置に位置決めされるようになっている。保持部材９９にはニードルピン９３の先端部を拘束する拘束部材１００がねじ１１０で固定されている。この拘束部材１００は導電性材料からなり、図９に示すように、下部水平部１０１には略雫形状の孔１０２が形成され、その中にニードルピン３０を挿通させる構造になっている。電極棒９７と拘束部材１００は電線１０３で電気的に接続され、その経路の途中に設けられた電流計１０４によってニードルピン３０と拘束部材１００の導通を検知し、それによってニードルピン３０の基板Ｐへの接触を検知する接触検知回路が構成されている。
【０００４】
すなわち、このプローブ９０では、図８中実線で示すニードルピン９３が基板Ｐに接触していない状態では、ニードルピン９３が拘束部材１００の孔１０２の左端壁に当接し拘束されているので、ニードルピン９３と拘束部材１００とが導通状態となり、拘束部材１００、ニードルピン９３、ソケット９５、電極棒９７及び電線１０３からなる接触検知回路が閉となる一方、図８中２点鎖線で示すニードルピン３０が押し込まれて基板Ｐに接触した状態では、ニードルピン９３が＋Ｘ方向に撓み拘束部材１００の孔１０２の内壁から離れて、ニードルピン９３と拘束部材１００とが非導通状態となり、上記接触検知回路が開となる。
【０００５】
このプローブ９０を用いた基板検査装置では、電流計１０４による開閉信号によってニードルピン９３の鉛直方向（Ｚ軸方向）の高さを検出することを可能とすると共に、検査を繰り返し行う時に非検査時におけるニードルピン９３の振動を拘束部材１００でニードルピン９３の先端部を拘束して減衰させることによって検査の高速化を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記プローブ９０を用いた基板検査装置では、非検査時におけるニードルピン９３の振動を１つの拘束部材１００でニードルピン９３の先端部を拘束して減衰させる構成をとっているため、検査速度が所定値を越えるとニードルピン９３の振動を十分に減衰させることができなくなり、検査精度が低下するという問題が生じるおそれがあった。
【０００７】
本発明は、こうした従来技術の課題を解決するものであり、減衰特性が良好で検査の高速化を図ることができる基板検査用プローブ及びそれを用いた基板検査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る基板検査用プローブは、基端側が保持部材に保持されたニードルピンの先端を押し込み方向に相対移動させ回路基板に当接させて回路パターンの検査を行うためのものであって、上記ニードルピンは、導電性弾性部材からなり、その先端部が第１拘束部材によって撓み方向に拘束される一方、中間部が第２拘束部材によって撓み方向とは逆の方向に拘束されて湾曲した状態で保持されていて、先端に押し込み方向の力が作用したときに押し込み方向と直交する所定の撓み方向に変形して両拘束部材による拘束が解除されるように構成されている。
【０００９】
この構成によれば、ニードルピンの先端に押し込み方向の力が作用すると、ニードルピンが押し込み方向と直交する所定の撓み方向に変形し、両拘束部材によるニードルピンの拘束が解除された状態となり、ニードルピンがそれ自身の靱性特性で回路基板の回路パターンと接触するため、ニードルピンの先端が回路パターンにおける測定位置からずれることがなくなり、回路パターンの検査を高精度に基板に傷を付けることなく行うことが可能となる。
【００１０】
他方、押し込み方向の力が作用しなくなると、撓んでいたニードルピンが元の形状に戻りニードルピンが両拘束部材によって先端部と中間部で相反する方向に拘束されるため、ニードルピンの振動が急速に短時間で減衰する。従って、回路パターンにおける次の検査箇所にすぐに移行でき、検査の高速化を図って基板の検査時間を短縮させることが可能となる。
【００１１】
上記基板検査用プローブにおいて、上記第１拘束部材と上記ニードルピンの導通を検知することによりニードルピンの回路基板への接触を検知する接触検知回路を有し、ニードルピンの先端に押し込み方向の力が作用し両拘束部材によるニードルピンの拘束が解除されることで接触検知回路が開く一方、押し込み方向の力が作用せず両拘束部材によってニードルピンが拘束されることで接触検知回路が閉じるように構成する。
【００１２】
この構成によれば、ニードルピンの先端に押し込み方向の力が作用すると、ニードルピンが押し込み方向と直交する所定の撓み方向に変形し、両拘束部材によるニードルピンの拘束が解除され第１拘束部材とニードルピンとが非導通状態になり接触検知回路が開かれ、ニードルピンの先端が回路基板に当接したことが検出される。
【００１３】
他方、押し込み方向の力が作用しなくなると、撓んでいたニードルピンが元の形状に戻りニードルピンが両拘束部材によって先端部と中間部で拘束されるため、第１拘束部材とニードルピンとが導通状態になり接触検知回路が閉じ、ニードルピンの先端が回路基板から離反したことが検出される。
【００１４】
本発明に係る基板検査装置は、上記いずれかの基板検査用プローブと、該プローブを移動させる検査ユニットと、検査される回路基板を搬送する搬送テーブルとを備え、プローブの先端を押し込み方向に相対移動させ回路基板に当接させて回路パターンの検査を行うように構成されている。
【００１５】
この構成によれば、基板検査用プローブが良好な減衰特性を示すので、検査される回路基板を搬送テーブルで搬送すると共に、検査ユニットでプローブを回路パターンの検査箇所に高速に移動させて、回路パターンの検査を短時間で高精度に行うことが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る基板検査用プローブ３を用いた基板検査装置１の構成例を示す。
【００１８】
この基板検査装置１は、装置本体１ａの手前側（−Ｘ方向）に開閉扉２１が開閉自在に取付けられており、この開閉扉２１を開いて検査対象である基板Ｐを搬送テーブル２上に載置して、検査部Ｔで基板Ｐの検査を行う構成となっている。ここで、基板Ｐは、回路パターンがプリントされた裸基板であって、ＩＣチップ、コンデンサ、抵抗等の電子部品は実装されていない。
【００１９】
この基板検査装置１では、基板Ｐが検査部Ｔによって検査され、その良否の判定が行われた後、検査済みの基板Ｐが開閉扉２１を開放して搬出入部Ｃからオペレータによって搬出される。
【００２０】
尚、この実施形態では、基板Ｐの搬出入はオペレータによるマニュアル操作となっているが、搬出入部Ｃの±Ｘ方向の一方側に外部装置から基板Ｐを受取り、搬出入部Ｃに検査前の基板Ｐを移載する基板搬入機構を設ける一方、他方側に搬出入部Ｃから検査済みの基板Ｐを受取り、外部装置に搬出する基板搬出機構を別途追加装備することで基板Ｐの自動搬送が可能となる。
【００２１】
この基板検査装置１では、搬送テーブル駆動機構６によって搬出入部Ｃと検査部Ｔとの間で基板Ｐを搬送するために、搬送テーブル２が±Ｘ方向に往復動自在に設けられている。具体的には、搬送テーブル駆動機構６がボールネジ等の送りねじ６２、駆動軸６４及びモータ６３で構成され、ボールネジ６２に螺合するブラケット６５を介して、搬送テーブル２がモータ６３の回転量に応じて移動するようになっている。
【００２２】
検査部Ｔには、複数の基板検査用プローブ３を備えた検査ユニット４が設けられ、搬送テーブル駆動機構６の上部に配置されている。各プローブ３は制御装置で制御されるプローブ駆動機構４３によって駆動される。プローブ駆動機構４３は、プローブ３を基板検査装置１に対してＸＹＺθ軸方向に駆動する駆動部を備えている。基板Ｐは搬送テーブル２上に載置されて所定の検査位置に搬送される。そして、検査位置にある基板Ｐ上にプローブ３を位置決めした後に−Ｚ方向に下動し、ニードルピン３０の先端を基板Ｐの回路パターンに接触させて検査を行い、検査後ニードルピン３０の先端を基板Ｐから離反させる構成になっている。
【００２３】
このプローブ３のニードルピン３０は、導電性弾性部材からなり、図２において実線で示すように、その先端部３０ａが第１拘束部材３３によって撓み方向Ｈ１に拘束される一方、中間部３０ｂが第２拘束部材３４によって撓み方向Ｈ１とは逆の方向Ｈ２に拘束されて湾曲した状態で保持されている。そして、ニードルピン３０の先端に押し込み方向Ｖ１の力が作用したときに、図２において２点鎖線で示すように、押し込み方向Ｖ１と直交する撓み方向Ｈ１にニードルピン３０が変形して両拘束部材３３，３４による拘束が解除されるように構成されている。
【００２４】
このニードルピン３０は、基板Ｐへの押し込みがなされても応力が極めて微少な靭性特性を有する導電性素材であれば特に素材の種類を問わないが、例えばＳＫ鋼、リン青銅、黄銅を使用することができる。ここでは、直径がφ１２５μｍ、長さ２５ｍｍのＳＫ鋼を用いている。図７は、このニードルピン３０の靱性特性を示している。ニードルピン３０をＶ方向に押し込んで靱性特性を測定した結果、ニードルピン３０の応力は、Ｖ方向への押し込み量が０ｍｍではほぼ０ｇであり、押し込み量が０．０３ｍｍ以上では略８ｇで一定となっている一方、ニードルピンの接触抵抗値は、押し込み量が０ｍｍでは１０ＫΩ以上であるが、押し込み量０．５ｍｍ以上では約３Ωで一定になっている。この応力特性より明らかなように、押し込み量が０．０３ｍｍ以上になれば応力が一定になることから、ニードルピン３０を０．０３ｍｍ以上押し込むようにプローブ３を下降させることが好ましい。但し、押し込み量を大きくし過ぎると、プローブ３の移動時間が長くかかることにより、結果として測定時間が長くなってしまうので、測定時間を短くするためには、ニードルピン３０の押し込み量を必要以上に大きくしないようにする。
【００２５】
このニードルピン３０の基端側は、表面に金メッキが施されたガラスエポキシ材からなるホルダ３２に半田付けされていて、このホルダ３２がアルミニウム材からなるホルダベース３１の上部にねじで固定されている。このホルダベース３１は検査ユニット４のプローブ保持部材４１の下部に下方からねじで固定されている。このホルダベース３１の下面には、帯板状の第２拘束部材３４、略矩形状のスペーサ３５、略く字状断面をなす第１拘束部材３３がこの順に積み重ねられた状態でホルダベース３１にねじで共締めされている。ここで、第２拘束部材３４はＳＵＳ３０４からなり、スペーサ３５はアルミニウム材からなり、第１拘束部材３３は黄銅からなる。ホルダ３２と電気的に接続された電極部材３６と第１拘束部材３３には電線が接続されて、ニードルピン３０と第１拘束部材３３を接続する閉ループの接触検知回路２１が形成され、電流計２２で第１拘束部材３３とニードルピン３０の導通を検知し、それによりニードルピン３０の基板Ｐへの接触が検知できるようになっている。
【００２６】
図２において実線で示すニードルピン３０の先端に押し込み方向Ｖ１の力が作用しない状態では、ニードルピン３０の先端部３０ａは第１拘束部材３３の傾斜部３３ａの先端に形成されたＶ溝３３ｂ（図４参照）で撓み方向Ｈ１に拘束される一方、ニードルピン３０の中間部３０ｂは第２拘束部材３４に形成された略雫形状の孔３４ａの狭小部３４ｂ（図５参照）で撓み方向Ｈ１とは逆の方向Ｈ２に拘束されている。
【００２７】
より詳しくは、図２において２点鎖線で示すニードルピン３０の先端部３０ａに押し込み方向Ｖ１の力が作用した状態で、ニードルピン３０が撓んで両拘束部材３３，３４によるニードルピン３０の拘束が解除される。すなわち、図６において２点鎖線で示すようにニードルピン３０の先端部３０ａがＨ１方向に移動して第１拘束部材３３の傾斜部３３ａの先端に形成されたＶ溝３３ｂから離れる。それと同時に、図５に示すように中間部３０ｂが第２拘束部材３４に形成された略雫形状の孔３４ａの狭小部３４ｂからＨ１方向に離れＧ点位置にくる。これにより、ニードルピン３０が２つの拘束部材３３，３４から非拘束状態になり、ニードルピン３０がそれ自身の靱性特性で基板Ｐの回路パターンと接触する。また、第１拘束部材３３とニードルピン３０とが非導通状態になり接触検知回路２１が開く。
【００２８】
他方、図２において実線で示す押し込み方向Ｖ１の力が作用しない状態でニードルピン３０が元の形状に戻り、両拘束部材３３，３４によってニードルピン３０が拘束される。すなわち、図６において実線で示すようにニードルピン３０の先端部３０ａがＨ２方向に移動して第１拘束部材３３の傾斜部３３ａの先端に形成されたＶ溝３３ｂに当接して拘束される。それと同時に、図５に示すように中間部３０ｂが第２拘束部材３４に形成された略雫形状の孔３４ａの狭小部３４ｂからＨ２方向に移動して側壁に当接するＦ点位置にくる。このように、ニードルピン３０は２つの拘束部材３３，３４によって相反する方向に拘束され、２つの拘束部材３３，３４はニードルピン３０に対し押し引きの関係にあるため、ニードルピン３０の振動が急速に短時間で減衰する。また、第１拘束部材３３とニードルピン３０とが導通状態になり接触検知回路２１が閉じる。
【００２９】
このように、上述したプローブ３を用いた基板検査装置１では、ニードルピン３０の先端部３０ａに押し込み方向Ｖ１の力が作用したときに、ニードルピン３０を押し込み方向Ｖ１と直交する所定の撓み方向Ｈ１に変形させ、両拘束部材３３，３４によるニードルピン３０の拘束を解除し、ニードルピン３０をそれ自身の靱性特性で基板Ｐの回路パターンと接触させて、ニードルピン３０の先端が基板Ｐの回路パターンにおける測定位置からずれないようにして、回路パターンの検査を高精度に基板Ｐに傷を付けることなく行うことを可能としている。また、第１拘束部材３３とニードルピン３０とを非導通状態にして接触検知回路２１を開くことで、ニードルピン３０の先端が基板Ｐの表面に当接したことが検出されるようにしている。
【００３０】
他方、押し込み方向Ｖ１の力が作用しないときは、撓んでいたニードルピン３０を元の形状に戻しニードルピン３０が両拘束部材３３，３４によって先端部３０ａと中間部３０ｂで相反する方向に拘束されるようにして、ニードルピン３０の振動を急速に短時間で減衰させている。また、第１拘束部材３３とニードルピン３０とを導通状態にして接触検知回路２１を閉じることでニードルピン３０の先端が基板Ｐから離反したことが検出されるようにしている。こうして、回路パターンにおける次の検査箇所にすぐに移行させ、検査の高速化を図って基板Ｐの検査時間を短縮させることを可能としている。
【００３１】
また、この基板検査装置１では、良好な減衰特性を示す基板検査用プローブ３を用いて、検査される基板Ｐを搬送テーブル２で搬送すると共に、検査ユニットＴでプローブ３を基板Ｐの回路パターンの検査箇所に高速に移動させて、回路パターンの検査を短時間で高精度に行うことを可能としている。
【００３２】
また、上記接触検知回路２１を構成したことにより、磨耗、折れ等のため古いニードルピン３０を新しいニードルピン３０に交換するとき等に、ニードルピン３０の基板Ｐへの接触を電流計２２で検出して、ニードルピン３０の先端におけるＺ軸方向の高さ調整を容易にしている。
【００３３】
尚、本発明に係る基板検査用プローブ及びそれを用いた基板検査装置は、上記した実施形態の具体的構成に限定されるものではなく、必要に応じ適宜構成を変形、追加、置換又は削除した構成としてもよいことは言うまでもない。
【００３４】
例えば、上記では、静止している基板Ｐに対してプローブ３をＸＹ方向に移動して位置決めした後にプローブ３をＺ軸方向に下動してニードルピン３０を基板Ｐに押し込んで検査する形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、プローブ３をＸＹ方向に移動して位置決めした後に基板Ｐ側をＺ方向に上昇させてプローブ３のニードルピン３０に接触させる構成としてもよい。また、ニードルピン３０をＺ軸方向への押し込みではなく、Ｘ軸方向又はＹ軸方向への押し込みで基板Ｐに接触させる構成とすることも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る基板検査用プローブによれば、ニードルピンの先端に押し込み方向の力が作用しない状態で、ニードルピンの先端が第１拘束部材によって撓み方向に拘束される一方、中間部が第２拘束部材によって撓み方向とは逆の方向に拘束されて湾曲した状態で保持されるため、ニードルピンの振動を急速に短時間で減衰させることができる。
【００３６】
一方、ニードルピンの先端に押し込み方向の力が作用したときに、ニードルピンが押し込み方向と直交する所定の撓み方向に変形して両拘束部材による拘束が解除されるので、ニードルピンがそれ自身の靱性特性で基板の回路パターンと接触するため、ニードルピンの先端が基板の回路パターンにおける測定位置からずれることがなくなり、回路パターンの検査を高精度に基板に傷を付けることなく行うことができる。
【００３７】
また、このような良好な減衰特性を示すプローブを基板検査装置に用いることで、検査の高速化を図ることができ、回路パターンの検査を短時間で高精度に行うことができる。
【００３８】
また、プローブに第１拘束部材とニードルピンの導通を検知する接触検知回路を構成すると、ニードルピンの回路基板への接触を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板検査用プローブを用いた基板検査装置の構成例を示す側面図である。
【図２】本発明に係る基板検査用プローブの構成例を示す側面図である。
【図３】本発明に係る基板検査用プローブの構成例を示す正面図である。
【図４】本発明に係る基板検査用プローブの構成例を示す下視図であって、（ａ）は全体図を、（ｂ）は第１拘束部材による拘束状態を示す要部拡大図をそれぞれ表す。
【図５】本発明に係る基板検査用プローブの第２拘束部材に形成された孔の形状例を示す下視図である。
【図６】本発明に係る基板検査用プローブのニードルピンを押し込み方向に押し込んで、第１拘束部材によって拘束されたニードルピンの先端部における拘束を解除する様子を示す拡大要部側面図である。
【図７】本発明に係る基板検査用プローブに用いるニードルピンの靱性特性を示す図である。
【図８】従来の基板検査用プローブの構成例を示す側面図である。
【図９】従来の基板検査用プローブの構成例を示す下視図である。
【符号の説明】
１基板検査装置
２搬送テーブル
３基板検査用プローブ
４検査ユニット
２１接触検知回路
３０ニードルピン
３０ａニードルピンの先端部
３０ｂニードルピンの中間部
３１ホルダベース（保持部材）
３２ホルダ（保持部材）
３３第１拘束部材
３４第２拘束部材
Ｖ１押し込み方向
Ｈ１押し込み方向と直交する撓み方向
Ｐ基板（回路基板）

Claims

基端側が保持部材に保持されたニードルピンの先端を押し込み方向に相対移動させ回路基板に当接させて回路パターンの検査を行うための基板検査用プローブであって、上記ニードルピンは、導電性弾性部材からなり、その先端部が第１拘束部材によって撓み方向に拘束される一方、中間部が第２拘束部材によって撓み方向とは逆の方向に拘束されて湾曲した状態で保持されていて、先端に押し込み方向の力が作用したときに押し込み方向と直交する所定の撓み方向に変形して両拘束部材による拘束が解除されるように構成されていることを特徴とする基板検査用プローブ。
上記第１拘束部材と上記ニードルピンの導通を検知することによりニードルピンの回路基板への接触を検知する接触検知回路を有し、ニードルピンの先端に押し込み方向の力が作用し両拘束部材によるニードルピンの拘束が解除されることで接触検知回路が開く一方、押し込み方向の力が作用せず両拘束部材によってニードルピンが拘束されることで接触検知回路が閉じるように構成されている請求項１記載の基板検査用プローブ。
請求項１又は請求項２記載の基板検査用プローブと、該プローブを移動させる検査ユニットと、検査される回路基板を搬送する搬送テーブルとを備え、プローブの先端を押し込み方向に相対移動させ回路基板に当接させて回路パターンの検査を行うことを特徴とする基板検査装置。