JP5190943B2 - ２探針ケルビンプローブ - Google Patents

Description

この発明は、２探針ケルビンプローブに係り、詳記すれば、被測定電極の配置がランダムな回路電極をケルビン法で検査することができる２探針ケルビンプローブに関する。

近年においての電子回路は、従来と比べ極限と言われるほど回路間のファインピッチ化が進み、また一方では、電子デバイス性能の向上に伴う回路測定においては、より高信頼性・再現性が求められている。

従来、回路検査については、コンタクトプローブ１本のみを回路電極にコンタクトし、導通が得られれば差し支えなかったが、近年に至り高信頼性が要求され、これに応える手法として、ケルビン法が提案されている。この電子回路検査のケルビン法測定理論は、現在実践の段階に入っきており、近年益々その需要が増加する傾向にある。

従来、測定すべき電極が平列配置の場合は、４探針ケルビンプローブを使用し、ケルビン法で測定可能であったが、被測定電極の配置がランダムの場合は、ケルビン法により測定し得るプローブは、全く知られていない。

２探針ケルビンプローブとして、本出願人は、フライング測定機用として使用される２探針ケルビンプローブ（特許文献１参照）及び半導体の裏側の半田ボールに２探針を当てて支障なく検査することができる２探針ケルビンプローブ（特許文献２参照）を提案し、先に特許出願した。しかしながら、これらは、被測定電極の配置がランダムの場合の回路検査に使用することはできなかった。
従って従来は、被測定電極の配置がランダムの場合は、ケルビン法による測定ではなく、プローブを１本１本回路電極にコンタクトさせる方法により測定していた。そのため、検査効率及び検査の信頼性が劣る欠点があった。
特開２００５−６２１００ 特開２００５−２８３３５９

この発明は、このような問題点を解消しようとするものであり、被測定電極の配置がランダムの場合の回路検査に使用することのできる２探針ケルビンプローブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明者は鋭意研究の結果、被測定電極の配置がランダムの場合の回路検査に使用することのできる２探針ケルビンプローブとするには、被測定電極間の凹凸に対応する上下動機能と、被測定物の微小な凹凸に対応する凹凸を吸収する可動コンタクト機能が必要であることと、プローブ自体を極細とする必要性を想到し、２本のプローブの形状を従来の円形形状から、断面横長の形状として、プローブ自体を極細形状とすることを可能にすると共に、二本のプローブを独立して上下動可能とすることと、一緒に上下動可能とすることとによって、２探針ケルビンプローブとすることが可能となることを見出し、本発明に到達した。

即ち本発明は、断面横長のバネ性を有し且つ絶縁被膜でコーティングした二本のプローブを（一方は電圧（Ｖ）用、他方は電流（Ａ）用）プローブ収納スリーブに各々独立して弾性屈曲し得るように装入し、該プローブ収納スリーブを検査用板取付用のスリーブに嵌合させ、前記プローブ収納スリーブの先端部と検査用板取付用のスリーブ先端との間にコイルスプリングを外嵌させ、前記二本のプローブ後部は、前記プローブ収納スリーブに固定したことを特徴とする。

プローブ収納スリーブの検査用板取付用スリーブ後端からの突出部には、ストッパー及びバネ圧調整用筒体を嵌合させるのが好ましい(請求項２)。プローブ収納スリーブの先端部と検査用板取付用のスリーブ先端に鍔を形成し、両方の鍔の間に前記コイルスプリングを外嵌させるのが好ましい(請求項３)。

断面横長のバネ性を有する二本のプローブは、断面半円径若しくは長方形であり、前記プローブ収納スリーブ及び検査用板取付用のスリーブは、断面円形であるのが好ましい(請求項４)。プローブ取付板には、円形の孔を形成するのが容易であることと、二本のプローブを独立して屈曲させるようにするには、極細線状体の場合には、横長としないと所望の耐性が得られないからである。特に、横長の形状として、断面半円径若しくは長方形であるのが好ましく、断面半円径とするのが、小さく形成しても所定の耐性が得られるということから、最も好ましい。

前記二本のプローブが被測定物の微小な凹凸に当って、独立して屈曲した後、前記プローブ収納スリーブがバネの力に抗して移動するようにバネ圧を調整するのが良い（請求項５）。

前記検査用板取付用のスリーブ外径が、０．３〜０．８ｍｍであり、前記プローブ収納スリーブの外径が０．２〜０．７ｍｍであるのが好ましく（請求項６）、前記プローブ収納スリーブの内径が０．２〜０．６ｍｍであり、前記二本のプローブの長辺又は直線部の長さが０．１〜０．５ｍｍであるのが好ましい（請求項７）。

前記ケルビンプローブは、被測定電極の配置がランダムである回路電極を検査するのに使用する（請求項８）。

以上述べた如く、本発明によれば、被測定電極の配置がランダムの場合の回路検査に使用することのできる２探針ケルビンプローブを初めて提供することを可能としたものであるから、このような回路検査の検査効率及び検査の信頼性を高めたので、エレクトロニクス回路測定部門に貢献するところ極めて大きい。

図１は、本発明の一実施例を示すものであり、断面円形プローブ収納スリーブ１には、断面横長のバネ性を有し且つ絶縁被膜でコーティングした二本のプローブ２，２´が各々独立して屈曲し得るよう微細な隙間を有するように装入されている。従来のプローブは、円形であり、このように断面横長に形成したプローブは知られていない。このように断面横長に形成することによって、極細形状としても、多数回の弾性変形に対する耐久性を付与させることができる。

このようにプローブ２，２´間に隙間を設けているので、プローブ２，２´は独立して屈曲して被測定物の表面の凹凸を吸収し、確実に２探針の役割を実現する。隙間の大きさは、プローブ２と２´とが、０．０３〜０．０６ｍｍ程度離れる程度とするのが好ましい。

横長の形状としては、図２（Ａ）に示すように断面長方形又は図２（Ｂ）に示すように断面半円形とするのが好ましく、特に断面半円形とするのが、極細で且つ高耐久性を付与させ得ることから好ましい。
プローブ２と２´の材質としては、鋼鉄、ベリリウム、リン青銅、ステンレス、モリブデンなどの金属から、その用途に応じて最適な材質を選択すればよい。プローブ２と２´とに被覆する絶縁被膜の種類は特に限定されないが、上記実施例では、ポリイミド樹脂が使用されている。

プローブ収納スリーブ１の後端で、二本のプローブ２，２´が圧接又は接着固定されている。尚、図中３は、圧接又は接着固定部である。このように二本のプローブ２，２´は、バネ性を有し且つ後方がプローブ収納スリーブ１に固定されているので、先端から固定部までの間で、弾性屈曲する。

プローブ収納スリーブ１には、検査用板取付用のスリーブ４が外嵌し、検査用板取付用のスリーブ４は、プローブ取付板５に嵌合している。前記プローブ収納スリーブ１の先端部に形成したバネ抜け防止鍔６と検査用板取付用のスリーブ４先端のバネ抜け防止鍔７との間にコイルスプリング８を外嵌させ、プローブ収納スリーブ１の検査用板取付用スリーブ４後端からの突出部には、ストッパー及びバネ圧調整用筒体９を嵌合固定し、前記二本のプローブ２，２´後部を、前記検査用板取付用のスリーブ４に固定している。二本のプローブ２，２´の後端Ａ,Ｂは、リード線接続部分である。

筒体９によって、スリーブ１とスリーブ４とが位置決めされると共に、コイルスプリング８のバネ圧を所定の値とすることができる。
プローブ収納スリーブ１、検査用板取付用のスリーブ４及び筒体９の材質は、プローブ２，２´の材質と同様に、鋼鉄、ベリリウム、リン青銅、ステンレス、モリブデンなどの金属から選択すればよい。

本発明のプローブは、測定用樹脂版（プローブ取付板）５に、ドリル又は他の方法で、パターンに整合させた丸孔をランダムに穴あけし、この穴にプローブを装着するのが一般的である。

前記検査用板取付用のスリーブ４外径が、０．３〜０．８ｍｍであり、前記プローブ収納スリーブ１の外径が０．２〜０．７ｍｍとするのが好ましく、これより小さくすることは技術的に難しく、これ以上では、目的とする検査に対応できない。
このようなプローブとするには、前記プローブ収納スリーブ１の内径が０．２〜０．６ｍｍであり、前記２本のプローブの長辺又は直線部の長さが０．１〜０．５ｍｍとするのが良い。

次に、本発明のプローブの製造方法を説明する。
スリーブ１内に、断面半円形又は断面長方形の２本のプローブ２，２´を、若干隙間があるように装着し、スリーブ１後端で、圧接又は接着固定し、２本のプローブ２，２´(図２のプローブＡ及びＢ)は、図３に示すように、被測定物１０に対し、独立して弾性屈曲し得るようにし、被測定物の表面の微細な凹凸を吸収して確実に２探針の役目を実現する。

プローブ２，２´装着後、スリーブ１のバネ抜け防止鍔６と検査用板取付用のスリーブ４先端のバネ抜け防止鍔７との間にコイルスプリング８を外嵌させる。コイルスプリング８は、スリーブ１とスリーブ４との摺動目的とコンタクトに必要なトルクを保持する目的である。
それから、スリーブ１とスリーブ４との間のバネ圧を調整するストッパーリング９を、プローブ１に圧接又は接着により固定し、プローブ全体の機能性を完成させる。
コイルスプリング８のバネ圧は、前記二本のプローブ２，２´が被測定物の微小な凹凸に当って、独立して屈曲した後、前記プローブ収納スリーブが前記コイルスプリング８のバネ力に抗して移動するように調整する。

プローブ先端部のスリーブ１からの突出寸法は、スリーブ１の外径寸法に応じて、プローブの剛性上、適当な突出寸法とする。例えば、プローブ（スリーブ４）外径０．４５ｍｍの場合、スリーブ１のバネトルクは、初期荷重５〜８ｇ程度とし、先端部０．３ｍｍ圧縮の場合は、針圧(トルク)は、１０〜１６ｇとすると、そのときのスリーブ１よりのプローブ突出寸法は、１ミリ〜１．２ｍｍ程度で、被測定物に対するコンタクトの役割が十分達成された。ユーザーからのトルク(針圧の)変更要望の場合は、スリーブの外径に装着しているコイルバネのトルクを変更することによって可能である。

本発明の一実施例を示す側断面図である。 図１の本発明のプローブの形状を示す正面図である。 本発明のプローブの使用状態を示す側断面図である。

符号の説明

１・・………スリーブ
２，２´・・………プローブ
３・・………接着固定部
４・・………スリーブ
５・・………プローブ取付板
６・・………バネ抜け防止鍔
７・・………バネ抜け防止鍔
８・・………コイルスプリング
９・・………筒体
１０・・………被測定物

Claims (8)

1. 断面横長のバネ性を有し且つ絶縁被膜でコーティングした二本のプローブをプローブ収納スリーブに各々独立して弾性屈曲し得るように装入し、該プローブ収納スリーブを検査用板取付用のスリーブに嵌合させ、前記プローブ収納スリーブの先端部と検査用板取付用のスリーブ先端との間にコイルスプリングを外嵌させ、前記二本のプローブ後部は、前記プローブ収納スリーブに固定したことを特徴とする２探針ケルビンプローブ。
2. 前記プローブ収納スリーブの前記検査用板取付用スリーブ後端からの突出部には、ストッパー及び前記コイルスプリングのバネ圧調整用筒体を嵌合装着する請求項１記載のプローブ。
3. 前記プローブ収納スリーブの先端部と検査用板取付用のスリーブ先端に鍔を形成し、両方の鍔の間に前記コイルスプリングを外嵌させる請求項１又は２記載のプローブ。
4. 断面横長のバネ性を有する二本のプローブは、断面半円径若しくは長方形であり、前記プローブ収納スリーブ及び検査用板取付用スリーブは、断面円形である請求項１〜３のいずれかに記載のプローブ。
5. 前記二本のプローブが被測定物の微小な凹凸に当って、独立して屈曲した後、前記プローブ収納スリーブが前記コイルスプリングのバネ力に抗して移動するようにバネ圧が調整されている請求項１〜４のいずれかに記載のプローブ。
6. 前記検査用板取付用のスリーブ外径が、０．３〜０．８ｍｍであり、前記プローブ収納スリーブの外径が０．２〜０．７ｍｍである請求項１〜５のいずれかに記載のプローブ。
7. 前記プローブ収納スリーブの内径が０．２〜０．６ｍｍであり、前記２本のプローブの長辺又は直線部の長さが０．１〜０．５ｍｍである請求項１〜６のいずれかに記載のプローブ。
8. 前記ケルビンプローブは、被測定電極の配置がランダムである回路電極を検査する請求項１〜７のいずれかに記載のプローブ。
   

Images