JP2005114547A - コンタクトプローブとこれを用いたコンタクト機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 被測定体の各電極と測定回路の各端子との間を電気的に接続するコンタクト機器に用いられるところの、一端が被測定体の電極に弾接し、他端が測定回路側のコードの電線等に弾接するコンタクトプローブ２・２間の間隔をより狭くして設置できるようにし、以て、コンタクト機器がＩＣ、ＬＳＩ等、或いはそれらを用いた電子回路を搭載するプリント基板等の高集積化に対応することができるようにする。
【解決手段】 一つのバレル１４に、一対の導電子（導電性プランジャ）４、６をその間に弾接用導電スプリング８が介在し、各々外側の部分が該バレル１４から食み出すように、挿入したコンタクトプローブ２であって、上記バレル１４を絶縁材、例えばポリイミド樹脂により形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被測定体の各電極と測定回路の各端子との間を電気的に接続するコンタクト機器に用いられるところの、一端が被測定体の電極に弾接（弾力を介して接触）し、他端が測定回路側のコードの電線等に弾接（弾力を介して接触）するコンタクトプローブとこれを用いたコンタクト機器に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、トランジスタその他の電子部品を用いた電子回路は、各種の装置、機器類に非常に多く用いられており、その用途は拡大の一途を辿っているが、これらの電子回路は片面或いは両面に配線膜が印刷されたプリント基板を用いて構成されるのが普通であり、該プリント基板にＩＣ、ＬＳＩ、トランジスタその他の各種電子部品を搭載し、必要な半田付けを行うことにより電子回路が構成されるようになっている。

そして、電子回路を用いた装置、機器類はその多くが小型化、高機能化、高性能化が要求され、それに伴って電子回路の回路構成が複雑化、高集積化を要求されている。従って、プリント基板の配線も微細化、高集積化の傾向があり、その結果、そのＩＣ、ＬＳＩ等、或いはそれらを用いた電子回路を搭載するプリント基板等の検査のための測定が難しくなる。というのは、ＩＣ、ＬＳＩ等の高集積化、配線の微細化、高集積化により測定用コンタクトプローブの配設密度、配置位置の精度を高くすることが必要であるからである。それでいて、検査の重要性は高まる一方である。というのは、配線の微細化、高集積化が進むほど、ショート不良その他の不良の発生率が高くなるからである。

そして、その検査には、測定回路を備えたテスターが用いられ、その測定回路へのプリント基板の各配線膜、電極等の電気的導出にはコンタクト機器が用いられる。このコンタクト機器はプレートに多数のコンタクトプローブを備え、各プローブの一端をプリント基板の各配線膜等の測定回路に電気的に接続すべき部分に接触させ、他端を測定回路に接続されたコードの先端に接触させるようになっているものが多い。これに関しては、本願出願人会社は特願平７−６１７２８、特願平８−１８３４４９、特願平１０−６６３３３等により各種提案を行っている。

そして、コンタクト機器に用いられるコンタクトプローブとして、従来、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すものが多く用いられた。図３（Ａ）は一つのプローブを構成する一対の導電性プランジャと導電性スプリングを示し、（Ｂ）は（Ａ）に示す各部材を一つの導電性バレルに組み込んでなる一つのプローブを示す。同図において、ａ、ｂは一対の導電性プランジャで、一端が接触端ｄを成し、本例では互いに材質、形状、大きさが同じであり、一方ａが例えば配線基板側に接触せしめられ、他方ｂがテスター回路側に接触せしめられる。

ｃは一対の導電性プランジャａ・ｂの上記接触端ｄと反対側の端部間に介在せしめられたコイル状の弾接用の導電性スプリング、ｅは上記導電性プランジャａ、ｂとその間の導電性スプリングｃを収納する導電性バレルで、例えばりん青銅あるいは真鍮からなり、その内周面には金膜がメッキにより形成され、コンタクト部の寄生抵抗をより小さくするために形成されている。該導電性バレルｅには、該導電性プランジャａ・ｂが、導電性バレルｅ内にてその軸方向に移動可能で、その間の導電性スプリングｃが縮設された状態でバレルｅ外への抜け止めされて収納されている。抜け止めは、バレルｅの両端部を内側へ折り曲げて導電性プランジャａ・ｂの外側向きの段部ｆ、ｆと係合させることにより為されている。

図３（Ｂ）に示すように、上記導電性バレルｅ内に導電性プランジャａ・ｂ及び導電性スプリングｃを収納することにより一つのプローブｉが構成され、このようなプローブｉが多数個一つのプローブ装着ボードｊに、導電性プランジャａ・ｂの接触端ｃ、ｃが両主表面から適宜量突出するように装着されるのである。ｇ、ｇ、ｈ、ｈは積層されてそのようなプローブ装着ボードｊを構成する板で、ｇ、ｇは上記導電性バレルｅよりやや大きなバレル収納孔を有し、該バレル収納孔内にプローブｉのバレルｅを収納する。

上記板ｈ、ｈはバレルｅの外径より小さく、導電性プランジャａ・ｂのバレルｅから突出した部分の外径よりも小さな径の孔を有し、板ｇ、ｇに収納された導電性バレルｅの抜けを防止すべく上記板ｇ、ｇに重ねられてバレルｅの両端を押さえる。そして、上記導電性プランジャａ・ｂは先端が該板ｇ、ｇの両面から突出するようにされている。

このようなプローブコンタクタは、導電性プランジャａ・ｂの一方ａの接触端ｄが例えばプリント配線基板の検知点に、他方ｂの接触端ｄがテスター側の所定のルールで配置されたコードの先端に当てられ弾接せしめられることにより該プリント配線基板の検知点とテスター側の回路との間を上記コードを介して電気的に接続する。従って、プリント配線基板の試験、検査が可能になるのである。

尚、コンタクトプローブには、バレルを用いず、図３（Ａ）に示す状態のまま複数枚の板ｈ、ｇ、ｇ、ｈを重ねてなるボードｊのコンタクト機器を収納する収納孔内に収納するタイプのものもある。
このようなタイプのコンタクトプローブはバレルを用いないので、部品点数を少なくすることができるという点では優れている。
しかし、そのようなタイプのコンタクトプローブは、これを構成する複数の部品がボードに組み込む状態ではバラバラになっているので、コンタクトプローブの配設密度が高くなる程、組み込みが極めて難しいという問題があった。従って、コンタクトプローブの配設密度が高いコンタクト機器に用いるそのコンタクトプローブは、ボードに組み込む状態ではそれを構成する複数の部材がバレルによって一体化されていることが好ましく、バレルを有しているタイプのものが集積度の高いコンタクト機器に適するといえるのである。
特開平 ８−２３６１８０号公報（特願平７−６１７２８） 特開平１０−２６６４８号公報（特願平８−１８３４４９） 特開平１１−２５８３１１号公報（特願平１０−６６３３３）

ところで、上述したように、従来のコンタクトプローブはバレルとして導電性のものを用いていた。導電性のものを用いることにより導電性プランジャａ・ｂの両接触端ｄ・ｄ間の電気抵抗を小さくすることができるからである。
しかしながら、ＩＣ、ＬＳＩ等の高集積化、或いはＩＣ、ＬＳＩ等を用いた電子回路が形成されたプリント基板の高集積化は止まることを知らず、それに伴ってコンタクトプローブを用いたコンタクト機器のコンタクトプローブの配設密度を高くすることについての要求も強くなっており、そのような要求に応えようとすると、隣接コンタクト機器間の絶縁の信頼度が低くなるという問題があった。

即ち、コンタクト機器に用いられる各コンタクトプローブは、複数の板ｈ、ｇ、ｇ、ｈを重ねたボードｊのコンタクトプローブ収納孔に収納されるが、コンタクトプローブの配設密度を高くする程そのコンタクトプローブ収納孔の配設密度を高くする必要があり、当然のことながら、それに伴い配設密度を高くする程隣接コンタクトプローブ収納孔間の間隔を小さくする必要がある。そして、従来においては、各バレルが導電体からなるので、ボードの隣接コンタクトプローブ収納孔間の部分が隣接コンタクトプローブ間の絶縁部分となり、隣接コンタクトプローブ収納孔間の間隔を小さくすることには限界があった。というのは、その間隔を小さくすると絶縁不良が生じる可能性が生じるからである。

その問題は、特に四探針測定をしようとする場合に大きな問題となる。というのは、四探針測定には、一つのプローブポイントに対して二つの端子［Ｉ（電流）端子、Ｖ（電圧）端子］で別々に電気的なコンタクトをとる必要があり、普通の測定以上にその二つの端子間の間隔を狭くする必要があり、それは元々難しいことであったからである。しかし、コンタクト機器が四探針測定に対応できないことは許されなくなりつつある。この点について具体的に説明すると次のとおりである。

四探針測定による例えば抵抗測定は、測定対象となる二つの点Ａ・Ｂ間の寄生抵抗を測定する場合を例に採ると、その二つの点Ａ・Ｂ間に所定の電流を流し、それによりそのＡ・Ｂ間に生じる電圧降下を求め、この電圧降下を電流で割ることにより寄生抵抗を求めるものであり、極めて測定精度が高い。しかし、それには、上述したように、その二つの点Ａ、Ｂそれぞれに電流を流すためのコンタクトピンと電圧降下を測定するためのコンタクトピンを同時に接触させなければならないのであり、それは従来不可能に近いくらい難しかったのである。

そして、プリント基板は、或いはＩＣ、ＬＳＩ等は集積化の一途を辿り、配線膜、電極は薄く、細く、小さくなる傾向があり、更に、多層化により配線膜同士が積層により電気的に接続され、そこにコンタクト抵抗が介在するケースが増える可能性があるので、寄生抵抗が大きくなりがちである。従って、それが許容限度を越えるか否かを正確且つ確実に、そして迅速（効率的）に測定、検査する必要が生じているのである。

そこで、本願発明者は、コンタクトプローブを、コンタクト機器に、各隣接コンタクトプローブ間の間隔をより狭くして設置できるようにし、更には四探針測定が可能になるようにすべく、開発を行い本発明を為すに至った。
即ち、本発明は、被測定体の各電極と測定回路の各端子との間を電気的に接続するコンタクト機器に用いられるところの、一端が被測定体の電極に弾接（弾力を介して接触）し、他端が測定回路側のコードの電線等に弾接（弾力を介して接触）するコンタクトプローブ或いはそれを用いたコンタクト機器において、各隣接コンタクトプローブ間の間隔をより狭くして設置できるようにし、以て、コンタクト機器がＩＣ、ＬＳＩ等、或いはそれらを用いた電子回路を搭載するプリント基板等の高集積化に対応することができるようにし、更には、四探針測定を可能にすることを目的とする。

請求項１、２のコンタクトプローブは、バレルを絶縁材により形成してなることを特徴とする。
請求項３のコンタクトプローブは、弾接用導電性スプリングを介して設けられた一対の導電子が外向きの係合段部を有し、該各導電子に対応して抜け止め用スプリングが、対応する導電子の外側に、一端部が上記係合段部に係合し、他端側部分が前記バレル内面に固定される状態で設けられてなることを特徴とする。

請求項４のコンタクトプローブは、請求項１、２又は３記載のコンタクトプローブにおいて、前記バレルを成す絶縁材がポリイミド樹脂からなることを特徴とする。
請求項５のコンタクト機器は、コンタクトプローブとして、請求項１、２、３又は４記載のコンタクトプローブを用いたことを特徴とする。

請求項１、２のコンタクトプローブによれば、バレルが絶縁材からなるので、隣接コンタクトプローブ間をその各コンタクトプローブの絶縁材からなるバレルにより絶縁することができる。従って、隣接コンタクトプローブ間の間隔を極めて狭くすることができ、延いてはコンタクトプローブの配設密度を高めることができる。
更に、一つのコンタクトプローブ収納孔内に複数のコンタクトプローブを接して収納することも可能であり、それにより四端針測定も可能になる。

請求項３のコンタクトプローブによれば、弾接用導電性スプリングを介して設けられた一対の導電子が外向きの係合段部を有し、該各導電子に対応して抜け止め用スプリングが、対応する導電子の外側に、一端部が上記係合段部に係合し、他端側が前記バレル内面に固定される状態で設けられてなるので、各導電子はバレル内面に一部（上記他端側）が固定された抜け止め用スプリングによりバレルから抜けることがない。
従って、バレルの両端を内側に折り曲げる等の手段を講じなくても一対の導電子と、その間に介在する弾接用導電スプリングの複数の部材をバレル内に収納できる。そして、バレルの両端を内側に折り曲げる等の手段を講じなくても一対の銅電子、弾接用導電スプリングを収納することができるので、使用するバレルの内径、外径を共に小さくすることができ、延いてはコンタクトプローブの配設密度をより高めることができる。

請求項４のコンタクトプローブによれば、バレルがポリイミドという耐熱性及び加工性に優れた樹脂により形成されているので、加工し易く、且つ加工途中、保管時及び使用時等において熱によりバレルが劣化したり、破壊されたりするおそれがない。
請求項５のコンタクト機器によれば、請求項１、２、３又は４記載のコンタクトプローブを用いるので、請求項１、２、３又は４記載のコンタクトプローブの持つ上述した効果をコンタクト機器として享受することができる。

本発明コンタクトプローブは、基本的には、バレルとして絶縁材を用いるものであり、具体的には耐熱性に優れた絶縁性樹脂である、ポリイミド樹脂が最適である。
ところで、バレルを例えばポリイミド樹脂等により形成し、しかも、径を小さくした場合、バレルからの一対の導電子及びスプリングの抜け止めをどうするかが問題である。というのは、内側に折り曲げて抜け止め片とすることは非常に難しいからである。

しかし、それは、各導電子に外向きの係合段部を設けることとし、該各導電子に対応して抜け止め用スプリングを、対応する導電子の外側に、一端部が上記係合段部に係合し、他端側部分が前記バレル内面に固定される状態で設けることにより行うことによって容易に解決できる。

以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説明する。図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１の実施例を示すもので、（Ａ）はコンタクトプローブを用いたコンタクト機器の一部を示す断面図、（Ｂ）はコンタクトプローブと測定回路に接続された被覆コードの芯線との接続部を示す断面図、（Ｃ）はコンタクトプローブと被測定体の電極との接続部を示す断面図である。尚、便宜上、図１（Ａ）はコンタクトプローブの長手方向における拡大率よりも径方向における拡大率を数倍大きくしてある。従って、実施例に係るコンタクトプローブは図示されたものよりも相当に細長である。
２はコンタクトプローブで、一対の導電性プランジャ（導電子）４、６と、その間に介在する弾接用の導電性スプリング（コイルスプリング）８と、抜け止め用スプリング（コイルスプリング）１０、１２と、これ等の部材４、６、８、１０、１２が収納されたバレル１４とからなる。

一対の導電性プランジャ４、６は、各々外側の端部が針状に鋭く尖り、内側の端部が針状に鈍く尖っており、外側部分より内側部分の外径が大きくされてその間に外向きの段部４ａ、６ａが形成されている。そして、その外側部分は外径が例えば０．０８ｍｍ、長さが例えば２．５ｍｍであり、内側部分は外径が例えば０．１３ｍｍ、長さが例えば０．５ｍｍである。
上記弾接用の導電性スプリング８はその一対の導電性プランジャ４と６との間に介在せしめられており、線径が０．０３ｍｍの導電性線材を用いてコイル状に形成され、その外径は例えば０．１３ｍｍであり、非測定時には長さが約２．０ｍｍ程度に縮接された状態に保たれている。

上記抜け止め用スプリング１０、１２は例えば０．０３ｍｍの線状の材料（導電性は必ずしも必要ではないが、導電性があっても良い。）を用いてコイル状に形成され、その外径は例えば０．１４ｍｍであり、非測定時には長さが約１．５ｍｍ程度に保たれている。

バレル１４は、筒状の絶縁性材料、例えばポリイミド樹脂により形成されており、外径が例えば０．１９ｍｍ、内径が例えば０．１５ｍｍ、長さが例えば約６．０ｍｍであり、該バレル１４に、上記導電性プランジャ４、６が上記弾接用導電性スプリング８が介在し、各々４、６外側の部分が該バレル１４から食み出すように、挿入されている。
そして、上記抜け止め用スプリング１０、１２は、各々、外側の端部がバレル１４の内面の外側端部に例えば接着剤を用いて接着することにより固定され、内側の端部が上記導電性プランジャ４、６の上記外向きの段部４ａ、６ａに係合せしめられており、この係合により導電性プランジャ４、６及び弾接用導電スプリング８のバレル１４からの抜け止めが為される。
非測定時におけるコンタクトプローブ２の長さは例えば８．０ｍｍ程度である。

２０は各コンタクトプローブ２を収納するボードで、絶縁性の板２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ及び２２ｅを積層してなる。板２２ａ、２２ｅの板厚が例えば０．５ｍｍ、板２２ｂ、２２ｄの板厚が１．５ｍｍ、板２２ｃの板厚が３．０ｍｍである。２４はそのボード２０に形成されたコンタクトプローブ収納孔で、板２２ａ、２２ｅにおける孔径が例えば０．１ｍｍ、２２ｂ、２２、２２ｄにおける孔径が例えば０．２１ｍｍであり、コンタクトプローブ収納孔２４のこの孔径が０．２１ｍｍの部分にコンタクトプローブ２のバレル１４が収納され、孔径が０．１ｍｍの部分、即ち、板２２ａ、２２ｅによってそのバレル１４のボード２０からの抜け止めが為されるようになっている。

そして、測定時には、図１（Ｂ）示すように、コンタクトプローブ２の一方の導電性プランジャ４の外端は測定回路に接続された被覆コード２６の芯線２８と接続され、図１（Ｃ）に示すように、他方の導電性プランジャ６の外端は被測定体、例えばＬＳＩ３０の電極３２と接続され、その状態で上記芯線２８と電極３２とによって適宜な圧力を受ける。すると、上記弾接用導電性スプリング８が縮んで弾力を蓄え、その弾力で、導電性プランジャ４と芯線２８とが、そして導電性プランジャ６と電極３２とが、それぞれ弾接せしめられ、良好な電気的接続が得られ、延いては、精確な測定ができる。

このようなコンタクトプローブ２によれば、バレル１４が絶縁材からなるので、隣接コンタクトプローブ２・２間をその各コンタクトプローブ２の絶縁材からなるバレル１４により絶縁することができる。従って、隣接コンタクトプローブ２・２間の間隔を極めて狭くすることができ、延いてはコンタクトプローブ２の配設密度を高めることができる。

図２は本発明の第２の実施例のコンタクトプローブ２ａを示す断面図である。同図において、４は導電性プランジャ、４ａはその外向きの段部、８は弾接用導電性スプリングであり、絶縁材料、例えばポリイミド樹脂からなるバレル１４の内面に中間部にて接着等により固定されている。
１０は抜け止め用スプリングで、導電性を有していても良いが、有していなくても良い。該抜け止め用スプリング１０の外端はバレル１４の内周面外端部に固定され、内端が上記導電性プランジャ４の段部４ａに係合せしめられている。

２６は図示しない測定回路に接続された被覆コード、２８はその芯線、３０は被測定体、例えばＬＳＩ、３２はその電極である。本実施例は導電プランジャー（導電子）が１個４しかない。このようなコンタクトプローブによっても、バレル１４が絶縁材からなるので、隣接コンタクトプローブ２ａ・２ａ間をその各コンタクトプローブ２ａの絶縁材からなるバレル１４により絶縁することができる。従って、隣接コンタクトプローブ２ａ・２ａ間の間隔を極めて狭くすることができ、延いてはコンタクトプローブ２ａの配設密度を高めることができるという効果を奏することができる。
このように、本発明は導電性プランジャ（導電子）が１個しかないコンタクトプローブにも適用することができる。

尚、上述したように、コンタクトプローブ２或いは２ａの配設密度を高めることができるので、コンタクトプローブ２或いは２ａを２個極めて近接して配置し、２個のコンタクトプローブ２、２或いは２ａ、２ａを一つのプローブポイントに対して接触させ、別々に電気的なコンタクトをとることが可能となり、以て四探針測定が可能となる。
更に、図示しないが、一つのコンタクトプローブ収納孔内に複数のコンタクトプローブ２、２或いは２ａ、２ａを接して収納することも可能であり、それにより四端針測定ができるようにしても良い。

本発明は、被測定体の各電極と測定回路の各端子との間を電気的に接続するコンタクト機器に用いられるところの、一端が被測定体の電極に弾接（弾力を介して接触）し、他端が測定回路側のコードの電線等に弾接（弾力を介して接触）する、バレルを有するタイプのコンタクトプローブと、これを用いたコンタクト機器に利用可能性がある。

（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１の実施例を示すもので、（Ａ）はコンタクトプローブを用いたコンタクト機器の一部を示す断面図、（Ｂ）はコンタクトプローブと測定回路に接続された被覆コードの芯線との接続部を示す断面図、（Ｃ）はコンタクトプローブと被測定体の電極との接続部を示す断面図である。 本発明の第２の実施例のコンタクトプローブを示す断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は従来例を示すもので、（Ａ）は一つのコンタクトプローブを構成する一対の導電性プランジャと導電性スプリングを示し、（Ｂ）は（Ａ）に示す各部材を一つの導電性バレルに組み込んでなるコンタクトプローブを示す。

符号の説明

２、２ａ・・・コンタクトプローブ、４、６・・・導電子（導電性プランジャ）、
８・・・弾接用導電性スプリング、１０、１２・・・抜け止め用スプリング、
１４・・・バレル、２０・・・ボード、
２２ａ〜２２ｅ・・・ボードを構成する板。

Claims (5)

1. 一つのバレルに、一又は複数の導電子と弾接用導電性スプリングを、少なくともその導電子の一部がバレルから食み出すように挿入したコンタクトプローブにおいて、
   上記バレルを絶縁材により形成してなる
   ことを特徴とするコンタクトプローブ。
2. 一つのバレルに、一対の導電子をその間に弾接用導電スプリングが介在し、各々外側の部分が該バレルから食み出すように、挿入したコンタクトプローブにおいて、
   上記バレルを絶縁材により形成してなる
   ことを特徴とするコンタクトプローブ。
3. 前記各導電子が外向きの係合段部を有し、
   上記各導電子に対応して抜け止め用スプリングが、対応する導電子の外側に、一端部が上記係合段部に係合し、他端側部分が前記バレル内面に固定される状態で設けられてなる
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のコンタクトプローブ。
4. 前記バレルを成す絶縁材がポリイミド樹脂からなる
   ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のコンタクトプローブ。
5. コンタクトプローブ収納孔が複数配設されたボードと、
   上記ボードの各コンタクトプローブ収納孔に一又は複数個ずつ収納された請求項１、２、３又は４記載のコンタクトプローブと、
   を有することを特徴とするコンタクト機器。
   

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