特許 6961351 治具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6961351

(24)【登録日】2021年10月15日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】治具

(51)【国際特許分類】

   G01R 1/06 20060101AFI20211025BHJP

   G01R 1/073 20060101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   G01R1/06 D

   G01R1/073 E

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-20260(P2017-20260)

(22)【出願日】2017年2月7日

(65)【公開番号】特開2018-128301(P2018-128301A)

(43)【公開日】2018年8月16日

【審査請求日】2020年1月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000153018

【氏名又は名称】株式会社日本マイクロニクス

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100070024

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 宣行

(72)【発明者】

【氏名】首藤 晃寛

【審査官】 小川 浩史

(56)【参考文献】

【文献】 特開平７−１４６３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２５８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０８６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１１５０８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−１８１８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２５３３５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ １／０６−１／０７３

Ｇ０１Ｒ ３１／２６−３１／３１９３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検査体と、前記被検査体の検査装置とを電気的に接続する配線基板と、前記配線基板の前記被検査体に対向する面に複数の止めねじで解除可能に固定されたプローブヘッドとを備え、
前記プローブヘッドは、上端部、下端部、及び前記上端部と前記下端部の間の中間部を有する磁性体からなる複数のプローブと、前記複数のプローブを支持する支持体とを有し、
前記支持体は、互いに平行な上板及び下板を有し、前記上板が各プローブの下端部、中間部及び上端部が順次に通された穴を有し、前記下板が、各プローブの下端部が通され且つ各プローブの中間部がその通過を阻止された穴を有する電気的接続装置に適用される治具であって、
プレートと、前記プレートに取り付けられた磁石とを備え、
前記プレートは前記支持体に設けられた複数のねじ穴に対応する複数の穴を有し、これらの複数の穴を通して前記ねじ穴にねじ込まれる複数のねじを介して前記プローブヘッドに対し脱着自在に取り付け可能であり、
前記磁石は前記プローブの下端部に対向する、治具。

【請求項2】

前記プレートは、前記複数の止めねじにそれぞれ対応する複数の穴を有し、各穴は前記止めねじの頭部の直径より大きい直径を有する、請求項１に記載の治具。

【請求項3】

前記磁石は永久磁石又は電磁石からなる、請求項１に記載の治具。

【請求項4】

前記プローブは、バレルであってその軸線方向に伸縮可能であるばね部を有するバレルと、該バレル内に配置されかつ前記バレルに固定された本体及び前記バレル外に突出する先端部からなるプランジャとを備え、
前記バレルが前記プローブの上端部及び中間部を構成し、前記プランジャの先端部が前記プローブの下端部を構成する、請求項１乃至３の何れか１項に記載の治具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気的接続装置に適用される治具に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明の適用対象である電気的接続装置は、配線基板と、該配線基板に取り付けられたプローブヘッドとを備える。垂直型プローブカードに用いられるプローブヘッドは、上下両端部及びこれらの間の中間部を有する磁性体からなる複数のプローブと、該プローブを支持する支持体とを備える。支持体は互いに平行な上板及び下板を備え、上板は各プローブの下端部、中間部及び上端部の挿通を許す穴を有し、また、下板は各プローブの下端部の挿通を許すがその中間部の挿通を阻止する穴を有する。

【0003】

ところで、プローブヘッドのプローブには、その使用態様上、摩耗、折れ曲がり、折損、導電不良等が生じ、その交換のために、プローブヘッドが電気的接続装置から取り外される。電気的接続装置から取り外されたプローブヘッドにあっては、各プローブが、その軸線方向への移動及びこれに伴う支持体の下板の穴からの各プローブの下端部の抜け出しが可能である状態におかれている。このため、プローブヘッドの取り外し及びプローブ交換後の取り付け（再取り付け）は、プローブヘッドが天地逆さまとならないように天地を維持した状態で行われる。しかし、電気的接続装置は、製品によっては、例えば、１０ｋｇを超える装置もあるため、プローブヘッドの取り外し及び再取り付けは、電気接続装置を特別の保持装置で保持した状態で行う必要があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−８０６５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、特別な保持装置を使用することなく、電気的接続装置からのプローブヘッドの取り外し及び再取り付けを可能とする治具を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、被検査体と前記被検査体の検査装置とを電気的に接続する電気的接続装置に適用される治具に係る。本発明の適用対象である前記電気的接続装置は、配線基板と、前記配線基板の前記被検査体に対向する面に複数の止めねじで解除可能に固定されたプローブヘッドとを備える。前記プローブヘッドは、上下両端部及びこれらの間の中間部を有する磁性体からなる複数のプローブと、前記複数のプローブを支持する支持体とを有する。前記支持体は、互いに平行な上板及び下板を有し、前記上板が各プローブの下端部、中間部及び上端部が順次に通された穴を有し、前記下板が、各プローブの下端部が通されかつその中間部がその通過を阻止された穴を有する。本発明に係る治具は、プレートと、前記プレートに取り付けられた磁石とを備える。前記プレートは前記支持体に設けられた複数のねじ穴に対応する複数の穴を有し、これらの複数の穴を通して前記ねじ穴にねじ込まれる複数のねじを介して前記プローブヘッドに対し脱着自在に取り付け可能であり、前記磁石は前記プローブの下端部に対向する。

【0007】

本発明に係る治具を使用して行う前記電気的接続装置のプローブヘッドのプローブの交換作業に際しては、まず、前記電気的接続装置をそのプローブヘッドが上になるように置いて、前記配線基板から前記プローブヘッドを取り外す。より詳細には、前記複数の止めねじを緩めてこれらを取り去り、前記配線基板に対する前記プローブヘッドの固定を解除する。その後、前記治具を前記プローブヘッド上に配置し、次いで前記プローブヘッドに前記治具を取り付ける。前記治具の取り付けは、前記プレートの複数の穴を通して、前記支持体に設けられた複数のねじ穴に複数のねじをねじ込むことにより行うことができる。このとき前記治具の磁石が複数のプローブの下端部に対向する。これにより、前記プローブは前記磁石の磁気吸着力を受けて前記プレートに向けて引き寄せられた状態、すなわち、前記支持体に対する前記プローブの軸線方向への相対移動と、これに伴う前記プローブの下端部の前記支持体の下板の穴からの抜け出しとが阻止された状態におかれる。その後、前記プローブヘッドの天地を揃えた状態で前記プローブヘッドから前記治具を分離し、プローブの交換作業を行うことができる。また、プローブが交換された後のプローブヘッドは、前記した取り外しの工程を逆に行うことにより、前記配線基板に再度取り付けることができる。これにより、前記電気的接続装置の保持装置を使用しての前記プローブヘッドの取り外し及び取り付けを不要とすることができる。

【0008】

前記プレートは、前記複数の止めねじにそれぞれ対応する複数の穴を有し、各穴は前記止めねじの頭部の直径より大きい直径を有するものとすることができる。これによれば、前記治具を前記プローブヘッドに取り付けた後、前記止めねじに対応する前記プレートの穴にドライバ（ねじ回し）の先端部を差し入れて前記止めねじを緩め、前記止めねじに対応する前記穴を通して前記止めねじを取り去ることができ、これにより前記配線基板に対する前記プローブヘッドの固定を解除することができる。前記磁石は永久磁石及び電磁石のいずれであってもよい。前記プローブは、例えば、バレルであってその軸線方向に伸縮可能であるばね部を有するバレルと、該バレル内に配置されかつ前記バレルに固定された本体及び前記バレル外に突出する先端部からなるプランジャとを備える。前記バレルが前記プローブの上端部及び中間部を規定し、前記プランジャの先端部が前記プローブの下端部を規定する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】被検査体と、電気的接続装置とを示す概略図である。

【図2】電気的接続装置におけるプローブヘッドの概略的な断面図である。

【図3】プローブの断面図である。

【図4】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、治具と、該治具を用いて電気的接続装置からプローブヘッドを取り外す工程とを示す斜視図である。

【図5】天地を逆さまにされたプローブヘッドの下板、上板及び複数のプローブと、治具の磁石との位置関係を示す概略図である。

【図6】アライメント用リングを介して配線基板２２に取り付けられた、天地逆さまの状態にあるプローブヘッドの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１を参照すると、本発明に係る治具５０(後述の図４を参照)の適用対象である電気的接続装置が全体に符号１０で示されている。電気的接続装置１０は、ウエーハ、プリント配線基板等からなる被検査体Ａと、例えば被検査体Ａの電気的特性や通電状態を調べるための検査を行う検査装置（図示せず）とを電気的に接続する働きをなす。被検査体Ａの前記検査は、前記検査装置から電気的接続装置１０を通して被検査体Ａに電流又は電気信号を供給し、被検査体Ａから電気的接続装置１０を通して前記検査装置に戻る帰還電流又は帰還電気信号を検出することにより行われる。

【0011】

被検査体Ａは、電気的接続装置１０を支持するために準備された支持フレーム１２内に配置されている。支持フレーム１２は、下ベース部材１４と、該下ベース部材の上方にこれと平行に配置された上ベース部材１６と、上ベース部材１６を下ベース部材１４上に支持する複数の支柱１８とを備える。電気的接続装置１０は、保持部材２０を介して、上ベース部材１６上に保持されている。上ベース部材１６はその中央部に設けられた開口１６ａを有し、保持部材２０はその一部において上ベース部材１６の開口１６ａに嵌合している。保持部材２０もまたその中央部に開口２０ａを有する。

【0012】

電気的接続装置１０は、互いに相対する両面２２ａ、２２ｂを有する配線基板２２と、配線基板２２の面２２ｂすなわち被検査体Ａに対向する面２２ｂに複数（図示の例では４つ）の止めねじ２６で固定された、いわゆる垂直型のプローブヘッド２８とを備える。図示のプローブヘッド２８は矩形の平面形状を有し、電気的接続装置１０を保持する保持部材２０の開口２０ａ内に受け入れられている。

【0013】

被検査体Ａは、電気的接続装置１０のプローブヘッド２８の直下にあって、下ベース部材１４上に配置されたステージ３０上のチャック３２に保持されている。ステージ３０は、プローブヘッド２８に対する被検査体Ａの位置決めのために、チャック３２に保持された被検査体Ａを平面上の互いに直交する２方向（ＸＹ方向）又は上下方向（Ｚ方向）へ移動させあるいはステージ３０の軸線の周りに回転させる機能を有する。

【0014】

図２に示すように、プローブヘッド２８は、磁性体（例えば強磁性体であるニッケル材料）からなる複数のプローブ３４と、これらのプローブ３４を上下方向に垂直に支持する支持体３６とを備える。各プローブ３４は互いに相対する上端部３４ａと、下端部３４ｂと、上端部３４ａ及び下端部３４ｂの間にあってこれらに連なる中間部３４ｃと、を有する。

【0015】

プローブ３４を支持する支持体３６は、互いに平行な上板３８及び下板４０を有する。図示の例では、上板３８、及び下板４０は、これらの中央部にそれぞれ設けられ下方及び上方にそれぞれ開放する凹所３８ａ、４０ａを有する。また、上板３８、及び下板４０は、は、それぞれ、これらを貫通しこれらの凹所３８ａ、４０ａにそれぞれ連なる複数の穴３８ｂ、４０ｂを有する。ここにおいて、穴３８ｂはプローブ３４の上端部３４ａ、下端部３４ｂ及び中間部３４ｃのそれぞれの直径より大きい直径を有し、また、穴４０ｂはプローブ３４の下端部３４ｂの直径より大きくかつ上端部３４ａ及び中間部３４ｃのそれぞれの直径より小さい直径を有する。図示の例にあっては、さらに、上板３８、及び下板４０の間に板状のスペーサ４２が配置されている。スペーサ４２は、その中央部に形成され該中央部を貫通しかつ上板３８、及び下板４０の凹所３８ａ、４０ａに連なる穴４２ａを有する。

【0016】

図示の例において、プローブヘッド２８は、アライメント用リング５８（図４、図６）を介して、配線基板２２に固定されている。アライメント用リング５８は、プローブヘッド２８のプローブ３４の上端部３４ａとピッチ変換基板４１の電極（図示せず）との位置合わせを行うために設置される部材である。全体に矩形状を呈するアライメント用リング５８は配線基板２２の面２２ｂに取り付けられており、プローブヘッド２８の一部である上板３８及びスペーサ４２の周囲を取り巻いている。より詳細には、プローブヘッド２８は、その下板４０において、アライメント用リング５８の４つのねじ穴６１のそれぞれにねじ込まれた各止めねじ２６を介してアライメント用リング５８に固定され、アライメント用リング５８を介して配線基板２２に固定されている。図６において、符号２４は、配線基板２２の補強のために配線基板２２の面２２ａに取り付けられた板状のスチフナを示す。スチフナ２４は、配線基板２２を経て伸びさらにアライメント用リング５８にねじ込まれた複数のボルト４３を介して配線基板２２に固定されている。なお、アライメント用リング５８はその設置を省略されることがある。この場合、プローブヘッド２８は、例えば、その支持体３６すなわち下板４０、スペーサ４２及び上板３８と、ピッチ変換基板４３と、配線基板２２とを順次に経てスチフナ２４の内部に伸びかつ該スチフナに螺合可能である止めね（図示せず）を用いて、配線基板２２に固定することができる。

【0017】

支持体３６の上板３８の各穴３８ｂには各プローブ３４の下端部３４ｂ、中間部３４ｃ及び上端部３４ａが順次に通され、また、下板４０の穴４０ｂには各プローブ３４の下端部３４ｂが通されているが、中間部３４ｃはその通過を阻止されている。また、各プローブ３４は、その中間部３４ｃにおいて、支持体３６のスペーサ４２の穴４２ａを経て伸びている。これにより、各プローブ３４はその上端部３４ａ及び下端部３４ｂの一部分がそれぞれ支持体３６の上板３８及び下板４０から上方及び下方へ突出した状態で、支持体３６に対して上下方向へ相対移動可能に支持されている。なお、各プローブ３４の上端部３４ａは、プローブヘッド２８が配線基板２２に固定されるとき、配線基板２２に設けられた各電極（図示せず）に当接した状態におかれる。

【0018】

図３にプローブ３４の一例を示す。図示のプローブ３４は、円筒形状のバレル４４と、該バレル内に配置された円柱状のプランジャ４６とを備える。バレル４４はその軸線方向に伸縮可能である２つのばね部４４ａを有する。ばね部４４ａの数は任意である。プランジャ４６は、バレル４４に固定された本体４６ａとバレル４４の一端から外部に突出する先端部４６ｂとからなる。プランジャ４６は、バレル４４の前記一端の近傍において固定されている。固定は、図示の例におけるかしめ、あるいは抵抗溶接、レーザ溶接等によりなされている。ここにおいて、バレル４４は、プローブ３４の一部分（上端部３４ａ及び中間部３４ｃ）構成し、プランジャ４６の先端部４６ｂは、プローブの下端部３４ｂを構成する。

【0019】

再び図２を参照すると、前記検査の際、被検査体Ａがその上方に位置するプローブヘッド２８に向けて上昇され、被検査体Ａに設けられた複数の電極パッドＡａがこれらに対応する複数のプローブ３４の下端部３４ｂ、すなわちプランジャ４６の先端部４６ｂに押し当てられる。その結果、プランジャ４６の先端部４６ｂがこれに固定されているバレル４４の一部と共に支持体３６の下板４０に対して上昇し、これに伴ってバレル４４の他の一部であるばね部４４ａにおいて圧縮される。これにより、前記検査装置と被検査体Ａとの間に導電路が形成される。

【0020】

次に図４を参照すると、本発明に係る治具５０が示されている。治具５０は、プローブヘッド２８における複数のプローブ３４の一部又は全部に摩耗、折れ曲がり、折損、導電不良等の故障が生じたとき、故障したプローブ３４を新しいものと交換する際に使用される。

【0021】

治具５０は、プレート５２と、該プレートに取り付けられた磁石５４とを備え、プレート５２は、複数の止めねじ２６にそれぞれ対応する複数の穴５６を有する。プレート５２の各穴５６は止めねじ２６の頭部の直径より大きい直径を有する。図示のプレート５２は、磁石５４からの磁力を妨げない材料、例えば、アクリル樹脂からなり、プローブヘッド２８より大きい矩形の平面形状を有する。また、図示の例にあっては、複数の穴５６が４つの穴５６からなり、前記矩形の四隅に設けられている。磁石５４は、永久磁石又は電磁石からなり、全てのプローブ３４を磁気的に吸着することができる大きさの磁力を有する。磁石５４はプレート５２に接着することにより、あるいはその全部又は一部をプレート５２中に埋め込むことにより、プレート５２に取り付けることができる。

【0022】

治具５０は、支持フレーム１２（図１）から電気的接続装置１０を取り外し、電気的接続装置１０を天地逆さまにした状態、すなわちプローブヘッド２８が上にかつ配線基板２２の面２２ａが下になる状態に置いて、後述するようにプローブヘッド２８に取り付けることができる。このとき、プローブヘッド２８は天地を逆さまにした状態におかれる。ここにおいて、「天地逆さまにした状態」とは、プローブ３４の下端部３４ｂ（図２参照）が、図４（ａ）で示す上方向を向いている状態を示す。

【0023】

プローブヘッド２８への治具５０の取り付けの便宜のため、支持体３６に、図示の例にあっては下板４０を経てスペーサ４２の一部まで伸びる複数のねじ穴５９が設けられている。他方、プレート５２には、複数のねじ穴５９に対応する複数（図示の例では４つ）の穴６０が設けられている。４つの穴５９は、他の４つの穴５６相互間に配置されている。治具５０の取り付けに際し、プレート５２によってプローブヘッド２８の下板４０の表面が覆われるように、治具５０を載置する。次いで、治具５０をプローブヘッド２８に取り付ける（図４（ａ）、（ｂ）参照）。このとき、プレート５２の各穴５６が、プローブヘッド２８を配線基板２２に固定している各止めねじ２６に対向し、また、磁石５４が複数のプローブ３４の下端部３４ｂに対向する。なお、理解の容易化を目的として、プローブヘッド２８の下板４０に設けられた穴４０ｂ及び該穴から突出するプローブ３４の下端部３４ｂの図示が省略されている。

【0024】

治具５０は、プレート５２の複数の穴６０にそれぞれ複数のねじ（固定用ねじ）６２を通し、さらにこれらのねじ６２をプローブヘッド２８の支持体３６の下板４０に開口する複数のねじ穴５９にねじ込むことにより、プローブヘッド２８に対し脱着自在に取り付けることができる（図４（ａ）、（ｂ））。治具５０の取り付けにより、図５に示すように、各プローブ３４が磁石５４の磁気吸着力を受けて治具５０の磁石５４に向けて引き寄せられる。次に、プレート５２の穴５６にドライバ（図示せず）の先端部を差し入れ、止めねじ２６を緩めて引き抜く。これにより、配線基板２２、より詳細には配線基板２２に取り付けられたアライメント用リング５８に対するプローブヘッド２８の固定が解除される（図４（ｂ））。固定を解除されたプローブヘッド２８はねじ６２を介してこれと一体をなす治具５０と共に、配線基板２２から分離することができる（図４（ｃ））。その後、プローブヘッド２８の天地を揃えた状態で、すなわちプローブ３４の上端部３４ａ及び下端部３４ｂプがそれぞれ上下に位置する状態で、プローブヘッド２８から治具５０を分離し、故障があるプローブ３４の交換作業を行うことができる。

【0025】

治具５０のプレート５２は、図示の例に代えて、複数の穴５６を有しないものとすることができる。複数の穴５６を有しないプレート５２を備える治具５０の使用に際しては、治具５０をアライメント用リング５８上に載置するに先立ち、プローブヘッド２８を配線基板２２に固定している４つの止めねじ２６を緩めてこれらを取り去り、配線基板２２に対するプローブヘッド２８の固定を解除しておく。その後、前記したと同様にして、プローブ３４の交換のための作業を行うことができる。

【0026】

なお、磁石５４の磁力を受けたプローブ３４が磁気を帯びた状態（磁化された状態）にあると、プローブ３４相互間に磁気吸着力が働き、これがプローブ３４の交換作業を困難にするおそれがある。これを回避するため、プローブ３４の交換に先立ち、全てのプローブ３４について消磁することが望ましい。消磁は、市販の消磁器（例えば、大阪市浪速区 ホーザン（株）製の品番ＨＣ−３３）を用いて行うことができる。

【0027】

プローブ３４が交換された後のプローブヘッド２８は、前記した取り外しの工程を逆に行うことにより、配線基板２２に再度取り付けることができる。プローブヘッド２８の再度の取り付け後、前記したと同様の理由から、全てのプローブ３４について消磁することが望ましい。

【0028】

本発明に係る治具５０は、図示のプローブ３４に限らず、磁性体からなる他の種類又は他の形態のプローブを含む垂直型プローブカードに用いられるプローブヘッドに適用可能である。

【符号の説明】

【0029】

１０ 電気的接続装置
２２ 配線基板
２６ 止めねじ
２８ プローブヘッド
３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ プローブ及びその上端部、下端部、中間部
３６ 支持体
３８、３８ａ 上板及びその穴
４０、４０ａ 下板及びその穴
５０ 治具
５２ プレート
５４ 磁石
５６ 穴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】