JP6040532B2 - プローブ及び接続治具 - Google Patents

Description

本発明は、検査対象に設けられた接続点との電気接続を行うための接続治具に用いられるプローブ及び接続治具に関する。

この種の接続治具は、例えば検査治具又は検査カードと呼ばれるものであり、複数のプローブを備えていて、そのプローブを経由して、検査対象に予め設定される接続点に、検査装置等からの電流あるいは電気信号を供給するとともに、接続点から電気信号を検出することによって、接続点間の電気的特性を検出して、導通検査やリーク検査の動作試験等をする。

その検査対象としては、例えば、プリント配線基板、フレキシブル基板、セラミック多層配線基板、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ用の電極板又は半導体パッケージ用のパッケージ基板やフィルムキャリアなど種々の基板や、半導体ウェハや半導体チップやCSP (chip size package) などの半導体装置（LSI（Large Scale Integration）など）が該当する。

この種の従来のプローブとしては、特許文献１に記載のものがある。この特許文献１に記載のプローブでは、導電性の極細の筒状体によりプローブが構成されるとともに、その筒状体の周壁面に軸方向に伸縮するばね部が形成されている。このため、このプローブは、その先端部が検査対象の接続点に当接された際に接続点から受ける反力（荷重）によりばね部が軸方向に圧縮されるようになっている。また、このプローブを接続治具に装着する際、ばね部を軸方向に圧縮した状態で装着することにより、ばね部の弾発力によりプローブの後端が電極部に押し当てられ、プローブと電極部との電気的な接触状態（例えば、接触抵抗等）が安定するようになっている。

特開２０１１−１６４０２８号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載のプローブでは、接続治具に装着されたときの予圧に伴うプローブの反力の調節が難しく、反力が大きくなりやすいという問題がある。接続治具には数百本から数万本のプローブが装着されるため、予圧の反力が大きすぎると、プローブの先端側を反力に抗して抜け止め保持しているプローブ保持部材が、予圧の反力により変形してしまう等の不都合が生じる。

なお、この種のプローブでは、ばね部のばね特性（例えば、ばね定数等）は、プローブが検査対象の接続点に当接される際の押圧力とばね部の軸方向の圧縮寸法との関係等が優先される傾向にあり、予圧に最適なばね定数よりも大きなばね定数に設定される傾向がある。

また、プローブの予圧による反力を小さくするために、プローブに予圧を与えるためのプローブの軸方向の圧縮寸法を小さくすることが考えられる。しかし、この構成では、プローブの長さのバラツキの影響により、各プローブの予圧のための圧縮寸法にバラツキが生じ、各プローブの予圧にバラツキが生じてしまう。

また、近年、LSIの形成プロセスが向上し、LSIの微細化が推進され、LSI検査用パッドの狭ピッチ化や多数化が進んだことにより、検査対象の基板の複雑化や微細化がより進み、基板に設定される対象点がより狭く又は小さく形成されるようになったため、プローブがより細く形成されている。そのため、多数の微細なプローブであっても確実に先端部と接続点との電気的接続が図れることが求められている。

そこで、本発明の解決すべき課題は、プローブが検査対象の接続点に当接される際のばね特性を損ねることなく、接続治具に装着されたときのプローブの予圧の反力を効果的に抑制できるプローブ及び接続治具を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明に係るプローブの第１の局面では、検査対象に設けられた接続点との電気接続を行うための接続治具に用いられるプローブであって、導電性を有し、略筒状の形態を有する外側導体と、導電性を有し、その先端部が前記外側導体の先端側から突出し、かつその後端部が前記外側導体の後端側から突出しないように前記外側導体内に挿入されるとともに、前記外側導体と電気接続され、その先端部が前記検査対象の前記接続点に当接されて電気接続される内側導体と、前記外側導体と前記内側導体とを固定する固定部と、を備え、前記外側導体の周壁には、前記プローブの軸方向に伸縮する第１及び第２のばね部が、前記第１のばね部が前記第２のばね部の先端側に位置するように、軸方向に間隔をあけて設けられ、 前記固定部は、前記外側導体の前記第１のばね部と前記第２のばね部との間に位置する中間部分と前記内側導体とを固定し、前記内側導体は略棒状であり、前記外側導体の前記第１のばね部のばね定数は、前記第２のばね部のばね定数よりも小さい。

また、本発明に係るプローブの第２の局面では、上記第１の局面において、前記外側導体の前記第１のばね部のばね定数は、前記第２のばね部のばね定数よりも小さい。

また、本発明に係るプローブの第３の局面では、上記第２の局面において、前記外側導体の前記第１のばね部及び前記第２のばね部は、前記外側導体の前記周壁に形成された略螺旋状のばねを有しており、自由状態における前記第１のばね部の前記ばねの前記軸方向に対する１周当たりのピッチは、前記第２のばね部の前記ばねの前記軸方向に対する１周当たりのピッチよりも小さく設定されている。

また、本発明に係るプローブの第４の局面では、上記第２の局面において、前記外側導体の前記第１のばね部の前記ばねの該ばねの延伸方向と垂直な方向に沿った幅は、前記第２のばね部の前記ばねの該ばねの延伸方向と垂直な方向に沿った幅よりも小さい。

また、本発明に係るプローブの第５の局面では、上記第２ないし第３のいずれかの局面において、前記内側導体の前記先端部が前記検査対象の前記接続点に当接された際の荷重によって前記内側導体が後端側に押し込まれて前記外側導体の前記第２のばね部が前記軸方向に圧縮されるのに伴って、前記外側導体の前記中間部分と前記内側導体とが一体に前記プローブの軸周りに回転される。

また、本発明に係る接続治具の第１の局面では、上記第１ないし第５のいずれかの局面に係るプローブを用いた接続治具であって、上記第１ないし第５のいずれかの局面に係るプローブと、前記プローブの前記外側導体の後端部が当接されて電気接続される電極部と、前記プローブの前記内側導体の先端側の部分が前記検査対象側に突出されるように挿通されて保持される第１の貫通孔が設けられるとともに、前記第１の貫通孔の内面又は前記検査対象と反対側の開口部に、前記プローブの前記外側導体の先端側端部が当接する当接部が設けられ、前記電極部との間で前記外側導体を前記軸方向に圧縮した状態に保持する第１のプローブ保持部材と、前記プローブの後端側の部分が挿通されて保持される第２の貫通孔が設けられた第２のプローブ保持部材と、前記電極部を保持する電極保持部材とを備える。

また、本発明に係るプローブの第６の局面では、検査対象に設けられた接続点との電気接続を行うための接続治具に用いられるプローブであって、導電性を有し、略筒状の形態を有する外側導体と、導電性を有するとともに略筒状の形態を有し、その先端部及び後端部が前記外側導体の先端側及び後端側から突出するように前記外側導体内に挿入されるとともに、前記外側導体と電気接続され、その先端部が前記検査対象の前記接続点に当接されて電気接続される内側導体と、前記外側導体と前記内側導体とを固定する固定部とを備え、前記外側導体の周壁における前記固定部よりも先端側に位置する部分には、前記プローブの軸方向に伸縮する第１のばね部が設けられ、前記内側導体の周壁における前記固定部の先端側に位置する部分及び後端側に位置する部分の少なくともいずれか一方には、前記第１のばね部よりも大きなばね定数を有し、前記軸方向に伸縮する第２のばね部が設けられる。

本発明に係るプローブの第１の局面によれば、外側導体の周壁に第１及び第２のばね部が、第１のばね部が第２のばね部の先端側に位置するように、軸方向に間隔をあけて設けられている。それ故、プローブが接続治具に装着され、プローブの外側導体が軸方向に圧縮されて予圧がかけられた状態では、第１のばね部と第２のばね部の合成ばね定数と外側導体の圧縮寸法とに応じた予圧の反力が接続治具のプローブ保持部材等に作用することとなる。このとき、第１のばね部と第２のばね部の合成ばね定数は、第１のばね部のばね定数及び第２のばね部のばね定数よりも小さくなるため、予圧圧縮時にプローブ（ここでは、外側導体）を圧縮する際のばね定数を小さく抑制することができる。このため、プローブが接続治具に装着された際のプローブの予圧の反力を効果的に抑制でき、プローブ保持部材が、予圧の反力により変形してしまう等の不都合を防止できる。

また、内側導体の後端側の部分が、外側導体内に挿入されて外側導体と電気接続された状態で、外側導体の第１のばね部と第２のばね部との間に位置する中間部分と固定部により固定されている。それ故、検査時に、プローブが接続治具に装着されて予圧が加えられた状態において、プローブの内側導体の先端部が検査対象の接続点と当接され、押圧力により内側導体の先端部が後端側に押し込まれる際のプローブの圧縮変位は、外側導体の後端側に設けられる第２のばね部が圧縮されることにより対応されることとなる。このときのプローブのばね定数は、上記の予圧圧縮時のばね定数（合成ばね定数）よりも大きくなる。このため、検査時にプローブの先端部を検査対象の接続点に当接させる際のプローブのばね特性については、十分に大きなばね定数を設定できる。

その結果、プローブが検査対象の接続点に当接される際のばね特性を損ねることなく、接続治具に装着されたときのプローブの予圧の反力を効果的に抑制できるプローブを提供できる。

本発明に係るプローブの第２の局面によれば、外側導体の先端側に設けられる第１のばね部のばね定数が、後端側に設けられる第２のばね部のばね定数よりも小さく設定されている。このため、上記のように予圧圧縮時にプローブの外側導体を軸方向に圧縮する際のばね定数（合成ばね定数）については、ばね定数の小さい方の第１のばね部のばね定数よりも小さく抑制できる。その一方、上記のように検査時に内側導体の先端部が後端側に押し込まれるようにプローブが圧縮される際のばね特性については、ばね定数が大きい方の第２のばね部のばね定数によって規定されるため、大きなばね定数を設定できる。その結果、プローブが検査対象の接続点に当接される際のばね特性を損ねることなく、接続治具に装着されたときのプローブの予圧の反力をさらに効果的に抑制できる。

本発明に係るプローブの第３の局面によれば、外側導体の第１のばね部及び第２のばね部は、外側導体の前記周壁に形成された略螺旋状のばねを有しており、自由状態における第１のばね部の前記ばねの軸方向に対する１周当たりのピッチは、第２のばね部の前記ばねの軸方向に対する１周当たりのピッチよりも小さく設定されている。このため、外側導体にばね定数の異なる第１及び第２のばね部を容易にかつ確実に形成できるとともに、第１及び第２のばね部のばね定数の差を容易に調節できる。

本発明に係るプローブの第４の局面によれば、外側導体の第１のばね部の前記ばねの該ばねの延伸方向と垂直な方向に沿った幅は、第２のばね部の前記ばねの該ばねの延伸方向と垂直な方向に沿った幅よりも小さい。このため、外側導体にばね定数の異なる第１及び第２のばね部をさらに容易にかつ確実に形成できるとともに、第１及び第２のばね部のばね定数の差をさらに容易に調節できる。

本発明に係るプローブの第５の局面によれば、内側導体の先端部が検査対象の接続点に当接され、荷重によって内側導体が後端側に押し込まれるのに伴って、外側導体の中間部分と内側導体とが一体にプローブの軸周りに回転される。それ故、プローブの内側導体の先端部が検査対象の接続点に当接された際に、回転する内側導体の先端部により接続点表面の酸化膜等が切り裂かれるようにして確実に除去され、これによって、プローブと接続点との電気接続を安定して行うことができる。

本発明に係る接続治具の第１の局面によれば、プローブが検査対象の接続点に当接される際のプローブのばね特性を損ねることなく、接続治具に装着されたときのプローブの予圧の反力を効果的に抑制できる接続治具を提供できる。

本発明に係るプローブの第６の局面によれば、検査対象の接続点に当接される際のばね特性を損ねることなく、接続治具に装着されたときのプローブの予圧の反力を効果的に抑制できるプローブを提供できる。

本発明の第１実施形態に係るプローブが備えられた接続治具の概略の構成を示す一部断面正面図である。 本発明の第１実施形態に係るプローブの概略構成を示す図である。 図１のプローブに備えられる外側導体の概略構成を一部破断して示す図である。 図１の接続治具におけるプローブの先端側の構成を示す断面図である。 図１の接続治具におけるプローブの後端側の構成を示す断面図である。 図１の接続治具においてプローブの先端部が基板の接続点に当接される際の様子を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るプローブの概略構成を示す図である。 図７のプローブに備えられる内側導体の概略構成を一部破断して示す図である。

本発明に係る接続治具及びプローブは、検査対象が有する検査対象部に、検査装置から電力あるいは電気信号を所定検査位置である接続点に供給するとともに、その接続点を介して検査対象部から電気信号を検出することによって、検査対象部の電気的特性を検出したり、動作試験を行ったりすることを可能にする。

なお、以下の各添付図において、各部材の厚さ、長さ、形状、部材同士の間隔等は、理解の容易のために、適宜、拡大・縮小・変形・簡略化等を行っている。

＜第１実施形態＞
＜接続治具の概略の構成＞
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るプローブが用いられた接続治具の概略の構成について説明する。接続治具１０は、第１のプローブ保持部材１２、第２のプローブ保持部材１４、電極部１５（図５参照）及び電極保持部材１６を備える。第１及び第２のプローブ保持部材１２，１４は、樹脂あるいはセラミックス等の絶縁性の板状部材からなる。第１及び第２のプローブ保持部材１２，１４は、棒状の支持部材１１及びその周囲に環装されたスペーサ１１ｓによって所定の距離だけ離隔されて保持されている。

第１のプローブ保持部材１２には、本発明に係る第１の貫通孔に対応する複数の貫通孔１２ｈが形成されていて、それに挿入されて保持されたプローブ２０の先端部が所定の位置に案内される。第２のプローブ保持部材４には、本発明に係る第２の貫通孔に対応する複数の貫通孔１４ｈが形成されていて、それに挿入されて保持されたプローブ２０の後端部が電極部１５へ案内される。検査対象が微細になるのに伴い接続点間の距離が非常に小さくなっているため、各貫通孔１２ｈ，１４ｈの内径及び隣り合う貫通孔１２ｈ，１４ｈ同士の間隔も非常に小さくなっている。

プローブ２０の後端部は、電極部保持部材１６に保持（固定）された後述する電極部１５の検査対象側表面と当接される。本実施形態では、例えば電極部１５は電極保持部材１６に固定された導線１８の端部によって構成されており、その導線１８は図示せぬ検査装置に接続されている。なお、図１においては、図面の簡略化のために、一部のプローブ２０のみを示している。

また、図１に示すように、検査対象の検査時には、接続治具１０の下方に、検査対象である被検査物３０（例えば、基板）を配置し、接続治具１０を下降させてプローブ２０の先端部を所定の接続点、例えば、３０ｄｎに接触させ、それにより、検査対象部の電気的特性の検査を行う。

＜プローブの構成＞
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係るプローブ２０の構成について説明する。このプローブ２０は、図２及び図３に示すように、外側導体２２、内側導体２４及び固定部２６を備えて構成されている。

外側導体２２は、導電性を有するとともに、略筒状の形態（本実施形態では、円筒状の形態）を有している。内側導体２４は、導電性を有する細長い略棒状（本実施形態では、円柱状）の部材であり、その先端部２４ａには、検査対象の接続点に当接される先鋭状の当接端２４ｃが設けられている。このような内側導体２４は、その先端部２４ａが外側導体２２の先端側から突出し、かつその後端部２４ｂが外側導体２２の後端側から突出しないように外側導体２２内に挿入されるとともに、外側導体２２と電気接続されている。固定部２６は、外側導体２２と内側導体２４とを固定している。本実施形態では、外側導体２２と内側導体２４との電気接続は、内側導体２４が外側導体２２内に挿入された際に生じる両者の接触箇所、及び固定部２６とにより行われている。

外側導体２２の円筒状の周壁には、プローブ２０の軸方向に伸縮するばね定数の異なる第１及び第２のばね部２２１，２２２が、ばね定数の小さい方の第１のばね部２２１が第２のばね部２２２の先端側に位置するように設けられている。このような第１及び第２のばね部２２１，２２２は、外側導体２２の周壁に形成された略螺旋状（より詳細には、細長い板ばねを螺旋状に巻いたような形状）のばね２２１ａ，２２２ａによって構成されている。なお、第１及び第２のばね部２２１，２２２において、ばね部２２１，２２２の全長に渡ってばね２２１ａ，２２２ａを軸方向に連続的に形成してもよいし、１又は複数箇所にばね２２１ａ，２２２ａを形成しない部分（非伸縮部分）を設けてもよい。

そして、より具体的には、本実施形態では、自由状態において、第１のばね部２２１のばね２２１ａの軸方向に対する１周当たりのピッチＰ１は、第２のばね部２２２のばね２２２ａの軸方向に対する１周当たりのピッチＰ２よりも小さく設定されている。また、第１のばね部２２１のばね２２１ａの該ばね２１１ａの延伸方向と垂直な方向に沿った幅Ｗ１は、第２のばね部２２２のばね２２２ａの該ばね２２２ａの延伸方向と垂直な方向に沿った幅Ｗ２よりも小さく設定されている。なお、このような外側導体２２の形成方法については後述する。

固定部２６は、外側導体２２の第１のばね部２２１と第２のばね部２２２との間に位置する中間部分２２ｃと、その中間部分２２ｃに対向する内側導体２４の部分とを固定している。このため、外側導体２２の第１及び第２のばね部２２１，２２２の伸縮に伴って、内側導体２４が外側導体２２の中間部分２２ｃと共に軸方向に動くようになっている。なお、外側導体２２内に挿入された内側導体２４の後端部２４ｂの位置は、内側導体２４が後端側に押し込まれて第２のばね部２２２が軸方向に圧縮された際に、その後端部２４ｂが外側導体２２の後端から外部に突出しないように設定されている。

本実施形態では、固定部２６には、例えば電気溶接による固定が採用されているが、レーザー溶接等の他の溶接、かしめ固定、接着剤による固定など、種々の構成が採用可能である。

また、外側導体２２の第１及び第２のばね部２２１，２２２は、上述の如く、外側導体２２の周壁に形成された略螺旋状のばね２２ａ，２２２ａによって構成されているため、軸方向への伸縮に伴い、ばね部２１１，２２２の軸方向の両端部間で、両者の位置関係が軸周りにねじれる（回転する）ようになっている。それ故、外側導体２２の後端部２２ｂの軸周りの回転を止めた状態で第２のばね部２２２を軸方向に伸縮させると、その伸縮に伴って、内側導体２４が外側導体２２の中間部分２２ｃとともに軸周りに回転するようになっている。このため、内側導体２４の先端部２４ａが検査対象の接続点に当接された際の荷重によって内側導体２４が後端側（外側導体２２内）に押し込まれて外側導体２の第２のばね部２２２が軸方向に圧縮されるのに伴って、外側導体２２の中間部分２２ｃと内側導体２４とが一体に軸周りに回転するようになっている。

なお、上述の内側導体２４が外側導体２２内に押し込まれる際の内側導体２４の回転動作に関して補足すると、内側導体２４が押し込まれる際の内側導体２４の先端部２４ａと接続点との当接面積よりも、外側導体２２の後端部２２ｂが電極部１５等と当接する当接面積の方が大きい。それ故、内側導体２４が押し込まれる際に内側導体２４の先端部２４ａと接続点との間に働く摩擦力に対して、外側導体２２の後端部２２ｂとそれが当接する電極部１５等との間に働く摩擦力の方が大きい。このため、第２のばね部２２２が軸方向に圧縮されるのに伴って、外側導体２２の後端部２２ｂは回転することなく、外側導体２２の中間部分２２ｃ及び内側導体２４の方が回転するようになっている。

また、本実施形態に係る内側導体２２において、先端部２４ａの当接端２４ｃを、内側導体２４及び外側導体２２の中心軸Ａ上からずれた位置（偏心した位置）に設けられることもできる。この構成の場合、上記のように内側導体２４が外側導体２２内に押し込まれて内側導体２４が回転した際、内側導体２４の当接端２４ｃが中心軸Ａ周りに円を描くように旋回する。これによって、内側導体２４の当接端２４ｃが検査対象の接続点に当接した際、当接端２４ｃが接続点の表面の酸化膜等を切り裂くようにして接続点に摺接され、接続点の表面の酸化膜等が効果的に除去される。

ここで、プローブ２０及びその各部の寸法について記載する。プローブ２０の全長Ｌ１は、例えば２〜１２ｍｍ程度に設定され、プローブ２０及び外側導体２２の外径Ｒ１は、例えば３０〜１００μｍ程度に設定される。外側導体２２の全長Ｌ２は、例えば１〜１０ｍｍ程度に設定され、その内径Ｒ２は、例えば２０〜８０μｍ程度に設定される。内側導体２４の全長Ｌ３は、例えば１〜１０ｍｍ程度に設定され、その外径は、内側導体２４が外側導体２２内で摺動可能なように外側導体２２の内径Ｒ２によりもやや小さな値に設定される。

また、外側導体２２の第１のばね部２２１の軸方向の長さＬ４は、例えば０．５〜４ｍｍ程度に設定される。第２のばね部２２１の軸方向の長さＬ５は、例えば１〜８ｍｍ程度に設定される。第１のばね部２２１のばね２２１ａの前記ピッチＰ１は、例えば５０〜１５０μｍｍ程度に設定され、前記幅Ｗ１は、例えば２０〜１００μｍｍ程度に設定される。第２のばね部２２１のばね２２１ａの前記ピッチＰ１は、例えば１００〜３００μｍｍ程度に設定され、前記幅Ｗ１は、例えば５０〜３００μｍｍ程度に設定される。

また、第１及び第２のばね部２２１，２２２のばね定数の比は、例えば第２のばね部２２２のばね定数が第１のばね部２２１のばね定数の２〜１０倍程度になるように設定される。また、より具体的には、第１のばね部２２１のばね定数は、例えば１〜５ｇｆ／ｍｍ程度に設定される。第２のばね部２２２のばね定数は、例えば４〜２０ｇｆ／ｍｍ程度に設定される。第１及び第２のばね部２２１，２２２のばね定数の比は、例えば第２のばね部２２２のばね定数が第１のばね部２２１のばね定数の２〜１０倍程度になるように設定される。

また、外側導体２２の材料としては、例えばニッケル又はニッケル合金のチューブ等（例えば、電鋳チューブ等）を用いることができる。また、外側導体２２の先端部２２ａの端面及び後端部２２ｂの端面を除いて、周面は必要に応じて絶縁被覆してもよい。内側導体２４の材料としては、例えばタングステン、工具用炭素鋼（ＳＫ材）又はベリリウム銅等が挙げられる。

また、内側導体２４の先端部２４ａの形状、特に当接端２４ｃの形状としては、例えば図２に示すように、内側導体２４の中心軸を斜めに交差する面に沿って内側導体２４の先端部２４ａを切断したような形状が挙げられる。

ここで、内側導体２４の先端部２４ａの形状に関する変形例として、次のような構成が採用可能でさる。第１の変形例としては、先端である当接端２４ｃが中心軸Ａに対して偏心するように、内側導体２４の中心軸を斜めに交差する４つの面で切断した形状が挙げられる。第２の変形例としては、マイナスドライバ（ねじ回し）の先端のような形状が挙げられる。

＜接続治具の構成＞
次に、図４ないし図６を参照して、接続治具１０の細部の構成について説明する。図４に示すように、第１のプローブ保持部材１２の貫通孔１２ｈの内面又は検査対象と反対側の開口部に、プローブ２０の外側導体２２の先端部２２ａの端面が当接する当接部（図４の構成では、内径が変化する境界部における段部）１２１が設けられている。そして、プローブ２０は、その内側導体２４の先端部２４ａが貫通孔１２ｈに検査対象の反対側から検査対象側に向けて挿通された際、外側導体２２の先端部２２ａの端面が当接部１２１に当接するようになっている。このように外側導体２２の端面が当接部１２１に当接したとき、内側導体２４の先端部２４ａが貫通孔１２ｈを介して第１のプローブ保持部材１２の検査対象側の表面から所定の突出寸歩で突出するようになっている。

一方、プローブ２０の後端部を構成する外側導体２２の後端部２２ｂは、図６に示すように、第２のプローブ保持部材１４の貫通孔１４ｈに挿通されて案内され、電極保持部材１６によって保持された電極部１５に当接されて電気接続される。

第１のプローブ保持部材１２の当接部１２１と電極部１５との間の間隔は、第１及び第２のばね部２２１，２２２が自由状態にあるときのプローブ２０の外側導体２２の長さＬ２よりも、所定の予圧圧縮寸法だけ小さく設定されている。このため、プローブ２０が接続治具１０に装着された際、当接部１２１と電極部１５との間で外側導体２２が所定の予圧寸法だけ軸方向に圧縮された状態となる。このとき、外側導体２２の第１及び第２のばね部２２１，２２２の両方が軸方向に圧縮されることとなる。これにより、外側導体２２の後端部２２ｂが電極部１５に所定の押圧力で押し付けられて予圧がかけられ、外側導体２２の後端部２２ｂと電極部１５との電気接続が安定化される。

この予圧状態における外側導体２２の圧縮変位に対するばね特性は、第１及び第２のばね部２２１，２２２のばね定数の合成ばね定数によって規定されることとなる。ここで、合成定数をＫとし、第１のばね部２２１のばね定数をｋ１、第２のばね部２２２のばね定数をｋ２とすると、Ｋ、ｋ１及びｋ２の関係は、
１／Ｋ＝１／ｋ１ ＋１／ｋ２
の関係式によって規定される。

この予圧状態における合成ばね定数Ｋは、ばね定数が小さい方の第１のばね部２２１のばね定数ｋ１よりもさらに小さな値になるため、外側導体２２を予圧のために圧縮する予圧圧縮寸法として十分な寸法を確保しながら、予圧の反力を効果的に抑制できるようになっている。その結果、第１のプローブ保持部材１２が、予圧の反力により変形してしまう等の不都合を防止できる。ここで、予圧のために外側導体２２が圧縮される寸法（予圧圧縮寸法）は、例えば１０〜１００μｍ程度に設定される。また、予圧圧縮時の荷重は、例えば０．０５〜０．５ｇｆ程度に設定される。

そして、基板等の被検査物の検査時には、図６に示すように、接続治具１０を下降させてプローブ２０の先端部２４ａを被検査物３０の配線等の対象部上の所定の接続点３０ｄ１に当接させる。さらに接続治具１０が下降すると、プローブ２０の内側導体２４は、押し上げられて第１のプローブ保持部材１２の貫通孔１２ｈ内に入り込む。このとき、プローブ２０の内側導体２４は外側導体２２の中間部分２２ｃと固定されているため、内側導体２４の押し込みに伴って外側導体２２の第２のばね部２２２が軸方向に圧縮されるとともに、内側導体２４が外側導体２２内に押し込まれる。

この検査時にプローブ２０が軸方向に圧縮される検査圧縮寸法（すなわち、検査点３０ｄ１からの荷重により内側導体２４が第１のプローブ保持部材１２の貫通孔１２ｈ内に押し込まれる寸法）は、予圧状態における第１のばね部２２１の予圧圧縮寸法よりも所定の本圧縮寸法だけ大きな値に設定される。このため、内側導体２４の先端部２２１ａが被検査物３０の接続点３０ｄ１に当接されてから、プローブ２０が予圧状態の軸方向の長さを基準として第１のばね部２２１の予圧圧縮寸法分だけ圧縮されるまでは、プローブ２０、すなわち第２のばね部２２２の圧縮に伴って、第１のばね部２２１が伸張し、外側導体２２の先端部２２ａの端面が当接部１２１に当接したままの状態が維持される。この段階におけるプローブ２０の圧縮に対するばね定数は、第２のばね部２２２のばね定数ｋ２から第１のばね部２２１のばね定数ｋ１を引き算した値となる。ここで、前記検査圧縮寸法は例えば１０〜１００μｍ程度に設定され、前記本圧縮寸法は例えば２０〜２００μｍ程度に設定される。また、検査時にプローブ２０の先端部２４ａに与えられる荷重は、例えば １〜１０ｇｆ程度に設定される。

さらにプローブ２０が予圧状態の長さを基準として第１のばね部２２１の予圧圧縮寸法分を超えて圧縮されると、第１のばね部２２が圧縮状態から完全に開放されるとともに、第２のばね部２２２のみが圧縮されることとる。この段階でプローブ２０が圧縮される際のばね定数は、第２のばね部２２２のばね定数と等しくなる。このため、検査時にプローブ２０の先端部２４ａを被検査物３０の接続点３０ｄ１に当接される際のプローブ２０のばね特性については、十分に大きなばね定数を設定できる。なお、最終的にプローブ２０が予圧状態の長さを基準として第１のばね部２２１の予圧圧縮寸法分を前記本圧縮寸法だけ超えて圧縮された状態（この状態で被検査物３０の検査が行われる）では、図６に示すように、外側導体２２の先端部２２ａの端面が当接部１２１からプローブ２０の後端側に離反している。

その結果、プローブ２０が被検査物３０の接続点３０ｄ１に当接される際のばね特性を損ねることなく、接続治具１０に装着されたときのプローブ２０の予圧の反力を効果的に抑制できるプローブ２０及び接続治具１０を提供できる。

また、上記の如く、プローブ２０の先端が被検査物３０の接続点３０ｄ１に当接され、プローブ２０が予圧状態から圧縮され、外側導体２２の第２のばね部２２２が圧縮されるのに伴って、図６の矢印Ｂ１で示すように、内側導体２４が外側導体２２の中間部分２２ｃとともに中心軸Ａ周りに回転する。これに伴い中心軸Ａに対して偏心されている内側導体２４の先鋭状の当接端２４ｃが、中心軸Ａ周りに旋回するようにして接続点３０ｄ１に摺接される。これによって、接続点３０ｄ１の表面の酸化膜等が効果的に除去され、プローブ２０と接続点３０ｄ１との電気接続を安定して行うことができる。

また、上記の如く、プローブ２０の自由状態において、第１のばね部２２１のばね２２１ａのピッチＰ１は、第２のばね部２２２のばね２２２ａのピッチＰ２よりも小さく設定されているとともに、第１のばね部２２１のばね２２１ａの幅Ｗ１は、第２のばね部２２２のばね２２２ａの幅Ｗ２よりも小さく設定されている。このため、このため、プローブ２０の外側導体２２に、ばね定数の異なる第１及び第２のばね部２２１，２２２を容易にかつ確実に形成できるとともに、第１及び第２のばね部２２１，２２２のばね定数の差を容易に調節できる。

なお、本実施形態では、外側導体２２の第１のばね部２２１のばね定数を第２のばね部２２２のばね定数よりも小さくしたが、第１のばね部２２１のばね定数と第２のばね部２２２のばね定数とを同じにしてもよい。この場合でも、検査時に内側導体２４が後端側に押し込まれてプローブ２０が圧縮される際のばね定数を維持しながら、予圧圧縮に外側導体２２が圧縮される際のばね定数を効果的に抑制できる。

＜外側導体２２の製法例＞
次に、プローブ２０の外側導体２２の製法例について説明する。まず、所定の芯材の外周面上に金めっき層を形成し、さらにその上にニッケルめっき層を形成することより電鋳チューブを作製する。芯材としては、例えば外径が５μｍから３００μｍの金属線や樹脂線を用いることができる。金属線としては、例えばＳＵＳ線を用いることができ、樹脂線としては、例えばナイロン樹脂やポリエチレン樹脂等の合成樹脂線を用いることができる。また、金めっき層の厚さは、例えば約０．１μｍから１μｍであり、ニッケルめっき層の厚さは、例えば約５μｍから５０μｍである。電鋳チューブの長さは、搬送作業の容易性等の観点から例えば５０ｃｍ以下が望ましいが、それに限定されるものではなく、切断することなく連続的に製造してもよい。

続いて、電鋳チューブのニッケルめっき層の外周面上に絶縁膜を形成する。絶縁膜は後述の所定の溝の形成の際にレジストとしても機能する。その絶縁膜の厚さは、例えば約２μｍから５０μｍである。絶縁膜として、例えば、フッ素コーティング又はシリコーン樹脂材を用いて形成してもよい。

続いて、絶縁膜の複数箇所においてその一部を螺旋状に除去することにより、螺旋溝を形成する。このとき、絶縁層の複数箇所においてその一部を周状に除去することにより、電鋳チューブを部品単位に分断するための周溝も形成される。それらの溝を形成した部分には、ニッケルめっき層が露出する。このような溝を形成する際には、絶縁膜にレーザービームを照射して、絶縁膜を除去する方法を採用することができる。この場合、芯材を周方向に回転させながら、溝の位置にレーザービームを直接照射し、その照射により絶縁膜を除去する。

続いて、絶縁膜をマスクとして用いて、溝を介して露出したニッケルめっき層をエッチング除去して金めっき層を露出させる。その際、ニッケルめっき層と芯材との間に金めっき層が存在するため、エッチングの際にニッケルエッチング液が芯材まで到達することを防止することができる。

続いて、超音波洗浄を行って、溝を介して露出した金めっき層を除去する。続いて、芯材の両端に張力を加えて延伸させて、その断面積が小さくなるように変形させる。芯材が延伸してその断面積が小さくなると、芯材の外周面を被覆していた金めっき層がその外周面から剥離して電鋳チューブの内側に残り、芯材と金めっき層との間に空間が形成される。続いて、芯材を抜き取ると、電鋳チューブが周溝によって各部品単位に分離され、第１及び第２のばね部２２１，２２２を有する複数の外側導体２２が得られる。

このように形成された外側導体２２は、導電性材料の円筒形状チューブのニッケルめっき層を備え、そのニッケルめっき層の外周に絶縁層が形成されている。この製法例では、絶縁膜を形成し、それを必要に応じて、レジスト膜として使用したが、絶縁膜は必ずしも必要ではないので、エッチングの際には、レジスト膜を使用してもよい。

＜第２実施形態＞
図７及び図８を参照して、本発明の第２実施形態に係るプローブについて説明する。このプローブ４０は、図７及び図８に示すように、外側導体４１、内側導体４２及び固定部４３を備えて構成されている。

外側導体４１は、導電性を有するとともに、略筒状の形態（本実施形態では、円筒状の形態）を有している。内側導体４２は、導電性を有するとともに、略筒状の形態（本実施形態では、円筒状の形態）を有しており、その先端部４２ａには、検査対象の接続点に当接される先鋭状の当接端４２ｃが設けられている。このような内側導体４２は、その先端部４２ａが外側導体４１の先端側から突出し、かつその後端部４２ｂが外側導体２２の後端側から突出するように外側導体４１内に挿入されるとともに、外側導体４１と電気接続されている。固定部４３は、外側導体４１と内側導体４２とを固定している。本実施形態では、外側導体４１と内側導体４２との電気接続は、内側導体４２が外側導体４１内に挿入された際に生じる両者の接触箇所、及び固定部４３とにより行われている。

外側導体４１の周壁における固定部４３よりも先端側に位置する部分には、プローブ４０の軸方向に伸縮する第１のばね部４１１が設けられている。また、内側導体４２の周壁における固定部４３の先端側に位置する部分及び後端側に位置する部分の少なくともいずれか一方（本実施形態では、その両方）には、外側導体４１の第１のばね部４１１よりも大きなばね定数を有し、軸方向に伸縮する第２のばね部４２１が設けられている。このような第１及び第２のばね部４１１，４２１は、外側導体４１又は内側導体４２の周壁に形成された略螺旋状（より詳細には、細長い板ばねを螺旋状に巻いたような形状）のばね４１１ａ，４２１ａによって構成されている。第１及び第２のばね部４１１，４２１のばね定数の調節は、第１実施形態に係る第１及び第２のばね部２２１，２２２の場合とほぼ同様に、ばね４１１ａ，４２１ａの前記ピッチ及び前記幅等を調節することにより行われる。

固定部４３は、外側導体４１の第１のばね部４１１の後端側に位置する部分と、内側導体４２の先端側の第２のばね部４２１と後端側の第２のばね部４２１との間に位置する部分（中間部分）とを固定している。固定部４３には、第１実施形態の固定部２６の場合と同様に、例えば電気溶接による固定が採用されているが、レーザー溶接等の他の溶接、かしめ固定、接着剤による固定など、種々の構成が採用可能である。

また、内側導体４２の先端部４２ａにおいて、中心軸Ａ上からずれた位置（偏心した位置）に位置する先鋭状の当接端４２ｃを形成することができる。

このようなプローブ４０は、第１実施形態に係るプローブ２０とほぼ同様な要領で接続治具２０に装着される。但し、装着状態において、外側導体４１の先端部４１ａの端面が第１のプローブ保持部材１２の貫通孔１２ｈ内の当接部１２１に当接される点は同じであるが、このプローブ４０では、外側導体４１ではなく内側導体４２の後端部４２ｂの端面が電極部１５に当接されるようになっている。そして、その装着状態において、外側導体４１の第１のばね部４１１及び内側導体４２の後端側の第２のばね部４２１が圧縮され予圧が掛けられるようになっている。このプローブ４０の予圧圧縮のためのばね特性は、外側導体４１の第１のばね部４１１のばね定数と内側導体４２の後端側の第２のばね部４２１のばね定数との合成ばね定数により規定され、この合成ばね定数はばね定数が小さい第１のばね部４１１よりもさらに小さな値になる。これにより、第１のプローブ保持部材１２に掛かる予圧の反力が効果的に抑制される。

また、検査時において、プローブ４０の先端部４２ａが被検査物３０の接続点３０ｄ１に当接され、内側導体４２の先端部４１ａが外側導体４１の第１のばね部４１１の予圧圧縮寸法分を超えて後端側に押し込まれる際のプローブ４０のばね特性は、内側導体４２の先端側及び後端側の第２のばね部４２のばね定数の合成ばね定数により規定されるため、十分に大きなばね定数を設定できる。

その結果、プローブ４０が被検査物３０の接続点３０ｄ１に当接される際のばね特性を損ねることなく、接続治具１０に装着されたときのプローブ４０の予圧の反力を効果的に抑制できるプローブ４０を提供できる。

また、このプローブ４０においても、プローブ４０の先端が被検査物３０の接続点３０ｄ１に当接され、プローブ４０が予圧状態から圧縮され、内側導体４２の先端側及び後端側の第２のばね部４２１が圧縮されるのに伴って、内側導体４２の先端部４２ａが後端部４２ｂに対して中心軸Ａ周りに回転する。これに伴い中心軸Ａに対して偏心されている内側導体４２の先鋭状の当接端４２ｃが、中心軸Ａ周りに旋回するようにして接続点４０ｄ１に摺接されるようになっている。

また、本実施形態に係るプローブ４０の外側導体４１及び内側導体４２についても、上述の第１実施形態に係るプローブ２０の外側導体２２とほぼ同様な製法により作製できる。

１０ 接続治具、１２ 第１のプローブ保持部材、１２ｈ 貫通孔、１２１ 当接部、１４ 第２のプローブ保持部材、１４ｈ 貫通孔、１５ 電極部、１６ 電極保持部材、２０ プローブ、２２ 内側導体、２２１ 第１のばね部、２２２ 第２のばね部、２４ 内側導体、２６ 固定部、３０ 被検査物、３０ｄ１，・・・，３０ｄｎ 接続点、４０ プローブ、４１ 外側導体、４１１ 第１のばね部、４２ 内側導体、４２１ 第２のばね部、４３ 固定部。

Claims (6)

1. 検査対象に設けられた接続点との電気接続を行うための接続治具に用いられるプローブであって、
   導電性を有し、略筒状の形態を有する外側導体と、
   導電性を有し、その先端部が前記外側導体の先端側から突出し、かつその後端部が前記外側導体の後端側から突出しないように前記外側導体内に挿入されるとともに、前記外側導体と電気接続され、その先端部が前記検査対象の前記接続点に当接されて電気接続される内側導体と、
   前記外側導体と前記内側導体とを固定する固定部と、
   を備え、
   前記外側導体の周壁には、前記プローブの軸方向に伸縮する第１及び第２のばね部が、前記第１のばね部が前記第２のばね部の先端側に位置するように、軸方向に間隔をあけて設けられ、
   前記固定部は、前記外側導体の前記第１のばね部と前記第２のばね部との間に位置する中間部分と前記内側導体とを固定し、
   前記内側導体は、略棒状であり、
   前記外側導体の前記第１のばね部のばね定数は、前記第２のばね部のばね定数よりも小さいことを特徴とするプローブ。
2. 請求項１に記載のプローブにおいて、
   前記外側導体の前記第１のばね部及び前記第２のばね部は、前記外側導体の前記周壁に形成された略螺旋状のばねを有しており、
   自由状態における前記第１のばね部の前記ばねの前記軸方向に対する１周当たりのピッチは、前記第２のばね部の前記ばねの前記軸方向に対する１周当たりのピッチよりも小さく設定されていることを特徴とするプローブ。
3. 請求項１に記載のプローブにおいて、
   前記外側導体の前記第１のばね部の前記ばねの該ばねの延伸方向と垂直な方向に沿った幅は、前記第２のばね部の前記ばねの該ばねの延伸方向と垂直な方向に沿った幅よりも小さいことを特徴とするプローブ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプローブにおいて、
   前記内側導体の前記先端部が前記検査対象の前記接続点に当接された際の荷重によって前記内側導体が後端側に押し込まれて前記外側導体の前記第２のばね部が前記軸方向に圧縮されるのに伴って、前記外側導体の前記中間部分と前記内側導体とが一体に前記プローブの軸周りに回転されることを特徴とするプローブ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプローブを用いた接続治具であって、
   請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の前記プローブと、
   前記プローブの前記外側導体の後端部が当接されて電気接続される電極部と、
   前記プローブの前記内側導体の先端側の部分が前記検査対象側に突出されるように挿通されて保持される第１の貫通孔が設けられるとともに、前記第１の貫通孔の内面又は前記検査対象と反対側の開口部に、前記プローブの前記外側導体の先端側端部が当接する当接部が設けられ、前記電極部との間で前記外側導体を前記軸方向に圧縮した状態に保持する第１のプローブ保持部材と、
   前記プローブの後端側の部分が挿通されて保持される第２の貫通孔が設けられた第２のプローブ保持部材と、
   前記電極部を保持する電極保持部材と、
   を備えることを特徴とする接続治具。
6. 検査対象に設けられた接続点との電気接続を行うための接続治具に用いられるプローブであって、
   導電性を有し、略筒状の形態を有する外側導体と、
   導電性を有するとともに略筒状の形態を有し、その先端部及び後端部が前記外側導体の先端側及び後端側から突出するように前記外側導体内に挿入されるとともに、前記外側導体と電気接続され、その先端部が前記検査対象の前記接続点に当接されて電気接続される内側導体と、
   前記外側導体と前記内側導体とを固定する固定部と、
   を備え、
   前記外側導体の周壁における前記固定部よりも先端側に位置する部分には、前記プローブの軸方向に伸縮する第１のばね部が設けられ、
   前記内側導体の周壁における前記固定部の先端側に位置する部分及び後端側に位置する部分の少なくともいずれか一方には、前記第１のばね部よりも大きなばね定数を有し、前記軸方向に伸縮する第２のばね部が設けられることを特徴とするプローブ。

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