JP2006038760A - 表面抵抗率計測用プローブ及び表面抵抗率の計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被計測物の表面抵抗率を安定して計測することができる表面抵抗率計測用プローブを提供する。
【解決手段】被計測物１００の表面抵抗率を計測する表面抵抗率計測装置１に備えられる表面抵抗率計測用プローブ１０ａは、電極１３と、この電極１３上に設けられ、被計測物１００と面で接触可能な接触部１４ａとを備える。接触部１４ａは、電極１３よりも比抵抗が大きい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被計測物の表面抵抗率を計測する表面抵抗率計測装置に備えられる表面抵抗率計測用プローブ、及び、この表面抵抗率計測用プローブを用いた表面抵抗率の計測方法に関する。

一般に、プリント基板の導通検査は、基板導通検査用治具を用いて行われている。この基板導通検査用治具には、プリント基板の被検査部に接触されるプローブが配置されている。基板導通検査用治具に配置されるプローブとしては、被検査部の破損を防止するため、被検査部に対して弾性的且つ面接触により圧接されるようにすることで、被検査部に対する接触圧力を小さくするようにしたものが知られている。

このプローブは、プローブ本体と、披検査部に対する接触端に設けられた導電ゴム成形体からなる接触部材とを備えている。プローブ本体は、接触部材を固定する連結ピンと、この連結ピンをコイルスプリングにより伸縮自在に保持するコンタクトと、このコンタクトを収容するソケットとを備えている。接触部材を形成する導電ゴム成形体は、シリコン樹脂に導電性粉末材料を加えた材料を所定形状に成形してなる。
特開平２０００−３０４７６９号公報（段落００１４〜段落００２４、図１〜図３）

一方、表面抵抗率の計測は、被計測物の表面状態（被膜の形成状態等）を検査する際などに用いられることがある。このような場合には、従来、ピン状（先の尖った針状）の電極を有するプローブを備えた抵抗率計測装置が用いられている。しかしながら、このような抵抗率計測装置では、プローブの電極を、被計測物の表面に極く小さい接触面積（実質的に点）で接触させた状態において、被計測物の表面よりも深い部分の抵抗率を測定することになるため、微視的にみた場合に表面の状態が一定ではない被計測物の表面抵抗率を安定して計測することが困難である。

すなわち、金属板上に腐蝕を抑制するための被膜を形成してなるような被計測物では、金属上に被膜が均一に形成されていない場合がある。例えば、被膜が形成されている領域の表面抵抗率が、被膜が形成されていない領域（金属板が露出している領域）の表面抵抗率よりも大きくなるような被計測物では、被膜が形成されている領域にプローブの電極の先端が接触している場合には、実際の表面抵抗率（表面全体としての平均）よりも高い値となって計測しようとすると、プローブを当てる位置やプローブ先端の状態（磨耗の程度、接触圧、角度等の僅かな差）によって計測された値に大きなばらつきが生じる。

また、金属上に被膜が均一にされていないような被計測物の表面抵抗率を、ピン状の電極を有するプローブを備えた抵抗率計測装置を用いて計測する場合には「被膜を破壊してしまう」という問題もある。尖っているプローブを被膜に押し当てることによる機械的ストレスにより被膜が破壊され、実際よりも低い抵抗値が計測されてしまう可能性が高い。また、安定な計測を行おうとして比較的高い電圧（１０Ｖ程度）及び電流（数十ｍＡ程度）のもとで計測を行った場合、その電圧や電流によりやはり被膜が破壊または変質してしまい、低電圧・低電流で計測した場合よりも低めの値に計測され易い。

本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、被計測物の表面抵抗率を安定して計測することができる表面抵抗率計測用プローブ及び表面抵抗率の計測方法の提供を目的とする。

本発明の第１の態様に係わる表面抵抗率計測用プローブは、被計測物の表面抵抗率を計測する表面抵抗率計測装置に備えられる表面抵抗率計測用プローブであって、電極と、この電極よりも比抵抗が大きく、前記電極上に設けられ、前記被計測物と面で接触可能な接触部とを具備する。

本発明の第２の態様に係わる表面抵抗率の計測方法は、電極と、この電極よりも比抵抗が大きく、前記電極上に設けられ、表面抵抗率を計測する被計測物と面で接触可能な接触部とを備えた表面抵抗率計測用プローブを用い、前記接触部を前記被計測物と面で接触させて、前記被計測物の表面抵抗率を計測する。

本発明の第１及び第２の態様によれば、被計測物の表面抵抗率を安定して計測することができる表面抵抗率計測用プローブ及び表面抵抗率の計測方法が得られる。

以下、本発明の第１の実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。

図１は、表面抵抗率計測装置１を開示している。この表面抵抗率計測装置１は、装置本体２と、この装置本体２と電気的に接続された表面抵抗率計測用プローブ（以下、単にプローブと記載する）１０ａとを備えている。本発明に係る説明において、被測定物の表面に接触させた導体と被測定物内部の間、もしくは被測定物の表面に面接触させた２個以上の導体間の電気の通りにくさの程度：単位面積あたりの電気の通りにくさを便宜上「表面抵抗率」と表現している。また「電気の通りやすさ」を求めたい場合には「電気の通りにくさ」の逆数を使うことにより換算が可能となる。

プローブ１０ａは、プローブ本体１１と、クッション部１２と、電極１３と、接触部１４ａとを備えている。プローブ本体１１は、クッション部１２に略均一に面圧力を与えるためのブロック１１ａを有している。ブロック１１ａの先端面は、平坦に形成されている。ブロック１１ａの先端面上には、被計測物１００の表面の凹凸を吸収し、接触部１４ａを被計測物１００に安定した面圧力で面接触させるためのクッション部１２が設けられている。このクッション部１２は、ゴムやスポンジ等の弾性体からなる。クッション部１２の先端面もまた、平坦に形成されている。なお、クッション部１２を形成する材料は、弾性体であればよく、ゴムやスポンジに限定されるものではない。

クッション部１２の先端面上には、表面抵抗率を計測するための電極１３としての導体フィルムが設けられている。

すなわち、電極１３の先端面もまた、平坦に形成されている。導体フィルムとしては、比抵抗の小さい良導体のフィルム、例えば、銅などの金属箔を用いることができる。電極１３は、装置本体２と電気的に接続されている。

電極１３上には、この電極１３よりも比抵抗の大きい材料からなる接触部１４ａとしての抵抗体フィルムが設けられている。接触部１４ａは、被計測物１００と電極１３との間を、所定の電気抵抗を持って電気的に接続させるためのものである。抵抗体フィルムとしては、例えば、カーボン粉等の導電性のある材料を練りこんだプラスチックフィルムを用いることができる。すなわち、接触部１４ａの先端面もまた、平坦に形成されている。この先端面が、被計測物１００と接触する接触面１５ａとなる。接触面１５ａの面積は、０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以上とするのが好ましく、さらに好ましくは、２．０ｍｍ×２．０ｍｍ以上である。本実施形態では、接触面１５ａの面積を５．０ｍｍ×５．０ｍｍとしている。なお、接触面１５ａの形状は正方形に限定されるものではなく、その形状は任意である。接触面１５ａの形状を正方形以外の任意の形状とした場合も、上述した面積に相当する大きさに形成するのが好ましい。

なお、接触部１４ａとしては、抵抗体フィルムと、この抵抗体フィルム上に積層された粘着層とを有するものを採用してもよい。このようにすることにより、粘着層を介して抵抗体フィルムを導電フィルムに貼り付けるだけで、電極１３上に容易に接触部１４ａを設けることができる。

ところで、マグネシウム合金１０１は、軽量且つ良好な強度を有しているとともに、電磁波シールド効果を有することが知られている。そのため、近年、合成樹脂と置換して、マグネシウム合金１０１を携帯電話やポータブルコンピュータ等といった電子機器の筐体として使用するという試みがなされている。ところが、マグネシウム合金１０１は、腐蝕に弱く、上述のように、電子機器の筐体等として使用する場合には、表面に腐蝕を抑止するための被膜１０２を形成する必要がある。そのため、マグネシウム合金１０１を電子機器の筐体等として使用する場合には、被膜１０２を形成した面の表面抵抗率を計測することで、被膜１０２が母体であるマグネシウム合金１０１に良好に形成されているか検査している。

しかしながら、マグネシウム合金１０１は、その表面に被膜１０２を均一に形成することが困難であり、被膜１０２が形成されている領域Ｓと被膜１０２が形成されていない領域Ｔとがまだらに形成され易いことがわかってきている（図２参照）。そのため、マグネシウム合金１０１の表面に被膜１０２を形成してなる被計測物１００の表面抵抗率を、ピン状の電極を有する従来のプローブを用いて計測すると、被膜１０２が形成されている領域Ｓにプローブの電極の先端が接触している場合には、実際の表面抵抗率（表面全体としての平均）よりも高い値となって計測され、被膜１０２が形成されていない領域Ｔにプローブ１０ａの電極１３の先端が接触している場合には、実際の表面抵抗率（表面全体としての平均）よりも低い値となって計測されるという不具合がある。したがって、従来のプローブでは、被膜１０２が母体であるマグネシウム合金１０１に良好に形成されているかを正確に検査するのが難しい。

これに対し、本実施形態のプローブ１０ａは、例えば表面に被膜１０２を形成してなるマグネシウム合金１０１等といった被計測物１００であっても、表面抵抗率を安定して計測することができる。

以下、本実施形態のプローブ１０ａを用いた表面抵抗率の計測方法を、マグネシウム合金１０１からなる板材の表面に被膜１０２を施した被計測物１００の表面抵抗率の計測方法を例にとって以下に説明する。

プローブ本体１１を把持し、プローブ１０ａの接触部１４ａの平坦な接触面１５ａを、被膜１０２を施したマグネシウム合金１０１の表面に押し当てる。このようにすることにより、ブロック１１ａを介してクッション部１２の上面に略均一に面圧力を与えられるため、クッション部１２は、被計測物１００の表面の凹凸を吸収しながら弾性変形するとともに、接触部１４ａの接触面１５ａに略均一に押圧を与える。この押圧により、図２に示すように、接触部１４ａは弾性変形して、接触部１４ａの接触面１５ａが被計測物１００と面で接触する。したがって、被膜１０２が形成されている領域Ｓと被膜１０２が形成されていない領域Ｔとがまだらであっても、実際の表面抵抗率に極く近い、或いは、実際の表面抵抗率に比例した値を得ることができる。

しかも、ピン状の電極を有する従来のプローブでは、計測の際に被計測物１００の表面に傷をつけてしまうおそれがある。一旦、被計測物１００の表面に傷をつけてしまうと、回復が困難であるため、被計測物１００を電子機器の筐体などとして適用する場合には、その商品価値が下がってしまう。これに対し、本実施形態のプローブ１０ａでは、接触部１４ａが弾性変形しながら、被計測物１００の表面と面で接触するため、計測の際に被計測物１００の表面に傷を与え難い。

ところで、電極１３が露出していたり、接触部１４ａが良導体であったりすると、電極１３や接触部１４ａの良導体を通して、被測定面と平行の方向に電流が流れてしまい、被膜１０２の影響が見えなくなり実際の表面抵抗率（全体としての平均）よりも低い値が計測されてしまう。そのため、接触部１４ａを被計測物１００に面で接触させることで、実際の表面抵抗率（全体としての平均）に極く近い値、或いは、実際の表面抵抗率に対応した値（どう対応するかは、接触部１４ａの比抵抗に依存）を得ることができる。

以下、被膜１０２の被覆割合と計測される抵抗の値との関係を、１つのモデルを例示して説明する。このモデルは、ピン状の電極を有する従来のプローブにおける表面抵抗率計測結果と、本実施形態のプローブ１０ａにおける表面抵抗率計測結果とを模式的に比較するものである。

このモデルでは、ピン状の電極を有する従来のプローブを用いた場合の接触箇所を１箇所とする。このように仮定すると、電極１３よりも比抵抗が大きい接触部１４ａと被計測物１００とが面で接触する本実施形態のプローブ１０ａでは、電極１３は、接触部１４ａを介して、被計測物１００と複数箇所で接触すると考えることができる。ここでは、本実施形態のプローブ１０ａを用いた場合の接触箇所を１０箇所とする。また、マグネシウム合金１０１の電気抵抗は０Ω、接触箇所１箇所当たりの抵抗は１０Ω、被膜１０２は絶縁膜とし、電極１３と装置本体２との間の計測リードの抵抗は無視する。

マグネシウム合金１０１の表面の９０％が被膜１０２で被われている場合について説明する。ピン状の電極を有するプローブでは、１０％の確率で１０Ω、９０％の確率で０Ωと計測される。これに対し、本実施形態のプローブ１０ａでは、１０箇所の接触箇所のうちの１箇所が、マグネシウム合金１０１が露出する領域Ｔと接触する。すなわち、１０箇所の接触箇所のうちの１箇所が導通するため、１０Ωと計測される。

マグネシウム合金１０１の表面の５０％が被膜１０２で被われている場合について説明する。ピン状の電極を有するプローブでは、５０％の確率で１０Ω、５０％の確率で０Ωと計測される。これに対し、本実施形態のプローブ１０ａでは、１０箇所の接触箇所のうちの５箇所が、マグネシウム合金１０１が露出する領域Ｔと接触する。すなわち、１０箇所の接触箇所のうちの５箇所が導通する。これは、１０Ωの抵抗器を５個並列接続したときの合成抵抗（２Ω）に相当するため、２Ωと計測される。

マグネシウム合金１０１の表面の１０％が被膜１０２で被われている場合について説明する。ピン状の電極を有するプローブでは、９０％の確率で１０Ω、１０％の確率で０Ωと計測される。これに対し、本実施形態のプローブ１０ａでは、１０箇所の接触箇所のうちの９箇所が、マグネシウム合金１０１が露出する領域Ｔと接触する。すなわち、１０箇所の接触箇所のうちの９箇所が導通する。これは、１０Ωの抵抗器を９個並列接続したときの合成抵抗（１．１Ω）に相当するため、１．１Ωと計測される。

このように、本実施形態のプローブ１０ａを用いて表面抵抗率の計測すると、被計測物１００の表面のうち、電気を良く通す部分がどの程度の割合で存在するのか、或いは、計測している被計測物１００の表面がどの程度電気を通し易いかを知ることができる。

また、本実施形態のプローブ１０ａを用いて表面抵抗率の計測することで、例えば、酸化膜が形成されていたり、ほこりや油が付着している表面を有する被計測物１００の表面の状態（どの程度の被覆割合で酸化膜が形成されているか、どの程度ほこりや油が付着しているか等）を知ることもできる。

以上のように、本実施形態のプローブ１０ａは、電極１３上に、この電極１３よりも比抵抗が大きく、被計測物１００と面で接触可能な接触部１４ａを有している。そのため、微視的に見たときの表面の状態が不均一となるような被計測物１００や、酸化膜が形成されていたり、ほこり等が付着している表面を有する被計測物１００であっても、表面抵抗率を良好且つ安定に計測することができる。したがって、本実施形態のプローブ１０ａを用いることで、種々の被計測物１００の表面状態を良好に検査することができる。

しかも、本実施形態のプローブ１０ａでは、接触部１４ａは、被計測物１００と面で接触するように弾性変形するように形成されている。そのため、被計測物１００の一箇所に加重を集中させることなく、接触部１４ａを被計測物１００と面で接触させることができる。したがって、計測時に被計測物１００を傷つけてしまうのを抑制しつつ、被計測物１００の表面抵抗率を安定して計測することができる。

さらに、本実施形態のプローブ１０ａでは、接触部１４ａは、平坦面を有しているため、平板状の被計測物１００の表面抵抗率を計測する場合に、接触部１４ａを被計測物１００に良好に面接触させることができる。

また、本実施形態の表面抵抗率の計測方法では、電極１３上に、この電極１３よりも比抵抗が大きく、被計測物１００と面で接触可能な接触部１４ａを有するプローブ１０ａで、被計測物１００の表面抵抗率を計測するため、被計測物１００の表面抵抗率を安定して計測することができる。

しかも、本実施形態の表面抵抗率の計測方法では、互いに隣接し合う上記領域Ｔ（金属板が露出している領域）同士の間に電流が流れてしまうような大きな電流は必要としない。すなわち、比較的微小な電流（従来よりも微小な電流）で、被計測物１００の表面抵抗率を計測することができる。

以下、本発明の第２の実施形態を、図３を参照して説明する。

本実施形態の表面抵抗率計測用プローブ（以下、単にプローブと記載する）１０ｂは、カーボンを含むプラスチック薄板からなる接触部１４ａと置換して、導電性繊維で形成した布からなる接触部１４ｂを有している。なお、接触部１４ｂは、少なくとも被計測物１００に接触させる部分が繊維状の材料によって形成されてればよい。すなわち、接触部１４ｂとしては、導電性繊維で形成した布と、この布上に積層された粘着層とを有するものを採用してもよい。このようにすることにより、粘着層を介して導電性繊維で形成した布を導電フィルムに貼り付けるだけで、電極１３上に容易に接触部１４ｂを設けることができる。なお、他の構成は、上述した第１の実施形態と同様であるため、重複する説明は図に同符号を付して省略する。

本実施形態のプローブ１０ｂでは、接触部１４ｂは、接触面１５ｂの全面に複数の繊維が設けられている。これら複数の繊維は、被計測物１００の表面の凹凸に合わせて、その形状がフレキシブルに変化する。そのため、表面に凹凸のあるような被計測物１００であっても、プローブ１０ｂの接触部１４ｂを被計測物１００に面（複数の繊維の接触面の和）で接触させることができる。したがって、本実施形態のプローブ１０ｂによれば、第１の実施形態のプローブ１０ａと同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の第３の実施形態を、図４乃至図６を参照して説明する。

図４及び図５に示すように、本実施形態の表面抵抗率計測用プローブ（以下、単にプローブと記載する）１０ｃは、円柱状の電極２３と、この電極２３の外周面を覆うように設けられた接触部２４とを有している。電極２３は、例えば、銅などにより形成することができる。電極２３は、プローブ１０ｃの形状を保持するため保持手段、接触部２４に一定の圧力を入力し、接触部２４を被計測物１００に安定した面圧力で面接触させるための重り手段、及び、表面抵抗率を計測するための電極としての３つの機能を兼ねる。また、電極２３は、装置本体２（図４では図示を省略）と電気的に接続されている。

接触部２４は、電極２３よりも比抵抗が大きい材料、例えば、導電性繊維で形成した布からなる。この接触部２４では、その外周面が接触面２５となる。なお、接触部２４は、導電性繊維で形成した布上に粘着層を積層させた材料を用意し、これを円柱状の電極２３に複数回巻きつけるようにして形成してもよい。この場合、接触部２４は、導電性繊維からなる層と粘着層とが交互に積層された多層構造となる。

本実施形態のプローブ１０ｃは、図６に示すように、被計測物１００上に載置することで、自重（電極２３の重さ）により、接触部２４の一部が弾性変形しながら被計測物１００と面で接触する。したがって、本実施形態のプローブ１０ｃによれば、第１の実施形態のプローブ１０ａと同様の効果を得ることができる。

なお、第３の実施形態のプローブ１０ｃでは、電極２３を円柱状に形成したが、電極２３は、円筒状や球状に形成しても同様の効果を得ることができる。

また、第２及び第３の実施形態では、接触部１４ｂ，２４として、少なくとも被計測物１００に接触させる部分が繊維状の材料によって形成されてなるものを用いたが、接触部１４ｂ，２４としては、少なくとも被計測物１００に接触させる部分に導電性の複数のコイルばねを設けてなるものを用いてもよい。また、接触部１４ｂ，２４としては、表面に導体をコーティングしてなる布等を用いてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る表面抵抗率計測用プローブを一部切り欠いて示す側面図。 図１のプローブの先端を被計測物に押し付けた状態で示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係る表面抵抗率計測用プローブを一部切り欠いて示す側面図。 本発明の第３の実施形態に係る表面抵抗率計測用プローブを示す斜視図。 図４のプローブを示す断面図。 図４のプローブの一部を被計測物に押し付けた状態で示す断面図。

符号の説明

１…表面抵抗率計測装置、 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ…表面抵抗率計測用プローブ、 １１…プローブ本体、 １２…クッション部、 １３，２３…電極、 １４ａ，１４ｂ，２４…接触部、 １５ａ，１５ｂ，２５…接触面、 １００…被計測物

Claims (6)

1. 被計測物の表面抵抗率を計測する表面抵抗率計測装置に備えられる表面抵抗率計測用プローブであって、
   電極と、
   この電極よりも比抵抗が大きく、前記電極上に設けられ、前記被計測物と面で接触可能な接触部とを具備することを特徴とする表面抵抗率計測用プローブ。
2. 前記接触部は、前記被計測物と面で接触するように弾性変形することを特徴とする請求項１に記載の表面抵抗率計測用プローブ。
3. 前記接触部は、少なくとも前記被計測物に接触させる部分が繊維状の材料によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の表面抵抗率計測用プローブ。
4. 前記接触部は、前記被計測物に接触される平坦な接触面を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表面抵抗率計測用プローブ。
5. 被計測物の表面抵抗率を計測する表面抵抗率計測装置に備えられる表面抵抗率計測用プローブであって、
   プローブ本体と、
   このプローブ本体に設けられた弾性体からなるクッション部と、
   このクッション部上に設けられた電極と、
   この電極よりも比抵抗が大きく、前記電極上に設けられ、前記被計測物と面で接触可能な接触部とを具備することを特徴とする表面抵抗率計測用プローブ。
6. 電極と、この電極よりも比抵抗が大きく、前記電極上に設けられ、表面抵抗率を計測する被計測物と面で接触可能な接触部とを備えた表面抵抗率計測用プローブを用い、前記接触部を前記被計測物と面で接触させて、前記被計測物の表面抵抗率を計測することを特徴とする表面抵抗率の計測方法。

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