JP2928545B2 - プリント回路基板試験装置のためのコネクタ・システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明はプリント回路基板試験装置に（printed circ
uit boad test facilities）関するもので、特に、ベッ
ド・オブ・ネイル式インターフェース（bed of nails i
nterface）をプリント回路基板試験装置の試験回路群と
共に被試験プリント回路基板へ相互接続せさるために使
用するコネクタ・システムに関するものである。

［従来技術とその問題点］ 従来より、プリント回路基板試験装置の分野において
は、被試験プリント基板フィクスチャ（print−circuit
−board−under−test fixture）を回路基板試験装置の
電子回路群から構成されるデバイス・スキャナ・エレク
トロニクス・プリント回路カード（device scanner ele
ctronics printed circuit card）を共にベッド・オブ
・ネイル式インターフェースと有効に相互接続すること
が課題であった。プリント回路基板試験装置は、アナロ
グ回路、ハイブリッド回路、デジタル回路等の試験に用
いられる完全に集積化された１セットのリリースであ
る。プリント回路基板試験装置は、典型的には、プリン
ト回路基板上に設置された様々なデバイスについて、シ
ョート・オープン・テスト（shorts and open test
s）；アナログ、ハイブリット、デジタルインサーキッ
トテスト；アナログ、ハイブリッドデジタル・クラスタ
及びファンクションテストを実施する。プリント回路基
板試験装置によって実行されるテスト・シーケンスは被
試験プリント回路基板の動作要件に適合するように、プ
リント回路基板試験装置にプログラムされる。プリント
回路基板試験装置にあるタイミング関係（timed relati
onship）で一連の刺激（stimuli）を発生させ、これら
の刺激を被試験プリント回路基板に印加する試験プログ
ラムが試験技術者によって書かれる。被試験プリント回
路基板に対する電気的相互接続（electrical interconn
ection）は、「ベッド・オブ・ネイル」式インターフェ
ースを介して達成される。このインターフェイスは、あ
らかじめ配置されたパターンで複数個の導電性スキャナ
・ピンを有する。被試験プリント回路板はこの「ベッド
・オブ・ネイル」式インターフェースの上側に配置さ
れ、その位置に固定されることにより、プリント回路基
板試験装置は、被試験プリント回路基板上の様々なデバ
イス及び導電性パス（conductive poth）に対し電気的
刺激信号（stimuli electrical signals）を印加するこ
とが可能となる。プリント回路基板試験装置は、また、
スキャナ・ピンを介して被試験プリント回路基板上の予
め指定されたポイントをモニタし、被試験プリント回路
基板に印加された刺激に対するリスポンスを検出する。
プログラムされた刺激（programmed stimuli）に応答し
て、被試験プリント回路基板が発生する出力信号のタイ
ミング及びパターンは、一組の既知のプリント回路基板
による応答と比較され、被試験プリント回路基板が正常
に動作するかどうかの判定が行われる。

従来のプリント回路基板試験装置では、プリント回路
基板コネクタ・システムを用いて「ベッド・オブ・ネイ
ル」式スキャナ・ピンとプリント回線基板試験装置の回
路群を含むデバイス・スキャナ・エレクトロニクス・プ
リント回路カードとの間に機械的及び電気的インターフ
ェースの両方が提供されていた。被試験プリント回路基
板に対してプリント回路基板試験装置によって印加され
る電気的刺激信号とそれに対するリスポンスが、被試験
プリント回路基板上の電子構成素子へのまたはそこから
のどちらの方向でもプリント回路基板コネクタ・システ
ムを通る。従って、プリント回路基板コネクタ・システ
ムは、被試験プリント回路基板上の電子構成素子が適確
に動作するかまたは不適確に動作するように不正確に設
計されないことを保証するため、電気的刺激信号及びリ
スポンス信号の信号品質を維持しなければならない。ス
キャナ・ピンとプリント回路基板試験装置のデバイス・
スキャナ・エレクトロニクス・プリント回路カードとの
信号パスの長さは、信号品質を確保するため、できるだ
け短くしなければならない。これは、通常、その上部に
ベッド・オブ・ネイル式スキャナ・ピンが配置されるプ
リント回路基板試験装置のデバイス・スキャナ・エレク
トロニクス・プリント回路カードの垂直構成を指示する
（dictated）ものである。被試験プリント回路基板は
「ベッド・オブ・ネイル」式スキャナ・ピン上に直接配
置される。プリント回路基板試験装置のこのような設計
では、このシステムのアセンブリ及び維持することが極
めて難しい。

ベッド・オブ・ネイルからのスキャナ・ピンは、一般
に大型の方形プローブ・プレート（rectangular probe
plate）を用いて所定の位置に固定される。これらスキ
ャナ・ピンは、それぞれスキャナ・ピン・アセンブリ
（scanner pin assembly）を受け入れる、マトリックス
系またはxy座標系で穴あけされたホール内に配置され
る。スキャナ・ピン・アセンブリを相互接続する典型的
な方法では、「ベッド・オブ・ネイル」の各スキャナ・
ピンと接続するワイヤ・ラップ端子（wire wrap termin
al）を用いて、プリント回路基板試験装置のデバイス・
スキャナ・エレクトロニクス・プリント回路カードに対
するベッド・オブ・ネイルの相互接続を可能にする。コ
ネクタ形成したケーブルからの導線は、ベッド・オブ・
ネイルのスキャナ・ピンと接続するワイヤ・ラップ端子
と電気的に接続し、電気的インター・フェースを得られ
る。嵌合コネクタ（mating connector）がプリント回路
基板試験装置におけるデバイス・スキャナ・エレクトロ
ニクス・プリント回路カードのそれぞれとワイヤ接続す
ることにより、これらデバイス・スキャナ・エレクトロ
ニクス・プリント回路カードとベッド・オブ・ネイル式
スキャナ・ピンとの相互接続を可能にする。この構成に
おける問題は、電気的相互接続が多数あり、そのそれぞ
れが、スキャナ・ピンとプリント回路基板試験装置のデ
バイス・スキャナ・エレクトロニクス・プリント回路カ
ード上の電子的構成素子との電気的接続部に大きさが変
動する抵抗が印加される点である。従って、電気的パス
の長さは、かなりな量の抵抗を生じさせることより、プ
リント回路基板試験装置の電気的性能に悪影響を及ぼ
す。

「発明の目的］ 本願発明の目的は、上述の問題点を解消し、被試験プ
リント回路基板のより正確なアライメントと高精度な電
気的接続を可能にするプリント回路基板試験装置のため
のコネクタ・システムを提供することにある。

［発明の概要］ 本願発明では、ベッド・オブ・ネイルのスキャナ・ピ
ンとプリント回路基板試験装置を構成するデバイス・ス
キャナ・エレクトロニクス・プリント回路カード間に、
有効で単一の電気的相互接続及び機械的相互接続を提供
する。

本システムでは、従来の問題点を解決し、この技術分
野において顕著な技術的進歩が達成される。本発明に係
るコネクタ・システムは並行に配置された複数個のコネ
クタ・ブロック（connector blocks）を有し、ベッド・
オブ・ネイルのスキャナ・ピンによるxy座標軸マトリッ
クスを実現する。各コネクタ・ブロックは、取替え可能
なスプリング付きスキャナピン（spring loaded scanne
rpins）が装着された特別注文で成形したプラスチック
・ブロックで構成される。コネクタ・ブロックは、スプ
リング付きピンの負荷によるたわみを最小化する非常に
高い剛性と極めて正確な寸法に関する安定性と電気信号
に対する高インピーダンスとそれが取りつけられる受け
プレートと同様な熱膨張特性と非常に正確な位置決めを
提供する。

各スキャナ・ピンは、例えば、疑問符（question mar
k）の形状等の湾曲した形状に曲げられたリード線に接
続される。各リード線は、プリント回路基板試験装置の
デバイス・スキャナ・エレクトロニクス・プリント回路
カードのメッキされた対応するホールを通過し、所定の
位置にハンダ付けされる、リード線の曲げ（bend）は、
相対運動に対する機械的抵抗を最小化し、またこうした
相対運動によって生じるはんだ付けされた接続部及びス
キャナ・ピンにかかる応力も最小化する。本コネクタ・
システムの構成によって、いくつかの重要な特性が与え
られる。：（１）スキャナ・ピンからデバイス・スキャ
ナ・エレクトロニクス・プリント回路カード上の電気部
品への短い電気的パス；（２）空間において、単一の固
定された点に対する各スキャナ・ピンの極めて正確な３
座標軸に関する位置；（３）スキャナ・ピンとデバイス
・スキャナ・エレクトロニクス・プリント回路カード間
の単一軸コンプライアンス、これにより、デバイス・ス
キャナ・エレクトロニクスプリント回路カードがその軸
に固定されると、スキャナ・ピンの位置決めを可能にす
る。

本発明の上述の及び他の特徴及び利点は、次に詳述す
る説明により明確となる。

［発明の実施例］ コネクタ・システム構成（connector system architect
ure） 本願発明によるプリント回路基板試験装置のコネクタ
・システムの一実施例では複数個のコネクタ・ブロック
30を備え、各コネクタ・ブロックは、第１図に示すよう
に、隣接のコネクタ・ブロックに対して並列に配置され
る。各コネクタ・ブロック30の上部より突出するスキャ
ナ・ピン20は、受けプレート40内の対応する方形のアパ
ーチャを通って伸張しており、プリント回路基板試験装
置のスキャナ・ピンより構成されるxy座標軸マトリック
スを形成する。（第１図には、本システムの様々な構成
素子の配置を示すために用いられるｘ、ｙ、ｚの座標軸
が示される。）受けプレート40内のアパーチャは、幾か
のコネクタ・プロック30に対する単一の大きなアパーチ
ャとするか、コネクタ・プロック30毎に１個のアパーチ
ャ、よって複数個のアパーチャを設けることも可能であ
る。各コネクタ・ブロック30には、ｚ軸方向において下
向に伸長する関連のデバイス・スキャナ・エレクトロニ
クス・プリント回路カード60（第２図及び第３図参照）
が接続される。プリント回路カード60はｘ−ｚ座標軸平
面と同一平面である。コネクタ・ブロック30は、スキャ
ナ・ピン20とプリント回路カード60の間に、集積化され
た，単一の機械的及び電気的インターフェースを形成す
る。コネクタ・ブロック30とプリント回路カード60間に
形成される機械的インターフェースは、３つ全ての座標
方向におけるアライメントの変動を自動的に補償しなけ
ればならない。プリント回路カード60は、プリント回路
基板試験装置に固定されており、隣接のプリント回路カ
ードと正確に整列（align）されないことがある。この
ような不正確なアライメント（misalignment）は、スキ
ャナ・ピンのマトリックスにおける関連したスキャナ・
ピン20の位置精度の損失に反映される。従って、コネク
タ・ブロック30は隣接のプリント回路カード60間の位置
に関する不正確なアライメント（posetionalmisalignme
nt）を相殺し、ｘ、ｙ、ｚ座標軸方向の基準点に関して
スキャナ・ピンを自動的にアライメントさせなければな
らない。

各コネクタ・ブロック30は、上部表面でｚ軸方向に成
形された、複数個のホール１を有する特別注文で成形し
たプラスチック・ピースを含む。これらホール１は、コ
ネクタ・ブロック30の一方の端部から他方の端部までの
直線でｘ軸方向に沿って、正確に間隔がおかれた配置で
設置される。コネクタ・ブロック30は、硫化ポリフェニ
レン樹脂として一般に知られている型のプラスチック
（市販で、周知のPhillips Ryton R4樹脂等）から製造
され、第１図に示すように、その断面がＴ字型のはり
（beam）に特別に成形されたものである。この形式のプ
ラスチックは、成形が簡単で、電気信号に対して極めて
高いインピーダンスを有する。このプラスチックはま
た、極めて高い剛性を与え、スプリング付きスキャナ・
ピンの負荷がかかる条件下でｚ軸方向におけるコネクタ
・ブロック30のたわみを最小化する。コネクタ・ブロッ
ク30は、また、ｘ方向及びｙ方向における非常に正確な
寸法に関する安定性を有し、第１図に示すように複数個
のスキャナ・ピン20のｘ軸及びｙ軸方向における精密な
配列が維持される。各スキャナ・ピン20は「ポゴ・ピン
（pogo pin）」として知られる市販のスプリング付き
接点（spring loaded contact）である。各スプリング
付きスキャナ・ピン20は対応するスキャナ・ピン・ソケ
ット10に装着される。この各スキャナ・ピン・ソケット
10は、コネクタ・ブロック30の上側の対応するホール１
に圧入される。

各コネクタ・ブロック30には、また、一組のアライメ
ント・ボス32を備える。これらは、コネクタ・ブロック
の両端に設置され、ｘ軸及びｙ軸に関するアライメント
・ボスとｚ軸の基準となる。各アライメント・ボス32に
は、ねじ込み式インサート33を有する。アライメント・
ボス32を用いて、コネクタ・ブロック30を関連の受けプ
レート40と接続する。コネクタ・ブロック30には更に、
複数個のプリント回路カード取付けボス31も備え、以下
に説明するようにコネクタ・ブロック30をプリント回路
カード60に固定するために用いられる。

第２図には、コネクタ・ブロック30の断面図で、スキ
ャナ・ピン20、スキャナ・ピン・ソケット10、プリント
回路カード取付けボス31、他のいくつかの構成素子の配
置が示されている。第２図のプリント回路カード60はデ
バイス・スキャナ・エレクトロニクス・プリント回路カ
ードで、プリント回路基板試験装置の信号発生のタイミ
ング及び検出回路群を構成する。プリント回路カード60
は複数個の溝付ホール61（slotted holes）を含み、そ
れぞれは対応するプリント回路カード取付ボス31の１つ
と嵌合する。溝付ホールはｘ軸方向に伸長されると同時
にｚ軸方向におけるプリント回路カード取付ボス31の公
差が小さい。これはコネクタ・ブロック30とプリント回
路カード60間のｘ軸方向における相対的運動が可能とな
るが、ｚ軸方向における動きは制限される。溝付きホー
ル61を使用することによりコネクタ・ブロック30の配列
に関連してプリント回路カード60のアライメントの変動
が、自動的に補償される。ｙ軸方向における動きは、プ
リント回路カード60に取付けられたコネクタ・ブロック
30を固定的に保持するプッシュオン式保持リング（push
−on retaining ring）70を用いることによって阻止さ
れる。

上述のホール（slotted attachment holes）61によっ
て、コネクタ・ブロック30とプリント回路カード60の物
理的相互接続及びその間の不正確なアライメントが生じ
ると同時に疑問符形状の曲げ（a bend 12 in the shape
of a question mark）を含むたわみリード線（flexibl
e lead wire）11を用いてこれら２つの構成素子間の電
気的相互接続が達成される。プリント回路カード60に
は、各リード線11毎に、メッキされたホール（plated h
ole）62が設けられる。リード線11の端部は、対応する
メッキされたホール62を通り、ハンダ63を用いてハンダ
付けされ、リード線11とプリント回路カード60の表面に
おける導電パス（図示せず）との間に電気的相互接続が
形成する。曲げ12の使用は、プリント回路カード60に関
連するコネクタ・ブロック30の相互運動に対する機械的
抵抗を最小化し、また、この相対運動によって生じるリ
ード線及びハンダ付けされた接続部63に対する応力も最
小化する。加えて、リード線11の直径は、スプリング付
きスキャナ・ピン20とその対応するスキャナ・ピン・ソ
ケット10のために設けられた、コネクタ・ブロック30の
対応するホール１の直径より小さい。この電気的相互接
続によって、最少の相互接続でスキャナ・ピン20とプリ
ント回路カード60の間に極めて短い電気的パス（eletri
cal path）が提供される。この電気的パスは低い抵抗と
最小の変動を示し、この電気的パスによって生じる信号
の劣化が軽減される。

スキャナ・ピン・ソケット10は、コネクタ・ブロック
30に設けられた対応するホール１に圧入される自動芯出
し（self centering）ソケットである。スキャナ・ピン
・ソケット10の正確なｚ軸上の位置決めが、スキャナ・
ピン・ソケット10の一方の端部付近に配置されたショル
ダ21を用いることによって可能となる。アセンブリ・プ
ロセスにおいて、スキャナ・ピン・ソケット10をショル
ダ21がコネクタ・ブロック30の上側表面と接触するま
で、対応するホール１に圧入する。これより、スキャナ
・ピン・ソケット10のｚ軸位置を正確に決定することが
できる。こうしてコネクタ・ブロック30の上側表面に対
して、スキャナ・ピン・ソケット10の正確な位置決めが
可能となる。スキャナ・ピン20には、スプリング負荷さ
れ、スキャナ・ピン・ソケット10に圧入される。スキャ
ナ・ピン20はメインテナンスの目的のため、取り替え可
能なものである。

第３図は、コネクタ・ブロック30の側面図である。こ
こでは、受けプレート40へのコネクタ・ブロック30の取
付けが示されている。受けプレート40は、その両端にア
ライメント・ホール（面取りホール）41（chamfered ho
les）を有し、受けプレート40の上側表面に画定される
空間の固定された点に関して極めて有効に制御された公
差を備える。アライメント・ホール41は、コネクタ止め
ねじ50を受けるためのねじ立てが施された（tapped to
receive）小さい直径部を有する。コネクタ止めねじ50
は、その先端に雄ねじを有するが、ねじ付きホールに接
触しない（clears threaded hole）直径にまで、細くな
る（necks down）。従って、止めねじ50は、ねじ付きの
先端部とヘッドの範囲内でｚ軸上の移動が自由で、受け
プレートのアライメイント・ボス32と止めねじ50との締
めしろ（interference）が除去される。止めねじ50は、
アセンブリ・プロセスにおいて、いつの時でも受けプレ
ート40に保持される。

プリント回路カード60は、それに取付けられるコネク
タ・ブロック30と共に対応するホール41の下に配置され
る。これは、コネクタ・ブロック30のどちらかの端部の
アライメント・ボス32が受けプレート40内の対応するホ
ール41のほぼ中心の下に位置する。止めねじ50が細い部
分（necked down portion）を有していることより、止
めねじはねじ付きホール42にゆるくはまる。従って、各
止めねじ50のねじ付き端部は、アライメント・ボス32の
内側におさめられる。コネクタ・ブロック30を受けプレ
ートと接触するまで手で引き上げると、コネクタ・ブロ
ック30の各アライメント・ボスの上部が、受けプレート
40のアライメント・ホール41のエッジと接触する。コネ
クタ・ブロック30のアライメント・ボス32の角度のなす
先端部が、アライメント・ホール41の広い面取り部分と
嵌合する際、アライメント・ボス32及びアライメント・
ホール41上の面取り部の角度によって、コネクタ・ブロ
ック30をｘ軸方向及びｙ軸方向へ移動させ、その結果、
受けプレート40に対するコネクタ・ブロック30が配置さ
れる。このアライメントは、コネクタ・ブロック30を受
けプレート40に対して完全に据えつけるまで継続され
る。従って、アライメント・ボス32トアライメント・ホ
ール41の広い面取り部の角度によって、受けプレート40
に対してコネクタ・ブロック30のｘ軸及びｙ軸の位置決
めが行われると同時にアライメント・ボス32内のねじ付
きインサート33内の止めねじ50のねじ山を係合させ、堅
く保持されるとき、アライメント・ボス32はｚ軸方向に
おけるコネクタ・ブロック30の位置決めを提供する。上
述したように取付けられると、コネクタ・ブロック30の
どちらかの端部のアライメント・ボス32を用いることに
よって、コネクタ・ブロック30はｘ、ｙ、ｚ軸方向にお
ける正確な位置を定める。前述したように、コネクタ・
ブロック30の製造に用いられる材料は、たとえ受けプレ
ート40が、典型的にアルミニウム等の材料より製造され
ても、受けプレート40とほぼ同じ熱膨脹係数を備える。
従って、コネクタ・ブロック30は、熱膨脹率（thermal
expansionrate）が一致することにより、ｘ軸方向にお
いて寸法に関する安定性を備える。ｙ軸方向における寸
法に関する安定性は、第１図に示すように、コネクタ30
に対しはり型（beam type）の設計を用いることによっ
て得られる。使用する材料及びこの設計の細部は被試験
プリント回路基板と接触するように配置されるスプリン
グ付きスキャナ・ピン20によって供給される負荷におけ
るたわみを最小化する極めて高い剛性を供給する。これ
によりこのはり型設計によって、ｚ軸方向における寸法
に関する安定性も得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本願発明に係るプリント回路基
板試験装置のためのコネクタ・システムは次の主要要件
を満足させるものである。（１）各スキャナ・ピンか
ら、プリント回路基板試験システムのデバイス・スキャ
ナ・エレクトロニクス・プリント回路カードまでの電気
的パスが短い。（２）空間における単一の固定した点に
対する各スキャナ・ピンの３座標軸に関する位置を非常
に正確に定める。（３）スキャナ・ピンと関連するデバ
イス・スキャナ・エレクトロニクス・プリント回路カー
ド間に重要な単一の軸に関するコンプライアンスが得ら
れ、デバイス・スキャナ・エレクトロニクス・プリント
回路カードがその軸に固定されると、スキャナ・ピンの
位置決めを可能にする。また、本発明によって満足され
る幾かの二次的な要件が存在する。二次的要件とは次の
ようなものである。（１）各スキャナ・ピンからデバイ
ス・スキャナ・エレクトロニクス・プリント回路カード
への電気抵抗が最小化される。（２）接続パスは移動、
温度、湿度に対する安定性が極めて高い。（３）隣接の
スキャナ・ピン間の電気信号に対するインピーダンスが
極めて高い。（４）衝撃及び振動環境下でもデバイス・
スキャナ・エレクトロニクス・プリント回路カードを堅
く固定させる。

上述のプリント回路基板試験装置のためのコネクタ・
システムは、これら主要要件と二次的要件の全てを満足
させ、これにより、プリント回路基板試験装置に要求さ
れるベッド・オブ・ネイルを実現し、有効で．比較的安
価なコネクタ・システムを得ることができる。

以上本発明の特定の実施例について詳述したが、本発
明によりその他の代替の実施例を設計することは当業者
によって容易に実施可能であることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるプリント回路基盤の
ためのコネクタ・システムの概略図。第２図は第１図の
コネクタ・システムの部分断面図。第３図は第１図の立
面図である。 1:ホール、10:スキャナ・ピン・ソケット、 20:スキャナ・ピン、30:コネクタ・ブロック、 31:プリント回路カード取付けボス、 32:アライメント・ボス、40:受けプレート、 50:止めねじ、60:プリント回路カード。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】夫々その上面において垂直に配設されたス
   キャナ・ピンを有する別々の単位コネクタ・ブロックを
   複数連結させて組立てることによって形成されるコネク
   タ・システムであって、 前記コネクタ・ブロックの一側面においてその軸が該側
   面に対して垂直になるように設けられた第１のボスと、 前記第１のボスに係合する第１の孔を有し、前記単位コ
   ネクタ・ブロック夫々の前記一側面に平行に取り付けら
   れるプリント回路カードと、 前記単位コネクタ・ブロック夫々に前記プリント回路カ
   ードを固定するための第１の固定手段と、 前記複数の単位コネクタ・ブロックの配列に対応した開
   口であって、少なくとも前記スキャナ・ピンを貫通させ
   るように設けられた開口と、前記コネクタ・ブロック上
   面端部に垂直に設けられた第２のボスと係合する第２の
   孔とを有するプレートと、 前記コネクタ・ブロックを前記プレートに固定するため
   の第２の固定手段とを備えており、前記第１のボスによ
   って前記プリント回路カードの面に平行な面における前
   記スキャナ・ピンの位置が決定され、前記第２のボスに
   よって前記プレートの面に平行な面における前記スキャ
   ナ・ピンの位置が決定されることを特徴とするコネクタ
   ・システム。
2. 【請求項２】前記第１の固定手段は、それを介して前記
   第１の孔に前記第１のボスが挿通支持されるように穿設
   されたプッシュオン式保持リングを含むことを特徴とす
   る、請求項１に記載のコネクタ・システム。