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JP6000046B2 - プローブユニットおよび検査装置 - Google Patents

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JP6000046B2
JP6000046B2 JP2012220093A JP2012220093A JP6000046B2 JP 6000046 B2 JP6000046 B2 JP 6000046B2 JP 2012220093 A JP2012220093 A JP 2012220093A JP 2012220093 A JP2012220093 A JP 2012220093A JP 6000046 B2 JP6000046 B2 JP 6000046B2
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Description

本発明は、一対のプローブを連結して構成されたプローブユニット、およびそのプローブユニットを備えた検査装置に関するものである。
連結された2つのプローブを有するプローブユニットとして、特開2002−357630号公報において出願人が開示した高周波プローブが知られている。この高周波プローブは、棒状にそれぞれ形成された信号端子およびグランド端子を備え、両端子が平行に並べられた状態で連結されて構成されている。この場合、この高周波プローブを用いて基板に設けられている導体パターン(検査対象導体)の検査を行う際には、先端部に高周波プローブを取り付けたアームを導体パターンに近接するように移動(プロービング)させて、信号端子およびグランド端子の双方を導体パターンに同時に(一度に)接触させる。次いで、信号端子およびグランド端子を介して入出力した信号に基づいて電気的特性を測定し、その測定結果から導体パターンの良否を検査する。
特開2002−357630号公報(第3−4頁、第6図)
ところが、上記の高周波プローブには、改善すべき以下の課題がある。すなわち、この高周波プローブは、一対の棒状の端子を平行に並べた状態で連結して構成されているため、平面的な(基板の表面に平行な)導体パターンに対して各端子が垂直な状態でプロービングを行ったときには、導体パターンに対して各端子の双方を同時に接触させることができる。しかしながら、例えば導体パターン上に形成された半球状の半田バンプに対してプロービングを行う際に、一方の端子が半田バンプにおける頂部の上方に位置し、他方の端子が頂部から外れた部分の上方に位置しているときには、一方の端子だけが半田バンプに接触して、他方の端子は半田バンプに接触しないおそれがある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、一対のプローブをプロービング対象に確実に接触させ得るプローブユニットおよび検査装置を提供することを主目的とする。
上記目的を達成すべく請求項1記載のプローブユニットは、平行に並べた一対のプローブの基端部を絶縁した状態で連結して1つのプロービング対象に当該各プローブの先端部を同時に接触可能に構成されたプローブユニットであって、前記各プローブを支持する支持部を備え、前記プローブは、前記基端部と前記先端部との間に当該プローブにおける他の部分よりも厚みが薄い薄厚部が形成されて当該先端部他方の前記プローブの前記先端部とが互いに近接および離反するように当該薄厚部を支点として変形可能に構成され、前記支持部は、基体部と、当該基体部における幅方向の中央部に形成されて両側部に前記各プローブの前記基端部をそれぞれ固定可能な固定部と、当該固定部に固定された固定状態の前記各プローブから離間して当該各プローブの中間に位置する状態で当該各プローブの長さ方向に沿って当該固定部から突出する板状に形成されて前記先端部同士が互いに近接する向きに予め決められた変形量だけ当該プローブが変形したときに当該プローブが当接して当該変形量以上の変形を規制して当該先端部同士の接触を防止する第1規制部材と、前記固定状態の前記各プローブからそれぞれ離間して当該各プローブの外側に位置する状態で当該各プローブの長さ方向に沿って前記基体部から突出する板状に形成されて前記先端部同士が互いに離反する向きに予め決められた変形量だけ当該プローブが弾性変形したときに当該プローブが当接して当該変形量以上の当該プローブの変形を規制する一対の第2規制部材とを備えて構成されている
また、請求項2記載のプローブユニットは、請求項1記載のプローブユニットにおいて、前記各プローブの前記先端部における前記固定状態で互いに対向する各側面には、先端に向かうに従って当該先端部の幅が狭くなるように当該プローブの長さ方向に対して傾斜する傾斜面がそれぞれ形成されている。
また、請求項記載の検査装置は、請求項1または2記載のプローブユニットと、前記プロービング対象としての基板の導体部に接触させた前記プローブユニットの前記各プローブを介して入力した電気信号に基づいて当該基板を検査する検査部とを備えている。
請求項1記載のプローブユニット、および請求項記載の検査装置では、プローブの基端部と先端部との間に薄厚部が形成されて、先端部が他方のプローブの先端部から離反するように薄厚部を支点として変形可能にプローブが構成されている。この場合、薄厚部が形成されていないプローブでは、先端部の変形が困難なため、例えば、半球状に形成されているプロービング対象としての半田バンプに対してプロービングを行う際に、半田バンプの中心を通る鉛直線と、プローブユニットにおける各プローブの間の中心線とが一致していないときには、プローブユニットにおける一対のプローブの一方の先端部だけが半田バンプに接触し、他方のプローブが非接触状態のまま下降が停止して、検査ができないことがある。これに対して、このプローブユニットおよび検査装置では、半田バンプの鉛直線とプローブユニットの中心線とが一致していない場合においても、半田バンプに先に接触したプローブの先端部が薄厚部を支点として弾性変形しつつ、他方のプローブの先端部が半田バンプに接触するまでプローブユニットが下降し、これによって各プローブの各先端部の双方を半田バンプに接触させることができる。したがって、このプローブユニットおよび検査装置によれば、プローブユニットにおける一対のプローブをプロービング対象としての半田バンプに確実に接触させることができる。
また、このプローブユニット、および検査装置によれば、先端部同士が近接する向きへの予め決められた変形量以上のプローブの変形を規制する第1規制部材を備えたことにより、先端部同士の接触を確実に防止することができる。このため、このプローブユニットおよび検査装置によれば、先端部同士が接触した状態で基板の検査が行われて、これによって誤った良否判定がされる事態を確実に防止することができる。
また、このプローブユニット、および検査装置によれば、先端部同士が離反する向きへの予め決められた変形量以上のプローブの変形を規制する第2規制部材を備えたことにより、先端部同士の予め決められた距離以上の離反を確実に制限することができる。このため、このプローブユニットおよび検査装置によれば、各プローブの先端部同士が予め決められた距離以上に離反することに伴ってプロービング対象に対する先端部からの押圧力が低下し、これによって先端部とプロービング対象との電気的接続が不十分となる事態を確実に回避することができる。
検査装置1の構成を示す構成図である。 プローブユニット3の構成を示す斜視図である。 プローブユニット3の分解斜視図である。 検査装置1を用いた検査方法を説明する第1の説明図である。 検査装置1を用いた検査方法を説明する第2の説明図である。 検査装置1を用いた検査方法を説明する第3の説明図である。 検査装置1を用いた検査方法を説明する第4の説明図である。 検査装置1を用いた検査方法を説明する第5の説明図である。 検査装置1を用いた検査方法を説明する第6の説明図である。
以下、プローブユニットおよび検査装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
最初に、検査装置の一例としての検査装置1の構成について説明する。図1に示す検査装置1は、一例として、プロービング対象としての基板100に設けられている導体パターン101(図4参照)の断線や短絡などを検査可能に構成されている。具体的には、検査装置1は、図1に示すように、支持台2、2つのプローブユニット3、プロービング機構4、測定部5、操作部6、記憶部7および制御部8を備えて構成されている。
支持台2は、クランプ部(図示せず)を備え、検査対象の基板100を支持可能に構成されている。
プローブユニット3は、図2,3に示すように、支持部11、および一対のプローブ12を備えて構成されて、図4示すように、基板100の導体パターン101上に形成されている半田バンプ102(導体部)に各プローブ12が接触している状態で、半田バンプ102に対する電気信号の入出力を可能に構成されている。
支持部11は、図2,3に示すように、基体部21、固定部22、第1規制部材23、および2つの第2規制部材24を備えて一体に構成されている。また、支持部11は、絶縁性(非導電性)を有して高強度な材料(一例として、炭化珪素や窒化珪素などのセラミックス)で形成されている。
基体部21は、プロービング機構4のアーム41(図1参照)に取り付け可能に構成されている。この場合、図2,3に示すように、基体部21には、2つの挿通孔21aが形成されており、この挿通孔21aに挿通させた図外の取り付け用ネジによって基体部21がアーム41に取り付けられる。
固定部22は、プローブ12を固定可能に構成されている。具体的には、図3に示すように、固定部22には、4つのネジ穴22a(同図では、2つのみを図示している)が形成されており、プローブ12の基端部31に形成されている挿通孔31aに挿通させた固定用ネジ13(例えば、キャップスクリュー)をこのネジ穴22aにねじ込むことによってプローブ12が固定部22に固定される。
第1規制部材23は、図2,3に示すように、固定部22の幅方向(両図における左右方向)の中央部から下向きに突出する板状(角柱状)に形成されている。この第1規制部材23は、一対のプローブ12における先端部32同士が互いに近接する向き(つまり、内向き)に予め規定された規定量だけ先端部32側が弾性変形したときに、先端部32が当接してそれ以上の弾性変形を規制して先端部32同士の接触を防止するストッパとして機能する。
第2規制部材24は、図2,3に示すように、基体部21の両端部から下向きに突出する板状(角柱状)にそれぞれ形成されている。この第2規制部材24は、一対のプローブ12における各先端部32が互いに離反する向き(外向き)に予め規定された規定量だけ先端部32側が弾性変形したときに、先端部32が当接してそれ以上の弾性変形を規制して先端部32同士の予め規定された規定距離以上の離反を制限するストッパとして機能する。
プローブ12は、導電性および弾性を有する材料(一例として、ベリリウム銅合金、SKH(高速度工具鋼)およびタングステン鋼など)を用いて、図2,3に示すように、全体として四角柱状に形成されている。また、図3に示すように、プローブ12の基端部31には、支持部11の固定部22に固定するための固定用ネジ13を挿通可能な複数(この例では、2つ)の挿通孔31aが形成されている。また、プローブ12の先端部32には、プローブ12の長さ方向に対して傾斜する傾斜面32aが設けられている。
さらに、プローブ12の基端部31と先端部32との間には、プローブ12における他の部分よりも厚みが薄い薄厚部33が設けられている。この場合、薄厚部33は、プローブ12における対向する2つの側面をそれぞれ円弧状に切り欠くことによって形成されている。このプローブ12では、基端部31と先端部32との間に薄厚部33を設けたことにより、支持部11の固定部22に基端部31が固定された状態において、薄厚部33を支点として先端部32が弾性変形することが可能となっている。
プロービング機構4は、図1に示すように、2つのアーム41を備え、制御部8の制御に従い、支持台2に支持されている基板100の表面に沿った方向(XY方向)、および基板100に接離する下向きおよび上向き(Z方向)に各アーム41を移動させて基板100の半田バンプ102にプローブユニット3のプローブ12をプロービング(接触)させるプロービング処理を実行する。
測定部5は、基板100の各半田バンプ102にプロービングされた各プローブユニット3の各プローブ12を介して入出力する電気信号に基づき、各半田バンプ102に接続している導体パターン101間の抵抗を4端子法で測定する測定処理を実行する。操作部6は、各種のスイッチやキーを備えて構成され、これらが操作されたときに操作信号を出力する。
記憶部7は、各プローブユニット3をプロービングさせるべき各半田バンプ102の位置を示す位置データを記憶する。また、記憶部7は、基板100(導体パターン101)の検査に用いる抵抗値の基準値を記憶する。
制御部8は、プロービング機構4によるプロービング処理および測定部5よる測定処理を制御する。また、制御部8は、測定部5と共に検査部として機能して、測定部5によって測定された抵抗値に基づいて基板100の良否、具体的には、一例として、各導体パターン101間の絶縁状態の良否を検査する。
次に、プローブユニット3の組み立て方法について、図面を参照して説明する。まず、図3に示すように、一方のプローブ12(例えば、同図における左側のプローブ12)における基端部31の各挿通孔31aに固定用ネジ13をそれぞれ挿通させる。次いで、その状態のプローブ12の基端部31を支持部11の固定部22と第2規制部材24との間の隙間に差し入れる。この場合、同図に示すように、プローブ12における先端部32の傾斜面32aが支持部11の第1規制部材23側を向くようにする。続いて、工具(例えば、六角レンチ)を用いて、各固定用ネジ13を固定部22の各ネジ穴22aにねじ込むことにより、基端部31を固定部22に固定する。
次いで、同様にして、他方のプローブ12(図3における右側のプローブ12)の基端部31を固定部22に固定する。これにより、図2に示すように、一対のプローブ12が平行に並んだ状態でかつ互いに絶縁された状態で各々の基端部31が支持部11を介して連結されて、プローブユニット3の組み立てが完了する。なお、組み立てが完了したプローブユニット3は、図4に示すように、プロービング機構4におけるアーム41の先端部に支持部11の基体部21を固定用のネジ等を用いて固定することによって取り付けられる。
次に、検査装置1を用いて基板100を検査する方法について図面を参照して説明する。
まず、支持台2に基板100を載置し、続いて、図外のクランプ部によって基板100を固定する。次いで、操作部6を操作して、検査の開始を指示する。これに応じて、制御部8が検査処理を開始する。この検査処理では、制御部8は、記憶部7から位置データを読み出して、プローブユニット3をプロービングさせるべき半田バンプ102の位置を特定する。
続いて、制御部8は、プロービング機構4を制御してプロービング処理を実行させる。このプロービング処理では、プロービング機構4は、基板100の表面に沿って一方のアーム41を移動させ、アーム41に取り付けられているプローブユニット3における各プローブ12の先端部32を1つの半田バンプ102の上方に位置させる。また、プロービング機構4は、同様にして、他方のアーム41に取り付けられているプローブユニット3における各プローブ12の先端部32を他の1つの半田バンプ102の上方に位置させる。次いで、プロービング機構4は、図4に示すように、基板100の表面に近接する向き(下向き)に各アーム41を移動(下降)させる。
また、制御部8は、プロービング機構4によるプロービング処理の実行中において、測定部5を制御して各プローブユニット3における2つのプローブ12間の抵抗値を測定させる。この場合、制御部8は、この抵抗値が規定値以下のときには、2つのプローブ12の各先端部32が半田バンプ102を介して導通した(つまり、2つのプローブ12の各先端部32の双方が半田バンプ102に接触した)と判別して、プロービング機構4を制御してその時点から予め決められた移動量だけアーム41をさらに下降させた後に、アーム41の下降を停止させる。また、制御部8は、プロービング処理の開始時点から予め決められた移動量だけアーム41が下降した時点において2つのプローブ12の各先端部32の双方が半田バンプ102に接触していないと判別したときにも、アーム41の下降を停止させる。
ここで、図4に示すように、プロービング処理において、半球状の半田バンプ102の中心を通る鉛直線(以下、「半田バンプ102の鉛直線L1」ともいう)と、プローブユニット3における2つのプローブ12の間の中心線(以下、「プローブユニット3の中心線L2」ともいう)とが一致しているときには、プローブユニット3における各プローブ12の先端部32の双方が半田バンプ102に接触する。続いて、アーム41がさらに下降したときには、図5に示すように、プローブ12の先端部32が対向する他方のプローブ12の先端部32から離反するように(つまり、外向きに)薄厚部33を支点として弾性変形する。このため、弾性変形に伴う弾性力によって先端部32が半田バンプ102を押圧する結果、先端部32と半田バンプ102とが電気的に確実に接続される。
次いで、アーム41がさらに下降したときには、図6に示すように、各プローブ12の各先端部32が薄厚部33を支点として外向きにさらに弾性変形する。この場合、先端部32の弾性変形量が規定量となったときには、同図に示すように、先端部32が支持部11の第2規制部材24に当接する。このため、それ以上の弾性変形が規制されて、先端部32同士の規定距離以上の離反が制限される結果、先端部32と半田バンプ102との接触状態が解除される事態が回避される。
一方、図7に示すように、プロービング処理において、半田バンプ102の鉛直線L1とプローブユニット3の中心線L2とが一致していない(この例では、鉛直線L1に対して中心線L2が左側に位置している)ときには、プローブユニット3における一方のプローブ12(この例では、右側のプローブ12)の先端部32が先に半田バンプ102に接触する。この状態においてアーム41がさらに下降したときには、図8に示すように、このプローブ12の先端部32が薄厚部33を支点として外向きに弾性変形すると共に、他方のプローブ12(この例では、左側のプローブ12)の先端部32が半田バンプ102に接触する。これにより、各プローブ12の各先端部32の双方が半田バンプ102に確実に接触する。
続いて、制御部8は、測定部5を制御して測定処理を実行させる。この測定処理では、測定部5は、各半田バンプ102に接続されている各導体パターン101の間の抵抗値を4端子法で測定する。具体的には、測定部5は、測定用信号(例えば定電流)を出力する。この際に、2つのプローブユニット3における一方のプローブ12を介して2つの半田バンプ102(2つの導体パターン101)に測定用信号が供給される。次いで、測定部5は、測定用信号の供給に伴って生じる電気信号(例えば電圧)を2つのプローブユニット3における他方のプローブ12を介して入力し、その電圧値と測定用信号の電流値とに基づいて各導体パターン101の間の抵抗値を測定する。
続いて、制御部8は、各導体パターン101間の絶縁状態の良否を検査する。具体的には、制御部8は、記憶部7から基準値を読み出して、この基準値と測定部5によって測定された抵抗値(測定値)とを比較する。この場合、制御部8は、測定値が基準値以上のときには、各導体パターン101間の絶縁状態が良好と判別し、測定値が基準値未満のときには、各導体パターン101間の絶縁状態が不良と判別する。この場合、この検査装置1では、上記したように、プローブユニット3の各プローブ12が各半田バンプ102に確実に接触しているため、測定部5による抵抗値の測定が正確に行われる結果、各導体パターン101間の絶縁状態の良否を正確に検査することが可能となっている。
次いで、制御部8は、プロービング機構4を制御して、各アーム41を基板100から離反する向き(上方)に移動(上昇)させる。続いて、制御部8は、上記した各処理を実行して、他の半田バンプ102に各プローブ12をプロービングさせると共に、他の導体パターン101間の絶縁状態の良否を検査する。
この場合、プロービング処理において、例えば図9に示すように、半田バンプ102の鉛直線L1とプローブユニット3の中心線L2とが比較的大きく離間している(この例では、鉛直線L1に対して中心線L2が左側に位置している)ときには、プローブユニット3における一方のプローブ12(この例では、右側のプローブ12)の先端部32が半田バンプ102に接触して、他方のプローブ12(この例では、左側のプローブ12)の先端部32に近接する向き(つまり、内向き)に薄厚部33を支点として弾性変形することがある。この場合、先端部32の弾性変形量が規定量となったときには、同図に示すように、先端部32が支持部11の第1規制部材23に当接する。このため、それ以上の弾性変形が規制されて、先端部32同士の接触が防止される。このため、この検査装置1では、先端部32同士が接触した状態で制御部8による各導体パターン101間の絶縁状態の検査が行われて、これによって誤った良否判定がされる事態が確実に防止される。
このように、このプローブユニット3および検査装置1では、プローブ12の基端部31と先端部32との間に薄厚部33が形成されて、先端部32が他方のプローブ12の先端部32から離反するように(つまり、外向きに)薄厚部33を支点として変形可能にプローブ12が構成されている。この場合、薄厚部33が形成されていないプローブでは、先端部32の変形が困難なため、例えば、半球状に形成されているプロービング対象としての半田バンプ102に対してプロービングを行う際に、半田バンプ102の中心を通る鉛直線L1と、プローブユニット3における各プローブ12の間の中心線L2とが一致していないときには、プローブユニット3における一対のプローブ12の一方の先端部32だけが半田バンプ102に接触し、他方のプローブ12が非接触状態のまま下降が停止して、検査ができないことがある。これに対して、このプローブユニット3および検査装置1では、半田バンプ102の鉛直線L1とプローブユニット3の中心線L2とが一致していない場合においても、半田バンプ102に先に接触したプローブ12の先端部32が薄厚部33を支点として弾性変形しつつ、他方のプローブ12の先端部32が半田バンプ102に接触するまでプローブユニット3が下降し、これによって各プローブ12の各先端部32の双方を半田バンプ102に接触させることができる。したがって、このプローブユニット3および検査装置1によれば、プローブユニット3における一対のプローブ12をプロービング対象としての半田バンプ102に確実に接触させることができる。
また、このプローブユニット3および検査装置1によれば、先端部32同士が近接する向きへの予め決められた変形量以上のプローブ12の変形を規制する第1規制部材23を備えたことにより、先端部32同士の接触を確実に防止することができる。このため、このプローブユニット3および検査装置1によれば、先端部32同士が接触した状態で制御部8による各導体パターン101間の絶縁状態の検査が行われて、これによって誤った良否判定がされる事態を確実に防止することができる。
また、このプローブユニット3および検査装置1によれば、先端部32同士が離反する向きへの予め決められた変形量以上のプローブ12の変形を規制する第2規制部材24を備えたことにより、先端部32同士の予め決められた距離以上の離反を確実に制限することができる。このため、このプローブユニット3および検査装置1によれば、各プローブ12の先端部32同士が予め決められた距離以上に離反することに伴って半田バンプ102に対する先端部32からの押圧力が低下し、これによって先端部32と半田バンプ102との電気的接続が不十分となる事態を確実に回避することができる。
なお、プローブユニットおよび検査装置は、上記の構成に限定されない。例えば、全体として四角柱状に形成したプローブ12を採用した例について上記したが、プローブ12の形状はこれに限定されず、全体として、断面が四角形以外の多角形をなす柱状や、断面が円形または楕円形をなす柱状に形成することもできる。また、全体として板状に形成したプローブを採用することもできる。また、第1規制部材23および第2規制部材24のいずれか一方、または第1規制部材23および第2規制部材24の双方を備えていないプローブユニットを採用することもできる。
また、絶縁性を有する材料で形成した支持部11を用いる例について上記したが、例えば、プローブ12の基端部31を絶縁性を有する材料(一例として、樹脂)で被覆したときには、金属等の導電性を有する材料で形成した支持部を用いることもできる。
1 検査装置
3 プローブユニット
5 測定部
8 制御部
11 支持部
12 プローブ
22 固定部
23 第1規制部材
24 第2規制部材
31 基端部
32 先端部
33 薄厚部
100 基板
101 導体パターン
102 半田バンプ

Claims (3)

  1. 平行に並べた一対のプローブの基端部を絶縁した状態で連結して1つのプロービング対象に当該各プローブの先端部を同時に接触可能に構成されたプローブユニットであって、
    前記各プローブを支持する支持部を備え、
    前記プローブは、前記基端部と前記先端部との間に当該プローブにおける他の部分よりも厚みが薄い薄厚部が形成されて当該先端部他方の前記プローブの前記先端部とが互いに近接および離反するように当該薄厚部を支点として変形可能に構成され、
    前記支持部は、基体部と、当該基体部における幅方向の中央部に形成されて両側部に前記各プローブの前記基端部をそれぞれ固定可能な固定部と、当該固定部に固定された固定状態の前記各プローブから離間して当該各プローブの中間に位置する状態で当該各プローブの長さ方向に沿って当該固定部から突出する板状に形成されて前記先端部同士が互いに近接する向きに予め決められた変形量だけ当該プローブが変形したときに当該プローブが当接して当該変形量以上の変形を規制して当該先端部同士の接触を防止する第1規制部材と、前記固定状態の前記各プローブからそれぞれ離間して当該各プローブの外側に位置する状態で当該各プローブの長さ方向に沿って前記基体部から突出する板状に形成されて前記先端部同士が互いに離反する向きに予め決められた変形量だけ当該プローブが弾性変形したときに当該プローブが当接して当該変形量以上の当該プローブの変形を規制する一対の第2規制部材とを備えて構成されているプローブユニット。
  2. 前記各プローブの前記先端部における前記固定状態で互いに対向する各側面には、先端に向かうに従って当該先端部の幅が狭くなるように当該プローブの長さ方向に対して傾斜する傾斜面がそれぞれ形成されている請求項1記載のプローブユニット。
  3. 請求項1または2記載のプローブユニットと、前記プロービング対象としての基板の導体部に接触させた前記プローブユニットの前記各プローブを介して入力した電気信号に基づいて当該基板を検査する検査部とを備えている検査装置。
JP2012220093A 2012-10-02 2012-10-02 プローブユニットおよび検査装置 Expired - Fee Related JP6000046B2 (ja)

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