(57)【要約】    【課題】磁気ヘッド等の電磁気特性の測定に使用されるコンタクトプローブは、半田端子との接触時の接触抵抗を小さく安定化することが重要である。    【解決手段】コンタクトプローブ２はスリーブ４と、スリーブ４に内蔵され、スプリングにより前記スリーブの外側に押圧されているプローブピン６と、プローブピン６に電気的に接続されたリード端子８とを有し、前記プローブピン６は半田端子３６に接触した場合の半田端子面の高さ位置における断面積Ａに対して、それより先端部７の表面積ａが３倍以上大きい。【選択図】図１
2007085887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリーブと、該スリーブに内蔵され、弾性部材により前記スリーブの外側に押圧されているプローブピンと、該プローブピンに電気的に接続されたリード端子とを有し、前記プローブピンは半田端子に接触した場合の該半田端子面の高さ位置における断面積に対して、それより先端部の表面積が３倍以上大きいことを特徴とするコンタクトプローブ。
【請求項２】
前記プローブピンは円錐形であることを特徴とする請求項１記載のコンタクトプローブ。
【請求項３】
前記円錐形の頂点部分の角度は３０度以下であることを特徴とする請求項２記載のコンタクトプローブ。
【請求項４】
前記円錐形の先端から前記断面積部分までの高さｈと、前記断面積部分の半径ｒとの関係が、ｈ≧２√２ｒであることを特徴とする請求項３記載のコンタクトプローブ。
【請求項５】
前記プローブピンは四角錐形状をなしていることを特徴とする請求項１記載のコンタクトプローブ。
【請求項６】
前記四角錐形状の先端から前記断面積部分までの高さｈと、前記断面積部分の辺の長さｂとの関係が、ｈ≧√２ｂであることを特徴とする請求項５記載のコンタクトプローブ。
【請求項７】
前記プローブピンは、ベリリウム銅もしくは鋼にロジウムメッキを施したものであることを特徴とする請求項１記載のコンタクトプローブ。
【請求項８】
前記プローブピンは、ベリリウム銅もしくは鋼に金メッキを施したものであることを特徴とする請求項１記載のコンタクトプローブ。
【請求項９】
スリーブと、該スリーブに内蔵され、弾性部材により前記スリーブの外側に押圧されているプローブピンと、該プローブピンに電気的に接続されたリード端子とを有し、前記プローブピンは半田端子に接触した場合の該半田端子面の高さ位置における断面積に対して、それより先端部の表面積が３倍以上大きいコンタクトプローブを、１０ｇｆ〜４０ｇｆの荷重で半田端子に接触させることを特徴とするコンタクトプローブを半田端子に接触させる方法。
【請求項１０】
前記プローブは円錐形もしくは四角錐形状であり、前記半田端子に５〜１００μｍ食い込ませることを特徴とする請求項９記載のコンタクトプローブを半田端子に接触させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品等の電気特性や電磁気特性を測定する際に使用するコンタクトプローブに係り、特に表面に酸化皮膜を有する端子との間の良好なコンタクトを得るコンタクトプローブに関する。また、このようなコンタクトプローブを半田端子に接触させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ヘッド等の電子部品の電磁気特性のチェックは、磁気ヘッドを移動あるいは回転している磁気記録媒体に相対させ、磁気ヘッドの電磁変換素子と電気的に導通のある端子にコンタクトプローブをコンタクトさせ、電磁変換素子とテスタ間で信号をやり取りすることにより行われている。特許文献１には、コンタクトプローブを用いた磁気ディスク装置用磁気ヘッドの電磁気特性の測定方法が開示されている。磁気ヘッドは記録再生用の電磁変換素子を搭載したスライダと、スライダを保持し適正な隙間で磁気ディスクに対応させるためのサスペンションを有し、サスペンションには電磁変換素子からの信号を外部に中継するための回路パターンが形成されており、回路パターンは磁気ディスク装置のアンプ回路と接続するための端子まで導かれている。コンタクトプローブアセンブリは磁気ヘッドの端子と同じ数のプローブピンを有し、プローブピンの先端を磁気ヘッドの端子に接触させる。コンタクトプローブはスリーブの中にスプリングとプランジャー（プローブピン）を内在させた構造となっており、このプローブピンの先端部を磁気ヘッドの端子に接触させて信号のやり取りを行う。プローブピンはある程度の距離移動できるような構造となっており、端子の高さ、平行度等の誤差を吸収できるようになっている。
【０００３】
このような方法で行われる電磁気特性のチェックの信頼性を上げるためには、接触時のプローブピンと磁気ヘッド端子間の接触抵抗を小さく安定化することが重要で、そのためにはプローブピンと磁気ヘッド端子同士をそれぞれ酸化していない面の金属結合に近い状態でコンタクトさせることが必要である。
【０００４】
しかし、磁気ヘッド端子の材質は半田であることが多く、その表面の酸化皮膜の抵抗が高いことや、何回も接触を繰り返していくうちに微細な半田粉がプローブピンに付着したり、固着したりして堆積していく。この皮膜や半田粉は酸化物であり絶縁体に近い性質を持つため、これがプローブピンと端子間に介在すると接触抵抗が大きくばらついていくことになる。接触抵抗がばらつくと電磁変換素子に適正な電流を流すことができず、磁気ヘッドの特性を正しく測定できないことになり、磁気ヘッドの不良品が増加することになる。また、ある回数コンタクトさせた後には上記したように半田粉が徐々に堆積していくので、ある回数接触させた後には先端部に付着した半田粉を除去する等の清掃作業が必要となる。これらは製造コストを増加させる要因となっている。
【０００５】
特許文献２には、アルミニュームや半田などを基材とした表面に酸化膜を有する半導体の電極に、プローブピンを水平方向に相対運動させて接触させることにより、半導体の電気特性を測定する方法において、接触の際に電極表面の酸化膜を破り電極に対して良好なコンタクトを得、かつ先端の変形を少なくするために、プローブピンの先端エッジのアールを規定する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４６１８号公報
【特許文献２】特開２００２−３０３６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
接触抵抗の低い接触状態を得るためには、端子表面の酸化皮膜を確実に破壊し、さらにプローブピンと端子間に破壊された酸化皮膜が介在しないようにすることや、発生する半田粉がプローブピンに堆積しないようにすることが重要である。上記特許文献１に記載されているように従来技術においては、プローブピン先端部の形状とコンタクトの特性の関係が定量的に捕らえられておらず、ある程度尖った先端形状のプローブピンをある程度荷重を大きくして接触させることにより、端子表面の酸化皮膜を破壊すればよいというような考え方で使用していた。しかし、荷重を大きくすることで端子内部への押し込み量は増加し確実に酸化皮膜を破壊することに繋がるが、その酸化皮膜を破壊する量も増加するため、その分、プローブピンがコンタクトする際にその間に介在して、コンタクトが必ずしもよくなるとはかぎらない。また、荷重を上げると端子の凹み量が多くなり、その分、半田粉が多く発生し、それ自体がコンタクト状態を悪化させる原因ともなりうる。これらのことから、プロービング荷重を大きくするのみでは必ずしも接触の安定化とにはつながらない。また、このプローブピンの材質を半田材と親和性（結合性）の低い材料（バナジウム、イリジウム）とすることも可能であるが、材料自体の単価が高く、機械加工性が悪いため、非常に高価となり、量産する上での障害になっている。
また、上記特許文献２に記載されているように、半田電極に対して、プローブピンを水平方向に相対運動させて、酸化膜を除去するような方法が半導体のウェハーの検査等に用いられているが、接触の安定性の面では、プローブピンを半田電極あるいは半田端子の内部へ押し込む方が有利である。
【０００８】
本発明の目的は、端子表面の酸化皮膜を確実に破壊し、かつプローブピンに端子粉が堆積しにくいコンタクトプローブを得ることにある。
本発明の他の目的は、接触抵抗のばらつきの少ない、コンタクトプローブを半田端子に接触させる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
毎回のコンタクト時に酸化皮膜や端子粉が必ず除去されるようなコンタクト条件になっていれば上記のような問題は発生せず、安定した接触抵抗が得られるようになる。これを実現するためには、端子にプローブピンをコンタクトさせた際に酸化皮膜やプローブピンに付着した端子粉が、コンタクトした際のメカニカルな動作により必ず除去できるような形状をプローブピンに持たせればよい。そうすれば、常にプローブピンと端子の新しい面をコンタクトさせることができ、その間で金属的な結合ができるため、良好な接触状態が得られるようになる。本発明は端子表面の酸化皮膜の除去のために、プローブピンを端子に食い込ませることにより、両者間の押し込み方向に相対運動を発生させ（摩擦させ）、機械的に酸化皮膜及び端子粉を除去できるようにして良好なコンタクト状態を得るようにしたものである。
本発明のコンタクトプローブは、スリーブと、該スリーブに内蔵され、弾性部材により前記スリーブの外側に押圧されているプローブピンと、該プローブピンに電気的に接続されたリード端子とを有し、前記プローブピンは半田端子に接触した場合の該半田端子面の高さ位置における断面積に対して、それより先端部の表面積が３倍以上大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、端子表面の酸化皮膜を確実に破壊し、かつプローブピンに端子粉が堆積しにくいコンタクトプローブを得ることができる。また、コンタクトプローブと半田端子の良好な接触状態が得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に説明する実施例は、磁気ディスク装置に搭載される磁気ヘッドの半田端子に接触させるコンタクトプローブの例である。まず図３を参照して、磁気ディスク装置用磁気ヘッドの電磁気特性の測定方法を説明する。磁気ヘッド３０は記録再生用の電磁変換素子を搭載したスライダ３４と、スライダ３４を一端に保持し、適正な隙間で磁気ディスク２０に対応させるためのサスペンション３２とを有する。また、サスペンション３２には、電磁変換素子からの信号を外部に中継するための回路パターン（図示せず）が形成されており、磁気ディスク装置のアンプ回路（図示せず）と接続するための半田端子３６まで導かれている。コンタクトプローブアセンブリ４０は磁気ヘッドの半田端子３６と同じ数のコンタクトプローブ２を有し、磁気ヘッド３０をカセット治具（図示せず）に取り付けた後、矢印５０の方向にコンタクトプローブアセンブリ４０を移動させて、コンタクトプローブ２の先端のプローブピン６を半田端子３６に接触させる。その後、磁気ヘッド３０を回転する磁気ディスク２０に対応（浮上）させ、テスタ（図示せず）からの信号をコンタクトプローブ２を介して電磁変換素子に供給し、電磁変換素子からの信号（再生信号）をコンタクトプローブ２を介してテスタに伝送する。
【００１２】
図２にコンタクトプローブ２の構造を示す。コンタクトプローブ２は、スリーブ４と、スリーブ４に内蔵され、スプリング等の弾性部材（図示せず）により外側に押圧されているプローブピン６と、プローブピン６に電気的に接続されているリード端子８と、リード端子８に接続されたリード線１０とで構成されている。コンタクトプローブアセンブリ４０の移動によって、プローブピン６の先端部を半田端子３６に押し込むことによってスプリングからプロービング荷重Pを受ける構成になっている。このプロービング荷重Pは１０ｇｆから４０ｇｆである。プローブピン６はベリリウム銅もしくは鋼に、ロジウムメッキ、もしくは金メッキを施したものである。
【００１３】
コンタクトプローブ２を磁気ヘッド３０の半田端子３６に接触させると、プローブピン６の先端部７がプロービング荷重Ｐで負荷をかけているため、半田端子内部まで入り込み半田端子２に凹みができる。この状態を示したのが図４である。図４（ａ）が接触前、図４（ｂ）が接触後の様子を示す。また、図４（ｃ）はプローブピン先端部７に加わる面圧の状態を示したものである。プローブピン先端部７の、半田端子３６面の高さ位置における断面積をＡとし、プローブピン先端部７と半田端子３６が接する部分の全表面積をａとすると、プロービング荷重Pによる面圧ｐＡはＰ／Ａであり、これはプロービング荷重Ｐが一定ならばプローブピン６の先端形状に依存せず一定になる。プローブピン先端部７の表面には半田端子３６から面圧ｐａが発生し、この面圧ｐａの垂直方向成分（ｐａsin(α/2)）の合計と面圧ｐＡの合計が釣り合うところでプローブピン先端部６１の挿入量（すなわち、相対的な移動量）が決まる。
【００１４】
上記した断面積Ａと表面積ａの比をγと定義すると（γ＝ａ／Ａ）、この断面積Ａに対して、表面積ａの割合を大きくすれば（γが大きくなる）、プローブピン先端部７の半田端子３６内部に入り込む量が多くなり、コンタクトする際に半田端子３６と相対運動する（摩擦する）距離、すなわちワイピング量が多くなって、プローブピン先端部７と半田端子３６の界面に酸化皮膜が介在するのを防ぐことができる。このことは、半田端子材料の新しい部分と接触する確率が高くなり、接触抵抗を低く安定化することができることを意味する。これを説明したのが図５である。
【００１５】
図５は２種の形状のプローブピン先端部７が半田端子３６に接触していく状態を表す。図５（ａ）は上記γが小さい場合、図５（ｂ）はγが大きい場合を示す。半田端子３６の表面には酸化皮膜３７があり、プローブピン先端部７には半田粉３８が付着している。プロービング荷重Pでコンタクトした場合、図５（ａ）、(ｂ)双方の上記断面積Ａは上記した理由により同じになるが、図５（ｂ）で示すγが大きい方がプローブピン先端部７が深く入り込むことがわかる。これが半田端子３６に接触する場合、双方とも酸化皮膜３７は破壊するが、図５（ｂ）の場合、プローブピン先端部７がさらに端子内部まで深く入り込むため、半田とプローブピン先端部７の相対的に擦る長さ、すなわち、ワイピング量が多くできることは容易に理解することができる。ワイピングする量が多いほど破壊した酸化皮膜３７や、半田粉３８をプローブピン先端部７と半田端子３６の間に巻き込む量を少なくでき、さらに、プローブピン先端部７に半田粉３８が固着していても、ワイピング動作で半田粉３８を除去できるため、常に新しい活性化した半田端子の表面状態にでき、プローブピン先端部７と半田端子３６を金属結合に近い状態で接触させることができる。したがって、プローブピン先端部７と半田端子３６の良好な接触状態を得ることができる。
【００１６】
図６は上記γとプローブピン先端部７１を半田端子３６に100回コンタクトを繰り返した際の抵抗変化量との関係を示したものである。この測定は円錐形状のプローブピンを使用して行ったものである。実際の磁気ヘッドの検査で使用される場合は、毎回磁気ヘッドが交換されるためこのような使用状態にならず、通常の使用状態より厳しい試験条件であり、加速評価的な意味合いを持つ。図６から、コンタクトを繰り返したときの抵抗の変化はγが大きいほど小さいことがわかる。これは上述した理由によるものである。図７はこのγと図６で示した100回繰り返したときの抵抗変化量の標準偏差３σとの関係を示したものである。図７から、γが大きいほど抵抗ばらつきは小さくなることがわかる。この評価で、どの程度以下の抵抗ばらつきでよいかは、検査する磁気ヘッドで異なり、また、通常の使用状態での評価との比較で決まるため一概にはいえないが、通常３σ≦０．１５以下であれば十分量産で使用可能なレベルであり、これを実現するためにはγを３以上にすればよいことがわかる。
【００１７】
図１にプローブピン先端部７の形状を示す。γを３以上にするためには、円錐形状の場合は、頂点部分の角度αを３０度以下とし、半田端子面の高さ位置における高さｈと半径ｒの関係をｈ≧２√２ｒとすれば良い。γは１／sin(α/２)で求めることができる。α＝３０度の場合、γは３．９となり、α＝２０度の場合、γは５．８となる。四角錐形状の場合は、高さｈと辺の長さｂとの関係をｈ≧√２ｂとすれば良い。このような形状にすることにより、プローブピン先端部７は半田端子３６に少なくとも５〜１００μm程度食い込むことになり、接触抵抗が小さく、何度もコンタクトを繰り返しても接触抵抗変化の少ないコンタクトプローブを得ることができる。
【００１８】
上記実施例では、円錐もしくは四角錐の形状の場合について説明したが、γ≧３であれば、他のどのような形状のコンタクトプローブにおいても良好なコンタクト状態を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例によるプローブピンの形状を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例によるコンタクトプローブの構成を示す斜視図である。
【図３】磁気ヘッドの電磁気特性の測定方法を説明するための図である。
【図４】プローブピンと半田端子の接触とプローブピン先端部に加わる面圧の状態を示す図である。
【図５】プローブピンが半田端子に接触していく状態を示す図である。
【図６】プローブピン先端部の形状と接触抵抗の変化量との関係を示す図である。
【図７】プローブピン先端部の形状と接触抵抗のばらつきとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
２…コンタクトプローブ、
４…スリーブ、
６…プローブピン、
７…プローブピン先端部、
８…リード端子、
１０…リード線、
２０…磁気ディスク、
３０…磁気ヘッド、
３２…サスペンション、
３４…スライダ、
３６…半田端子、
３７…酸化皮膜、
３８…半田粉、
４０…コンタクトプローブアセンブリ。
【図１】
2007085887.tif 000003
【図２】
2007085887.tif 000004
【図３】
2007085887.tif 000005
【図４】
2007085887.tif 000006
【図５】
2007085887.tif 000007
【図６】
2007085887.tif 000008
【図７】
2007085887.tif 000009