JP2001208797A

JP2001208797A - Ｉｃ試験装置

Info

Publication number: JP2001208797A
Application number: JP2000024777A
Authority: JP
Inventors: Jun Shimizu; 旬清水
Original assignee: NEC Machinery Corp
Current assignee: Canon Machinery Inc
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ＢＧＡ等のＩＣ試験装置において、ＢＧＡを
真空吸着して取出し・収納作業時にＢＧＡに与える衝撃
力を小さくして、ＢＧＡの破損を未然に防ぐ構造のＰＰ
ユニットを提供する。【解決手段】吸着ヘッド１３ａの上下動機構にスライ
ダークランク機構の採用で、吸着ヘッド１３ａが下降す
る際、その下降端付近で下降速度を急速に減速でき、Ｂ
ＧＡ１を吸着・開放する時は、ＢＧＡ１に与える衝撃力
を大幅に緩和できる。そのためＢＧＡを破損することな
くハンドリングできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣパッケージ、
中でもＢＧＡ（ボール・グリッド・アレー）をハンドリ
ングし、その電気特性を測定するＩＣ試験装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】まずＢＧＡについて、図４を用いてその
構造を説明する。ＢＧＡ１は、大きさが□５ｍｍ〜□５
０ｍｍで、その片面に半田ボール２を有し、厚みが０．
５ｍｍ〜３ｍｍ程度の薄板状の半導体部品である。図４
に示すものは、中央部にＬＳＩ３が埋め込まれ、ＬＳＩ
３の電極から出る多数の細線がＢＧＡ１の内部を経由し
て、各々の半田ボールボール２に結線されている。その
使用方法は、図４に当たる面をプリント基板上に乗せ
て、半田ボール２を溶かすことによって、回路基板に組
み込まれる。

【０００３】最終製品となったＢＧＡは、ＩＣ試験装置
で電気特性が測定され、不良品が取り除かれる。そのＩ
Ｃ試験装置の中で、ＢＧＡはハンドリングを繰り返され
る。例えば、測定前のＢＧＡを供給トレーから測定治具
へ、またそこで測定されたＢＧＡを収納トレー内へ、と
言う風にハンドリングされる。ハンドリング手段には、
ＢＧＡを真空吸着しながら上下動・左右動（あるいは旋
回動）するピックアンドプレースユニット（以降ＰＰユ
ニットと呼ぶ）が一般に用いられる。

【０００４】その上下動に関しては、エアーシリンダー
で直進動作させるものが最も簡便な手段であるが、ここ
では、他の代表的手段であり、より高度な動作制御がで
きるボールねじの回転を利用したものを、図５を用いて
説明する。図５は、ＰＰユニット５の上下動部を描いた
正面図であり、左右動に関する部分は詳述していない。
側面形状がコの字状の取付け板６の鉛直平面上に、ガイ
ドレール７が固定されている。また、ボールねじ８は、
その上下両端が、取付け板６の紙面手前側に立った部分
に、内蔵されたベアリングに嵌合して、回転自在にガイ
ドレール７と平行に取付けられる。一方、スライダー９
の下面には、ガイドレール７に合ったＬＭガイド（直進
ガイド、図示省略）と、ボールねじ８に螺合するナット
部（図示省略）が組み込まれており、ボールねじ８の回
転に伴い、スライダー９はスムーズに上下動する。更
に、ボールねじ８の一端は、カップリング１０を介し
て、パルスモータ１２の回転軸に連結されており、パル
スモータ１２の回転数及び回転方向に従って、スライダ
ー９を一定量上昇あるいは下降動作させることができ
る。

【０００５】また、スライダー９には吸着ヘッド１３が
固定されていて、それに接続されたエアーチューブ１４
が真空発生装置につながっている（図示省略）。吸着ヘ
ッド１３内は、貫通穴が下端まで延びており、下端がＢ
ＧＡ１を吸着する吸着面となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の試験
装置では以下に述べる問題があった。まずＢＧＡの構造
上の問題であるが、前に述べたように、ＢＧＡにはＬＳ
Ｉが埋め込まれ、ＬＳＩの電極から出る多数の細線がＢ
ＧＡの内部を経由して、各々の半田ボールに結線されて
いる。ＬＳＩの大きさは、ＢＧＡが□４０ｍｍの場合□
１０ｍｍ程度、ＢＧＡが□１０ｍｍの場合□７ｍｍ程度
である。ここで、ＢＧＡの中に占めるＬＳＩの割合が大
きいと、吸着時の衝撃が直に中のＬＳＩに加わって、Ｌ
ＳＩを破損してしまう。逆に、ＬＳＩの占める割合が小
さくても、細線を断線させてしまうことがあった。この
ようにＬＳＩまたは細線を断線させてしまうと、最終製
品となっている高価なＢＧＡは不良品となってしまう。
これは、処理能力をより上げようとして、高速ハンドリ
ングを狙えば狙うほど起き易い不具合であった。

【０００７】ＰＰユニットの上下動を、簡易な方法であ
るエアーシリンダーで行なった場合は、ショックアブソ
ーバーを設けて、吸着時の衝撃を緩和しようとされては
いるものの、その効果は満足いくものではなかった。ま
た、吸着ヘッド部分が、内蔵されたばねである程度上下
に伸縮する構造も加味されたが、衝撃力を少しでも小さ
くしようとして、ばね力を弱くすると、ＢＧＡを吸着・
上昇時にＢＧＡがバウンドして、ピックアップに支障を
きたした。

【０００８】そこで、前に説明した、ＰＰユニットの上
下動をボールねじで行なうものにおいては、吸着時の衝
撃を極力和らげようと、以下の方法が採られた。これ
は、パルスモータの回転数を変えることで、途中の下降
スピードと、吸着付近の下降スピードとを変えるもので
あった。つまり、途中は高速で下降させ、吸着間際で低
速に減速をし、その状態で吸着するものである。ところ
が、この構造であっても、パルスモータの加減速には限
界があって、衝撃力の吸収に関しては、まだ不十分であ
った。また、高速にハンドリングしようとすると、下降
端の停止精度にもばらつきが生じるという不具合が生じ
た。そのような場合、ＢＧＡに与える影響は一層大きく
なった。

【０００９】ＢＧＡは、今後更に小型化あるいは高集積
度化されていく傾向にあり、そこでＢＧＡを高速にハン
ドリングしようとすると、吸着取出し・収納の際の衝撃
により、ＢＧＡが破損することが予測される。従って、
その状況下でも、ＢＧＡを破損させることのないＰＰユ
ニットを有するＩＣ試験装置の開発が望まれた。

【００１０】

【問題点を解決する手段】上記の問題点を解決するため
に、本発明のＩＣ試験装置は、吸着ヘッドが、スライダ
ークランク機構で上下動するＰＰユニットを備えてお
り、クランク角度が１８０°付近で、ワークを吸着ある
いは開放することを特徴としている。そのために、ワー
クを吸着あるいは開放する際は、上下動のスピードを大
きく減速することができる。また、吸着ヘッドには、上
下方向に伸縮可能なばねを有しており、これで大きな衝
撃を吸収し、また、クランク軸にはパルスモータの回転
軸が連結されており、クランク軸の回転はパルスモータ
の回転により制御されている。また、吸着ヘッドの先端
に内蔵された吸着パッドの先端面が吸着ヘッド周囲の下
端面より下方に突出していて、ワークを吸着する際は、
吸着ヘッド下降停止端で、吸着パッドがワークに接触し
て微量たわみ、その後ワークを真空吸着することで、ワ
ークの上面が吸着ヘッド周囲の下端面に当接する構造も
有している。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図面を使って、本発明の実施
の形態を、その作用効果を含めて説明する。なお、従来
と同じ構成部品については、従来の説明図と同一符号を
用いる。まず図１を用いて、その構造を説明する。これ
は、本発明のＰＰユニット５ａの正面図である。クラン
ク軸２０を回転させることで、それと連結アーム２１で
連結されたスライダー９ａを上下動させ、それに接続さ
れた吸着ヘッド１３ａを上下動させるものである。な
お、この図は、同機能の吸着ヘッド１３ａを２個有する
タイプであり、ＢＧＡ１を２個同時に吸着・搬送が可能
である。通常はその２個が同時に上下動するものである
が、図１では説明のために、右側の吸着ヘッド１３ａだ
けを下降させて描き、上昇端にある左側の吸着ヘッド１
３ａと比較できるようにしている。

【００１２】水平方向に移動可能（図示省略）な水平移
動架台２２には、モータ取り付け台２３が固定され、そ
れにはクランク軸２０を回転軸とするパルスモータ（紙
面奥側のため、図示せず）が固定される。そのクランク
軸２０には、ボルト２４でクランク２５が割り締めされ
ており、クランク２５はクランク軸２０の回転に伴っ
て、滑ることなく回転する。クランク２５には、回転中
心から距離ｄ（クランク長さ）の位置に、クランクピン
２７が連結アーム２１とともにガタなくはめ込まれてい
る。

【００１３】次に、水平移動架台２２には、ガイドレー
ル７ａが鉛直方向に固定されており、それに合ったＬＭ
ガイド（直進ガイド）２８が組み合わさっている。これ
により、ＬＭガイド２８は上下方向にガタなくスムーズ
に直進動作が可能である。そのＬＭガイド２８にはスラ
イダー９ａが固定されており、スライダー９ａの上部
は、連結ピン２９で連結アーム２１に連結され、そこで
連結アーム２１はガタなく回転自在である。従って、ク
ランク軸２０の回転に伴って、スライダー９ａはスムー
ズに上下動することができる。

【００１４】また、スライダー９ａには、Ｌ型金具３０
とスライドブッシュ３２が取付けられている。スライド
ブッシュ３２にはヘッド心棒３３が挿入され、そこでヘ
ッド心棒３３はガタや抵抗なく上下動できる。なお、ヘ
ッド心棒３３には、上端に第１のフランジ３４が、また
その少し下方に第２のフランジ３５があり、Ｌ型金具３
０と第２のフランジ３５の間には圧縮ばね３７が組み込
まれている。そのためヘッド心棒３３は、圧縮ばね３７
で常に下方に押し下げられている。

【００１５】ヘッド心棒３３の内部には上端から下端ま
で貫通穴があけられ、上端にはエアーチューブ１４が接
続され、ヘッド心棒３３の下方には吸着ヘッド１３ａが
ねじ止めされており、エアーチューブ１４内を真空にす
る（エアーチューブの他端は、図示はしないが、真空発
生装置等につながっている）ことにより、先端に内蔵さ
れたゴム製の吸着パッド３８でＢＧＡ１を吸着すること
ができる。図１に示す右側の吸着ヘッド１３ａの状態
は、ＢＧＡ１を吸着するために下降中で、クランク角が
１４８°となったところである。ここで、吸着パッド３
８の先端面は、吸着ヘッド１３ａ周囲の下端面より下方
に突出して設けられており、その突出寸法は０．８ｍｍ
程度とされている。

【００１６】なお、吸着ヘッド１３ａの吸着時の下降端
は、クランク角がほぼ１８０°になるところに設定され
ている。下降端で吸着パッド３８はＢＧＡ１の上面に接
触し、それは吸着パッド３８のたわみしろが０．５ｍｍ
以内になるような高さとなっている。従って、ここでま
ず下降端においてＢＧＡ１が受ける衝撃を吸着パッド３
８のたわみで吸収している。その後吸着をすると、ＢＧ
Ａ１の上面は吸着ヘッド周囲の下端面に当接し、ＢＧＡ
１を安定した姿勢で搬送することができる。そして吸着
した後は、パルスモータを逆回転させて上昇をする。ま
た、収納時の下降端は、これもクランク角がほぼ１８０
°になるところに設定されるが、その時は、吸着してい
るＢＧＡ１をトレー上面に接触させることなく、わずか
上方（０．５ｍｍ程度）で停止させ、そこで吸着を開放
してＢＧＡ１を落下させる。

【００１７】また、吸着のために下降したとき、収納ト
レー内に万が一ＢＧＡ１が２枚重ねで置かれていたり、
厚みの厚いＢＧＡ１が混入していた場合は、吸着ヘッド
１３ａが所定の位置まで下降しきれなくなるが、その分
は圧縮ばね３７が縮んで、吸着ヘッドが上方に逃げる構
造となっている。

【００１８】引き続いて、スライダークランク機構によ
る本発明のＰＰユニットを用いた場合の優位点を、吸着
ヘッドが下降する際の、変位量（下降量）と、速度変化
（加速度）の２点から説明する。図２は、クランクが等
速で回転する時の、クランクピンの位置の上下変位量
（結果的に、この変位量はスライダーの変位量と等価で
ある）を、その回転角度とともにグラフにしたものであ
る。グラフの左横には、クランク（長さ＝ｄ）の回転す
る様子を描いており、代表に４つの回転角度位置を描い
ている。このグラフを見ると明らかなように、回転角度
が０°及び１８０°で横軸に接し、０°及び１８０°の
付近は放物線から成り、逆に回転角度が９０°では直線
となる。これを速度で考えると、その途中の回転角度が
９０°で等速かつ最高速となり、下端近くではその速度
が急激に（２次関数的に）減速し、回転角度が１８０°
でゼロに至ることを示す。

【００１９】次に示す図３は、本発明と、ボールねじに
よる従来の上下動機構とを比較した、吸着ヘッドの速度
の変化を示すグラフである。これは、上下ストロークが
２２ｍｍ（本発明の場合、図１・図２において、クラン
ク長さｄ＝１１ｍｍ）で、上昇端から下降端に至る時間
が０．１０秒である場合の、両者の比較である。なお、
このストロークあるいは下降時間は、ＩＣ試験装置にお
いて、一般的に設定される距離あるいは要求される時間
である。

【００２０】図３から次のことがわかる。まず従来の方
式の場合、時間軸の中間点を頂点とし、下降開始端と停
止端をゼロとする上りの勾配直線また下り勾配の直線を
呈する線分から成る。このことは言い換えると、前半は
一定の加速度で速度が加速され、逆に後半は減速されて
いる。また、処理時間が０．１０秒と短いために、その
中間に定速域はない。一方本発明の場合、ゼロから始ま
り時間軸のほぼ中間点までは、速度が放物線状に変化し
（増加していき）、それ以降は、中間点を通る縦軸で折
り返したごとく、速度が放物線状に変化し（減少し）て
いき、停止端で再びゼロになる線分から成る。勿論、開
始時のクランク角度は０°で、停止時は１８０°であ
る。

【００２１】ここで着目するのは、二つの線分が交差し
てなる範囲Ａ（斜線部分）である。吸着ヘッドは、停止
端において、ＢＧＡに接触して吸着をし、また逆に吸着
しているＢＧＡを開放する。つまり、この時吸着ヘッド
がＢＧＡに与える衝撃力を如何に小さくするかが課題で
ある。このことは、その時の速度を如何に小さくするか
と同等である。こうしてみると、時間軸の値が０．０７
５〜０．１０秒に至る間、本発明の速度変化の線分が、
従来の線分の下側に位置することから、この間は本発明
の速度が従来のものより小さいことがわかる。また、Ｂ
ＧＡを吸着・開放する寸前は速度がほとんどゼロに近く
なっており、本発明の吸着ヘッドがＢＧＡに与える衝撃
力は、従来のものより明らかに小さいと言える。一方下
降する途中は、従来のものよりはるかに大きく加速され
ており、動作スピードに支障をきたすことはない。

【００２２】図３の中で、もう少し加え述べると、上述
した両方の線分で囲まれた各々内側の面積（積分値）
は、ほぼ等しいものである。そのため、従来の方法にお
いて、仮に中間に等速域を設けたとすると、その両側の
加減速領域では、速度変化の勾配（加速度）が以前にも
増して一層急峻になってしまう。即ち従来の方法におい
ては、ＢＧＡに与える影響が余計大きくなってしまい、
それと比較すると、図３に示した状態の方が良いと言え
る。

【００２３】以上まとめると、本発明はスライダークラ
ンク機構で吸着ヘッドを上下動させ、そのクランク角度
が１８０°となる付近でＢＧＡを吸着あるいは開放する
ために、そのとき吸着ヘッドの下降速度は急速に減速さ
れるため、ＢＧＡに衝撃力をほとんど与えることなく、
即ちＢＧＡを何ら破損させることなく、吸着取出し・収
納をすることができる。

【００２４】別な見方で１点追加すると、品種切替え等
があって、今までより多少厚いＢＧＡをハンドリングす
ることになった場合は、以下のようにその対応ができ
る。この場合、吸着ヘッドの下降端を、その厚さ変化分
だけ上に上げる必要がある。このため、例えばこれまで
下降端でのクランクの回転角度が１７８°であったもの
を、１６０°と小さくすることになる。しかしその場合
も、停止時の減速の度合いは、図３中の範囲Ａの中にあ
り、これであっても従来のものより、ＢＧＡに与える衝
撃力は小さく抑えることができる。従って、本発明の構
造であれば、下降端の停止位置を多少変化（上昇）させ
ても、吸着・開放時に従来のものよりＢＧＡに衝撃力を
与えずに済ませることができ、一つの構造で多くの品種
のＢＧＡに対応ができると言える。

【００２５】最後に、これまでの説明では、扱うワーク
を、高価かつ構造上脆いＢＧＡのみとしたが、本発明は
これに止まらず、他のＣＳＰ、ＬＳＩ或いは他の電子部
品をも対象とすることができる。それに、クランク軸の
回転にはパルスモータを用いたが、これはパルス制御が
可能な他のモータ、例えばサーボモータであっても勿論
構わない。また、吸着ヘッドに関しては、上方への逃げ
のために、ヘッド心棒上部に圧縮ばねを１個設けたが、
これに加えて、吸着ヘッド内部で吸着パッドの直上に、
圧縮ばねを更にもう１個内蔵させて、これまでのスライ
ダークランク機構による緩和、また吸着パッドのたわみ
による緩和に加えて、それを吸着時の衝撃力に対する第
３の緩和策として利用しても良い。ただしこの場合、ば
ね力が強過ぎると衝撃力の緩和策とならないし、逆に弱
過ぎると、吸着・上昇時にＢＧＡがバウンドして、ピッ
クアップに支障をきたすことがあるため、ばね力は慎重
に選定する必要がある。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＩＣ試験
装置であれば、吸着ヘッドの上下動にスライダークラン
ク機構を採用したことにより、その下降端で、ＢＧＡを
吸着・開放する際、吸着ヘッドを従来に比べて大幅に減
速することができるため、ＢＧＡに与える衝撃力を大幅
に緩和し、高価なＢＧＡを破損させることなく試験を行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＩＣ試験装置に用いられるＰＰユニ
ットを、一部断面で示す正面図

【図２】本発明のクランクの回転角度と上下変位量を
示すグラフ

【図３】上下動時の速度変化について、本発明と従来
を比較したグラフ

【図４】ＢＧＡの正面図および平面図

【図５】従来のＩＣ試験装置に用いられるＰＰユニッ
トを示す正面図

【符号の説明】

１ＢＧＡ５ａＰＰユニット７ａガイドレール９ａスライダー１３ａ吸着ヘッド１４エアーチューブ２０クランク軸２１連結アーム２２水平移動架台２３モータ取り付け台２４ボルト２５クランク２７クランクピン２８ＬＭガイド２９連結ピン３０Ｌ型金具３２スライドブッシュ３３ヘッド心棒３４第１のフランジ３５第２のフランジ３７圧縮ばね３８吸着パッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸着ヘッドが、スライダークランク機構で
上下動するピックアンドプレースユニットを備えたこと
を特徴とするＩＣ試験装置。
【請求項２】クランク角度が１８０°付近で、ワークを
吸着もしくは開放することを特徴とする請求項１記載の
ＩＣ試験装置。
【請求項３】前記吸着ヘッドは、上下方向に伸縮可能な
ばねを有することを特徴とする請求項２記載のＩＣ試験
装置。
【請求項４】前記スライダークランク機構は、モータの
回転を駆動元とすることを特徴とする請求項３記載のＩ
Ｃ試験装置。
【請求項５】前記吸着ヘッドの先端に内蔵された吸着パ
ッドの先端面は、前記吸着ヘッド周囲の下端面より下方
に突出していて、ワークを吸着するに際しては、前記吸着ヘッド下降停止
端で、前記吸着パッドが前記ワークに接触して微量たわ
み、その後前記ワークを真空吸着することで、前記ワー
クの上面が前記吸着ヘッド周囲の下端面に当接すること
を特徴とする請求項４記載のＩＣ試験装置。