JP2007178143A

JP2007178143A - コンタクトプローブ装置および回路基板検査装置

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Publication number: JP2007178143A
Application number: JP2005373840A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Shimizu; 秀一清水
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP4713332B2

Abstract

【課題】検査対象体に対してプローブ本体の先端部を確実に接触させ得るコンタクトプローブ装置を提供する。
【解決手段】プローブ案内機構に取り付けるための取付け部２１と、検査対象体に当接させられる当接部２４とがリンク機構ＲＭによって連結され、リンク機構ＲＭは、取付け部２１に一端部が連結された一対のアーム２２（第１アーム）と、アーム２２に一端部が連結されると共に当接部２４に他端部が連結された一対のアーム２３（第２アーム）とを備えて両アーム２２の他端部にプローブ２５（プローブ本体）が配設されると共に、プローブ案内機構による取付け部２１の案内方向（矢印Ａ１の向き）とは逆向き（矢印Ｂ１の向き）への取付け部２１に対する当接部２４の相対的な移動に伴って取付け部２１に対して両アーム２２が相対的に回動してチップ部品１１のフィレット部１２（検査対象体）にその側方からプローブ２５を接触させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロービング対象体にプローブ本体を接触させて電気的検査を行うためのコンタクトプローブ装置、およびそのコンタクトプローブ装置を備えた回路基板検査装置に関するものである。

この種のコンタクトプローブ装置として、出願人は、回路基板に実装されたチップ部品における半田フィレット部（以下、「フィレット部」ともいう）に対するプロービングが可能なチップ部品用プローブユニット（以下、「プローブユニット」ともいう）を実開平６−１６８７１号公報に開示している。このプローブユニットは、絶縁性スペーサを挟むようにして並べられた２本のプローブが筒状の絶縁性ホルダー内に配設されて全体として棒状に構成されている。このプローブユニットによるプロービングに際しては、移動機構が制御部の制御に従って検査対象体（チップ部品）に向けて絶縁性ホルダーを下降させることにより、両プローブの先端部をフィレット部に当接させる。また、移動機構によって絶縁性ホルダーがさらに下降させられたときには、絶縁性ホルダー内に配設されたコイルスプリングが押し縮められるようにして両プローブが絶縁性ホルダーに対して相対的にスライドさせられる。これにより、コイルスプリングの反発力によってプローブの先端部がフィレット部に押し付けられる。この場合、このプローブユニットでは、両プローブ同士の接触を回避しつつ、極く狭い領域内の所望のプロービング位置（この例では、両フィレット部）に対して両プローブの先端部を接触させるべく、両プローブ間に挟み込まれた絶縁体の厚みによって両プローブの先端部間の距離が調節されている。したがって、回路基板上の検査対象体に向けて絶縁性ホルダーを下降させるだけで、両フィレット部に両プローブの先端部を接触させることが可能となっている。この後、両フィレット部に接触させた両プローブを介して検査対象体についての電気的検査を実行する。これにより、検査対象体についてのプロービングが完了する。
実開平６−１６８７１号公報（第７−１０頁、第１−５図）

ところが、出願人が開示しているプローブユニットには、以下の改善すべき課題がある。すなわち、出願人が開示しているプローブユニットでは、検査対象体に対してその上方から両プローブの先端部を接触させる構成が採用されている。一方、今日の回路基板では、ファインピッチ化を図るべく、フィレット部によって占有される面積を小さくするために、回路基板に対してフィレット部の表面がほぼ直交するように半田の材質や半田の量が調整されてチップ部品が実装されている。また、今日では、フィレット部の形成に際して鉛フリー半田（無鉛半田）が一般的に用いられており、通常の半田と比較して鉛フリー半田が硬いことに起因してプローブ（プローブ本体）の先端部をフィレット部に突き刺すのが困難となっている。したがって、このような検査対象体に対するプロービング時において、出願人が開示しているプローブユニットをチップ部品に向けて下降させたときには、プローブの先端部がフィレット部の表面を滑り落ちて回路基板の表面（実装用パターンの表面）に当接するおそれがある。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、検査対象体に対してプローブ本体の先端部を確実に接触させ得るコンタクトプローブ装置および回路基板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記載のコンタクトプローブ装置は、プローブ案内機構に取り付けるための取付け部と、検査対象体に当接させられる当接部とがリンク機構によって連結され、前記リンク機構は、前記取付け部に一端部が連結された一対の第１アームと、当該第１アームに一端部が連結されると共に前記当接部に他端部が連結された一対の第２アームとを備えて前記両第１アームの少なくとも一方における他端部にプローブ本体が配設されると共に、前記プローブ案内機構による前記取付け部の案内方向とは逆向きへの当該取付け部に対する前記当接部の相対的な移動に伴って当該取付け部に対して前記両第１アームが相対的に回動して前記検査対象体にその側方から前記プローブ本体を接触させる。

なお、本発明における「取付け部に一端部が連結された」との構成には、第１アームの一端部が取付け部に直接連結されている構成のみならず、他の部材（アーム等）を介して第１アームの一端部が取付け部に連結されている構成が含まれる。同様にして、「第１アームに一端部が連結される」との構成には、第２アームの一端部が第１アームに直接連結されている構成のみならず、他の部材（アーム等）を介して第２アームの一端部が第１アームに連結されている構成が含まれ、「当接部に他端部が連結された」との構成には、第２アームの他端部が当接部に直接連結されている構成のみならず、他の部材（アーム等）を介して第２アームの他端部が当接部に連結されている構成が含まれる。また、本発明における「プローブ本体が配設され」との構成には、第１アームとは別体に構成されたプローブ本体が第１アームの他端部に取り付けられる構成のみならず、第１アームの他端部にプローブ本体が一体的に形成される構成が含まれる。

また、請求項２記載のコンタクトプローブ装置は、請求項１記載のコンタクトプローブ装置において、前記両第１アームの前記他端部に前記プローブ本体がそれぞれ配設されている。

さらに、請求項３記載のコンタクトプローブ装置は、請求項１または２記載のコンタクトプローブ装置において、先端部間の距離が基端部間の距離よりも短くなるように前記各第１アームの前記各他端部に前記両プローブ本体が配設されている。

また、請求項４記載の回路基板検査装置は、請求項１から３のいずれかに記載のコンタクトプローブ装置と、前記プローブ案内機構と、前記コンタクトプローブ装置における前記プローブ本体を介して前記検査対象体についての電気的検査を実行する検査部と、前記プローブ案内機構による前記コンタクトプローブ装置の移動および前記検査部による前記電気的検査の実行を制御する制御部とを備えている。

請求項１記載のコンタクトプローブ装置によれば、一対の第１アームおよび一対の第２アームを備えてプローブ案内機構による取付け部の案内方向とは逆向きへの取付け部に対する当接部の相対的な移動に伴って取付け部に対して両第１アームが相対的に回動して検査対象体にその側方からプローブ本体を接触させるリンク機構によって取付け部と当接部とを連結したことにより、検査対象体におけるプロービングポイント（例えばフィレット部）の表面が検査対象の基板に対して直角に近い大きな角度で交差する状態に形成されているときであっても、検査対象体の側方から移動させたプローブ本体を検査対象体に対して確実に接触させることができる。

また、請求項２記載のコンタクトプローブ装置によれば、両第１アームにプローブ本体をそれぞれ配設したことにより、１つのコンタクトプローブ装置を移動させるだけで検体対象体の両側面（例えば、チップ部品等における両フィレット部）にプローブ本体をそれぞれ接触させることができるため、２つのコンタクトプローブ装置を用いることなく、検査対象体についての電気的検査を実行することができる。

さらに、請求項３記載のコンタクトプローブ装置によれば、先端部間の距離が基端部間の距離よりも短くなるように第１アームの他端部に両プローブ本体を配設したことにより、検査対象体の側面に対してプローブ本体をほぼ垂直方向から（大きな角度で）押し当てることができるため、検査対象体の側面（フィレット部等）に対してプローブ本体を確実に電気的に接触させることができる。

また、請求項４記載の回路基板検査装置によれば、上記のいずれかのコンタクトプローブ装置と、プローブ案内機構と、コンタクトプローブ装置におけるプローブ本体を介して検査対象体についての電気的検査を実行する検査部と、プローブ案内機構によるコンタクトプローブ装置の移動および検査部による電気的検査の実行を制御する制御部とを備えたことにより、検査対象体の側面（フィレット部等）に対して確実に接触させたプローブ本体を用いて検査対象体（チップ部品等）についての電気的検査を高精度で実行することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るコンタクトプローブ装置および回路基板検査装置の好適な実施の形態について説明する。

最初に、本発明に係るコンタクトプローブ装置を備えた回路基板検査装置１の構成について、図面を参照して説明する。

回路基板検査装置１は、図１に示すように、プローブユニット２、移動機構３、検査部４および制御部５を備え、チップ部品等の各種検査対象体が実装された検査対象基板１０についての電気的検査を実行可能に構成されている。この場合、図２に示すように、検査対象基板１０には、本発明における検査対象体の一例であるチップ部品１１が実装されている。このチップ部品１１は、その両端に形成された電極１１ａがフィレット部１２を介して検査対象基板１０上の導体パターン（図示せず）に電気的に接続されている。

一方、プローブユニット２は、本発明に係るコンタクトプローブ装置に相当し、図２に示すように、取付け部２１、一対のアーム２２，２２、一対のアーム２３，２３および当接部２４が絶縁性を有する樹脂材料で一体形成されている。この場合、このプローブユニット２では、一対のアーム２２および一対のアーム２３によって本発明におけるリンク機構の一例であるリンク機構ＲＭが構成され、このリンク機構ＲＭによって取付け部２１と当接部２４とが連結されている。取付け部２１は、その一端部（同図における上方の端部：図示せず）が移動機構３に取り付けられると共に、その他端部（同図における下端部）に支点（円弧切欠き支点）３１，３１を介して一対のアーム２２が連結されている。アーム２２は、本発明における第１アームに相当し、同図において手前側から見た側面視がＬ字状に形成され、その一端部が取付け部２１に連結されると共に、その他端部には、本発明におけるプローブ本体に相当するプローブ２５が取り付けられている。この場合、このプローブユニット２では、両プローブ２５における先端部２５ａ間の距離が基端部２５ｂ間の距離よりも短くなるように両アーム２２にプローブ２５が取り付けられている。また、両プローブ２５の基端部２５ｂは、信号ケーブルを介して検査部４に接続されている。

アーム２３は、本発明における第２アームに相当し、その一端部が支点（円弧切欠き支点）３２を介してアーム２２に連結されると共に、その他端部が支点（円弧切欠き支点）３３を介して当接部２４に連結されている。この場合、このプローブユニット２では、アーム２２におけるプローブ２５の取り付け位置近傍にアーム２３が連結されている。当接部２４は、その一端部（同図における上端部）がアーム２３に連結されると共に、その他端部（同図における下端部）には、チップ部品１１に対して当接させられた際にチップ部品１１の表面が傷付く事態を回避するための弾性体２６が配設されている。

移動機構３は、本発明におけるプローブ案内機構に相当し、制御部５の制御に従い、プローブユニット２（取付け部２１）をチップ部品１１に向けて移動させる。検査部４は、制御部５の制御に従い、プローブユニット２に配設された２本のプローブ２５を介してチップ部品１１等についての電気的検査を実行する。制御部５は、移動機構３によるプローブユニット２の移動、および検査部４によるチップ部品１１の電気的検査を制御する。

次いで、回路基板検査装置１による検査対象基板１０の電気的検査方法について、図面を参照して説明する。

まず、チップ部品１１等の実装面を上向きにして検査対象基板１０を所定の検査位置にセットする。次いで、検査開始が指示された際に、制御部５が移動機構３を制御し、図２に示すように、検査対象のチップ部品１１の上方にプローブユニット２を移動させる。続いて、移動機構３は、プローブユニット２をチップ部品１１に向けて矢印Ａ１の向き（本発明における「案内方向」）に下降させる。この際には、まず、当接部２４の下端部に配設された弾性体２６がチップ部品１１の表面に当接し、その状態において移動機構３によって取付け部２１がさらに下降させられることにより、当接部２４が取付け部２１に対して矢印Ｂ１の向きで相対的に上動させられる（本発明における「案内方向とは逆向きへの取付け部に対する当接部の相対的な移動」との動作の一例）。これに伴い、両アーム２３が当接部２４に対して矢印Ｃ１の向きで回動することにより、両アーム２２を取付け部２１に対して矢印Ｄ１の向きで回動させる（本発明における「取付け部に対して両第１アームが相対的に回動する」との動作の一例）。この結果、両アーム２２に配設されたプローブ２５が矢印Ｅ１で示すように移動させられて、図３に示すように、チップ部品１１の側方から両フィレット部１２に対して両先端部２５ａが接触させられる。

この場合、このプローブユニット２では、前述したように、両プローブ２５における先端部２５ａ間の距離が基端部２５ｂ間の距離よりも短くなるように両アーム２２にプローブ２５が取り付けられている。したがって、図２，３に示すように、取付け部２１に対する両アーム２２の回動に伴って矢印Ｅ１の向きで移動させられた両プローブ２５は、フィレット部１２の表面に対して垂直方向から（９０°に近い角度で）押し当てられることとなる。この結果、両プローブ２５の先端部２５ａがフィレット部１２に対して十分に押し込まれて、両プローブ２５が両フィレット部１２にそれぞれ電気的に確実に接続される。次いで、制御部５は、検査部４を制御してチップ部品１１についての電気的検査を開始させる。これに応じて、検査部４は、両フィレット部１２に接触させられている両プローブ２５を介してチップ部品１１についての電気的検査（一例として、抵抗値の測定）を実行する。

続いて、検査部４によるチップ部品１１についての電気的検査が完了した際に、制御部５は、移動機構３を制御してプローブユニット２をチップ部品１１の上方に上動させる。この際には、移動機構３によって取付け部２１が図３に示す矢印Ａ２の向きで上動させられるのに伴い、各支点３１〜３３の弾性復帰により、両アーム２３が当接部２４に対して矢印Ｃ２の向きで回動すると共に、両アーム２２が取付け部２１に対して矢印Ｄ２の向きで回動する。この結果、当接部２４が取付け部２１に対して矢印Ｂ２の向きで相対的に移動（下降）させられると共に、アーム２２に配設されている両プローブ２５が矢印Ｅ２の向きでフィレット部１２から離間させられる。これにより、両フィレット部１２に対するプロービング（チップ部品１１についての電気的検査）が完了する。

このように、このプローブユニット２によれば、一対のアーム２２および一対のアーム２３を備えて移動機構３による取付け部２１の案内方向とは逆向きへの取付け部２１に対する当接部２４の相対的な移動に伴って取付け部２１に対して両アーム２２が相対的に回動して検査対象体（この例では、チップ部品１１）にその側方から両プローブ２５を接触させるリンク機構ＲＭによって取付け部２１と当接部２４とを連結したことにより、フィレット部１２の表面が検査対象基板１０に対して直角に近い大きな角度で交差する状態に形成されているときであっても、チップ部品１１の側方から移動させたプローブ２５を両フィレット部１２に対して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２によれば、両アーム２２にプローブ２５をそれぞれ配設したことにより、１つのプローブユニット２を移動させるだけで両フィレット部１２にプローブ２５をそれぞれ接触させることができるため、２つのプローブユニットを用いることなく、チップ部品１１についての電気的検査を実行することができる。

さらに、このプローブユニット２によれば、先端部２５ａ間の距離が基端部２５ｂ間の距離よりも短くなるようにアーム２２に両プローブ２５を配設したことにより、フィレット部１２の表面に対してプローブ２５をほぼ垂直方向から（大きな角度で）押し当てることができるため、フィレット部１２に対してプローブ２５を確実に電気的に接触させることができる。

また、この回路基板検査装置１によれば、上記のプローブユニット２と、移動機構３と、両プローブ２５を介して検査対象体についての電気的検査を実行する検査部４と、移動機構３によるプローブユニット２の移動および検査部４による電気的検査の実行を制御する制御部５とを備えたことにより、両フィレット部１２に対して確実に接触させたプローブ２５を用いてチップ部品１１についての電気的検査を高精度で実行することができる。

なお、本発明は、上記した本発明の実施の形態に例示した構成に限定されない。例えば、上記のプローブユニット２では、本発明における取付け部に相当する取付け部２１と、本発明における第１プローブに相当するアーム２２とを支点３１を介して直接連結した構成を採用しているが、例えば、図４に示すプローブユニット２Ａのように、本発明における第１プローブの他の一例である両アーム２２Ｂと、取付け部２１とをアーム２２Ａを介して連結する構成を採用することができる。なお、同図に示すプローブユニット２Ａ、および、後に説明するプローブユニット２Ｂ〜２Ｅ（図５〜８参照）において上記のプローブユニット２と同様の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。このプローブユニット２Ａでは、取付け部２１に対して両アーム２２Ａが支点３１を介して連結されると共に、両アーム２２Ｂがアーム２２Ａに対して支点３４を介して連結され、両アーム２２Ａ、両アーム２２Ｂおよび両アーム２３によって本発明におけるリンク機構の他の一例であるリンク機構ＲＭ１が構成されている。この場合、このプローブユニット２Ａでは、プロービング時に当接部２４が取付け部２１に対して相対的に上動させられた際に、両アーム２２Ｂがアーム２２Ａに対して回動することで、チップ部品１１（図示せず）の側方から矢印Ｅ１の向きで両プローブ２５をフィレット部１２に接触させる。したがって、前述したプローブユニット２と同様にして、両プローブ２５をフィレット部１２に対して確実に接触させることができる。

また、前述したプローブユニット２では、アーム２２におけるプローブ２５の取付部位近傍にアーム２３を連結した構成を採用しているが、第１アームに対する第２アームの連結位置は、これに限定されない。具体的には、例えば図５に示すプローブユニット２Ｂのように、本発明における第１アームのさらに他の一例であるアーム２２Ｃに対して、その取付け部２１との連結部位側（連結部位近傍）において、当接部２４Ａが取り付けられたアーム２３を支点３２を介して連結する構成を採用することができる。なお、このプローブユニット２Ｂでは、両アーム２２Ｃおよび両アーム２３によって本発明におけるリンク機構のさらに他の一例であるリンク機構ＲＭ２が構成されている。この構成においても、前述したプローブユニット２と同様にして、プロービング時にチップ部品１１（図示せず）の側方から矢印Ｅ１の向きで両プローブ２５を移動させて両プローブ２５をフィレット部１２に対して確実に接触させることができる。

さらに、本発明における取付け部の形状は、上記のプローブユニット２，２Ａ，２Ｂのような側面視直線状（棒状）に限定されず、例えば、図６に示すプローブユニット２Ｃのように、側面視Ｙ字状に構成することもできる。また、本発明における第１アームは、上記のプローブユニット２におけるアーム２２やプローブユニット２Ｂにおけるアーム２２Ｃのような側面視Ｌ字状に限定されず、プローブユニット２Ｃにおけるアーム２２Ｄのように、側面視直線状に構成することができる。なお、このプローブユニット２Ｃでは、両アーム２２Ｄおよび両アーム２３によって本発明におけるリンク機構のさらに他の一例であるリンク機構ＲＭ３が構成されている。この構成においても、前述したプローブユニット２と同様にして、プロービング時にチップ部品１１（図示せず）の側方から矢印Ｅ１の向きで両プローブ２５を移動させて両プローブ２５をフィレット部１２に対して確実に接触させることができる。

また、上記のプローブユニット２，２Ａ〜２Ｃでは、本発明における両第１アームにプローブ２５をそれぞれ配設した構成を採用しているが、例えば図７に示すプローブユニット２Ｄのように、本発明における第１アームに相当するアーム２２，２２Ｅのうちの一方（この例では、アーム２２）にのみプローブ２５を配設する構成を採用することができる。この構成を採用した場合、プローブ２５を配設しない側の第１アーム（アーム２２Ｅ）における端部Ｐを例えば面取りするなどして、プロービング時にフィレット部１２を傷付ける事態を回避するのが好ましい。

さらに、上記のプローブユニット２，２Ａ〜２Ｄでは、本発明におけるプローブ本体に相当するプローブ２５を各アーム等とは別体に形成して第１アームに取り付ける構成を採用しているが、例えば、図８に示すプローブユニット２Ｅのように、本発明における第１アームのさらに他の一例であるアーム２２Ｆの先端部を鋭利に尖らせることでアーム２２Ｆの先端部にプローブ４５（本発明におけるプローブ本体の他の一例）を一体的に形成する構成を採用することができる。この場合、アーム２２Ｆ（第１アーム）の先端部にプローブ４５を一体的に形成する構成では、両アーム２２Ｆ、およびアーム２２Ｆに連結される他のアーム等が金属材料等の導電性材料で形成されている。したがって、このプローブユニット２Ｅでは、両プローブ４５を電気的に非接触状態とするために、同図に示すように、例えば取付け部２１および当接部２４を左右に２分割すると共に、その間に絶縁体２７が挟み込まれている。また、プロービング時にフィレット部１２に対してプローブ４５を確実に接触させるために、両プローブ４５における先端部４５ａ間の距離が基端部４５ｂ間の距離よりも短くなるように両アーム２２Ｆにプローブ４５を形成するのが好ましい。なお、このプローブユニット２Ｅでは、両アーム２２Ｆおよび両アーム２３によって本発明におけるリンク機構のさらに他の一例であるリンク機構ＲＭが構成されている。この構成においても、前述したプローブユニット２と同様にして、プロービング時にチップ部品１１（図示せず）の側方から矢印Ｅ１の向きで両プローブ２５を移動させて両プローブ２５をフィレット部１２に対して確実に接触させることができる。

また、上記のプローブユニット２，２Ａ〜２Ｅでは、円弧切欠き支点を介して各アーム等を連結する構成を採用しているが、リンク機構を構成する各支点の形状については、円弧切欠き支点に限定されず、双曲線切欠き支点や楕円切欠き支点などの各種の支点を採用することができる。

回路基板検査装置１の構成を示すブロック図である。チップ部品１１の上方に位置させられた状態のプローブユニット２の側面図である。チップ部品１１に対してプロービングしている状態のプローブユニット２の側面図である。プローブユニット２Ａの構成を示す概念図である。プローブユニット２Ｂの構成を示す概念図である。プローブユニット２Ｃの構成を示す概念図である。プローブユニット２Ｄの構成を示す側面図である。プローブユニット２Ｅの構成を示す側面図である。

符号の説明

１回路基板検査装置
２，２Ａ〜２Ｅプローブユニット
３移動機構
４検査部
５制御部
１０検査対象基板
１１チップ部品
１２フィレット部
２１，２１Ａ取付け部
２２，２２Ａ〜２２Ｆ，２３アーム
２４，２４Ａ当接部
２５，４５プローブ
２５ａ，４５ａ先端部
２５ｂ，４５ｂ基端部
３１〜３４支点
ＲＭ，ＲＭ１〜ＲＭ３リンク機構

Claims

プローブ案内機構に取り付けるための取付け部と、検査対象体に当接させられる当接部とがリンク機構によって連結され、
前記リンク機構は、前記取付け部に一端部が連結された一対の第１アームと、当該第１アームに一端部が連結されると共に前記当接部に他端部が連結された一対の第２アームとを備えて前記両第１アームの少なくとも一方における他端部にプローブ本体が配設されると共に、前記プローブ案内機構による前記取付け部の案内方向とは逆向きへの当該取付け部に対する前記当接部の相対的な移動に伴って当該取付け部に対して前記両第１アームが相対的に回動して前記検査対象体にその側方から前記プローブ本体を接触させるコンタクトプローブ装置。
前記両第１アームの前記他端部に前記プローブ本体がそれぞれ配設されている請求項１記載のコンタクトプローブ装置。
前記両プローブ本体は、先端部間の距離が基端部間の距離よりも短くなるように前記各第１アームの前記各他端部に配設されている請求項２記載のコンタクトプローブ装置。
請求項１から３のいずれかに記載のコンタクトプローブ装置と、前記プローブ案内機構と、前記コンタクトプローブ装置における前記プローブ本体を介して前記検査対象体についての電気的検査を実行する検査部と、前記プローブ案内機構による前記コンタクトプローブ装置の移動および前記検査部による前記電気的検査の実行を制御する制御部とを備えている回路基板検査装置。