JP2009097860A

JP2009097860A - 電気接続方法および電気接続装置

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Publication number: JP2009097860A
Application number: JP2007266443A
Authority: JP
Inventors: Tomohide Chin; 智英沈; Yasuyuki Nakagawa; 康幸中川; Yasushi Uehara; 康上原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2009-05-07

Abstract

【課題】電子部品に対して確実な電気接触を実現すると共に電子部品や電極の破損を防ぐ。
【解決手段】少なくともいずれかが外部接続端に接続される第１接触端子及び第２接触端子と、第１接触端子及び第２接触端子を電気部品の電極方向に移動する移動機構と、第１接触端子と第２接触端子とに接続されて両接続端子間の導通を検出する導通検知部と、を備え、移動機構により電子部品の電極に第１接触端子と第２接触端子とを漸次接近させて、導通検知部が導通を検出した時点で移動機構を停止させることを特徴とする電気接続方法とした。
【選択図】図１

Description

本発明は電子部品の電極に接触端子を一時的に電気接続してその電気特性を評価する際に用いる電気接続装置および電気接続方法に関する。

電子部品の端子と回路基板の端子などを接続する場合、安定した接続手段として、従来から、半田付けによる機械的・電気的接続法が行われている。試験用接触子から電子部品の端子に電圧を印加し、電流を流して当該電子部品の試験を行う際、一時的な接続を求められる場合が多い。そのため、一般的にソケットを介して仮接続の加圧接続が行われる。この場合、ソケットに配設された接触子を電子部品の端子に物理的、機械的に押し付けられる。その際に電子部品表面に酸化膜や、汚染物などが存在すると、高い皮膚抵抗となる可能性がある。また、接触子及び端子のそれぞれの表面に微視的な凹凸があり、高い集中抵抗が発生する可能性もある。

近年、半導体素子の微細化に伴い、その電気的な検査を行うための接続素子も微細化されたものが提案されている。従来の微細化された接続検査装置では、接触端子の先端部も微細になってしまうことから、強度が低く、微細化された接触子の先端に付着物による影響が大きく、接触抵抗が高くなることが発生する。そのため、接触端子の構造や材料などにおける接触性を向上する方法に関する特許が多く提出されている。

例えば、特許文献１では、電子部品との接触させる導電部としてワイヤボンディング装置のワイヤなどを使用する方法が示されている。これにより接触導電部を復元性及び柔軟性を有する構造としている。また、特許文献２には、加熱して軟化する接触端子を用いる方法が示されている。

特開２００１−０７７２５０号公報特開２００５−３２６２２２号公報

しかしながら、特許文献１の方法では接触導電部は復元性及び柔軟性を有するが、電子部品との確実な接触を行うためには、電子部品に接触導電部を十分な力で押しつける必要があり、破損しやすい電子部品を保護する点では不十分であった。

また、特許文献２の方法においても同様に電子部品との確実な接触を行うためには、電子部品に接触導電部を十分な力で押しつける必要があり、破損しやすい電子部品を保護する点では不十分であった。また、熱によって電子部品の表面を汚損するなどの問題があった。

そこで、本発明は、電子部品に対して確実な電気接触を実現すると共に、電子部品やその電極の破損を防ぐことができる電気接続方法および電気接続装置を提供することを目的とする。

本発明の電気接続方法は、電気部品の電極に接触端子を接触させることにより電極と外部接続端との間を電気接続する電気接続方法であって、少なくともいずれかが外部接続端に接続される第１接触端子及び第２接触端子と、第１接触端子及び第２接触端子を電気部品の電極方向に移動する移動機構と、第１接触端子と第２接触端子とに接続されて両接続端子間の導通を検出する導通検知部と、を備え、移動機構により電子部品の電極に第１接触端子と第２接触端子とを漸次接近させて、導通検知部が導通を検出した時点で移動機構を停止させることを特徴とする電気接続方法とした。

本発明の電気接続装置は、少なくともいずれかが外部接続端に接続される第１接触端子及び第２接触端子を備え、移動機構により電子部品の電極に第１接触端子と第２接触端子とを漸次接近させて、導通検知部が導通を検出した時点で移動機構を停止されるので、電子部品の電極に第１接触端子と第２接触端子とを確実に電気的に接続させることができ、またその時点で接近を停止するので電気部品やその電極の破損を防ぐことができる。

実施の形態１．
図１は本実施の形態１の電気接続装置を用いた電気測定評価を説明する概略図である。なお、図１は電気接続装置を側方から見た図であり、その一部は断面で示してある。図において点線で囲まれた電気接続装置１０は、電気測定評価対象の電気部品３０を載置するステージ６と、電気部品３０の電極に接触させ電気的に接続させる第１接触端子１及び第２接触端子２とを有する接触端子部３と、第１接触端子１と第２接触端子２との導通を検出する導通検出部７とを備える。

図２は本実施の形態１の電気接続装置の接触端子部３を斜め上方から見た透視図である。第１接触端子１と第２接触端子２とは円柱状の導電体で、それらの間は絶縁体１３によって互いに絶縁されている。絶縁体１３は第１接触端子１と第２接触端子２とが貫通する穴を有して、第１接触端子１と第２接触端子２とはその貫通穴に挿入されて固定されている。図２において第１接触端子１と第２接触端子２の円筒の下の面は電気部品３０の電極に接触させる面であり、その高さは第１接触端子１と第２接触端子２とで同じとなるように固定されている。なお、第１接触端子１と第２接触端子２との電極に接触させる面は、平面でなくてもよく、たとえば電極側に凸の球面であってもよい。

再び、図１に戻り説明する。導通検出部７は制御部９と配線で接続され、導通を検出した際に検出信号を制御部９に出力する。導通検出部７は第２接触端子２と直接に配線で接続され、第１接触端子１とは切替部８を介して配線で接続されている。切替部８は制御部９に配線で接続され、制御部９からの制御信号により第１接触端子１からの電気接続を導通検出部７側と第１外部接続端２２側とに切り替える。この切替部８はリレーなどを用いて構成することができる。

また、ステージ６の電気部品３０を載置する領域の外側に、接触端子部３をステージ６方向に接近または遠ざかるように移動する移動機構４を内蔵した支柱部１４が固定されている。支柱部１４内の移動機構４と接触端子部３とはアーム部５を介して接続される。移動機構４はステッピングモータなどの電気的な信号を入力する位置決め部品から構成される。移動機構４は制御部９に配線で接続され、制御部９の信号によって移動と停止が制御される。

図１では第１接触端子１および第２接触端子２が電気部品の電極と接触していないが、この移動機構４により接触端子部３をステージ６上に載置した電気部品に漸次近接させていくと、やがて第１接触端子１と第２接触端子２と電気部品の電極とを接触させることができる。なお、第１接触端子１と第２接触端子２とは互いに固定されており、また電極に接する面が電極に対して同じ高さを有するようにされているため、両接触端子は電極に同時に接触することになる。

図１では電気部品として上下に電極を備えたＬＤ（レーザーダイオード、以下ＬＤと略す。）バー３０を用いた図を示している。ＬＤバー３０は半導体部３１、上電極３２及び下電極３３を有し、下電極３３はステージ８上に固定されたステージ電極１１と接触している。ステージ電極１１は電気接続装置１０の第２外部接続端２３と配線で接続される。

第１外部接続端２２と第２外部接続端２３とには電気特性測定器２０が接続され、上電極３２及び下電極３３とに挟まれた半導体部３１を有するＬＤバー３０の電気特性が評価される。

上電極３２には、上に述べたように移動機構４によって第１接触端子１と第２接触端子２が接触される。第１接触端子１と第２接触端子２とはこの上電極３２のサイズよりも近接した間隔で保持されている。

なお、電極から第１接触端子１と第２接触端子２のそれぞれの接触面との高さを同じとしており、上電極３２と下電極３３とが平行な電気部品を評価する際には、両接触端子の接触端部の高さはステージ８の面から同じとするとよい。また、下電極３３と上電極３２とが傾斜角を有する電気部品を評価する場合は第１接触端子１と第２接触端子２の接触端部がその傾斜角の関係を有するように接触端子部３をアーム部５に傾斜させて保持すればよい。

第１接触端子１と第２接触端子２とは同一の材料で形成されてもよく、たとえばＡｌ、Ａｌ合金、Ｍｇ合金類など軽金属から形成されるとよい。また、その接触端子の表面にはニッケル、インジウム、金等およびそれらの合金などの硬度が低い材料のめっき層が形成されているとよい。これらのめっき層が電子部品の電極の硬度と同等か低い材料とすることにより電子部品表面に与えるダメージを非常に小さくすることができる。ステージ８上に固定されるステージ電極１１も第１接触端子１と第２接触端子２と同様な材料で形成されるとよい。また、接触端子部３の絶縁体１３は、絶縁性の樹脂やセラミックで形成される。

第１接触端子１と第２接触端子２との導通を検出する導通検出部７は、第１接触端子１と第２接触端子２との抵抗を測定する回路を有し、その抵抗があらかじめ設定された設定値以下となった時点を導通の検出時点として制御部９に検出信号を出力する。

次に、電気接続装置１０による電気接続動作を説明する。図３は本実施の形態１の電気接続装置を用いた電気測定評価の手順を説明するフローチャートである。電気測定評価を開始するには、まず、ステップＳ１でステージ８にＬＤバー３０のような電気部品を載置する。なお、開始時点では接触端子部３とステージ８との間に電気部品を載置するのに十分な間隔があり、また切替部８内は第１接触端子１から導通検出部７への接続がされている。次いでステップＳ２で、制御部９により移動機構４を動作させて所定の移動量分、接触端子部３をステージ８側に近接させる。次いでステップＳ３で、導通検出部７か導通を検出した検出信号の有無を制御部９でモニターして、検出信号がなければステップＳ２に戻り、所定の移動量分、接触端子部３をステージ８側に近接させる。第１接触端子１と第２接触端子２とがともに電極に接するまで導通がないので、両接触端子が電極に接触するまで漸次接近が繰り返される。接触した時点で、両接触端子と導通検出部７とは電極を通じて閉回路となり導通が生じる。導通検出により検出信号が出力されるとステップＳ４に移行し、制御部９から移動機構４に制御信号を出力してその時点で接触端子部３の位置を保持固定する。つまり接触端子部３の接近が停止される。このため両接触端子が電極に対して接触圧が低い状態で保持され、電極や電子部品を破損しにくい。また、確実な電気接続が安定的に実現できる。なお、ステップＳ２における所定の移動量を小さくするほど、電気部品の破損を防止する効果が大きい。ただし、移動量を小さくすると接触端子が電極に接するまで時間を要するので、接触端子が接しないような所定の高さまでは導通検出部７の検出にかかわらず接触端子部３を高速に移動し、接触端子が電極とある程度近接した以降にステップＳ３の検出によって移動機構４の動作を制御するようにするとよい。

次いでステップＳ５で制御部９からの制御信号を受けて切替部８内の第１接触端子から導通検出部７への電気接続を第１接触端子１から第１外部接続端２２への接続に切り替える。これにより、電気部品の電極３２と第１外部接続端２２とが電気的に接続される。

次いでステップＳ６で第１外部接続端に接続された電気特性測定器２０によって電気部品の評価を行う。評価完了後は、ステップＳ７で制御部９により移動機構４を動作させて接触端子部３をステージ６から遠ざける。また、図には示していないが、切替部の第１接触端子１から第１外部接続端２２への接続を最初の第１接触端子１から導通検出部７への接続に戻すとよい。最後にステップＳ８で電気部品３０をステージ６から取り外して一連の電気測定評価は終了する。

以上のように、実施の形態１の電気接続装置１０は、互いに絶縁されて固定された第１接触端子１及び第２接触端子２と、両接触端子を電気部品の電極方向に接近させる移動機構４と、第１接触端子１と第２接触端子２との間の導通を検出する導通検知部７と、導通検知部７が導通を検出した際に出力される検出信号によりで移動機構４を停止させる制御部９とを有するので、ステージ６に載置された電子部品の電極に第１接触端子１と第２接触端子２とを確実に電気的に接続させることができ、また、その時点で接近を停止するので電気部品やその電極の破損を防ぐことができる。

また、移動機構４を停止後に制御部９によって第１接触端子１及び第２接触端子２の一方を導通検知部７と電気的に切り離して第１端子部１２に接続する切替部８を備えたので、第１端子部１２と電気部品の電極との間の電気接続を確実に行えるとともに、第１端子部１２と電気部品の電極との間に導通検知部７の影響がなくなり、第１端子部１２を介した電気測定評価の精度がよくなる。

なお、接触を検出する他の方法として図１で下電極３３と上電極３２との間の抵抗の変化を検出して、その抵抗変化から接触端子と電極との接触を検知して、移動機構を停止する構成も考えられる。しかしながら、その場合は下電極３３と上電極３２との間に素子である半導体３１の抵抗も加わる。通常、半導体３１は電極に比べて抵抗がはるかに大きく、このため接触を検知する基準となる抵抗も高い値に設定しなくてはならない。このため、接触端子と電極との電気的な接続が不十分な状態で接触が固定される可能性がある。本実施の形態１の電気接続方法では、電気部品の同じ電極に対して第１接触端子１と第２接触端子２と接触させ、第１接触端子１と第２接触端子２との間の導通を検出するので、接触を検知する基準の抵抗値を半導体３１の抵抗に比べて大幅に低く設定できる。このため接触端子と電極との電気的な接続確実に行えるとともに接触検知を感度良く行える。従って電気接続装置１０を用いた電気接続方法は、脆弱な電気部品や電極を有し、特に電極間の抵抗が高い半導体などの素子の評価に適している。

なお、本実施の形態１では移動機構４はステージ６の支柱部１４内に設けたが、ステージ６の下部に設けてステージ６を上下させるものであってもよい。

また、本実施の形態１では電気部品として上下の両面に電極を備えたＬＤバー３０を使用したが、片面に複数の電極を備えてその電極間の電気特性を評価する際にも、各電極に対して２本ずつの接触端子を用いて本実施の形態１の電気接続方法を用いることができる。その場合、電極に２本の接触端子を有する接触端子部を接近させる移動機構は電極ごとに制御してもよい。その場合、電極ごとの接続が確実に行われ、また電極の保護にも優れる。

また、第１外部出力端１２に導通検知部７が接続されたままの状態でも電気特性測定器２０の測定に影響がほとんどない場合には、切替部８を設置せずに第２接触端子２が導通検知部７と第１外部接続端２２とに同時に接続されるようにしてもよい。

また、上記の述べたような導通によって接続を検知する２つの接触端子と、それらの接触端子と接触位置の高さが揃えられた別の接触端子とを同時に電極に接続するようにしてもよい。これにより多数の端子の同時接続を簡単な装置構成で実現できる。また、導通によって接触を検知するために使用する電極は、必ずしも電気特性評価用の電極でなく、導通による接触検知のための専用の電極としてもよい。

導通検出部７による両接触端子の導通の検出は、抵抗値以外に、両接触端子に異なる電圧を印加してその間の電圧の変化を検出する方法や、また電流の流れによって検出することもできる。

また、図４は本実施の形態１の電気接続装置の接触端子部３の他の例を示す斜視図である。図４の（ａ）の接触端子部３０の両接触端子は電極に接する側が細くなった先端を有する。また図４の（ｂ）の接触端子部３０の両接触端子は四角柱状で、その間に絶縁体１３が挟まれた構造である。これらの構造の接触端子部３０を用いて電気接続を行ってもよい。このような単純な形状の接触端子を用いても確実な電気接続が安定的に実現できる。

また、上記では導通を検出した直後に端子の移動を停止したが、電極や電気部品を破損しない程度の所定の接触圧力を発生するように、さらにわずかに端子を電極方向に移動させるようにしてもよい。

また、電極や両接触端子先端が汚れるなどにより接触不良が生じた場合に両端子が電極に接触しているのに所定の抵抗値以下にならない場合も起こりうる。このような場合に接触端子をステージ側に接近させ続けると電極や電子部品を破損させる可能性がある。これを防止するには、移動機構７により両接触端子を所定の位置にまでステージ側に近づけても所定の抵抗値以下の導通が得られない場合には移動を停止するようにするとよい。

実施の形態２．
実施の形態２の電気測定評価は基本的に実施の形態１で用いた同じ電気接続装置を用いて、電気部品３０と電気特性測定器２０との電気接続を行う。導通検知部７が導通を検出した際の抵抗値を電気特性評価の際に考慮することが特徴である。

導通検知部７の検出する抵抗値が所定の設定値以下となった時点で第１接触端子１と第２接触端子２とが電気部品の電極に接触したことを検知し、第１接触端子１と第２接触端子２とを電極方向に移動することを停止して、その状態で保持する点は実施の形態１と同様である。その際に導通検知部７で検出した抵抗値をメモリなどに保存した後に、切替部８の切り替え動作を行う。なお、保存される抵抗値は所定の設定値以下となっているはずである。ここで第１接触端子１と第２接触端子２とがほぼ等しい形状や素材から構成される場合、第１接触端子１と電極との間及び第２接触端子２と電極との間の接触抵抗が等しいと仮定する。図１のように第１接触端子１または第２接触端子２のいずれか一方が電気特性測定器２０との電気接続される場合には、保存された抵抗値の１／２を接触端子と電極との間の抵抗として電気特性測定器２０による電気特性評価の際に考慮する。また、図１の場合とは異なるが、第１接触端子１及び第２接触端子２が共に第１外部接続端２２に接続されるようにしてもよい。その場合、抵抗が並列的に接続されたとみなせるので、保存された抵抗値の１／４を接触端子と電極との間の抵抗として電気特性測定器２０による電気特性評価の際に考慮するとよい。

また、導通検知部７は内部に保護抵抗Ｒと定電圧Ｖｓを発生する定電圧源とが直列に接続され、流れる電流ｉを測定する電流計により構成されていてもよい。その場合、電流ｉが所定の値以上流れる時点を接触検知時点として外部に信号を出力する。第１接触端子１と第２接触端子２とが電気部品の電極に接触すると、接触端子と電極との間の接触抵抗がゼロの場合に流れる電流ｉはＶｓ／Ｒとなる。従って、接触検知に使用する所定の抵抗値はＶｓ／Ｒよりも少し小さな値に設定する。例えば、Ｒ＝１ｋΩ、Ｖｓ＝１Ｖとすると接触抵抗がゼロの場合に流れる電流ｉの最大値は１ｍＡである。従って所定の値として例えば０．９ｍＡなどとする。例えば接触検知時に電流ｉが０．９９ｍＡとなった場合、第１接触端子１と電極との間及び第２接触端子２と電極との間の電圧降下の和は０．０１Ｖであり、両接触端子の接触抵抗の和ｒはｒ＝Ｖｓ／ｉ−Ｒから約１０Ωとなる。

第１接触端子１または第２接触端子２のいずれか一方を経て電気特性測定器２０と電気部品の電極とが電気接続される場合に、電気特性測定器２０から流れる電流Ｉは、接触端子と電極との間でＩ・（ｒ／２）の電圧降下が生じるので、電気特性測定器２０で電圧Ｖが測定された際に、Ｖ_０＝Ｖ＋Ｉ・（ｒ／２）のように補正した電圧Ｖ_０を真の評価値とするとよい。

以上のように、導通検知部７が接触を検知した時点での抵抗値を記録後に電気特性測定器２０による電気評価がなされ、その際に記録した抵抗値が電気評価時に考慮されるので精度のよい電気評価が行える。また、導通検知部７による接触検知、その際の導通検知部７が検出した抵抗値の保存、切替部８による接触端子から第１外部接続端２２への切り替え動作、電気特性測定器２０による電気測定開始、抵抗値を用いた測定結果の補正、が順次自動的に行われるように制御部で自動化されていると便利である。

なお、上記のように第１接触端子１と電極との間及び第２接触端子２と電極との間の接触抵抗が等しいという仮定に基づいた補正となるので、それぞれの接触抵抗ができるだけ等しくなるように第１接触端子１と第２接触端子２とがほぼ等しい形状や素材から構成されることが望ましい。

実施の形態３．
図５は本実施の形態３の電気接続装置を用いた電気測定評価を説明する概略図である。実施の形態１の図１と類似するが、第１接触端子１と第２接触端子２の形状と、切替部８が異なっている。図６は図５で断面で示された接触端子部３を斜め方向から見た透視図である。接触端子部３は細長い円柱の第１接触端子１と、その外側に第１接触端子１の円筒面を囲む円筒状の絶縁体１３と、さらにその外側に絶縁体１３の円筒面を囲む円筒状の第２接触端子２とを有する。
また、切替部８は第１接触端子１及び第２接触端子２から導通検知部７への電気接続をそれぞれ第１外部接続端２２に切り替える機能を有する。

本実施の形態３では第１接触端子１の電極への接触面が第２接触端子２の接触面に囲まれていることにより、第１接触端子１と第２接触端子２との間の電極の抵抗は一定となり、接触検知の際の検出精度がよくなる。例えば電極の抵抗が接触端子に比べてある程度高い場合、実施の形態１のような２つの接触端子を電極の中央付近に接触するか周辺に接触するかで抵抗が異なるが、本実施の形態２ではほぼ一定となる。

切替部８は第１接触端子１及び第２接触端子２をともに第１外部接続端２２に接続してもよいし、いずれか一方のみを接続してもよい。例えば、第１接触端子１と第２接触端子２のいずれもが低抵抗の導電体からなる場合は両方を同時に接続することで、電極との接触面積が大きくなり、電気評価の際の接触抵抗の影響を低減することができる。

また、第１接触端子１を同軸ケーブルの内部導体、第２接触端子２を同軸ケーブルの外部導体に接続して第１外部接続端２２で同軸の接続が可能となるようにしてもよい。その際、外側の第２接触端子２を第１接触端子１に比べて抵抗の高い導電体で構成してもよい。例えば第２接触端子２の抵抗を同軸ケーブルのインピーダンスと同程度の抵抗を有する導電体で形成したり、同程度の抵抗を挿入するなどしたりしてもよい。第２接触端子２によって第１接触端子１が外部の電界変化などの影響を受けにくくできるので精度の高い電気測定が可能となる。

本実施の形態１の電気接続装置を用いた電気測定評価を説明する概略図である。本実施の形態１の電気接続装置の接触端子部を斜め上方から見た透視図である。本実施の形態１の電気接続装置を用いた電気測定評価の手順を説明するフローチャートである。本実施の形態１の電気接続装置の接触端子部の他の例を示す斜視図である。本実施の形態３の電気接続装置を用いた電気測定評価を説明する概略図である。本実施の形態３の電気接続装置の接触端子部を斜め上方から見た透視図である。

符号の説明

１第１接触端子、２第２接触端子、３接触端子部、４移動機構、５アーム部、６ステージ、７導通検出部、８切替部、９制御部、１０電気接続装置、１１
ステージ電極、１３絶縁体、１４支柱部、２０電気特性測定器、２２第１外部接続端、２３第２外部接続端、３０電気部品、３１半導体部、３２上電極、３３下電極

Claims

電気部品の電極に接触端子を接触させることにより前記電極と外部接続端との間を電気接続する電気接続方法であって、
少なくともいずれかが外部接続端に接続される第１接触端子及び第２接触端子と、
前記第１接触端子及び前記第２接触端子を前記電気部品の電極方向に移動する移動機構と、
前記第１接触端子と前記第２接触端子とに接続されて両接続端子間の導通を検出する導通検知部と、を備え、
前記移動機構により前記電子部品の電極に前記第１接触端子と前記第２接触端子とを漸次接近させて、前記導通検知部が導通を検出した時点で前記移動機構を停止させることを特徴とする電気接続方法。
移動機構を停止後に少なくとも第１接触端子及び第２接触端子からの電気接続を導通検知部から外部接続端に切り替えることを特徴とする電気接続方法。
電気部品の電極に接触端子を接触させることにより前記電極と外部接続端との間を電気接続する電気接続装置であって、
少なくともいずれかが外部接続端に接続される第１接触端子及び第２接触端子と、
前記第１接触端子及び前記第２接触端子を前記電気部品の電極方向に移動する移動機構と、
前記第１接触端子と前記第２接触端子とに接続されて両接続端子間の導通を検出する導通検知部と、
前記導通検知部が導通を検出した時点で前記移動機構を停止させる手段と、
を備えた電気接続装置。
第１接触端子または第２接触端子からの電気接続を導通検知部と外部接続端とのいずれかに切り替える切替部を備えた事を特徴とする請求項３に記載の電気接続装置。