JP2014032035A

JP2014032035A - プローブクリーニング装置およびその方法

Info

Publication number: JP2014032035A
Application number: JP2012171112A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Katayama; 浩片山
Original assignee: SHERU ELECTRONICS KK
Current assignee: SHERU ELECTRONICS KK
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2014-02-20

Abstract

【課題】ランニングコストを低下させ、プローブの先端部の摩耗による変形を防止し、かつクリーニングの後処理も容易となるプローブクリーニング装置およびその方法を提供する。
【解決手段】ＢＧＡ型電子部品の電気特性を測定するテストソケットの各プローブの先端部に付着した異物を除去する際、これらのプローブの先端部に、回転中の消しゴムをそれぞれ押し当てて、異物をプローブの先端部から剥がし取る。このように構成したため、プローブクリーニングのランニングコストを低下させることができ、プローブの先端部の摩耗による変形も防止し、かつクリーニングの後処理も容易にすることができる。
【選択図】図１

Description

この発明はプローブクリーニング装置およびその方法、詳しくはテストソケットのプローブの先端部に付着した異物を除去するプローブクリーニング装置およびその方法に関する。

多数個のバンプ（半田ボール）が裏面に格子状に配設されたＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）型の電子部品は、工場出荷前に、多数本のプローブ付きのテストソケットを使用し、半導体テスタによって電子部品の電気的特性が検査される。すなわち、各プローブのクラウン加工した先端部を、電子部品の各バンプに押し付ける（オーバードライブする）ことで、電子部品と半導体とが電気的に接続され、この状態で半導体テスタにより電子部品の電気的特性が測定される。
ところで、このようにプローブの先端部がバンプにオーバードライブされるため、測定時、半田（鉛フリー半田：錫、銀、銅）などからなるバンプの一部が、プローブの先端部により削り取られる。そのため、削り取られた金属粉などの異物がプローブの先端部に付着していた。この異物を放置すれば、プローブとバンプとの間の導通不良が生じ、電子部品の電気特性を正確に測定できない。そこで、これを解消するため、プローブの先端部を、定期的にプローブクリーニング装置によりクリーニングしている。

従来のプローブクリーニング装置として、例えば、特許文献１の背景技術に開示されたものなどが知られている。特許文献１に開示された技術は、クッション材の表面に研磨砥粒を配したクリーニングシートを有したものである。その運転時には、クリーニングシートにプローブの先端部を当接し、この状態でプローブをその長さ方向に往復移動させることで、プローブの先端部の異物を除去している。

特開２００８−２６７９７１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたプローブクリーニング装置にあっては、クッション材の表面に研磨砥粒を配した高価なクリーニングシートを使い捨てていた。そのため、装置のランニングコストが高騰していた。
また、クリーニング中にプローブの先端部が研磨砥粒により摩耗するため、クラウン形状のプローブの先端部が徐々に丸く変形し、上述したプローブのバンプへのオーバードライブが不十分となり、半導体テスタによる電子部品の電気特性の測定精度が低下していた。
さらに、従来のクリーニング時には、プローブの先端部から除去された異物だけでなく、クリーニングシートの研磨層から微細な研磨砥粒が多量に剥がれ落ちていた。その結果、クリーニングの後処理が面倒で、長時間を要していた。

そこで、発明者は、鋭意研究の結果、鉛筆またはシャープペンシルを用いて紙に書いた文字や絵などを消す消しゴムに着目した。すなわち、プローブの先端部の異物を回転する消しゴムに付着させて除去すれば、上述した問題はすべて解消されることを知見し、この発明を完成させた。

この発明は、ランニングコストを低下させ、プローブの先端部の摩耗による変形を防止し、かつクリーニングの後処理も容易となるプローブクリーニング装置およびその方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、ＢＧＡ型電子部品の電気特性を測定する際に用いられるテストソケットに立設された複数のプローブの先端部に付着した異物を除去するプローブクリーニング装置において、前記複数のプローブの先端部にそれぞれ押し当てられ、前記異物を剥がし取る消しゴムと、該消しゴムを回転させる回転ヘッドと、前記テストソケットおよび前記回転ヘッドを相対的に移動させ、該回転ヘッドにより回転中の前記消しゴムを、前記複数のプローブの先端部に押し当てる移動手段とを備えたプローブクリーニング装置である。

ＢＧＡ型電子部品とは、裏面に端子としての多数個のバンプが格子状に配列された電子部品（半導体デバイス、半導体素子、パッケージ）である。具体的には、何れもＢＧＡ実装方式を採用する、ＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；大規模集積回路）、ＶＬＳＩ（超大規模集積回路；ＶｅｒｙＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＵＬＳＩ（超大規模集積回路；ＵｌｔｒａＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などが挙げられる。
測定（検査）される電気特性としては、例えば、高周波特性、コンタクト性、などが挙げられる。
テストソケットとは、工場出荷前に半導体テスタを用いて、ＢＧＡ型電子部品の電気的特性を検査する際に用いられるＩＣソケットである。

テストソケットにおける各プローブの形成本数および形成位置は、検査対象となるＢＧＡ型電子部品のバンプの形成個数および形成位置に対応して適宜変更される。
プローブの種類としては、例えば、スプリングプローブなどを採用することができる。
プローブとしては、バンプにプローブを押し付けた際にオーバードライブを発生させるためのクラウン部を先端部に有したものを採用してもよい。
異物としては、例えば、プローブの押し当てにより半田バンプの表面から削り取られた半田が挙げられる。

ここでいう消しゴムとは、鉛筆およびシャープペンシルよって紙に書かれた文字や絵などを消すためのものである。
消しゴムの素材としては、例えば、日本工業規格のプラスチック字消しの規格（ＪＩＳＳ６０５０）に、「プラスチック字消し；Ｐｌａｓｔｉｃｅｒａｓｅｒ」として記載されたものを採用することができる。例えば、ポリ塩化ビニルにフタル酸系可塑剤を加えて固めたものなどを採用することができる。なお、別の素材として天然ゴムが挙げられる。ただし、ここでの消しゴムには、クリーニング時のプローブの摩耗度が大きくなる砂消しゴムは含まない。

消しゴムの形状としては、例えば、円柱形状、楕円柱形状、三角形以上の多角柱形状などを採用することができる。このうち、円柱形状の方が、消しゴムがその中心線（軸線）を中心として回転する回転体となり、回転中の消しゴムの先端面をプローブの長さ方向からプローブの先端面に押し当てて、クリーニング中のプローブの座屈を防止することができるために好ましい。

回転ヘッドとは、消しゴムを着脱自在に固定（装着）する装着部と、装着部を消しゴムの回転軸（回転中心線）を中心にして回転させる回転駆動用のアクチュエータとを有したもので、アクチュエータにより消しゴムが装着された装着部を所定方向に回転させることができる。
アクチュエータとしては、例えば電動モータなどを採用することができる。
また、消しゴムの回転方向は任意である。例えば、一方のみの回転でも、消しゴムを一方向に回転させた後、所定のクリーニング回数後に反対方向に回転させるという操作を順次繰り返す往復回転でもよい。
回転ヘッドの回転速度は、１０００〜５０００ｒｐｍである。１０００ｒｐｍ未満では、回転不足でプローブピン先端に付着した異物を除去しきれない。また、５０００ｒｐｍを超えれば、プローブピン先端を研磨しすぎて、母材を削ってしまう。消しゴムの好ましい回転速度は、２０００〜３０００ｒｐｍである。

ここでいう「移動手段」とは、消しゴムをその軸線（消しゴムの回転の中心となる仮想の回転中心線）を中心として回転ヘッドにより回転させながら、消しゴムをテストソケットのプローブの先端部に押し当てることができるように、回転ヘッドのみ、テストソケットのみまたはこれらの両方を、２次元的（平面的）または３次元的（立体的）に、互いに近接および離反可能であれば、その構成は任意である。移動手段の具体的な移動機構としては、例えば送りねじ機構、ラックピニオン機構、チェーンスプロケット送り機構、ベルトプーリ送り機構などを採用することができる。
プローブの先端部に対する消しゴムの押し付け圧は、例えば１．０〜１．５Ｎである。１．０Ｎ未満では、圧力不足によりプローブピンの先端に付着した異物を除去しきれない。また、２．０Ｎを超えれば、プローブピン内のスプリングにダメージを与える。消しゴムのプローブの先端部に対する好ましい押し付け圧は、１．０〜１，５Ｎである。

請求項２に記載の発明は、前記移動手段は、前記プローブの先端部に前記消しゴムを一定圧で押し付ける定圧荷重用エアシリンダと、該定圧荷重用エアシリンダによる前記プローブの先端部に対する前記消しゴムの押し付け圧を制御する電空レギュレータと、前記プローブの先端部に対する前記消しゴムの残量を検出するリミットセンサとを有し、設定した圧力値に基づき、前記電空レギュレータから前記定圧荷重用エアシリンダに、前記プローブの先端部に対する前記消しゴムの押し付け圧の制御指令が送られる請求項１に記載のプローブクリーニング装置である。

定圧荷重用エアシリンダとは、低圧力での駆動が可能で、かつ、シリンダ出力に対抗する力（反力）が変化してもシリンダ出力は常に一定に保持されるエアシリンダである。
ここでいう電空レギュレータとは、設定した圧力値を制御し、プローブの先端部に対する消しゴムの押し付け圧を一定に保持し、例えば空気路の途中に設けた電磁弁の開度調整を行うことで、定圧荷重用エアシリンダによるプローブの先端部への消しゴムの押し付け圧を制御するものである。
電空レギュレータとしては、例えば制御圧力の範囲が５ｋＰａ〜１ＭＰａのものを採用することができる。
ここでいうリミットセンサは、プローブの先端部に対する消しゴムの残り長さを検出する。

請求項３に記載の発明は、ＢＧＡ型電子部品の電気特性を測定する際に用いられるテストソケットに立設された複数のプローブの先端部に付着した異物を除去するプローブクリーニング方法において、前記複数のプローブの先端部に、回転中の消しゴムを押し当てることにより、前記異物を前記プローブの先端部から剥がし取るプローブクリーニング方法である。

請求項１および請求項３に記載の発明によれば、複数のプローブの先端部に、回転中の消しゴムをそれぞれ押し当てて、プローブの先端部から異物を剥がし取る。すなわち、プローブの先端部に付着した異物に回転中の消しゴムを擦りつければ、消しゴムがプローブの先端部から異物を剥ぎ取りながら、消しゴムから消しゴムカスが削れ落ちる。また、消しゴムカスがプローブの先端部から異物をさらに剥ぎ取りながらこれを包み込む。これにより、除去された異物は消しゴムカスに移行し、消しゴムには新しい表面が露出する。以上のサイクルを繰り返すことで、クリーニング作業中、消しゴムは徐々に目減りしながら異物の除去が進行して行く。
このように、プローブに付着した異物の除去に消しゴムによるクリーニング方式を採用したため、従来の研磨砥粒が表面に存在するクリーニングシートを使用するものに比べて、ランニングコストの低減が図れ、プローブの先端部の摩耗による変形が防止される。また、クリーニング中に研磨砥粒などの微細粒子の異物が発生しないため、クリーニングの後処理も容易となる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、設定した圧力値は電空レギュレータに送られる。電空レギュレータでは、この検出信号に基づき、定圧荷重用エアシリンダにプローブの先端部への消しゴムの押し付け圧の制御指令が送られる。これにより、クリーニング中は、常時、この方法によるクリーニングに適した圧力で消しゴムをプローブの先端部に押し当てることができる。

この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置の回転昇降手段の正面図である。この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置の正面図である。この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置の平面図である。テストソケットのプローブの使用状態を示す要部拡大正面図である。（ａ）は、この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置を使用した消しゴムのピックアップ工程を示す要部拡大斜視図である。（ｂ）は、この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置を使用した消しゴムのピックアップ工程を示す要部拡大側面図である。（ａ）は、この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置での使用済み消しゴムの排出ステージ到達状態を示す要部拡大縦断面図である。（ｂ）は、この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置での使用済み消しゴムのクランプ状態を示す要部拡大縦断面図である。（ｃ）は、この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置での使用済み消しゴムの抜き取り状態を示す要部拡大縦断面図である。（ｄ）は、この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置での使用済み消しゴムの排出状態を示す要部拡大縦断面図である。この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置のソケット搬送部の斜視図である。（ａ）は、この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置での消しゴムのピックアップ直前の状態を示す要部拡大縦断面図である。（ｂ）は、この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置での消しゴムのキャッチ状態を示す要部拡大縦断面図である。（ｃ）は、この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置での消しゴムへのカッタの突き刺し状態を示す要部拡大縦断面図である。（ｄ）は、この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置での消しゴムのピックアップ状態を示す要部拡大縦断面図である。この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置によるテストソケットのプローブのクリーニング作業状態を示す要部拡大斜視図である。この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置によるテストソケットのプローブのクリーニング作業状態を示す要部拡大側面図である。（ａ）は、従来のプローブクリーニング装置を用いてクリーニングした後のテストソケットのプローブの先端部を示す要部拡大斜視図である。（ｂ）は、本発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置を用いてクリーニングした後のテストソケットのプローブの先端部を示す要部拡大斜視図である。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。なお、説明の都合上、図２に示されたプローブクリーニング装置を正面から視た装置とし、装置左方向をＸ１方向、装置右方向をＸ２方向、装置前方向をＹ１方向、装置後方向をＹ２方向、装置下方向をＺ１方向、装置上方向をＺ２方向とする。

図１〜図３において、１０はプローブクリーニング装置（以下、クリーニング装置）で、このクリーニング装置１０は、ＢＧＡ型電子部品の電気特性を図示しない半導体テスタによって測定する際に用いられる、平面視して矩形状のテストソケット１１の上面に格子配列された複数本のプローブ１２の先端部に付着する異物を、消しゴム１３によって除去するものである。消しゴム１３は、ＪＩＳＳ６０５０に、プラスチック字消しとして記載されたものである。具体的には、ポリ塩化ビニルにフタル酸系可塑剤を加え、直径５ｍｍ、長さ２４ｍｍ、円柱として成型した消しゴム１３である。各プローブ１２は、導電性素材からなり、かつ先端部がクラウン加工されたピンである。テストソケット１１の上面には、ＢＧＡ型電子部品（ＵＬＳＩ）１４の裏面に格子配列された複数個のバンプ１５の配列に対応した本数のプローブ１２が、バンプ１５の対応した位置に立設されている（図４）。

図２および図３に示すように、このクリーニング装置１０は、装置本体となる架台１６を有している。架台１６は、平面視してＹ１−Ｙ２方向に長い矩形ボックス（直方体形状の容器）で、その下面の四隅に４本の支柱１７が配設され、上面が水平になっている。
架台１６の上面のＹ１−Ｘ２側の端部には、平面視して矩形状の大型の切欠部１７ａが形成されている。この切欠部１７ａには、平面視して正方形の各コーナー部に配置された４本の吊り柱１８により吊下された平面視して矩形状の底板１９が載置されている。この底板１９には、消しゴム１３の切り出しを行う振動式のボウルフィーダ２０が、内面に螺旋搬送路２１が形成されたボウル２２を上部振動体の上面に取り付け、上部振動体とその下方に配される基台とをボウル２２の周方向に等間隔で配した複数の傾斜板ばねで連結し、上部振動体と基台との間に加振機構２３を設けたものである。加振機構２３は、基台に取り付けられる交流電磁石と上部振動体に取り付けられる可動鉄心とからなり、その電磁石と可動鉄心との間に作用する断続的な電磁吸引力により、上部振動体を振動させる。これにより、ボウル２２が上部振動体と一体にその中心軸回りにねじり振動し、ボウル２２に供給された複数個の消しゴム１３が螺旋搬送路２１に沿って縦列状態で搬送される。螺旋搬送路２１の上端から排出された消しゴム１３は、Ｙ２方向へ下方傾斜した供給シュート２４によってピックアップステージＳ１に排出される。

図５（ａ）に示すように、架台１６の上面のボウルフィーダ２０よりＸ１側には、ピックアップステージＳ１が配置されている。このピックアップステージＳ１には、ボウルフィーダ２０によって切り出された消しゴム１３を、順次、ピックアップステージＳ１まで移送する回動式の消しゴム送り手段２５が設けられている。
消しゴム送り手段２５は、厚肉な円板を、その中心線を中心として周方向に４分の１だけ切り取った扇形状を有し、かつ外周面のＹ１側の端部に、消しゴム１３の３分の２の長さ部分が挿入される挿入孔２６が形成された扇板２７を有している。挿入孔２６には、供給シュート２４から排出された１個の消しゴム１３が、一部を露出して横向きに挿入される（図５（ｂ））。また、扇板２７には、その扇の要位置に、長さ方向がＸ方向に向いた回動軸２８を有している。扇板用モータＭ１により回動軸２８を中心にして扇板２７を９０°回動させることで、挿入孔２６に挿入された消しゴム１３が、その長さ方向をＺ方向に向けた起立状態でピックアップステージＳ１に配置される。

図１〜図３に示すように、架台１６の上面のピックアップステージＳ１よりＸ１側（架台１６の略中央部）には、使用済み消しゴム１３Ａの排出ステージＳ３が配置されている。排出ステージＳ３には、後述するピックアップ管（回転ヘッド）２９の下端から突出した使用済み消しゴム１３Ａを引き抜いて排出する排出手段３０が設けられている。排出手段３０は、使用済み消しゴム１３ＡをＸ方向からクランプする、Ｙ方向に長い矩形状の一対のクランプ板３１と、このクランプ板３１を近接または離反させる一対のクランプ用エアシリンダ３２と、排出ステージＳ３のＹ１側の下方に配置され、ピックアップ管２９から引き抜かれた使用済み消しゴム１３Ａを回収する回収ボックス３３と、この引き抜かれた使用済み消しゴム１３Ａを、回収ボックス３３に投下するＹ１方向に向かって下方傾斜した排出シュート３４とを有している。
図６に示すように、使用済み消しゴム１３Ａが挿入されたピックアップ管２９が排出ステージＳ３に到達したとき（図６（ａ））、両クランプ用エアシリンダ３２のロッドを突出させて使用済み消しゴム１３Ａを一対のクランプ板３１によりクランプする（図６（ｂ））。次に、この状態でピックアップ管２９を上昇させることで、使用済み消しゴム１３Ａがピックアップ管２９から引き抜かれる（図６（ｃ））。その後、クランプ用エアシリンダ３２のロッドを引き戻して一対のクランプ板３１を離間させることにより、使用済み消しゴム１３Ａのクランプが解除される。その結果、使用済み消しゴム１３Ａは排出シュート３４を転がって回収ボックス３３に投下される（図６（ｄ））。

図１〜図３および図７に示すように、架台１６の上面の排出ステージＳ３よりＸ１側には、テストソケット１１の各プローブ１２の先端部に付着した異物を消しゴム１３によって除去するクリーニングステージＳ２が配置されている。クリーニングステージＳ２には、Ｘ方向に長い小型の門型ブラケット３５が固定されている。門型ブラケット３５のＸ２側部分の下方には、架台１６の上面のＹ１側の端部からＹ２側の端部まで延びたソケット搬送手段３６の中間部が配置されている。
ソケット搬送手段３６は、送りねじ方式のＹ軸レール３７と、Ｙ軸レール３７のＹ２側の端部に配置され、かつ出力軸と連結したＹ軸送りねじ３８を回転させるＹ軸モータ３９と、Ｙ軸送りねじ３８にナットを介して設けられたＹ軸スライダ４０と、Ｙ軸スライダ４０に固定され、かつ上面に４個のテストソケット１１がＹ方向への縦列状態で保持されるＹ方向に長い矩形状のソケット保持板４１とを有している。このソケット保持板４１はＹ軸レール３７の約半分の長さを有し、各テストソケット１１には、同一素材および同一形状の複数のプローブ１２のうち、それぞれの先端部を除いた部分を覆うマスクプレート４２が着脱自在に装着されている。

また、マスクプレート４２は、プローブ１２の先端部を除く部分の長さと同じ厚さで、かつ複数のプローブ１２が、それぞれの先部を露出して１本ずつ挿入される複数のプローブ挿入孔が格子配列されている。また、図２、図３に示すように、門型ブラケット３５の上板部のうち、ソケット搬送手段３６よりＸ１側には、クリーニング時に発生した消しゴムカスなどを吸引する大径な吸引パイプ４４の上端が固定されている。吸引パイプ４４の下端開口には、図示しない負圧発生装置が接続されている。負圧発生装置を作動することで、吸引パイプ４４の内部空間が負圧化され、クリーニング中に発生した消しゴムカスなどを吸引パイプ４４を通して回収することができる。

図１〜図３に示すように、架台１６の上面のＹ２側部には、架台１６のＸ１側の端部からＸ２側の端部まで延びた門型フレーム４５が立設されている。門型フレーム４５の上枠４６のＹ１側には、送りねじ方式のＸ軸レール４７が固定されている。Ｘ軸レール４７のＸ２側の端部の下側には、Ｘ軸モータ４８が固定されている。Ｘ軸レール４７のＸ軸送りねじ４９とＸ軸モータ４８のＸ２方向に延びた出力軸５０とは、門型フレーム４５のＸ２側の上端部に固定された矩形ケーシング５１内のＶベルト式動力伝達部５２により連結されている。Ｘ軸送りねじ４９には、ナットを介してＸ軸スライダ５３が設けられている。Ｘ軸モータ４８を回転させることでＸ軸送りねじ４９が所定方向に回転し、Ｘ軸スライダ５３がＸ１方向またはＸ２方向に移動する。

また、Ｘ軸スライダ５３には送りねじ方式のＺ軸レール５４が固定され、Ｚ軸レール５４のＺ２側の端部にはＺ軸モータ５５が固定されている（図２および図３）。Ｚ軸モータ５５の出力軸は、Ｚ軸送りねじ５６の上端部に連結されている。Ｚ軸送りねじ５６には、ナットを介してＺ軸スライダ５７が設けられている。Ｚ軸スライダ５７には、連結体５８を介して、正面視してＬ字形状の昇降板５９が固定されている。昇降板５９は、表面がＺ２方向を向いた平面視して矩形状のベース板部６０（横板部）と、ベース板部６０のＸ１−Ｙ２側の端部に下端部が固定され、かつ表面がＹ１方向を向いた縦板部６１とを有している。縦板部６１の上部には、水平な取り付け板６２を介して、低圧力での駆動が可能で、かつ、シリンダ出力に対抗する力（反力）が変化してもシリンダ出力は常に一定に保持される定圧荷重用エアシリンダ６３が立設され、その上端部に電空レギュレータ６４が取り付けられている。電空レギュレータ６４は、設定した圧力値をプローブ１２の先端部に対する消しゴム１３の押し付け圧の検出信号に基づき、空気路の途中に設けた電磁弁の開度調整を行うことで、定圧荷重用エアシリンダ６３によるプローブ１２の先端部への消しゴム１３の押し付け圧を制御する。

取り付け板６２のＸ２側の端部には、プローブ１２の先端部に対する消しゴム１３の長さを検出する上下リミットセンサ（リミットセンサ）６５が取り付けられている。上下リミットセンサ６５は、先端部が後述するコの字ブラケット６６の上枠部に固定された入力部材６７を有している。この入力部材６７を介して、スプライン軸６８と一体化したコの字ブラケット６６の昇降を検出し、プローブ１２の先端部に対する消しゴム１３の長さの上限値と下限値とを検出する。
定圧荷重用エアシリンダ６３の出力軸６９はＺ１方向に突出し、この出力軸６９の先端部に、コの字ブラケット６６の上枠部６６ａが固定されている。コの字ブラケット６６の下枠部６６ｂには、Ｚ方向へ延びて、後述のピックアップ管２９の内部空間でカッタ７０を昇降させるカッタ用エアシリンダ７１の下端部が、軸受７２を介して軸支されている。カッタ用エアシリンダ７１の上端部には、外周部に図示しないコンプレッサの供給部に連通したエア導入口７２ａが形成され、かつ内蔵するベアリングを介して、カッタ用エアシリンダ７１の回転中であっても静止可能なエア導入部７３が取り付けられている。カッタ用エアシリンダ７１の下端部には、Ｚ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に長い中空のスプライン軸６８（中空軸）の上端部が固定されている。そのロッド７４の先端部（下端部）には、前記カッタ７０が固定されている。

カッタ用エアシリンダ７１のロッド７４を突出させることでカッタ７０が下降し、ピックアップ管２９の下端部に収納された消しゴム１３の上端部にカッタ７０が突き刺さり、その後、ロッド７４をカッタ用エアシリンダ７１内に引き込ませることで、カッタ７０とともに消しゴム１３がピックアップ管２９の内部に取り込まれる。
前記ベース板部６０は、開口面が下向きとなった矩形容器形状の部材で、ベース板部６０のＸ２側の端部には、サーボモータである回転モータ７５が立設されている。回転モータ７５の出力軸７５ａの先部は、Ｚ１方向へ延びてベース板部６０の内部空間に配置されている。この出力軸７５ａの先部には、大径な駆動プーリ７７が固定されている。

ベース板部６０のＺ１側の端部には、スプライン軸６８を、その軸線回りに回転させながらＺ方向にスライド可能に支持するロータリーボールスプライン７６が固定されている。
ロータリーボールスプライン７６の下端面の中央部には、スプライン軸６８を管内に非接触状態で挿入し、かつ下端開口から消しゴム１３を管内に引き込むピックアップ管２９の上端部が固定されている。ピックアップ管２９は、その長さ方向の中間部がベース板部６０に固定された軸受７７によって軸支されている。また、ピックアップ管２９の下部はベース板部６０より下方へ突出している。この突出部分の上端部（元部）は、ピックアップ管２９より大径で、かつピックアップ管２９を非接触状態で挿入可能な短尺なガイドパイプ７８によって周方向から覆われている。ガイドパイプ７８は、ベース板部６０に固定されている。また、ピックアップ管２９の下端部（先端部）には、各回転軸７９が水平で、かつ消しゴム１３のピックアップ時に、消しゴム１３を３点支持状態でスムーズにピックアップ管２９に引き込ませる３個のガイドローラ（ベアリング）８０が、ピックアップ管２９の周方向に１２０°毎に配設されている（図８（ａ）〜図７（ｄ））。

ピックアップ管２９の下端部は、ガイドパイプ７８より下方に突出している。一方、ピックアップ管２９の上端部には、小径な従動プーリ８１が固定されている。従動プーリ８１と前記駆動プーリ７７との間には、動力伝達用のＶベルト８２が架け渡されている。したがって、Ｚ軸モータ５５により出力軸を回転させることで、Ｚ軸送りねじ５６が所定方向へ回転し、Ｚ軸スライダ５７と一体的に昇降板５９がＺ１方向（下方向）またはＺ２方向（上方向）へ移動（昇降）する。
これらの構成部品のうち、Ｘ軸レール４７、Ｘ軸モータ４８、Ｘ軸送りねじ４９およびＸ軸スライダ５３と、Ｙ軸レール３７、Ｙ軸モータ３９、Ｙ軸送りねじ３８およびＹ軸スライダ４０と、Ｚ軸レール５４、Ｚ軸モータ５５、Ｚ軸送りねじ５６およびＺ軸スライダ５７と、定圧荷重用エアシリンダ６３、電空レギュレータ６４および上下リミットセンサ６５とから、テストソケット１１およびピックアップ管２９を相対的に移動させて、ピックアップ管２９により回転中の消しゴム１３を複数のプローブ１２の先端部に押し当てる移動手段８３が構成される。

次に、図１〜図１０を参照して、この発明の実施例１に係るプローブクリーニング装置１０を使用し、テストソケット１１に立設された複数のプローブ１２の先端部に付着した異物を除去するプローブクリーニング方法を説明する。
図１〜図３、図７に示すように、プローブクリーニング時には、まず、Ｙ軸レール３７のＹ１側の端部に配置されたソケット保持板４１に４枚のテストソケット１１を、Ｙ方向に縦列状態で保持する（図７）。このとき、各テストソケット１１の上面には、各プローブ１２が対応するプローブ挿入孔に１本ずつ挿入されている。

その後、Ｙ軸モータ３９によりＹ軸送りねじ３８を所定方向に回転させ、Ｙ軸スライダ４０をＹ２方向へ移動させて、ソケット保持板４１をＹ軸レール３７のＹ２側の端部に配置する。次に、Ｙ軸モータ３９を逆回転させ、ソケット保持板４１に保持された最もＹ１側のテストソケット１１を、クリーニングステージＳ２に配置する（図１および図７）。
次いで、図２および図３に示すように、ボウルフィーダ２０の加振機構２３を作動し、電磁石と可動鉄心との間に作用する断続的な電磁吸引力により上部振動体を振動させ、ボウル２２に供給された多数個の消しゴム１３を螺旋状搬送路２１に沿って徐々に上方へ搬送して行く。螺旋搬送路２１の上端から排出された消しゴム１３は、Ｙ２方向へ下方傾斜した供給シュート２４によってピックアップステージＳ１の方向へ排出され、その先頭の消しゴム１３が、一部を露出した状態で、扇板２７の挿入孔２６に横向きに挿入される（図５（ａ）および図５（ｂ））。その後、扇板用モータＭ１により回動軸２８を中心にして扇板２７を９０°回動させる。これにより、挿入孔２６に挿入された消しゴム１３が、その長さ方向をＺ方向に向けた起立状態で、ピックアップステージＳ１に配置される。

次に、図２および図３に示すように、Ｘ軸モータ４８によりＸ軸送りねじ４９を所定方向に回転させ、Ｘ軸スライダ５３とともにピックアップ管２９をピックアップステージＳ１の方向へ水平移動させる。これにより、最終的にピックアップ管２９がピックアップステージＳ１に到達する（図８（ａ））。ここで、Ｚ軸モータ５５によりＺ軸送りねじ５６を所定方向に回転させ、Ｚ軸スライダ５７とともにピックアップ管２９をＺ１方向へ移動させて、扇板２７の挿入孔２６に挿入された消しゴム１３の上端部が、３個のガイドローラ８０を介して、ピックアップ管２９の下端部にスムーズに挿入される（図８（ｂ））。次いで、カッタ用エアシリンダ７１のロッド７４を突出させてカッタ７０を下降し、ピックアップ管２９の下端部に収納された消しゴム１３の上端部にカッタ７０を突き刺す（図８（ｃ））。その後、ロッド７４をカッタ用エアシリンダ７１の内部に引き込ませることで、カッタ７０とともに消しゴム１３がピックアップ管２９の内部に取り込まれ、この状態で、Ｚ軸モータ５５を逆回転させてピックアップ管２９を初期高さまで戻す（図８（ｄ））。

図２および図３に示すように、Ｘ軸モータ４８を逆回転させ、ピックアップ管２９をクリーニングステージＳ２までＸ１方向へ水平移動させる。次に、カッタ用エアシリンダ７１のロッド７４を、ピックアップ管２９の下端から消しゴム１３の先端部が３ｍｍだけ飛び出る位置まで突出させる。この状態のまま、回転モータ７５により消しゴム１３と一体的にピックアップ管２９を３０００ｒｐｍで回転させながら、Ｚ軸モータ５５によりピックアップ管２９を徐々に下降する。そして、消しゴム１３の先端部（下端部）が、テストソケット１１の選出された所定本数のプローブ１２の先端部（上端部）付近に達した時、定圧荷重用エアシリンダ６３を作動してプローブ１２のクリーニングに適した１．５Ｎの制御圧力で、各プローブ１２の先端部に、回転中の消しゴム１３の先端部を押し付ける（図９）。この状態のまま、Ｙ軸モータ３９によってソケット保持板４１を徐々にＹ方向へ移動させるとともに、Ｘ軸モータ４８によってピックアップ管２９をＸ方向へ移動させながら、各プローブ１２のクラウン加工された先端部に付着した異物を剥がし取る（図７および図１０）。

すなわち、プローブ１２の先端部に付着した異物に回転中の消しゴム１３を擦り付けることで、消しゴム１３がプローブ１２の先端部から異物を剥ぎ取りながら、消しゴム１３から消しゴムカスが削れ落ちる。また、消しゴムカスがプローブ１２の先端部から異物をさらに剥ぎ取りながらこれを包み込む。これにより、除去された異物は消しゴムカスに移行し、消しゴム１３には新しい表面が露出する。以上のサイクルを繰り返すことで、クリーニング作業中、消しゴム１３は徐々に目減りしながら異物の除去が進行して行く。なお、消しゴム１３の目減り分は、事前に行ったプレクリーニング試験時に取得した単位時間当たりの消しゴム１３の目減り量に応じて、カッタ用エアシリンダ７１のロッド７４を徐々に突出させることで対処する。これにより、消しゴム１３は、クリーニングの間中、ピックアップ管２９の下端から３ｍｍだけ突出した状態で維持される。
１枚目のテストソケット１１が有する全てのプローブ１２の先端部のクリーニングが完了したなら、Ｙ軸モータ３９によりソケット保持板４１をテストソケット１１の１枚分の送り量だけＹ１方向へ移動させ、２枚目のテストソケット１１の各プローブ１２の先端部のクリーニングを行う（図７）。以下、上述した作業を順次繰り返すことで、ソケット保持板４１に保持された全てのテストソケット１１のプローブ１２の先端部に付着した異物の除去作業を行う。

このように、プローブ１２に付着した異物の除去に消しゴム１３によるクリーニング方式を採用したため、従来法の研磨砥粒が表面に存在するクリーニングシートを使用したものの場合には、プローブの先端部のうち、クラウン加工の谷部分に異物の付着が残った（図１１（ａ））。これに対して、クリーニング装置１０による消しゴム１３でのクリーニングによれば、クラウン加工の谷部分も含めて、付着していた異物をほぼ全て除去することができた（図１１（ｂ））。しかも、実施例１のクリーニング装置１０を採用すれば、クリーニングシートより安価な消しゴムを使用するため、ランニングコストの低減が図れ、プローブ１２の先端部の摩耗による変形が防止される。また、クリーニング中に研磨砥粒などの微細粒子の異物が発生しないため、クリーニングの後処理も容易となる。
さらに、設定した圧力を電空レギュレータ６４で制御し、定圧荷重用エアシリンダ６３にプローブ１２の先端部への消しゴム１３の押し付け圧の制御指令が送られるように構成している。そのため、クリーニング中は、常時、この方法によるクリーニングに適した圧力で消しゴム１３をプローブ１２の先端部に押し当てることができる。

この発明は、テストソケットのプローブの先端部に付着した異物を除去する技術として有用である。

１０プローブクリーニング装置、
１１テストソケット、
１２プローブ、
１３消しゴム、
１４ＢＧＡ型電子部品、
２９ピックアップ管（回転ヘッド）、
６３定圧荷重用エアシリンダ、
６４電空レギュレータ、
６５上下リミットセンサ（リミットセンサ）、
８３移動手段。

Claims

ＢＧＡ型電子部品の電気特性を測定する際に用いられるテストソケットに立設された複数のプローブの先端部に付着した異物を除去するプローブクリーニング装置において、
前記複数のプローブの先端部にそれぞれ押し当てられ、前記異物を剥がし取る消しゴムと、
該消しゴムを回転させる回転ヘッドと、
前記テストソケットおよび前記回転ヘッドを相対的に移動させ、該回転ヘッドにより回転中の前記消しゴムを、前記複数のプローブの先端部に押し当てる移動手段とを備えたプローブクリーニング装置。
前記移動手段は、
前記プローブの先端部に前記消しゴムを一定圧で押し付ける定圧荷重用エアシリンダと、
該定圧荷重用エアシリンダによる前記プローブの先端部に対する前記消しゴムの押し付け圧を制御する電空レギュレータと、
前記プローブの先端部に対する前記消しゴムの残量を検出するリミットセンサとを有し、
設定した圧力値に基づき、前記電空レギュレータから前記定圧荷重用エアシリンダに、前記プローブの先端部に対する前記消しゴムの押し付け圧の制御指令が送られる請求項１に記載のプローブクリーニング装置。
ＢＧＡ型電子部品の電気特性を測定する際に用いられるテストソケットに立設された複数のプローブの先端部に付着した異物を除去するプローブクリーニング方法において、
前記複数のプローブの先端部に、回転中の消しゴムを押し当てることにより、前記異物を前記プローブの先端部から剥がし取るプローブクリーニング方法。