JP2021130187A - 小径真直ピン先端のフラット加工および半球面加工を行う方法および装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 小径真直ピンの端面を高能率に、かつ長さの精度よくフラット加工する手段、および小径真直ピンの端面を高能率に、かつ形状精度よく半球面加工する手段として、生産性の高い実用的な手段、を提供することを目的とする。【構成】 超音波振動ホーンの振動軸に対する直角方向に、前記ホーンの先端面または先端近傍の外周面に溝を刻設した上で、クリーニングテープまたは研摩テープに引張力を与えながら前記溝に連続的に供給する装置を設けて、クリーニングテープまたは研摩テープの研摩砥粒と超音波振動によって、真直ピン先端の半球面加工またはフラット加工をする構成としている。【選択図】図１

Description

この発明は、半導体デバイスのウェハ上での電気検査や、電子部品の電気検査を行うための小径真直ピンの先端フラット加工および先端半球面加工を行う方法および装置に関する。

近年、通信機器の第５世代の到来と第６世代への移行開始に伴って、半導体デバイスの高集積化、高密度化が一層進み、半導体電気検査における電極パッドの狭ピッチか進んでいる。パッドピッチは、従来の８０ミクロンから５０ミクロン、４５ミクロンへと小さくなった。

前記の狭ピッチ化に伴い、半導体電気検査用のプローブに使用される真直ピンの径も小さくなり、前記真直ピンの長さ精度と両端加工を難しくしている。具体的には、狭ピッチ化に対応するため真直ピンの径は、２０ミクロンや２５ミクロンが必要となってきている。
前記真直ピンの長さ精度と両端半球面加工は次の理由で必要である。

前記真直ピンの長さ精度にバラツキがあると、前記真直ピンの先端部が半導体のパッド電極に接触する接触力にバラツキが発生して、前記パッド表面の接触抵抗が安定せず、電気検査の信頼性を損なう。そのため、パッド表面の酸化膜を破るとともにデバイスに過剰な力を与えないような安定した接触力を実現するため、前記真直ピンの長さ精度を確保する必要がある。

前記の電極パッド表面の酸化膜を破るために必要な接触応力を確保するとともに、半導体デバイスを損傷しないように接触力を小さくするためには、前記真直ピンの先端の接触面積を小さくする必要があり、前記の真直ピンの先端形状は鋭利な円錐形状かまたは半球面形状とする必要がある。しかしながら小径真直ピンの先端部に鋭利な円錐形状を形成することは困難であり、形状再生の点でも鋭利な円錐形状は採用されにくい。

一方、小径真直ピンの先端に半球面形状を形成することは技術的にも容易であり、また形状再生も比較的容易である。そのため、接触部の面圧を高める目的では、小径真直ピンの先端部を半球面形状とすることは十分目的を達成する。

しかしながら、従来技術による小径真直ピンの先端フラット加工、および先端半球面加工には、加工精度と加工コストに問題がある。以下、従来技術の問題点を、図９と図１０に示す例を説明するとともに、先行技術文献の特許文献を引用して説明する。

図９は、小径真直ピンの先端フラット加工を行うための治具の構成を示す。同図において、複数の小径真直ピン２０１は、円筒形状を有する治具２０２の内面穴２０３にできるだけ多くのピンを密に挿入され、治具２０２と共に、テーブル２０４に設置されている。前記の複数の小径真直ピンは、図示しない砥石によって、前記治具２０２の上面２０５と一緒にフラット加工される。

前記の図９で示した、従来の小径真直ピンの先端フラット加工方法には、次のような精度とコストの問題がある。まず、精度であるが、前記治具２０２の内面穴２０３にできるだけ多くのピンを密に挿入したとしても、前記の小径ピンの姿勢には傾きが生じるので、長さ精度が不足となる。発明者らの経験によると、長さ精度の公差は±０．０５ｍｍ程度が限界であった。

次に加工コストであるが、前記の小径真直ピン２０１を挿入するには人手がかかり、小径真直ピンを扱えるための熟練作業者のコストがかかる。また、前記の治具１０２と同時研摩するため、前記の治具１０２は消耗品となり、治具コスとが嵩む。

図１０は、従来の小径真直ピンの先端半球面加工方法の説明図である。同図において、複数の小径真直ピン２０１は、円筒ケース２０６の内面穴２０７に挿入されている。また前記の内面穴２０７には、粘性流体２０８と無数の微細砥粒２０９が充填されており、キャップ２１０によって封じ込められている。

前記の円筒ケース２０６を矢印２１１の方向に揺すると、無数の前記微細砥粒２０９が複数の前記小径真直ピン２０１の端面エッジと衝突することによって、端面のエッジが取れて、端面は半球面に加工されていく。
しかしながら、図１０で説明した小径ピン端面の半球面加工法には、以下のような不具合がある。

第一に、前記の複数の小径真直ピンを前記の円筒ケース２０６に入れ、前記の粘性流体２０８や無数の微細砥粒を混入する手間がかかる。また、先端に半球面加工を施された前記の小径真直ピンを前記円筒ケース２０６から取り出し、洗浄、乾燥するという作業が不可欠であり、人件費と材料コストが嵩む。

発明者らは超音波振動を利用した小径真直ピンの端面のフラット加工および半球面加工の高能率化を提案しているが、超音波振動を活用した研摩の改善に関しては、すでに先行技術文献としての特許文献に示されている。

しかしながら、特許文献に示される超音波振動を活用した研摩の改善においては、弾性砥石や研摩皿を研摩ツールとして示している。このため、精度の必要な加工においては、弾性砥石や研摩皿などの研摩面の再研磨が必要であり、砥石の再研磨を不要とするニーズや、連続的に高精度で加工を行う高生産性に対するニーズは満たしていない。

特開昭６１−２５２０５５ 特開昭６１−２５２０５６ 特開平０１−０２０５６

本発明は、上述したような不具合に鑑みてなされたもので、研摩ツールの再研磨を必要とせず、超音波振動を活用した高精度で高能率な小径ピン端面のフラット加工や半球面加工を、連続的に高精度で行う生産性の高い加工をする手段を提供すること、を目的とする。

本発明の請求項１によると、超音波振動ホーンの振動軸に対する直角方向に、前記ホーンの先端近傍の外周面に溝を刻設した上で、研摩テープに引張力を与えながら前記溝に連続的に供給し、研摩テープの砥粒付着面を加工対象の真直ピンの先端面に接触させ、真直ピン先端面を、研摩テープの砥粒と超音波振動によってフラット加工するようにしたこと、を特徴とする。

また、本発明の請求項２による、超音波振動ホーンの振動軸に対対する直角方向に、前記ホーンの先端面に溝を刻設した上で、クッション層、砥粒接着層等からなるクリーニングテープに引張力を与えながら前記溝に連続的に供給し、クリーニングテープの砥粒付着面を加工対象の真直ピン先端面に繰り返し接触させ、前記真直ピン先端面を、クリーニングテープの砥粒と超音波振動によって半球面加工するようにしたこと、を特徴とする。

また、本発明の請求項４による、としたこと、本発明の請求項１または請求項２の加工方法および装置において、加工対象となる複数の真直ピンを、複数の穴を有するホールプレート治具に整列して挿入し、前記治具を水平方向に移動させる手段を設けて、前記の複数の真直ピンを順次連続的に加工するようにしたこと、を特徴とする。

本発明によると、小径真直ピン端面の加工を、超音波振動ホーンに刻設された溝に研摩テープまたはクリーニングテープを連続的に供給して、研摩テープまたはクリーニングテープ上の研摩砥粒と、加工対象の小径真直ピン端面との間に超音波振動を付与することによって行うために、高能率加工が行える。前記の研摩テープまたはクリーニングシートは連続的に消耗品として供給されるため、手間をかけることなく加工の高精度が維持される。

また、本発明によると、加工対象となる複数の真直ピンを、複数の穴を有するホールプレート治具に整列して挿入し、前記治具を水平方向に移動させる手段を設けて、前記の複数の真直ピンを順次連続的に加工するため、大量の小径真直ピンを同一段取りで加工できるため、高い生産性を実現できる。

は、小径真直ピン端面のフラット加工を行う装置の構成図。 は、小径真直ピン端面のフラット加工に使用する研摩テープの断面図。 は、超音波振動ホーンの溝の形状と研摩テープを装着した様子の説明図。 は、小径真直ピン端面の半球面加工を行う装置の構成図。 は、小径ピン端面の半球面加工に使用するクリーニングテープの断面図。 は、小径ピン端面をクリーニングテープに突っ込む様子を示す図。 は、クリーニングテープで小径ピン端面角部を除去した様子を示す図。 は、小径ピン端面をクリーニングテープに突っ込んで、端面に半球面を形成した様子を示す図。

以下に図面を参照して本発明に係わる実施例の形態を詳細に説明する。
本発明の第一の実施例を図１、図２および図３に従って説明する。

第一の実施例

図１は、小径真直ピン端面のフラット加工を行う装置の構成図であって、（ａ）は装置正面図を、（ｂ）は側面図を示す。複数本の小径真直ピン１は、ホールプレイト治具６に行列をなして整然と挿入されている。前記のホールプレイト治具６は、上側ホールプレート２、スペーサ３、下側ホールプレート４、およびベースプレート５等から成り、矢印７方向に駆動位置決めされるテーブル８の上に設置されている。前記のテーブル８はベッド９の上に設置されている。なお、前記のホールプレイト治具６への前記の複数本の小径真直ピン１の挿入は、既存技術による図示しない自動整列装置によって、挿入されるようになっている。

超音波振動ホーン１０を有する超音波振動ヘッド１１はサドル１２上に固定されている。前記のサドル１２は、コラム１３によって矢印１４方向に摺動自在となるように案内され、矢印１４方向に駆動位置決めされて、前記の超音波ヘッド１１の上下方向の駆動位置決めをするようになっている。

研摩テープ１５は、研摩テープ供給ロール１６から、矢印１７の方向に引き出されるようになっている。前記の研摩テープ供給ロール１６は、前記のベッド９を足場とする図示しない支持架台によって回転自在に支承されており、図示しないトルク発生器によって、矢印２２で示す方向の抵抗トルクを受けるようになっている。

前記の超音波振動ホーンは、矢印２３で示す方向の超音波振動をするようになっている。前記超音波振動ホーンの先端部近傍には、超音波振動の振動軸に直角な方向に溝１８が刻設されている。

前記の研摩テープ１５は前記の溝１８を通って、巻取りプーリ１９と挟みつけプーリ２０の間を通り、矢印２１の方向に排出されるようになっている。前記の巻取りプーリと挟み付けプーリ２０は、前記のベッド９を足場とする図示しない支持架台によって回転自在に支承されており、前記巻取りプーリは図示しないモータによって回転駆動されるようになっている。

前記の研摩テープ１５は、前記の抵抗トルク２２に抗して引き出され、また、前記巻取りプーリ１９によって強制的に排出されるため、研摩テープ１５には張力が発生している。その結果、前記の溝１８を通過する際には、前記研摩テープ１５は前記溝１８の底面に密着する力が与えられている。

次に、図２で前記研摩テープ１５の構造を説明し、図３で研摩テープ１５が前記溝１８を通過する際に超音波振動が与えられる状況を説明する。

図２において、研摩テープ１５は、ＰＥＴフィルム層２４と、無数の砥粒２５を接着した砥粒接着層２６で構成されている。

図３において、超音波振動ホーン１０の先端は矢印２３で示す方向に超音波振動するようになっている。前記のホーン先端部の外周面に、前記超音波振動の方向に対して直行する方向に、溝１８が刻設されている。また、前記溝１８の底面には、エッジを有する複数の微細溝２７が刻設されている。前記の研摩テープ１５は前記の溝１８を通過する際には引張力を与えられているため、前記の研摩テープ１５のＰＥＴフィルム層２４が、前記の微細溝２７に食い込んで、前記の超音波振動２３が前記の研摩テープ１５に効率よく伝達されるようになっている。

次に、図１、図２および図３で説明した、本発明の第一の実施例の動作と作用を説明する。

図１において、前記巻取りプーリ１９と挟み付けプーリ２０の回転によって、前記研摩テープ１５は前記研摩テープ供給ロール１６から、矢印１７の方向に引き出され、前記超音波振動ホーン１０に刻設された溝１８を通過する。その際、前記研摩テープ１５は、前記の複数の小径真直ピン１の上側端面と接触している。また、前記研摩テープ１５には、前記超音波振動ホーンの矢印２３方向の超音波振動を、前記溝１８から伝達されるので、前記の小径真直ピン１の上側端面は、超音波振動と研摩テープの砥粒によって超音波振動研摩をされる。

前記の複数の小径真直ピン１は、矢印７方向への前記テーブル８の移動によって、順次フラット加工されていく。前記の研摩テープ１５による研摩位置は、前記のサドル１２を矢印１４方向に位置決めすることによって調整されるので、追い込み研摩加工が可能である。

前記の複数の小径真直ピン１の上側端面のフラット加工が終了すると、前記の小径真直ピン１を挿入したままで、前記のホールプレート治具６を横倒しにし、前記のベースプレート５を加工の終了した上側端面側に移動して、上下の端面を反転した後、再び前記のホールプレート治具６を前記テーブル８に設置すれば、未加工の端面も加工可能な状態となる。

上述した本発明の第一の実施例による小径真直ピン先端のフラット加工方法および装置では、以下のような効果がある。

第一の効果としては、超音波振動によって小径真直ピンの端面を少しづつ無理なく加工するので、前記小径真直ピンを損傷することなく、高能率に複数本の小径真直ピンの端面フラット加工を高精度に高能率に行うことができる。

第二の効果としては、研摩ツールである研摩テープは消耗品であり、再研磨などの手間が不要であるので、高精度加工を維持しながら連続的な加工ができるため、高い生産性を維持できる。

次に本発明にかかわる第二の実施例を、図４、図５、図６、図７、および図８に従って説明する。

第二の実施例

図４は、小径真直ピン先端の半球面加工装置の構成を説明する図であって、（ａ）は正面図を（ｂ）は側面図を示す。

複数本の小径真直ピン１は、ホールプレイト治具６に行列をなして整然と挿入されている。前記のホールプレイト治具６は、上側ホールプレート２、スペーサ３、下側ホールプレート４、およびベースプレート５等から成り、矢印７方向に駆動位置決めされるテーブル８の上に設置されている。前記のテーブル８はベッド９の上に設置されている。なお、前記のホールプレイト治具６への前記の複数本の小径真直ピン１の挿入は、既存技術による図示しない自動整列装置によって、挿入されるようになっている。

超音波振動ホーン３０を有する超音波振動ヘッド３１はサドル３２上に固定されている。前記のサドル３２は、コラム３３によって矢印３４方向に摺動自在となるように案内され、矢印３４方向に駆動位置決めされて、前記の超音波ヘッド３１の上下方向の駆動位置決めをするようになっている。

クリーニングテープ３５は、クリーニングテープ供給ロール３６から、矢印３７で示す方向に引き出され、前記超音波振動ホーン３０の先端部に刻設された溝３８を通過し、矢印３９方向に図示しないモータで回転駆動される巻取りプーリ４０と挟み付けプーリ４１の間を通過して、矢印４２方向に排出されるようになっている。

なお、前記のクリーニングテープ供給ロール３６は、前記のベッド９を足場とする図示しない架台上で回転自在となるように支承されており、矢印４３で示す方向の抵抗トルクを発生する図示しないトルク発生器が取り付けられている。

前記の抵抗トルクによって、前記のクリーニングテープ３５には引張力が与えられて、前記のクリーニングテープ３５は前記の溝３８の底に密着して移動するようになっている。その結果、前記超音波振動ホーンの矢印４４で示す方向の超音波振動が、前記溝３８から前記のクリーニングテープ３５に有効に伝達されるようになっている。

また、前記の巻取りプーリ４０と挟み付けプーリ４１は、前記のベッド９を足場とする図示しない架台によって、回転自在となるように支承されており、前記の巻取りプーリ４０を回転駆動する図示しないモータも同じ架台上に設置されている。

次に、図５に従って、前記クリーニングテープ３５の構造を説明する。前記クリーニングテープ３５は、ＰＥＴフィルム層４５と、無数の気泡４６を有し表面が波打っているクッション層４７と、前記クッション層４７の表面の接着層４８の上に散布された無数の砥粒４９を表面に有する砥粒接着層５０、とで構成されている。

図６、図７および図８は、前記のクリーニングテープ３５に小径真直ピン１を繰り返し挿入することによって、先端の半球面加工がおこなわれる様子を説明する図である。図６に示すように、小径真直ピン１は、クリーニングテープ３５に対して矢印５１方向に挿入され、前記の砥粒接着層５０を突き破り、前記のクッション層４７に至るまで挿入される。。

図７に示すように、前記のクリーニングテープ３５の全高は０．０４５ｍｍ程度であり、図４において説明したようにクリーニングテープ３５には引張力が与えられているため、前記溝３８を介して伝達される超音波振動４４は前記の砥粒接着層５０まで有効に伝達されるため、前記の小径真直ピン１の端面が、前記の砥粒接着層５０を通過する際に、前記砥粒４９の超音波振動によって、端面のエッジ部が研摩されて丸くなっていく。超音波振動の周波数は２０ＫＨｚ以上であり、前記砥粒４９が１秒間に２万回以上、前記の小径真直ピン１の端面エッジに繰り返し衝突することによって、エッジは丸くなっていく。

図８では、前記小径真直ピン１の下端面が、前記のクッション層４７に到達するに至った時には、前記の下端面は半球面に仕上がっていく様子を示している。

次に、図４において、、本発明の第二の実施例の動作と作用を説明する。図４において、前記巻取りプーリ４０と挟み付けプーリ４１の回転によって、前記のクリーニングテープ３５は前記クリーニングテープ供給ロール３６から、矢印３７の方向に引き出され、前記超音波振動ホーン３０に刻設された溝３８を通過する。その際、前記研摩テープ３５は、前記の複数の小径真直ピン１の上側端面と対面している。また、前記研摩テープ３５には、前記超音波振動ホーン３０の矢印４４方向の超音波振動を、前記溝３８から伝達されている。

超音波振動を受ける前記のクリーニングテープ３５と前記の複数の小径真直ピン１の上側端面とが対面している状態から、次の動作によって、前記の複数の小径真直ピン１の上側端面は、順次半球面加工をなされる。

（１）前記のクリーニングテープ３５を下降させて、前記の小径真直ピン１の上端面が、前記のクリーニングシート３５の砥粒接着面５０を通過して、前記のクッション層４７に至るまで、前記クリーニングテープ３５を下降させる。

（２）前記のクリーニングテープ３５の砥粒接着面５０が、前記の小径真直ピン１の上端面から十分離れる位置まで、前記のクリーニングテープ３５を上昇させる。

（３）前記のテーブル８を矢印７の方向に移動させ、まだ半球面加工をなされていない小径真直ピン１が前記のクリーニングテープと対面する位置でテーブル８を停止する。

以下、前記の（１）、（２）、（３）の動作を、繰り返して、前記のホールプレート治具６に挿入されている全ての小径真直ピン１の上端面が半球面加工されるまで行う。

前記の複数の小径真直ピン１の上側端面の半球面加工が終了すると、前記の小径真直ピン１を挿入したままで、前記のホールプレート治具６を横倒しにし、前記のベースプレート５を加工の終了した上側端面側に移動して、上下の端面を反転した後、再び前記のホールプレート治具６を前記テーブル８に設置すれば、未加工の端面も半球面加工可能な状態となる。

上述した本発明の第二の実施例による小径真直ピン先端の半球面加工方法および装置では、以下のような効果がある。

第一の効果としては、超音波振動によって小径真直ピンの端面を少しづつ無理なく加工するので、前記小径真直ピンを損傷することなく、高能率に複数本の小径真直ピンの端面の半球面加工を高精度に高能率に行うことができる。

第二の効果としては、半球面加工のツールであるクリーニングテープは消耗品であり、再研磨などの手間が不要であるので、高精度加工を維持しながら連続的な加工ができるため、高い生産性を維持できる。

第三の効果としては、図１０で示した従来の半球面加工法のように、砥粒を混在させた粘性流体に小径真直ピンを浸すことなく、ドライなクリーンの状態で端面の半球面加工ができるため、洗浄の手間がなく、コスト引き下げができることである。

１ 小径真直ピン
２ 上側ホールプレート
３ スペーサ
４ 下側ホールプレート
５ ベースプレート
６ ホールプレート治具
７ 矢印
８ テーブル
９ ベッド
１０ 超音波振動ホーン
１１ 超音波振動ヘッド
１２ サドル
１３ コラム
１４ 矢印
１５ 研摩テープ
１６ 研摩テープ供給ロール
１７ 矢印
１８ 溝
１９ 巻取りプーリ
２０ 挟み付けプーリ
２１ 矢印
２２ 抵抗トルクを示す矢印
２３ 超音波振動を示す矢印
２４ ＰＥＴフィルム層
２５ 砥粒
２６ 砥粒接着層
２７ 微細溝
（２８、２９は欠番）
３０ 超音波振動ホーン
３１ 超音波振動ヘッド
３２ サドル
３３ コラム
３４ 矢印
３５ クリーニングテープ
３６ クリーニングテープ供給ロール
３７ 矢印
３８ 溝
３９ 回転方向を示す矢印
４０ 巻取りプーリ
４１ 挟み付けプーリ
４２ 排出方向を示す矢印
４３ 抵抗トルクを示す矢印
４４ 超音波振動を示す矢印
４５ ＰＥＴフィルム層
４６ 気泡
４７ クッション層
４８ 接着層
４９ 砥粒
５０ 砥粒接着層
５１ 矢印

は、小径真直ピン端面のフラット加工を行う装置の構成図。 は、小径真直ピン端面のフラット加工に使用する研摩テープの断面図。 は、超音波振動ホーンの溝の形状と研摩テープを装着した様子の説明図。 は、小径真直ピン端面の半球面加工を行う装置の構成図。 は、小径ピン端面の半球面加工に使用するクリーニングテープの断面図。 は、小径ピン端面をクリーニングテープに突っ込む様子を示す図。 は、クリーニングテープで小径ピン端面角部を除去した様子を示す図。 は、小径ピン端面をクリーニングテープに突っ込んで、端面に半球面を形成した様子を示す図。 は、従来の小径真直ピンの先端フラット加工方法の説明図。 は従来の小径真直ピンの先端半球面加工方法の説明図。

Claims (4)

1. 超音波振動ホーンの振動軸に対する直角方向に、前記ホーンの先端近傍の外周面に溝を刻設した上で、研摩テープに引張力を与えながら前記溝に連続的に供給する装置を設けて、前記研摩テープの砥粒付着面を加工対象の真直ピンの先端面に接触させ、前記真直ピン先端面を、研摩テープの砥粒と超音波振動によってフラット加工するようにしたことを特徴とする、小径真直ピン先端のフラット加工方法および装置。
2. 超音波振動ホーンの振動軸に対対する直角方向に、前記ホーンの先端面に溝を刻設した上で、クッション層、砥粒接着層等からなるクリーニングテープに引張力を与えながら前記溝に連続的に供給する装置を設けて、前記クリーニングテープの砥粒付着面を加工対象の真直ピン先端面に繰り返し接触させ、前記真直ピン先端面を、クリーニングテープの砥粒と超音波振動によって半球面加工するようにしたことを特徴とする、小径真直ピン先端の半球面加工方法および装置。
3. 前記の請求項１の小径真直ピン先端のフラット加工方法および装置であって、前記の研摩テープが連続的に供給される溝の底に、エッジを有する複数の溝を形成することによって、前記の研摩テープに超音波振動が有効に伝達されるようにしたことを特徴とする、小径真直ピン先端のフラット加工方法および装置。
4. 前記の請求項１の小径真直ピン先端のフラット加工方法および装置、または前記の請求項２の真直ピン先端の半球面加工方法および装置であって、加工対象となる複数の真直ピンを、複数の穴を有するホールプレート治具に整列して挿入し、前記治具を水平方向に移動させる手段を設けて、前記の複数の真直ピンを順次連続的に加工するようにしたことを特徴とする、小径真直ピン先端のフラット加工方法および装置または小径真直ピン先端の半球面加工方法および装置。

Images