JP4386487B2 - 試験装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験ヘッドを基板に固定するための装置に関すると共に、試験ヘッドと基板の接触を感知する装置に関する。この装置は、特に半導体装置とその導電体の間の接着部の完全性を試験する装置に使用できる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置は非常に小さく、一般的に０．２ｍｍ平方から１５ｍｍ平方である。半導体基板の縁部の周囲には、導電体の接着を行うための多くの位置が設けられており、これらの位置は一般的に約０．０５ｍｍ幅で０．１ｍｍないし０．７ｍｍ間隔である。非常に細く、一般的に直径が約０．０２５ｍｍの電線をそれぞれの位置に接着して、これらの位置を対応の電気回路および構成部材に接続する。接着方法が適切であるか、また接着強度が満足できるものであるかを確認するために、それらの位置での接着完全性を試験することが必要である。構成部材の寸法が非常に小さいこと、試験装置を正確に位置決めしなければならないこと、測定しようとする力およびたわみが非常に小さいことから、問題が生じる。
【０００３】
既知の試験装置は、それぞれの位置で電線接着部と係合するプローブを備えている。半導体装置を拘束して、電線接着部をプローブで側方へ押すことによって、接着部せん断強度を決定することができる。接着部をせん断するために必要な力を測定するために、力変換器が装置に組み込まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
繰り返し性を確保するために、プローブが半導体の表面から上方に所定高さで接着部の側部と係合することが重要である。接着部は一般的に半球状であるため、この距離はわずかであるが重要である。表面から所定の間隔を置くことによって、半導体基板上でのプローブの滑り摩擦をなくすと共に、接着部接合面に対して正確な位置でせん断荷重を加えることができる。従って、実際には、プローブを半導体基板と係合する位置へ移動させてから、接着位置と接触するように側方移動させる前に、所定量だけ、一般的に０．０５ｍｍ以内で後退させる。
【０００５】
幾つかの問題点が生じる。装置自体の機構の摩擦および付着(stiction)によって、半導体基板との接触を感知することを困難にすることがある。不正確な表面感知は必然的にプローブが後退する距離に、従って接着部を試験する高さに影響する。問題となる距離は極々わずかであるため、半導体基板を圧縮することなく表面接触するその瞬間を感知するために十分な注意が必要である。また、せん断試験力を加える前に試験高さでプローブが無制御移動しないように注意しなければならない。そのような移動も試験結果に重大な影響を与えることがあり、またプローブの大きな移動は隣接した接着部または電線を破損することがある。
【０００６】
半導体基板を感知した時の低接触力と試験高さの正確な制御を得ようとする目的は、達成することが困難である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、ベースプレートに片持ち式アームによって取り付けられた試験ヘッド用の固定装置であって、試験ヘッドはアームによってベースプレートと係合するように押しつけられており、また試験ヘッドとベースプレートの間で作動するように空気軸受けが設けられており、空気軸受けの作動によって試験ヘッドがベースプレートから離脱するように促す固定装置が提供されている。好ましくは、空気軸受けは、加圧状態の空気を供給するようにベースプレート内に設けられた１つまたは複数のダクトと、試験ヘッドの下側に設けられた室と、ベースプレートから室内へ開いた複数の供給ポートを含む。
【０００８】
好ましくは、試験ヘッドは、ほぼ同一方向に延出した２つの片持ち式アームに取り付けられている。そのような構造は特に安定している。
好適な実施例では、アームの付勢力は、試験ヘッドの相対移動を防止するのにちょうど十分な強さであり、また空気軸受けによって発生する力は、試験ヘッドをベースプレートから離脱させるのにちょうど十分な強さである。そのような構造は、試験ヘッドを所望の試験高さに確実に保持することができ、それによって無制御な試験ヘッドの移動を防止する。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、ほぼ同一方向に延出した２つの片持ち式アームを有するベースプレートと、これらのアームの自由端部に作動固定された試験ヘッドを含み、ベースプレートに、アームの平面上でのベースプレートに対する試験ヘッドの移動を感知する検出手段を設けており、さらに試験ヘッドとベースプレートの間に支持部材を設けることによって、試験ヘッドの質量の一部をベースプレートが支持部材を介して担うようにした、試験ヘッドと基板の接触を感知する装置が提供されている。好ましくは、支持部材は調節可能である。
【００１０】
試験ヘッドの質量の一部をベースプレートで支持する利点は、基板上への試験ヘッドの着地が穏やかになり、そのために大きな荷重が基板に加わる前に着地を感知することができる点にある。早期に感知することによって、大きな荷重が基板に加わる前に自動化試験装置の下方駆動を停止することもできる。
【００１１】
好ましくは、試験ヘッドの位置を、例えば光エミッタおよび光検出器によって監視する。好適な実施例では、光エミッタおよび検出器は、ベースプレートからの試験ヘッドの縁部の離脱を監視する。支持部材は、試験ヘッドに螺着されて光検出器のための縁部を提供しているスタッドにすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴は、添付の図面に単なる例示として挙げた好適な実施例の以下の説明から明らかになるであろう。
【００１３】
変換器カートリッジに設けられたベースプレート１１に固定質量体１２がねじ１３でしっかりと固定されている。固定質量体は上下の片持ち式アーム１４ａ、１４ｂを有しており、その自由端部に移動質量体１５が取り付けられている。片持ち式アーム１４ａ、１４ｂは、移動質量体１５が上下移動できるようにすると共に、協動して移動質量体１５の停止位置を決定する。
【００１４】
アーム１４ａ、１４ｂの自由端部の内側が軸受けプレート１６を担持しており、この軸受けプレート１６自体はベースプレート１１に当接している。停止位置にある場合、アーム１４ａ、１４ｂは、軸受けプレート１６を締め付けることによって移動質量体１５が上下方向に振動しないようにするのにちょうど十分な付勢力をベースプレート１１に加えることができるように構成されている。この付勢力によって、ベースプレート自体が移動している間、移動質量体１５はベースプレート１１に対して移動しないようにすることができる。
【００１５】
ベースプレート１１は、軸受けプレート１６の下側の室１９に開いた出口ポート２２を有する空気供給ダクト２１を備えた空気軸受けを含む。ダクト２１に加圧空気を供給すると、軸受けプレート１６はアーム１４ａ、１４ｂの付勢力に逆らってベースプレート１１から離れる方向へ移動するため、移動質量体は上下方向に摩擦のない移動を行うことができる。
【００１６】
付勢力およびそれに打ち勝つために必要な空気圧の程度は、詳細な設計の問題であり、技術者であれば試験要件に従って決定することができる。同様に、アーム１４ａ、１４ｂが軸受けプレート１６と係合する面積、軸受けプレート１６がベースプレート１１と係合する面積、空気ポート配置および他の可変要素は、個々の状況に応じて決定することができる。一般的に言うと、付勢力は、試験を実施している間は移動質量体１５の移動を抑止するのにちょうど十分な強さであることが必要であると共に、空気圧は、移動質量体１５が自由に移動できるようにするのにちょうど十分な強さであることが必要である。
【００１７】
移動センサ取り付け具３０が、ねじ３１でベースプレート１１に固定されている。取り付け具３０は、光電エミッタ３２とレシーバ３３を備えており、その間に上側の片持ち式アーム１４ａの突出部分３５に螺着されたスタッド３４が延出している。図１に示されているように、スタッド３４は取り付け部３０と係合する位置へねじこまれ、これによって移動質量体１５をベースプレート１１に対して上方へ移動させることができる。この構造によって、移動質量体１５の実際の質量の、アーム１４ａ、１４ｂによって担持され、空気軸受けの作動時にスタッドによって担持される比率を調節することができる。これによって、プローブの先端の非常にわずかな接触がプローブをわずかに上方移動させ、それによってスタッドがエミッタ３２とレシーバ３３の間の光路を覆う度合いを変化させることができる。一般的に、プローブ先端の初期接触力は０〜５０ｇ、例えば１５ｇであるが、スタッド３４の突出量に従って調節することができる。
【００１８】
この荷重分担構造によって、移動質量体１５の実際の質量が半導体の表面をへこませたり、プローブを移動させて表面と接触させる装置が、下向き駆動を停止する前にプローブを表面に埋め込むという問題が軽減される。必然的に、接触を感知し、Ｚ軸駆動を停止するためにはわずかであるが測定可能な時間がかかる。本構造では、移動質量体１５の移動は摩擦を受けないため、接触点を相当に正確に感知することができ、光電センサ３２，３３は透過する光の度合いのわずかな変化を検出することができる。Ｚ軸駆動が停止するために必要な時間を正確な距離に関連づけることができ、従って試験に先だってプローブが後退する距離を考慮に入れることは容易である。
【００１９】
ベースプレートの突起６１が試験ヘッドの開口６２に遊嵌されており、アーム１４ａ、１４ｂの移動をそれらの弾性範囲内に限定することができる。
装置の使用段階が図４ないし図６に示されており、これらはプローブ先端５０、半導体基板５１、電気接点５２、電線５３および接着部５４を示している。
【００２０】
接着部５４の正確な形状は製造技法に応じて変化すると思われ、従って図４ないし図６に示されている接着部は単なる例示である。使用時は、空気圧力を加えて、移動質量体をアーム１４ａ、１４ｂの弾性たわみによって支持する。この段階で、スタッド３４が担う荷重の比率を調節することによって、所望の着地荷重を与えることができる。試験状態が変化しなければ、初期設定後にスタッドを調節する必要がない。次に、プローブ先端５１が試験位置に接近するまで、ベースプレート１１を基板５１の方へ進める。移動質量体１５の実際の質量は、ベースプレートの高速移動によって振動するほど大きくない。
【００２１】
基板の直ぐ上方で、ベースプレートの移動を減速して、接触を光学センサ３２，３３で感知する（図４）。図３には、空気軸受けに形成されたギャップ７０が誇張されており、実際には、アーム１４ａ、１４ｂがベースプレート１１からわずかに離れることができるように、空気圧力が選択される。
【００２２】
接触が感知されると、ベースプレートの移動が停止する。軸受けへの空気の供給も停止される結果、アームがわずかに移動してベースプレートと係合する（図２）。この段階で、移動質量体１５は、アーム１４ａ、１４ｂによって発生する固有の側方ばね力によってベースプレートに対してしっかり保持される。アーム１４ａ、１４ｂ内のわずかな残留荷重も、この固有のばね力によって保持されるであろう。空気供給の停止による移動は、もっぱら空気ギャップをなくす方向であり、プローブ先端は基板表面と軽く接触した状態を維持する。
【００２３】
次に、ベースプレートを所定量だけ後退させて（図５）、側方移動させて接着部に当接させる（図６）ことによって、せん断試験を開始することができる。
【００２４】
実際には、試験状態の繰り返し性を確保するために、ベースプレートの駆動は自動化される。試験しようとする接着部の付近でのプローブの位置決めは、一般的に拡大技法を用いて手動で、あるいは、データおよび接着部位置間隔が既知である場合、事前プログラミングで実施される。
【００２５】
それぞれ加えられる荷重の範囲に応じて構成された幾つかの異なった試験ヘッドを準備することができる。一般的に、２５０ｇ、５ｋｇおよび１００ｋｇの公称荷重を加えることができる試験ヘッドを準備することができる。
【００２６】
本装置は内部移動部材を含まず、不定の摩擦および付着(stiction)力が排除される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による装置の側面図である。
【図２】 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図であって、休止状態を示している。
【図３】 図２と同様であるが、作動状態を示している。
【図４】 装置の移動段階を示している。
【図５】 装置の移動段階を示している。
【図６】 装置の移動段階を示している。
【符号の説明】
１１ ベースプレート
１２ 固定質量体
１３ ねじ
１４ａ 片持ち式アーム
１４ｂ 片持ち式アーム
１５ 試験ヘッド
１６ 試験ヘッド
１９ 室
２０ 空気軸受け
２１ ダクト
２２ ダクト
３０ 稼働センサ取り付け具
３１ ねじ
３２ 検出手段
３３ 検出手段
３４ 支持部材
３５ 突出部分

Claims (9)

1. 試験ヘッド（１５）用の固定装置であって、
   ベースプレート（１１）と、
   前記ベースプレートから延在する、弾性力のある片持ち式アーム（１４ａ、１４ｂ）であって、該ベースプレート（１１）に接近し又は離れるのが可能な自由端部を有する片持ち式アーム（１４ａ、１４ｂ）と、を備え、
   前記試験ヘッド（１５）は、前記自由端部で支持され、前記試験ヘッド（１５）は前記片持ち式アーム（１４ａ、１４ｂ）によって前記ベースプレート（１１）と係合するように付勢されており、
   前記試験ヘッド（１５）と前記ベースプレート（１１）の間で作動するように空気軸受けが設けられており、該空気軸受けの作動によって前記試験ヘッド（１５）が前記ベースプレート（１１）から前記付勢力に逆らって離脱するように押しつけられるようにした固定装置。
2. 前記空気軸受けは、加圧状態の空気を供給するように前記ベースプレート（１１）内に設けられた１つまたは複数のダクト（２１，２２）と、一方の端部側で前記片持ち式アーム（１４ａ、１４ｂ）に取り付けられた軸受けプレート（１６）と、前記軸受けプレート（１６）の他方の端部側に対して加圧状態の空気を供給し、該軸受けプレート（１６）を前記ベースプレート（１１）から離れさせる供給ポート（２２）と、含む請求項１記載の装置。
3. 前記試験ヘッドは、同一方向に延出した２つの片持ち式アーム（１４ａ、１４ｂ）によって取り付けられている請求項１または２記載の装置。
4. 前記アーム（１４ａ、１４ｂ）は同一長さである請求項３記載の装置。
5. さらに、前記ベースプレート（１１）に取り付けられ前記試験ヘッド（１５）の移動を感知する検出手段（３２，３３）と、前記片持ち式アーム（１４ａ、１４ｂ）に固定された支持部材（３４）と、を備え、
   前記支持部材（３４）は、前記ベースプレート（１１）に螺着された取り付け部（３０）に係合することによって、前記試験ヘッド（１５）の質量の一部を前記ベースプレート（１１）が前記支持部材（３４）を介して担うようにした請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記支持部材（３４）は、それが支持する質量の比率を変化させるように調節可能である請求項５記載の装置。
7. 前記感知手段（３２，３３）は光エミッタと光検出器を含む請求項５または６記載の装置。
8. 前記光エミッタおよび検出器は、前記試験ヘッド（１５）のプローブ先端（５０）が基板（５１）に接触したときの、前記取り付け部（３０）の前記支持部材（３４）からの離脱を監視する請求項７記載の装置。
9. 前記支持部材（３４）は、前記片持ち式アーム（１４ａ、１４ｂ）に螺着されたスタッドを含む請求項５記載の装置。

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