JPH10513261A - 平板状電子組立集合体のテスト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電子ボードアセンブリのためのテスト装置に関し、前記装置は、駆動装置よってアセンブリの全エリア内の表面に対して平行に配置することができる少なくとも１個のプローブを備えている。このテスト装置は、駆動装置が、他のプローブ駆動機構から独立して全ての方向について動作し、前記全エリアのうちのサブエリアにプローブを配置するプローブ駆動機構を備えていることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】 平板状電子組立集合体のテスト装置 この発明は、請求項１の前提条件部において言及されている種類の装置に関す る。 この種のテスト装置は、極めて多様なタイプの電子ボードアセンブリ（電子組 立集合体）を検査するために用いられている。この種のボードアセンブリとして は、例えば、コンポーネントの有無を問わない回路基板、あるいはＩＣ製造のた めに単一のウエハ上に配置されている複数の高度に集積化された回路等がある。 プローブにも極めて多様な種類があり、例えばリレー接点端子群（バンク）を介 して、刺激源又は好適な電子測定装置の測定増幅器に接続するようにされた電気 接点や、あいは誘導性又は容量性センサ又はカメラや顕微鏡等の光学スキャナ等 の他のテスト方法に用いられるその他のプローブがある。 例えばコンピュータマザーボード等の、比較的大きなボードアセンブリの敏速 なテストには、互いに独立して配置させることのできる複数のプローブを設ける ことが一般的である。複数 の電気的接合点を同時に接触させる場合、例えば２つの接合点に電圧を印加し、 且つ第３の接合点において電圧の印加を除去することを可能にするために、複数 のプローブがしばしば必要とされる。プローブの制御は、一般に、そのボードア センブリのために、独自にコンパイルされたシーケンスプログラムによって実行 される。 この種類の公知のテスト装置は、例外なしに、そのテスト装置でテストし得る 最大のボードアセンブリの、全エリアに渡って、すべてのプローブが配置できる ように構成されている。従来の構成において、プローブは、Ｘ方向及びＹ方向の スピンドルによって、ボードアセンブリの表面上を移動するように構成された、 スライド部の上に設置されている。上下動可能な接点の場合は、Ｚ方向に動作す る垂直駆動機構が、スライド部の上に設けられている。 公知のテスト装置においては、スライドガイド及び駆動装置が、テストされる ボードアセンブリの全範囲、すなわち、一般的なＰＣ回路基板の場合には、例え ば30×40cmにおよぶかなりの範囲に渡って移動可能でなければならない。これら のかなりの横断距離に渡って、高い空間解像度が必要である。例えば、最近のＩ Ｃの個別のコンタクトピンは、１／10mmよりもずっと小さな長さ解像度で制御さ れる必要がある。このため、極めて安定性が高く且つ重い取付け台及び駆動装置 がスライド部のた めに必要となり、移動質量を増大させている。 このようなテスト装置の欠点の一つは、移動質量が大きいことによって、ある 地点から他の地点への移動速度が遅いことである。大きな質量を、継続的に加速 させたり、停止させたりしなければならない。減衰時間も、考慮に入れる必要が ある。 しかし、例えば電子機器のための最近の製造ラインにおいては、前提条件に従 ったタイプの公知のテスト装置では遅すぎて追いつかないような速さで、ボード アセンブリが製造されている。このため、個別に選択されたボードアセンブリし かテストできず、さもなければ、複数のテスト装置を並列に用いなければならな い。 対照的に、この前提条件に従わず且つボードアセンブリの各グリッド状ポイン トに対して別個のプローブを有する、すなわち固定されたプローブによって動作 し且つ上記の速度の問題がないテスト装置は、速度の面で優っている。しかし、 それらのテスト装置は、回路構成及びコストの面で、特にテストされる品目の配 置が固定される点で劣っている。したがって、それらが大量に製造される特定の ボードアセンブリに対してのみ適しているのに対し、可動プローブを備えた前提 条件に従ったテスト装置は、異なるボードアセンブリへの迅速な移行、すなわち 小規模生産のものをテストするために適している。 本発明の目的は、前提条件に従いながら、テスト速度がより速いテスト装置を 提供することにある。 この課題は、請求項１の限定部の特徴によって、本発明に従って解決される。 この構造によれば、前提条件部において言及されている、すなわち、比較的大 きなボードアセンブリであっても、たった１つのプローブ又は数個の可動プロー ブだけでテストすることができるというテスト装置の利点が保持される。この点 において公知のテスト装置と比較すると、ボードアセンブリの全エリアのうちの サブエリアだけに渡って、プローブ駆動装置によって、プローブを駆動すること ができるという効果がある。したがって、移動距離が小さくなり、また、同等又 は同等以上の制御精度を維持しつつ、移動質量を数オーダー小さくすることがで きる。移動速度を、これに対応して、数オーダー増大させることができることに なる。例えば、ＩＣを１個だけ備えた大きなボードというような、特別の用途の 場合、そのＩＣの大きさのサブエリアを設定すればよい。ボードのその他の数個 のテスト地点は、他の方法でテストすることができる。複数のプローブをサブエ リアに対応させて設ける場合、プローブ駆動装置を、例えば、ボードアセンブリ の異なるサブエリア間で移動可能に設定したり、あるいは固定状態で全エリアを カバーするように、複数個設定することができる。被駆動質量を減少させた結果 、機械についてわずかに追加の出費をするだけで、テスト速度を大幅に向上させ ることができ、このテスト速度は、最新の製造ラインに対しても十分なものであ る。また、この構造によって、プローブ及びプローブ駆動装置の数を増やすこと により、速度を更に大幅に増大させる可能性がもたらされる。 請求項２の特徴が効果的に提供される。テストのケースとしてもっともよくあ る実装済みの電子回路基板は、今日では、標準サイズのＩＣを備えたものが圧倒 的に多い。サブエリアをこれらのＩＣに合わせたものとした場合、カバーすべき 全てのテスト地点に近付くためには、全てのＩＣ上にプローブ駆動装置を配置す るか、１個以上のプローブ駆動装置を１つのＩＣから隣のＩＣへ移動させればよ い。 請求項３の特徴が効果的に提供される。例えば、複数のプローブ駆動装置を１ つのライン上に配置し、大きなボードの上を、そのラインに交差する方向に、主 駆動装置によって連続的に移動させることができる。また、ボードアセンブリの テストされる全エリアをカバーするように、プローブ駆動装置を固定して配列す ることも可能であり、これは、特にテストされるアセンブリが比較的小さい場合 に効果的である。後者の構造の場合、達成可能なテスト速度は極めて速く、これ まで考えられなかったものである。 請求項４の特徴が効果的に提供される。公知のテスト装置のスライド上に、今 まではそこに固定して配列されていたプローブの代わりにプローブ駆動装置を設 置し、主駆動装置によって比較的大きなステップ間隔で移動させることができる 。従来の技術において一般的であるように、たとえその主駆動装置が極めて低速 のものであったとしても、このことが、総合のテスト時間を大きく遅らせること はない。なぜならば、最適化されたテストシーケンスプログラムによって、主駆 動装置が数工程しか進まない間に、かなり大きな数のテスト工程を極めて高速の プローブ駆動装置によってなされることが確保される配慮が可能であるからであ る。 請求項５の特徴が効果的に提供される。プローブを旋回可能な針上に配置した 場合、それを、プローブ駆動装置のベースエリアを超えて移動させることも可能 である。したがって、プローブ駆動装置を互いに隣接して配置し、２つのプロー ブ駆動装置の境界ゾーンにおいてオーバーラップするようにプローブを動作させ ることができる。最新の技術においては、旋回式駆動機構を、必要とされる制御 エレクトロニクスに合わせて、極めて容易且つ迅速に構成することが可能である 。それらの旋回式駆動機構によって、例えば横方向からだけアクセスできるが、 真上方向からは直接アクセスできない種類の、アクセスが困難な場所に、傾いた 針で到達することを可能にする付加的な効果がもたらされる。 請求項６の特徴が効果的に提供される。この構造によれば、２つのリニア駆動 機構を用いて、針の旋回動作を容易に達成することができる。テスト装置は、と ても頑丈で、極めて速度の速いものであることが証明されている。 プローブは、例えば、光学的、容量的、又は他の態様で、接触なしに動作可能 であり、ボードアセンブリのテストされる表面上の位置からの距離は、重要な事 項ではない。その場合、そのプローブに対して、垂直方向の駆動は必要ない。し かし、少なくとも接点として構成された電気的に接触するプローブの場合は、そ れぞれのテスト位置において接点を昇降させるために、垂直方向の駆動が必要で ある。そのようなテスト装置の場合、請求項７の特徴が効果的に提供される。プ ローブ駆動装置に対して相対的に接点を移動することによって、この駆動装置に おいても、やはり質量が極めて小さくなり、移動の速度が速くなる。 請求項８の特徴が効果的に提供される。その結果、針を極めて容易に、全体と して可動のものに構成することができる。 その代わりに、請求項９に従って、接点を針に対して移動するように構成する ことができる。したがって、針は機械的により複雑なものとなるが、移動質量は さらに低減される。 請求項10の特徴が効果的に提供される。これによって、速度最適化のための多 数の変更が可能になる。例えば、実装済みのプリント基板アセンブリが、接触す べき接続ピンの極めて高密度なパターンを有する極めて集積度の高い、いくつか のＩＣを備えているが、その他は例えば比較的に粗いパターンのいくつかの離散 した構成要素からなる場合、それらのＩＣに近付くために小さなエリアに渡って 動作する最高解像度プローブ駆動装置が設けられ、その他の接触場所に近付くた めには、より解像度の低いプローブ駆動装置を用いることができる。これらのそ の他の接触場所のために、例えば低速の主駆動装置によって移動可能なプローブ を用いることも可能である。 本発明を、例示的且つ図式的に説明する。 図１は、テスト装置の図２の線１−１に沿った断面図である。 図２は、図１の平面図である。 図３は、図１及び図２のテスト装置において設けられているプローブ駆動装置 のうちの１つの垂直断面図である。 図４は、図３のプローブ駆動装置の平面図である。 図５は、６個の固定プローブ駆動装置を備えた、別の形態の構造を有するテス ト装置の平面図である。 図６は、図５の側面図である。 図７は、異なる垂直駆動機構を備えた、図３に示した針の下 端部の正面図である。 図８は、垂直駆動機構の別の変形例を備えた、図３に示した針の上端部の平面 図である。 図１及び図２は、２つの可動プローブを備えたテスト装置を示しており、この 装置はほぼ公知の構造のものであるが、ベースプレート１と２つの側面部２とを 備えてなるフレームが、ベースプレート１上に図式的に示したホルダー３によっ て、テストされる回路基板４を収容している。図から判るように、回路基板４は 、ＩＣ又は他の構成要素の配列によって占められている。 上記側面部２の間に渡って、２つのスピンドル５，５’が、以下においてＸ方 向というところの移動方向に延びている。クロスメンバ６，６’が前記スピンド ル上を走行し、一方はスピンドル５によって駆動され、他方はスピンドル５’に よって駆動されるようになっている。スライド部７，７’がクロスメンバ６，６ ’上を走行し、クロスメンバ６，６’に平行に取付けられた交差スピンドル８， ８’によって、Ｙ方向に駆動されるようになっている。スピンドル５，５’のた めに駆動モータ９，９’が設けられており、交差スピンドル８，８’のためには 、駆動モータ10，10’が設けられている。 このような構成の従来のテスト装置では、スライド部７，７ ’を、モータ９，９’、10，10’の適切な制御によって、回路基板４の所望の地 点上を移動させることができる。スライド部７，７’は、それぞれ針13の端にお いて配置されるプローブのための、プローブ駆動装置11を担持している。プロー ブ駆動装置11の中には、針13の上下動を可能にするために、垂直駆動機構が設け られている。 図面を簡単にするため、プローブから電子テスト装置（図示せず）に延びるリ ード、及び電子テスト装置自体を、図面から省略している。 図１及び図２において示すような公知の構造のテスト装置によって、回路基板 ４は、例えば２つの電気的接合点において、いつでも接触が可能であり、例えば 、電流・フロー抵抗を求めることができる。 従来、上述したテスト装置は、もっと多くのプローブを備えている。例えば、 クロスメンバが３つ以上、そしてそれぞれの上に複数のスライド部が設けられて いる場合があり、多数のプローブを用いることができるようにしている。 図１及び図２に示したタイプの公知のテスト装置は、Ｘ方向及びＹ方向に固定 されたホルダーとして構成されたプローブ駆動装置11によって、プローブを表面 上方の固定位置に保持して いる。プローブ地点の１つの位置の変更毎に、Ｘ方向及びＹ方向に設けられた駆 動装置を、動かさなければならない。上述したテスト装置は、例えばＸ方向に60 cm，Ｙ方向に40cmの横断距離を必要とし、且つ１／10mm未満の位置決め精度を要 求される場合には、極めて大きく且つ極めて重たいものとなる。大きな加速力を 生じる。横断速度はこれに応じて低下する。 プローブ駆動装置11は、回路基板４上で接触すべき２つの場所の間におけるテ スト速度、すなわちプローブの平均横断移動速度を、大きく増加させるために設 けられている。このことを、図３及び図４に照らし合わせて詳細に説明する。 プローブ駆動装置11はハウジング内のシャフト12中に形成されており、ハウジ ングの内部において前記駆動装置は、下端においてプローブとして接点32を保持 する針13のために設けられている。 まず、Ｘ方向及びＹ方向、すなわち回路基板４の平面における移動のために、 駆動装置が設けられている。これは、２本のレール14内でＸ方向に移動自在のス ライド部15と、レール16内でＹ方向に移動自在のスライド部17とを備えている。 このようにＸ方向及びＹ方向に設けられたリニア駆動機構は、垂直方向に間隔を あけて、互いに上下に配置されている。これらのスライド部は、回転無端ベルト 20，21及び駆動部22，23を回転して スライド部15，17を駆動するモータ18及び19によって、それぞれ駆動される。 スライド部15及び17は、それぞれ、スライド部の球状のくぼみにおいて全方向 回転可能に取り付けられた、ボール24及び25の形状をしたジンバルマウントを保 持している。針13は、長さ方向に変位可能なように、ボール24及び25のそれぞれ の孔を貫通している。 モータ18及び19によるスライド部15及び17のＸ方向及びＹ方向の動きによって 、針13を所望の旋回位置に持って行くことができる。この針13は、ボール24，25 のジンバルマウントにおいて、長さ方向に変位可能である。垂直駆動機構が、垂 直方向の移動をもたらす。 上述の例示的実施例において、垂直駆動機構は、ハウジングシャフト12に取り 付けられたモータ26を備え、前記モータ26はその出力軸27を介して、矢印（図３ ）の方向にアーム28を旋回させる。ピボット軸受29を介して、ピボットアーム30 がアーム28上に取り付けられ、針13の上端が、リング形状で示した滑動軸受31に よって、ピボットアーム30上を案内される。 スライド部15及び17によってＸ方向及びＹ方向に旋回させられた場合、針13は 、他方のスライド部のそれぞれボール24及び 25の周りを旋回させられ、針13の上端が滑動軸受31によって、対応した量だけか たよらせられる。ピボットアーム30上の滑動軸受31が変位可能であることと、ピ ボットアームがピボット軸受29を中心として旋回可能であることとの結果、この 垂直駆動機構は、針の上端を全旋回範囲に亘って常に係合状態におくことを可能 にしている。 針13の下端の接点32が特定の垂直位置を占める必要がある場合、上述の垂直駆 動機構は、針の旋回位置を計算に入れたものでなければならない。これは、Ｘ方 向及びＹ方向において旋回するスライド部15及び17のそれぞれの位置を計算に入 れた、垂直駆動機構のために設定されるモータ26の適切なコンピュータ制御によ って実行することができる。 図３の下部において示すように、針13は、その接点32によって、回路基板４上 にはんだ付けされているＩＣ34の接続タグ33に、次々に近付くことができる。 図１〜図４にその全体を示したテスト装置においては、上述の回路基板４は、 動き回る距離を最適化したテストプログラムによってテストされる。モータ９， ９’、10，10’を備えた主駆動装置は、できるだけ使用しないようにする。主駆 動装置はプローブ駆動装置11を新たな位置に移動させるものであり、その新たな 位置において、プローブ駆動装置は、軽量の針13の非 常に速い動きにより、極めて多数の地点に極めて急速に到達することができ、そ れらの地点とは、例えば、図３に示したＩＣ34の各接続タグ33である。 図５及び図６は、基本的な構造上の変形例を示しており、図３及び図４におい て示した複数のプローブ駆動装置11、すなわち例示した変形例においては６個の 駆動装置が、互いに一定の配置で固定され、テストされる回路基板35の上方ホル ダー（図示せず）によって配置されている。針13として構成されたプローブのた めの図示した６個のプローブ駆動装置11は、この場合、テスト動作中には、回路 基板35の上方に静止している。針13だけが、図３及び図４において説明した駆動 機構よって移動し、回路基板35上の接触すべき全ての点に到達することができる 。この種類の解決策は、特に比較的小さな回路基板に適している。 例えばある変形例においては、図６において横からみられるように、複数の隣 接するプローブ駆動装置11からなるラインが、図１及び図２に示したテスト装置 のクロスメンバ６，６’の１つの上にライン状に配置される。このプローブ駆動 装置のラインを、Ｘ方向に動作する駆動装置５、９；５’，９’を有するそれぞ れのクロスメンバを動かすことによって、回路基板４上で移動させることができ る。 上述の実施例に対して、いくつかの変更例が可能である。図３及び図４におい て説明したプローブ駆動装置11は、針13を全体として垂直方向に移動する垂直駆 動機構を備えている。その代わりに、図７に示すように、針43に、接点45を針43 に対して矢印の方向に相対的に移動させる垂直駆動機構44を担持させることがで きる。したがて、垂直駆動を、垂直方向に移動する質量を削減することによって 、かなり速くすることができる。図３及び図４に示した構造も、そこに示した垂 直駆動機構がなくなることから、簡略化される。それにより、針13を、２つのジ ンバルマウント、すなわち２つのボール24及び25の中に、長さ方向の変位が可能 に取り付ける必要はなくなる。針は、ボールの１つの中において長さ方向に固定 して保持することができる。 図８は、垂直駆動機構の別の変形例を示している。図３及び図４において示し たように、針13は、ボール24及び25の中で、長さ方向で変位可能に案内される。 針は、その上端から、しかし、図３及び図４に示したものとは異なるタイプの駆 動機構によって垂直方向に駆動される。 図８に示すように、プローブ47が、コイルばね48を介して針13の上端において 、スライド部17に対して支持されており、針13を上向きに押圧している。駆動部 材49によって垂直方向に平行に移動可能なプレート50が、プローブ47に上方から 作用し、 ばね48の力に抗して針13の垂直移動をもたらす。 同時に、プレート50は、ボール24及び25の周りの間隔に合わせた２つの半径で 形成される楕円体カップ状のくぼみ51を、その下側に有することができる。した がって、垂直駆動モータ26を制御するための計算作業を減らすことができる。 上述の好ましい実施例においては、プローブ駆動装置が、それぞれの場合に、 針旋回駆動機構として構成されている。この構成には、例えば、図６によって示 すように、針13の下端におけるプローブを、それぞれのプローブ駆動装置11のベ ースエリアを越えて、すなわち隣接するプローブ駆動装置間をオーバーラップす るように、移動させることができるという効果がある。図２との比較は、２つの プローブ駆動装置11を横に並べて動かし、境界ゾーンにおいてオーバーラップし た関係で動作させることができることを示している。 上述した以外の駆動装置を、針旋回駆動機構として用いることができる。例え ば、適切な駆動機構によって、針を中央旋回点を中心として旋回させることがで きる。また、針は、図３及び図４に示したスライド部15及び17の上方に、固定点 、例えば軸受リング31の位置、すなわちその上端において、旋回可能に取り付け ることができる。そうすれば、スライド部15及び17が、それらのレールに平行に 延びるスロットによって、針と係合 することができる。 なお、また、機械的制御に限定した上記説明においては、接点32への電気的接 続を省略している。この接点は、電子テスタ（図示せず）へ延びる接続リード52 に、針13を介して、電気的に接続されている。このテスタにおいては、テストの 状況によって、接点32を、測定増幅器又は刺激源、例えば定電圧源又は定電流源 に接続することができる。適切なテスト方法に関連して、適切な広範な文献を参 照すべきである。例えば、ＤＥ ４１１０５５１ Ｃ１に従って、ガードテスト 又は寄生トランジスタテストを実行することができる。 各実施例で示した針13は、電気的接触の役目をする上述の接点32の代わりに、 例えば、図３の実施例においてタグ33に接触はしないが、タグから特定の間隔を 有するように配置される誘導性又は容量性センサといった、他のプローブを担持 することもできる。また、プローブを、高解像度観測のために、カメラ、あるい はビデオカメラに接続された顕微鏡等の光学装置とすることもできる。この種類 の装置は、特にウエハ上の集積回路をテストするために、小型化して用いること もできる。 図面において示したようなプローブのための好ましい針旋回駆動機構の代わり に、他の機械的駆動機構を、プローブ駆動装置として用いることもできる。例え ば、Ｙ方向駆動機構の上に Ｘ方向駆動機構を取り付けた、単純なＸＹ駆動機構を用いることができ、これに よって、例えば針の形状のテストポイントを、平行に移動することができる。テ ストされる回路基板に対し平行に重ね合わせた関係の、平面において旋回する駆 動機構を用いることもできる。 図１から図４において説明されているテスト装置を、プローブ駆動装置11をス ライド７，７’上に保持する粗調整垂直駆動機構を追加して完成させることもで きる。これらの駆動機構は、速度の遅い垂直駆動機構でよく、例えば、比較的大 きな構成要素の横断移動中において、例外的な垂直動作が必要とされるときに、 そのような垂直動作を、プローブ駆動装置11の垂直駆動機構がもたらすことがで きないような特別の場合にのみ用いられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリューゲル イェンス ドイツ国，デー−22889 タングシュテッ ト，バホルデルベーク 15

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． アセンブリの全エリア内において、駆動手段によって表面に平行に位置決 め可能な、少なくとも１つのプローブ（32，45）を備えた、電子ボードアセンブ リ（４，35）のためのテスト装置において、前記駆動手段は、他のプローブのプ ローブ駆動装置から独立してすべての移動座標（Ｘ，Ｙ）において動作し、全エ リアのうちのサブエリアにプローブを配置させるプローブ駆動装置（11）を備え ていることを特徴とするテスト装置。 ２． 前記サブエリアは、構成要素の配置領域（34）をカバーするように構成さ れていることを特徴とする請求項１記載のテスト装置。 ３． 複数のプローブ駆動装置（11）は、それらのプローブ（13）が隣接するサ ブエリアをカバーするように配置されていることを特徴とする請求項１記載のテ スト装置。 ４． プローブ駆動装置（11）が、主駆動装置の駆動構成要素（７，７’）によ って、表面に位置決め可能なように配置されていることを特徴とする請求項１記 載のテスト装置。 ５． アセンブリ表面に対して角度をもって、プローブ駆動装 置（11）によって旋回可能なように取り付けられた長細い針（13）の先端におい て、プローブ（32）が配置されていることを特徴とする請求項１記載のテスト装 置。 ６． プローブ駆動装置は、アセンブリ表面から異なる距離に配置され、且つア センブリ表面に平行な異なる方向（Ｘ，Ｙ）に移動可能な２つの横方向駆動機構 （15，17）を備え、針（13）は、少なくとも１つのジンバルマウント（24，25） 上であらゆる方向に動くことができ且つ長さ方向に変位可能なように、前記横方 向駆動機構に取り付けられていることを特徴とする請求項５記載のテスト装置。 ７． アセンブリ表面に対するプローブ（32，45）の垂直駆動機構を備え、プロ ーブ（32，45）が、垂直駆動機構（26，44）によって針（13）の長さ方向に移動 自在であることを特徴とする請求項５記載のテスト装置。 ８． 針（13）は、両方のジンバルマウント（24，25）において長さ方向に移動 自在に取り付けられており、プローブ（32）から遠く離れたその後端において、 針（13）の全体を長さ方向に動かす垂直駆動機構（26，30）の作用を受けること を特徴とする請求項６又は７記載のテスト装置。 ９． プローブ（45）が、針（43）上に配置された垂直駆動機 構（44）によって、針に対して長さ方向に移動可能に構成されていることを特徴 とする請求項７記載のテスト装置。 10． 異なる空間解像度を有する複数のプローブ駆動装置が設けられていること を特徴とする請求項１記載のテスト装置。