JP2005525545A - 接触力制御を備えた接触作動器 - Google Patents

Abstract

運動が電気機械変換器（２、３、４）によって発生され、試験すべき部品に対する接触器の当接力の制限機構によって制御される、部品の前記電気試験のための電子部品の接触器の作動システムである。

Description

本発明は電子部品の自動試験のための接触器の作動システムに関するものである。

半導体部品の製造ラインまたは電子回路組立ラインは一般的に処理ラインを備えており、該ライン上で電子部品は一連の操作を受け、その少なくとも一つは電気試験過程である。この試験過程により、別の製造ラインに移送するための操作の前、あるいは、例えば、電子回路に集積する前に、各部品の作動を検査し、すべての不良部品を排除できるようになる。

生産性の理由のため、これらの製造ラインまたは組立ラインは完全に自動化されており、その作業速度は最大でなければならない。各処理位置での部品の停止時間は、最も遅い操作に必要な時間による。このように、各操作は最小限の時間で実施されなければならない。電気試験を含む操作が最も時間のかかる操作であることが多く、それはなぜなら、該操作は試験すべき部品と試験装置の間での電気接触の確立、試験の実施、そして電気接触の解除が必要だからである。試験時間の短縮は困難なので、電気接触の確立と解除に必要な時間を最小にすることが重要である。

放射状出力の付いた部品の場合、試験すべき部品と試験装置の間の電気接触は、一般的に接触器によって確立され、該接触器は一連の弾性金属の刃を具備し、該刃は、ある正確な接触点で試験すべき部品に押し付けられるか、あるいは対で配置されることで、例えば部品のピンの一つのような、部品の一つまたは複数の接触点を、ペンチの要領で挟むようになっている。この二つの接触の仕方を同一の接触器で組み合わせてもよい。例えば、「ピン・グリッド・アレー」（ＰＧＡ）または「ボール・グリッド・アレー」（ＢＧＡ）型の格子網状の部品に対し、接触器は金属製の接触プレートをたいていの場合に備えており、該プレートは、その下面に押し付けられる部品の接点に向かい合って配置されている。接触器は完全に自動化され、処理ラインに組み込まれている。それらは一般的に、部品処理ラインの速度に同期した、固有の運動発生器によって駆動される。

現在のシステムの大半は、運動発生器としてエアジャッキを使用している。しかしながら、これらのシステムの加速は、運動中の部品の質量と、空力源の使用で生じる、それらの慣性のために制限される。したがって、それらの速度は特に短距離では制限される。おなじく運動中の質量のために、このようなシステムでは機構が早く老化し、したがって寿命に影響がある。

また、接触器は正確で再現可能な運動を実施しなければならない。特に、部品との接触が確立するときの柔軟な刃の速度ならびに接触の力を完全に制御することで、電気接触の優れた質を保証しながら、部品の損傷を回避できるようになっていなければならない。だが、エアジャッキによる正確な運動の発生は、精密な、したがって高価な部品、ならびにジャッキ操作の複雑な調節を必要とする。

本発明の目的の一つは、先行技術のシステムよりも高速な電子部品の接触器の作動システムを提案することである。

本発明のもう一つの目的は、機械部品の摩耗が少ないおかげで長い寿命を有する、部品の接触器の作動システムを提案することである。

本発明のもう一つの目的は、運動が正確で再現可能な、部品の接触器の作動システムを提案することである。

上述の目的は、独立請求項の特徴を有するシステムによって達成され、該システムの好ましい変型例は引用請求項の特徴を備えてもよい。特に、本発明による作動システムは、運動発生器として、線形の電気機械変換器を有する。好ましい変型例において、変換器の移動の不正確さを補正するために、速度の制御と試験すべき部品に対する接触器の当接力の制限は、少なくとも一つのリンクロッドを備えた制御機構によって実施される。

本発明は、本発明による作動システムの好ましい実施態様を非制限的な説明的な例として図示する図１〜図３を参照することで、よりよく理解されるものである。

図１は、本発明の好ましい実施態様による作動システムの側面図を表す。

図２ａと図２ｂは、本発明の好ましい実施態様による運動発生器の平面図を表す。

図３は、本発明の好ましい実施態様による接触器の速度と締め付ける力の制御システムの作動原理を表す。

図２ａと図２ｂを参照すると、本発明の好ましい実施態様による作動システムは、二つの固定永久磁石ブロック２、３を備え、該磁石は、好ましくはシステムのフレーム１に互いに平行につながっている。各永久磁石ブロック２、３は例えば、それぞれの支柱２０、３０に保持された二つの磁石２１、２２と３１、３２を備えることで、二つの端で方向が逆の磁界を、二つの磁石ブロック２、３の間の空間に発生させるようになっている。電気コイル４は二つの磁石ブロック２、３の間に配置され、その軸は二つの磁石ブロック２、３の平面に対してほぼ垂直である。電気コイル４は台８（図１）に固定され、該台は、前記二つの永久磁石ブロック２、３の間の最も短い区分の中心面にほぼ平行なレール９の上で、フランジ８１、８２によって保持され、案内される。台の両側に軸受け９１、９２が位置づけられることで、運動の振幅を制限し、そうして台８の二つの離散位置を決定できるようになる。台８は位置調節が可能な二つのマーカー、好ましくは金属頭のビス９５、９６を備えている。第一の軸受け９１に対して、台８が第一の離散位置にあるとき、第一のマーカー、好ましくは第一のビス９５の頭部は、第一の位置検出器、好ましくは第一の誘導センサ９３の上に位置する。第二の軸受け９２に対して、台がその第二の離散位置にあるとき、第二のマーカー、好ましくは第二のビス９６の頭部は、第二の位置検出器、好ましくは第二の誘導センサ９４の上にある。

ここで例として図示した接触器は、二系列の弾性金属の刃５８、６８を備え、該刃は対で配置され、ペンチの要領で試験すべき部品のピンを挟むものであり、該刃の最初の対だけが図１に示されている。接触器は、二つの顎部５６、６６の相反する垂直運動によって締められ、離される。各顎部はその運動において、絶縁された円筒５７、６７を介して二系列の柔軟な刃５８、６８の一つを駆動する。各顎部５６、６６は軸５５、６５の上端に固定され、該軸は垂直方向のガイドにおいてフレーム１を介して案内される。

第一のリンクロッド５は、その下軸によって台８に、上軸によって第一の軸５５の下端につながっている。第二のリンクロッド６は、その下軸によって台８に、上軸によって逆転レバー７に取り付けられており、該レバーはほぼ水平で、その中央に位置する軸を中心に回転する。逆転レバー７の他方の端は、回転軸を中心に、第二の軸６５の下端につながっている。

好ましい実施態様において、本発明による作動システムの運動を発生させる線形の電気機械変換器はボイスコイルモーターである。ボイスコイルモーターは二つの永久磁石ブロック２、３と、それらの間に配置された可動性電気コイル４を備え、該コイルを介して、発電機を備えた、図示されていない操作システムは、強さと方向が変化可能な直流を送ることができる。電気コイル４はほぼ長方形であり、その垂直方向の寸法は磁石ブロック２、３の寸法を超える。該コイルは、二つの磁石ブロック２、３の間の磁界に置かれた螺旋部分４１、４２が垂直になるように位置づけられる。したがって、直流がコイル４に流れるとき、二つの磁石ブロック２、３の間の磁界におけるコイルの挙動は、同じ強さであるが方向が反対の電流が流れ、反対方向の磁界に置かれた二本の垂直の導電体の挙動と同化させることができる。各導電体は、電流方向と磁界方向によって形成される面に垂直に、同一方向で力を受け、その力の値は電流の強さと磁束に比例している。

作動システムの好ましい実施態様において、コイル４の螺旋の垂直部分４１、４２に働く力の方向は、したがってレール９に平行である（図２ａおよび図２ｂ）。結果としてコイルはコイルに働く力の方向に移動し、台が軸受け９１、９２の一つによってブロックされるまで台を運動させる。

図２ａに図示した例において、コイル４はしたがって、台８が第二の軸受け９２に対する第二の離散位置に達するまで移動する。電流の逆転がコイル４に反対方向の力を発生させ（図２ｂ）、このことで、第一の軸受け９１に対する第一の離散位置に台８は復帰する。

コイル４を流れる電流の方向を高速で交替させることで、台を二つの離散位置の間において高速で往復運動させられるようになり、そうして接触器の高速の開閉を引き起こす。

ビス９５、９６の存否を検出する誘導センサ９３、９４が、第一または第二の離散位置にある台８の位置を制御システムに教えることで、試験開始または前の位置への台の復帰に最適な時期を決定できるようになる。

好ましくは、試験サイクルの間の本発明による接触器の作動システムの操作は、以下に説明する仕方で行われる。

強い電流がコイルに流されることで、台８を第二の軸受け９２に対して移動させ、そうして試験すべき部品の上で接触器が閉じるようになっている。第二のビス９６の頭部の存在が第二の誘導センサ９４によって検出されたとき、該センサは接触器が閉じているという情報を作動システムに伝達する。電流の強さと方向が、この信号の後約１０ミリ秒の間維持されることで、台８の振動を緩衝するために台８を軸受け９２に強く押しあてるようになる。この猶予時間が過ぎると、より弱く、前と同じ方向の電流がコイルに流され、試験時間全体にわたって第二の軸受け９２に対して台８を維持するのに十分な力を発生させる。

ひとたび試験が終わると、前の電流と反対方向の強い電流がコイルに送られることで、台８を第一の軸受け９１に対して移動させ、そうして接触器を開くようになる。柔軟な刃５８、６８の弾性は開放位置に台を押すようになっているので、第二の誘導センサ９４が第二のビス９６の頭部の存在を検出しなくなるとすぐに電流の強さが弱められることで、開放運動が早くなり過ぎないようになっている。接触器の完全な開放は、第一のビス９５の頭部の存否を検出する第一の誘導センサ９３によって知らされる。このとき、約１０ミリ秒の間電流の強さが再度強められることで、軸受け９１に対して台８を強く押しあてて、台８の振動を緩衝するようになる。この猶予時間が過ぎると、前と同じ方向のより弱い電流がコイルに維持されることで、試験された部品が排出され、新しい部品が接触器の前に置かれるまで、第一の軸受け９１に対して台８を維持する力を発生させるようになる。ついで操作サイクルが反復される。

既述の作動システムの操作サイクルは説明的な非制限的例として挙げたものである。当業者には、様々な強さ、長さまたは方向の電流を用いて同じ結果を得ることができることが理解されるものである。

上述したようなボイスコイルモーターは、コイル４と台８を備えた可動部分の質量を非常に低く保つことができ、したがってモーターの慣性を制限し、台８の最大限の加速を保証するという大きな長所を有する。

摩擦はレール９の上のフランジ８１、８２の摩擦だけなので、このような運動発生器の摩耗も最小である。

反面、ボイスコイルモーターの運動は制御が困難である。特に台の運動速度と振幅を正確に制限すること、したがって、軸受け９１、９２に跳ね返らずに停止させることは困難である。電子部品の接触器の作動のためにこのような運動発生器を使用することは、適合した制御システムとの組み合わせによってのみ可能となり、該システムは、試験すべき部品に接近すると、接触器の柔軟な刃５８、６８の速度の逓減を保証し、特に刃５８、６８の最大当接力を制限することで、試験すべき部品の損傷を回避し、良好な条件で試験を実施するために十分な質の電流を得られるようになっている。

図３を参照すると、本発明の好ましい実施態様では、制御システムは下軸が台８に取り付けられた二本のリンクロッド５、６を備えている。第一のリンクロッド５の上軸は第一の軸５５の下部に直接取り付けられており、該軸５５は垂直方向のガイドにおいてシステムのフレーム１を介して案内される。第二のリンクロッド６の第二の軸６５は逆転器７に接続され、該逆転器は、ほぼ水平に配置され、その中央の軸を中心に回転可能な剛性の金属部品で構成されている。逆転器７の他方の端は第二の軸６５の下端に接続されており、該軸は同様に、垂直方向のガイドにおいてシステムのフレーム１を介して案内される。

台８が軸受け９１に対して第一の離散位置にあるとき、リンクロッド５、６は垂直線に対して角度αを形成し、それらの第二の軸は垂直軸の最も低い位置にある。顎部５６は軸５５によって下方に引かれ、顎部６６は、逆転器７を介して第二のリンクロッド６につながった軸６５によって上方に押される。接触器が開き、部品はある処理位置から次へと移動することができる。ここで例示として説明した本発明の好ましい実施態様において、これらのリンクロッドは同じ長さであり、接触器が開いたとき、垂直線に対して同じ角度αを形成する。本発明による線形の電気機械変換器の運動を制御し、長さと位置の異なるリンクロッドを用いて接触器を作動させることも考えられる。

第二の軸受け９２に対して、台８が第二の離散位置にあるとき、リンクロッド５、６はほぼ垂直位置にある。したがって、それらの第二の軸は垂直軸の最も高い位置にある。顎部５６は軸５５によって上方に押され、顎部６６は、逆転器７を介して軸６５によって下方に引かれる。接触器は閉止し、部品の試験を実施することができる。

リンクロッド５、６の作動は図３の図に示されている。接触器が開いたとき、リンクロッド５、６は垂直線に対して角度αを形成する。台につながったリンクロッド５、６の下軸は水平に移動する。軸あるいは逆転器につながったリンクロッド５、６の上軸は、垂直運動で案内される。台８が接触器を閉止するために、第二の離散位置に移動するとき、リンクロッド５、６は垂直位置に移動させられる。台の水平移動ｂはリンクロッド５、６の上軸の垂直移動ｄを引き起こす。移動ｄとｂは次の式によって結びつけられる。

したがって、角度αが小さいままであれば、リンクロッドの上軸の垂直移動は下軸の水平移動よりかなり小さく留まることになる。上の式の微分はまた、リンクロッド５、６の垂直位置に接近すると、垂直移動の速度が大幅に減少することも示している。

垂直移動と水平移動の間のこの関係はいくつかの利点を有する。

第一の利点は、試験すべき部品との接触点が接近するときの、接触器の柔軟な刃５８、６８の速度の減少である。リンクロッド５、６の垂直位置を中心に台が高速で水平移動する場合、リンクロッド５、６の上軸の垂直速度、したがって、接触器の刃５８、６８の速度は大幅に減少する。

第二の利点は、第二の離散位置を中心とする台８の動揺は、柔軟な刃５８、６８の位置に対してほとんど影響がないことである。

第三の利点は、線形の電気機械変換器の力が倍増することである。接触器を試験すべき部品上の閉止位置に維持することは、したがって変換器側の最小限の力しか必要としない。

さらなる利点は、リンクロッド５、６の上軸の垂直位置が絶対最大値となるので、接触器の顎部５６、６６の最小限の開き、したがって、特定の部品のタイプに対する接触器の締め付けの力または当接力も最大値になるということであって、該最大値は正確に決定することができる。第二の理想的な離散位置を超えた台の運動は、接触器を再びわずかに開かせ、そうして試験すべき部品の損傷、あるいは柔軟な刃５８、６８の過度の拘束が防止される。試験すべき部品上の接触器の正確な閉止時期は、しかしながら、第二の誘導センサ９４で決定され、その正確な検出時期は第二のビス９６を調整することで調節できる。

本発明による作動システムの変型例において、逆転器７は除かれ、第二のリンクロッド６の上軸は第二の軸６５の下端に直接固定されている。逆転器の機能は、例えば台８が第一の軸受け９１に当接したときに、第二のリンクロッド６を垂直に位置決めすることで果たされる。このようにして、台が第二の離散位置に移動することによって、第一のリンクロッド５の第二の軸が上昇し、垂直線に対して角度αを形成する位置にある第二のリンクロッド６の第二の軸が低下し、そうして顎部５６と６６が互いに接近する。

既述したような本発明の好ましい実施態様は、電子部品の接触器の作動システムを例として考慮に入れており、該システムの運動は水平な線形ボイスコイルモーターによって発生され、制御システムを介して、垂直軸上を移動する接触器の作動に貢献するものである。

しかしながら、本発明の原理はまた、任意の軸に沿ったいくつかの離散位置のある、あらゆる線形電気機械運動の発生器に応用できるものであり、適切な機械システムによって制御されたその運動は、第一のものとは線形的に独立した全く別の軸にそって接触器を作動させるのに用いられる。

本発明の変型例において、電気機械変換器は二を超える有限数の離散位置を有しており、したがって、例えば、接触点の配置がより複雑な部品を接触させるために、離散位置の対応する数を作動システムに伝達する。

このようなシステムによって作動される接触器は例えば、上に例示したものとは異なるタイプであってよい。例えば、該接触器は柔軟な刃を作動させる一対または複数対の顎部、上顎または下顎だけが可動である一対または複数対の顎部、接触点を押すだけで試験すべき部品と接触する一列または複数列の柔軟な金属の刃、またはこれらのシステムのすべての組み合わせを含むことができる。例えば、「ピン・グリッド・アレー」（ＰＧＡ）または「ボール・グリッド・アレー」（ＢＧＡ）型の格子網状の部品用の接触器とすることも可能であり、このとき接触器は、例えば金属接点プレートを備え、該プレートはその下面に対して押し付けられる部品の接点に向かい合って配置されている。

これら様々なタイプの接触器は本発明による作動システムの適合化を必要とするため、該システムは例えば、単一の系列の接点の起動のために単一のリンクロッドしか含んでいないか、あるいは反対に、例えば、異なる長さと垂直線に対する角度を有するより多くの数のリンクロッドを備えることで、異なる速度と振幅を有する運動を接触器の様々な要素に伝達するようにしてもよい。

本発明による作動システムの変型例において、リンクロッドは有利にはカムの集合に替えることができる。

本発明の好ましい実施態様による作動システムの側面図である。 本発明の好ましい実施態様による運動発生器の平面図である。 本発明の好ましい実施態様による運動発生器の平面図である。 本発明の好ましい実施態様による接触器の速度と締め付ける力の制御システムの作動原理を示す図である。

符号の説明

１ フレーム
２ 固定永久磁石ブロック
３ 固定永久磁石ブロック
４ 電気コイル
５ リンクロッド
６ リンクロッド
７ 逆転レバー
８ 台
９ レール
２０ 支柱
２１ 磁石
２２ 磁石
３０ 支柱
３１ 磁石
３２ 磁石
４１ コイルの螺旋部分
４２ コイルの螺旋部分
５５ 軸
５６ 顎部
５７ 円筒
５８ 弾性金属の刃
６５ 軸
６６ 顎部
６７ 円筒
６８ 弾性金属の刃
８１ フランジ
８２ フランジ
９１ 軸受け
９２ 軸受け
９３ 誘導センサ
９４ 誘導センサ
９５ ビス
９６ ビス

Claims (14)

1. 半導体部品の接触器の作動システムであり、該システムが、
   線形運動発生器と、
   接触力の制御システムとを具備するものであって、
   前記運動発生器が有限数の離散状態を有する電気機械変換器（２、３、４）であることを特徴とする作動システム。
2. 前記電気機械変換器がボイスコイルモーターである、請求項１に記載の作動システム。
3. 前記ボイスコイルモーターが、二つの固定永久磁石ブロック（２、３）の間に配置された可動性電気コイル（４）を具備する、請求項２に記載の作動システム。
4. 前記可動性電気コイル（４）が、前記二つの永久磁石ブロック（２、３）の間の最も短い区分の中心面にほぼ平行な軸に沿って案内される、請求項３に記載の作動システム。
5. 前記可動性電気コイル（４）が、少なくとも一本の線形レール（９）の上を案内される少なくとも一つのフランジ（８１、８２）に取り付けられている、請求項３または請求項４に記載の作動システム。
6. 前記可動性電気コイル（４）の運動の振幅が軸受け（９１、９２）によって各側で制限される、請求項３〜請求項５のいずれか一つに記載の作動システム。
7. 前記接触力の制限機構が少なくとも一つのリンクロッド（５、６）を備える、請求項１〜請求項６のいずれか一つに記載の作動システム。
8. 前記少なくとも一つのリンクロッド（５、６）の第一端が前記運動発生器の可動部（４、８）と連動する、請求項７に記載の作動システム。
9. 前記少なくとも一つのリンクロッド（５、６）の第二端が半導体部品の接触器の第一の顎部（５６）と連動する、請求項７または請求項８に記載の作動システム。
10. 前記少なくとも一つのリンクロッド（５、６）の第二端の移動の軸が、前記少なくとも一つのリンクロッド（５、６）の第一端の移動の軸とは線形的に独立した軸に沿って案内される、請求項７〜請求項９のいずれか一つに記載の作動システム。
11. 二本のリンクロッド（５、６）を備えている、請求項７〜請求項１０のいずれか一つに記載の作動システム。
12. 前記二本のリンクロッド（５、６）のそれぞれが、半導体部品の接触器の顎部（５６、６６）を作動させる、請求項１１に記載の作動システム。
13. 第二のリンクロッド（６）の第二端に取り付けられた逆転器（７）を具備する、請求項１１または請求項１２に記載の作動システム。
14. 接触器の閉鎖を引き起こす電流の発生と、
    接触器を閉鎖位置に維持する、より弱い電流の発生と、
    接触器の開放を引き起こす、先に発生させた電流の方向と反対方向の電流の発生と、
    接触器を開放位置に維持する、より弱い電流の発生を含んでいる、
    請求項１〜請求項１３のいずれか一つに記載の接触器の作動システムの操作サイクル。

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