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技術 ボンド試験機及び複数の試験ツールを含むボンド試験機のためのカートリッジ

出願人 ノードソンコーポレーション
発明者 イアンクリストファーメイズデイヴィッドリレイマーティンバッグロバートブライアンディアーズ
出願日 2014年7月3日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2014-137396
公開日 2015年1月22日 (5年9ヶ月経過) 公開番号 2015-014603
状態 特許登録済
技術分野 機械的応力負荷による材料の強さの調査
主要キーワード 駆動配置 各弾性要素 接続区域 回転機構内 装着プレート 位置決めアセンブリ 顧客要件 関連電子機器
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重要な関連分野

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図面 (10)

課題

電気ボンドの強度を試験するデバイスを提供する。

解決手段

複数の試験ツールと、複数の異なる試験ツールが互いに角度的に離間した回転機構と、回転機構に結合され、回転機構を回転させて使用位置へかつそこから複数の異なる試験ツールを移動する駆動ユニットと、位置決めアセンブリ上の対応する空気インタフェースから圧縮空気受け入れる空気インタフェースとを含むボンド試験機での使用に適するカートリッジ。ボンド試験機は、圧縮空気供給装置オン又はオフ切り換える。カートリッジは、ジュネーブ機構を含む。カートリッジは、同一試験ツール接続区域を有する装着プレートを含む。複数の試験ツールを与えることは、異なる試験ツールカートリッジを脱装着して再装着する必要なくツールを交換することを可能にする。これは、作動の容易さとオペレータ時間の節約を与える。カートリッジを使用する新しい方法も説明する。

概要

背景

半導体デバイスは非常に小さく、典型的には5mm×5mm平方〜50mm×50mm平方であり、典型的には、半導体基板導体ボンディングするための多数の部位を含む。各ボンドは、半田ボールバンプ、又は銅ピラー又はワイヤから構成される。

特定のボンディング方法が適切であることを確信するために、ボンドのボンド強度を試験しなければならない。非常に小さいサイズのボンドに起因して、これらのボンドのボンド強度を試験するのに使用するツールは、非常に小さい力及びたわみを正確に測定することが可能でなければならない。

ボンド強度を試験するのに使用するいくつかの異なるタイプのボンド試験がある。例えば、剪断試験は、ボンドの側面に剪断力を与え、ボンドを基板から剪断して落とすことによってボンドの剪断強度を試験する。引張試験は、基板から離れるようにボンドを引っ張ることによってボンドの引張強度を試験する。押圧試験においては、力又は荷重をボンドの上に直接に下向きに垂直平面に与える。

これらの試験を実行する機械は、典型的には、ツールが剪断試験ツール、押圧試験ツール、又は引張試験ツールであろうと、試験中にボンドに対して位置決めすることができ、次に、ボンド又はツールのいずれかがボンドを破壊するのに必要な力の測定を含む試験を実行するために移動されるボンド試験ツールを含む。各ボンド試験ツールは、力変換器及び関連電子機器を備えたロードセルに装着される。

様々な異なる試験ツールが存在するが、試験中に試験ツールを位置決めし、かつ試験ツール又はボンドを移動するのに使用する機械の一部は、各試験ツールに対して同じである場合がある。従って、試験ツールは、それらを異なるタイプの試験ツール、又は異なる範囲の測定に適切な試験ツール、又は異なるタイプのボンド又は試験と交換することができるように、機械の残りの部分から取外し可能であるように設計されてきた。試験中の単一基板上でいくつかの異なる試験ツールを使用することが望ましい場合があり、従って、オペレータは、頻繁に試験ツールの交換を行うことを要求される場合がある。

小さい力を正確に測定することを可能とする要件は、各試験ツールの性能に対してある一定の要件へと導く。剪断試験ツールを使用してボンドを基板から剪断して落とし、ボンドを剪断するのに必要な力を記録する。力を測定するために、力変換器を剪断試験ツールに結合する。剪断測定の反復性保証するために、試験ツールの先端が基板の表面の上の予め決められた高さでボンドの側面と係合することが必須である。ボンドは一般的にドーム形であるので、この距離は小さいが重要である。表面からの予め決められた間隔は、基板上の試験ツールから両方の滑り摩擦を排除し、ボンドインタフェースに対して正確な位置に剪断荷重を与えることを保証する。従って、実際には、試験ツールは、最初に基板表面と接触するように移動され、次に、剪断試験を実行する前に予め決められた距離、典型的には0.05mm又はそれ未満だけ引き戻される。

いくつかの困難が生じる。デバイス自体の機構内の摩擦及び吸着は、基板表面との接触を検知するのに困難を引き起こす場合がある。不正確表面検知は、試験ツールを引き戻す距離及び従ってボンドを剪断する高さに必然的に影響を与える。伴う距離は非常に小さいので、基板を圧縮することなく基板接触のまさにその瞬間を検知することに注意を払わなくはならない。剪断試験前又は剪断試験中に、試験高さで試験ツールの制御不良移動を阻止することにも注意を払わなくはならない。このような移動は、試験結果の精度に深刻な影響を与える場合があり、試験高さにおける試験ツールの有意な移動は、隣接するボンド又はワイヤに損傷を与える場合がある。

基板の表面を検知する時の低い接触力と試験高さの正確な制御との対になった目的は、解決することが困難である。

US6,078,387は、基板と試験ツールの試験ヘッドとの接触を検知するためのデバイスを開示しており、基板は、接触を検知する時に試験ヘッドの下向き駆動を即座に停止するようになっている。1対の平行な屈曲部の自由端で試験ツールを支持し、屈曲部は、これらの反対端底板に固定し、底板に対する試験ヘッドの何らかの垂直移動を可能にするようにたわむ。剪断試験中に試験ヘッドの垂直移動を阻止するために、試験ツールは、底板に対して屈曲部によってバネ付勢される。試験ヘッドは、空気軸受によって底板から離れるように移動して、初期接触検知のために実質的に無摩擦方式で試験ヘッドを垂直に移動することを可能にすることができる。従って、試験ヘッドが最初に基板表面に触れる時に、試験ヘッドは、屈曲部上の基板表面によって押し戻される。底板に対する試験ヘッドの移動又は屈曲部の移動は、光学検出器によって検出することができ、次に、空気軸受のスイッチをオフにして、底板に対する屈曲部のバネ付勢によって底板に対して試験ヘッドを固定することを保証する。試験ヘッドを底板に対して固定した状態で、試験ツールの下端と望ましい「ステップオフ距離」の基板との間のクリアランスを残すように、予め決められた量だけ底板が上昇する。

代替システムは、底板から離れるように平行な屈曲部に試験ツールを付勢させ、初期位置決め中に底板に対して試験ヘッドの実質的に摩擦なしの移動を可能にするが、次に、圧縮空気によって駆動されるピストンを使用して底板と接触するように試験ツールを押圧して、試験手順中に底板に対して試験ツール上に締め付け力を生成することである。EP2363701Aに開示している更に別の代替手段は、底板から離れるように屈曲部に試験ツールを付勢させ、初期位置決め中に底板に対して試験ヘッドの実質的に摩擦なしの移動を可能にするが、次に、圧縮空気によって駆動されるピストンを使用して底板に固定された当接部に対して試験ツールを締め付けることである。剪断試験中に追加の締め付け力を与えるように位置決めされた更に別の当接部により、当接部を補完することができる。

全てのこれらの代替手段において、屈曲部の使用は、基板に損傷を与えることなく基板の表面を検知する機能を提供する。試験ツールは、次に、空圧作動クランプにより底板に対する移動が阻止される。

引張及び押圧試験は、典型的には、フック又はジョーツールを使用し、かつロードセルに対して異なる構成を必要とする。しかし、ツールはまた、垂直方向に与えられた力を検出するように屈曲部上に位置決めされた1つ又はそれよりも多くの歪みゲージを有する1対の平行な屈曲部を使用する場合がある。屈曲部は、ボンドに対する荷重速度を制御し、かつ基板との偶然の接触による損傷を最小にするために高度に柔軟にしなければならない。このタイプの引張試験ツールの例は、US6301971B1に説明されている。

概要

電気的ボンドの強度を試験するデバイスを提供する。複数の試験ツールと、複数の異なる試験ツールが互いに角度的に離間した回転機構と、回転機構に結合され、回転機構を回転させて使用位置へかつそこから複数の異なる試験ツールを移動する駆動ユニットと、位置決めアセンブリ上の対応する空気インタフェースから圧縮空気を受け入れる空気インタフェースとを含むボンド試験機での使用に適するカートリッジ。ボンド試験機は、圧縮空気供給装置オン又はオフに切り換える。カートリッジは、ジュネーブ機構を含む。カートリッジは、同一試験ツール接続区域を有する装着プレートを含む。複数の試験ツールを与えることは、異なる試験ツールカートリッジを脱装着して再装着する必要なくツールを交換することを可能にする。これは、作動の容易さとオペレータ時間の節約を与える。カートリッジを使用する新しい方法も説明する。a

目的

代替システムは、底板から離れるように平行な屈曲部に試験ツールを付勢させ、初期位置決め中に底板に対して試験ヘッドの実質的に摩擦なしの移動を可能にするが、次に、圧縮空気によって駆動されるピストンを使用して底板と接触するように試験ツールを押圧して、試験手順中に底板に対して試験ツール上に締め付け力を生成することである

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

ボンド試験機移動アセンブリ取外し可能に結合するように構成されたカートリッジであって、複数の異なる試験ツールアセンブリと、回転機構であって、該回転機構に装着された前記複数の異なる試験ツールアセンブリの各々が互いに角度的に離間した前記回転機構と、前記回転機構に結合され、該回転機構を回転させて使用位置へかつそこから前記複数の異なる試験ツールアセンブリの各々を移動するように構成された駆動ユニットと、前記ボンド試験機の前記移動アセンブリ上の対応する空気インタフェースから圧縮空気受け入れるための空気インタフェースと、を含むことを特徴とするカートリッジ。

請求項2

前記回転機構は、駆動輪及び従動輪を有するジュネーブ駆動機構を含み、前記駆動輪の一定の回転が、前記従動輪の間欠的回転を引き起こす、ことを特徴とする請求項1に記載のカートリッジ。

請求項3

前記従動輪は、複数の使用位置の間で移動可能であり、前記駆動輪は、該従動輪を移動するように構成され、少なくとも1つの弾性要素が、前記従動輪と前記駆動輪の間で摩擦係合状態にあり、前記弾性要素は、前記駆動輪が静止している時に前記複数の使用位置のうちの1つからの前記従動輪の移動を拘束するように構成される、ことを特徴とする請求項2に記載のカートリッジ。

請求項4

前記駆動ユニットに接続され、各試験ツールが使用位置に近づく時に該駆動ユニットを制御して前記回転機構内の駆動輪の回転を減速するように構成された制御回路を更に含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカートリッジ。

請求項5

前記試験ツールアセンブリのうちの1つ又はそれよりも多くの方位を検出するように構成された方位検出器を更に含むことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のカートリッジ。

請求項6

前記方位検出器は、MEM加速度計を含むことを特徴とする請求項5に記載のカートリッジ。

請求項7

前記試験ツールアセンブリのうちの1つ又はそれよりも多くの位置を検出するように構成された位置検出器を更に含むことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のカートリッジ。

請求項8

前記複数の異なる試験ツールアセンブリは、剪断試験ツールアセンブリ及び引張試験ツールアセンブリを含むことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のカートリッジ。

請求項9

前記試験ツールアセンブリの少なくとも1つが、圧縮空気を使用する空気軸受を含むことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のカートリッジ。

請求項10

前記試験ツールアセンブリの各々が、カートリッジ主本体に取外し可能に装着されることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のカートリッジ。

請求項11

前記カートリッジ主本体は、2つの同一の試験ツール接続区域を有する装着プレートを含み、前記2つの同一の試験ツール接続区域のいずれかに2つの異なる試験ツールアセンブリを装着することができる、ことを特徴とする請求項10に記載のカートリッジ。

請求項12

使用位置にない各試験ツールアセンブリを覆うハウジングを更に含むことを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のカートリッジ。

請求項13

1つの位置で前記ハウジングが前記試験ツールアセンブリの全てを覆うように構成されることを特徴とする請求項11に記載のカートリッジ。

請求項14

前記カートリッジ主本体は、可撓性導電体を通じた電気的接続を維持しながら装着プレートの回転を許す該可撓性導電体に接続された電力及びデータ接続を含む前記試験ツールのための該装着プレートを含むことを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか1項に記載のカートリッジ。

請求項15

前記回転駆動機構の前記従動輪がロック位置に達する時を感知するように設けられた光断続器を更に含むことを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか1項に記載のカートリッジ。

請求項16

前記光断続器によって検出されるフラグ特徴部が設けられることを特徴とする請求項15に記載のカートリッジ。

請求項17

どのツールが前記使用位置にあるかに関するフィードバック送り、そのために前記ボンド試験機がそれに応答して使用中の該試験ツールに適合するように適切に圧縮空気供給装置オン又はオフ切り換えることができるように構成されることを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか1項に記載のカートリッジ。

請求項18

ボンド試験機での使用に適するカートリッジであって、複数の異なる試験ツールと、ジュネーブ機構であって、前記複数の異なる試験ツールの各々が、該ジュネーブ機構装着され、かつ互いに角度的に離間した前記ジュネーブ機構と、前記ジュネーブ機構に結合され、該ジュネーブ機構を回転させて使用位置へかつそこから前記複数の異なる試験ツールの各々を移動するように構成された駆動ユニットと、を含むことを特徴とするカートリッジ。

請求項19

請求項1から請求項18のいずれか1項に記載のカートリッジと、試験される物体を受け入れるように構成されたステージテーブルと、前記ステージテーブルに結合され、前記カートリッジが装着されており、該ステージテーブルに対して該カートリッジを位置決めして移動するように作動可能である移動アセンブリと、を含むことを特徴とするボンド試験ツール。

請求項20

ジュネーブ駆動機構であって、複数の使用位置の間で移動可能な従動輪と、前記従動輪を移動するように構成された駆動輪と、を含み、前記従動輪は、前記駆動輪との摩擦係合状態にあって該駆動輪が静止している時に指標付き位置からの該従動輪の移動を拘束するように構成された少なくとも1つの弾性要素を含む、ことを特徴とするジュネーブ駆動機構。

請求項21

複数の異なる試験ツールアセンブリと、回転機構であって、前記複数の異なる試験ツールアセンブリの各々が該回転機構に装着されて互いに角度的に離間した前記回転機構と、前記回転機構に結合され、該回転機構を回転させて使用位置へかつそこから前記複数の異なる試験ツールアセンブリの各々を移動するように構成された駆動ユニットと、前記試験ツールアセンブリのうちの1つ又はそれよりも多くの方位を検出して試験ツールが前記使用位置にあるか否かを決定するように構成され、該試験ツールアセンブリに結合された加速度計、又は前記回転機構に結合された光断続器、又は該試験ツールアセンブリに結合された加速度計と該回転機構に結合された光断続器との組合せである方位検出器と、を含むことを特徴とするボンド試験システム

請求項22

複数の異なる試験ツールアセンブリと、回転機構であって、該複数の異なる試験ツールアセンブリの各々が該回転機構に装着されて互いに角度的に離間した前記回転機構と、該回転機構に結合され、該回転機構を回転させて使用位置へかつそこから該複数の異なる試験ツールアセンブリの各々を移動するように構成された駆動ユニットとを含むボンド試験システムを作動する方法であって、前記回転機構を作動させて前記複数の試験ツールアセンブリを移動する段階と、センサからの信号に基づいて、選択された試験ツールアセンブリが前記使用位置にあると決定する段階と、を含むことを特徴とする方法。

請求項23

前記試験ツールアセンブリは、前記回転機構上の試験ツールマウント上の複数の位置に各々装着することができ、前記試験ツールマウントに結合されたメモリストレージデバイス上に格納された情報に基づいて、該試験ツールマウント上の前記試験ツールアセンブリの各々の位置を決定する段階、を含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。

請求項24

前記センサは、前記試験ツールアセンブリに結合された加速度計又は前記回転機構に結合された光断続器であることを特徴とする請求項21又は請求項22に記載の方法。

請求項25

ボンド試験機での使用に適する複数の異なる試験ツールアセンブリであって、該試験ツールアセンブリのうちの少なくとも2つの各々が、底板に移動可能に装着された試験ツールを含み、かつ該底板に該試験ツールを締め付けるように作動可能であるか又は該底板から該試験ツールを解除するように作動可能であるかのいずれかの空圧又は油圧締め付け機構を含む前記複数の異なる試験ツールアセンブリと、該試験ツールアセンブリにおいて該締め付け機構の各々を作動するように構成されたピストン及びシリンダとを含むボンド試験カートリッジを作動させる方法であって、前記試験ツールアセンブリのどれが使用位置にあるかに関するフィードバックを受け入れる段階と、前記フィードバックに基づいて前記使用位置にある前記試験ツールアセンブリに適するように前記ピストン及びシリンダを作動させる段階と、を含むことを特徴とする方法。

請求項26

ボンド試験機を作動させる方法であって、第1の試験ツール及び第2の試験ツールを有するマルチツールカートリッジを該カートリッジを前記ボンド試験機上の対応するインタフェースとの係合状態摺動させ、それによって該カートリッジの電子インタフェース及び圧縮空気インタフェースを該ボンド試験機上の該対応するインタフェースと嵌合させることによって該ボンド試験機に装着する段階と、前記ボンド試験機によって実行される第1のタイプの試験を選択する段階と、前記カートリッジ内の前記試験ツールの位置を該カートリッジ内の該試験ツールの該位置を格納するメモリデバイスから情報を読み取ることによって決定する段階と、前記メモリデバイスから読み取った前記情報に基づいて、前記第1の試験ツールを前記カートリッジのハウジング内の非使用位置から第1のタイプの試験を実行する使用位置まで回転させる段階と、前記第1の試験ツールを使用して前記第1のタイプの試験を実行する段階と、前記ボンド試験機を使用して実行される第2のタイプの試験を選択する段階と、前記メモリデバイスから読み取った前記情報に基づいて、前記第1の試験ツールを前記ハウジング内の前記使用位置から非使用位置まで回転させ、同時に前記第2の試験ツールを該ハウジング内の非使用位置から第2のタイプの試験を実行する使用位置まで回転させる段階と、前記第2の試験ツールを使用して前記第2のタイプの試験を実行する段階と、を含むことを特徴とする方法。

請求項27

光断続器又は加速度計からの信号が、前記第1及び第2の試験ツールが前記使用位置にある時を判断するために使用されることを特徴とする請求項26に記載の方法。

請求項28

前記ボンド試験機から前記カートリッジを脱装着し、単一ツールカートリッジを該ボンド試験機に装着して該単一ツールカートリッジを使用して試験を実行する段階を更に含むことを特徴とする請求項26又は請求項27に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、半導体デバイス上で電気ボンドの強度を試験するためのデバイスに関する。特に、本発明は、電気的ボンドに対する剪断試験引張試験、及び押圧試験のような異なるタイプの試験を実行することが可能なデバイスに関する。

背景技術

0002

半導体デバイスは非常に小さく、典型的には5mm×5mm平方〜50mm×50mm平方であり、典型的には、半導体基板導体ボンディングするための多数の部位を含む。各ボンドは、半田ボールバンプ、又は銅ピラー又はワイヤから構成される。

0003

特定のボンディング方法が適切であることを確信するために、ボンドのボンド強度を試験しなければならない。非常に小さいサイズのボンドに起因して、これらのボンドのボンド強度を試験するのに使用するツールは、非常に小さい力及びたわみを正確に測定することが可能でなければならない。

0004

ボンド強度を試験するのに使用するいくつかの異なるタイプのボンド試験がある。例えば、剪断試験は、ボンドの側面に剪断力を与え、ボンドを基板から剪断して落とすことによってボンドの剪断強度を試験する。引張試験は、基板から離れるようにボンドを引っ張ることによってボンドの引張強度を試験する。押圧試験においては、力又は荷重をボンドの上に直接に下向きに垂直平面に与える。

0005

これらの試験を実行する機械は、典型的には、ツールが剪断試験ツール、押圧試験ツール、又は引張試験ツールであろうと、試験中にボンドに対して位置決めすることができ、次に、ボンド又はツールのいずれかがボンドを破壊するのに必要な力の測定を含む試験を実行するために移動されるボンド試験ツールを含む。各ボンド試験ツールは、力変換器及び関連電子機器を備えたロードセルに装着される。

0006

様々な異なる試験ツールが存在するが、試験中に試験ツールを位置決めし、かつ試験ツール又はボンドを移動するのに使用する機械の一部は、各試験ツールに対して同じである場合がある。従って、試験ツールは、それらを異なるタイプの試験ツール、又は異なる範囲の測定に適切な試験ツール、又は異なるタイプのボンド又は試験と交換することができるように、機械の残りの部分から取外し可能であるように設計されてきた。試験中の単一基板上でいくつかの異なる試験ツールを使用することが望ましい場合があり、従って、オペレータは、頻繁に試験ツールの交換を行うことを要求される場合がある。

0007

小さい力を正確に測定することを可能とする要件は、各試験ツールの性能に対してある一定の要件へと導く。剪断試験ツールを使用してボンドを基板から剪断して落とし、ボンドを剪断するのに必要な力を記録する。力を測定するために、力変換器を剪断試験ツールに結合する。剪断測定の反復性保証するために、試験ツールの先端が基板の表面の上の予め決められた高さでボンドの側面と係合することが必須である。ボンドは一般的にドーム形であるので、この距離は小さいが重要である。表面からの予め決められた間隔は、基板上の試験ツールから両方の滑り摩擦を排除し、ボンドインタフェースに対して正確な位置に剪断荷重を与えることを保証する。従って、実際には、試験ツールは、最初に基板表面と接触するように移動され、次に、剪断試験を実行する前に予め決められた距離、典型的には0.05mm又はそれ未満だけ引き戻される。

0008

いくつかの困難が生じる。デバイス自体の機構内の摩擦及び吸着は、基板表面との接触を検知するのに困難を引き起こす場合がある。不正確表面検知は、試験ツールを引き戻す距離及び従ってボンドを剪断する高さに必然的に影響を与える。伴う距離は非常に小さいので、基板を圧縮することなく基板接触のまさにその瞬間を検知することに注意を払わなくはならない。剪断試験前又は剪断試験中に、試験高さで試験ツールの制御不良移動を阻止することにも注意を払わなくはならない。このような移動は、試験結果の精度に深刻な影響を与える場合があり、試験高さにおける試験ツールの有意な移動は、隣接するボンド又はワイヤに損傷を与える場合がある。

0009

基板の表面を検知する時の低い接触力と試験高さの正確な制御との対になった目的は、解決することが困難である。

0010

US6,078,387は、基板と試験ツールの試験ヘッドとの接触を検知するためのデバイスを開示しており、基板は、接触を検知する時に試験ヘッドの下向き駆動を即座に停止するようになっている。1対の平行な屈曲部の自由端で試験ツールを支持し、屈曲部は、これらの反対端底板に固定し、底板に対する試験ヘッドの何らかの垂直移動を可能にするようにたわむ。剪断試験中に試験ヘッドの垂直移動を阻止するために、試験ツールは、底板に対して屈曲部によってバネ付勢される。試験ヘッドは、空気軸受によって底板から離れるように移動して、初期接触検知のために実質的に無摩擦方式で試験ヘッドを垂直に移動することを可能にすることができる。従って、試験ヘッドが最初に基板表面に触れる時に、試験ヘッドは、屈曲部上の基板表面によって押し戻される。底板に対する試験ヘッドの移動又は屈曲部の移動は、光学検出器によって検出することができ、次に、空気軸受のスイッチをオフにして、底板に対する屈曲部のバネ付勢によって底板に対して試験ヘッドを固定することを保証する。試験ヘッドを底板に対して固定した状態で、試験ツールの下端と望ましい「ステップオフ距離」の基板との間のクリアランスを残すように、予め決められた量だけ底板が上昇する。

0011

代替システムは、底板から離れるように平行な屈曲部に試験ツールを付勢させ、初期位置決め中に底板に対して試験ヘッドの実質的に摩擦なしの移動を可能にするが、次に、圧縮空気によって駆動されるピストンを使用して底板と接触するように試験ツールを押圧して、試験手順中に底板に対して試験ツール上に締め付け力を生成することである。EP2363701Aに開示している更に別の代替手段は、底板から離れるように屈曲部に試験ツールを付勢させ、初期位置決め中に底板に対して試験ヘッドの実質的に摩擦なしの移動を可能にするが、次に、圧縮空気によって駆動されるピストンを使用して底板に固定された当接部に対して試験ツールを締め付けることである。剪断試験中に追加の締め付け力を与えるように位置決めされた更に別の当接部により、当接部を補完することができる。

0012

全てのこれらの代替手段において、屈曲部の使用は、基板に損傷を与えることなく基板の表面を検知する機能を提供する。試験ツールは、次に、空圧作動クランプにより底板に対する移動が阻止される。

0013

引張及び押圧試験は、典型的には、フック又はジョーツールを使用し、かつロードセルに対して異なる構成を必要とする。しかし、ツールはまた、垂直方向に与えられた力を検出するように屈曲部上に位置決めされた1つ又はそれよりも多くの歪みゲージを有する1対の平行な屈曲部を使用する場合がある。屈曲部は、ボンドに対する荷重速度を制御し、かつ基板との偶然の接触による損傷を最小にするために高度に柔軟にしなければならない。このタイプの引張試験ツールの例は、US6301971B1に説明されている。

先行技術

0014

US6,078,387
EP2363701A
US6301971B1
US6301971
EP2363701
US6,078,387A

発明が解決しようとする課題

0015

説明された機械は、ボンドを破壊するのに必要な力の優れた測定を提供するが、機械の使用しやすさを改善することが望ましいと考えられる。特に、高精度の測定を保持しながら、異なる試験ツールの間で切り換える機能を改善することが望ましいと考えられる。そのような改良を既存の機械に対して可能にすることができることも望ましいであろう。

課題を解決するための手段

0016

本発明の第1の態様において、ボンド試験機移動アセンブリに取外し可能に結合するように構成されたカートリッジを提供し、カートリッジは、複数の異なる試験ツールアセンブリと、回転機構であって、回転機構に装着された複数の異なる試験ツールアセンブリの各々が互いに角度的に離間した上記回転機構と、回転機構に結合され、回転機構を回転させて使用位置へかつそこから複数の異なる試験ツールアセンブリの各々を移動するように構成された駆動ユニットと、ボンド試験機の移動アセンブリ上の対応する空気インタフェースから圧縮空気を受け入れるための空気インタフェースとを含む。

0017

単一カートリッジ内の使用位置に選択的に移動することができる複数の試験ツールアセンブリの提供により、異なる試験ツールを必要とする度に異なる試験ツールカートリッジを脱装着して再装着する必要なくオペレータがツールを交換することを可能にする。これは、作動しやすさを改善し、オペレータ時間を節約する。試験ツールアセンブリは、各試験ツールを使用位置へかつそこから移動することができるように回転機構によって回転される。試験ツールアセンブリは、試験ツールアセンブリの全てが同時に回転するように互いに対して固定することができ、高々、単一試験ツールアセンブリのみが常に使用位置にある。

0018

回転機構及び駆動ユニットをカートリッジ内に設けることで、互換性のある試験ツール配置を既存のボンド試験機に換装することを可能にする。空気インタフェースは、高精度位置決め及び測定に対して、特に剪断試験ツールに対して空圧締め付け機構の使用を可能にする。

0019

カートリッジは、好ましくは、特定の機器の必要なく手動に実施することができる簡単な方式でボンド試験機に取外し可能に結合するように構成される。これは、必要に応じてカートリッジを他のマルチツール又は単一ツールカートリッジによって交換することを可能にする。

0020

本明細書に使用される場合に「試験ツールアセンブリ」という用語は、引張試験、押圧試験、又は剪断試験のような特定の試験を実行するように構成されたツールと試験中に与えられる力を測定するためのロードセルとを含むアセンブリを意味する。

0021

回転機構は、改善されたジュネーブ駆動機構を含むのが有利である。ジュネーブ機構は、典型的にはピン及びスロット配置を使用して従動輪間欠回転運動の中に駆動輪連続回転運動を伝達する機構である。本明細書に開示するジュネーブ機構は、それが望ましい位置に従動輪をロックする点で以前のジュネーブ機構に勝る改善点があると考えられる。ジュネーブ駆動機構は、複数の使用位置の間で移動可能な従動輪と、従動輪を移動するように構成された駆動輪とを含むことができる。ジュネーブ駆動機構は、試験ツールアセンブリの各々を使用位置に正確に駆動することを可能にし、実質的に回転位置決め誤差の可能性を排除する。従動輪及び駆動輪は、互いに係合して駆動輪が静止している時に使用位置からの従動輪の移動を拘束又は阻止するように構成することができる。従動輪は、駆動輪がいずれかの方向に望ましくないほど回転するのを阻止するように駆動輪と摩擦係合状態の少なくとも1つのかつ有利には少なくとも2つの弾性要素を含むのが有利である。各弾性要素は、たわみ又は板バネを含むことができる。

0022

カートリッジは、駆動ユニットに接続された制御回路を更に含むことができ、制御回路は、各試験ツールアセンブリが使用位置に近づく時に駆動ユニットを制御して回転機構の駆動輪の回転を減速するように構成される。駆動輪のこの減速は、減速が使用位置にもたらされる時に試験ツールの振動を低減する。これは、駆動輪の回転の大部分に対して従動輪が回転しないので、ジュネーブ駆動機構の使用の場合に特に有利である。駆動輪の回転のこの部分は、できるだけ迅速に行われるのが有利である。駆動輪が従動輪のスロットと係合して従動輪を回転させる時に、従動輪の回転速度は、試験ツールアセンブリのうちの1つの使用位置に達するまで漸次的に減少することが有利である。

0023

カートリッジは、従動輪の方位、従って、試験ツールの方位を検出するように構成された方位検出器を更に含むことができる。これは、いつ試験ツールが(及びどの試験ツールが)使用位置にあるかを制御回路が確立することを可能にする。方位検出器は、従動輪に装着されたMEM加速度計を含むことができ、かつ従動輪に装着された回路基板上に固定することができる。

0024

カートリッジは、試験ツールアセンブリのうちの1つ又はそれよりも多くの位置を検出するように構成された位置検出器を更に含むことができる。位置検出器は、光断続器を含むことができる。

0025

複数の異なる試験ツールアセンブリは、試験ツールアセンブリのあらゆる組合せを含むことができる。一部の実施形態において、カートリッジは、剪断試験ツールアセンブリ及び引張試験ツールアセンブリを含むことができる。複数の異なる試験ツールアセンブリは、複数の剪断試験ツールを含むことができ、各剪断試験ツールアセンブリにおいて締め付け機構を作動するように構成されたピストン及びシリンダを更に含むことができる。締め付け機構は、EP2363701Aに開示されたタイプのものとすることができ、この特許の内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。これに代えて、ピストン及びシリンダは、カートリッジの外側にボンド試験機に設けることができる。試験ツールアセンブリのうちの1つ又はそれよりも多くは、圧縮空気を使用する空気軸受を含むことができる。好ましい空気軸受は、US6,078,387に説明されており、この特許の内容は引用によって本明細書に組み込まれている。

0026

試験ツールアセンブリの各々は、取外し可能にカートリッジ主本体に装着されるのが有利である。異なる試験ツールアセンブリは、カートリッジの中に交換されて特定のオペレータ要件を満たすことができる。カートリッジ主本体は、2つの同一の試験ツール接続区域を有する装着プレートを含むことができ、2つの異なる試験ツールアセンブリは、2つの同一の試験ツール接続区域のいずれかに装着することができる。

0027

カートリッジは、好ましくは、ハウジングを含み、ハウジングは、使用位置にない各試験ツールアセンブリを覆う。これは、使用位置にない試験ツールアセンブリを保護する。カートリッジは、1つの位置でハウジングが試験ツールアセンブリの全てを覆うように構成することができる。これは、カートリッジが使用中でない時に試験ツールの全てを保護し、特にカートリッジの貯蔵及び輸送中に有利である。

0028

試験ツールアセンブリのうちの1つ又はそれよりも多くは、1つ又はそれよりも多くの屈曲部によって底板に装着された試験ツールを含むことができる。押圧又は引張試験ツールの場合に、屈曲部は、力測定変換器を含むことができる。一実施形態において、屈曲部上の歪みゲージを使用して、引張又は押圧試験の結果としての屈曲部の歪みを測定する。剪断試験ツールの場合には、試験ツールは、力測定変換器を含むことができる。剪断試験ツールアセンブリの屈曲部は、試験中の基板上の低接地力を保証するために設けられる。

0029

カートリッジ主本体は、電力及びデータ接続を含む試験ツールのための装着プレートを含むことができる。電力及びデータ接続は、可撓性導電体に接続することができ、可撓性導電体は、可撓性導電体を通じて電気的接続を維持しながら装着プレートが回転することを可能にする。

0030

カートリッジは、回転駆動機構の従動輪が試験ツールのうちの1つの使用位置に対応するロック位置に達する時を検知するように設けられた光断続器を更に含むことができる。光断続器によって検出されるフラグ特徴部を設けることができる。

0031

カートリッジは、どのツールが使用位置であるかに関してボンド試験機にフィードバックを送るように構成することができ、従って、ボンド試験機は、それに応答して使用中の試験ツールに適合するように適切に圧縮空気供給装置のスイッチをオン又はオフに切り換えることができる。

0032

本発明の第2の態様において、ボンド試験機での使用に適するカートリッジを提供し、カートリッジは、ボンド試験機での使用に適する複数の異なる試験ツールアセンブリであって、試験ツールアセンブリのうちの少なくとも2つの各々が、底板に移動可能に装着された試験ツールを含み、かつ底板に試験ツールを締め付けるように作動可能であるか又は底板から試験ツールを解除するように作動可能であるかのいずれかの空圧又は油圧締め付け機構を含む上記複数の異なる試験ツールアセンブリと、試験ツールアセンブリの締め付け機構の各々を作動するように構成されたピストン及びシリンダとを含む。

0033

本発明の第3の態様において、ボンド試験機での使用に適するカートリッジを提供し、カートリッジは、複数の異なる試験ツールアセンブリと、ジュネーブ駆動機構であって、複数の異なる試験ツールアセンブリの各々が、ジュネーブ機構に装着され、かつ互いに角度的に離間した上記ジュネーブ駆動機構と、ジュネーブ駆動機構に結合され、ジュネーブ機構を回転させて使用位置へかつそこから複数の異なる試験ツールアセンブリの各々を移動するように構成された駆動ユニットとを含む。

0034

本発明の第4の態様において、本発明の第1〜第4の態様のいずれかによるカートリッジと、試験される物体を受け入れるように構成されたステージテーブルと、ステージテーブルに結合され、カートリッジが装着されており、ステージテーブルに対してカートリッジを位置決めして移動するように作動可能である移動アセンブリとを含むボンド試験ツールを提供する。

0035

好ましくは、カートリッジは、使用中にカートリッジの従動輪が駆動されて、回転の水平軸線の回りで回転するように移動アセンブリに装着される。試験ツールの各々は、次に、ステージテーブル上の基板の上の同じ使用位置まで各々回転することができる。有利な態様において、カートリッジは、移動アセンブリに取外し可能に装着される。移動アセンブリは、圧縮空気をカートリッジに供給してカートリッジの1つ又はそれよりも多くの締め付け機構を作動するように構成された圧縮空気供給装置を含むことができる。

0036

本発明の第5の態様において、複数の使用位置の間で移動可能な従動輪と従動輪を移動するように構成された駆動輪とを含むジュネーブ駆動機構を提供し、従動輪は、駆動輪との摩擦係合状態にあって駆動輪が静止している時に指標付き位置からの従動輪の移動を拘束するように構成された少なくとも1つの弾性要素を含む。

0037

有利な態様において、従動輪は、駆動輪と摩擦係合状態の少なくとも2つの弾性要素を含む。各弾性要素は、従動輪から延びて駆動輪の表面と接触するように押し付けられるその自由端に構成された柔軟梁を含むことができる。駆動輪上の弾性アームによって与えられた力は、駆動輪上の軸受面に対して及び有利には駆動輪に対して半径方向に向けることができる。このようにして、駆動輪に対して従動輪を装荷して各位置においてゼロバクラッシュを得ることができ、これは、従動輪を停止する時に駆動輪に対して望ましい位置に従動輪をロックすることができることを意味する。

0038

駆動輪は、複数の指標付き位置の間で従動輪を移動するために従動輪の1つ又はそれよりも多くのスロットと係合するように構成された係合ピンを含むことができる。軸受面は、係合ピンが従動輪のスロットと係合する時に弾性アームと係合しないように構成することができる。

0039

本発明のこの態様のジュネーブ駆動機構は、ボンド試験機を参照して本明細書に説明するが、ジュネーブ駆動機構は、他の機能を実施するために他の機械でも同様に使用することができ、特に既存の解決法バックラッシュを受けるところでは有用であるとすることができることは明らかであるはずである。

0040

本発明の第6の態様において、ボンド試験システムを提供し、システムは、複数の異なる試験ツールアセンブリと、回転機構であって、回転機構に装着された複数の異なる試験ツールアセンブリの各々が互いに角度的に離間した上記回転機構と、回転機構に結合され、回転機構を回転させて使用位置へかつそこから複数の異なる試験ツールアセンブリの各々を移動するように構成された駆動ユニットと、試験ツールが使用位置にある時を判断するように試験ツールアセンブリのうちの1つ又はそれよりも多くの方位を検出するように構成され、試験ツールアセンブリに結合された加速度計、又は回転機構に結合された光断続器、又は試験ツールアセンブリに結合された加速度計と回転機構に結合された光断続器との組合せである方位検出器とを含む。

0041

本発明の第7の態様において、複数の異なる試験ツールアセンブリと、回転機構であって、回転機構に装着された複数の異なる試験ツールアセンブリの各々が互いに角度的に離間した上記回転機構と、回転機構に結合され、回転機構を回転させて使用位置へかつそこから複数の異なる試験ツールアセンブリの各々を移動するように構成された駆動ユニットとを含むボンド試験システムを作動する方法を提供し、本方法は、回転機構を作動させて複数の試験ツールアセンブリを移動する段階と、センサからの信号に基づいて、選択された試験ツールアセンブリが使用位置にあると決定する段階とを含む。

0042

センサは、試験ツールアセンブリに結合された加速度計又は回転機構に結合された光断続器とすることができる。

0043

試験ツールアセンブリは、回転機構上の試験ツールマウント上の複数の位置に各々装着することができ、本方法は、試験ツールマウントに結合されたメモリストレージデバイス上に格納された情報に基づいて試験ツールマウント上の試験ツールアセンブリの各々の位置を決定する段階を更に含むことができる。

0044

本発明の第8の態様において、ボンド試験機での使用に適する複数の異なる試験ツールアセンブリであって、試験ツールアセンブリのうちの少なくとも2つの各々が、底板に移動可能に装着された試験ツールを含み、かつ底板に試験ツールを締め付けるように作動可能であるか又は底板から試験ツールを解除するように作動可能であるかのいずれかの空圧又は油圧締め付け機構を含む上記複数の異なる試験ツールアセンブリと、試験ツールアセンブリにおいて締め付け機構の各々を作動するように構成されたピストン及びシリンダとを含むボンド試験カートリッジを作動する方法を提供し、本方法は、試験ツールアセンブリのうちのどれが使用位置にあるかに関するフィードバックを受け入れる段階と、使用位置にある試験ツールアセンブリに適合するようにフィードバックに基づいてピストン及びシリンダを作動する段階とを含む。

0045

本発明の第9の態様において、ボンド試験機を作動する方法を提供し、本方法は、カートリッジの電子インタフェース及び圧縮空気インタフェースがボンド試験機上の対応するインタフェースと嵌合するようにボンド試験機上で対応するインタフェースとの係合状態にカートリッジを摺動することにより、第1の試験ツール及び第2の試験ツールを有するマルチツールカートリッジをボンド試験機に装着する段階と、ボンド試験機によって実行される第1のタイプの試験を選択する段階と、カートリッジ内に試験ツールの位置を格納するメモリデバイスから情報を読み取ることによってカートリッジ内の試験ツールの位置を決定する段階と、メモリデバイスから読み取った情報に基づいて、カートリッジのハウジング内の非使用位置から第1のタイプの試験を実行する使用位置まで第1の試験ツールを回転させる段階と、第1の試験ツールを使用して第1のタイプの試験を実行する段階と、ボンド試験機を使用して実行される第2のタイプの試験を選択する段階と、メモリデバイスから読み取った情報に基づいて、ハウジング内の非使用位置から第2のタイプの試験を実行する使用位置まで第2の試験ツールを回転させながら、ハウジング内の使用位置から非使用位置まで第1の試験ツールを回転させる段階と、第2の試験ツールを使用して第2のタイプの試験を実行する段階とを含む。

0046

光断続器又は加速度計からの信号を使用して、第1及び第2の試験ツールが使用位置にある時を判断することができる。

0047

本方法は、ボンド試験機からカートリッジを脱装着する段階と、単一ツールカートリッジをボンド試験機に装着して単一ツールカートリッジを使用して試験を実行する段階とを更に含むことができる。

0048

本発明の1つの態様を参照して説明した特徴は、本発明の他の態様に等しく適用することができる。特に、本発明の第1の態様に関して説明した特徴は、本発明の第2、第3、及び第6の態様に適用することができ、本発明の第8及び第9の態様に関して説明した特徴は、本発明の第7の態様に適用することができることは明らかなはずである。

0049

添付の図面を参照して単に一例として本発明の実施形態をここで詳細に以下に説明する。

図面の簡単な説明

0050

本発明によるボンド試験機の側面図である。
本発明によるカートリッジの下側斜視図である。
図2aのカートリッジの側面図である。
非使用構成の図2aのカートリッジの下面図である。
外側ハウジングを取り外した図2aのカートリッジの正面斜視図である。
図3aのカートリッジの後面図である。
回転機構を示すために試験ツールアセンブリの一部分を切り欠いた図3aのカートリッジを示す図である。
図4のカートリッジの回転機構を示す図である。
試験ツールを取り外した図2aのカートリッジを示す図である。

実施例

0051

図1は、本発明によるボンド試験機の図である。機械は、複数の試験ツールアセンブリ100(そのうちの1つのみを図1で見ることができる)を収容するカートリッジ10を含み、カートリッジ10は、デバイスの移動アセンブリ14に装着される。試験ツールアセンブリ100の下に電動式ステージテーブル12があり、その上に試験されるサンプルを装着することができる。サンプルは、典型的には、半田ボールが堆積する基板であり、ワイヤボンドを形成して基板の上に電子構成要素を接続する。

0052

カートリッジ10は、移動アセンブリ14によって以下でZ方向又は軸線方向と呼ぶサンプルに垂直な方向に移動可能である。これは、試験ツールアセンブリをサンプルに対して位置決めすることを可能にし、引張試験に必要な移動を提供するか又は剪断試験のためにツールを位置決めする。カートリッジ10を支持する移動アセンブリ14は、ボールネジ又は送りネジ及びナット(図示せず)に装着され、当業技術で公知のようにサーボモータ又はステッパモータ(図示せず)又はいずれかの他の適切な制御可能駆動配置のような軸線方向駆動機構によって駆動することができる。例えば、英国バッキガムシャー州エールズベリーの25 Faraday Road,Rabans Lane Industrial Area所在のDage Precision Industries Ltd.から入手可能な4000Plus Bond Testerを参照されたい。

0053

ステージテーブル12は、本明細書で以後X−Y平面と呼ぶ試験中のサンプルの平面に平行に移動可能である。これは、剪断試験手順中に剪断試験ツールの方向に及びそれを過ぎて試験方向の試験方向軸線に沿ってボール付着物を移動することを可能にする。上述のDage 4000Plus Multipurpose Bond Testerのような従来技術において同じく公知のように、送りネジ及びナット、ボールネジ及びナット、又は好ましいベルト駆動機構を通してテーブルに結合された好ましいサーボモータ又はステッパモータを使用してステージテーブル12の移動が達成される。

0054

同じく図1に示すのは、ステージテーブル12の移動を制御するジョイスティック制御器16及びキーボード15である。試験ツールの正確な位置決めを助けるためのディスプレイ17及び顕微鏡18も示している。これらの特徴はまた、Dage Precision Industries Limitedから入手可能なDage 4000Plus Multipurpose Bond Testerのような従来技術で全て公知である。

0055

図2aは、カートリッジ10の下側斜視図である。カートリッジは、3つの試験ツールアセンブリを保持する試験ツールマウント110を覆う外側ハウジング26を有する。ハウジング26から延びる使用位置に1つの試験ツールアセンブリ100を示している。詳細に説明するように、試験ツールアセンブリは、非使用位置と使用位置の間で試験ツールを移動するようにハウジング26内で回転することができる。

0056

図2bは、図2aのカートリッジの側面図である。カートリッジが、ハウジング26の装着部分24に形成された電気的インタフェース20及び圧縮空気インタフェース22を含むことは図2bから認められる。ハウジングの装着部分24は、機械の移動アセンブリ14に装着するように構成される。いずれかの適切な装着インタフェースを使用することができる。この実施形態において、電気的インタフェース20及び圧縮空気インタフェース22が、ボンド試験機上で対応するインタフェースと嵌合するように、装着部分24は、ボンド試験機上の対応するインタフェースと係合状態に摺動するように構成される。カートリッジがボンド試験機と完全に係合した状態で、カートリッジは、手動で締めつけネジ19によって適切な位置に締め付けられる。望ましくは、カートリッジは、換装ボンド試験ツールアセンブリとして既存のボンド試験機の移動アセンブリとも呼ばれる位置決めアセンブリに装着可能であるように構成される。

0057

図2cは、非使用構成の図2aのカートリッジの下面図である。試験ツールマウント110は、試験ツール100のどれも使用位置になく、全ての試験ツールアセンブリがハウジング26によって覆われる貯蔵位置までハウジング26内で回転している。これは、輸送及び貯蔵中に有用である。

0058

図3aは、外側ハウジングを取り外した図2aのカートリッジの正面斜視図である。装着部分24は、ジュネーブ駆動機構上に試験ツールマウントを支持する。3つの個別の試験ツールアセンブリを明らかに見ることができる。引張ツールアセンブリ102、第1の剪断ツールアセンブリ104、及び第2の剪断ツールアセンブリ106は、各々装着プレート112に固定される。各試験ツールアセンブリは、試験ツール103、105、107を含み、試験ツール103、105、107は、試験ツールマウントの回転軸から半径方向外向きに延びる。各試験ツールは、1対の屈曲部の自由端で支持され、屈曲部は底板に固定される。試験ツールは、典型的には、屈曲部の自由端にボルト締められる。屈曲部は、典型的には、一体成形から機械加工され、ボルトが通過して試験ツールを固定することができる開口部を含む。屈曲部は、撓んで底板に対する試験ヘッドの何らかの垂直移動を可能にする。引張試験ツールアセンブリは、US6301971に説明されたタイプのものである。剪断試験ツールアセンブリは、US6078387及びEP2363701に説明されたタイプのものである。しかし、試験ツールアセンブリのあらゆる組合せをカートリッジに使用することができることは明らかなはずである。電子回路120は、試験ツールマウント110に固定される。電子回路120は、試験ヘッド103、105、107から信号を受け取って処理し、電子インタフェース20に信号を出力するように構成される。電子回路はまた、マウントの方位及び従って試験ツールの方位を決定するのに使用するMEMS加速度計122を含む。これは、試験ツールが(及びどの試験ツールが)使用位置にある時を制御回路が確立することを可能にする。圧縮空気の供給をほぼ制御することができるように、かつ測定データを適正に解釈することができるように、電子インタフェース20を通して位置決めアセンブリの制御回路にこの情報を提供する。

0059

中間コネクタ盤126を通じた可撓性電子接続部124及び接続部128により、カートリッジの装着部分24から試験ツールマウント110への電力及びデータ接続が与えられる。図3bは、図3aのカートリッジの後面図である。図3bに示す回路基板120は、電子インタフェース20に接続される。接続部128は、回路基板120の一端に及び中間コネクタ盤126の他端に固定される。可撓性接続部124は、中間コネクタ盤126の一端に及び回路基板120の他端に固定される。接続部128を成形して試験ツールが回転するためのクリアランスが与えられる。可撓性接続部124は、電気的接続を維持しながら装着部分24に対して試験ツールマウント110が回転することを可能にする。

0060

圧縮空気インタフェース22は、空気入力管150に接続される。空気入力管150は、試験ツールマウント110の回転軸の周囲の回転取り付け部152に接続される。電力は、装着部分回路基板121を通して、次にワイヤ125を通して電気的インタフェース20からモータ132に供給される。試験ツールアセンブリのための回転駆動機構は、ジュネーブ駆動機構である。これは、ほとんどが図4及び図5に明確に示されている。図4は、回転機構を示すために試験ツールマウントの一部分を切り欠いた図3aのカートリッジを示している。図5は、試験ツールアセンブリ及び試験ツールマウントを完全に取り外した図4のカートリッジの回転機構を示している。

0061

図5を参照すると、ジュネーブ駆動機構は、ウォーム歯車134(これは、図4に部分的に切り欠かれて示されている)を駆動するモータ132を含む。ウォーム歯車は、平歯車136が装着されたウォームホイール138と係合する。平歯車136は、ジュネーブ駆動機構の駆動輪130と係合する。駆動輪130は、ジュネーブ駆動機構の従動輪140と係合するように構成されたピン131を含む。従動輪140は、ピン131が通過することができる複数の等しく離間したスロット142を含む。ピン131がスロット142に入る時に、ピン131は従動輪140と係合し、駆動輪が回転すると従動輪が回転する。90度回転後に、ピン131は、スロット142を離れ、その後、駆動輪の回転は、ピン131が次のスロット142に入るまで従動輪をそれ以上回転させない。駆動輪130の各全回転は、従動輪140の4分の1回転をもたらす。ピン131が従動輪と係合していない回転の期間に、駆動輪は、比較的迅速に回転し、次に、ピン131が従動輪と係合する回転の期間中に減速するようにモータ132を制御する。従動輪の低速回転は、低速回転が従動輪に取りつけられた試験ツールの振動を低減するので有利であり、その理由は、従動輪が、測定精度に影響を与える可能性があるからである。モータの制御は、装着部分回路基板121によってもたらされ、装着部分回路基板121はまた、加速度計122及び光断続器123から方位データを受け入れる。

0062

この実施形態において、従動輪に4つのスロット142があり、従動輪に4つの個別のロック位置を提供する。これは、各試験ツールにつき1つの3つの使用位置と、試験ツールの全てをハウジング26内に保持する貯蔵位置とを提供する。しかし、どのような数のスロットも選択することができることは明らかなはずである。同様に、従動輪が、駆動輪の各全回転に対して複数回新しい位置に移動するように、1つよりも多くのピン131を駆動輪130上に設けることができる。

0063

ピン131がスロット142に係合せず、かつ駆動輪が静止している時に、従動輪のあらゆる移動を阻止するか又は最小にするために、従動輪は、駆動輪130上の軸受面135と係合するような形状にされた複数の弓形弾性梁144を含む。弾性梁144及び軸受面135は、ピン131がスロット142と係合するまで従動輪の移動を阻止するように成形される。特に、軸受面は、回転の約270度にわたって延びる。弾性梁は可撓性であり、軸受面135との摩擦係合を保証し、適切な位置に従動輪をロックし、かつ従動輪を揺れるようにする可能性があるあらゆるクリアランスを排除する。特に、弾性梁144は、クリアランスが弾性アームの軸受面と固定端部の間に存在するこれらの自由端において軸受面と係合するように構成される。駆動輪と従動輪の回転軸の位置を注意深く設定することにより、従動輪を前負荷して従動輪の各位置でゼロバックラッシュを得ることができる。これは、駆動輪に取りつけられた試験ツールを使用位置に指標付けする時にいつも同じ望ましい位置に位置決めすることを保証する。

0064

図3bに示す光断続器123を備えて、回転駆動機構の従動輪がロック位置に達する時を検知する。光断続器によって検出されるフラグ特徴部を駆動輪の後面上に設ける。フラグ特徴部は、駆動輪の180度にわたって延びる隆起133であり、駆動輪は、駆動輪と接触する2つの弾性梁の係合に対応する。隆起が光ビーム遮断するように、光断続器123を配置する。加速度計122からの情報と共に光断続器からの情報を使用して、試験手順を始めることができると決定する。

0065

カートリッジを装着する機械内ではなくてカートリッジ内に回転機械をもたらすことで、回転を必要としないマルチツールカートリッジ及び単一ツールカートリッジと共にその機械を使用することを可能にし、特にマルチツールカートリッジを必要としないこれらの顧客に対して機械の費用を低く抑制する。更に、カートリッジ内に回転機構を収容することで、機械とカートリッジの間のインタフェースを簡素化する。電気的インタフェース及び圧縮空気インタフェースのみが必要である。

0066

図4は、試験ツールマウントの一部分を切り欠いた図3aのカートリッジを示している。マウント110は、ジュネーブ駆動機構の従動輪に簡単に締結されることを見ることができる。空気軸受機構を有するこれらの試験ツールアセンブリの接続管156と空圧締め付け機構を有するこれらの試験ツールアセンブリのピストン154との両方に、回転式装着部152を通して圧縮空気を送出する。

0067

剪断試験ツールアセンブリ106は、EP2363701Aに説明されたタイプの締め付け機構を有する。ピストン及びシリンダ154を備えて、試験ツールアセンブリ106内の締め付けレバーを作動し、剪断試験中に底板に対して固定位置に試験ツール107を保持する。第2のレバー158を備えて、ピストン154によって与えられた力を拡大し、締め付け部位における行程縮小する。2次レバーは、締め付けレバーに作用する第1の端部とピストン154によって作用する第2の端部とを有する。2次レバーは、両端で底板に取りつけられたピン159の回りでピボット回転する。ピンは、第1の端部よりも2次レバーの第2の端部の近くに位置し、従って、レバーの第2の端部は、第1の端部よりも短い経路を通して移動する。これは、ピストン154の必要な行程の長さを縮小し、試験ツール107の上に締め付けレバーの予め決められた移動を生成する。ピストン及びシリンダ154を使用して、異なる試験ツールアセンブリにおいて複数の締め付けを作動させることができる。

0068

ピストン及びシリンダのための及び剪断試験ツールアセンブリ104の空気軸受のための空気は、制御されてボンド試験機の位置決めアセンブリから切り換えられる。異なるタイプの締め付け配置は、異なる制御器を必要とする。US6,078,387Aに説明されたタイプの空気軸受タイプのアセンブリは、エアオンを使用して締め付けを解除し、エアオフを使用して締め付ける。EP2363701Aに説明されたタイプの締め付けタイプアセンブリは、エアオンを使用して締め付けて、エアオフを使用して締め付けを解除する。ボンド試験機は、試験ツールマウントから、特に加速度計122からどのツールが使用位置にあるかに関してフィードバックを受け入れる。位置決めアセンブリ内のコントローラは、従って、使用中の試験ツールに適合するように空気供給装置のスイッチをオン又はオフに切り換えることができる。

0069

図6は、試験ツールアセンブリを取り外した図2aのカートリッジを示している。試験ツールアセンブリは、機械的締結114を使用して装着プレート110に簡単にボルトで締められることは図6から認められる。各試験ツールと装着プレートの間の電気的接続は、インタフェース116を通して行われる。各変換器アセンブリは、共通の位置に接続を有する。

0070

共通コネクタ位置は、試験ツールアセンブリを交換可能にすることができる。各試験ツールアセンブリはまた、共通の装着固定孔及びロケーションドエル共有する。従って、装着プレート110は、3つの同一試験ツール接続区域A、B、Cと1つの電子回路区域120とによって取り囲まれた中央ハブから構成される。接続区域Aから始まって図6反時計回り方向に移動すると、ツール接続区域の各々は、他方に対して90°回転する。各々は、同一位置に位置決めされた電気的インタフェース116、機械的締結要素114、固定孔115、及びロケーションドエル117を有する。これは、試験ツールのいずれかをツール接続区域のいずれにも装着することができることを意味する。カートリッジは、試験ツールアセンブリの特定の組合せで組み立てられ、特定の顧客要件に適合することができる。カートリッジの組み立て及び設定中に、典型的には製造施設において、カートリッジの回路基板120上の不揮発性メモリデバイスは、較正値と共に装着プレート110上のツールの各々のタイプを用いてプログラムされる。メモリ位置を参照することにより試験ツールの各々の位置を決定することができるように、装着プレート110上の各装着位置にメモリデバイス内のメモリ位置を割り当てる。

0071

カートリッジの構造を説明してきたが、その作動は以下の通りである。ボンド試験機上の対応するインタフェースと係合状態に装着位置24を摺動させることにより、カートリッジがボンド試験機に装着され、それによって電子インタフェース20及び圧縮空気インタフェース22は、ボンド試験機上の対応するインタフェースと嵌合する。カートリッジがボンド試験機と完全に係合した状態で、カートリッジは、手動で締めつけネジ19によって適切な位置に締め付けられる。最初に、全ての3つの試験ツールは、カートリッジの外側ハウジング26内の「止めた」位置、すなわち、非使用位置にある。ユーザが試験を開始したい時に、試験される物体は、最初にステージテーブル12に配置されて固定される。ユーザは、次に、キーボード15及び表示スクリーン17を使用して実行される試験のタイプを選択する。装着プレート上の試験ツールの位置は、カートリッジ上のメモリデバイスを読み取るボンド試験機によって決定される。必要な試験ツールは、次に、使用位置に回転され、試験ツールが使用位置に近づく時に減速して振動を最小にする。例えば、引張試験に対しては、ジュネーブ機構を作動し、装着プレート110を回転させ、引張試験ツール103を使用位置に回転させる。光断続器123及び加速度計122の両方からの信号を使用して、引張試験ツールが使用位置にある時を確認する。次に、引張試験を実行することができる。ジョイスティック制御器16を使用して、試験される特定のボンドを試験ツールの下に位置決めするようにステージテーブルを移動する。次に、移動アセンブリ14を使用して引張試験を実行する。屈曲部上の歪みゲージを使用して、下に重なる基板からボンドを引くのに必要な力を測定する。

0072

その後に剪断試験を実行することになる場合に、ユーザは、キーボード15及び表示スクリーン17を使用して実行される剪断試験のタイプを選択する。次に、必要な剪断試験ツールは、装着プレート110によって使用位置まで回転される。光断続器123及び加速度計122からの信号を使用して、剪断試験ツールが使用位置にある時を判断する。ユーザは、ジョイスティック制御器を使用してステージテーブルを移動し、剪断試験ツールの下に試験されるボンドを正しく位置決めする。次に、剪断試験を実行する。移動アセンブリ14は、基板とツールの接触を検知する屈曲部を使用してツールを垂直に位置決めする。次に、US6,078,387A及びEP2363701Aに説明するように空気軸受又は空圧締め付けを使用して試験ツールを底板にロックする。ボンド試験機には、メモリデバイスに格納されたデータからどのタイプの締め付け配置が試験ツール上にあるかが既知であり、空気インタフェースへの圧縮空気の供給を必要に応じてオン又はオフにする。次に、移動アセンブリは、基板上の予め決められた距離だけ試験ツールの先端を正しく位置決めする。次に、ステージテーブルを剪断試験ツールに対して移動し、基板からボンドの剪断を行う。試験ツール上の歪みゲージは、ボンドが下に重なる基板から剪断して落とされる時にツールに作用する力を測定する。

0073

カートリッジ内にはない異なる試験ツールが必要な場合に、カートリッジをボンド試験機から脱装着することができ、異なる必要な1つ又は複数のツールを有する異なるカートリッジをその位置に装着することができる。カートリッジを脱装着するために、ネジ19を緩め、ボンド試験機の移動アセンブリ上の電気的インタフェース及び空気インタフェースとの係合からカートリッジが滑り落ちる。次に、新しいカートリッジを同じ方式で移動アセンブリに装着することができる。新しいカートリッジは、上述したようにジュネーブ機構を有するマルチツールカートリッジとすることができ、又は回転機構のない単一ツールカートリッジとすることができる。新しいカートリッジは、同じ方式でボンド試験機の移動アセンブリ上の電気的インタフェース及び空気インタフェースと接続し、またカートリッジ上の1つ又は複数のツールのタイプ及び関連の較正データを格納するメモリデバイスを有する。

0074

この配置を用いると、必要な時にカートリッジを交換するのは非常に簡単であるが、複数のツールを有するカートリッジを使用して、カートリッジを交換することなく異なる試験を実行することを可能にすることができる。

0075

10カートリッジ
26ハウジング
100試験ツール
110 試験ツールマウント

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