JP4891621B2 - 電気計測プローブ用変位拡大機構および基板検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気計測プローブをより安定した状態のもとで迅速に移動させることができる電気計測用プローブ用変位拡大機構および基板検査装置に関する技術である。

図２は、基板検査装置の概略構成例を示す説明図であり、通常、基板検査装置１０１は、装置本体１０２側に位置固定された固定側アーム部１０３と、該固定側アーム部１０３の長さ方向に沿わせてＸ軸方向への移動を自在に配設される可動側アーム部１０４と、該可動側アーム部１０４の長さ方向に沿わせてＹ軸方への移動を自在に配設される移動体１０５とを少なくとも備えている。

また、該移動体１０５には、介在片１０６を介して昇降機構１０７が配設されており、該昇降機構１０７側に電気計測プローブ１０８を取り付けてＺ軸方向に移動させることで、装置本体１０２側に定置されている被検査基板１０９の所定の検査ポイントに電気計測プローブ１０８を接触させて必要な電気的な計測を行うことができるようになっている。

図３および図４は、その際における電気計測プローブのためのＺ軸方向への昇降機構の具体例を示す説明図であり、そのうちの図３に示す昇降機構１１１は、Ｘ−Ｙ軸方向への移動を自在に配設されてその適宜位置に電気計測用プローブ（図示せず）が取り付けられるテーブル１１２と、モータ軸１１３に固定された一方のプーリー１１４と、従動回転が自在に軸支された他方のプーリー１１５と、これらのプーリー１１４，１１５相互間に掛け渡されたベルト１１６とで構成され、該ベルト１１６の一部を固定部１１７を介してテーブル１１２側に固定して該テーブル１１２を直動ガイド１１８に案内させながらベルト１１６の移動方向へと従動させることで、昇降させることができるようになっている。

しかし、図３に示す昇降機構１１１は、その製造時における組み立て作業中にベルト１１６に好ましいテンションを付与してプーリー１１４，１１５相互間に掛け渡すのが難しいほか、次のような問題もあった。
（１）応答特性がよくない。
（２）立ち上がりが遅い。
（３）騒音が発生する。
（４）ベルト１１６とプーリー１１４，１１５との間で摩擦熱が生じる。
（５）１ｍｍの移動に４ｍｓ程度の時間を要する。

また、図４に示す昇降機構１２１は、Ｘ−Ｙ軸方向への移動を自在に配設されたモータ１２２と、該モータ１２２のモータ軸１２３に連結されて従動回転するボールねじ１２４と、該ボールねじ１２４の回転により直動ガイド１２５に沿って進退移動するテーブル１２６とで構成され、該テーブル１２６側の適宜位置に電気計測プローブ（図示せず）を取り付けて使用されることになる。

しかし、図４に示す昇降機構１２１には、次のような問題があった。
（１）装置が高価である。
（２）騒音が発生する。
（３）質量が大きいので、平面位置決めＸ−Ｙ移動部も大きくなってしまう。
（４）１ｍｍの移動に４ｍｓ程度の時間を要する。

一方、上記した問題点がなく図３や図４に示す昇降機構に代わり得るものとしては、たとえば下記特許文献１に開示されている変位拡大機構がある。
特開２００１−２２４４５号公報

図５は、上記特許文献１に開示されている変位拡大機構の一例を示す説明図である。図５（ａ）によれば、基端側がヒンジ３を介して固定台１に支持されたアーム５と、一端がアーム５先端側に接続され、かつ、他端が固定台１に接続されたバネ６と、該バネ６の弾力性に抗してアーム５の一部を押圧して、アーム５の先端側を所定の変位方向Ｙに沿って変位させることができる圧電体２とを備えている。この場合、アーム５は、圧電体２を伸縮動作させていない状態において、バネ６によって変位方向Ｙの手前側に向けて所定の角度θ１だけ傾けられた状態で維持されている。

また、アーム５は、直交座標Ｘ−ＹのＸ軸方向に平行な水平軸Ｈに沿って突出しており、その先端側には、変位拡大機構の出力変位端５ａが位置することになる。

しかも、圧電体２は、直交座標Ｘ−ＹのＹ軸方向（変位方向Ｙ）に沿って配置されており、その基端が固定台１に固定され、その先端はアーム５に取り付けられたピン４と連結されている。

このため、図５に示す変位拡大機構によれば、圧電体２を図５（ｂ）に示すようにＹ軸方向に伸ばすと、その伸張量に応じた押圧力がピン４を介してアーム５側に作用し、その結果、ヒンジ３を支点にしてアーム５の先端側を所定の変位方向Ｙに沿って変位させることができることになる。なお、圧電体２をＹ軸方向に縮めると、アーム５は、バネ６の弾性力により元の位置へと自動的に戻ることになる。

したがって、図５に示す変位拡大機構による場合には、小型で、かつ、安定した状態のもとで、アーム５の先端側（荷重点）を高速に動作させることができることになる。

しかし、図５に示す変位拡大機構は、圧電体２の伸張量がアーム５の先端側（荷重点）の移動量に依存していることから、圧電体２の伸張量を小さくするとアーム５の先端側（荷重点）に必要とする移動量を付与することができない不都合があった。

本発明は、従来技術の上記課題に鑑み、荷重点である変位出力端側に応答特性に優れた必要な移動量を付与して電気計測プローブをＺ軸方向に迅速に移動させることができる電気計測プローブ用変位拡大機構及び基板検査装置を提供することに目的がある。

本発明は、上記目的を達成すべくなされたものであり、そのうちの第１の発明（電気計測プローブ用変位拡大機構）は、装置本体に移動を自在に配設される移動体に取り付けられる基台部と、相手材に当接して力点として作用させる当接部をその自由端である変位端に備えて前記基台部側に伸縮制御を自在に配設される伸縮体と、該伸縮体の前記当接部からの押圧力を受けて変位出力端側に対しＺ軸方向への変位量を拡大して伝達すべく、前記基台部との間に介在させた支点部を介して連結される前記相手材としてのアーム体とで少なくとも構成され、該アーム体は、上端部側を開放端とする縦辺としての変位入力側のアーム部と、該アーム部の荷重点となる下端部にその基端部が連結される横辺としての変位出力側のアーム部とで略Ｌ字形を呈して形成され、これら各アーム部相互が連結されたコーナー部に介在させた前記支点部を介して前記基台部側と連結され、前記伸縮体は、変位入力側のアーム部の前記上端部の一方の側にその当接部を当接させた一側伸縮体と、前記上端部の他方の側にその当接部を当接させた他側伸縮体とからなり、これら一側伸縮体と他側伸縮体とから変位入力側のアーム部の前記上端部に対し各別に付与される押圧力の程度に応じて変位させられる前記下端部の変位量を拡大して出力する変位出力側の前記アーム部の先端部である前記変位出力端には、該変位出力端側に回動自在に軸支され、かつ、直道レールに沿って昇降する直道ブロックのＺ軸方向への動きに従動する昇降体を配置し、該昇降体に連結される電気計測プローブに対し非直線的な動きを直線的な動きに変換してＺ軸方向での拡大された変位量の付与を可能としたことを最も主要な特徴とする。

一方、第２の発明（基板検査装置）は、移動を自在に装置本体に配設される移動体に対し、請求項１に記載の電気計測プローブ用変位拡大機構を前記基台部を介して取り付けたことを最も主要な特徴とする。

このため、第１の発明によれば、伸縮体の当接部からの押圧力を受けてアーム体の電気計測プローブが取り付けられる荷重点としての変位出力端側に対し、Ｚ軸方向での拡大された非直線的な動作での変位量を直線的な動作での変位量に変換して付与することができるので、該変位出力端側に連結される電気計測プローブに対し、好ましい応答特性のもとでＺ軸方向へと迅速に移動させることができる。また、第１の発明によれば、機構の全体をコンパクト化することができるので、コストの低減を図ることができるばかりでなく、その重量を軽量化して所定方向への移動を高速化することで測定速度をより速くすることができる。

第２の発明によれば、移動を自在に装置本体に配設される移動体に対し、請求項１に記載の電気計測プローブ用変位拡大機構が前記基台部を介して取り付けられているので、その質量が小さいこともあって所定方向での平面位置決めを正確で安定したものとすることができる。また、電磁ノイズをなくすることで測定作業の高速化と安定化とを実現することができるほか、Ｚ軸方向を位置決めした後に電気計測プローブ用変位拡大機構の変位出力端側に予圧をかけておくことができるので、Ｚ軸側の整定性を高めて応答特性を向上させることもできる。

本発明は、被検査基板を電気的に検査するために用いられる電気計測プローブを備える変位出力端側に対し、力点側から付与された変位量を拡大してＺ軸方向に向けて出力することができる電気計測プローブ用変位拡大機構（第１の発明）と、該電気計測プローブ用変位拡大機構を備える基板検査装置（第２の発明）とに適用して実施することができる。

このうち、第１の発明の基本構成につき、図１を参酌しながらその概要を説明すれば、電気計測プローブ用変位拡大機構（以下、「変位拡大機構」と略称する。）１１は、例えば図２に示されている装置本体１０２にＸ−Ｙ軸方向への移動を自在に配設される移動体１０５への取付けが自在な基台部１２と、相手材に当接して力点として作用させる当接部２５（２５ａ，２５ｂ）をその自由端である変位端２４（２４ａ，２４ｂ）に備えて基台部１２側にその基端部２３（２３ａ，２５３）側を介して伸縮制御を自在に配設される例えば圧電素子などからなる伸縮体２２（２２ａ，２２ｂ）と、該伸縮体２２（２２ａ，２２ｂ）の当接部２５（２５ａ，２５ｂ）からの押圧力を受けて変位出力端５７側に対しＺ軸方向への変位量を拡大して伝達すべく、基台部１２に介在させた支点部１５を介して連結される相手材としてのアーム体３２とで少なくとも構成されている。

この場合、アーム体３２は、伸縮体２２（２２ａ，２２ｂ）からの押圧力を受ける変位入力側のアーム部５４と、その変位出力端５７側にＺ軸方向への変位量が拡大して伝達される変位出力側のアーム部５５とを一体に連結して構成されている。そして、このような構成を具備させることにより、電気計測プローブＰが取り付けられる荷重点としての変位出力端５７側へは、アーム体３２を介してＺ軸方向での拡大された変位量の付与を自在とすることができるようになっている。

すなわち、図１によれば、伸縮体２２は、一側圧伸縮体２２ａと他側伸縮体２２ｂとを組み合わせることで配設されている。

また、アーム体３２は、上端部５４ａ側を開放端とする縦辺としての変位入力側のアーム部５４と、該アーム部５４の荷重点となる下端部５４ｂ側にその基端部５５ａ側が連結される横辺としての変位出力側のアーム部５５とで略Ｌ字形を呈して一体形成されている。

この場合、アーム体３２は、変位入力側のアーム部５４と変位出力側のアーム部５５との連結部位であって、該アーム部５５の延長方向に位置するコーナー部５６側に介在させた支点部１５を介して基台部１２と連結されており、変位出力側のアーム部５５は、これにより支点部１５を介してその長さ方向でのシーソ状の動作が可能となっている。

しかも、変位入力側のアーム部５４の上端部５４ａ側に対しては、その一方の側に一側伸縮体２２ａの当接部２５ａが、他方の側に他側伸縮体２２ｂの当接部２５ｂがそれぞれ当接する配置関係となっている。したがって、変位入力側のアーム部５４の荷重点側に位置する下端部５４ｂ側に対しては、一側伸縮体２２ａと他側伸縮体２２ｂとの押し出し方向とは逆向きの動きを付与することができることになり、この動きに応じてその変位出力端５７である変位出力側のアーム部５５の先端部５５ｂ側に対し上下方向に振れるような動作をさせることができることになる。なお、変位出力側のアーム部５５の先端部５５ｂ側には、直動レール６１に沿って昇降する直動ブロック６２が支軸部６３を介して回動自在に軸支され、該直動ブロッ６２のＺ軸方向への動きに従動する昇降体６４（直動システム）に電気計測用プローブＰが取り付けられている。

次に、第２の発明に係る基板検査装置につき、上記構成からなる第１の発明の作用・効果とともに以下に説明すれば、図示しない基板検査装置は、例えば図２に示されているようにＸ−Ｙ軸方向への移動を自在に装置本体１０２に配設される移動体１０５に対し、既述の変位拡大機構１１を具備させることで、その全体が形成されている。

すなわち、変位拡大機構１１は、図２に示す装置本体１０２が備える移動体１０５に対し基台部１２を介して取り付けた上で、移動体１０５を被検査基板１０９の検査ポイントの位置へとＸ−Ｙ軸方向に移動させることで、所定の検査ポイントの位置に向けて位置決めさせることができる。

この場合、変位拡大機構１１は、その全体を軽量・コンパクト化することでその質量も小さなものとなっていることもあって、Ｘ−Ｙ軸方向での平面位置決めを行う際に、移動体１０５自体を正確で安定した状態のもとで高速に移動させることができる。また、変位拡大機構１１を搭載した基板検査装置は、モータを使用することなくＺ軸方向へ駆動させることができる。このため、モータを使用する場合に発生する電磁ノイズからの影響をなくす処理（アナログ回路でのフィルタ処理やソフトでのフィルタ処理）を不要とすることで、測定作業の高速化と安定化とを実現することができるほか、Ｚ軸方向を位置決めした後に電気計測プローブ用変位拡大機構１１の変位出力端側に予圧をかけておくことができるので、Ｚ軸側の整定性を高めて応答特性を向上させることもできる。

この場合における変位拡大機構１１の作用・効果をより詳しく説明すれば、変位拡大機構１１は、その全体をコンパクト化してコストの低減を図ることができるばかりでなく、その重量を軽量化してＸ−Ｙ軸方向への移動を高速化することで測定速度をより速くすることができる。

また、アーム体３２は、例えば圧電素子からなる伸縮体２２（２２ａ，２２ｂ）に電圧を印加することで、それぞれの先端側に位置している変位端２４（２４ａ，２４ｂ）を伸張させ、該変位端２４（２４ａ，２４ｂが備える当接部２５（２５ａ，２５ｂ）からの押圧力を受けて電気計測プローブＰが取り付けられる荷重点としての変位出力端５７側に対し、Ｚ軸方向での拡大された変位量を付与することができる。

このため、電気計測プローブＰは、非直線的な動作が少なく、かつ、機械的な駆動源ではなく例えば電磁歪などの非機械的な動きをその駆動源としてＺ軸方向に移動させることができることになる。つまり、電気計測プローブＰの移動は、高い応答性のもとで例えば１ｍｍの移動を１ｍｓ程度の時間で行うことができるので、図３よび図４に示す従来機構に比較してその移動時間を１／４程度にまで短縮することができる。なお、電気計測プローブＰの上昇は、伸縮体２２の当接部２５に付与される押圧力を逆に弱めてやる（その変位端２４の位置を初期位置方向へと復帰させる）ことにより行うことができる。

すなわち、縦辺である変位入力側のアーム部５４の上端部５４ａ側には、その一方の側に一側伸縮体２２ａの当接部２５ａが、他方の側に他側伸縮体２２ｂの当接部２５ｂがそれぞれ当接配置されているので、変位入力側のアーム部５４の荷重点側に位置する下端部５４ｂ側に対し一側伸縮体２２ａと他側伸縮体２２ｂとの押し出し方向とは逆向きの動きを付与することができることになる。

つまり、図１において右側に位置している他側伸縮体２２ｂの当接部２５ｂの押圧力を左側の一側伸縮体２２ａの当接部２５ａの押圧力よりも強くすることで、変位入力側のアーム部５４の荷重点である下端部５４ｂ側を右方向へと変位させることができる。

変位入力側のアーム部５４の下端部５４ｂ側を右方向に変位させると、これと連結されている変位出力側のアーム部５５の先端部５５ｂは、Ｚ軸方向である非直線的な動作のもとで上昇方向へとその変位量を拡大させて変位することになる。

しかも、変位入力側のアーム部５４の上端部５４ａ側に与えられた非直線的な動作での変位量は、変位出力側のアーム部５５の先端部５５ｂ側に昇降体６４を含む直動システムのもとで取り付けられている電気計測プローブＰに対し、高い剛性のもとでＺ軸方向への拡大された直線的な動作での変位量として付与することができることになる。

以上は、本発明を図示例に基づいて説明したものであり、その具体的な内容はこれに限定されるものではない。例えば、基台部１２は、位置固定タイプのものであってもよい。また、移動体１０５は、Ｘ−Ｙ軸方向を含む所定方向への移動を自在に配設するものであればよい。

さらに、一側伸縮体２２ａと他側伸縮体２２ｂとのそれぞれの基端部２３ａ，２３ｂの底面側に左側のものは右側方向へと、右側のものは左側方向へと押し出すことができる予圧を加えておくことにより、計測時における電気計測用プローブＰに対しより好ましい剛性を付与することができるようにしておくこともできる。

本発明に用いられる伸縮体２２（２２ａ，２２ｂ）としては、圧電素子を好適に用いることができるものの、例えば磁歪素子や電動機を利用して伸縮制御できる構造を備えているものであってもよい。

本発明の一例を示す概念図。 基板検査装置の概略構成例を示す説明図。 従来からある電気計測用プローブのＺ軸方向への移動機構の一例を示す説明図。 従来からある電気計測用プローブのＺ軸方向への移動機構の他例を示す説明図。 特許文献１に開示されている変位拡大機構の一例を示す説明図。

１１ 電気計測プローブ用変位拡大機構
１２ 基台部
１５ 支点部
２２ 伸縮体
２２ａ 一側伸縮体
２２ｂ 他側伸縮体
２３（２３ａ，２３ｂ） 基端部
２４（２４ａ，２４ｂ） 変位端
２５（２５ａ，２５ｂ） 当接部
３２ アーム体
５４ 変位入力側のアーム部
５４ａ 上端部
５４ｂ 下端部
５５ 変位出力側のアーム部
５５ａ 基端部
５５ｂ 先端部
５６ コーナー部
５７ 変位出力端
６１ 直動レール
６２ 直動ブロック
６３ 支軸部
６４ 昇降体
Ｐ 電気計測プローブ

Claims (2)

1. 装置本体に移動を自在に配設される移動体に取り付けられる基台部と、相手材に当接して力点として作用させる当接部をその自由端である変位端に備えて前記基台部側に伸縮制御を自在に配設される伸縮体と、該伸縮体の前記当接部からの押圧力を受けて変位出力端側に対しＺ軸方向への変位量を拡大して伝達すべく、前記基台部との間に介在させた支点部を介して連結される前記相手材としてのアーム体とで少なくとも構成され、
   該アーム体は、上端部側を開放端とする縦辺としての変位入力側のアーム部と、該アーム部の荷重点となる下端部にその基端部が連結される横辺としての変位出力側のアーム部とで略Ｌ字形を呈して形成され、これら各アーム部相互が連結されたコーナー部に介在させた前記支点部を介して前記基台部側と連結され、
   前記伸縮体は、変位入力側のアーム部の前記上端部の一方の側にその当接部を当接させた一側伸縮体と、前記上端部の他方の側にその当接部を当接させた他側伸縮体とからなり、
   これら一側伸縮体と他側伸縮体とから変位入力側のアーム部の前記上端部に対し各別に付与される押圧力の程度に応じて変位させられる前記下端部の変位量を拡大して出力する変位出力側の前記アーム部の先端部である前記変位出力端には、該変位出力端側に回動自在に軸支され、かつ、直道レールに沿って昇降する直道ブロックのＺ軸方向への動きに従動する昇降体を配置し、該昇降体に連結される電気計測プローブに対し非直線的な動きを直線的な動きに変換してＺ軸方向での拡大された変位量の付与を可能としたことを特徴とする電気計測プローブ用変位拡大機構。
2. 移動を自在に装置本体に配設される移動体に対し、請求項１に記載の電気計測プローブ用変位拡大機構を前記基台部を介して取り付けたことを特徴とする基板検査装置。

Images