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JPWO2006114836A1 - 電子部品のピックアンドプレース機構、電子部品ハンドリング装置および電子部品の吸着方法 - Google Patents

電子部品のピックアンドプレース機構、電子部品ハンドリング装置および電子部品の吸着方法 Download PDF

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JPWO2006114836A1
JPWO2006114836A1 JP2007514359A JP2007514359A JPWO2006114836A1 JP WO2006114836 A1 JPWO2006114836 A1 JP WO2006114836A1 JP 2007514359 A JP2007514359 A JP 2007514359A JP 2007514359 A JP2007514359 A JP 2007514359A JP WO2006114836 A1 JPWO2006114836 A1 JP WO2006114836A1
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芳幸 増尾
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Abstract

吸着ヘッド501を支持する支持部材502を上ストローク端と下ストローク端の間で昇降させる直動型アクチュエータ503と、支持部材502が下ストローク端に位置した状態で支持部材502および吸着ヘッド501を直動型アクチュエータ503ごと速度制御しながら下降させて吸着ヘッド501を電子部品2に接触させるサーボアクチュエータ504を備えている。このピックアンドプレース機構500によれば、吸着ヘッド501にて電子部品2を吸着する際に当該電子部品2に作用する衝撃荷重を極力低減することができる。

Description

本発明は、電子部品のピックアンドプレース機構、電子部品ハンドリング装置および電子部品の吸着方法に関するものである。
ICデバイス等の電子部品の製造過程においては、最終的に製造されたICデバイスやその中間段階にあるデバイス等の性能や機能を試験する電子部品試験装置が必要となる。かかる電子部品試験装置においては、カスタマトレイに収容されたICデバイスをテストトレイに載せ替え、テストトレイに搭載した複数のICデバイスを取り廻しながら試験に付した後、試験後のICデバイスを試験結果に応じてテストトレイから所定のカスタマトレイに載せ替えることが行われている。
ICデバイスのカスタマトレイからテストトレイへの載せ替え又はテストトレイからカスタマトレイへの載せ替えには、ICデバイスを吸着ヘッドにより吸着して引き上げ、所定位置に移動した後に載置することのできるピックアンドプレース機構が利用されている。
ピックアンドプレース機構としては、例えば図13に示すように、吸着ヘッド501Pを支持するピストンロッド502Pをシリンダ装置503Pによって昇降させるものがある。このピックアンドプレース機構によれば、図14に示すように、シリンダ装置503Pによってピストンロッド502Pを一定ストローク幅の下端まで降下させ、吸着ヘッド501PでICデバイス2Pの上面を吸着して引き上げることができる。
また、ピックアンドプレース機構のその他の例として、図15および図16に示すように、ボールねじを利用したねじ機構504Pによって吸着パッド501Pを昇降させるというものがある。このピックアンドプレース機構によれば、駆動モータ505Pの回転運動を直線運動に変換することにより、吸着パッド501Pを昇降させてICデバイス2Pを引き上げたり所定位置に載置したりすることができる。
しかしながら、図13および図14に示した従来のピックアンドプレース機構の場合、シリンダ装置503Pを利用してピストンロッド502Pおよび吸着ヘッド501Pを昇降させるという仕組みにより構造はシンプルになるものの、基本的にはピストンロッド502Pを上ストローク端と下ストローク端という二位置でしか停止させることができないという点で問題がある。つまり、このピックアンドプレース機構はいわば二位置制御しかできず、ピストンロッド502Pの位置制御、あるいはピストンロッド502Pの加減速が困難であるために、シリンダ装置503Pの推力がそのままICデバイス2Pに作用しやすい。このため、吸着パッド501PがICデバイス2Pに接触する際に衝撃荷重がかかってしまう。
一方、図15および図16に示したピックアンドプレース機構の場合には、駆動モータ505Pの回転速度を加減して制御することにより、吸着パッド501PがICデバイス2Pに接触する際の衝撃荷重を和らげることが可能だという利点はある。しかし、このようなピックアンドプレース機構は、特に複数のICデバイス2Pを同時に取り扱おうとする場合、構造の複雑化、設置スペースの増大化を招きやすい。さらには、使用される部品に高価なものが多いためにコストアップも避けられない。
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、吸着ヘッドにて電子部品を吸着する際に当該電子部品に作用する衝撃荷重を極力低減することができるとともに、複数の電子部品を同時に取り扱う場合にも簡素で安価な構成とすることのできる電子部品のピックアンドプレース機構、電子部品ハンドリング装置および電子部品の吸着方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、第1に本発明は、電子部品試験装置において電子部品を吸着ヘッドにより吸着して引き上げ、移動させてから所定位置に載置するための電子部品のピックアンドプレース機構であって、前記吸着ヘッドを支持する支持部材を上ストローク端と下ストローク端の間で昇降させる直動型アクチュエータと、前記支持部材および前記吸着ヘッドを前記直動型アクチュエータごと昇降させるサーボアクチュエータであって、少なくとも下降方向の動作の速度制御が可能なサーボアクチュエータとを備えたことを特徴とする電子部品のピックアンドプレース機構を提供する(発明1)。
上記発明(発明1)によれば、吸着ヘッドを電子部品に接触させる際、支持部材およびこれによって支持されている吸着ヘッドをサーボアクチュエータで速度制御しながら下降させることができる。したがって、接触時における支持部材および吸着ヘッドの下降速度を十分に落とすことにより、吸着ヘッドが電子部品に接触する際に当該電子部品に作用する衝撃を極力低減することが可能となる。
上記発明(発明1)において、前記サーボアクチュエータは、前記支持部材が下ストローク端に位置した状態で、前記支持部材および前記吸着ヘッドを前記直動型アクチュエータごと速度制御しながら下降させて前記吸着ヘッドを前記電子部品に接触させるように動作することが好ましい(発明2)。
上記発明(発明1)において、電子部品のピックアンドプレース機構は、前記吸着ヘッドを複数備えることが好ましい(発明3)。一つのサーボアクチュエータを動作させることにより複数の吸着ヘッドを同時に昇降させることができるから、一度に複数の電子部品をピックアンドプレースすることが可能である。
上記発明(発明3)においては、前記複数の吸着ヘッドのそれぞれに対し、前記支持部材および前記直動型アクチュエータが設けられていることが好ましい(発明4)。こうした場合、サーボアクチュエータによってすべての吸着ヘッドを同時に昇降させることに加え、直動型アクチュエータによって各吸着ヘッドを個別に昇降させることもできる。また、一般的にサーボアクチュエータ、例えばボールねじを利用したサーボアクチュエータは、構造が複雑で設置スペースを多く要し、なおかつ高価であるため、複数のサーボアクチュエータによって複数の吸着ヘッドのそれぞれを制御すると、装置の大型化及びコストの著しい上昇を招くが、上記発明(発明3)によれば、サーボアクチュエータは一つで足りるため、簡素で安価な構成とすることができる。
上記発明(発明1)において、前記支持部材はピストンロッドであり、前記直動型アクチュエータは前記ピストンロッドを往復動させるシリンダ装置であることが好ましい(発明5)。かかるシリンダ装置はコンパクトで安価であるため、ピックアンドプレース機構の省スペース化及び低コスト化を図ることができる。また、かかるシリンダ装置は一般的に高速に駆動可能であるため、サーボアクチュエータのみを使用する場合と比較して、吸着ヘッドの移動時間を短縮することができる。
上記発明(発明1)において、前記サーボアクチュエータは、ボールねじ及び当該ボールねじを駆動するモータによって構成されていることが好ましい(発明6)。ボールねじによれば高精度での位置制御および速度制御が可能であるため、吸着ヘッドで電子部品を吸着する際に当該電子部品に作用する衝撃荷重を極力低減することが可能となる。
第2に本発明は、電子部品の試験を行うために、前記電子部品を取り廻すことのできる電子部品ハンドリング装置であって、前記ピックアンドプレース機構(発明1〜6)を備えたことを特徴とする電子部品ハンドリング装置を提供する(発明7)。
第3に本発明は、電子部品試験装置において電子部品を吸着ヘッドにより吸着して引き上げる際の前記電子部品の吸着方法であって、前記吸着ヘッドを支持する直動可能な支持部材の下ストローク端の位置を前記吸着ヘッドが前記電子部品の手前で停止する位置に設定しておき、直動型アクチュエータにより前記支持部材を下ストローク端まで下降させ、その後、サーボアクチュエータによって前記支持部材および前記吸着ヘッドを前記直動型アクチュエータごと速度制御しながら下降させることにより、接触時の衝撃を和らげながら前記吸着ヘッドを前記電子部品に接触させ、前記吸着ヘッドにより前記電子部品を吸着することを特徴とする電子部品の吸着方法を提供する(発明8)。
第4に本発明は、電子部品試験装置において電子部品を吸着ヘッドにより吸着して引き上げる際の前記電子部品の吸着方法であって、前記吸着ヘッドを支持するピストンロッドの下ストローク端の位置を前記吸着ヘッドが前記電子部品の手前で停止する位置に設定しておき、シリンダ装置により前記ピストンロッドを下ストローク端まで下降させ、その後、ボールねじによって前記ピストンロッドおよび前記吸着ヘッドを前記シリンダ装置ごと速度制御しながら下降させることにより、接触時の衝撃を和らげながら前記吸着ヘッドを前記電子部品に接触させ、前記吸着ヘッドにより前記電子部品を吸着することを特徴とする電子部品の吸着方法を提供する(発明9)。
上記発明(発明8,9)によれば、吸着ヘッドを電子部品に接触させる際、支持部材およびこれによって支持されている吸着ヘッドをサーボアクチュエータ(ボールねじ)で速度制御しながら下降させることができるため、接触時における支持部材および吸着ヘッドの下降速度を十分に落とし、吸着ヘッドが電子部品に接触する際に当該電子部品に作用する衝撃を極力低減することが可能となる。
第5に本発明は、電子部品試験装置において電子部品を吸着ヘッドにより吸着し所定位置に載置することのできる電子部品のピックアンドプレース機構であって、前記吸着ヘッドを支持し、前記電子部品を吸着する又は載置する第1の位置と、前記第1の位置から離隔した第2の位置とに、前記吸着ヘッドを移動させることのできる第1の駆動機構と、前記第1の駆動機構を支持し、前記第1の駆動機構を連続的に所定の移動量移動させ、停止させることのできる第2の駆動機構とを備えたことを特徴とするピックアンドプレース機構を提供する(発明10)。
上記発明(発明10)によれば、吸着ヘッドを電子部品に接触させる際、第1の駆動機構が支持している吸着ヘッドの移動量及び停止位置を第2の駆動機構で制御することができる。したがって、電子部品との接触時における吸着ヘッドの停止位置を最適位置に設定することにより、吸着ヘッドが電子部品に接触する際に当該電子部品に作用する衝撃を極力低減することが可能となる。
上記発明(発明10)において、前記第1の駆動機構は、前記第1の位置である下ストローク端と、前記第2の位置である上ストローク端との間にて、前記吸着ヘッドをストローク移動させることのできる直動型アクチュエータであることが好ましく(発明11)、前記第2の駆動機構は、駆動軸を有するサーボアクチュエータであり、前記第1の駆動機構は、前記第2の駆動機構の駆動軸に取り付けられていることが好ましい(発明12)。
上記発明(発明10)において、前記第1の駆動機構は複数存在し、前記第2の駆動機構は前記第1の駆動機構を複数支持し、前記第2の駆動機構の駆動により前記複数の第1の駆動機構は同時に移動し得ることが好ましい(発明13)。
上記発明(発明10)において、前記吸着ヘッド又は前記吸着ヘッドに接続される吸引用の配管経路には、当該吸着ヘッドに電子部品が吸着されたか否かを検出することのできる吸着検出センサが設けられており、前記ピックアンドプレース機構を駆動させて前記吸着ヘッドにより電子部品を吸着し、前記吸着検出センサが前記電子部品の吸着を検出した位置を特定し、前記特定した検出位置に基づいて前記第2の駆動機構の停止位置を設定することができることが好ましい(発明14)。
上記発明(発明14)によれば、電子部品との接触時における第2の駆動機構の停止位置、ひいては吸着ヘッドの停止位置を自動的に最適位置に設定することができる。
第6に本発明は、電子部品を吸着ヘッドにより吸着し所定位置に載置することのできる電子部品のピックアンドプレース機構を備えた電子部品試験装置であって、前記ピックアンドプレース機構は、前記吸着ヘッドを支持し、前記電子部品を吸着する又は載置する第1の位置と、前記第1の位置から離隔した第2の位置とに、前記吸着ヘッドを移動させることのできる第1の駆動機構と、前記第1の駆動機構を支持し、前記第1の駆動機構を連続的に所定の移動量移動させ、停止させることのできる第2の駆動機構とを備えたことを特徴とする電子部品試験装置を提供する(発明15)。
本発明の電子部品のピックアンドプレース機構、電子部品ハンドリング装置または電子部品の吸着方法によれば、吸着ヘッドにて電子部品を吸着する際に当該電子部品に作用する衝撃荷重を極力低減することができる。また、複数の電子部品を同時に取り扱う場合にも簡素で安価な構成とすることができる。
本発明の一実施形態に係るハンドラを含むICデバイス試験装置の全体側面図である。 同ハンドラの斜視図である。 被試験ICデバイスの取り廻し方法を示すトレイのフローチャート図である。 同ハンドラで用いられるカスタマトレイを示す斜視図である。 同ハンドラにおけるテストチャンバ内の要部断面図である。 同ハンドラで用いられるテストトレイを示す一部分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るピックアンドプレース機構の一例を示す側面図である。 図7に示したピックアンドプレース機構において、直動型アクチュエータを動作させて吸着ヘッドを下ストローク端まで下降させたときの状態を示す側面図である。 図8に示したピックアンドプレース機構において、サーボアクチュエータを動作させて吸着ヘッドを直動型アクチュエータごと下降させ、吸着ヘッドを電子部品に接触させたときの状態を示す側面図である。 図8に示したピックアンドプレース機構において、サーボアクチュエータを動作させて吸着ヘッドを直動型アクチュエータごと下降させ、吸着ヘッドを電子部品に接触させたときの状態を示す側面図である。 吸着ヘッドおよび直動型アクチュエータを複数備えたピックアンドプレース機構の一例を示す側面図である。 吸着ヘッドおよび直動型アクチュエータを複数備えたピックアンドプレース機構の一例を示す上面図である。 吸着ヘッドを支持するピストンロッドをシリンダ装置によって昇降させる構造の従来のピックアンドプレース機構を示す側面図である。 図13に示した従来のピックアンドプレース機構において、吸着ヘッドをICデバイスに接触させたときの状態を示す側面図である。 ボールねじを利用したねじ機構によって吸着ヘッドを昇降させる構造の従来のピックアンドプレース機構を示す側面図である。 図15に示した従来のピックアンドプレース機構において、吸着ヘッドをICデバイスに接触させたときの状態を示す側面図である。
符号の説明
1…電子部品ハンドリング装置(ハンドラ)
10…ICデバイス(電子部品)試験装置
500…ピックアンドプレース機構
501…吸着ヘッド
502…ピストンロッド(支持部材)
503…シリンダ装置(直動型アクチュエータ)
504…ボールねじ(サーボアクチュエータ)
505…駆動モータ
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る電子部品ハンドリング装置(以下「ハンドラ」という。)を含むICデバイス試験装置の全体側面図、図2はハンドラの斜視図、図3は被試験ICデバイスの取り廻し方法を示すトレイのフローチャート図、図4は同ハンドラで用いられるカスタマトレイを示す斜視図、図5は同ハンドラのテストチャンバ内の要部断面図、図6は同ハンドラで用いられるテストトレイを示す一部分解斜視図、図7は本発明の一実施形態に係るピックアンドプレース機構の一例を示す側面図、図8は図7に示したピックアンドプレース機構において、直動型アクチュエータを動作させて吸着ヘッドを下ストローク端まで下降させたときの状態を示す側面図、図9は図8に示したピックアンドプレース機構において、サーボアクチュエータを動作させて吸着ヘッドを直動型アクチュエータごと下降させ、吸着ヘッドを電子部品に接触させたときの状態を示す側面図、図10は図8に示したピックアンドプレース機構において、サーボアクチュエータを動作させて吸着ヘッドを直動型アクチュエータごと下降させ、さらに下方に位置している電子部品に吸着ヘッドを接触させたときの状態を示す側面図、図11は吸着ヘッドおよび直動型アクチュエータを複数備えたピックアンドプレース機構の一例を示す側面図である。
まず、本発明の実施形態に係るハンドラを備えたICデバイス試験装置の全体構成について説明する。図1に示すように、ICデバイス試験装置10は、ハンドラ1と、テストヘッド5と、試験用メイン装置6とを有する。ハンドラ1は、試験すべきICデバイス(電子部品の一例)をテストヘッド5に設けたソケットに順次搬送し、試験が終了したICデバイスをテスト結果に従って分類して所定のトレイに格納する動作を実行する。
テストヘッド5に設けたソケットは、ケーブル7を通じて試験用メイン装置6に電気的に接続してあり、ソケットに脱着可能に装着されたICデバイスを、ケーブル7を通じて試験用メイン装置6に接続し、試験用メイン装置6からの試験用電気信号によりICデバイスをテストする。
ハンドラ1の下部には、主としてハンドラ1を制御する制御装置が内蔵してあるが、一部に空間部分8が設けてある。この空間部分8に、テストヘッド5が交換自在に配置してあり、ハンドラ1に形成した貫通孔を通してICデバイスをテストヘッド5上のソケットに装着することが可能になっている。
このハンドラ1は、試験すべき電子部品としてのICデバイスを、常温よりも高い温度状態(高温)または低い温度状態(低温)で試験するための装置であり、ハンドラ1は、図2に示すように、恒温槽101とテストチャンバ102と除熱槽103とで構成されるチャンバ100を有する。図1に示すテストヘッド5の上部は、図5に示すようにテストチャンバ102の内部に挿入され、そこでICデバイス2の試験が行われるようになっている。
なお、図3は本実施形態のハンドラにおける試験用ICデバイスの取り廻し方法を理解するための図であって、実際には上下方向に並んで配置されている部材を平面的に示した部分もある。したがって、その機械的(三次元的)構造は、主として図2を参照して理解することができる。
図2及び図3に示すように、本実施形態のハンドラ1は、これから試験を行うICデバイスを格納し、また試験済のICデバイスを分類して格納するIC格納部200と、IC格納部200から送られる被試験ICデバイスをチャンバ部100に送り込むローダ部300と、テストヘッドを含むチャンバ部100と、チャンバ部100で試験が行われた試験済のICを取り出して分類するアンローダ部400とから構成されている。
ハンドラ1の内部では、図3に示すように、ICデバイスは、テストトレイTSTに載せられた状態で移動し、高温または低温の温度ストレスが与えられ、適切に動作するかどうか試験(検査)され、当該試験結果に応じて分類される。
ハンドラ1にセットされる前のICデバイスは、図4に示すカスタマトレイKST内に多数収納してあり、その状態で、図2及び図3に示すハンドラ1のIC収納部200へ供給され、カスタマトレイKSTから、ハンドラ1内で搬送されるテストトレイTST(図6参照)にICデバイス2が載せ替えられる。そして、試験後のICデバイス2は、試験結果に応じて、テストトレイTSTから所定のカスタマトレイKSTに載せ替えられる。このICデバイス2の載せ替えは、ハンドラ1中の搬送装置に設けられたピックアンドプレース機構500によって行われる。
以下、ハンドラ1の内部について、個別に詳細に説明する。
第1に、IC格納部200に関連する部分について説明する。
図2に示すように、IC格納部200には、試験前のICデバイスを格納する試験前ICストッカ201と、試験の結果に応じて分類されたICデバイスを格納する試験済ICストッカ202とが設けてある。
これらの試験前ICストッカ201および試験済ICストッカ202は、枠状のトレイ支持枠203と、このトレイ支持枠203の下部から侵入して上部に向かって昇降可能とするエレベータ204とを具備している。トレイ支持枠203には、カスタマトレイKSTが複数積み重ねられて支持され、この積み重ねられたカスタマトレイKSTのみがエレベータ204によって上下に移動される。なお、本実施形態におけるカスタマトレイKSTは、図4に示すように、10行×6列のICデバイス収納部を有するものとなっている。
図2に示す試験前ICストッカ201には、これから試験が行われるICデバイスが収納されたカスタマトレイKSTが積層されて保持してある。また、試験済ICストッカ202には、試験を終えて分類されたICデバイスが収納されたカスタマトレイKSTが積層されて保持してある。
図2および図3に示すように、本実施形態では、試験前ストッカ201として、2個のストッカSTK−Bが設けてある。ストッカSTK−Bの隣には、試験済ICストッカ202として、アンローダ部400へ送られる空ストッカSTK−Eを2個設けてある。また、その隣には、試験済ICストッカ202として、8個のストッカSTK−1,STK−2,…,STK−8を設けてあり、試験結果に応じて最大8つの分類に仕分けして格納できるように構成してある。つまり、良品と不良品の別の外に、良品の中でも動作速度が高速のもの、中速のもの、低速のもの、あるいは不良の中でも再試験が必要なもの等に仕分けできるようになっている。
第2に、ローダ部300に関連する部分について説明する。
試験前ICストッカ201に格納してあるカスタマトレイKSTは、図2に示すように、IC格納部200と装置基板105との間に設けられたトレイ移送アーム205によってローダ部300の窓部306に装置基板105の下側から運ばれる。そして、このローダ部300において、カスタマトレイKSTに積み込まれた被試験ICデバイスを、X−Y搬送装置304によって一旦プリサイサ(preciser)305に移送し、ここで複数個(例えば16個)の被試験ICデバイスのピッチをテストトレイ側の配列ピッチへ変換するとともに、被試験ICデバイスの相互の位置を修正したのち、さらにこのプリサイサ305に移送された被試験ICデバイスを再びX−Y搬送装置304を用いて、ローダ部300に停止しているテストトレイTSTに載せ替える。
カスタマトレイKSTからテストトレイTSTへ被試験ICデバイスを載せ替えるX−Y搬送装置304は、図2に示すように、装置基板105の上部に架設された2本のレール301と、この2本のレール301によってテストトレイTSTとカスタマトレイKSTとの間を往復する(この方向をY方向とする)ことができる可動アーム302と、この可動アーム302によって支持され、可動アーム302に沿ってX方向に移動できる可動ヘッド303とを備えている。
このX−Y搬送装置304の可動ヘッド303には、複数個(例えば16個)の吸着ヘッド501を備えたピックアンドプレース機構500が設けられており、この吸着ヘッド501が空気を吸引しながら移動することで、カスタマトレイKSTから被試験ICデバイスを吸着し、その被試験ICデバイスをテストトレイTSTに載せ替える。ピックアンドプレース機構500の詳細は後述する。なお、各吸着ヘッド501は、吸着配管経路を介して負圧源(図示せず)に接続されるが、各吸着配管経路には、被試験ICデバイスが吸着したか否かを検出する吸着検出センサ(図示せず)が設けられることが望ましい。
第3に、チャンバ100に関連する部分について説明する。
上述したテストトレイTSTは、ローダ部300で被試験ICデバイスが積み込まれたのちチャンバ100に送り込まれ、所定の温度条件(例えば−50〜+120℃)にて、当該テストトレイTSTに搭載された状態の多数個(例えば64個)の被試験ICデバイスがテストされる。
図2に示すように、チャンバ100は、テストトレイTSTに積み込まれた被試験ICデバイスに目的とする高温または低温の熱ストレスを与える恒温槽101と、この恒温槽101で熱ストレスが与えられた状態にある被試験ICデバイスがテストヘッド上のソケットに装着されるテストチャンバ102と、テストチャンバ102で試験された被試験ICデバイスから、与えられた熱ストレスを除去する除熱槽103とで構成されている。
除熱槽103では、恒温槽101で高温を印加した場合は、被試験ICデバイスを送風により冷却して室温に戻し、また恒温槽101で低温を印加した場合は、被試験ICデバイスを温風またはヒータ等で加熱して結露が生じない程度の温度まで戻す。そして、この除熱された被試験ICデバイスをアンローダ部400に搬出する。
図5に示すように、テストチャンバ102には、その下部にテストヘッド5が配置され、テストヘッド5の上にテストトレイTSTが運ばれる。なお、テストトレイTSTには、ICデバイス2を収容したインサート16(図6参照)が取り付けられている。そこでは、テストトレイTSTにより保持された全てのICデバイス2を一括してテストヘッド5に電気的に接触させ、テストトレイTST内の全てのICデバイス2について試験を行う。一方、試験が終了したテストトレイTSTは、除熱槽103で除熱され、ICデバイス2の温度を室温に戻したのち、図2に示すアンローダ部400に排出される。
また、図2に示すように、恒温槽101と除熱槽103の上部には、装置基板105からテストトレイTSTを送り込むための入口用開口部と、装置基板105へテストトレイTSTを送り出すための出口用開口部とがそれぞれ形成してある。装置基板105には、これら開口部からテストトレイTSTを出し入れするためのテストトレイ搬送装置108が装着してある。これら搬送装置108は、例えば回転ローラなどで構成してある。この装置基板105上に設けられたテストトレイ搬送装置108によって、除熱槽103から排出されたテストトレイTSTは、アンローダ部400に搬送される。
図6は本実施形態で用いられるテストトレイTSTの構造を示す分解斜視図である。このテストトレイTSTは、矩形フレーム12を有し、そのフレーム12に複数の桟(さん)13が平行かつ等間隔に設けてある。これら桟13の両側と、これら桟13と平行なフレーム12の辺12aの内側とには、それぞれ複数の取付け片14が長手方向に等間隔に突出して形成してある。これら桟13の間、および桟13と辺12aとの間に設けられた複数の取付け片14の内の向かい合う2つの取付け片14によって、各インサート収納部15が構成されている。
各インサート収納部15には、それぞれ1個のインサート16が収納されるようになっており、このインサート16はファスナ17を用いて2つの取付け片14にフローティング状態で取り付けられている。本実施形態において、インサート16は、1つのテストトレイTSTに4×16個取り付けられるようになっている。すなわち、本実施形態におけるテストトレイTSTは、4行×16列のICデバイス収納部を有するものとなっている。このインサート16に被試験ICデバイス2を収納することで、テストトレイTSTに被試験ICデバイス2が積み込まれることになる。
本実施形態のインサート16においては、図6に示すように、被試験ICデバイス2を収納する矩形凹状のIC収納部19が中央部に形成されている。また、インサート16の両端中央部には、後述するプッシャ30のガイドピンが挿入されるガイド孔が形成されており、インサート16の両端角部には、テストトレイTSTの取付け片への取付け用孔21が形成されている。
図5に示すように、テストヘッド5の上には、ICデバイス2の外部端子と接触し電気的に接続される接続端子を有するソケット40が固定されており、ソケット40の上方には、ICデバイス2をソケット40に対して押圧するプッシャ30が設けられている。
各プッシャ30は、図5に示すように、アダプタ62の下端に固定してあり、各アダプタ62は、マッチプレート60に弾性保持されている。このマッチプレート60は、テストヘッド5の上部に位置するように、かつプッシャ30とソケット40との間にテストトレイTSTが挿入可能となるように駆動プレート72に支持されている。かかるマッチプレート60に保持されたプッシャ30は、テストヘッド5方向および駆動プレート72方向、すなわちZ軸方向に移動自在となっている。
なお、テストトレイTSTは、図5において紙面に垂直方向(X軸)から、プッシャ30とソケット40との間に搬送されてくる。チャンバ100内部でのテストトレイTSTの搬送手段としては、搬送用ローラなどが用いられる。テストトレイTSTの搬送移動に際しては、Z軸駆動装置70の駆動プレートは、Z軸方向に沿って上昇しており、プッシャ30とソケット40との間には、テストトレイTSTが挿入される十分な隙間が形成してある。
図5に示すように、駆動プレート72の下面には、押圧部74が固定してあり、アダプタ62の上面を押圧可能にしてある。駆動プレート72には駆動軸78が固定してあり、駆動軸78にはモータ等の駆動源(図示せず)が連結してあり、駆動軸78をZ軸方向に沿って上下移動させることができるようになっている。
本実施形態では、上述したように構成されたチャンバ100において、図5に示すように、テストチャンバ102を構成する密閉されたケーシング80の内部に、温度調節用送風装置90が装着してある。温度調節用送風装置90は、ファン92と、熱交換部94とを有し、ファン92によりケーシング内部の空気を吸い込み、熱交換部94を通してケーシング80の内部に吐き出して循環させることで、ケーシング80の内部を、所定の温度条件(高温または低温)にする。
第4に、アンローダ部400に関連する部分について説明する。
図2に示すアンローダ部400にも、ローダ部300に設けられたX−Y搬送装置304と同一構造のX−Y搬送装置404,404が設けられている。したがって、X−Y搬送装置404,404には、X−Y搬送装置304と同様に可動ヘッド403及びピックアンドプレース機構500が設けられている。このX−Y搬送装置404,404によって、アンローダ部400に運び出されたテストトレイTSTから、良否分類、ランク分け等の試験結果に基づき対応するカスタマトレイKSTに分別されて載せ替えられる。
図2に示すように、アンローダ部400の装置基板105には、当該アンローダ部400へ運ばれたカスタマトレイKSTが装置基板105の上面に臨むように配置される一対の窓部406,406が二対開設してある。
それぞれの窓部406の下側には、カスタマトレイKSTを昇降させるためのエレベータ204が設けられており、ここでは試験済の被試験ICデバイスが載せ替えられて満杯になったカスタマトレイKSTを載せて下降し、この満杯トレイをトレイ移送アーム205に受け渡す。
第5に、ピックアンドプレース機構500について説明する。
上述したように、X−Y搬送装置304,404の可動ヘッド303,403には複数個(例えば16個)の吸着ヘッド501を備えたピックアンドプレース機構500が設けられている。ピックアンドプレース機構500は、この吸着ヘッド501を昇降させ、吸着ヘッド501でICデバイス2を引き上げ、所定位置に載置させるための機構である。本明細書では、吸着ヘッド501でICデバイス2を吸着して引き上げる動作を「ピック」、吸着したICデバイス2を離して所定位置に載置する動作を「プレース」と呼び、これらの動作をまとめて「ピックアンドプレース」と呼んでいる。本実施形態のピックアンドプレース機構500は、図7に示すように、直動型アクチュエータ503と、サーボアクチュエータ504とを備えているものである。なお、直動型アクチュエータ503は、図12に示すように複数個(例えば16個)を備えるが、図7では省略する。
直動型アクチュエータ503は、比較的大きな昇降量に対して高速に駆動可能な昇降装置であり、外部からの駆動流体源(図示せず)に基づいて、吸着ヘッド501を支持する支持部材502を上ストローク端と下ストローク端の間で昇降させる装置である。本実施形態のピックアンドプレース機構500にて用いられる直動型アクチュエータ503としては、軽量コンパクトで安価なものが好ましく、通常吸着ヘッド501の位置を上ストローク端と下ストローク端との間で変位させることができるものである。例えば本実施形態では、支持部材502としてピストンロッドを用いるとともに、直動型アクチュエータ503としてこのピストンロッドを往復動させるシリンダ装置を用いている。この場合、シリンダ装置は油圧シリンダ装置でも、空気圧シリンダ装置でも構わない。このようなシリンダ装置によってピストンロッドを往復動させることとすれば、二位置間において吸着ヘッド501を素早く変位させることができるという点で好適である。この直動型アクチュエータ503によれば、ピックアンドプレースの主たる昇降区間において高速に支持部材502を移動させることができる結果、この区間での吸着ヘッド501の移動時間を短縮することができるという利点が得られる。
なお、ここで説明したシリンダ装置は直動型アクチュエータ503の好適な一例に過ぎない。直動型アクチュエータ503としては、両ストローク端の間で支持部材502および吸着ヘッド501を直線的に移動させることができる各種アクチュエータを用いることが可能であり、例えばシリンダ装置の他、ソレノイドなどを用いることもできる。
サーボアクチュエータ504は、比較的小さな昇降量に対して低速に駆動する昇降装置であり、支持部材502および吸着ヘッド501を直動型アクチュエータ503ごと昇降させるための装置である。サーボアクチュエータ504は、任意の昇降位置で停止制御可能であり、また、昇降速度が制御可能であることがより好ましい。例えば本実施形態では、サーボアクチュエータ504としてボールねじ及びそれを駆動する駆動モータ505を用いる。このような装置によれば、吸着ヘッド501先端の吸着パッドがICデバイス2に接触する直前で下降速度を減速制御することができるので、ICデバイス2に対して過度な衝撃荷重を回避することが可能となる。
本実施形態のピックアンドプレース機構500は、上記のような直動型アクチュエータ503とサーボアクチュエータ504とを備えているため、ICデバイス2に対する衝撃荷重を極力低減することができるとともに、吸着ヘッド501の移動時間を短縮してICデバイス搬送のスループットの低下を防止することができる。
ここで、ICデバイス2は、デバイス品種が変わる毎に高さが変わり得る。特に多品種少量生産に係るデバイス品種では、ICデバイス2の高さ変更は頻繁に発生する。そこで、高さの異なるデバイス品種毎に、あらかじめサーボアクチュエータ504の下降停止位置を設定しておく必要がある。その設定方法として、ICデバイス2の高さに基づく固定した設定値をセットする方法と、次のようにして設定値を自動的に求める方法とがある。なお、各吸着ヘッド501は、被試験ICデバイスが吸着したか否かを検出する吸着検出センサをそれぞれ備えるものとする。
ICデバイス2を吸着(ピック)する時の下降停止位置を設定する場合には、吸着検出センサで吸着を検出しながら、サーボアクチュエータ504を低速で下降させ、そして吸着ヘッド501がICデバイス2を吸着したら、当該吸着状態を検出する。その検出に基づいて、確実に吸着でき、かつICデバイス2への押圧ストレスとならない位置を、ピック時の下降停止位置の設定値としてセットする。一方、ICデバイス2を載置(プレース)する時の下降停止位置は、上記で得た設定値又はその値に所望のオフセット量を加減算した設定値とする。これにより、デバイス品種によって厚みの異なるICデバイス2に対して、吸着ヘッド501を最良の下降停止位置に自動的にセットすることができる。
上記で取得した下降停止位置の設定値情報は、X−Y搬送装置304,404における全てのピック位置及びプレース位置について記憶装置に保存しておくことが好ましい。また、上記設定値情報は、定期的に取得することが好ましく、それにより取得した設定値情報の経時的な推移により、各吸着ヘッド501にばらつきや劣化が生じていることを特定することができる。
本実施形態の場合には、図7などに示すように、直動型アクチュエータ503に一体化したフレーム506が設けられ、このフレーム506にボールねじのナットが設けられている。また、駆動モータ505の回転軸に接続されたねじ棒507がこのナットに噛み合っている。したがって、このねじ棒507を回転させることにより、フレーム506、直動型アクチュエータ503および吸着ヘッド501を同時に昇降させることができる。この場合、フレーム506は図示しないガイドによって上下方向に案内されている。
なお、ここではサーボアクチュエータ504の一例としてボールねじを利用したものを例示したが、これはサーボアクチュエータ504の好適な一例に過ぎない。要は、吸着ヘッド501がICデバイス2に接触する際の衝撃荷重を十分に低減することができ、所望の位置で停止できればよく、例えば、プーリとベルトとを組み合わせたもの、ラックとピニオンとを組み合わせたもの、リニアアクチュエータなどが本実施形態のピックアンドプレース機構500におけるサーボアクチュエータ504として利用することが可能である。
次に、以上説明したピックアンドプレース機構500によりICデバイス2を吸着してピックアンドプレースする際の動作および当該動作に対する制御について述べる。このピックアンドプレースの動作は、試験前のICデバイス2をカスタマトレイKSTからプリサイサ305に載せ替えるとき、そしてプリサイサ305からテストトレイTSTに載せ替えるとき、試験後のICデバイス2をテストトレイTSTからカスタマトレイKSTに載せ替えるとき(場合によってはテストトレイTSTからプリサイサ405、プリサイサ405からカスタマトレイKSTに載せ替えるとき)に実行される。
まず、X−Y搬送装置304,404を動作させ、ピックアンドプレース機構500をイニシャル位置(カスタマトレイKST又はテストトレイTST上)に移動させる。イニシャル位置においては、図7に示すように吸着ヘッド501が搬送対象であるICデバイス2の真上に位置する。また、ピックアンドプレース動作を行うまで、吸着ヘッド501はICデバイス2から最も離れた位置で待機した待機状態となっている。つまり、サーボアクチュエータ504はフレーム506および直動型アクチュエータ503を最も上の位置まで上昇させ、なおかつ直動型アクチュエータ503は支持部材502および吸着ヘッド501を上ストローク端まで上昇させた状態となっている。
ここで、一定ストローク幅を昇降する吸着ヘッド501および支持部材502の下ストローク端の位置は、図8に示すように吸着ヘッド501が少なくともICデバイス2の手前で停止する位置に設定されている。別の表現をすれば、上記待機状態における吸着ヘッド501とICデバイス2との距離が、直動型アクチュエータ503におけるストローク幅よりも僅かに大きい程度となっている。したがって、直動型アクチュエータ503によって待機状態にある支持部材502および吸着ヘッド501を下ストローク端まで移動させただけでは、吸着ヘッド501はICデバイス2に接触することはない(図8参照)。このような設定は、支持部材502の鉛直方向長さを適宜調整することによって行うことができるし、あるいはピックアンドプレース機構500の上下位置を調整することによっても行うことができる。
なお、上記のような設定に関し、直動型アクチュエータ503におけるストローク幅とサーボアクチュエータ504におけるストローク幅の大小は特に問題とならず、上記の条件を満たす限りにおいて種々の値に設定することが可能である。例えば、直動型アクチュエータ503のストローク幅が10mm、サーボアクチュエータ504のストローク幅が15mmというように、直動型アクチュエータ503のストローク幅よりもサーボアクチュエータ504のストローク幅の方を大きくすることもできるし、その逆にすることもできる。
次に、直動型アクチュエータ503により、支持部材502および吸着ヘッド501を下ストローク端まで下降させる。このとき、上述したように吸着ヘッド501はICデバイス2に接触する手前で停止し、当該ICデバイス2の僅か上に位置した状態となる(図8参照)。その後、駆動モータ505を駆動してサーボアクチュエータ504を動作させ、支持部材502および吸着ヘッド501を直動型アクチュエータ503ごと速度制御しながら下降させる(図9参照)。このとき、特に吸着ヘッド501がICデバイス2に接触する下降停止位置の少し前の位置からは、下降速度を低減させることが好ましい。こうすることにより、接触時にICデバイス2に作用する衝撃荷重を低減することができる。その後、吸着ヘッド501での吸引を開始し、吸着ヘッド501によってICデバイス2を吸着(ピック)する。
なお、吸着検出センサを備える場合において、何らかの理由でICデバイス2の吸着が検出されないときには、図10に示すように、駆動モータ505により更に低速で吸着ヘッド501を下降させて、ICデバイス2を吸着(ピック)させることができる。これにより、吸着ミスの低減を図ることができる。
吸着ヘッド501がICデバイスを吸着したら、サーボアクチュエータ504を逆方向に回転させ、吸着ヘッド501を上昇させてICデバイス2を引き上げる。そして、X−Y搬送装置304,404を駆動して、吸着ヘッド501によって吸着しているICデバイス2を所定の位置(プリサイサ305又はカスタマトレイKST上)まで移動させる。
移動後、再度サーボアクチュエータ504を動作させ、直動型アクチュエータ503ごとICデバイス2を速度制御しながら下降させる。そしてICデバイス2が着地する瞬間に、吸着ヘッド501による吸引を停止し、ICデバイス2を所定の位置に載置(プレース)する。
ICデバイス2を所定の位置に載置した後、サーボアクチュエータ504を動作させて吸着ヘッド501を上昇させ、次のICデバイス2のピックアンドプレースを行う。このようにして対象となる全てのICデバイス2のピックアンドプレースが終了したら、直動型アクチュエータ503を動作させて支持部材502および吸着ヘッド501を上ストローク端まで上昇させるとともに、ピックアンドプレース機構500をイニシャル位置に戻す。
なお、ここまでは、一つのピックアンドプレース機構500に対し吸着ヘッド501が一つずつ設けられている形態について説明したが、実際は、図11及び図12に示すように、一つのピックアンドプレース機構500に対して吸着ヘッド501が複数設けられていることが好ましい。この場合の吸着ヘッド501の個数は、例えばテストトレイTSTの形状との関係で1列あたり8個を2列として計16個とするなど種々の値とすることができる。
図11及び図12に、吸着ヘッド501を複数備えるピックアンドプレース機構500の一例を示す。このピックアンドプレース機構500においては、フレーム506が上記のものよりも大型化され、このフレーム506に対し、直動型アクチュエータ503、支持部材502および吸着ヘッド501が複数設けられている。
このように一つのサーボアクチュエータ504に対して複数の支持部材502および直動型アクチュエータ503及び吸着ヘッド501を設けたピックアンドプレース機構500によれば、複数の吸着ヘッドおよび支持部材をそれぞれ対応する複数のサーボアクチュエータで昇降させるようにしたピックアンドプレース機構と比較して、ICデバイス2の一つあたりに要する装置のコストを低下させることができ、しかも、装置重量をその分だけ軽量化することができる。さらには、必要なサーボアクチュエータ504および駆動モータ505の数が少なくなる分だけ設置スペースが小さくなるから、ひいてはハンドラ1の小型化を図ることもできる。
また、上記ピックアンドプレース機構500によれば、サーボアクチュエータ504によってすべての吸着ヘッド501を同時に昇降させることに加え、直動型アクチュエータ503によって各吸着ヘッド501を個別に昇降させることもできる。このようなピックアンドプレース機構500によれば、ピック対象であるICデバイス2が存在しない場合に対応する吸着ヘッド501を待機状態のままとしておくことが可能となる。こうした場合、この当該位置における直動型アクチュエータ503に無駄な動作をさせなくて済むという利点がある。あるいは、複数の吸着ヘッド501の一部が既にICデバイス2を吸着して保持している状態だとしても、別の吸着ヘッド501のみを昇降させることにより、さらに別のICデバイス2を吸着して引き上げるということも可能である。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
本発明の電子部品のピックアンドプレース機構、電子部品ハンドリング装置および電子部品の吸着方法は、吸着ヘッドにて電子部品を吸着する際に当該電子部品に作用する衝撃荷重を低減するのに有用である。

Claims (15)

  1. 電子部品試験装置において電子部品を吸着ヘッドにより吸着して引き上げ、移動させてから所定位置に載置するための電子部品のピックアンドプレース機構であって、
    前記吸着ヘッドを支持する支持部材を上ストローク端と下ストローク端の間で昇降させる直動型アクチュエータと、
    前記支持部材および前記吸着ヘッドを前記直動型アクチュエータごと昇降させるサーボアクチュエータであって、少なくとも下降方向の動作の速度制御が可能なサーボアクチュエータと
    を備えたことを特徴とする電子部品のピックアンドプレース機構。
  2. 前記サーボアクチュエータは、前記支持部材が下ストローク端に位置した状態で、前記支持部材および前記吸着ヘッドを前記直動型アクチュエータごと速度制御しながら下降させて前記吸着ヘッドを前記電子部品に接触させるように動作することを特徴とする請求項1に記載の電子部品のピックアンドプレース機構。
  3. 前記吸着ヘッドを複数備えることを特徴とする請求項1に記載の電子部品のピックアンドプレース機構。
  4. 前記複数の吸着ヘッドのそれぞれに対し、前記支持部材および前記直動型アクチュエータが設けられていることを特徴とする請求項3に記載の電子部品のピックアンドプレース機構。
  5. 前記支持部材はピストンロッドであり、前記直動型アクチュエータは前記ピストンロッドを往復動させるシリンダ装置であることを特徴とする請求項1に記載の電子部品のピックアンドプレース機構。
  6. 前記サーボアクチュエータは、ボールねじ及び当該ボールねじを駆動するモータによって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品のピックアンドプレース機構。
  7. 電子部品の試験を行うために、前記電子部品を取り廻すことのできる電子部品ハンドリング装置であって、
    請求項1〜6のいずれかに記載のピックアンドプレース機構を備えたことを特徴とする電子部品ハンドリング装置。
  8. 電子部品試験装置において電子部品を吸着ヘッドにより吸着して引き上げる際の前記電子部品の吸着方法であって、
    前記吸着ヘッドを支持する直動可能な支持部材の下ストローク端の位置を前記吸着ヘッドが前記電子部品の手前で停止する位置に設定しておき、
    直動型アクチュエータにより前記支持部材を下ストローク端まで下降させ、
    その後、サーボアクチュエータによって前記支持部材および前記吸着ヘッドを前記直動型アクチュエータごと速度制御しながら下降させることにより、接触時の衝撃を和らげながら前記吸着ヘッドを前記電子部品に接触させ、
    前記吸着ヘッドにより前記電子部品を吸着する
    ことを特徴とする電子部品の吸着方法。
  9. 電子部品試験装置において電子部品を吸着ヘッドにより吸着して引き上げる際の前記電子部品の吸着方法であって、
    前記吸着ヘッドを支持するピストンロッドの下ストローク端の位置を前記吸着ヘッドが前記電子部品の手前で停止する位置に設定しておき、
    シリンダ装置により前記ピストンロッドを下ストローク端まで下降させ、
    その後、ボールねじによって前記ピストンロッドおよび前記吸着ヘッドを前記シリンダ装置ごと速度制御しながら下降させることにより、接触時の衝撃を和らげながら前記吸着ヘッドを前記電子部品に接触させ、
    前記吸着ヘッドにより前記電子部品を吸着する
    ことを特徴とする電子部品の吸着方法。
  10. 電子部品試験装置において電子部品を吸着ヘッドにより吸着し所定位置に載置することのできる電子部品のピックアンドプレース機構であって、
    前記吸着ヘッドを支持し、前記電子部品を吸着する又は載置する第1の位置と、前記第1の位置から離隔した第2の位置とに、前記吸着ヘッドを移動させることのできる第1の駆動機構と、
    前記第1の駆動機構を支持し、前記第1の駆動機構を連続的に所定の移動量移動させ、停止させることのできる第2の駆動機構と
    を備えたことを特徴とするピックアンドプレース機構。
  11. 前記第1の駆動機構は、前記第1の位置である下ストローク端と、前記第2の位置である上ストローク端との間にて、前記吸着ヘッドをストローク移動させることのできる直動型アクチュエータであることを特徴とする請求項10に記載のピックアンドプレース機構。
  12. 前記第2の駆動機構は、駆動軸を有するサーボアクチュエータであり、前記第1の駆動機構は、前記第2の駆動機構の駆動軸に取り付けられていることを特徴とする請求項11に記載のピックアンドプレース機構。
  13. 前記第1の駆動機構は複数存在し、前記第2の駆動機構は前記第1の駆動機構を複数支持し、前記第2の駆動機構の駆動により前記複数の第1の駆動機構は同時に移動し得ることを特徴とする請求項10に記載のピックアンドプレース機構。
  14. 前記吸着ヘッド又は前記吸着ヘッドに接続される吸引用の配管経路には、当該吸着ヘッドに電子部品が吸着されたか否かを検出することのできる吸着検出センサが設けられており、
    前記ピックアンドプレース機構を駆動させて前記吸着ヘッドにより電子部品を吸着し、前記吸着検出センサが前記電子部品の吸着を検出した位置を特定し、前記特定した検出位置に基づいて前記第2の駆動機構の停止位置を設定することができることを特徴とする請求項10に記載のピックアンドプレース機構。
  15. 電子部品を吸着ヘッドにより吸着し所定位置に載置することのできる電子部品のピックアンドプレース機構を備えた電子部品試験装置であって、
    前記ピックアンドプレース機構は、
    前記吸着ヘッドを支持し、前記電子部品を吸着する又は載置する第1の位置と、前記第1の位置から離隔した第2の位置とに、前記吸着ヘッドを移動させることのできる第1の駆動機構と、
    前記第1の駆動機構を支持し、前記第1の駆動機構を連続的に所定の移動量移動させ、停止させることのできる第2の駆動機構と
    を備えたことを特徴とする電子部品試験装置。
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