(57)【要約】【課題】改良された結合部試験装置、及び、結合部試験装置内の力の改良された測定方法、を提供すること。【解決手段】結合部試験装置は、結合部試験の間に結合部に接触するように構成された試験ツール４０を有する試験ツールアセンブリ２００と、当該試験ツールアセンブリに結合された撓み部８０と、センサと、を備える。センサは、撓み部への力の適用時に当該撓み部８０の第１端の当該撓み部の第２端に対する変位の測定値を提供するように構成されており、プロセッサが、センサからの変位信号を受容して、当該変位信号及び選択的に撓み部の既知の剛性に基づいて、撓み部の力を決定するように構成されている。結合部試験装置のためのカートリッジ、結合部試験装置内の力を測定する方法、及び、結合部試験ツールの顎部の閉鎖力を測定する方法も、提供される。【選択図】図１Ａ
2019035751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合部試験の間に結合部に接触するように構成された試験ツールを有する試験ツールアセンブリと、
前記試験ツールアセンブリに結合された撓み部と、
センサと、
を備え、
前記センサは、前記撓み部への力の適用時に当該撓み部の第１端の当該撓み部の第２端に対する変位の測定値を提供するように構成されており、
前記装置は、前記センサからの変位信号を受容し、当該変位信号を用いて前記撓み部の力を決定するように構成されたプロセッサを含んでいる
ことを特徴とする結合部試験装置。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記撓み部の予め知られた剛性と共に前記変位信号を用いて前記撓み部の前記力を決定するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の結合部試験装置。
【請求項３】
前記センサは、前記撓み部の前記第１端の前記変位に比例する出力信号を与えるように構成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の結合部試験装置。
【請求項４】
検出可能部材を更に備えており、
前記検出可能部材と前記センサとの内の一方が、前記撓み部の前記第１端に固定されており、
前記検出可能部材と前記センサとの内の他方が、前記撓み部の前記第２端に固定されており、
前記センサは、当該センサと前記検出可能部材との間の変位を検出するように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の結合部試験装置。
【請求項５】
磁石部を更に備えており、
前記磁石部と前記センサとの内の一方が、前記撓み部の前記第１端に固定されており、
前記センサは、磁界の変化を検出するように構成されており、
前記撓み部の前記第１端の前記第２端に対する変位は、前記磁石部を前記センサに対して移動させ、前記センサが磁界の変化を検出する
ことを特徴とする請求項４に記載の結合部試験装置。
【請求項６】
前記センサは、ホール効果センサである
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の結合部試験装置。
【請求項７】
前記センサは、光学的変位センサである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の結合部試験装置。
【請求項８】
前記試験ツールは、前記撓み部の前記第１端に固定されており、
結合部による前記試験ツールへの試験力の適用が、前記撓み部の前記第１端の所定方向への相対変位をもたらす
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の結合部試験装置。
【請求項９】
前記試験ツールは、開放形態に付勢された対向する顎部を有しており、
前記試験ツールアセンブリは、閉鎖部材と、当該閉鎖部材に駆動力を適用するように構成された駆動機構と、を有しており、前記閉鎖部材が前記顎部に閉鎖力を適用する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の結合部試験装置。
【請求項１０】
前記駆動機構は、前記駆動力を前記閉鎖部材に適用している間に当該駆動機構によって移動された距離を測定するように構成された駆動機構距離センサを有している
ことを特徴とする請求項９に記載の結合部試験装置。
【請求項１１】
前記駆動機構は、前記試験ツールの顎部が結合部を把持する時、前記駆動力の適用が前記撓み部の前記第１端を前記第２端に対して変位させる、というように構成されている
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の結合部試験装置。
【請求項１２】
前記駆動機構は、前記撓み部の第１端に取り付けられており、
前記撓み部の前記第１端は、前記試験ツールに対して移動可能であり、
前記駆動機構は、前記試験ツールの顎部が結合部を把持する時、前記駆動力の適用が前記閉鎖部材と前記駆動機構との間で反力を生成し、当該反力が前記撓み部の前記第１端を前記第２端に対して変位させる、というように構成されている
ことを特徴とする請求項９、１０または１１に記載の結合部試験装置。
【請求項１３】
前記閉鎖部材は、前記顎部の少なくとも一部を取り囲むように配置されたスリーブを有し、
前記スリーブは、前記顎部に対して軸方向に移動可能であって、前記顎部に対する前記スリーブの移動が前記顎部に前記閉鎖力を適用する、というように前記顎部と係合するように構成されている
ことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の結合部試験装置。
【請求項１４】
前記顎部の外面は、前記顎部の先端に向かって幅広になっており、
前記スリーブの直径は、開放形態の前記顎部の直径よりも小さく、
前記顎部の先端に向かう前記スリーブの相対移動が、前記顎部を共に付勢する
ことを特徴とする請求項１３に記載の結合部試験装置。
【請求項１５】
前記スリーブは、低摩擦材料から形成され、前記スリーブと前記顎部と間の摩擦力が、使用中、前記顎部への前記閉鎖力より、少なくとも１０倍小さい
ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の結合部試験装置。
【請求項１６】
前記スリーブは、前記試験ツールの周りに同心に配置されたセラミック製のカラーを有し、使用中、当該セラミック製のカラーは前記顎部に接触して前記顎部を共に付勢する
ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の結合部試験装置。
【請求項１７】
前記スリーブは、前記顎部から離れる方向に付勢されており、
前記駆動機構は、前記スリーブを前記顎部に向けて移動する方向に前記駆動力を適用するように構成されている
ことを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれかに記載の結合部試験装置。
【請求項１８】
前記駆動機構は、モータと、リードネジと、ナットと、を有しており、
前記ナットは、前記リードネジ上に取り付けられており、
前記モータは、前記リードネジを回転するように構成されており、
前記ナットは、前記モータによる前記リードネジの回転時に、前記リードネジに対して移動可能であり、
前記駆動機構は、前記リードネジに対する前記ナットの移動が前記駆動力を前記閉鎖部材に適用する、というように構成されている
ことを特徴とする請求項９乃至１７のいずれかに記載の結合部試験装置。
【請求項１９】
前記駆動機構は、レバーを更に有し、
前記ナットは、前記レバーの第１端と移動可能に係合されており、
前記レバーは、前記第１端とは反対側の第２端回りに回動可能であり、使用中、前記リードネジに沿った前記ナットの移動が前記レバーの前記第１端を移動させて、前記レバーが前記第２端回りに回動する
ことを特徴とする請求項１８に記載の結合部試験装置。
【請求項２０】
前記レバーは、前記閉鎖部材に当接するように配置されたカム機構を有し、
前記カム機構は、前記第２端回りの前記レバーの回動によって、使用中、カムが前記閉鎖部材に前記駆動力を適用する、というように構成されている
ことを特徴とする請求項１９に記載の結合部試験装置。
【請求項２１】
前記撓み部は、折り畳まれた形態のビームによる撓み部である
ことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記載の結合部試験装置。
【請求項２２】
前記試験ツールアセンブリ、第１センサ、及び、第１撓み部が、第２撓み部の第１端に取り付けられており、
前記第２撓み部の前記第１端は、当該第２撓み部の第２端に対して移動可能であり、
当該装置は、更に、第２センサを有しており、
前記第２センサは、前記試験ツールによる結合部への試験力の適用時に前記第２撓み部の前記第１端の前記第２撓み部の前記第２端に対する変位を測定するように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至２１のいずれかに記載の結合部試験装置。
【請求項２３】
前記試験ツールアセンブリ、前記第１撓み部、及び、前記第１センサは、前記試験ツールの顎部上の前記閉鎖力を測定するように構成されている
ことを特徴とする請求項２２に記載の結合部試験装置。
【請求項２４】
前記試験ツールは、結合部試験の間に結合部と接触するように構成された試験ツールチップを有しており、
当該装置は、前記試験ツールに対して相対的に固定された１または複数の光源を備えており、前記１または複数の光源からの光を前記試験ツールチップに向けるように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至２３のいずれかに記載の結合部試験装置。
【請求項２５】
前記試験ツールチップに光を焦点合わせするように構成された光案内部
を更に備えたことを特徴とする請求項２４に記載の結合部試験装置。
【請求項２６】
前記光案内部は、前記試験ツールの周囲に適合するように構成された管状体を有し、
前記光案内部は、当該光案内部の基端から当該光案内部の先端まで光を案内するように構成されている
ことを特徴とする請求項２５に記載の結合部試験装置。
【請求項２７】
当該結合部試験装置は、前記光案内部の基端における対応構造と機械的にインターロックするように構成されたインターロック構造を更に備える
ことを特徴とする請求項２５または２６に記載の結合部試験装置。
【請求項２８】
結合部試験装置用のカートリッジであって、当該カートリッジは、
結合部試験の間に結合部に接触するように構成された試験ツールと、
撓み部と、
変位センサと、
を備え、
前記センサは、前記撓み部への力の適用時に当該撓み部の第１端の当該撓み部の第２端に対する変位の測定値を提供するように構成されている
ことを特徴とするカートリッジ。
【請求項２９】
前記試験ツールは、結合部試験の間に結合部と接触するように構成された試験ツールチップを有しており、
当該カートリッジは、前記試験ツールに対して相対的に固定された１または複数の光源と、当該１または複数の光源からの光を前記試験ツールチップに向けるように構成され前記試験ツールに対して相対的に固定された光案内部と、を更に備える
ことを特徴とする請求項２８に記載のカートリッジ。
【請求項３０】
結合部試験装置内の力を測定する方法であって、
第２端に対して移動可能な第１端を有する撓み部を提供する工程と、
変位センサを提供する工程と、
前記撓み部の前記第１端に力を適用する工程と、
前記変位センサを用いて前記撓み部の前記第２端に対する前記撓み部の前記第１端の変位を測定する工程と、
測定された変位を用いて前記撓み部上の前記力を決定する工程と、
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項３１】
前記決定する工程は、前記測定された変位と前記撓み部の既知の剛性とに基づいて前記撓み部上の前記力を計算する工程を含んでいる
ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
結合部試験ツールの顎部上の閉鎖力を測定する方法であって、
第２端に対して移動可能な第１端を有する撓み部を提供する工程と、
変位センサを提供する工程と、
前記撓み部の前記第１端に取り付けられた駆動機構を提供する工程と、
結合部周りに前記試験ツールの顎部を位置決めする工程と、
前記駆動機構を用いて前記試験ツールの顎部に閉鎖力を適用し、その結果、前記結合部が前記顎部を介して前記駆動機構へ反力を適用し、当該反力が前記撓み部の前記第２端に対する前記撓み部の前記第１端の変位を生じさせる工程と、
前記変位センサを用いて前記撓み部の前記第２端に対する前記撓み部の前記第１端の変位を測定する工程と、
測定された変位を用いて前記撓み部上の前記力を計算する工程と、
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記駆動機構を用いて前記試験ツールの顎部に閉鎖力を適用する工程は、
前記顎部が前記結合部と接触するように閉鎖力を適用する工程と、
前記結合部が前記顎部を介して前記駆動機構に反力を適用するように前記駆動機構を用いて前記顎部に更なる閉鎖力を適用する工程と、
を有している
ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記計算する工程は、前記測定された変位と前記撓み部の既知の剛性とに基づいて前記撓み部上の前記力を計算する工程を含んでいる
ことを特徴とする請求項３２または３３に記載の方法。
【請求項３５】
駆動機構距離センサを用いて、前記顎部の分離を測定する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項３２、３３または３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記撓み部上の前記力が所定値に到達するまで閉鎖力を適用して前記顎部の分離を測定する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記顎部が所定の分離状態に到達するまで閉鎖力を適用して前記撓み部上の前記力を測定する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記試験ツールチップ上に光を案内するために前記試験ツールに対して固定された光源を用いる工程
を更に備えたことを特徴とする請求項３２乃至３７のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
試験対象の結合部周りに結合部試験ツールの顎部を位置決めしている間に前記試験ツールチップ上に光を案内する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項３２乃至３８のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷回路基板（ＰＣＢ）や半導体装置のような電気回路上の結合部の強度を試験する結合部試験装置に関する。特に、本発明は、結合部試験中の試験ツール上の力を測定するための装置に関する。特に好適には、本発明は、結合部試験中の試験ツールの顎部上の閉鎖力を測定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、大変に小さく、典型的には５ｍｍ×５ｍｍの正方形から５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形であり、典型的には半導体基板への導電体の結合部（ボンド）の複数個所を備えている。各結合部は、「バンプ」として知られるはんだや金のボール状の堆積物、銅柱、基板に接着される配線、等からなっている。
【０００３】
特定の結合方法が十分であることを保証するために、結合部の結合強度を試験することが必要である。結合部のサイズは大変小さいので、結合部の結合強度を試験するために用いられる工具は、大変に小さい力及び変位を正確に測定可能である必要がある。
【０００４】
結合強度を試験するために用いられる、幾つかの異なるタイプの結合部試験法が存在している。例えば、剪断試験は、結合部の側面に剪断力を適用して当該結合部を基板から切り離すことで当該結合部の剪断強度を試験する。引張試験は、ボール状の堆積物またはボール状の堆積物内に埋められた配線を基板から引っ張り剥がすことで当該結合部の引張強度を試験する。押圧試験では、力または負荷が鉛直面内で結合部上に直接下向きに適用される。
【０００５】
これらの試験を実施する機械は、典型的には、結合部試験ツールを有する。それは、剪断試験ツール、押圧試験ツール、または、引張試験ツールであり、試験対象の結合部に対して位置決めされ得て、当該結合部または当該ツールのいずれかが、結合部を破壊するために必要とされる力を測定することによる試験実施のために移動される。
【０００６】
多くの場合において、結合部試験中に試験ツールと結合部との間に適用される力は、歪みゲージを用いて直接的に測定される。例えば、１または複数の水平ビーム、すなわち撓み部、上に引張ツールが取り付けられ得て、試験ツールと結合部との間に鉛直方向の引張力を適用して当該撓み部を撓ませ得る。歪みゲージを撓み部上に取り付けることによって、試験ツール上の力が測定され得る。但し、歪みゲージを撓み部上に取り付ける作業は、困難で高価なプロセスである。
【０００７】
常温式バンププル（Ｃｏｌｄ  Ｂｕｍｐ  Ｐｕｌｌ：ＣＢＰ）テストのような、所定のタイプの結合部試験は、鉛直方向の引張力を適用する前に結合部周りで閉じて結合部を把持するピンセット状の顎部を有する試験ツールを用いる。そのような試験では、各試験中に結合部に適用される閉鎖力／把持力の一貫性を保証して結合部材料の強度を評価するために、試験機の顎部上の閉鎖力を測定して制御することが望ましい。
【０００８】
試験ツールの顎部を閉鎖する現在の方法は、コレットを試験ツールに沿って移動させて閉鎖力を働かせて顎部を閉じるべく空気圧アクチュエータを用いる工程を備えている。コレット上の空気圧が、顎部に適用される閉鎖力を変更するべく、変化され得る。但し、当該方法は、ユーザに高い程度の（高精度の）制御を提供しない。当該方法は、顎部の分離を超える程度の制御をほとんど許容せず、顎部は、完全に開放された状態と、完全に閉鎖された状態と、のいずれかであり、試験ツールの顎部によって結合部に適用される力に関する何らのフィードバック情報も提供しない。
【０００９】
試験ツールの顎部を閉じる別の公知の方法が、ＸＹＺＴＥＣ（ＲＴＭ）コンドールシグマシリーズの結合部テスタによって採用されている。これは、試験ツールの両側に配置された一対の把持顎部を駆動して、当該試験ツールの顎部に閉鎖力を適用するために、電気モータを使用する。ＸＹＺＴＥＣ結合部テスタは、適用力が把持顎部上の歪みゲージを用いて直接的に測定される間において、電気モータを流れる電流を調整することによって試験ツールの閉鎖力を制御することを意図している。このような構成は、複雑であり且つ高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来技術におけるこれらの問題を克服して、改良された結合部試験装置、及び、結合部試験装置内の力の改良された測定方法、を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、添付の独立請求項に規定されている。本発明の好適な特徴または有利な特徴が、従属請求項に規定されている。
【００１２】
［結合試験装置］
第１の特徴において、本発明は、結合部試験の間に結合部に接触するように構成された試験ツールを有する試験ツールアセンブリを備えた結合部試験装置であり得る。当該結合部試験装置は、更に、試験ツールアセンブリに結合された撓み部と、センサと、を備える。前記センサは、前記撓み部への力の適用時に当該撓み部の第１端の当該撓み部の第２端に対する変位の測定値を提供するように構成されており、前記装置は、前記センサからの変位信号を受容し、当該変位信号を用いて前記撓み部の力を決定するように構成されたプロセッサを含んでいる。前記プロセッサは、前記撓み部の予め知られた剛性と共に前記変位信号を用いて前記撓み部の前記力を決定するように構成され得る。
【００１３】
撓み部の剛性が知られている場合、変位の測定値は、有利には、撓み部上の力の大きさを計算するために利用され得る。これは、特に、結合部試験中の力の測定にとって有用である。
【００１４】
［センサ］
センサは、好適には、撓み部の第２端に対して撓み部の第１端が変位する距離の測定値を提供するように構成された変位センサ、すなわち距離センサ、である。センサは、撓み部の第２端に対する撓み部の第１端の変位に対して、理想的には比例関係で変化する出力を提供する任意のセンサであり得る。
【００１５】
当該センサは、有利には、撓み部またはセンサ自身に適用される力を直接的には測定しない。従って、当該センサは、歪みゲージではない。歪みゲージとは異なって、当該センサは、変位の測定値を提供するように構成されており、力を直接的に測定するようには構成されていない。
【００１６】
好適には、当該センサは、撓み部への力の適用に応じて変形可能でない。特に好適には、当該センサは、それ自身撓み部に結合されていない。好適には、当該センサは、撓み部の第１端または第２端に対して移動可能であり得て、撓み部の他方の端に対して固定され得る。
【００１７】
力の直接の測定値でなくて変位の測定値を提供して、好適には撓み部への力の適用によって変形されないというセンサは、有利なことに、クリープ現象をほとんど示さない。これらのセンサは、従って、結合部試験中に力を測定するために従来利用されていた圧電抵抗歪みゲージよりも正確性を維持できる。撓み部に取り付けられた歪みゲージは、撓み部が撓む時に本来的に変形されて歪みを生じなければならないため、深刻な撓みの後では完全に回復できない場合があり得て、典型的には時間の経過に従ってクリープ現象を示すようになり、それらの出力が正確でなくなる。更に、歪みゲージが撓み部上の力を測定する場合、例えば接着剤によって、それ自身が撓み部に取り付けられなければならない。そのような接着剤は、歪みゲージの変形中に変形され得て、測定値のクリープ現象の有意な要因となり得る。
【００１８】
本発明において用いられるセンサは、好適には、撓み部に力が適用される時、結合部試験中に撓み部に適用されてセンサ自身には適用されない当該力を直接的に受けることがない。このことは、センサの寿命を増大させ、センサにおけるクリープ現象の可能性を低減する。更に、センサ自身が撓み部に結合されない場合、測定値のクリープ現象の要因となり得る接着剤を用いる必要がない。
【００１９】
センサは、好適には、撓み部の第２端に対する撓み部の第１端の変位に比例する出力信号を与えるように構成されている。好適には、センサは、撓み部の変位に正比例する出力信号を与えるように構成されている。
【００２０】
結合部試験装置は、センサからの信号、すなわち変位信号、を受容して、当該信号と既知の撓み部の剛性とに基づいて撓み部上の力を決定するように構成されたプロセッサまたはコントローラを備える。プロセッサは、有利には、撓み部上の計算された力に基づいて装置を制御するようにプログラムされ得て、センサは、プロセッサにフィードバックを提供し得て、それに基づいてプロセッサが装置を制御し得る。
【００２１】
使用前に、撓み部の剛性は、較正手順によって見出され得る。較正手順においては、撓み部が既知の力で負荷をかけられ、撓み部の第２端に対する撓み部の第１端の変位が測定される。
【００２２】
撓み部に適用される力によって歪みゲージ自身が変形されて適用力の直接的な測定値を提供する場合、歪みゲージを用いる装置は、撓み部の剛性に基づいて変位の測定値を力に変換することはない。従って、歪みゲージを用いて撓み部上の力を測定する装置は、センサからの変位信号を受容して当該変位信号と既知の撓み部の剛性とに基づいて撓み部上の力を決定するように構成されたプロセッサを有していない。
【００２３】
好適には、センサは、当該センサ自身と別個の検出可能部材との間の変位を検出するように構成され得る。センサは、撓み部の第１端に対して固定され得て、撓み部の第２端に対して固定される検出可能部材に対して、移動可能であり得る。あるいは、センサは、撓み部の第２端に対して固定され得て、撓み部の第１端に対して固定される検出可能部材に対して、移動可能であり得る。従って、センサと検出可能部材との間の変位を検出することによって、センサは、撓み部の第２端に対する撓み部の第１端の変位の測定値を提供し得る。
【００２４】
例えば、検出可能部材は、磁石であり得て、センサは、磁界を検出するように構成され得る。あるいは、検出可能部材は、金属部材であり得て、センサは、電界の変化を検出するように構成され得る。あるいは、検出可能部材は、スロットが設けられたフォトインタラプタであり得て、センサは、透過光の変化を検出するように構成され得る。
【００２５】
好適には、センサは、対応する検出可能部材の相対変位に比例する出力を提供するように構成された任意のセンサであり得る。
【００２６】
この構成は、有利なことに、正確で再現性のある変位の測定値を提供しながらも、較正及びメンテナンスがシンプルであり得る。例えば、センサ及び検出可能部材の一方が撓み部の第１端に取り付けられ得て、センサ及び検出可能部材の他方が撓み部の第２端に固定された装置の一部の近傍に取り付けられる。センサは、相対的な変位の範囲に亘って較正され得る。この較正は、圧電抵抗歪みゲージよりもセットアップが簡単である。なぜなら、歪みゲージを機能させるためには、それらは、正確な出力レベルを提供する位置で、撓み部に正確に結合される必要があるからである。
【００２７】
結合部試験装置は、磁石部を更に備え得て、センサは、磁界の変化を検出するように構成され得る。磁石部は、磁化された任意の物品または装置の一部であり得るが、好適には固定極の直径磁石（ｆｉｘｅｄ  ｐｏｌｅ  ｄｉａｍｅｔｒｉｃ  ｍａｇｎｅｔ）、特に好適には直径方向磁化ディスク磁石（ｄｉａｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ  ｍａｇｎｅｔｉｓｅｄ  ｄｉｓｋ  ｍａｇｎｅｔ）である。磁石部またはセンサのいずれか一方が、撓み部の第１端に固定され得て、あるいは撓み部の第１端に対して相対的に固定され得て、磁石部またはセンサの他方が、撓み部の第２端に対して相対的に固定され得て、撓み部の第２端に対する第１端の変位が磁石部をセンサに対して移動させて、センサにおいて経験される磁界の変化をもたらす。センサは、従って、変位センサと称され得る。センサにおける磁界の変化は、有利には、撓み部の変位に比例し得る。
【００２８】
特に好適な実施形態では、センサは、共に結合された２以上のセンサを有し得る。そのような結合されたセンサの配置は、有利には、出力信号の大きさを増大させ得て、装置の感度を増大させる。結合されたセンサは、好適には、何らの力も撓み部に適用されない時に、撓み部の第１端、すなわち選択的には磁石が、２つのセンサの間に位置決めされる、というように構成され得る。撓み部への力の適用時、撓み部の第１端、すなわち選択的には磁石は、結合されたセンサに対して変位する。センサの測定値の範囲は、撓み部の第１端の移動方向に沿って間隔を空けた２以上のセンサまたは２以上の磁石を提供することによって、増大され得る。
【００２９】
［ホール効果センサ］
好適な実施形態では、センサは、磁界の変化に応じてポテンシャル差（電圧）信号を出力するように構成されたホール効果センサである。ホール効果センサは、有利には磁石の近傍に位置決めされて、当該センサが当該磁石の磁界を検出する。センサに対する磁石の変位は、センサにおける磁界の変化をもたらし、磁石の変位に正比例するポテンシャル差をセンサにおいて生成する。磁石またはホール効果センサの一方が、撓み部の第１端に対して相対的に固定され得て、磁石またはホール効果センサの他方が、撓み部の第２端に対して相対的に固定され得る。ホール効果センサからの出力信号は、センサに対する磁石の変位に比例して、ホール効果センサは、撓み部の第１端の変位の測定値を提供する。ホール効果センサは、従って、変位センサと称され得る。
【００３０】
ホール効果センサは、有利なことに、磁界の小さな変化に応じて、相対的に大きな線形出力を生成する。例えば、本発明における使用にとって好適なホール効果センサは、２ｍｍの磁石の相対変位に応じて、数ボルトの大きさの出力信号を提供し得る。これは、ホール効果センサが、その大きさが結合部テスタ内の力を測定するために典型的に利用されていた従来の歪みゲージの出力よりも有意に高い出力信号をもたらす、ことを意味する。ホール効果センサからの出力の大きさが大きいことは、処理のためにプロセッサに当該信号を供給する前に、センサからの出力信号を増幅する必要がないことを意味する。これは、歪みゲージを用いて力を測定するシステムよりも本発明の装置がより少ない電気的要素のみを要求し得て、測定される値へ導入され得る潜在的な誤差要因が少ない、ということを意味する。
【００３１】
一例として、撓み部に取り付けられる典型的な従来技術による箔歪みゲージは、１０Ｖの励起電圧を要求するブリッジ形態で構成され得て、完全な負荷時において０．０１２３Ｖの出力電圧を与え得る。本発明によるホール効果センサを用いる同様の撓み部は、完全な負荷時において約２．０Ｖの出力を与え得て、従って当該電圧を測定する前の増幅が不要である。ホール効果センサは、それらがクリープ現象に対する優れた抵抗を示すため、本発明における変位の測定に利用する上で特に有利であり得る。
【００３２】
好適な実施形態によれば、本発明は、結合部試験の間に結合部に接触するように構成された試験ツールを有する試験ツールアセンブリを備えた結合部試験装置であり得る。当該結合部試験装置は、更に、試験ツールアセンブリに結合された撓み部と、磁石と、ホール効果センサと、を備える。磁石とセンサとの内の一方が、撓み部の第１端に対して相対的に固定され、磁石とセンサとの内の他方が、撓み部の第２端に対して相対的に固定され、ホール効果センサは、撓み部への力の適用時に撓み部の第１端が撓み部の第２端に対して変位する時の磁界の変化を検出するように構成されている。結合部試験装置は、好適には、ホール効果センサからの信号を受容し、当該信号と既知の撓み部の剛性とに基づいて撓み部上の力を計算するように構成されたプロセッサを含んでいる。
【００３３】
［可能性あるセンサ］
ホール効果センサの代わりに、あるいは、ホール効果センサに加えて、センサは、光学的変位センサであってもよい。例えば、センサは、スロットが設けられたフォトインタラプタ、飛行時間センサ（ＴｏＦセンサ）、あるいは、光学的三角測量センサであってもよい。センサは、磁気抵抗センサ、巨大磁気抵抗センサ、または、静電容量センサであってもよい。
【００３４】
［撓み部］
好適には、本発明装置は、１より多い撓み部を備えていて、それらの撓み部の第１端同士が、互いに結合されて、それらの撓み部の第１端同士は、力の適用時に、同じ距離だけ変位する。撓み部は、当該技術分野で知られているような、折り畳まれた形態のビームによる撓み部、蛇行した撓み部、あるいは、直線状の（折り畳まれていない）撓み部、であり得る。特に好適には、本発明装置は、当該撓み部の第１端同士が第２端同士に対して直線状の軸線に沿ってのみ移動可能であるように構成された２以上の撓み部を有する。例えば、本発明装置は、鉛直面内において互いに上下に配置された同じ長さの一対の撓み部を備え得て、当該撓み部の第１端同士が共に結合されて鉛直軸線に沿ってのみ移動可能であり得る。そのような形態は、撓み部の横方向変位を排除ないし低減し得て、撓み部の第１端同士が常に直線状に変位することを保証し、センサは、単一軸に沿って移動を測定するように構成され得る。
【００３５】
撓み部は、試験ツールが当該撓み部の一端に固定される、というように構成され得て、試験ツールと試験対象の結合部との間の試験力の適用が、当該撓み部を撓ませ得る。そのような構成では、センサは、試験ツールと結合部との間の試験力の大きさを決定するために利用され得る。あるいは、撓み部は、引張試験ツールの顎部上の閉鎖力のような異なる力に応じて撓むように構成された撓み部であり得る。この構成では、センサは、顎部上の閉鎖力の大きさを決定するために利用され得る。
【００３６】
［試験ツール］
試験ツールは、撓み部の第１端に固定され得て、結合部による試験ツールへの試験力の適用が、撓み部の第１端の所定方向の変位を引き起こす。センサは、好適には、当該変位の大きさを提供するように構成され、撓み部の第１端の変位と撓み部の既知の剛性とを用いて、撓み部上の力、すなわち試験力が計算され得る。
【００３７】
試験ツールは、特定のタイプの結合部試験に使用するように構成され得る。例えば、試験ツールは、結合部を把持するように構成されたピンセット状の顎部を有する常温式バンププル（Ｃｏｌｄ  Ｂｕｍｐ  Ｐｕｌｌ：ＣＢＰ）試験ツールであり得る。当該試験ツールは、結合部に剪断力を適用するように構成された剪断試験ツールであってもよい。あるいは、当該試験ツールは、押圧試験ツールであってもよい。当該試験ツールは、有利には、熱伝達性材料から製造され、好適には、高い熱伝導率を有する材料から製造される。特に好適には、試験ツールは、金属から形成される。
【００３８】
試験ツールは、結合部試験の間に結合部に接触するように構成された試験ツールチップを有する。
【００３９】
［駆動機構］
好適な実施形態では、本発明の結合部試験装置は、結合部試験の間に試験ツールの顎部によって結合部に適用される閉鎖力、すなわち把持力、を測定するように構成され得る。
【００４０】
試験ツールは、対向する顎部を有し得て、試験ツールアセンブリは、閉鎖部材と、当該閉鎖部材に駆動力を適用するように構成された駆動機構と、を有し得て、閉鎖部材は顎部に閉鎖力を適用し得る。適用される閉鎖力が不在である場合、対向する顎部は、好適には、互いから間隔を空けた開放位置に戻る。閉鎖部材は、好適には、駆動機構からの駆動力を試験ツールの顎部の閉鎖力に変換するように構成されている。使用中、顎部への閉鎖力の適用は、顎部を強制的に近づけさせ、顎部はその間に位置決めされた結合部と接触してこれを把持する。
【００４１】
好適には、駆動機構は、駆動力を閉鎖部材に適用する間に当該駆動機構によって移動される距離を測定するように構成された駆動機構距離センサを有する。駆動機構距離センサは、エンコーダであり得て、例えば、駆動機構が所定の直線方向または角度方向にどの程度移動したかを測定するように構成されたロータリエンコーダやリニアエンコーダであり得る。
【００４２】
好適には、結合部試験装置は、試験ツールの顎部間の分離ないし距離を測定するように構成されている。結合部試験装置は、ロータリエンコーダやリニアエンコーダのような駆動機構距離センサを用いて試験ツールの顎部間の分離を測定するように構成され得る。試験ツールの顎部間の分離を測定することは、有利なことに、特定の結合部試験動作のために顎部が所定の分離状態に開放されることを許容し得る。例えば、顎部は、既知の方法によって当該顎部の内側を清掃することを許容する所定の清掃用分離状態に開放可能であり得る。顎部は、所定の試験前分離状態に開放可能であってもよい。当該試験前分離状態とは、試験対象の結合部のサイズよりも大きく、試験対象の結合部の周囲に顎部を位置決めする前の状態である。顎部の分離を測定することは、従って有利なことに、動作中の試験ツールのより正確な位置決めを許容し得る。
【００４３】
駆動機構は、好適には、試験ツールの顎部が結合部を把持する時、駆動力の適用が撓み部の第２端に対して第１端を変位させる、というように構成される。好適には、駆動機構及び／または閉鎖部材は、顎部が結合部に接触するまで、駆動力の閉鎖部材への適用が撓み部を変位させない、というように構成される。試験ツールの顎部が結合部に接触すると、更なる駆動力（閉鎖力）の適用は、結合部材料からの抵抗に会って、結合部が顎部に反力を与える。当該反力の大きさは、有利には、顎部によって結合部に作用される閉鎖力の大きさに正比例し得る。この反力は、試験ツールから閉鎖部材を介して駆動機構にまで伝達される。駆動機構は、好適には、この反力によって顎部の閉鎖力に比例する距離だけ撓み部の第１端が第２端に対して変位する、というように構成される。
【００４４】
好適な実施形態では、駆動機構は、撓み部の第１端に取り付けられており、撓み部の第１端は、試験ツールに対して移動可能である。試験ツールの位置は、使用中、撓み部の第２端に対して固定され得る。好適には、駆動機構は、試験ツールの顎部が結合部を把持する時、駆動力の適用が、駆動機構に作用して撓み部の第１端を第２端に対して変位させる反力を生成する、というように構成される。この配置において、反力の大きさは、顎部によって結合部に作用される閉鎖力の大きさに比例し、撓み部上の力は、当該反力に比例する。撓み部上の力を測定することは、従って、顎部によって結合部に作用される閉鎖力の測定値を提供する。
【００４５】
装置内の摩擦力の作用は、有利には、低摩擦材料及び／または潤滑剤を用いることによって最小化され得る。摩擦力は、較正によって補償され得る。
【００４６】
駆動機構は、好適には、電気モータである。それは、ギヤ付き電気モータであり得る。駆動機構は、好適には、リードネジとナットとを更に有する。ナットは、リードネジ上に取り付けられ得て、好適には、それが回転できないように構成される。モータは、リードネジを回転するように構成され得て、モータによるリードネジの回転時に、ナットはリードネジに対して移動可能である。駆動機構は、好適には、リードネジに対するナットの移動が駆動力を閉鎖部材に適用する、というように構成される。
【００４７】
好適な実施形態では、駆動機構は、レバーを更に有し、ナットはレバーの第１端と移動可能に係合され、レバーは回動点回りに回動可能である。レバーの利用は、駆動機構からの力を増幅し、十分な駆動力を提供するために選択的にパワーのより小さい駆動機構、例えばより小型のモータ、の使用を許容し得る。駆動機構は、レバーの第１端に力を適用し得て、回動点の両側のレバーの長さの比の結果として、それは第２端におけるより大きな力に帰結する。
【００４８】
好適には、駆動機構は、使用中、リードネジに沿ったナットの移動がレバーの第１端を移動させて、レバーがその回転点回りに回動する、というように構成される。
【００４９】
好適には、レバーは、その第１端と反対側の第２端回りに回動可能であり得る。
【００５０】
好適には、レバーは、閉鎖部材に当接するように配置されたカム機構を有し、当該カム機構は、第２端回りのレバーの回動によってカムが閉鎖部材に駆動力を適用する、というように構成されている。レバー及びカムの使用は、有利なことに、駆動力及び／または閉鎖部材を介して駆動機構に戻るように伝達される反力の大きさを増幅し得て、駆動機構の小さな行程がより大きな駆動力を閉鎖部材に適用可能であり、及び、反力が撓み部のより大きな変位を引き起こしてより高い精度で測定可能である。
【００５１】
駆動機構がモータを有している場合、駆動機構距離センサは、駆動力の適用中にモータが移動する距離を測定するように構成されたエンコーダであり得る。例えば、エンコーダは、モータまたはリードネジによって実施される回転数を計数可能である。
【００５２】
好適には、リードネジは、ファインピッチを有するネジ部を有しており、リードネジに沿って所与の直線距離だけナットが移動するために、比較的高い回転数が要求される。これは、有利なことに、ナットの高分解能の直線起動を許容し、エンコーダはナットの直線移動について高いエンコーダ数値を測定する。これは、好適にはギヤ付きモータ及びレバーカムと組み合わされて、モータのパワー要求を低減し、カム面に高い駆動力を適用する間に駆動機構によって移動される距離の正確な測定を許容する。
【００５３】
［閉鎖部材］
閉鎖部材は、試験ツールの顎部の少なくとも一部を取り囲むように配置されたスリーブないしコレットを有し得る。スリーブは、試験ツールに対して軸方向に移動可能、すなわち、試験ツールの軸線に沿って移動可能であり得る。スリーブは、好適には、使用中、顎部に対する当該スリーブの移動が顎部に閉鎖力を適用する、というように顎部と係合するように構成される。
【００５４】
好適な実施形態では、顎部の各々の外面が顎部の先端に向かって幅広になっており、スリーブの一部は、その直径が開放形態の顎部の外面の直径よりも小さい、といいうように構成される。これにより、顎部の先端に向かうスリーブの相対移動が、顎部を共に押し付けて近づける閉鎖力を適用する。好適には、スリーブは、顎部の先端から離れる方向に付勢されていて、駆動機構が、スリーブを顎部の先端に向けて移動する方向に駆動力を適用するように構成されている。この文脈において、「先端」とは、試験中に結合部と係合する顎部の端部を意味する。もっとも、顎部の先端から離れるスリーブの移動が顎部を共に近づける、というように機構を設計することも可能である。
【００５５】
特に好適には、スリーブは、低摩擦材料から形成され、スリーブと顎部と間の摩擦力が、使用中、顎部への閉鎖力より、少なくとも１０倍、あるいは１５倍、あるいは２０倍、小さい。このことは、摩擦に起因する損失が極端に低いか無視できる状態で、スリーブが駆動力を閉鎖力として顎部に伝達することを許容し、顎部によって結合部に作用される閉鎖力が正確に測定されることを保証する。
【００５６】
特に好適な実施形態では、スリーブは、顎部の一部の周りに同心に配置されたセラミック製のカラーであり、使用中、当該セラミック製のカラーは顎部に接触して顎部を共に押し付けて近づける。セラミック製のカラーは、有利なことに、スリーブと試験ツールの顎部との間の低摩擦接触面を提供する。
【００５７】
本発明において顎部の少なくとも一部を取り囲むように配置されたスリーブの使用、選択的にはセラミック製のカラーの使用は、有利なことに、顎部に適用される閉鎖力の同心性を改善し得る。本発明のスリーブは、同じ力が各試験ツールの顎部に均等に適用されるように、閉鎖力を分散させることを助ける。これは、特に、典型的には直径が２０〜８００ミクロンのサイズ範囲である、はんだバンプを把持する時に有利である。なぜなら、当該スケールでの同心性の欠如は、信頼性のない試験結果をもたらし得るからである。
【００５８】
好適には、閉鎖部材及び／または試験ツールは、試験ツールの顎部が幾つかの段階で閉鎖することを制御可能であるように、構成され得る。例えば、第１形態において、試験ツールの顎部は完全に開放され得て、顎部の内部が点検及び清掃され得る。第２形態において、顎部の分離が試験対象の結合部の直径よりも丁度大きいというように閉鎖部材が顎部を閉鎖し得て、顎部は試験対象の基板上の他の結合部と接触することなく結合部上に載置され得る。第３形態において、閉鎖部材は試験ツールの顎部を閉鎖して、それらが結合部を把持して結合部に閉鎖力を作用させる。装置が第３形態にある時、前述のように更なる駆動力の適用が反力を生成し、当該反力が撓み部の第１端の変位をもたらし、当該変位がセンサによって測定される。試験ツールの顎部によって結合部に作用される閉鎖力を計算するために、センサからの信号が、撓み部の既知の剛性と共に利用され得る。
【００５９】
［第２撓み部］
好適な実施形態では、試験ツールアセンブリ、第１センサ、及び、第１撓み部が、第２撓み部の第１端に取り付けられている。第２撓み部の第１端は、第２撓み部の第２端に対して移動可能であり、当該装置は、更に、第２センサを有しており、当該第２センサは、結合部による試験ツールへの試験力の適用時に第２撓み部の第１端の第２撓み部の第２端に対する変位を測定するように構成されている。
【００６０】
試験ツールアセンブリ、センサ及び撓み部は、試験ツールの顎部によって結合部上に作用される閉鎖力を測定するように構成され得る。
【００６１】
好適には、前述のように、試験ツールアセンブリ、第１センサ、及び、第１撓み部が、試験ツールの顎部によって結合部に作用される閉鎖力を測定するように構成される。換言すれば、試験ツールアセンブリが、前述のような閉鎖部材と駆動機構とを有し得て、第２撓み部上の力とは独立に閉鎖力を測定するように構成され得る。
【００６２】
特に好適には、試験ツールは、第２撓み部の第１端に対して相対的に固定され、結合部による試験ツールへの試験力の適用が、第２撓み部の第１端の変位を引き起こす。第２センサと既知の第２撓み部の剛性とを用いて、前述のように、試験ツール上の試験力が計算され得る。
【００６３】
この構成を用いることで、有利なことに、試験ツールの顎部上の閉鎖力と試験ツール上の試験力との両方が測定され得る。使用中、結合部の上方に試験ツールを位置決めし、顎部が結合部上に閉鎖力を作用させるように駆動機構を作動させて第１撓み部の変位を引き起こす反力を生成し、第１撓み部の変位を測定し、第１撓み部の既知の剛性を用いて顎部間の閉鎖力を計算する、という工程によって、閉鎖力が最初に測定され得る。
次いで、試験力が試験ツールと結合部との間に適用され、第２撓み部の第１端が変位する。第２センサが第２撓み部の変位の測定値を提供し、第２撓み部上の試験力が、第２撓み部の既知の剛性を用いて計算され得る。
【００６４】
［光案内部］
結合部試験の実施の際、正確な事前位置決め（整列）と試験のセットアップ、試験中のビデオ録画及び試験の視覚的検査、並びに、試験完了後の結合部及び試験ツールの引き続いての視覚的検査、を許容するために、試験対象の結合部を十分な光で照明することが必要である。
【００６５】
結合部試験機械は、典型的には、光の茎（ｓｔａｌｋ）が適用されている。それは、光を伴う（透過する）柔軟な茎部材であり、自由端で適合している。これらは、結合部試験機械に固定されており、試験片を照明するべく所定位置内に操作され得る。しかしながら、この態様で証明を提供することは、幾つかの問題を生じる。光の茎は、かさばるため（ｂｕｌｋｙ）、結合部試験機械の他の要素と干渉し得る。光源の位置は、不可避的に、影及び一定でない照明領域が存在することを意味する。光の茎は、不所望に（ａｃｃｉｄｅｎｔａｌｌｙ）移動され得るため、頻繁な再調整を要求し得る。光源が離れた位置にある場合、微小試験片と共に利用される照明を最適化することができない。微小試験片は、より一般的になりつつある。この文脈において、微小とは、２０〜１００μｍ（ミクロン）の範囲を意味する。
【００６６】
好適には、結合部試験装置は、試験ツールに対して相対的に固定された１または複数の光源を備えており、前記１または複数の光源からの光を前記試験ツールチップに向けるように構成されている。
【００６７】
１または複数の光源は、少なくとも１つの強度可変の光源を有していてもよい。
【００６８】
好適な実施形態では、１または複数の光源は、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を有している。１または複数の光源は、試験ツールの周囲に配置され光案内部内へと発光するよう構成された複数のＬＥＤを含み得る。
【００６９】
特に好適には、本発明装置は、試験ツールに対して相対的に固定されて１または複数の光源からの光を試験ツールチップに向けるように構成された光案内部を備える。
【００７０】
試験ツールチップを照明するための光案内部の使用は、本発明による結合部試験装置にとって、特に微小の試験片を試験する際、特に有利であり得る。光案内部は、また、“顎部を有する”試験ツールを用いる場合に特に有利であり得る。例えば、ＣＢＰ試験は、試験対象の結合部周りに正確に位置決めされなければならない一対の顎部を有する試験ツールを用いるため、光案内部は、有利に、試験ツールチップと試験対象の結合部とを照明可能である。これは、試験前に試験ツールを正確に位置決めすることをより容易にする。
【００７１】
光案内部は、当該光案内部内の光の全内反射によって、前記１または複数の光源からの光を前記試験ツールチップに案内し得る。光は、光案内部の固体状の半透明ないし透明の材料を通過し得る。代替的に、あるいは追加的に、光案内部は、中空であり得て、光は光案内部の内部反射面から反射し得る。有利には、光案内部は、１または複数の離れた光源からの光を試験ツールチップの周囲の小領域へと効率良く案内する。これは、低電力の光源が利用されることを許容し、また、影無しの照明を提供し得る。
【００７２】
光案内部は、試験ツールチップ上に光を焦点合わせするように構成され得る。光案内部は、試験ツールチップの周囲の所定領域を照明するように構成されたレンズを有し得る。光案内部は、試験ツールチップに向けて先細状（テーパ状）であり得る。光案内部の先細状部分は、試験ツールチップに向けて光を案内するように構成され得る。実施される試験のタイプと照明が望まれる領域とに依存して、異なる照明パターンを提供するべく異なる光源が利用され得る。光源は、光の可変の焦点合わせを提供するべく、互いに対して移動可能な２以上の部分を有し得る。
【００７３】
光案内部は、試験ツールの周囲に適合するように構成された管状体を有し得て、光案内部は、当該光案内部の基端から当該光案内部の先端まで光を案内するように構成され得る。特に、光案内部は、試験ツールの少なくとも一部を取り囲み得る。試験ツールは、光案内部内に適合し得る。光案内部は、試験ツールの周囲で最小空間を占めるように、試験ツールの周囲に緊密に適合するように成形され得る。光案内部は、試験ツールの形状に合致するように成形され得る。光案内部は、試験ツールの周囲を完全に取り囲み得る。これは、試験ツールチップが強い影をもたらすこと無しで、当該試験ツールチップの周囲の照明を許容する。
【００７４】
結合部試験装置は、光案内部の基端における対応構造と機械的にインターロックするように構成されたインターロック構造を更に備え得る。
【００７５】
好適な実施形態では、試験ツールアセンブリは、ロードセルカートリッジと称され得るカートリッジ内に提供され得る。カートリッジは、ハウジングを有し得て、試験ツールは、カートリッジハウジングに固定されて、そこから延在している。カートリッジは、有利には、結合部試験装置に取り付け可能な取り外し可能カートリッジであり得て、結合部試験装置から電力を受容するように構成され、また、結合部試験装置と信号を交換するように構成され得る。
【００７６】
光案内部は、カートリッジに固定されることによって、間接的に試験ツールに固定され得る。光案内部は、カートリッジに恒久的に固定され得るが、有利には、カートリッジに対して取り外し可能に固定可能である。好適には、光案内部は、機械式インターロックによってカートリッジに固定される。例えば、光案内部は、バヨネット適合を用いたり、螺合接続を用いたりして、カートリッジに固定され得る。あるいは、光案内部は、ネジ、ボルトまたはリベット等の機械的固定具を用いて、ロードセルカートリッジに固定され得る。
【００７７】
代替的に、あるいは追加的に、光案内部は、試験ツールに直接的に固定され得る。光案内部は、試験ツールに、恒久的にも取り外し可能にも固定され得る。光案内部は、機械式インターロックによって試験ツールに固定され得る。例えば、光案内部は、バヨネット適合を用いたり、螺合接続を用いたりして、試験ツールに固定され得る。あるいは、光案内部は、ネジ、ボルトまたはリベット等の機械的固定具を用いて、試験ツールに固定され得る。
【００７８】
有利には、光案内部は、工具無しでカートリッジまたは試験ツールから手動で取り外され得る。好適な実施形態では、光案内部は、カートリッジに対して捻られ得て、手動で取り外し可能である。
【００７９】
光案内部は、成型プラスチック材料から形成され得る。有利には、光案内部は、光学用プラスチック材料から形成される。例えば、光案内部は、アクリルから形成され得る。光案内部の１または複数の表面は、高反射面を提供するべく、研磨され得る。代替的に、あるいは追加的に、光案内部の１または複数の表面は、高反射コーティングを有し得る。これは、光案内部からの光の不所望の漏洩を低減し得る。有利には、それを通って光が光案内部を出て試験ツールチップに向かう光案内部の出口面が、研磨され得る。これは、光の不所望の散乱を低減する。
【００８０】
１または複数の光源は、試験ツールに直接的または間接的に固定され得る。好適な実施形態では、１または複数の光源は、試験ツールが固定されているカートリッジに固定される。１または複数の光源は、複数の異なる光源を有し得る。例えば、複数の光源は、異なる色または強度の光源を含み得る。１または複数の光源は、複数の同一の光源を有していてもよい。
【００８１】
［結合部試験装置のためのカートリッジ］
第２の特徴によれば、本発明は、結合部試験装置のためのカートリッジを提供し得る。好適には、当該カートリッジは、本発明の第１の特徴による試験ツールアセンブリを含んでいる。当該カートリッジは、有利には、結合部試験装置に取り付け可能な取り外し可能カートリッジであり得て、結合部試験装置から電力を受容するように構成され、また、結合部試験装置と信号を交換するように構成され得る。
【００８２】
当該カートリッジは、好適には、結合部試験の間に結合部に接触するように構成された試験ツールを有する試験ツールアセンブリを備えている。
当該カートリッジは、更に、試験ツールアセンブリに結合された撓み部と、センサと、を備えている。センサは、撓み部への力の適用時に撓み部の第１端の当該撓み部の第２端に対する変位の測定値を提供するように構成されている。
【００８３】
当該カートリッジは、試験ツールに対して相対的に固定された１または複数の光源と、当該１または複数の光源からの光を試験ツールチップに向けるように構成され試験ツールに対して相対的に固定された光案内部と、を更に備え得る。
【００８４】
カートリッジ及び光案内部の更なる特徴は、本発明の第１の特徴に関して前述された通りであり得る。
【００８５】
本発明の第１の特徴の試験ツールアセンブリと、試験ツールチップを照明するように構成された光案内部と、を有するカートリッジを提供することは、当該カートリッジを例えば２０〜１００μｍの小径の結合部を試験するために特に好適とすることができる。
本発明は、試験ツールの顎部の分離の改良された制御と、試験ツールチップの改良された照明と、を提供し得るので、カートリッジは小さな結合部の試験のために正確に制御可能である。
【００８６】
［力を測定する方法］
第３の特徴によれば、本発明は、結合部試験装置内の力を測定する方法を提供し得る。本方法は、第２端に対して移動可能な第１端を有する撓み部を提供する工程と、変位センサを提供する工程と、を備える。本方法は、更に、撓み部の第１端に力を適用する工程と、変位センサを用いて撓み部の第２端に対する撓み部の第１端の変位を測定する工程と、を備える。本方法は、更に、測定された変位を用いて撓み部上の前記力を決定する工程を備える。本方法は、更に、測定された変位と撓み部の既知の剛性とに基づいて撓み部上の力を計算する工程を備え得る。
【００８７】
好適には、撓み部、センサ及び結合部試験装置は、本発明の第１の特徴に関して前述された通りである。
【００８８】
撓み部上の力を計算する工程は、有利には、プロセッサまたはコントローラによって実施され得る。
【００８９】
本方法は、撓み部に既知の力を適用して撓み部の剛性を決定する工程と、撓み部の第２端に対する撓み部の第１端の変位を測定する工程と、を更に備え得る。
【００９０】
［閉鎖力を測定する方法］
第４の特徴によれば、本発明は、結合部試験ツールの顎部の閉鎖力または閉鎖位置を測定する方法を提供し得る。本方法は、第２端に対して移動可能な第１端を有する撓み部を提供する工程と、変位センサを提供する工程と、前記撓み部の前記第１端に取り付けられた駆動機構を提供する工程と、を備える。本方法は、更に、結合部周りに前記試験ツールの顎部を位置決めする工程と、前記駆動機構を用いて前記試験ツールの顎部に閉鎖力を適用し、その結果、前記結合部が前記顎部を介して前記駆動機構へ伝達される反力を適用する工程と、を備える。駆動機構が撓み部の第１端に取り付けられているので、当該反力は、撓み部の第２端に対する撓み部の第１端の変位を生じさせる。
【００９１】
本方法は、更に、変位センサを用いて撓み部の第２端に対する撓み部の第１端の変位を測定する工程と、測定された変位を用いて撓み部上の力を決定する工程と、を備える。
【００９２】
本方法は、変位と撓み部の既知の剛性とに基づいて撓み部上の力を計算する工程を備え得る。
【００９３】
顎部に閉鎖力を適用する工程は、まず顎部が結合部と接触するように閉鎖力を適用する工程と、顎部が結合部と接触した後で結合部が顎部を介して駆動機構に伝達される反力を適用するように駆動機構を用いて顎部に更なる閉鎖力を適用する工程と、を有し得る。
【００９４】
本方法は、結合部試験を実施する方法であり得るし、結合部試験を実施する方法の一部であり得る。
【００９５】
好適には、結合部試験ツール、撓み部、変位センサ及び駆動機構は、本発明の第１の特徴に関して前述された通りである。
【００９６】
本方法は、撓み部に既知の力を適用して撓み部の剛性を決定する工程と、撓み部の第２端に対する撓み部の第１端の変位を測定する工程と、を更に備え得る。
【００９７】
撓み部上の力を計算する工程は、有利には、プロセッサまたはコントローラによって実施され得る。特に好適には、コントローラは、撓み部上の計算された力に基づいて駆動機構を制御するようにプログラムされ得る。例えば、コントローラは、撓み部上の所定の力が測定されるまで閉鎖力を適用するように駆動機構を制御し得る。
【００９８】
好適には、本方法は、駆動機構距離センサを用いて顎部の分離を測定する工程を更に備え得る。第１の特徴に関して前述された通り、駆動機構距離センサは、駆動機構によって移動された直線方向または角度方向の距離を測定するように構成された、リニアエンコーダまたはロータリエンコーダであり得る。
【００９９】
好適な実施形態では、本方法は、試験ツールの顎部に所定の閉鎖力を適用するように駆動機構を制御して、その後に顎部の分離を測定する工程を更に備え得る。換言すれば、撓み部の第１端が所定距離だけ変位するまで試験ツールの顎部に閉鎖力が適用され得て、その時点で顎部の分離が駆動機構距離センサによって測定される。
【０１００】
あるいは、本方法は、顎部が所定の分離状態に到達するまで閉鎖力を適用するように駆動機構を制御して、その後に撓み部上の力を測定して試験ツールによって結合部に作用されている閉鎖力を計算する工程を更に備え得る。これは、結合部が形成されている材料の特性を評価する有用な方法を提供し得る。例えば、予想より小さい閉鎖力が作用して所定の分離状態に顎部が閉鎖される場合、そのことは、結合部が予想よりも小さいか、結合部材料が予想より弱い及び／または低密度である、ということを示し得る。
【０１０１】
本方法は、試験ツールチップ上に光を案内するために試験ツールに対して固定された光源を用いる工程を更に備え得る。好適には、本方法は、試験対象の結合部周りに顎部を位置決めしている間に一対の顎部を有する試験ツールチップ上に光を案内する工程を更に備え得る。
【０１０２】
本発明のある特徴に関して説明された特徴（特徴的構成）は、本発明の別の特徴にも等しく適用され得る。特に、本発明の第１の特徴に関連して説明された特徴は、本発明の第２の特徴にも適用可能であるし、本発明の第３及び第４の特徴に関連して説明された特徴は、互いに対して適用可能である。
【０１０３】
本発明の実施形態が、添付の図面を参照しながら、単に例示的に、詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１Ａ】本発明に関して利用され得る結合部試験装置の概略正面図である。
【図１Ｂ】結合部試験装置の試験ツールカートリッジのツール取り付けブラケットによって支持された試験ツールを示す断面図である。
【図１Ｃ】ツール取り付けブラケットにクランプされた試験ツールを示す斜視図である。
【図１Ｄ】抗バックラッシュシリンダを含む、結合部試験装置の試験ツール取り付け駆動部の斜視図である。
【図１Ｅ】結合部試験装置の試験ツールカートリッジの斜視図である。
【図１Ｆ】結合部試験装置の斜視図である。
【図２】本発明の好適な一実施形態による結合部試験装置の主要な要素を示す概略概略図である。
【図３】使用中における、図２の結合部試験装置によって適用される力を示す概略図である。
【図４】使用中における、図２の結合部試験装置によって経験される反力を示す概略図である。
【図５】使用中における、図２乃至図４の結合部試験装置によって適用される力を示すグラフである。
【図６Ａ】本発明の好適な第１実施形態によるシングルホール効果センサの斜視図である。
【図６Ｂ】本発明の好適な第２実施形態によるデュアルホール効果センサの斜視図である。
【図６Ｃ】図６Ａ及び図６Ｂのホール効果センサからの例示的な出力信号を示すグラフである。
【図７】本発明の好適な一実施形態による結合部試験装置の一部の斜視図である。
【図８Ａ】本発明の一特徴によるカートリッジの下側斜視図である。光案内部が取り外されている。
【図８Ｂ】本発明の一特徴によるカートリッジの下側斜視図である。光案内部が取り付けられている。
【図９Ａ】図８Ｂの光案内部の断面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの光案内部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０５】
［結合部試験装置］
図１Ａは、本発明による結合部試験装置の概略図である。本装置は、試験ツールカートリッジ１１に取り付けられた試験ツール１０を備えている。試験ツールカートリッジ１１は、結合部試験装置１２の本体部に取り付けられている。試験ツールの下方において、結合部試験装置は、モータ駆動のステージテーブル１３を含んでいる。その上に、試験対象のサンプルないし基板１００が取り付けられ得る。
【０１０６】
カートリッジ１１に取り付けられる試験ツール１０は、剪断ツール、押圧ツールまたは引張ツールであり得て、様々な試験を実施するべく切り替えられ得る（交換され得る）。剪断ツールは、例えば、基板から結合部を切り離すように回路盤に水平方向に力を適用するために利用される。押圧ツールは、例えば、基板（基材）上の構成要素上に鉛直方向の圧縮力を適用するために利用される。これらのツールによって適用される力が測定される。引張ツールは、例えば、構成要素とサンプル回路基板との間に取り付けられた導線をフックするために利用される、当該ツールの底部のフックを有し得る。当該導線を基板から引き離すように鉛直方向の力がツールに適用され、当該導線を当該基板から引き離すために要求される力が測定される。好適な剪断ツールの一例が、米国特許第６０７８３８７号に開示されている。当該文献の内容は、当該引用によって本明細書に組み込まれる（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ  ｂｙ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）。好適な引張ツールの一例が、米国特許第６３１０９７１号に開示されている。当該文献の内容も、当該引用によって本明細書に組み込まれる（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ  ｂｙ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）。
【０１０７】
図１Ｂ乃至図１Ｅに示されるように、試験ツール１０は、典型的には、カートリッジ１１の一端にネジ７３によって固定された、カンチレバーアーム７２、７４を有するツール取り付けブラケット７０によって、カートリッジ１１に取り付けられている。アーム７２、７４の自由端が、クランプ７６を支持している。図１Ｃに示されるように、ツール１０は、クランプネジ７８によってクランプ７６内にクランプされている。もっとも、試験ツールをカートリッジ取り付け板に取り付けるための任意の好適な手段が、本発明に従うシステム内で利用され得る。
【０１０８】
図１Ｄは、カートリッジ取り付けプレート２１上の保持チャネル７１を示している。その中に試験ツールカートリッジ１１が摺動して、１または複数のネジ２２を用いて固定される。この設計は、ユーザが実施する試験のタイプにとって適当であるように、異なる試験ツールを有する異なる試験ツールカートリッジが結合部試験装置と共に利用されることを許容する。カートリッジ取り付けプレート２１は、カートリッジ１１のトランスデューサからＰＣへとデータを伝送するため、試験ツールカートリッジ１１上の電気コネクタと結合するデータポート２３を含んでいる。データは、例えば、基板からはんだボールを切り離す、あるいは、基板から導線を引き離す、ために必要とされる力を表すデータである。結合部試験装置のための交換可能な試験ツールカートリッジの設計は、従来技術においても周知である。例えば、２５ファラデイロード、ラバンスレーンインダストリアルエリア、アイルスベリー、バッキンガムシャー、英国のデージ・ホールディングズ・リミテッドから入手可能なデージ（Ｄａｇｅ）４０００多機能結合部試験機が参照される。
【０１０９】
カートリッジ１１は、ステージテーブル１３上の基材１００の表面に垂直なｚ方向に可動である。これは、試験ツール１０が鉛直方向に試験対象の基材１００に対して位置決めされることを許容する。これにより、試験ツールは、試験中、特定の結合部に接触可能である。基材１００の面に平行な方向での試験ツール１０とテーブル１３との間の相対的なｘ−ｙ移動が、典型的には、テーブル１３を移動することで達成される。ｘ及びｙ方向でのテーブル１３の移動は、例えば前述のデージ４０００多機能結合部試験機のような従来技術において周知である、送りネジ及びナット、ボールネジ及びナット、あるいは、好適なベルト駆動機構（不図示）等、を介して当該テーブル１３に結合された好適なサーボモータやステッパモータを用いて達成される。
【０１１０】
制御装置が、図１Ａ及び図１Ｆに示されている。それは、２つのジョイスティック制御部１４、１５を有しており、テーブル１３の制御動作を可能にしており、また、キーボード１６をも有している。ディスプレイ１７、試験中の基材１００を照明するためのライト１８、及び、試験ツール１０の正確な位置決めを助けるマイクロスコープも、図示されている。これらの特徴的構成も、例えば前述のデージ４０００多機能結合部試験機のような従来技術において周知である。
【０１１１】
図１Ｄは、取り付けプレート２１とその本体部２５への接続とを図示している。説明されているように、試験ツール（図１Ｄでは不図示）は、試験中の基材に対して近づく及び離れるように移動可能である必要がある。これは、試験ツール１０が取り付けられるカートリッジ取り付けプレート２１を、基材に対して近づく及び離れる方向に装置の本体部２５に対して移動することで達成される。当該方向は、ｚ軸方向ないし軸方向と呼ばれる。カートリッジ取り付けプレート２１は、ネジ７５を用いて移動ブロック２４に堅固に結合されている。移動ブロック２４は、ボールネジ（または送りネジ）及びナット及びナットブロック（不図示）を介して、本体部２５に結合されている。それらは、サーボモータまたはステッパモータ２６によって駆動される。
【０１１２】
バックラッシュの問題を除去するために、米国特許第９１７０１８９号に開示されたようなアンチ（抗）バックラッシュ機構が、含まれ得る。この機構は、図１Ｄに示されており、好適には、空気圧ピストン２７及びシリンダ２８を含む。
【０１１３】
［ホール効果センサを用いた結合部試験装置］
図２に概略的に図示されているように、第１実施形態の結合部試験装置２００は、一対の対向する顎部５０を有する引張試験ツール４０を用いて引張試験を実施するように構成されている。結合部試験装置は、２つの蛇行形状の撓み部８０の第１端に取り付けられたギヤ付きモータ６０を備えており、当該撓み部８０は互いに上下に配置されていて、鉛直軸線に沿ったモータの移動を許容している。撓み部８０の第２端は、表面９０に固定されていて、各撓み部８０の第１端はその固定の第２端に対して鉛直軸線に沿って移動可能である。モータ６０は、両方の撓み部８０上に取り付けられており、モータ６０の鉛直軸線に沿った移動が同じ距離だけ両方の撓み部８０の第１端を変位させる。
【０１１４】
直径ディスク磁石（ｄｉａｍｅｔｒｉｃ  ｄｉｓｋ  ｍａｇｎｅｔ）１１０が、撓み部８０の第１端に取り付けられている。その磁極は、撓み部８０の第１端がそれに沿って移動可能である軸線に対して整列されている。ホール効果センサ（不図示）が、図示の磁石１１０の前方または後方の鉛直面内で当該磁石１１０に隣接して位置決めされている。ホール効果センサは、撓み部８０の第２端に対して固定されており、すなわち、移動不能である。当該センサは、プロセッサ（不図示）に出力電圧を提供するように構成されており、その大きさは当該センサにおける磁界に従って変化する。
【０１１５】
モータ６０は、リードネジ１２０を回転するように構成されており、リードネジ１２０は、モータ６０の下方に突出していて、モータ６０の移動の鉛直軸線に沿って延びている。リードネジ１２０には、ナット１３０が取り付けられており、当該ナット１３０は、レバー１４０の第１端によって回転が抑制されている。ナット１３０は回転が抑制されているため、リードネジ１２０のモータ６０による回転は、ナット１３０をリードネジ１２０に沿って鉛直方向に移動させる。
【０１１６】
レバー１４０の第２端は、固定回動点１４５とカム面１５０とを有しており、カム面１５０はコレット１６０の上面に当接するように配置されている。コレット１６０は、コレット戻しバネ１７０によって上方に付勢されており、カム面１５０は、回動点１４５回りのレバー１４０の下向き回転によってカムがコレット１６０にコレット戻しバネ１７０に対抗して下向きに作用する力を与えるように成形されている。
【０１１７】
コレット１６０は、円筒形状であり、当該コレット１６０が試験ツールを取り囲むように鉛直配置された試験ツール４０回りに同心に配置されている。コレット１６０の内径は、試験ツールシャフト１８０の直径よりも大きく、コレット１６０は、試験ツールシャフト１８０の鉛直軸線に沿って移動可能である。試験ツールの顎部５０は、自然状態では、離れる方向、すなわち外向き方向に付勢されているが、顎部５０の幅広部１９０が面取りされた外面１９５を有しており、当該面取りされた外面１９５は顎部５０の先端に向かって幅広になっており、幅広部１９０の直径はコレット１６０の内径よりも大きい。コレット１６０の下端は、顎部５０の面取りされた外面１９５と協働するように構成された面取りされた内面２１０を有しているが、面取りされた内面２１０の直径は幅広部１９０よりも小さい。
【０１１８】
図２に示される全体の装置が、表面９０を含めて、基板１００に対して移動可能である。好適な実施形態では、例えば、図２に示された装置が、図１Ａ及び図１Ｆに示されるように、試験ツールカートリッジ１１の内部に提供され得る。
【０１１９】
［閉鎖力の測定］
使用中、ユーザは、引張試験ツール４０が試験対象の結合部の直上になるように装置２００を位置決めする前に、試験対象のボンドを保持する基板１００をステージ（不図示）上に取り付けることによって、結合部試験を実施し得る。
【０１２０】
［第１形態］
第１形態（不図示）では、ナット１３０がリードネジ１２０の上端に移動され、カム１５０は、コレット戻しバネ１７０に対抗するようには作用しない。コレット戻しバネ１７０は、従って、完全に伸長されていて、コレット１６０は、試験ツールシャフト１８０の上端に向けて付勢されおり、すなわち、試験ツールの幅広部１９０から離れている。これは、コレット１６０を試験ツールの幅広部１９０との接触状態から外れさせ、試験ツールの顎部５０は離れるように移動し得る。この形態では、試験ツールの顎部５０は、必要に応じて、点検ないし清掃され得る。
【０１２１】
［第２形態］
試験対象の結合部の上方で試験ツール４０を下方に移動する前に、本実施形態の装置は、図３に示される第２形態を採用する。そこでは、顎部５０が、試験対象の結合部１０１の直径よりも僅かにのみ大きい分離状態まで、閉鎖される。これは、基板１００上の他の結合部と接触することなく、試験ツールの顎部５０が試験対象の結合部の面内へと下方に移動されることを許容する。
【０１２２】
当該第２形態を採用する時の当該システムの主要な力が、図３に示されている。
【０１２３】
第２形態を採用するために、モータ６０は、所定の回転数だけリードネジ１２０を回転させる。その結果、ナット１３０は、所定の距離だけリードネジ１２０に沿って下方に移動する。これは、レバー１４０の回動点１４５回りの回転を引き起こし、カム面１５０が下向き方向の直線駆動力（図３にＦDとして示されている）をコレット１６０に適用する。この駆動力は、コレット戻しバネ１７０に対抗するように作用して、コレット１６０を試験ツールシャフト１８０に沿って下方へと移動させ、コレット１６０の面取りされた内面２１０が試験ツール４０の面取りされた外面１９５と係合する。コレット１６０の内径は試験ツールの幅広部１９０の直径よりも小さいため、コレット１６０の面取りされた内面２１０は、コレット１６０の下向きの移動を、試験ツールの顎部５０上で内向きに作用して顎部５０を共に（互いに）近づけるように作用する閉鎖力（図３にＦCとして示されている）に変換する。リードネジ１２０の所定の回転数は、従って、顎部５０への所定の閉鎖力の適用に帰結し、顎部５０は所定の分離状態まで閉鎖する。
【０１２４】
第２形態の採用時、顎部５０は結合部と接触しないため、また、互いに接触しないため、顎部５０はそれらの閉鎖に抵抗する何らの有意な力も経験しない（コレット戻しバネ１７０の力及び顎部５０の開放付勢の力は、登場中の他の力と比較して大変に小さいため）。モータ６０は、従って、リードネジ１２０及びナット１３０がそれらの所定の距離を抵抗無しで移動する間、撓み部８０の第１端上で静止状態を維持する。撓み部８０が変位しないため、磁石は静止状態を維持し、ホール効果センサ（不図示）の出力は零ボルトを維持する。
【０１２５】
［第３形態］
試験ツール４０の先端が試験対象の結合部１０１と同じ面内に位置決めされた後、
本実施形態の装置は、第３形態を採用する。そこでは、試験ツールの顎部５０が結合部に接触して当該結合部を把持する。第３形態は、図４に概略的に図示されており、前述の第２形態と同様の態様で採用される。
【０１２６】
第３形態に移動するために、試験ツールの顎部５０は、リードネジ１２０を回転させるべくモータ６０を制御することによって、結合部周りで閉鎖され、その結果、ナット１３０は、リードネジ１２０に沿って下方に移動する。これは、レバー１４０の回動点１４５回りの回転を引き起こし、カム面１５０が下向き方向の直線駆動力（ＦD）をコレット１６０に適用する。この駆動力は、コレット戻しバネ１７０に対抗するように作用して、コレット１６０を試験ツールシャフト１８０に沿って更に下方へと移動させ、コレット１６０の面取りされた内面２１０が試験ツールの顎部５０の幅広部１９０に対して作用する。コレット１６０の面取りされた内面と試験ツールの面取りされた外面とが、駆動力を閉鎖力（ＦC）として顎部５０に伝達する。コレット１６０が試験ツールシャフト１８０に沿って下方へ移動される程度に応じて、より大きい閉鎖力が顎部５０に適用される。
【０１２７】
図５は、ナット１３０がリードネジ１２０に沿って下方に移動する時にホール効果センサによって測定される力の一例を示している。ナット１３０がリードネジ１２０に沿って下方へ移動される距離に応じて、顎部５０の分離はより小さくなり、顎部の分離の程度は図５の右方に向かって低減する。
【０１２８】
図５は、顎部５０が結合部に接触する時点５００まで、試験ツールの顎部５０と結合部との間に力が作用しないで、ホール効果センサが撓み部８０上の力を測定しない、ということを示している。
【０１２９】
試験ツールの顎部５０が結合部の直径と等しい顎部の分離状態まで閉鎖されると、顎部は結合部と接触して当該結合部を把持し始める。しかしながら、顎部５０が結合部と接触した状態では、更なる閉鎖力の適用は、結合部自身からの抵抗に会う。顎部による締め付けに対する当該抵抗は、結合部と顎部５０との間に反力（図４にＦRとして示されている）を生成する。当該反力は、顎部上で、閉鎖力とは反対方向の外向きに作用する。この反力は、コレット１６０を介して逆方向に伝達され、当該反力は、コレット戻しバネ１７０と同一方向に作用し、カム１５０及びレバー１４０の更なる回転に抵抗する。
【０１３０】
これは、モータ６０がリードネジ１２０を回転し続ける間、反力がナット１３０の更なる移動に抵抗する、ということを意味する。リードネジ１２０（実際上は静止状態）に沿って下方に移動しようとするナット１３０を単に押し付けるというより、リードネジ１２０の更なる回転は、従って、ナット１３０を介してリードネジ１２０自身を上方に変位させ始める。このリードネジ１２０の上方への移動が、モータ６０を変位させ、撓み部８０の第１端が曲げられる。
【０１３１】
撓み部８０の第１端の曲がりは、図４に示すように、ホール効果センサに対して磁石１１０を変位させる。この変位は、ホール効果センサ（不図示）が、磁石が変位した距離に正比例する磁界の変化を検出することを意味する。磁石の変位は撓み部８０の第１端の変位に等しいため、ホール効果センサは、撓み部８０の第２端に対する第１端の変位の測定値をプロセッサ（不図示）に提供する。
【０１３２】
撓み部８０の剛性は既知であるので、プロセッサは、測定された変位に基づいて撓み部上の力（ＦR）を計算可能である。
【０１３３】
図５に示すように、試験ツールの顎部５０が結合部１０１に接触した後、反力（ＦR）はコレット１６０及びレバー１４０を介してモータ６０に伝達され、撓み部８０が上方に曲げられる。この撓み部８０の変位がホール効果センサによって検出され、撓み部上の反力（ＦR）が撓み部８０の既知の剛性に基づいてプロセッサによって計算される。
図５に示すように、撓み部８０上の反力（ＦR）は、顎部５０間の距離が低減するにつれて線形に増大する。レバー１４０及びコレット１６０の力増幅効果のため、撓み部８０上で経験される反力の大きさは、顎部５０で経験される閉鎖力よりも小さいことが知られている。試験ツールによって結合部に適用される閉鎖力（ＦC）は、従って、レバー１４０の当該効果及びシステム内の摩擦力を考慮してプロセッサによって計算され得る。本装置の撓み部８０及びホール効果センサは、従って、顎部５０と試験対象の結合部との間に適用される閉鎖力を測定するために利用され得る。
【０１３４】
図５に示されるように、閉鎖力（ＦC）もまた、顎部５０間の距離が低減するにつれて、反力（ＦR）と共に線形に増大する。
【０１３５】
プロセッサにフィードバック信号を提供することによって、ホール効果センサからの測定値は、装置を制御するために利用され得て、従って、結合部試験の間に結合部に適用される閉鎖力を制御するために利用され得る。これは、有利には、プロセッサが、各試験中に結合部に所望の閉鎖力を一貫して適用する、あるいは、顎部を所定距離に閉鎖して結果としての閉鎖力を測定する、ことを許容する。
【０１３６】
［ホール効果センサ］
図６Ａは、本発明における利用にとって好適なホール効果センサ２２０及び直径方向ディスク磁石１１０の第１実施形態を示している。発明の概要の項で前述されたように、ホール効果センサは出力電圧を提供し、その大きさはセンサにおいて経験される磁界に依存する。ホール効果センサに対する磁石の変位は、従って、センサにおける磁界の変化をもたらし、それがホール効果センサからの電圧出力信号の変化として図示されている。
【０１３７】
ホール効果センサは、磁石の移動面の外側で、磁石に隣接して着座するように配置されている。ホール効果センサの検出面２３０は、磁石に面するように配置されており、磁石のセンサに対する変位が、検出面２３０において経験される磁界の変化を引き起こす。磁石のＮ極とＳ極は、磁石の移動軸（矢印で示されている）に対して整列されており、磁石が当該軸に沿って移動する時にセンサによって経験される磁界の変化を最大化する。
【０１３８】
図６Ｂに図示されているように、第２実施形態では、２つのホール効果センサ２２０が利用されている。両センサは、磁石１１０の両側で互いに反対向きに配置されている。
２つのセンサの出力を結合することによって、出力信号の大きさが増大され、装置の感度を増大させる。
【０１３９】
図６Ｃに図示されているように、図６Ａのシングルセンサからの出力電圧信号２５０と、図６Ｂのデュアルセンサからの出力電圧信号３００とは、例えば２ｍｍまで（図６Ｃでは０〜１．８ｍｍ）の短い距離に亘っての磁石の変位距離に関して、高い線形の相関を示し（高いＲ2値によって示されている）、小さい変位が高精度に測定されることを許容する。シングルのホール効果センサの出力でさえ、ｍｍ毎に数ボルトの変化を示し、弱い電圧信号を増幅する必要無しで容易な測定が可能である。この精度と、出力信号の大きさとが、本発明における使用にとって、ホール効果センサを非常に好適なものとする。
【０１４０】
ホール効果センサ２２０は、磁石１１０と当該センサとの間での永久的なオフセットを補償するべく較正され得るが、図６Ａ及び図６Ｂに示された好適な実施形態によれば、磁石が零変位である時、磁石の中心がホール効果センサの中心と整列されている。この形態では、零変位において、磁石のセンサに対する対称性のため、ホール効果センサは磁石の移動軸に沿って零の磁界を経験する。
【０１４１】
いずれの方向でも、当該移動軸に沿った磁石の変位が磁界を変化させて、ホール効果センサからの零でない出力電圧をもたらす。
【０１４２】
［装置の具体例］
図７は、本発明の結合部試験装置の好適な実施形態３５０を図示している。当該装置３５０は、カートリッジ１１（図７では不図示）の内部に収容されるように構成されている。図７の装置３５０は、引張試験ツール４００と結合部（不図示）との間で作用される閉鎖力を測定するように構成されている。
【０１４３】
当該装置３５０は、一体部品である金属骨格３６０を備えており、２つの折り畳まれた形態のビームによる撓み部３８０の共有された第２端３７０が、それに堅固に取り付けられている。当該撓み部３８０の第１端３９０は、共に、フレーム４１０によってギヤ付き電気モータ４０５に堅固に取り付けられている。フレーム４１０とモータ４０５とは、共に結合されており、金属骨格３６０に対して移動可能であり、モータ４０５の変位が撓み部３８０の第２端３７０に対する第１端３９０の変位をもたらす。撓み部３８０が互いに隣接している形態であるため、撓み部３８０は、試験ツール４００の軸に関して整列された単一の軸（図７に矢印で示されている）に沿ってのみ変位され得る。フレーム４１０には、直径方向磁化ディスク磁石４１５が取り付けており、そのＮ極とＳ極とが撓み部３８０の移動軸に対して整列されている。磁石４１５は、フレーム４１０に堅固に取り付けられており、フレーム４１０の変位が磁石４１５を変位させる。
【０１４４】
２つのホール効果センサ４２５が印刷回路基板４３５上に取り付けられており、センサの出力電圧信号が印刷回路基板に供給される。印刷回路基板４３５は、フレーム４１０から分離しており、金属骨格３６０及び撓み部３８０の第２端３７０に対して所定位置に固定されている。ホール効果センサ４２５は、磁石４１５の両側に互いに対向するように配置されており、磁石４１５の当該センサ４２５間での移動がホール効果センサ４２５によって検出される磁界の変化を引き起こす。これが、センサの電圧出力信号の変化に帰結する。
【０１４５】
リードネジ４２０が、モータ４０５によって回転可能であり、モータ４０５から突出しており、試験ツール４００と同じ軸に沿って配置されている。ナット４３０が、リードネジ４２０上に取り付けられている。ナット４３０の一部が、フレーム４１０に摺動可能に係合しており、リードネジ４２０のモータ４０５による回転が、リードネジ４２０の回転方向によって決定される方向にナット４３０をリードネジ４２０に沿って摺動させる。ナット３２０は、レバー４４０の第１端に係合されており、レバー４４０の第２端は、回動点４４５と回転可能に係合されている。回動点４４５は、金属骨格３６０に対して固定されている。レバー４４０の第２端は、カム面４５０を有しており、当該カム面４５０は、スリーブ４６０の上面に当接するように配置されている。
【０１４６】
スリーブ４６０は、円筒状であり、試験ツール４００を取り囲んでいる。スリーブ４６０は、試験ツール４００の周りに配置された円筒状のセラミック製のカラー４７０を有し、スリーブ４６０の全体が、試験ツール４００に対して、試験ツール４００の軸に沿って、摺動移動可能である。スリーブ４６０は、撓み部３８０に取り付けられておらず、スリーブ４６０の移動は、撓み部３８０を直接的に曲げない。
【０１４７】
引張試験ツール４００は、回転可能であるが、骨格３６０に対して所定位置に固定されている。試験ツール４００の外面は、セラミック製のカラー４７０と試験ツール４００の先端との間に配置された幅広部を有しており、試験ツール４００の顎部が、自然状態では開放位置に付勢されている。セラミック製のカラー４７０の直径は、試験ツール４００の幅広部の直径よりも小さく、スリーブ４６０及びカラー４７０の試験ツール４００の先端に向かう移動が、顎部を互いに近づける閉鎖力を生成する。
【０１４８】
装置３５０は、引張試験ツール４００の顎部によって結合部に適用される閉鎖力を測定するために利用可能である。図７の装置３５０の動作は、図２乃至図４に関して説明された通りであり、スリーブ４６０及びセラミック製のカラー４７０が、図２乃至図４に関して説明されたコレットの役割を担う。
【０１４９】
図７の装置３５０は、選択的に、より大きな第２撓み部の第１端に取り付けられ得る。骨格３６０、従って試験ツール４００は、第２撓み部に対して静止状態に固定され、試験ツール４００と結合部との間に試験力の適用は、第２撓み部の第１端の変位をもたらす。第２磁石が、第２撓み部の移動可能な第１端に取り付けられ得て、第２ホール効果センサが、第２撓み部の固定された第２端に対して固定され得る。これにより、第２ホール効果センサによる第２磁石の変位の測定が、試験ツール４００と試験対象の結合部との間に適用される試験力の測定のために利用され得る。
【０１５０】
図７に図示された全体の装置は、好適には、図１Ａ及び図１Ｆに図示された試験ツールカートリッジ１１の内部に提供される。
【０１５１】
本発明の一実施形態では、結合部試験の照明、視覚的検査のための照明、及び、ビデオ記録ないし写真記録のための照明、を改善するために、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）がカートリッジ内に設けられ、試験ツールの周囲に位置決めされている。図８Ａは、本発明の一実施形態によるカートリッジ１１１１を図示している。当該カートリッジは、図１Ｂ乃至図１Ｆを参照して説明された態様でカートリッジ取り付けプレートに固定された引張試験ツール１１１０を有している。当該試験ツール１１１０は、略円筒形状を有している。プリント回路基板（ＰＣＢ）１２００が、カートリッジに固定されて、試験ツール１１１０の周囲に延在している。当該回路基板上に、複数のＬＥＤ１１２２が取り付けられている。プリント基板１１２０の図示のため、カートリッジのハウジングの一部の図示が、図８Ａでは省略されている。複数のＬＥＤは、試験ツールの周囲でリング形状を形成している。複数のＬＥＤは、可変の明るさを有するように制御可能であり、異なる色を有し得る。
【０１５２】
ＬＥＤからの光をより効率良く利用するために、また、試験ツールが試験箇所に影をもたらすことを防止するために、光案内部が試験ツールの周囲に固定されて、ＬＥＤによって発光される光を捕捉して、それを試験ツールの先端（チップ）の周囲の試験箇所に焦点合わせする。
【０１５３】
図８Ｂは、図８Ａのカートリッジを図示している。ハウジングの底部プレート１１２４がＰＣＢ１１２０の上方に固定されている。管状の光案内部１１３０がカートリッジに取り付けられている。光案内部１１３０は、ＬＥＤ１１２２に隣接して位置する基端と、試験ツールチップに近い先端と、を有している。光案内部１１３０は、バヨネット結合を用いてカートリッジハウジングの底部プレート１１２４に固定される。それは、試験ツールの上方に簡単に載置され得て、所定位置にそれを係止するべく手動で回転され得る。光案内部は、反対の操作を実施することによって、カートリッジから取り外され得る。図示の実施形態では、光案内部は、側壁に設けられた一対のスロット１１３２を有しており、カートリッジから光案内部を取り外す必要無しで、光案内部内で工具が試験ツールと係合することを許容している。これは、幾つかのタイプの試験ツールにとって望ましいが、他のタイプの試験ツールにとっては必要でない。
【０１５４】
ＬＥＤ１１２２から発せられる光は、光案内部１１３０の基端に入り、全内反射によって光案内部の側壁を通って出ることが防止される。光案内部の側壁には、高反射コーティングが設けられ得て、最小の光損失を保証し得る。光案内部は、その先端において出口面１１３６を有しており、それを通って光が出る。光案内部は、試験ツールチップに光を案内するべく、その先端において先細状となっている。
【０１５５】
ＬＥＤ１１２２は、調整可能な明るさを有し得る。これは、試験対象の異なるサンプルが異なる明るさでの照明を要求し得るので、有益である。このような実施形態では、ＬＥＤの明るさは、ＤＣ電圧のアナログ制御を用いて制御され得る。これは、ＬＥＤを制御するための、より一般的な電圧のデジタル変調とは異なる。なぜなら、変調は、試験ツールの適切な動作と干渉し得るノイズを生成してしまうからである。ＬＥＤは、また、試験対象の異なるサンプルに適合するべく利用され得る、異なる色を発光するＬＥＤを含み得る。
【０１５６】
図９Ａ及び図９Ｂは、試験ツールから取り外された光案内部をより詳細に図示している。図９Ａは、光案内部１１３０の断面図である。光案内部は、全体的に管状であり、アクリルから形成されている。ガラスや他の光学用プラスチックのような他の光学材料も、利用され得る。光案内部は、中央部１１３５において、約４ｍｍの壁厚を有しているが、カートリッジと係合する基端１１３７においてはより厚く、光が光案内部を出る先端１１３９においてはより薄い。光案内部は、試験ツールチップに向けて光を案内するべく、先端において先細状である。光案内部は、先端において内側鏡面１１３４を有しており、それは、本例においては、光案内部の長手方向軸に対して１３°の角度である。
【０１５７】
破線１１４４は、ＬＥＤからの光の経路を示しており、基端面１１４６を通って入って、光案内部を通過し、出口面１１３６を通って光案内部を出て、試験ツールチップ１１４２の先端に向かう。一点鎖線１１４０は、光案内部１１３０の長手方向軸を示している。
【０１５８】
図９Ｂは、図９Ａの光案内部の斜視図であり、バヨネット嵌合特徴部１１５０を図示している。光案内部の基端は、一対のウィング１１５０を有しており、それらは光案内部の本体部から径方向に延びている。それらウィング１１５０は、カートリッジハウジングの底部プレート１１２４の対応するスロット内に受容され、当該底部プレートの後面に係合するべく回転される。面１１５２が、当該底部プレートの前面と係合する。
【０１５９】
一対のスロット１１３２が、光案内部の側壁内に設けられており、工具を用いての光案内部の容易な把持を許容している。
【０１６０】
前述のような光案内部を設けることは、効率良く制御可能な態様で、試験箇所をより良好に証明することに帰結する。照明システムは、試験ツールの動作と干渉しないし、結合部試験装置の他の要素、例えばマイクロスコープの視野、と干渉することもない。試験ツールが試験箇所に影を投影することもない。同様に、試験箇所に近接した他の構成要素によって投影される影も、光案内部を用いることによって最小化される。光案内部は、低価格で製造され得て、必要に応じてユーザによって簡単に装着及び取り外しができる。光案内部は、試験ツールの保護をも提供し得る。
【０１６１】
本発明のカートリッジ及び試験ツールアセンブリは、従って、試験ツールチップと試験対象の結合部との良好な照明を提供し、試験ツールの顎部が所望の分離状態に開放ないし閉鎖されることを許容する。これは、有利なことに、特に小径の試験対象の結合部の時に、試験前に結合部の周りにより正確に試験ツールを位置決め可能であるため、試験ツールの顎部の改良された制御を許容する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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