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Die
Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung, die insbesondere
zum Positionieren eines Testkopfs an einer Prüfeinrichtung dient. Die Handhabungsvorrichtung
ist mit Positionierungsmitteln versehen, durch die ein Testkopf
im Raum positionierbar ist. Zudem ist die Handhabungsvorrichtung mit
einer Halterung versehen, die mit den Positionierungsmitteln verbunden
ist und an welcher der Testkopf befestigbar ist.
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Eine
Handhabungsvorrichtung oder Manipulator zum Positionieren eines
Testkopfs verfügt üblicherweise über mehrere
Translations- und Rotationsfreiheitsgrade und ist insofern geeignet,
den Testkopf exakt im Raum zu positionieren. Anwendung findet eine
solche Handhabungsvorrichtung daher in der Regel bei der Prüfung von
elektronischen Bauelementen, wie beispielsweise integrierte Schaltungen (IC)
oder Wafer. Um die Funktionsfähigkeit
der elektronischen Bauelemente testen zu können, ist es erforderlich,
den verhältnismässig schweren
Testkopf präzise
an eine Prüfeinrichtung
heranzufahren. Die Prüfeinrichtung,
beispielsweise ein Devicehandler oder Waferprober, stellt die durch
den Testkopf zu prüfenden
elektronischen Bauelemente bereit. Ein unverfälschtes Messergebnis bei der
Prüfung
der elektronischen Bauelemente setzt ein genaues Andocken des Testkopfs
an der Prüfeinrichtung
voraus. Aus diesem Grund ist eine präzise und leichtgängige Verstellung
der den Testkopf positionierenden Handhabungsvorrichtung unerlässlich.
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Die
DE 101 32 489 A1 beschreibt
eine Handhabungsvorrichtung, die sich durch eine exakt wiederholbare
Bewegung des Testkopfs auszeichnet. Dies ist vornehmlich darauf
zurückzuführen, dass
die Handhabungsvorrichtung mit den Testkopf im Raum positionierenden
Positionierungsmitteln versehen ist, die in einer horizontalen Ebene
schwenkbare Gelenkarme aufweisen. Die Gelenkarme sind mit in horizontaler
Richtung verfahrbaren Schlitten gekoppelt, so dass sich eine beliebige
Bewegung des Testkopfs in eine Translationsbewegung der Schlitten
und eine Rotationsbewegung der Gelenkarme aufteilen lässt. Auf
diese Weise ergibt sich eine reproduzierbare Verstellung der Positionierungsmittel,
die eine zuverlässige
Positionierung des Testkopfs sicherstellt.
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Weiterhin
beschreibt die
DE 40
07 011 C2 eine Handhabungsvorrichtung, die mit einem Testkopf
im Raum positionierenden Doppelgelenkarmen versehen ist. Die Doppelgelenkarme
sind an einem ersten Ende gelenkig mit einer den Testkopf befestigenden
Halterung verbunden. An einem zweiten Ende sind die Doppelgelenkarme
gelenkig mit einem Schwenkarm verbunden, der um eine sich in vertikaler
Richtung erstreckende Achse geschwenkt werden kann. Der Schwenkarm
ist an einer Säule
angeordnet, die es ermöglicht,
den Schwenkarm zudem in vertikaler Richtung linear zu verstellen.
Wenngleich die bekannte Handhabungsvorrichtung auf Grund der überlagerbaren
Rotationsbewegungen des Schwenkarms und der Doppelgelenkarme über eine mannigfaltige
Verstellbarkeit in horizontaler Richtung verfügt, ist eine reproduzierbare
Verstellung nur mit einem verhältnismässig grossen
Aufwand möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Handhabungsvorrichtung
zu schaffen, mittels der sich eine vielfältige und zugleich reproduzierbare Verstellung
erzielen lässt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe weist eine Handhabungsvorrichtung der eingangs genannten
Art in Übereinstimmung
mit Anspruch 1 erfindungsgemäss Positionierungsmittel
auf, die eine Säule,
die sich in vertikaler Richtung erstreckt, einen Horizontalschlitten,
der in der vertikalen Richtung verstellbar an der Säule angeordnet
und in einer horizontalen Richtung verschiebbar ist, und Doppelgelenkarme,
die ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen, umfassen, Das
erste Ende der Doppelgelenkarme ist gelenkig mit der Halterung verbunden,
wohingegen das zweite Ende der Doppelgelenkarme gelenkig mit dem
Horizontalschlitten verbunden ist.
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Die
erfindungsgemässe
Handhabungsvorrichtung beruht auf der Erkenntnis, einen Horizontalschlitten
vorzusehen, der zumindest in einer horizontalen Richtung verschiebbar
ist und auf diese Weise eine sogenannte „Side to Side"-Bewegung ermöglicht.
Der eine Translationsbewegung ausführende Horizontalschlitten
lässt sich
präzise
und reproduzierbar in horizontaler Richtung verstellen. Darüber hinaus
lässt sich
die Translationsbewegung des Horizontalschlittens mit der Rotationsbewegung
der gelenkig mit dem Horizontalschlitten verbundenen Doppelgelenkarmen überlagern,
so dass sich eine vielfältige
Verstellung in horizontaler Richtung ergibt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung
stellen die Gegenstände
der Ansprüche
2 bis 17 dar.
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So
ist es von Vorteil, wenn die Positionierungsmittel zusätzlich einen
Schwenkarm umfassen, der an der Säule angeordnet und um eine
sich in der vertikalen Richtung erstreckende Achse schwenkbar ist.
Der Schwenkarm, an dem der Horizontalschlitten befestigt ist, ermöglicht eine
sogenannte „Swing"-Bewegung, die ein
rasches Schwenken von beispielsweise einem Testkopf auf eine Prüfeinrichtung
gewährleistet.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, die Säule
auf einem Untergestell anzuordnen, das eine ausreichende Standfestigkeit
der Handhabungsvorrichtung sicherstellt. In diesem Zusammenhang
hat es sich als zweckmässig
erwiesen, die Säule
in einer horizontalen Längsrichtung,
die sich orthogonal zu einer hori zontalen Querrichtung erstreckt,
verstellbar an dem Untergestell anzuordnen. Die verstellbare Anordnung
der Säule
an dem Untergestellt ermöglicht
eine sogenannte „In
and Out"-Bewegung
in der horizontalen Längsrichtung.
Die „In
and Out"-Bewegung
der Säule
lässt sich
zum einen mit der Rotationsbewegung der Doppelgelenkarme und zum
anderen mit der Translationsbewegung des Horizontalschlittens überlagern.
Letzteres ist dann möglich,
wenn der Horizontalschlitten mittels des Schwenkarms parallel zur
horizontalen Längsrichtung
ausgerichtet ist.
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Zweckmässigerweise
weist das Untergestell wenigstens einen sich in der Längsrichtung
erstreckenden Tragbalken auf, an dem eine Führungsschiene, auf der die
Säule bewegbar
ist, angeordnet ist. Die Führungsschiene
gewährleistet
eine zuverlässige
und reproduzierbare Verstellung der Säule an dem Untergestell. Um
eine ausreichende Standfestigkeit der Säule zu erreichen, ist es ferner
zweckmässig,
die Säule
mittels Arretierungsmitteln in einer vorgegebenen Stellung an dem
Untergestell zu arretieren.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung
ist die Säule
mit wenigstens einer Führungsschiene
versehen, auf der ein Vertikalschlitten in der vertikalen Richtung
bewegbar ist. Der Vertikalschlitten, an dem vorzugsweise der Schwenkarm
gelenkig angeordnet ist und der als Linearmotor ausgestaltet sein
kann, ermöglicht
eine sogenannte „Vertical"-Bewegung. Zu einer
zuverlässigen
Positionierung trägt
bei, wenn der Vertikalschlitten vorteilhafterweise mittels Arretierungsmitteln
in einer vorgegebenen Stellung an der Säule arretierbar ist.
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Bevorzugt
ist der Schwenkarm um einen vorgegebenen Winkel, der vorzugsweise
90 Grad beträgt,
schwenkbar und mittels Arretierungsmitteln in einer vorgegebenen
Stellung arretierbar. In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmässig erwiesen,
eine Führungsplatte
an dem Vertikalschlitten anzuordnen, an welcher der Schwenkarm arretierbar ist.
Die Führungsplatte
kann mit Anschlagflächen versehen
sein, durch welche die Schwenkbewe gung des Schwenkarms begrenzt
wird. Alternativ oder zusätzlich
kann der Vertikalschlitten mit wenigstens einer Anschlagfläche versehen
sein, welche die Schwenkbewegung des Schwenkarms begrenzt.
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Bevorzugt
weist der Horizontalschlitten ein an dem Schwenkarm angeordnetes
Führungsteil
und ein in der horizontalen Richtung bewegbar an dem Führungsteil
angeordnetes Laufteil auf. Das Führungsteil
und das Laufteil können
Bestandteil eines eine elektrische Verstellung ermöglichenden
Linearmotors sein. Um eine zuverlässige Positionierung zu gewährleisten,
ist vorteilhafterweise das Laufteil mittels Arretierungsmitteln
in einer vorgegebenen Stellung an dem Führungsteil arretierbar.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung
setzen sich die Doppelgelenkarme aus einem ersten Gelenkarm und
einem zweiten Gelenkarm zusammen. Die auf Grund der Überlagerung
von mehreren Rotationsbewegungen eine mannigfaltige Verstellbarkeit
in horizontaler Richtung ermöglichenden
Gelenkarme sind mittels Arretierungsmitteln in einer vorgegebenen
Stellung relativ zueinander arretierbar.
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Bevorzugt
ist die Halterung mit zwei Seitenarmen versehen, zwischen denen
der Testkopf eingespannt werden kann. Die den Testkopf einspannenden
Seitenarme gewährleisten
eine sichere Befestigung des Testkopfs, und zwar auch dann, wenn dieser
verhältnismässig schwer
ist.
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Vorteilhafterweise
lässt sich
der Testkopf um eine erste Rotationsachse drehbar an den Seitenarmen
anordnen und mittels Arretierungsmitteln in einer vorgegebenen Stellung
arretieren. Die sich vorzugsweise in horizontaler Richtung erstreckende
erste Rotationsachse ermöglicht
eine sogenannte „Tumble"-Bewegung des Testkopfs.
Werden beispielsweise die Drehpunkte des Testkopfs für die erste
Rotationsachse linear verschiebbar angeordnet, so lässt sich
zudem eine sogenannte „Theta"-Bewegung des Testkopfs
realisieren.
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Ausserdem
ist es von Vorteil, die Halterung mit einer Drehführung zu
versehen, durch die der Testkopf um eine zweite Rotationsachse,
die sich vorzugsweise orthogonal zu der ersten Rotationsachse erstreckt,
drehbar ist. Die mittels Arretierungsmitteln in einer vorgegebenen
Stellung arretierbare Drehführung
ermöglicht
eine sogenannte „Twist"-Bewegung des Testkopfs.
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Einzelheiten
und weitere Vorteile der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels.
In den das Ausführungsbeispiel
lediglich schematisch darstellenden Zeichnungen veranschaulichen
im einzelnen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Handhabungsvorrichtung, an der ein
Testkopf angeordnet ist;
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2a eine
Draufsicht auf die Handhabungsvorrichtung gemäss 1;
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2b eine
Draufsicht gemäss 2a,
die den Testkopf in einer anderen Position zeigt;
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3a eine
perspektivische Ansicht von Positionierungsmitteln der Handhabungsvorrichtung
gemäss 1;
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3b eine
Draufsicht auf die Positionierungsmitteln gemäss 3a;
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4a bis 4d Draufsichten
gemäss 3b,
welche die Positionierungsmittel in unterschiedlichen Stellungen
zeigen;
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5a bis 5d Draufsichten
gemäss
den 2a und 2b, die
eine „Side
to Side"-Bewegung
des Testkopfs veranschaulichen;
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6a bis 6c perspektivische
Ansichten des an einer Halterung angeordneten Testkopfs, die eine „Tumble"- und eine „Twist"-Bewegung des Testkopfs
veranschaulichen, und
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7a bis 7c Draufsichten
gemäss
den 5a bis 5d, die
eine „Theta"-Bewegung des Testkopfs veranschaulichen.
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Die
in 1 dargestellte Handhabungsvorrichtung dient zum
Positionieren eines Testkopfs 60 an einer nicht dargestellten
Prüfeinrichtung
für elektronische
Bauelemente, wie zum Beispiel IC oder Wafer. Zu diesem Zweck weist
die Handhabungsvorrichtung eine Halterung 50 auf, an welcher
der Testkopf 60 befestigt ist. Darüber hinaus ist die Handhabungsvorrichtung
mit Positionierungsmitteln versehen, die mit der Halterung 50 verbunden
sind und die eine Säule 20,
einen Horizontalschlitten 30, einen Schwenkarm 40 und
Doppelgelenkarme 70 umfassen.
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Die
sich in vertikaler Richtung z erstreckende Säule 20 ist auf einem
Untergestell 10 in einer horizontalen Längsrichtung x verschiebbar
angeordnet. Zu diesem Zweck weist das Untergestell 10 zwei
in der Längsrichtung
x parallel zueinander verlaufende Tragbalken 11 auf, auf
denen die Säule 20 führende Führungsschienen 12 angeordnet
sind. Die Tragbalken 11 stützen sich auf in einer horizontalen
Querrichtung y, die sich orthogonal zu der Längsrichtung x erstreckt, verlaufenden
Traversen 13 ab, die jeweils auf Tellerfüssen 14 gelagert
sind und eine ausreichende Stabilität der Handhabungsvorrichtung
sicherstellen. Zwischen den Tragbalken 11 sind die Traversen 13 durch
eine Abdeckplatte 15 abgedeckt, die zu einer ergonomischen
Bauweise der Handhabungsvorrichtung beiträgt. Um die Säule 20 auf
den Führungsschienen 12 zu
bewegen, sind nicht dargestellte Antriebsmittel vorgesehen. Die
Säule 20 kann alternativ
oder zusätzlich
auch manuell auf den Führungsschienen 12 verschoben
werden. Um eine ausreichende Standfestigkeit der Säule 20 sicherzustellen,
sind ebenfalls nicht dargestellte Arretierungsmittel vorgesehen,
mittels denen die Säule 20 in
einer vorgegebenen Stellung an dem Untergestellt 10 arretiert
werden kann.
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Wie 1 zudem
zu erkennen gibt, ist die Säule 20 mit
zwei parallel zueinander verlaufenden Führungsschienen 21 versehen,
auf denen ein Vertikalschlitten 22 in der vertikalen Richtung
z linear bewegt werden kann. Der Vertikalschlitten 22 wird
von nicht dargestellten Antriebsmitteln angetrieben und lässt sich
mittels ebenfalls nicht dargestellten Arretierungsmitteln in einer
vorgegebenen Stellung an der Säule 20 arretieren.
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Der
Schwenkarm 40 ist gelenkig mit dem Vertikalschlitten 22 verbunden
und um eine sich in der vertikalen Richtung z erstreckende Achse schwenkbar.
Der Winkel α,
um der Schwenkarm 40 geschwenkt werden kann, beträgt ca. 90
Grad. Eine an dem Vertikalschlitten 22 angeordnete Führungsplatte 41 trägt zu einer
zuverlässigen
Schwenkbewegung des Schwenkarms 40 bei und ermöglicht,
den Schwenkarm 40 in jeder beliebigen Stellung mittels eines
Feststellhebels 42 zu arretieren. Die Führungsplatte 41 kann
zudem mit Anschlagflächen
versehen sein, welche die Schwenkbewegung des Schwenkarms 40 begrenzen.
Zu diesem Zweck weist auch der Vertikalschlitten 22 eine
Anschlagfläche 23 auf, die
zusätzlich
dazu dient, den Schwenkarm 40 in einer an der Säule 20 befindlichen
Stellung zu arretieren.
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An
dem Schwenkarm 40 ist der Horizontalschlitten 30 befestigt,
wie insbesondere aus den 2a und 2b ersichtlich
ist. Der Horizontalschlitten 30 weist ein an dem Schwenkarm 40 angeordnetes
Führungsteil 31 und
ein bewegbar an dem Führungsteil 31 angeordnetes
Laufteil 32 auf. Das Laufteil 32 ist mittels nicht
dargestellter Arretierungsmittel in einer vorgegebenen Stellung
an dem Führungsteil 31 arretierbar.
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Wie
insbesondere aus den 3a und 3b ersichtlich
ist, verfügt
die Handhabungsvorrichtung über
zwei voneinander beabstandete Doppelgelenkarme 70, die
jeweils ein erstes Ende 71 und ein zweites Ende 72 aufweisen.
Die Doppelgelenkarme 70 setzen sich aus einem ersten Gelenkarm 73 und
einem gelenkig mit diesem verbundenen zweiten Gelenkarm 74 zusammen.
Die Gelenkarme 73, 74 können mittels eines Feststellhebels 75 in
einer vorgegebenen Stellung relativ zueinander arretiert werden.
Das durch den ersten Gelenkarm 73 gebildete erste Ende 71 ist
gelenkig mit der Halterung 50 verbunden. Demgegenüber ist
das durch den zweiten Gelenkarm 74 gebildete zweite Ende 72 gelenkig
mit dem Horizontalschlitten 30 verbunden.
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Die
Halterung 50 ist mit zwei Seitenarmen 51 versehen,
zwischen denen der Testkopf 60 eingespannt ist. Die Seitenarme 51 sind
an einer Grundplatte 58 befestigt, deren Neigung in Bezug
auf die Doppelgelenkarme 70 mittels eines Verstellhebels 52 eingestellt
werden kann, wie insbesondere aus 3b ersichtlich
ist. Die Grundplatte 58 ist mit einer Drehführung 53 versehen,
durch die der Testkopf 60 um eine horizontale Rotationsachse
gedreht werden kann. Die von Antriebsmitteln 54, die je
nach Anwendungsfall manuell oder elektrisch betätigt werden können, angetriebene
Drehführung 53 ist
mittels eines Feststellhebels 55 in einer vorgegebenen
Stellung arretierbar. Die 2a und 2b lassen
ferner erkennen, dass an den Seitenarmen 51 ein manuell oder
bei Bedarf auch elektrisch betätigbares
Antriebsmittel 56 angeordnet ist, durch das der Testkopf 60 um
eine sich orthogonal zu den Seitenarmen 51 erstreckende
Rotationsachse gedreht werden kann. Ein Feststellhebel 57 stellt
sicher, dass der Testkopf 60 in einer gewünschten
Stellung arretierbar ist.
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Die
zuvor beschriebene Handhabungsvorrichtung zeichnet sich durch eine
vielfältige
und zugleich reproduzierbare Verstellung des Testkopfs 60 aus.
Dies ist vornehmlich auf das Zusammenspiel von Schwenkarm 40,
Horizontalschlitten 30 und Doppelgelenkarmen 70 zurückzuführen. So
ermöglicht der
Schwenkarm 40 eine „Swing"-Bewegung des Testkopfs 60,
wie insbesondere aus den 2a und 2b ersichtlich
ist. Der an dem Schwenkarm 40 angeordnete Horizontalschlitten 30 ermöglicht eine
lineare Verschiebung des Testkopfs 60 in horizontaler Richtung,
wie insbesondere die 4a bis 4d zu erkennen
geben. In Abhängigkeit
von der Stellung des Schwenkarms 40 kann durch den Horizontalschlitten 30 auf
diese Weise eine in der Längsrichtung
x stattfindende „In
and out"-Bewegung,
wie in 2a gezeigt, oder eine in der
Querrichtung y stattfindende „Side
to Side"-Bewegung,
wie in 2b gezeigt, ausgeführt werden.
Sowohl die „In
and out"-Bewegung
als auch die „Side
to Side"-Bewegung
durch den Horizontalschlitten 30 kann mit einer Rotationsbewegung
der Doppelgelenkarme 70 überlagert werden, wie an schaulich
die 5a bis 5d zu
erkennen geben. Unter einer Rotationsbewegung der Doppelgelenkarme 70 im
voranstehenden Sinn wird nicht nur eine asymmetrische Auslenkung
der Gelenkarme 73, 74, wie in den 5c und 5d gezeigt, sondern
auch eine symmetrische Auslenkung der Gelenkarme 73, 74,
wie in den 5a und 5b gezeigt,
verstanden. Eine Rotationsbewegung der Gelenkarme 70 kann
insofern eine geradlinige Verschiebung des Testkopfs 60 zur
Folge haben, wie insbesondere auch die 4b und 4d zu
erkennen geben. Die „In
and out"-Bewegung
des Testkopfs 60 aufgrund des Horizontalschlittens 30 und
der Doppelgelenkarme 70 kann weiterhin mit der Translationsbewegung
der Säule 20 auf
dem Untergestell 10 überlagert
werden, wie aus den 2a und 2b ersichtlich
ist. Die Säule 20 ermöglicht mittels
des Vertikalschlittens 22 zudem eine „Vertical"-Bewegung des Testkopfs 60.
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Weiterhin
trägt zu
einer mannigfaltigen Verstellung des Testkopfs 60 die Halterung 50 bei,
die, wie die 6a und 6b zu
erkennen geben, eine „Tumble"-Bewegung des Testkopfs 60 ermöglicht. Aufgrund
der Drehführung 53 kann
der Testkopf 60 zudem eine „Twist"-Bewegung ausführen, wie aus 6c ersichtlich
ist. Nicht zuletzt kann der Testkopf 60 aufgrund einer
linear verschiebbaren Anordnung von den Testkopf 60 an
den Seitenarmen 51 lagernden Drehpunkten eine „Theta"-Bewegung ausführen, wie
die 7a bis 7c zu
erkennen geben.
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- 10
- Untergestell
- 11
- Tragbalken
- 12
- Führungsschiene
- 13
- Traverse
- 14
- Tellerfuss
- 15
- Abdeckplatte
- 20
- Säule
- 21
- Führungsschiene
- 22
- Vertikalschlitten
- 23
- Anschlagfläche
- 30
- Horizontalschlitten
- 31
- Führungsteil
- 32
- Laufteil
- 40
- Schwenkarm
- 41
- Führungsplatte
- 42
- Feststellhebel
- 50
- Halterung
- 51
- Seitenarm
- 52
- Verstellhebel
- 53
- Drehführung
- 54
- Antriebsmittel
- 55
- Feststellhebel
- 56
- Antriebsmittel
- 57
- Feststellhebel
- 58
- Grundplatte
- 60
- Testkopf
- 70
- Doppelgelenkarme
- 71
- erstes
Ende
- 72
- zweites
Ende
- 73
- erster
Gelenkarm
- 74
- zweiter
Gelenkarm
- 75
- Feststellhebel
- x
- horizontale
Längsrichtung
- y
- horizontale
Querrichtung
- z
- vertikale
Richtung
- α
- Winkel