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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 Querrichtung verschiebbar ist, und einen
Schwenkarm, der an dem Horizontalschlitten angeordnet und um eine
sich in der vertikalen Richtung erstreckende Achse schwenkbar ist,
umfassen. Die Halterung ist an dem Schwenkarm angeordnet.
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Die
erfindungsgemässe
Handhabungsvorrichtung beruht auf der Erkenntnis, einen Horizontalschlitten
vorzusehen, der in der horizontalen Querrichtung 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
des an dem Horizontalschlitten angeordneten Schwenkarms überlagern.
Der um eine sich in der vertikalen Richtung erstreckende Achse schwenkbare
Schwenkarm ermöglicht
eine sogenannte „Swing"-Bewegung, 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 13 dar.
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So
ist es von Vorteil, wenn die Säule
in einer horizontalen Längsrichtung,
die sich orthogonal zu der Querrichtung erstreckt, verstellbar an
einem Untergestell angeordnet ist. Das Untergestell stellt eine ausreichende
Standfestigkeit der Handhabungsvorrichtung sicher. Die verstellbare
Anordnung der Säule
an dem Untergestell ermöglicht
eine sogenannte „In
and out"-Bewegung
in der horizontalen Längsrichtung.
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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
ge währleistet
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 Horizontalschlitten
befestigt 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
weist der Horizontalschlitten ein an dem Vertikalschlitten angeordnetes
Führungsteil und
ein in der Querrichtung 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
ist der Schwenkarm um einen vorgegebenen Winkel, der vorzugsweise
90° beträgt, schwenkbar
und mittels Arretierungsmitteln in einer vorgegebenen Stellung arretierbar.
In diesen Zusammenhang hat es sich als zweckmässig erwiesen, eine Führungsplatte
an dem Horizontalschlitten anzuordnen, an welcher der Schwenkarm
arretierbar ist. Die Führungsplatte
kann mit Anschlagflächen
versehen sein, durch welche die Schwenkbewegung des Schwenkarms
begrenzt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Horizontalschlitten
mit wenigstens einer Anschlagfläche
versehen sein, welche die Schwenkbewegung des Schwenkarms begrenzt.
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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 Positionierungsmittel gemäss 3a;
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3c eine
Draufsicht gemäss 3b,
die einen Schwenkarm in einer anderen Position zeigt;
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4a eine
Draufsicht gemäss 2b,
die einen Horizontalschlitten in einer ersten Stellung zeigt;
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4b eine
Draufsicht gemäss 4a,
die den Horizontalschlitten in einer zweiten Stellung zeigt;
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5a bis 5c perspektivische
Ansichten des an einer Halterung angeordneten Testkopfs, die eine „Twist"- und eine „Tumble"-Bewegung des Testkopfs veranschaulichen,
und
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6a bis 6c Draufsichten
gemäss 2a,
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 und einen Schwenkarm 40 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 ge lagert
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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An
dem Vertikalschlitten 22 ist der Horizontalschlitten 30 befestigt.
Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, weist der
Horizontalschlitten 30 ein an dem Vertikalschlitten 22 angeordnetes
Führungsteil 31 und
ein bewegbar an dem Führungsteil 31 angeordnetes
Laufteil 32 auf. Das Laufteil 32 ist mittels eines
Feststellhebels 33 in einer vorgegebenen Stellung an dem
Führungsteil 31 arretierbar.
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Wie
insbesondere die 3a bis 3c zu erkennen
geben, ist der Schwenkarm 40 gelenkig mit dem Horizontalschlitten 30 verbunden
und um eine sich in der vertikalen Richtung z erstreckende Achse schwenkbar.
Der Winkel α,
um den der Schwenkarm 40 geschwenkt werden kann, beträgt ca. 90°. Eine an dem
Horizontalschlitten 30 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.
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Die
an dem Schwenkarm 40 angeordnete Halterung 50 ist
mit zwei Seitenarmen 51 versehen, zwischen denen der Testkopf 60 eingespannt
ist. Die Seitenarme 51 sind an einer Grundplatte 53 befestigt. Die
Grundplatte 53 ist mit einer nicht dargestellten Drehführung versehen,
durch die der Testkopf 60 um eine horizontale Rotationsachse
gedreht werden kann, wie die 5a und 5b veranschaulichen. Die
mittels eines nicht dargestellten Feststellhebels in einer vorgegebenen
Stellung arretierbare Drehführung
wird von ebenfalls nicht dargestellten Antriebsmitteln angetrieben,
die je nach Anwendungsfall manuell oder elektrisch betätigt werden
können.
Wie 5c ferner zu erkennen gibt, kann der Testkopf 60 um
eine sich orthogonal zu den Seitenarmen 51 erstreckende
Rotationsachse gedreht werden. Für
diese Drehung des Testkopfs 60 können im Bedarfsfall Antriebsmittel
vorgesehen sein. Ein Feststellhebel 52 stellt sicher, dass
der Testkopf 60 in einer gewünschten Stellung arretiert
werden kann.
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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 Horizontalschlitten 30 und
Schwenkarm 40 zurückzuführen. So
ermöglicht
der Schwenkarm 40 eine „Swing"-Bewegung des Testkopfs 60,
wie insbesondere aus den 2a und 2b ersichtlich
ist. Der mit dem Schwenkarm 40 verbundene Horizontalschlitten 30 ermöglicht eine
lineare Verschiebung des Testkopfs 60 in der Querrichtung
y, wie insbesondere die 4a und 4b zu
erkennen geben. Durch den Horizontalschlitten 30 kann auf
diese Weise eine in der Querrichtung y stattfindende „Side to
Side"-Bewegung des
Testkopfs 60 ausgeführt
werden. Eine in der Längsrichtung
x stattfindende „In
and out"-Bewegung
des Testkopfs 60 ergibt sich durch die Translationsbewegung
der Säule 20 auf
dem Untergestell 10, wie insbesondere 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 5c zu erkennen geben, eine „Tumble"-Bewegung des Testkopfs 60 ermöglicht. Aufgrund
der in die Grundplatte 53 integrierten Drehführung kann
der Testkopf 60 zudem eine „Twist"-Bewegung ausführen, wie die 5a und 5b zu
erkennen geben. 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 6a bis 6c 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
- 30
- Horizontalschlitten
- 31
- Führungsteil
- 32
- Laufteil
- 33
- Feststellhebel
- 40
- Schwenkarm
- 41
- Führungsplatte
- 42
- Feststellhebel
- 50
- Halterung
- 51
- Seitenarm
- 52
- Feststellhebel
- 53
- Grundplatte
- 60
- Testkopf
- x
- horizontale
Längsrichtung
- y
- horizontale
Querrichtung
- z
- vertikale
Richtung
- α
- Winkel