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Die
Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung, die insbesondere
zum Positionieren eines Testkopfs an einer Prüfeinrichtung dient und mit
Positionierungsmitteln, durch die ein Testkopf im Raum positionierbar
ist, versehen ist. Die Handhabungsvorrichtung weist ferner eine
Halterung auf, an welcher der Testkopf befestigbar ist und die mit
den Positionierungsmitteln verbunden 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 überprüfenden 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 horizontaler 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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Der
für eine
reproduzierbare Verstellung erforderlichen Präzision der Positionierungsmittel
steht entgegen, dass es sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen
hat, die Position des Testkopfs beim Andocken an eine Prüfeinrichtung
durch ein geringfügiges, manuelles
Hin- und Herbewegen zu korrigieren. Eine derartige Korrektur der
Position des Testkopfs, die das Andocken erleichtert, erfordert
eine gewisse Nachgiebigkeit der Positionierungsmittel.
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Eine
Handhabungsvorrichtung, die zum Positionieren eines Testkopfs dient,
wird ferner in der WO 03/089834 A2 beschrieben. Die Handhabungsvorrichtung
weist ein Untergestell, eine Säule,
einen an der Säule
in der vertikalen Richtung bewegbaren Vertikalschlitten, einen an
dem Vertikalschlitten in der horizontalen Richtung bewegbaren Querschlitten,
einen an dem Querschlitten befestigten und um eine vertikale Achse
schwenkbaren Schwenkarm und eine an dem Schwenkarm befestigte und
um eine horizontale Achse drehbare Halterung auf. Die Halterung
ist mit einer Bewegungseinheit versehen, die es ermöglicht,
einen an der Halterung befestigten Testkopf eine In/Out-Bewegung entlang
einer ersten Achse, eine Tumble-Bewegung um eine zweite Achse und
eine Theta-Bewegung um eine dritte Achse durchführen zu lassen. Zu diesem Zweck
weist die Bewegungseinheit einen Gleitarm auf, der die horizontale
Bewegung entlang der ersten Achse durchführt. Die Be wegungseinheit weist
zudem Mitnehmer auf, die in einer gekrümmten Nut geführt sind,
um die Tumble-Bewegung um die zweite Achse zu ermöglichen.
Darüber
hinaus weist die Bewegungseinheit einen Arm auf, der drehbar an
einem Lager gelagert ist und auf diese Weise die Theta-Bewegung
um die dritte Achse gewährleistet.
Die Handhabungsvorrichtung zeichnet sich durch zwei Arretierungsmittel
aus, die es ermöglichen,
die Bewegungseinheit in drei Freiheitsgraden zu arretieren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Handhabungsvorrichtung
zum Positionieren eines Testkopfs zu schaffen, mittels der sich
einerseits eine präzise
Verstellung und andererseits eine gewisse Nachgiebigkeit erzielen
lassen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen
gemäss
Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung
werden in den Ansprüchen
2 bis 13 definiert.
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Das
Nachgiebigkeitsmodul der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung
ermöglicht
es, bewegbar gelagerte Bauteile, zum Beispiel die den Testkopf im
Raum positionierenden Positionierungsmittel oder die mit diesen
verbundene Halterung, entgegen der Wirkung einer Rückstellkraft
zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung hin- und
herzubewegen. Auf diese Weise erfährt das Bauteil eine gewisse
Nachgiebigkeit. Die durch das Federelement in der axialen Richtung
des Nachgiebigkeitsmoduls hervorgerufene Rückstellkraft stellt sicher,
dass trotz der durch das Nachgiebigkeitsmodul erzeugten Nachgiebigkeit
das beispielsweise den Testkopf haltende Bauteil geeignet ist, präzise und reproduzierbar
bewegt zu werden.
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Die
Halterung weist zwei Seitenarme auf, zwischen denen der Testkopf
eingespannt ist. Die den Testkopf einspannenden Seitenarme gewährleisten
eine sichere Befestigung des Testkopfs, selbst dann, wenn dieser verhältnismässig schwer ist.
Die Seitenarme sind jeweils mit wenigstens einer Befestigungsplatte
versehen, an welcher der Testkopf befestigt ist und die bewegbar
gelagert ist. Die Befestigungsplatte stellt ein bewegbar gelagertes Bauteil
im oben genannten Sinn dar, an dem wenigstens ein Nachgiebigkeitsmodul
angreift.
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Vorteilhafterweise
ist der Bolzen verschiebbar an dem Gehäuse gelagert. Der die Innenhülse in radialer
Richtung abstützende
Bolzen lässt
sich auf diese Weise zusammen mit der Innenhülse bewegen.
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Um
eine einfache Verbindung des Bolzens mit der Innenhülse zu erreichen,
weist vorteilhafterweise die Innenhülse ein Innengewinde und der
Bolzen einen in das Innengewinde eingreifenden Gewindeabschnitt
auf. In diesem Zusammenhang hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen,
wenn der Bolzen einen Kopf aufweist, der die Innenhülse entgegen
der Wirkung des Federelements in dem Gehäuse positioniert. Der Kopf
des Bolzens stellt einen Anschlag in axialer Richtung des Nachgiebigkeitsmoduls
dar. Dies ermöglicht,
das an der Innenhülse
angreifende Federelement vorzuspannen. Die Grösse der auf diese Weise erzeugten
Vorspannung hängt
von dem Abstand zwischen der Innenhülse und dem Kopf des Bolzens
ab. Durch Verändern
der Einschraubstrecke, um die der Bolzen in die Innenhülse hineinragt,
lässt sich
der Abstand zwischen der Innenhülse
und dem Kopf des Bolzens variieren und damit die gewünschte Vorspannung
einstellen. Auf Grund der Vorspannung ist sichergestellt, dass eine
Bewegung des Bauteils nur dann möglich
ist, wenn an dem Bauteil eine die Vorspannung übersteigende Kraft angreift.
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Bevorzugt
ist der Bolzen mittels einer Lagerhülse drehbar gelagert und die
Innenhülse
drehfest in dem Gehäuse
angeordnet. Der Bolzen kann auf diese Weise in die Innenhülse eingeschraubt
oder aus dieser herausgeschraubt werden, um die Vorspannung zu variieren.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des Nachgiebigkeitsmoduls weist
das Gehäuse
ein sich in axialer Richtung erstreckendes Langloch auf und ist
die Innenhülse
mit einem in das Langloch eingreifenden Mitnehmer versehen. Der
in dem Langloch geführte
Mitnehmer hält
die Innenhülse
entgegen der von dem Federelement auf die Innenhülse ausgeübten Vorspannung in dem Gehäuse und
gewährleistet zugleich
eine drehfeste Anordnung der Innenhülse. Die Länge des Langlochs bestimmt
die Strecke, um welche die Innenhülse in dem Gehäuse verschiebbar ist.
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Um
eine reibungsarme Verschiebung zu erreichen, ist die Innenhülse zweckmässigerweise
mit einer Gleitfläche
versehen, die an dem Gehäuse
anliegt.
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In
Hinsicht auf eine einfache und kompakte Ausgestaltung ist es von
Vorteil, die Innenhülse
mit einem Absatz zu versehen, an dem das Federelement abgestützt ist.
Der Absatz ist zweckmässigerweise
so angeordnet, dass das Federelement durch einen Abschnitt der Innenhülse eine
zuverlässige Führung erfährt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des Nachgiebigkeitsmoduls ist die
Innenhülse
mit einer Anschlagplatte versehen. Die Anschlagplatte dient dazu,
ein bewegbar gelagertes Bauteil, zum Beispiel eine den Testkopf
haltende Befestigungsplatte, mit der durch das Federelement ausgeübten Rückstellkraft
zu beaufschlagen. Die Anschlagplatte kann zu diesem Zweck aus einem
geeigneten Werkstoff gefertigt sein, um beispielsweise stossunempfindlich
zu sein.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, wenn das bewegbar gelagerte Bauteil eine erste
Kontaktfläche und
eine zweite Kontaktfläche,
die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, aufweist. Die
erste Kontaktfläche
wird durch ein erstes Nachgiebigkeitsmodul beaufschlagt. Die zweite
Kontaktfläche
hingegen wird durch ein zweites Nachgiebigkeitsmodul gegensinnig
beaufschlagt. Auf diese Weise kann das bewegbar gelagerte Bauteil
zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung in der
axialen Richtung der Nachgiebigkeitsmodule bewegt werden. Die durch
die Nachgiebigkeitsmodule auf das bewegbar gelagerte Bauteil ausgeübte Rückstellkraft stellt
sicher, dass das Bauteil nach einem Entfernen von der ersten Stellung,
das heisst der Ausgangsstellung, stets in diese zurückkehrt.
Aufgrund der gegensinnigen Anordnung der Nachgiebigkeitsmodule kehrt
das Bauteil sowohl bei einer Bewegung in Richtung auf das erste
Nachgiebigkeitsmodul als auch bei einer Bewegung in Richtung auf
das zweite Nachgiebigkeitsmodul in die Ausgangslage zurück.
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Bevorzugt
ist die Befestigungsplatte linear verschiebbar angeordnet. Auf diese
Weise kann die Position des an der Befestigungsplatte befestigten Testkopfs
durch ein manuelles Hin- und Herbewegen korrigiert werden. Alternativ
kann die Befestigungsplatte schwenkbar angeordnet sein mit der Folge, dass
sich die Position des an der Befestigungsplatte befestigten Testkopfs
durch ein Hin- und Herschwenken korrigieren lässt. Vorteilhafterweise ist
die Befestigungsplatte mittels Arretierungsmitteln in einer vorgegebenen
Stellung arretierbar, um bei Bedarf eine fixe Anordnung des Testkopfs
zu realisieren.
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Einzelheiten
und weitere Vorteile der Gegenstände
der vorliegenden Erfindung 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
Seitenansicht eines Seitenarms, die eine an dem Seitenarm bewegbar
angeordnete Befestigungsplatte in einer ersten Stellung I zeigt;
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2b eine
Seitenansicht des Seitenarms gemäss 2a,
welche die Befestigungsplatte in einer zweiten Stellung II zeigt;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Nachgiebigkeitsmoduls und
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4 einen
Schnitt gemäss
der Linie IV-IV in 3.
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Die
in 1 gezeigte Handhabungsvorrichtung dient zum Positionieren
eines Testkopfs 60 an einer nicht dargestellten Prüfeinrichtung
für elektronische
Bauelemente, wie zum Beispiel IC oder Wafer. Zu diesem Zweck verfügt die Handhabungsvorrichtung über Positionierungsmittel 30,
die eine sich in vertikaler Richtung z erstreckende Säule 31 aufweisen.
Die Säule
ist auf einem Untergestell 34 in einer horizontalen Längsrichtung
x verschiebbar angeordnet. An der Säule 31 ist ein Querschlitten 32 angeordnet,
der in der vertikalen Richtung z verschiebbar ist. Der sich in einer
horizontalen Querrichtung y erstreckende Querschlitten 32 ist
mit einem Schwenkarm 33 verbunden. Der Schwenkarm 33 ist
um eine sich in der vertikalen Richtung z erstreckende Achse schwenkbar
und mittels dem Querschlitten 32 in der horizontalen Querrichtung
y verstellbar.
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Wie 1 ferner
erkennen lässt,
ist an dem Schwenkarm 33 eine Halterung 40 für den Testkopf 60 angeordnet.
Die Halterung 40 weist zwei Seitenarme 41 auf,
zwischen denen der Testkopf 60 eingespannt ist. Zu diesem
Zweck sind die Seitenarme 41 jeweils mit zwei Befestigungsplatten 42, 46 versehen,
an welchen der Testkopf 60 befestigt ist. Die Befestigungsplatte 42 ist
sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung linear verschiebbar
an dem Seitenarm 41 angeordnet und zu diesem Zweck in Linearführungen 45 geführt, wie
insbesondere aus den 2a und 2b ersichtlich
ist. Die Befesti gungsplatte 46 hingegen ist um einen Drehzapfen 49 verschwenkbar
an der Befestigungsplatte 42 angeordnet. Auf diese Weise
lässt sich
die Befestigungsplatte 46 zusammen mit der Befestigungsplatte 42 entlang des
Seitenarms 41 verschieben, um beispielsweise eine sogenannte „Theta"-Bewegung des Testkopfs 60 zu
realisieren. Ein Feststellhebel 50 stellt sicher, dass
der Testkopf 60 in der gewünschten horizontalen Stellung
arretierbar ist. Demgegenüber
ermöglicht
ein Feststellhebel 51 ein Arretieren der Befestigungsplatte 42 in
der gewünschten
vertikalen Stellung. Die Befestigungsplatten 42, 46 weisen
jeweils eine erste Kontaktfläche 43, 47 und
eine zweite Kontaktfläche 44, 48 auf,
die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. An der ersten
Kontaktfläche 43, 47 greift
ein erstes Nachgiebigkeitsmodul 10a und an der zweiten
Kontaktfläche 44, 48 ein
zweites Nachgiebigkeitsmodul 10b an. Das erste Nachgiebigkeitsmodul 10a und
das zweite Nachgiebigkeitsmodul 10b sind derart angeordnet,
dass die Befestigungsplatten 42, 46 in entgegengesetzten
Richtungen beaufschlagt werden.
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Wie
aus den 3 und 4 ersichtlich
ist, weist das Nachgiebigkeitsmodul 10 ein Gehäuse 11 auf,
das an den Befestigungsplatten 42, 46 befestigt ist.
Das Gehäuse 11 ist
zu diesem Zweck mit Öffnungen 12 versehen.
In dem Gehäuse 11 ist
eine Innenhülse 18 in
einer axialen Richtung des Nachgiebigkeitsmoduls 10 verschiebbar
gelagert. Die Innenhülse 18 ist
zu diesem Zweck mit einer Gleitfläche 20 versehen, die
an einer Innenwand des Gehäuses 11 anliegt.
Weiterhin ist die Innenhülse 18 mit
einem Absatz 21 versehen, an dem ein erstes Ende eines
Federelements 25 abgestützt
ist. Ein zweites Ende des Federelements 25 stützt sich
an einer Anlagefläche 26 des
Gehäuses 11 ab.
Das durch einen Abschnitt der Innenhülse 18 geführte Federelement 25 beaufschlagt
die Innenhülse 18 insofern
in axialer Richtung.
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Das
Nachgiebigkeitsmodul 10 ist ferner mit einem Bolzen 14 versehen,
der mittels einer Lagerhülse 17 um
eine sich in der axialen Richtung erstreckende Achse drehbar gelagert
ist. Der Bolzen 14 weist einen an der Lagerhülse 17 in
axialer Richtung anliegenden Kopf 15 und einen in die Innenhülse 18 hineinragenden
Gewindeabschnitt 16 auf. Der Gewindeabschnitt 16 greift
in ein Innengewinde 19 der Innenhülse 18 ein. Die Innenhülse 18 ist
aufgrund eines Mitnehmers 22, der in einem Langloch 13 des Gehäuses 11 in
axialer Richtung geführt
ist, drehfest in dem Gehäuse 11 angeordnet.
Folglich lässt
sich eine Einschraubstrecke s, um die der Bolzen 14 in
die Innenhülse 18 hineinragt,
durch Drehen des Bolzens 14 variieren. Der Kopf 15 kann
zu diesem Zweck mit Schlüsselflächen versehen
sein, die ein einfaches Drehen des Bolzens 14 mittels beispielsweise
einem Schraubenschlüssel
gewährleisten.
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Durch
Variieren der Einschraubstrecke s lässt sich der Abstand zwischen
dem Absatz 21 der Innenhülse 18 und der Anlagefläche 26 des
Gehäuses 11 verändern. Das
sich an dem Absatz 21 und der Anlagefläche 26 abstützende Federelement 25 lässt sich
auf diese Weise vorspannen. Die Grösse der die Innenhülse beaufschlagenden
Vorspannung kann somit an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst
werden, ohne dass es erforderlich ist, das Federelement 25 auszuwechseln.
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Die
Innenhülse 18 weist
ein freies Ende auf, das dem Bolzen 14 abgewandt ist. An
dem freien Ende ist mittels Schrauben 24 eine Befestigungsplatte 23 befestigt.
Die zum Beispiel aus einem stossunempfindlichen Werkstoff bestehende
Befestigungsplatte 23 grenzt an die Kontaktflächen 43, 44, 47, 48 der
Befestigungsplatten 42, 46 an. Werden die Befestigungsplatten 42, 46 von
der in 2a gezeigten ersten Stellung
I in die in 2b gezeigte zweite Stellung
II bewegt, dann wirkt diese Auslenkung der von den Nachgiebigkeitsmodulen 10a, 10b erzeugten
Rückstellkraft
entgegen, und zwar unabhängig davon,
ob die Befestigungsplatten 42, 46 in Richtung auf
das erste Nachgiebigkeitsmodul 10a oder in Richtung auf
das zweite Nachgiebigkeitsmodul 10b bewegt werden. Dies
ist auf die Innenhülse 18 der Nachgiebigkeitsmodule 10a, 10b zurückzuführen, die
um die Länge
des Langlochs 13 des Gehäuses 11 in axialer
Richtung verschiebbar ist. Befindet sich der in dem Langloch 13 geführte Mitnehmer 22 der
Innenhülse 18 in
der ersten Stellung I, das heisst in der Ausgangsstellung, zum Beispiel
annähernd
in der Mitte des Langlochs 13, dann lässt sich die Innenhülse 18 in
axialer Richtung sowohl nach links als auch nach rechts verschieben.
Die Enden des Langlochs 13 begrenzen die Verschiebung der
Innenhülse 18 und
definieren somit die maximale Endstellung II, welche die Befestigungsplatten 42, 46 einnehmen können. Die
Vorspannung, der das Federelement 25 in der Ausgangsstellung
I unterliegt, lässt
sich durch den Bolzen 14 einstellen. Auf diese Weise ist
sichergestellt, dass die Befestigungsplatten 42, 46 auch
in der Ausgangsstellung I durch die Nachgiebigkeitsmodule 10a, 10b beaufschlagt
werden.
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Die
zuvor beschriebene Handhabungsvorrichtung ermöglicht durch die Positionierungsmittel 30 eine
präzise
Verstellung des Testkopfs 60. Zudem gewährleisten die Nachgiebigkeitsmodule 10a, 10b eine
gewisse Nachgiebigkeit der Befestigungsplatten 42, 46,
an denen der Testkopf 60 befestigt ist. Denn die Befestigungsplatten 42, 46 können zwischen
der Ausgangsstellung I und der Endstellung II entgegen der Wirkung
einer Rückstellkraft
bewegt werden. Folglich ist es möglich,
die Position des Testkopfs 60 durch ein manuelles Hin-
und Herbewegen zu korrigieren. Aufgrund der von den Nachgiebigkeitsmodulen 10a, 10b erzeugten
Rückstellkraft
ist sichergestellt, dass die Befestigungsplatten 42, 46 stets
in die Ausgangsstellung I zurückkehren.
Die exakte und zuverlässige
Positionierung des Testkopfs 60 wird somit nicht durch
die aufgrund der Nachgiebigkeitsmodule 10a, 10b vorhandene
Nachgiebigkeit beeinträchtigt.
Hierzu trägt
auch bei, dass auf Grund der Vorspannung der Nachgiebigkeitsmodule 10a, 10b durch
das Federelement 25 eine Bewegung der Befestigungsplatte 42, 46 nur
dann mööglich ist,
wenn an den Befestigungsplatten 42, 46 eine die
Vorspannung übersteigende
Kraft angreift. Schliesslich zeichnen sich die Nachgiebigkeitsmodule 10a, 10b durch eine
einfache und kompakte Ausgestaltung aus, die den Anforderungen an
eine kostengünstige
Fertigung Rechnung trägt.
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- 10
- Nachgiebigkeitsmodul
- 10a
- Nachgiebigkeitsmodul
- 10b
- Nachgiebigkeitsmodul
- 11
- Gehäuse
- 12
- Öffnung
- 13
- Langloch
- 14
- Bolzen
- 15
- Kopf
- 16
- Gewindeabschnitt
- 17
- Lagerhülse
- 18
- Innenhülse
- 19
- Innengewinde
- 20
- Gleitfläche
- 21
- Absatz
- 22
- Mitnehmer
- 23
- Anschlagplatte
- 24
- Schraube
- 25
- Federelement
- 26
- Anlagefläche
- 30
- Positionierungsmittel
- 31
- Säule
- 32
- Querschlitten
- 33
- Schwenkarm
- 34
- Untergestell
- 40
- Halterung
- 41
- Seitenarm
- 42
- Befestigungsplatte
- 43
- erste
Kontaktfläche
- 44
- zweite
Kontaktfläche
- 45
- Linearführung
- 46
- Befestigungsplatte
- 47
- erste
Kontaktfläche
- 48
- zweite
Kontaktfläche
- 49
- Drehzapfen
- 50
- Feststellhebel
- 51
- Feststellhebel
- 60
- Testkopf
- s
- Einschraubstrecke
- x
- horizontale
Längsrichtung
- y
- horizontale
Querrichtung
- z
- vertikale
Richtung
- I
- erste
Stellung
- II
- zweite
Stellung