DE20117768U1 - Handling device, in particular for positioning a test head on a test device - Google Patents
Handling device, in particular for positioning a test head on a test deviceInfo
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Description
Dr.-Ing. Helmuth Heigl München, 31. Oktober 2001Dr.-Ing. Helmuth Heigl Munich, October 31, 2001
83059 Kolbermoor Unser Zeichen: 141 028 G83059 Kolbermoor Our reference: 141 028 G
Handhabungsvorrichtung, insbesondere zum Positionieren eines Testkopfs an einer PrüfeinrichtungHandling device, in particular for positioning a test head on a test device
Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung, insbesondere zum Positionieren eines Testkopfs an einer Prüfeinrichtung, die mit einer Halterung für einen Testkopf und mit einem Rahmen, an dem die Halterung verstellbar angeordnet ist, versehen ist. Der Rahmen ist dabei in horizontaler Richtung auf einem Untergestell verfahrbar.The invention relates to a handling device, in particular for positioning a test head on a testing device, which is provided with a holder for a test head and with a frame on which the holder is adjustably arranged. The frame can be moved in a horizontal direction on a base frame.
Eine derartige Handhabungsvorrichtung oder Manipulator dient dazu, einen Testkopf exakt bezüglich der Prüfeinrichtung zu positionieren. Anwendung findet die Handhabungsvorrichtung üblicherweise bei der Prüfung elektronischer Bauelemente, wie etwa integrierte Schaltungen (IC) oder Wafer. Um die Funktionsfähigkeit der elektronischen Bauelemente ermitteln zu können, ist es erforderlich, den vergleichsweise schweren Testkopf präzise an die Prüfeinrichtung heranzufahren. Die Prüfeinrichtung, etwa ein Device Handler oder Wafer Prober, stellt die durch den Testkopf zu überprüfenden elektronischen Bauelemente bereit. Such a handling device or manipulator is used to position a test head precisely in relation to the test device. The handling device is usually used to test electronic components, such as integrated circuits (IC) or wafers. In order to be able to determine the functionality of the electronic components, it is necessary to move the comparatively heavy test head precisely to the test device. The test device, such as a device handler or wafer prober, provides the electronic components to be tested by the test head.
Ein unverfälschtes Meßergebnis bei der Prüfung der elektronischen Bauelemente läßt sich nur dann gewährleisten, wenn der Testkopf exakt an der Prüfeinrichtung angedockt wird. Eine genaue und leichtgän-An unadulterated measurement result when testing electronic components can only be guaranteed if the test head is docked precisely to the test device. An accurate and smooth
gige Verstellung der den Testkopf positionierenden Handhabungsvorrichtung ist daher unerläßlich.Constant adjustment of the handling device positioning the test head is therefore essential.
Eine Handhabungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist in der US 5,818,219 beschrieben. Die bekannte Handhabungsvorrichtung weist einen Rahmen auf, an dem eine den Testkopf tragende Halterung höhenverstellbar angeordnet ist. Der Rahmen ist mit Gleitrollen versehen, die auf Schienen eines Untergestells geführt werden, um ein horizontales Verstellen des Testkopfs zu ermöglichen. Zum horizontalen Verstellen wird der Rahmen manuell bewegt und in der Endposition mittels Klemmschrauben arretiert. Als Nachteil hat sich dabei der relativ hohe Kraftaufwand erwiesen, der erforderlich ist, um den Rahmen zu verschieben. Grund hierfür ist zum einen, daß der Testkopf über ein relativ großes Gewicht verfügt und Kabelstränge aufweist, die vergleichsweise unbiegsam sind und damit dem Verstellen des Rahmens einen Widerstand entgegensetzen. Zum anderen wird die Handhabungsvorrichtung im allgemeinen in Reinräumen eingesetzt, die das Zuführen von Schmierstoffen zur Verminderung von Reibung und Verschleiß verwehren. Die Gleitrollen des Rahmens haben insofern einen verhältnismäßig hohen Reibungswiderstand zu überwinden.A handling device of the type mentioned at the beginning is described in US 5,818,219. The known handling device has a frame on which a holder carrying the test head is arranged in a height-adjustable manner. The frame is provided with rollers that run on rails of a base frame to enable horizontal adjustment of the test head. For horizontal adjustment, the frame is moved manually and locked in the end position using clamping screws. The disadvantage of this has proven to be the relatively high force required to move the frame. The reason for this is, on the one hand, that the test head is relatively heavy and has cables that are comparatively inflexible and thus offer resistance to the adjustment of the frame. On the other hand, the handling device is generally used in clean rooms that do not allow the addition of lubricants to reduce friction and wear. The rollers of the frame therefore have to overcome a relatively high frictional resistance.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Handhabungsvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß sich ein exaktes und leichtgängiges Verstellen des Rahmens in horizontaler Richtung erzielen läßt.The invention is based on the object of developing a handling device of the type mentioned at the outset in such a way that an exact and smooth adjustment of the frame in the horizontal direction can be achieved.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind in Übereinstimmung mit Anspruch 1 bei einer Handhabungsvorrichtung mit den anfangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß Antriebsmittel vorgesehen, die den Rahmen auf dem Untergestell verfahren.To achieve this object, in accordance with claim 1, in a handling device with the initially mentioned features, drive means are provided according to the invention which move the frame on the undercarriage.
Eine solchermaßen ausgebildete Handhabungsvorrichtung macht sich die Erkenntnis zu eigen, daß eine exakte Bewegung des Rahmens in horizontaler Richtung dann erreicht wird, wenn Antriebsmittel vorgesehen sind. Aufgrund der Antriebsmittel entfällt ein kraftaufwendiges manuelles Verschieben des Rahmens. Darüber hinaus ermöglichen die Antriebsmittel eine exakte und reproduzierbare Positionierung des Rahmens. Letzteres kommt in besonderem Maße bei Wartungsarbeiten zum Tragen, die eine Trennung von Testkopf und Prüfeinrichtung erfordern. Im Unterschied zu herkömmlichen Handhabungsvorrichtungen ist aufgrund der exakten Positionierung des Rahmens durch die Antriebsmittel ein zeitaufwendiges Justieren des Testkopfs nach Abschluß der Wartungsarbeiten hinfällig.A handling device designed in this way makes use of the knowledge that an exact movement of the frame in a horizontal direction is achieved when drive means are provided. The drive means eliminate the need for strenuous manual movement of the frame. In addition, the drive means enable exact and reproducible positioning of the frame. The latter is particularly important for maintenance work that requires the test head and test device to be separated. In contrast to conventional handling devices, the exact positioning of the frame by the drive means means that time-consuming adjustment of the test head after maintenance work has been completed is no longer necessary.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung stellen die Gegenstände der Unteransprüche dar.Advantageous embodiments of the handling device according to the invention are the subject matter of the subclaims.
So ergibt sich ein in konstruktiver Hinsicht einfaches Bewegen des Rahmens dann, wenn die Antriebsmittel ein Zugmittel und eine mit diesem zusammenwirkende Radscheibe aufweisen. Als Zugmittel können zwar grundsätzlich jede Art von kraftschlüssigen und formschlüssigen Transmissionsgliedern, wie etwa Kette, Keilriemen oder Seil, eingesetzt werden, als besonders günstig für die Verwendung in Reinräumen hat sich aber erwiesen, das Zugmittel als Zahnriemen und die Radscheibe entsprechend als Zahnrad auszubilden. Aufgrund des formschlüssigen Eingriffs des Zahnriemens in das Zahnrad ist eine wirksame Kraftübertragung gewährleistet. Um bei einer möglichst hohen Festigkeit einen geringen Verschleiß zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, den Zahnriemen aus Kunststoff zu fertigen und durch eine aus Metall, vorzugsweise Stahl, bestehende Seele zu armieren.In terms of construction, the frame can be moved easily if the drive means have a traction device and a wheel disc that interacts with it. In principle, any type of force-locking and form-locking transmission element, such as a chain, V-belt or rope, can be used as a traction device, but it has proven particularly advantageous for use in clean rooms to design the traction device as a toothed belt and the wheel disc as a gear. The positive engagement of the toothed belt in the gear ensures effective power transmission. In order to achieve the highest possible strength and low wear, it is particularly advantageous to manufacture the toothed belt from plastic and to reinforce it with a core made of metal, preferably steel.
Von Vorteil ist ferner, das Zugmittel feststehend an dem Untergestell zu befestigen und die Radscheibe drehbar an dem Rahmen anzuordnen. Auf diese Weise wird der Rahmen relativ zu dem feststehenden Zugmittel bewegt. Um eine zuverlässige Drehmomentenübertragung zwischen Zugmittel und Radscheibe in diesem Fall sicherzustellen, sind vorteilhafterweise im Bereich der Radscheibe Umlenkrollen für das Zugmittel angeordnet. Denn durch die Umlenkrollen läßt sich ein vergleichsweise großer Umschlingungswinkel zwischen Zugmittel und Radscheibe erreichen.It is also advantageous to attach the traction device to the base frame in a fixed manner and to arrange the wheel disc so that it can rotate on the frame. In this way, the frame is moved relative to the fixed traction device. In order to ensure reliable torque transmission between the traction device and the wheel disc in this case, deflection rollers for the traction device are advantageously arranged in the area of the wheel disc. This is because the deflection rollers enable a comparatively large wrap angle to be achieved between the traction device and the wheel disc.
Einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung entsprechend ist die Radscheibe mittels eines Elektromotors oder mittels eines Kurbeltriebs antreibbar. Besonders das Vorsehen eines mechanischen Kurbeltriebs hat sich als zweckmäßig erwiesen, um ein feinfühliges Verstellen des Rahmens zu erreichen. Darüber hinaus gewährleistet der Kurbeltrieb bei hoher Funktionalität eine in wirtschaftlicher Hinsicht günstige Herstellung der Antriebsmittel. According to an advantageous development of the handling device according to the invention, the wheel disc can be driven by means of an electric motor or by means of a crank drive. The provision of a mechanical crank drive has proven particularly useful in order to achieve a sensitive adjustment of the frame. In addition, the crank drive ensures a high level of functionality and an economically favorable production of the drive means.
Bevorzugt weist der Kurbeltrieb einen an einem Rahmen angeordneten Kurbelgriff auf, der durch eine Antriebswelle mit der Radscheibe verbunden ist. Die Antriebswelle stellt sicher, daß der den Kurbeltrieb betätigende Kurbelgriff an einer in ergonomischer Hinsicht günstigen Stelle angeordnet werden kann. In diesem Zusammenhang ist es überdies vorteilhaft, den Kurbelgriff durch ein Winkelgetriebe mit der Antriebswelle und die Antriebswelle durch ein Übersetzungsgetriebe mit der Radscheibe zu verbinden. Das Vorsehen des Winkelgetriebes trägt zu einer kompakten Bauweise der Handhabungsvorrichtung bei. Dagegen ermöglicht das Übersetzungsgetriebe in an sich bekannter WeiseThe crank mechanism preferably has a crank handle arranged on a frame, which is connected to the wheel disc by a drive shaft. The drive shaft ensures that the crank handle operating the crank mechanism can be arranged at an ergonomically favorable location. In this context, it is also advantageous to connect the crank handle to the drive shaft by an angular gear and the drive shaft to the wheel disc by a transmission gear. The provision of the angular gear contributes to a compact design of the handling device. In contrast, the transmission gear enables, in a manner known per se,
eine für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Übersetzung der Drehzahl der Antriebswelle.a transmission ratio of the drive shaft speed suitable for the respective application.
Vorteilhafterweise ist das Übersetzungsgetriebe als selbsthemmendes Rädergetriebe ausgestaltet, um auf einfache Weise eine Arretierung des Rahmens in der gewünschten Endposition zu erreichen. Ein solches Rädergetriebe kann auch als Schaltgetriebe ausgebildet sein, das durch einen Schaltvorgang etwa die Antriebsdrehzahl unterbricht oder die Drehrichtung ändert. Insbesondere letzteres bietet den Vorteil, daß der Kurbelgriff in ergonomisch günstiger Weise sowohl für die Vorwärtsbewegung als auch die Rückwärtsbewegung des Rahmens nur in einer Richtung betätigt werden muß.The transmission gear is advantageously designed as a self-locking gear train in order to easily lock the frame in the desired end position. Such a gear train can also be designed as a manual transmission that interrupts the drive speed or changes the direction of rotation by switching. The latter in particular offers the advantage that the crank handle only has to be operated in one direction for both the forward and backward movement of the frame, which is ergonomically advantageous.
Schließlich wird in vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung vorgeschlagen, den Rahmen auf Geradführungen, die vorzugsweise als Flachführung oder Schwalbenschwanzführung ausgebildet sind, zu verfahren. Eine solche Ausgestaltung gewährleistet eine leichtgängige und präzise Verstellbarkeit des Rahmens und damit des Testkopfs in horizontaler Richtung.
20Finally, in an advantageous development of the handling device according to the invention, it is proposed to move the frame on straight guides, which are preferably designed as flat guides or dovetail guides. Such a design ensures smooth and precise adjustment of the frame and thus of the test head in the horizontal direction.
20
Einzelheiten und weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles. In den zugehörigen Zeichnungen, die das Ausführungsbeispiel lediglich schematisch darstellen, zeigen im einzelnen:Details and further advantages of the handling device according to the invention emerge from the following description of a preferred embodiment. In the accompanying drawings, which only show the embodiment schematically, show in detail:
Fig. 1 eine rückwärtige Ansicht einer HandhabungsvorrichtungFig. 1 a rear view of a handling device
mit einem Testkopf;with a test head;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Handhabungsvorrichtung gemäßFig. 2 is a side view of the handling device according to
Fig. 1;Fig.1;
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Seitenansicht gemäßFig. 3 an enlarged section of the side view according to
Fig. 2 undFig. 2 and
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 mit IV gekennFig. 4 is an enlarged view of the part marked IV in Fig. 1.
zeichneten Bereichs.drawn area.
Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Handhabungsvorrichtung dient zum Positionieren eines Testkopfs 40 an einer nicht dargestellten Prüfeinrichtung für elektronische Bauelemente, wie beispielsweise IC oder Wafer. Zu diesem Zweck weist die Handhabungsvorrichtung einen Rahmen 10 auf, an dem eine den Testkopf 40 tragende Halterung 30 in vertikaler Richtung verstellbar angeordnet ist. Der Rahmen 10 ist in horizontaler Richtung auf einem Untergestell 20 verfahrbar. Das Untergestell 20 weist hierfür Geradführungen 21 auf, die als Flachführung ausgebildet sind. Alternativ können die Geradführungen 21 auch mit einem schwalbenschwanzförmigen Querschnitt versehen sein.The handling device shown in Figures 1 to 4 is used to position a test head 40 on a test device (not shown) for electronic components, such as ICs or wafers. For this purpose, the handling device has a frame 10 on which a holder 30 carrying the test head 40 is arranged so as to be adjustable in the vertical direction. The frame 10 can be moved in the horizontal direction on a base frame 20. For this purpose, the base frame 20 has straight guides 21 which are designed as flat guides. Alternatively, the straight guides 21 can also be provided with a dovetail-shaped cross section.
Wie besonders deutlich die Fig. 2 bis 4 erkennen lassen, sind Antriebsmittel 50 vorgesehen, um den Rahmen 10 auf den Geradführungen 21 zu verfahren. Die Antriebsmittel 50 weisen ein Zugmittel in Form eines Zahnriemens 51 und eine mit diesem zusammenwirkende Radscheibe, die als Zahnrad 52 ausgebildet ist, auf. Der Zahnriemen 51 ist aus Kunststoff gefertigt und durch eine aus Stahl bestehende Seele armiert. Die Enden des Zahnriemens 51 sind an Einspannstellen 22 fest mit dem Untergestell verbunden. Dagegen ist das Zahnrad 52 drehbar an dem Rahmen 10 befestigt.As can be seen particularly clearly in Figs. 2 to 4, drive means 50 are provided to move the frame 10 on the straight guides 21. The drive means 50 have a traction means in the form of a toothed belt 51 and a wheel disk which interacts with the latter and is designed as a gear 52. The toothed belt 51 is made of plastic and reinforced by a steel core. The ends of the toothed belt 51 are firmly connected to the base frame at clamping points 22. The gear 52, on the other hand, is rotatably attached to the frame 10.
Zwei beidseitig des Zahnrads 52 angeordnete Umklenkrollen 53 bewirken, daß der Zahnriemen 51 das Zahnrad 52 mit einem Umschlingungswinkel von ca. 180° umschließt. Auf diese Weise ergibt sich einTwo pulleys 53 arranged on both sides of the gear 52 cause the toothed belt 51 to wrap around the gear 52 with a wrap angle of approximately 180°. This results in a
zuverlässiger Formschluß zwischen Zahnriemen 51 und Zahnrad 52, der eine vergleichsweise große Drehmomentenübertragung erlaubt.reliable positive locking between the toothed belt 51 and the gear 52, which allows a comparatively large torque transmission.
Das Zahnrad 52 wird durch einen Kurbeltrieb 54 angetrieben. Der Kurbeitrieb 54 weist zu diesem Zweck einen manuell zu betätigenden Kurbelgriff 55 auf, der an einer gut zugänglichen Stelle und damit in ergonomischer Hinsicht günstig an dem Rahmen 10 angeordnet ist.The gear 52 is driven by a crank drive 54. For this purpose, the crank drive 54 has a manually operated crank handle 55, which is arranged in an easily accessible place and thus ergonomically favorable on the frame 10.
Das durch den Kurbelgriff 55 erzeugte Drehmoment wird durch ein Winkelgetriebe 57 auf eine Antriebswelle 56 übertragen, die sich in vertikaler Richtung parallel zu dem Rahmen 10 erstreckt. Die Antriebswelle 56 ist durch ein Übersetzungsgetriebe 58 mit dem Zahnrad 52 verbunden. Das Übersetzungsgetriebe 58 ermöglicht eine geeignete Drehzahl für das Zahnrad 52. Je nach Anwendungsfall kann das Über-Setzungsgetriebe 58 die Drehzahl der Antriebswelle 56 ins Schnelle oder ins Langsame übersetzen. Das Übersetzungsgetriebe 58 ist zudem als selbsthemmendes Rädergetriebe ausgestaltet. Dies stellt eine lagegenaue Arretierung des Rahmens 10 an der jeweils erreichten Position sicher.The torque generated by the crank handle 55 is transmitted by an angle gear 57 to a drive shaft 56, which extends in a vertical direction parallel to the frame 10. The drive shaft 56 is connected to the gear 52 by a transmission gear 58. The transmission gear 58 enables a suitable speed for the gear 52. Depending on the application, the transmission gear 58 can translate the speed of the drive shaft 56 into a fast or slow speed. The transmission gear 58 is also designed as a self-locking gear train. This ensures that the frame 10 is locked precisely in the position reached.
Die zuvor beschriebene Handhabungsvorrichtung zeichnet sich durch ein exaktes und leichtgängiges Verstellen des Rahmens 10 in horizontaler Richtung aus. Ursache hierfür sind in erster Linie die Arbeitsmittel 50, die ein Verfahren des Rahmens 10 auf den Geradführungen 21 des Untergestells 20 in einfacher Weise ermöglichen. Der Zahnriemen 51 trägt im Zusammenwirken mit dem durch den Kurbeltrieb 54 angetriebenen Zahnrad 52 zu einer kontrollierten und genau reproduzierbaren Linearbewegung des Rahmens 10 bei. Die Umlenkrollen 53 rufen einen vergleichsweise großen Umschlingungswinkel hervor und stellen somit eine wirksame Drehmomentenübertragung sicher. Nicht zuletzt bewirktThe handling device described above is characterized by an exact and smooth adjustment of the frame 10 in the horizontal direction. The reason for this is primarily the working means 50, which enable the frame 10 to be moved easily on the straight guides 21 of the base frame 20. The toothed belt 51, in conjunction with the gear 52 driven by the crank mechanism 54, contributes to a controlled and precisely reproducible linear movement of the frame 10. The deflection rollers 53 cause a comparatively large wrap angle and thus ensure effective torque transmission. Last but not least,
eine im Querschnitt annähernd C-förmige Profilschiene 59, innerhalb welcher der Zahnriemen 51 angeordnet ist und das Zahnrad 52 beim Bewegen des Rahmens 10 verläuft, einen sicheren Schutz der Arbeitsmittel 50.a profile rail 59 with an approximately C-shaped cross section, within which the toothed belt 51 is arranged and the gear 52 runs when the frame 10 moves, ensures safe protection of the work equipment 50.
&phgr;&phgr;&phgr;&phgr; &phgr;· ···&phgr;&phgr;&phgr;&phgr; φ· ···
RahmenFrame
20 Untergestell20 Base frame
21 Geradführung21 Straight guide
22 Einspannstelle22 Clamping point
30 Halterung30 Bracket
40 Testkopf40 test head
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Cited By (1)
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