DE102012112271A1

DE102012112271A1 - Zusammenführvorrichtung

Info

Publication number: DE102012112271A1
Application number: DE102012112271.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Thurmaier
Original assignee: TURBODYNAMICS GmbH
Current assignee: TURBODYNAMICS GmbH
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-03-27
Also published as: WO2014091022A1; DE112013005991A5; US20150331042A1; US9671458B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zusammenführvorrichtung zum Zusammenführen einer aus einem Handler oder einem Prober bestehenden ersten Vorrichtung mit einer aus einem Testkopf für elektronische Bauelemente bestehenden zweiten Vorrichtung, wobei die Zusammenführvorrichtung an einer ersten oder zweiten Vorrichtung befestigbar ist, und eine Rasteinrichtung, mit einer zylinderförmigen Stiftaufnahme zum Aufnehmen und rastenden Fixieren eines vorderen Endes eines Fangstiftes aufweist, und der Fangstift entsprechend an der anderen Vorrichtung befestigbar ist, wobei die Rasteinrichtung an eine Linearverschiebungseinrichtung derart gekoppelt ist. Die zylinderförmige Stiftaufnahme ist mittels der Linearverschiebungseinrichtung um zumindest einen Weg linear verschiebbar, der dem Vielfachen der Länge des vorderen in die Stiftaufnahme einführbaren Abschnittes des Fangstiftes entspricht, und/oder die Rasteinrichtung ist an eine Linearverschiebungseinrichtung derart gekoppelt, dass das Rastelement, das Federelement und die Stiftaufnahme der Rasteinrichtung mit eingerastetem Fangstift mittels der Linearverschiebungseinrichtung linear verschiebbar sind, so dass die erste Vorrichtung und die zweite Vorrichtung relativ zueinander bewegbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammenführvorrichtung zum Zusammenführen einer aus einem Handler oder einem Prober bestehenden ersten Vorrichtung mit einer aus einem Testkopf für elektronische Bauelemente bestehenden zweiten Vorrichtung.
In der DE 102 16 003 B4 ist eine weitere Dockingvorrichtung offenbart. Diese Dockingvorrichtung umfasst eine Verriegelungseinheit, die eine von einer Betätigungseinrichtung in Drehung versetzbare Gewindehülse mit Innengewinde aufweist. Eine Kugelklemmhülse ist dabei drehfest, aber in ihrer Axialrichtung verschiebbar angeordnet und weist ein mit dem Innengewinde der Gewindehülse kämmendes Außengewinde auf, so dass ein Drehen der Gewindehülse mit einer Axialbewegung der Kugelklemmhülse gekoppelt ist. Die Gewindehülse wirkt dabei als eine Art axial festgelegte Spindelmutter, während die drehfeste Kugelklemmhülse mit einer Spindel vergleichbar ist, welche durch das Drehen der Gewindehülse axial bewegt wird.
Das Andocken des Testkopfs am Handhabungsgerät erfolgt dabei derart, dass zunächst der Testkopf soweit auf das Handhabungsgerät bzw. die Dockingplatte zubewegt wird, bis Verriegelungsstifte in mittige Einführöffnungen der Verriegelungseinheiten eingeführt sind, wodurch der Testkopf zentriert wird. Anschließend werden die Verriegelungseinheiten durch Drehen des Handhabungsteils derart betätigt, dass die Verriegelungsstifte und damit der Testkopf noch ein kleines Stück zur Dockingplatte bis hin zur Endposition gezogen und dort in dieser Stellung verriegelt wird.
Diese Dockingvorrichtung ermöglicht es eine präzise ausgerichtete Verbindung zwischen einem Testkopf und einem Handhabungsgerät bereitzustellen. Darüber hinaus kann die Dockingvorrichtung derart ausgestaltet werden, dass die Verriegelungseinheit(en) ohne weiteres an verschiedenen Stellen der Dockingplatte befestigt werden kann (können), so dass bei einem Wechsel des Testkopf- oder Handhabungsgerätetyps häufig nur die Verriegelungseinheiten an anderen Stellen der Dockingplatte befestigt werden müssen, um auch an einen anderen Testkopf bzw. ein anderes Handhabungsgerät zu passen. Die Dockingvorrichtung ist somit auch leichter an unterschiedliche Gerätetypen anpassbar.
Bei dieser Dockingvorrichtung sind zum Zusammenführen des bis zu 1000 kg schweren Testkopfs und des Handhabungsgerätes zumindest zwei Personen notwendig, um den Testkopf bzgl. des Handhabungsgerätes derart auszurichten, dass die Verrieglungsstifte in die entsprechenden Verriegelungseinheiten einführbar sind, da der Testkopf aufgrund seines Eigengewichtes sehr träge ist und damit die Verriegelungsstifte nicht immer optimal in linearer Flucht mit den Verriegelungseinheiten ausrichtbar sind. Hierbei ist auch zu beachten, dass der Schwerpunkt je nach Ausrichtungszustand des Testkopfes erheblich variieren kann und es nicht möglich ist, den Angriffspunkt am Testkopf immer optimal bzgl. seines Schwerpunktes auszurichten.
Aus der DE 10 021 600 03 B4 geht eine Dockingvorrichtung zum Verbinden in einer exakt ausgerichteten Position eines Halbleiter-Testkopfs mit einem Halbleiter-Handler hervor. Diese hat je eine testkopfseitige und eine handlerseitige Verbindungsvorrichtung, eine Handhabungsvorrichtung zum Handhaben einer Kontaktierungsvorrichtung und eine Koppelvorrichtung zum Koppeln der Verbindungsvorrichtungen. Die Koppelvorrichtung weist eine erste Verschiebeeinrichtung auf, die das translatorische und geführte Verschieben der testkopfseitigen Verbindungsvorrichtung relativ zur handlerseitigen Verbindungsvorrichtung aufeinander zu und voneinander weg erlaubt.
Zum Testen elektronischer Bauelemente, wie beispielsweise integrierten Schaltungen (IC), wird eine Testvorrichtung mit einem Testkopf verwendet, der mit einem Handhabungsgerät für die elektronischen Bauelemente, beispielsweise einem Handler oder Prober, verbunden werden muss. Um das Andocken des bis zu 1000 kg schweren Testkopfs an das Handhabungsgerät auf möglichst einfache, leichte und präzise Weise zu ermöglichen, sind spezielle Dockingvorrichtungen, d. h. Kupplungsvorrichtungen, entwickelt worden, die einerseits am Handhabungsgerät und andererseits am Testkopf befestigt werden.
Trotz der Verwendung einer solchen Dockingvorrichtung ist das Zusammenführen eines Testkopfs mit einem Handhabungsgerät aufwendig. Der Testkopf wird mit einem Manipulator angehoben und im angehobenen Zustand zum Handhabungsgerät manövriert. Hierzu sind in der Regel zwei Personen notwendig, die den Testkopf genau bzgl. des Handhabungsgerätes positionieren, so dass die Dockingvorrichtung die beiden Geräte verbinden kann.
Die noch nicht veröffentlichte DE 10 2012 103 893 betrifft ein schubladenartiges Modul zum Austauschen einer etwa ebenflächigen Schnittstelleneinheit in einem Testsystem zum Testen von Halbleiterelementen. Das Modul umfasst ein Basiselement, eine Halterung und Führungselemente. Die Führungselemente sind derart ausgebildet, dass die Schnittstelleneinheit durch eine geradlinige, translatorische Bewegung aus einer Endposition in eine Zwischenposition und von der Zwischenposition in eine Entnahmeposition verfahrbar ist, die außerhalb des Testsystems angeordnet ist. Der Mechanismus umfasst einen Hebelmechanismus, der von einer Kulisse gesteuert wird, die quer zur geradlinigen Translationsbewegung der Halterung beweglich gelagert ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung bereitzustellen die ein einfaches Zusammenführen von Testkopf und Handhabungsgerät ermöglicht.
Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Patentanspruch 1, die im Patentanspruch ... und/oder die im Patentanspruch ... angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine Zusammenführvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist zum Zusammenführen einer aus einem Handler oder einem Prober bestehenden ersten Vorrichtung mit einer aus einem Testkopf für elektronische Bauelemente bestehenden zweiten Vorrichtung ausgebildet, wobei die Dockingvorrichtung an der ersten oder der zweiten Vorrichtung befestigbar ist. Weiterhin ist eine Rasteinrichtung, mit einer zylinderförmigen Stiftaufnahme zum Aufnehmen und rastenden Fixieren eines vorderen Endes eines Fangstiftes vorgesehen, wobei der Fangstift entsprechend an der anderen Vorrichtung befestigbar ist, und die Rasteinrichtung an eine Linearverschiebungseinrichtung derart gekoppelt ist, dass die zylinderförmige Stiftaufnahme mittels der Linearverschiebungseinrichtung um zumindest einen Weg linear verschiebbar ist, der dem Vielfachen der Länge des vorderen in die Stiftaufnahme einführbaren Abschnittes des Fangstiftes entspricht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Handhabungsgerät ein Handler oder ein Prober verstanden.
Der Begriff Zusammenführen bedeutet, dass die erste und zweite Vorrichtung über einen vorbestimmten Weg, der vorzugsweise zumindest 10 cm, insbesondere zumindest 15 cm oder 20 cm beträgt.
Der vordere in die Stiftaufnahme einführbare Abschnitt des Fangstiftes erstreckt sich vom vorderen Ende des Fangstiftes bis zu Rastmittel der Rasteinrichtung, welche am Fangstift eingreifen.
Beim Verbinden von Testkopf mit der Handhabungseinrichtung wird der Testkopf zumeist von einem Manipulator gehalten, um diesen an das Handhabungsgerät heranzuführen und zu positionieren.
Bisher wurden der Testkopf und das Handhabungsgerät von dem Bediener der Testanlage manuell zusammengeführt. Erst wenn der Testkopf unmittelbar angrenzend am Handhabungsgerät angeordnet ist, d.h. einen Abstand von weniger als 5 cm aufweist, wurden die beiden Geräte mittels einer Dockingvorrichtung miteinander verbunden und exakt zueinander ausgerichtet.
Das exakte Anordnen des Testkopfes bzgl. der Handhabungsvorrichtung war sehr aufwendig und erforderte in der Regel zwei Bediener. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass Dockingvorrichtungen zum präzisen Ausrichten von Handhabungsgerät und Testkopf zueinander ausgebildet sind. Daher werden Verriegelungsstifte einer solchen Dockingvorrichtung in entsprechenden Ausnehmungen einer Verriegelungseinheit nahezu spielfrei aufgenommen. Dies bedeutet jedoch, dass der Testkopf und das Handhabungsgerät, bzw. die Verriegelungsstifte zu den entsprechenden Ausnehmungen, sowohl in ihrer Position als auch in ihrer linearen Flucht bzw. Richtung präzise zueinander angeordnet werden müssen. Die Stirnflächen des Testkopfes und der Handhabungseinrichtung mussten in geringem Abstand zueinander angeordnet werden und parallel ausgerichtet sein, so dass alle Verriegelungsstifte in die entsprechenden Ausnehmungen eingreifen können. Dies alles macht das Verbinden von Testkopf und Handhabungsgerät aufwendig.
Mit der erfindungsgemäßen Zusammenführvorrichtung können das Handhabungsgerät und der Testkopf um einen vorbestimmten Weg zusammengeführt werden, da die zylinderförmige Stiftaufnahme mittels der Linearverschiebungseinrichtung um zumindest einen Verschiebeweg linear verschiebbar ist, der dem Vielfachen der Länge des vorderen in die Stiftaufnahme einführbaren Abschnittes des Fangstiftes entspricht.
Der Verschiebeweg beträgt vorzugsweise zumindest das 4-, 5-, und insbesondere das 10-Fache der Länge des vorderen in die Stiftaufnahme einführbaren Abschnittes des Fangstiftes.
Das Zusammenführen des Handhabungsgerätes und des Testkopfes wird erheblich vereinfacht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zusammenführvorrichtung liegt darin, dass für Wartungsarbeiten das Handhabungsgerät und der Testkopf ein Stück auseinander gefahren werden können, so dass deren Stirnflächen frei liegen, ohne dass die rastende In-Eingriffnahme zwischen dem Fangstift und der Stiftaufnahme gelöst werden muss. Nach der Wartungsarbeit können das Handhabungsgerät und der Testkopf mittels der Linearverschiebungseinrichtung einfach wieder zusammengeführt werden. Andererseits ist auch ein vollständiges Lösen des Testkopfes vom Handhabungsgerät einfach möglich, indem die Rastverbindung zwischen dem Fangstift und der Rasteinrichtung gelöst wird. Die erfindungsgemäße Zusammenführvorrichtung erleichter somit erheblich die Handhabung vom Handhabungsgerät und dem Testkopf bei Wartungsarbeiten.
Weiterhin kann die Zusammenführvorrichtung im Bereich der zylinderförmigen Stiftaufnahme zum Aufnehmen und rastenden Fixieren des vorderen Endes eines Fangstiftes und/oder im Bereich einer Einführöffnung bzw. Einführbuchse ein gewisses Spiel gegenüber dem Fangstift aufweisen. Dies vereinfacht das Zusammenführen von Testkopf und Handhabungsgerät zusätzlich, da Fangstift und Rasteinrichtung in ihrer linearen Flucht nicht so exakt zueinander ausgerichtet werden müssen.
Vorzugsweise ist zumindest eine Zusammenführvorrichtung oder sind mehrere Zusammenführvorrichtungen an einer Verbindungsplatte befestigt, die wiederum entweder mit dem Handhabungsgerät oder mit dem Testkopf verbunden ist.
Die Verbindungsplatte ist rahmenförmig mit einer mittigen Ausnehmung ausgebildet, in der eine Schnittstelleneinheit bzw. eine Kontaktierungseinrichtung anordbar ist. Die Schnittstelleneinheit wird auch als LOAD-Board bezeichnet. Diese Schnittstelleneinheit wird in der Fachwelt auch als DUT-Board (DUT = device under test), PC (Probe Card), HIB (Handler Interface Board) oder PIB (Prober Interface Board) bezeichnet.
Die Schnittstelleneinheit kann an einem Schublademodul angeordnet sein, wie es aus der JP09159730A , der EP1495339B1 bzw. der US 2003/0194821A1 und der DE 10 2012 103 893 hervorgeht. Eine solches Schubladenmodul umfasst einen Mechanismus zum geführten Ein- und Ausfahren einer Schnittstelleneinheit aus dem Bereich zwischen dem Testkopf und dem Handhabungsgerät. Dieses wird beim Austauschen der Schnittstelleneinheit aus dem Bereich zwischen dem Handhabungsgerät und dem Testkopf herausgezogen, um die Schnittstelleneinheit auszutauschen.
Zum Herausziehen des Schubladenmoduls musste bisher die Verbindung zwischen dem Handhabungsgerät und dem Testkopf gelöst werden, was die oben beschriebenen Probleme beim Zusammenführen mit sich bringt, oder es war ein Scherenmechanismus vorgesehen, der fest mit dem Testkopf und dem Handhabungsgerät verbunden ist und nicht ohne weiteres von diesen Geräten gelöst werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Zusammenführvorrichtung können das Handhabungsgerät und der Testkopf um eine vorbestimmte Länge auseinandergezogen werden, um die Schnittstelleneinheit auszutauschen. Das vordere Ende des Fangstiftes verbleibt dabei in der Rasteinrichtung der zylinderförmigen Stiftaufnahme rastend fixiert. Somit können nach dem Austausch der Schnittstelleneinheit das Handhabungsgerät und der Testkopf auf einfache Art und Weise wieder zusammengeführt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Zusammenführvorrichtung einer aus einem Handler oder einem Prober bestehenden ersten Vorrichtung mit einer aus einem Testkopf für elektronische Bauelemente bestehenden zweiten Vorrichtung ausgebildet, wobei die Zusammenführvorrichtung an der ersten oder der zweiten Vorrichtung befestigbar ist. Die Zusammenführvorrichtung weist eine Rasteinrichtung auf, die zumindest ein Rastelement, ein Federelement zum Beaufschlagen des Rastelements mit einer Federkraft und eine Stiftaufnahme umfasst. Ein Fangstift ist entsprechend an der anderen Vorrichtung befestigbar, wobei der Fangstift mittels des Rastelements in der Stiftaufnahme fixierbar ist, und die Rasteinrichtung an eine Linearverschiebungseinrichtung derart gekoppelt ist, dass das Rastelement, das Federelement und die Stiftaufnahme der Rasteinrichtung mit eingerastetem Fangstift mittels der Linearverschiebungseinrichtung linear verschiebbar sind.
Die Rasteinrichtung ist mittels der Linearverschiebungseinrichtung linear verschiebbar, wobei der Verschiebeweg an sich beliebig lang ist und nur durch die räumlichen Gegebenheiten am Testkopf bzw. an der Handhabungseinrichtung beschränkt ist.
Mit der Zusammenführvorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein an sich beliebig langer Verschiebeweg ermöglicht, so dass alle oben anhand des ersten Aspektes erläuterten Vorteile gleichermaßen erzielt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Zusammenführvorrichtung einer aus einem Handler oder einem Prober bestehenden ersten Vorrichtung mit einer aus einem Testkopf für elektronische Bauelemente bestehenden zweiten Vorrichtung ausgebildet, wobei die Vorrichtung an einer ersten oder zweiten Vorrichtung befestigbar ist. Die Vorrichtung weist eine Rasteinrichtung, mit einer zylinderförmigen Stiftaufnahme zum Aufnehmen und rastenden Fixieren eines vorderen Endes eines Fangstiftes auf, wobei eine Einführbuchse vorgesehen ist, die zumindest einen konusförmigen Einführabschnitt aufweist, der ein Einführen des Fangstiftes unter einem vorbestimmten Winkel ermöglicht.
Dadurch, dass die Einführbuchse zumindest einen konusförmigen Einführabschnitt aufweist, ist ein Einführen des Fangstiftes unter einem vorbestimmten Winkel von 0° bis zu 40° und insbesondere von 0° bis 20° gegenüber einer Längsachse möglich.
Die Längsachse ist konzentrisch zur zylinderförmigen Stiftaufnahme angeordnet und erstreckt sich entlang dem Verschiebeweg der zylinderförmigen Stiftaufnahme
Weiterhin kann erfindungsgemäß eine Sicherungseinrichtung vorgesehen sein, die ein unbeabsichtigtes Entrasten des Fangstiftes aus der Rasteinrichtung sicher und zuverlässig verhindert.
Die Sicherungseinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass an der zylinderförmigen Stiftaufnahme an der vom Fangstift abgewandten Seite ein sich in axialer Richtung erstreckender Sicherungsstift vorgesehen ist, der in einer vorbestimmten Position derart arretierbar ist, dass die Rasteinrichtung in ihrer axialen Bewegung begrenzt ist. Hierdurch bleiben Rastelemente, wie z.B. Kugeln, der Rasteinrichtung in Ihrer Rastposition fixiert, wobei erst durch Lösen der Arretierung des Sicherungsstifts die Rastelemente im äußeren Eingriff mit dem Fangstift bringbar sind.
Die Sicherungseinrichtung kann auch Tellerfedern aufweisen, wobei diese zunächst mit einer vorbestimmten Kraft zusammengedrückt werden müssen, um die Rastelement außer Eingriff mit dem Fangstift zu bringen.
Weiterhin kann die Zusammenführvorrichtung auch derart ausgebildet sein, dass der Fangstift im eingezogenen Zustand an einem Anschlag anliegt, so dass die Vorrichtung nicht nur zum Zusammenführen sondern auch zum Ausrichten und Positionieren von Handhabungsgerät und Testkopf zueinander ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Anschlag konusförmig und passt formschlüssig in einen konus- bzw. trichterförmigen Abschnitt einer Einführöffnung.
Gemäß einer derartigen Ausbildung der Zusammenführvorrichtung ist der Fangstift nahezu spielfrei in der Stiftaufnahme der Rasteinrichtung aufnehm- und arretierbar.
Ein erfindungsgemäßes System zum Zusammenführen einer aus einem Handler oder einem Prober bestehenden ersten Vorrichtung mit einer aus einem Testkopf für elektronische Bauelemente bestehenden zweiten Vorrichtung umfasst vorzugsweise ein Handhabungsgerät, einen an einem verfahrbaren Manipulator befestigten Testkopf und zumindest eine erfindungsgemäße Zusammenführvorrichtung sowie einen entsprechenden Fangstift. Der ganze Vorgang des Zusammenführens und Lösens von Testkopf und Handhabungsgerät kann von einer einzigen Person ausgeführt werden. Der Manipulator nimmt die Gewichtskraft des Testkopfes auf und dadurch, dass zumindest ein Fangstift vorgesehen ist, muss der Testkopf lediglich grob positioniert werden, um dann von der Rasteinrichtung der Zusammenführvorrichtung angezogen und „exakt positioniert“ zu werden.
Zusätzlich kann zumindest eine Docking-Vorrichtung vorgesehen sein, die z.B. gemäß der in der DE 102 16 003 B4 beschriebenen Docking-Vorrichtung ausgebildet ist, um das Handhabungsgerät und den Testkopf präzise zueinander auszurichten und miteinander zu verbinden. Auf die DE 102 16 003 B4 wird hiermit vollinhaltlich Bezug genommen.
Ein solches System kann auch eine oben erläutertes Schubladenelement umfassen. Es ist oftmals nicht einfach, den Testkopf aufgrund seines hohen Eigengewichts in seiner relativen Position zum Handhabungsgerät so exakt anzuordnen, dass ein Verbinden von Handhabungsgerät und Testkopf mit einer herkömmlichen Drehringvorrichtung nicht möglich ist. Ist der Testkopf gegenüber dem Handhabungsgerät unter einem vorbestimmten Winkel geneigt, kann ein Verriegelungsstift nicht in eine entsprechende Buchse der Dockingvorrichtung eingeführt werden (1a, 1b). In diesem Fall muss dann manuell beim Ausrichten und Zusammenführen von Handhabungsgerät und Testkopf nachgeholfen werden. Schon bei geringen Neigungswinkeln des Testkopfes gegenüber dem Handhabungsgerät ist es nicht mehr möglich einen Verriegelungsstift in die Verriegelungseinheit einzuführen, da beispielsweise eine Kante des Testkopfes das Handhabungsgerät kontaktiert ohne dass ein Verriegelungsstift in eine Ausnehmung einer Verriegelungseinheit eingetreten ist. Daher sind wie bereits oben erläutert zumindest zwei Personen notwendig, um den Testkopf bezüglich des Handhabungsgerätes derart auszurichten, dass die Verriegelungsstifte in die entsprechenden Ausnehmungen der Verriegelungseinheiten einführbar sind. Zudem müssen meist alle Verriegelungsstifte synchron bzw. gleichzeitig in die entsprechenden Ausnehmungen der Verriegelungseinheiten eintreten.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:
1a ein Handhabungsgerät und ein Testkopf mit einer Docking-Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik im verbundenen Zustand,
1b das Handhabungsgerät und der Testkopf mit der Docking-Vorrichtung aus 1a vor dem Verbinden,
2a ein Handhabungsgerät und ein Testkopf mit einer erfindungsgemäßen Zusammenführvorrichtung im verbundenen Zustand,
2b das Handhabungsgerät und der Testkopf mit der Zusammenführvorrichtung aus 2a vor dem Verbinden,
3 eine schematisch grob vereinfachte Darstellung einer Zusammenführvorrichtung mit nicht eingezogenem Fangstift in einer seitlich geschnittenen Ansicht,
4 eine grob schematisch vereinfachte Darstellung einer Zusammenführvorrichtung aus 3 mit eingezogenem Fangstift in einer seitlich geschnittenen schematischen Darstellung,
5 eine Zusammenführvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung,
6 die Zusammenführvorrichtung aus 5 in seitlicher Ansicht,
7 die Zusammenführvorrichtung aus 5 in einer Schnittansicht,
8 der Bereich der Zusammenführvorrichtung aus 7 mit einem vorderen Ende eines Fangstiftes sowie einer Stiftaufnahme in vergrößerter Darstellung,
9a–9d die Zusammenführvorrichtung in Schnittdarstellungen in unterschiedlichen Einzugspositionen,
10a–10d jeweils vergrößerte Darstellung des Bereiches mit dem vorderen Ende des Fangstiftes der Zusammenführvorrichtung gemäß 9a–9d,
11a–11d eine weitere Ausführungsform einer Stiftaufnahme in einer Schnittansicht, perspektivischen Explosionsdarstellung, vergrößerten Darstellung eines Bereichs der Schnittansicht und einer Draufsicht,
12 eine Befestigungsplatte mit vier Zusammenführvorrichtungen, und
13a, 13b einen Testkopf mit erfindungsgemäßen Zusammenführvorrichtungen in einer perspektivischen Darstellung und ein Ausschnitt hiervon in vergrößerter Darstellung.
Im Folgenden wird das Zusammenführen eines Handhabungsgerätes 2 und eines Testkopfes 3 allgemein beschrieben.
Ein Handhabungsgerät 2 kann ebenso wie ein Testkopf ein Gewicht von mehreren 100 kg bis über eine Tonne aufweisen. Um eine zu testende Halbleitervorrichtung sicher elektrisch kontaktieren zu können muss eine stabile und mechanisch präzise Verbindung zwischen Handhabungsgerät und Testkopf ausgebildet werden.
Im Handhabungsgerät werden Halbleiter einer Prüfstelle zugeführt. Die Prüfstelle ist durch eine Schnittstelleneinheit ausgebildet, welche im Bereich der Verbindungs- bzw. Schnittstelle des Handhabungsgerätes und des Testkopfes angeordnet ist und eine Vielzahl von Federkontakten aufweist, um die Kontaktstellen der zu testenden Halbleiter zu kontaktieren. Die zu prüfenden Halbleiter können einzelnen Halbleiterbausteine ohne Gehäuse oder auch Wafer sein. Sie weisen komplexe analoge oder digitale Schaltungen mit einer Vielzahl Kontaktstellen auf, die zur Durchführung eines Testes kontaktiert werden müssen. Der Testkopf weist eine Testelektronik auf, mit welcher die elektrischen Messungen automatisch ausgeführt werden.
Zunächst müssen jedoch das Handhabungsgerät und der Testkopf zusammengeführt werden. Unter dem Begriff Zusammenführen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass das Handhabungsgerät 3 und der Testkopf 2 über einen vorbestimmten Weg, der vorzugsweise zumindest 10 cm, insbesondere zumindest 15 cm oder 20 cm beträgt, zusammengeführt werden. Das bedeutet, dass die Federkontakte der Schnittstellenvorrichtung nach dem Zusammenführen noch nicht endgültig positioniert sein müssen, so dass ein Test durchgeführt werden kann. Für die endgültige Ausrichtung und Fixierung des Testkopfes am Handhabungsgerät und damit für die exakte Positionierung der Schnittstelleneinheit an der Prüfstelle kann zusätzlich eine Dockingvorrichtung vorgesehen sein.
Zum Zusammenführen des Testkopfes und des Handhabungsgerätes ist der Testkopf an einem Manipulator angeordnet, um diesen zu bewegen.
Im Folgenden wird der grundsätzliche Aufbau einer Zusammenführvorrichtung zum Zusammenführen eines Handhabungsgeräts 3 und eines Testkopfes 2 allgemein beschrieben (3, 4).
Die Zusammenführvorrichtung 1 zum Zusammenführen eines Handhabungsgerätes 3 und eines Testkopfes 2 umfasst eine zylinderförmige Stiftaufnahme 30 zum Aufnehmen eines Fangstiftes 51.
Die zylinderförmige Stiftaufnahme 30 weist eine Rasteinrichtung 17 auf, so dass ein vorderes Ende des Fangstiftes 51 in der Stiftaufnahme 30 aufgenommen und rastend fixiert werden kann.
Die Rasteinrichtung 17 weist Rastelemente 52, die am Innenumfang der zylinderförmigen Stiftaufnahme derart angeordnet sind, dass sie einen vorderen Endbereich eines Fangstiftes 51 umfassen können. Die Rastelemente 52 sind von einem Federelement 53 radial nach innen beaufschlagbar, so dass sie zur rastenden Fixierung in eine entsprechende Ausnahme oder Nut am Fangstift 51 eingreifen können. Als Rastelemente 52 können beispielsweise mehrere gleichmäßig beabstandet voneinander angeordnete Kugeln vorgesehen sein. Es können aber auch andere bekannte Rastmechanismen, wie z.B. Stifte, Bolzen, Nocken oder dergleichen, vorgesehen sein.
Die zylinderförmige Stiftaufnahme 30 ist an eine Linearverschiebungseinrichtung 54 derart gekoppelt, dass die zylinderförmige Stiftaufnahme 30 mittels der Linearverschiebungseinrichtung 54 um zumindest ein Weg linear verschiebbar ist, der dem vielfachen der Länge des vorderen in die Stiftaufnahme einführbaren Abschnittes 50 des Fangstiftes 51 entspricht. Der vordere in die Stiftaufnahme 30 einführbare Abschnitt 50 des Fangstiftes 51 erstreckt sich vom vorderen Ende des Fangstiftes 51 bis zu den Bereich, an dem die Rastelemente 52 der Rasteinrichtung 17 in den Fangstift eingreifen.
Die Linearverschiebungseinrichtung 54 umfasst eine Linearführung 55 und eine Bewegungseinrichtung 56. Bei der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist die Linearführung aus zwei parallel angeordneten Stangen 57 und zwei an der Stiftaufnahme 30 ausgebildeten Buchsen 58 ausgebildet, durch die sich die Stangen 57 erstrecken und entlang der die Buchsen 58 gleiten können. Eine der beiden Buchsen 58 ist mit der Bewegungseinrichtung 56 verbunden. In der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist die Bewegungseinrichtung 56 ein Riemen- oder Kettenantrieb mit einem endlosen Riemen 59. Der Riemen 59 ist um zwei Rollen geführt, wobei eine der beiden Rollen von einem Motor (nicht dargestellt) angetrieben wird.
Die Zusammenführvorrichtung 1 weist an einem Endbereich eine Einführbuchse 60 auf. Die Einführbuchse 60 ist mit einer konusförmigen Innenfläche ausgebildet, die zum Einführen des Fangstiftes 51 einen Einführtrichter bildet. Der Einführtrichter verjüngt sich von außen nach innen. Die Einführbuchse 60 ist ortsfest angeordnet. Sie fluchtet zur zylinderförmigen Stiftaufnahme.
Beim Einführen eines Fangstiftes 51 in die Zusammenführvorrichtung 1 ist die Aufnahme 30 angrenzend zur Einführbuchse 60 angeordnet (3). Die Einführbuchse 30 weist an dem zur Stiftaufnahme benachbarten Bereich etwa den gleichen Innendurchmesser wie die Stiftaufnahme 30 auf. Ein Fangstift 51 wird selbst, wenn er mit einer Neigung von einigen Grad gegenüber einer Längsachse 61 der Zusammenführvorrichtung 1 eingeführt wird, durch die Einführbuchse 60 sicher in die Stiftaufnahme 30 mit seinem vorderen Ende eingeführt. In der Aufnahme 30 wird der Einführstift 51 mittels der Rasteinrichtung 17 fixiert.
Mittels der Bewegungseinrichtung 56 wird die Stiftaufnahme 30 in die Zusammenführvorrichtung 1 und damit auch der Fangstift 51 eingezogen (4).
Die Einführbuchse 60 und die Stiftaufnahme 30 weisen einen etwas größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Fangstiftes 51 auf. Durch dieses Spiel kann der Fangstift auch mit etwas Neigung gegenüber der Längsachse 61 auch noch beim Einrasten (3) angeordnet sein. Wird dann die Stiftaufnahme 30 und damit der Fangstift (51) eingezogen, dann entfernt sich die Stiftaufnahme 30 von der Einführbuchse 60. Das Spiel im Bereich der Einführbuchse 60 und der Stiftaufnahme 30 ist das Gleiche, da jedoch der Fangstift 51 nun an seinen beiden Endbereichen mit diesem Spiel gegenüber der Längsachse 61 ausgerichtet ist, ist die Neigung des Fangstifts nun gering gegenüber der Längsachse 61. Durch das Einziehen über einen langen Weg können somit nicht nur ein Testkopf und eine Handhabungsgerät über einen langen Weg zusammengeführt werden, sondern es erfolgt auch eine Ausrichtung des Fangstiftes 51 bzgl. der Längsachse 61, selbst wenn im Bereich der Einführbuchse 60 und der Stiftaufnahme 30 ein Spiel bzgl. des Fangstiftes vorhanden ist. Dies bedeutet, dass beim Einrasten (3) die Ausrichtung des Testkopfes bzgl. des Handhabungsgerätes ungenau sein kann und durch das Einziehen des Fangstiftes der Testkopf und das Handhabungsgerät präziser zueinander ausgerichtet werden.
Die Zusammenführvorrichtung 1 dient zum Zusammenführen eines Handhabungsgerätes, das aus einem Handler oder einem Prober besteht, und einem Testkopf. Diese beiden Vorrichtungen werden im Folgenden auch als erste Vorrichtung 2 und als zweite Vorrichtung 3 bezeichnet. Die Zusammenführvorrichtung 1 kann sowohl an der ersten oder der zweiten Vorrichtung 2, 3 angeordnet sein. An der jeweils anderen Vorrichtung 3, 2 ist dann der korrespondierende Fangstift befestigt, so dass die erste und die zweite Vorrichtung zusammengeführt werden können. Die Zusammenführvorrichtung kann in die erste oder zweite Vorrichtung integriert sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Zusammenführvorrichtung 1 an einer Befestigungsplatte angeordnet ist.. Die Befestigungsplatte ist an eine bestehende erste oder zweite Vorrichtung befestigbar, so dass bereits bestehenden Vorrichtungen mit der Zusammenführvorrichtung ausrüstbar sind. Mittels der Befestigungsplatte kann somit ein bereits bestehendes Handhabungsgerät oder ein bestehender Testkopf mit der Zusammenführvorrichtung nachgerüstet werden.
Vorzugsweise sind mehrere, insbesondere zwei, drei oder vier Zusammenführvorrichtungen zum Zusammenführen einer ersten und zweiten Vorrichtung vorgesehen.
Diese mehreren Zusammenführvorrichtungen werden vorzugsweise synchron angetrieben, so dass die mehreren Fangstifte synchron eingezogen werden.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Zusammenführvorrichtung 1 anhand der 5 bis 8 beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel einer Zusammenführvorrichtung 1 ist an einer Befestigungsplatte 4 ausgebildet. Die Befestigungsplatte 4 ist beispielsweise mittels Schraubenverbindungen mit der ersten Vorrichtung 2 bzw. der zweiten Vorrichtung 3 verbindbar.
An der Befestigungsplatte 4 ist beabstandet und parallel zur Befestigungsplatte 4 eine Basisplatte 28 angeordnet (5, 6). Die Basisplatte 28 ist mittels vier langer Abstandsstifte 29 mit der Befestigungsplatte 4 verbunden. Die Abstandsstifte 29 sind an den Eckbereichen der rechteckigen Basisplatte 28 befestigt.
Die Befestigungsplatte 4 weist an dem der Basisplatte 28 gegenüberliegenden Bereich eine Öffnung auf, in die eine zylinderförmige Einführbuchse 5 eingesetzt ist. Eine von der Einführbuchse 5 zur Basisplatte 28 weisende Richtung wird im folgenden als Einzugsrichtung (Pfeil 62 8) bezeichnet. Die Einführbuchse 5 ist koaxial zu einer Längsachse 61 angeordnet, die senkrecht auf der Ebene der Befestigungsplatte 4 steht.
Die Einführbuchse 5 weist eine Einführöffnung 6 auf. Die Einführöffnung 6 umfasst vorzugsweise in Einzugsrichtung 62 einen ersten konusförmigen Abschnitt 7, einen zweiten konusförmigen Abschnitt 8 sowie einen zylindrischen Abschnitt 9 auf. Der erste konusförmige Abschnitt 7 weist einen Öffnungswinkel von in etwa bis zu 25° auf. Der zweite konusförmige Abschnitt 8 weist einen Öffnungswinkel von in etwa 10° bis 15° auf.
Im Bereich des zylinderförmigen Abschnitts 9 ist außenseitig an der Einführbuchse 5 ein umlaufender Ringsteg 63 ausgebildet. Ober- und unterhalb des Ringsteges ist jeweils ein Axiallager 10 und am radialen äußeren Rand ist ein Radiallager 11 angeordnet. Die Lager 10, 11, sind oberseitig und unterseitig von einer oberen und einer unteren Lagerplatte 12 in der Befestigungsplatte 4 fixiert. Die Lagerplatten 12 sind beispielsweise mittels Schraubenverbindungen mit der Befestigungsplatte 4 verbundenen. Mittels der axialen Lager 10 und der radialen Lager 11 ist die Einführbuchse 5 in axialer und radialer Richtung fixiert und drehbar gelagert.
Im Bereich des ersten und zweiten konusförmigen Abschnitts 7, 8 ist an der Einführbuchse 5 außenseitig ein Drehflansch 13 einteilig ausgebildet. Der Drehflansch kann Zähne aufweisen, die mit einem Zahnriemen in Eingriff treten können.
Die drehbar gelagerte Einführbuchse 5 erstreckt sich ein kleines Stück bis unterhalb der unteren Lagerplatte 12. Unterseitig in 7 und 8 ist an der Einführbuchse 5 eine Gewinderohraufnahmeplatte 14 fixiert. Die Verbindung der Gewinderohraufnahmeplatte 14 mit der Einführbuchse 5 erfolgt beispielsweise mittels entsprechender Schraubenverbindungen.
An der Gewinderohraufnahmeplatte 14 ist ein Gewinderohr 15 fixiert. Die Verbindung des Gewinderohrs 15 mit der Gewinderohraufnahmeplatte 14 kann beispielsweise über Schraubenverbindungen erfolgen. Das Gewinderohr ist koaxial zur Längsachse 61 angeordnet.
Die Einführbuchse 5, die Gewinderohraufnahmeplatte 14 und das Gewinderohr 15 bilden eine um die Längsachse 61 drehbar gelagerte Einheit.
Innerhalb des Gewinderohres 15 ist eine längs der Längsachse 61 verschiebbare zylinderförmige Stiftaufnahme 30 mit einer Rasteinrichtung 17 vorgesehen.
Die Stiftaufnahme 30 umfasst eine Gewindehülse 18, die außenseitig mit einem Außengewinde 19 ausgebildet ist. Das Außengewinde 19 steht mit dem Innengewinde 16 des Gewinderohres 15 kämmend in Eingriff.
Zur axialen Führung und zur Sicherung gegen Verdrehen ist die Stiftaufnahme 30 von einer Axialführeinrichtung 20 geführt. Die Axialführeinrichtung 20 umfasst vorzugsweise vier Führungsstifte 23, die an der Basisplatte 28 befestigt sind und parallel zur Längsachse 61 verlaufen. Benachbart aber mit geringfügigem Abstand ist zur Gewinderohraufnahmeplatte 14 eine Abdeckplatte 21 angeordnet, die mit den Führungsstiften 23 bspw. über Schraubenverbindungen verbunden ist. Die Abdeckplatte 21 ist im Gegensatz zur Gewinderohraufnahmeplatte 14 drehfest angeordnet.
Die Führungsstifte 23 sind innerhalb des Gewinderohrs 15 und die Abstandsstifte 29 sind außerhalb des Gewinderohrs 15 angeordnet.
In der Gewindehülse 18 der Stiftaufnahme 30 sind vier sich in axialer Richtung erstreckende Führungsbohrungen 24 ausgebildet, durch die sich jeweils ein Führungsstift 23 erstreckt. Hierdurch ist ein in axialer Richtung geführtes Verschieben der Stiftaufnahme 30 möglich und es wird weiterhin sichergestellt, dass sich die Stiftaufnahme 30 beim Verschieben nicht dreht. An der zur Abdeckplatte 21 weisenden Seite sind die Führungsbohrungen 24 der Gewindehülse 18 zur Aufnahme jeweils eines Federelementes 27 stufenförmig aufgeweitet. Dieser Abschnitt wird im Folgenden als Federaufnahmeabschnitt 25 bezeichnet. Die Federelemente 27 sind beispielsweise Schraubenfedern. Die Funktion dieser Federelemente 27 wird unten noch näher erläutert.
In der Gewindehülse 18 ist mittig eine sich in axialer Richtung erstreckende Durchgangsöffnung ausgebildet. An dem zur Abdeckplatte 21 weisenden Rand ist an dieser Durchgangsöffnung ein nach innen vorstehender Ringsteg 31 ausgebildet, der an seiner zur Basisplatte 28 weisenden Seite einen domförmig ausgebildeten Klemmabschnitt 32 aufweist.
Weiterhin weist die Stiftaufnahme 30 einen innerhalb der Gewindehülse 18 angeordneten Kugelkäfig 36 auf. Der Kugelkäfig 36 ist in der Gewindehülse 18 in axialer Richtung verschiebbar aufgenommen und dient zur Führung und Halterung von Kugeln 37.
An der zur Basisplatte 28 weisenden Seite ist die Stiftaufnahme mit einer Anschlagplatte 42 abgeschlossen. Die Anschlagplatte 42 ist beispielsweise mittels Schraubenverbindungen mit der Gewindehülse 18 verbunden. Weiterhin weist die Anschlagplatte 42 einen sich in die Durchgangsöffnung der Gewindehülse 18 erstreckenden Ringabschnitt 43 auf. Innerhalb des Ringabschnitts 43 der Abdeckplatte 42 ist ein Federelement 44 angeordnet. Das Federelement 44 ist beispielsweise als Schraubenfeder ausgebildet. Der Kugelkäfig weist eine nach innen eingezogene Ringstufe 45 auf, an der sich das Federelement 44 mit einem Ende abstützt. Das Federelement 44 erstreckt sich durch einen Zwischenraum zwischen dem Kugelkäfig 36 und dem Ringabschnitt 43 und stützt sich mit dem anderen Ende an der Anschlagplatte 42 ab. Mittels des Federelements 44 wird der Kugelkäfig 36 mit einer Federkraft entgegen zur Einzugsrichtung 62 beaufschlagt.
Der Kugelkäfig 36 weist an der zur Abdeckplatte 21 weisenden Seite eine zylinderförmige Seitenwandung 39 auf, in die z.B. insgesamt acht, sich in radialer Richtung erstreckende Kugeleintrittsöffnungen 40 ausgebildet sind. In einer jeden Kugeleintrittsöffnung 40 lagert eine Kugel 37. Die Kugeleintrittöffnungen 40 erstrecken sich durch die Seitenwandung 39 und sind in Umfangsrichtung gleich beabstandet voneinander angeordnet.
Der Durchmesser der Kugeleintrittsöffnungen 40 ist am radialen äußeren Ende etwas größer als der der Kugeln 37, so dass sich die Kugeln 37 von außen radial nach innen in die Kugeleintrittsöffnungen 40 hineinbewegen können. Am radial inneren Ende ist der Durchmesser der Kugeleintrittsöffnungen 40 dagegen verjüngt, das heißt geringer als der der Kugeln 37. Auf diese Weise wird vermieden, dass die Kugeln 37 vollständig nach innen in den Hohlraum des Kugelkäfig 36 hindurchtreten können. Die Innenfläche des Kugelkäfig 36 verjüngt sich in dem zur Basisplatte weisenden Bereich konisch, so dass ein Fangstift 51 mit seinem entsprechend komplementär konisch geformten vorderen Endbereich formschlüssig aufgenommen werden kann.
Die Höhe des Kugelkäfig 36 ist wesentlich geringer als der Abstand zwischen dem Ringsteg 31 der Gewindehülse 18 und der Anschlagplatte 42, so dass der Kugelkäfig 36 in axialer Richtung beweglich innerhalb der Stiftaufnahme 30 gelagert ist.
Der Fangstift 51 ist ein langgestreckter zylinderförmiger Körper, an dessen vorderen Endbereich ein konusförmiger Abschnitt angeformt ist, der als Einführschräge dient. Der Fangstift 51 weist benachbart zur Einführschräge eine umlaufende Ringnut 64 auf, in welche die Kugeln 37 rastend eingreifen können.
Nachfolgend wird anhand der 9a bis 9d und 10a bis 10d die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Zusammenführvorrichtung erläutert.
9a und 10a zeigen die Ausgangsstellung der Zusammenführvorrichtung 1, bei der die Stiftaufnahme 30 benachbart zur Abdeckplatte 21 angeordnet ist. Mit dem Federelement 27 wird die Gewindehülse 18 auf Abstand zur Abdeckplatte 21 gehalten. Der Kugelkäfig 36 wird durch die Wirkung des Federelements 44 gegen die Abdeckplatte 21 gedrückt und steht etwas am Ringsteg 31 der Gewindehülse 18 vor. Hierdurch werden die Kugeln 37 gegen den Klemmabschnitt 32 und damit radial nach innen gedrückt. Die derart nach radial innen beaufschlagten Kugeln 37 greifen beim Einführen eines Fangstiftes 51 in dessen Ringnut 64 ein, so dass dieser rastend in der Stiftaufnahme 30 fixiert ist.
Durch Drehen der Einführbuchse 5 und damit des Gewinderohrs 15 in eine erste vorbestimmte Richtung wird die Stiftaufnahme 30 durch die kämmende In-Eingriffnahme zwischen dem Gewinderohr 15 und der Gewindehülse 18 in Richtung zur Basisplatte 28 verfahren. Da der Fangstift rastend in der Stiftaufnahme 30 fixiert ist, wird er mitgenommen. Die Stiftaufnahme 30 erreicht ihre Endstellung, wenn sie mit ihrer Anschlagplatte 42 an der Basisplatte 28 anschlägt (9b, 10b). In dieser Stellung ist das vordere Ende des Fangstiftes 51 mit Abstand zur Anschlagplatte 42 angeordnet.
Der Fangstift 51 kann von außen, d.h. nicht durch die durch die kämmende In-Eingriffnahme zwischen dem Gewinderohr 15 und der Gewindehülse 18 ausgebildeten Bewegungseinrichtung sondern durch eine andere Vorrichtung, wie z.B. einer zusätzlichen Dockingvorrichtung noch ein Stück weiter in Richtung zur Anschlagplatte 42 bewegt werden. Der Fangstift 51 wird somit mit einem Bewegungsspiel in Einzugsrichtung 62 gehalten.
Die 9c, 10c zeigen den Zustand, bei dem der Fangstift 51 maximal weit in die Zusammenführvorrichtung 1 eingefahren ist und mit seinem vorderen Ende an der Anschlagplatte 42 anschlägt.
Beim Ausfahren des Fangstiftes 51 aus der Zusammenführvorrichtung wird das Gewinderohr 15 in die zum Einziehen entgegengesetzte Richtung gedreht. Hierdurch wird die Stiftaufnahme 30 in Richtung zur Abdeckplatte 21 bewegt. Bei der in 9a und 10a gezeigten Stellung schlägt der Kugelkäfig 36 an der Abdeckplatte 21 an. Hierbei liegt auch das Federelement 27, an der Abdeckplatte 21 derart an, dass das Federelement 27 mit etwas Vorspannung der weiteren Bewegung der Gewindehülse entgegenwirkt. Diese Federkraft muss überwunden werden, um die Gewindehülse 18 mit dem Klemmabschnitt 32 weiter in Richtung zur Abdeckplatte 21 zu bewegen. Da der Kugelkäfig bereits an der Abdeckplatte anliegt, wird die Gewindehülse 18 und damit der Klemmabschnitt 32 relativ zum Kugelkäfig 36 bewegt, wodurch die Kugeln 37 freigegeben werden. Die Kugeln 37 treten ein Stück nach radial außen aus den Kugeleintrittsöffnungen 40 aus, wodurch die In-Eingriffnahme mit dem Fangstift 51 gelöst wird. Durch das Federelement 27 ist es somit notwendig eine zusätzliche Kraft aufzuwenden, um die rastende In-Eingriffnahme zwischen dem Fangstift 51 und der Zusammenführvorrichtung zu lösen.
Im Betrieb kann es bei Wartungsarbeiten genügen, dass der Fangstift aus der Zusammenführvorrichtung ausgefahren aber nicht gelöst wird. Durch den zusätzlichen zum Lösen der Verbindung notwendigen Kraftaufwand kann gezielt eine ausgefahrene aber nicht ausgerastete Position angefahren werden.
Zusätzlich oder alternativ zum Federelement 27 kann eine Sicherungseinrichtung vorgesehen sein, die ein unbeabsichtigtes Entrasten des Fangstiftes aus der Rasteinrichtung sicher und zuverlässig verhindert.
Die Sicherungseinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass an der zur Basisplatte 28 weisenden Seite der Anschlagplatte 42 ein sich in axialer Richtung erstreckender Sicherungsstift 65 vorgesehen ist. Der Sicherungsstift 65 erstreckt sich durch eine mittige Öffnung in der Basisplatte 28. Der Sicherungsstift 65 weist an seinem von der Stiftaufnahme 30 entfernten Ende eine Ringnut 66 auf. Die Ringnut 66 ist mit ihrem von der Stiftaufnahme 30 entfernten Rand stufenförmig und mit ihrem zur Stiftaufnahme 30 weisenden Rand als Gleitschräge 67 ausgebildet.
An der von der Stiftaufnahme 30 wegweisenden Seite der Basisplatte 28 ist ein rohrförmiges Gehäuse 68 angeordnet, in das der Sicherungsstift 68 einfährt, wenn ein Fangstift 51 eingezogen wird. Benachbart zur Basisplatte 28 ist am Gehäuse 68 ein Federstift 69 quer zur Längsachse 61 angeordnet und derart Federbeaufschlagt, dass er mit seiner Stirnfläche gegen die Mantelfläche des Sicherungsstiftes 65 drückt.
In der Stellung der Stiftaufnahme gemäß 9a und 10a greift der Federstift 69 in die Ringnut 66 des Sicherungsstiftes 65 ein. Der stufenförmige Rand der Ringnut 66 verhindert, dass der Sicherungsstift 65 weiter entgegen der Einzugsrichtung 62 bewegt wird und die Rastverbindung zwischen der Stiftaufnahme 30 und einem fangstift 51 gelöst wird. Der Federstift muss entgegen seiner Federwirkung ein Stück aus dem Gehäuse 68 gezogen werden, so dass die In-Eingriffnahme mit der Ringnut 66 gelöst wird. Dann kann der Sicherungsstift 65 und die Stiftaufnahme ein Stück weiter entgegen zur Einzugsrichtung bewegt werden und die rastende In-Eingriffnahme gelöst werden. Somit ist die Rasteinrichtung in ihrer axialen Bewegung nach oben derart begrenzt, dass die Rastelemente, wie z.B. die Kugeln 37, der Rasteinrichtung in Ihrer Rastposition fixiert bleiben. Nur durch ein Lösen der Arretierung des Sicherungsstifts 65 können die Rastelemente außer Eingriff mit dem Fangstift gebracht werden.
Die Sicherungseinrichtung (11a–11d) kann auch derart ausgebildet sein, dass Tellerfedern 70 an Stelle dem Federelement 27 vorgesehen sind, welche an der zur Abdeckplatte weisenden Stirnseite der Gewindehülse 18 angeordnet sind. Die Tellerfedern sind mittels Schrauben an der Gewindehülse 18 befestigt. Die Gewinderohraufnahmeplatte 14 weist Aussparungen auf, in welche die Schrauben mit ihren Köpfen einfahren können, wobei jedoch nicht die Tellerfedern in die Aussparungen passen. Die Tellerfedern müssen gleichermaßen wie die Federelemente 27 zusammengedrückt werden, um eine Relativbewegung zwischen der Gewindehülse 18 und dem Kugelkäfig 36 zu ermöglichen. Die Tellerfedern 70 bewirken bei geringer Bauhöhe eine große Federkraft, die zum Lösen der Rastverbindung überwunden werden muss.
Bei den oben erläuterten Ausführungsformen wird der Fangstift 51 in der eingezogenen Stellung mit Spiel in Axialrichtung gehalten. Nur wenn von außen zusätzlich auf den Fangstift 51 eingewirkt wird, schlägt er mit seinem vorderen Ende an der Anschlagplatte 42 an (9c, 10c). Bei diesen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass sie mit einer weiteren Dockingvorrichtung zusammen wirken, mit welcher die endgültige Position des Handhabungsgerätes und des Testkopfes festgelegt und fixiert wird. Deshalb kann die Zusammenführvorrichtung mit im Vergleich zu einer Dockingvorrichtung mit beträchtlichem Spiel in Axialrichtung und/oder quer zur Axialrichtung ausgebildet sein. Die Zusammenführvorrichtung wird vorzugsweise mit einer Dockingvorrichtung gemäß der der DE 102 16 003 B4 kombiniert. Auf die DE 102 16 003 B4 wird hiermit vollinhaltlich Bezug genommen.
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch grundsätzlich möglich, dass die eingezogene Position des Fangstiftes im Wesentlichen spielfrei ausgebildet ist. Hierzu können z.B. am Fangstift ein konusförmiger Anschlag ausgebildet sein, der passend zum ersten oder zweiten konischen Abschnitt der Einführöffnung 6 ausgebildet ist. Ein solcher Anschlag würde nicht nur die Bewegung des Fangstiftes in EInzugsrichtung 62 begrenzen, sondern auch den Fangstift zentrieren. Alternativ kann der Anschlag auch mit der Stirnfläche der Einführöffnung 6 zusammen wirken oder es können an der Basisplatte 28 in Richtung zur Abdeckplatte 21 weisende Anschlagstifte angeordnet sein, welche entsprechende Öffnungen in der Anschlagplatte 42 durchgreifen können und an welche der Fangstift in der eingezogenen Position gemäß 9b, 10b mit seiner Stirnseite anschlägt. Eine solche Zusammenführvorrichtung kann zusätzlich die Funktion herkömmlicher Dockingvorrichtungen übernehmen.
12 zeigt schematisch eine Befestigungsplatte 4 mit vier erfindungsgemäßen Zusammenführvorrichtungen 1, die jeweils im Eckbereich der in der Daraufsicht etwa rechteckförmigen Befestigungsplatte 4 angeordnet sind. Zur Veranschaulichung der Erfindung ist jeweils ein Fangstift 51 in eine jede der Zusammenführvorrichtungen 1 eingesetzt. Zum Betätigen der Zusammenführvorrichtungen 1 ist ein Zahnriemen 71 vorgesehen, der als endloser Zahnriemen ausgebildet ist und am Randbereich der Befestigungsplatte 4 umläuft. Der Zahnriemen wird von Führungsrollen 72 geführt. Der Zahnriemen 71 ist mit einem Antriebszahnrad 73 in Eingriff. Das Antriebszahnrad 73 ist an ein Handrad 74 gekoppelt, mit dem das Antriebsrad 73 manuell gedreht werden kann, sodass der Zahnriemen 71 in Bewegung gesetzt wird. Der Zahnriemen 71 ist in kämmenden Eingriff mit den Drehflanschen 13 der Zusammenführvorrichtungen 1. Da alle Zusammenführvorrichtungen 1 an den selben Zahnriemen 71 gekoppelt sind, werden sie synchron betätigt. Dies bewirkt, dass die Fangstifte 51 synchron eingezogen oder ausgefahren werden.
Nur eine Zusammenführvorrichtung 1 ist mit einer Sicherungseinrichtung mit einem Sicherungsstift 65 (in 12 ist das entsprechende Gehäuse 68 erkennbar) ausgebildet. Zur Sicherung des Lösens der Rastverbindung genügt eine einzige Sicherungseinrichtung, da alle Zusammenführvorrichtungen 1 synchron betätigt werden.
An Stelle eines Zahnriemens 71 kann selbstverständlich auch eine umlaufende Endloskette vorgesehen sein.
An Stelle eines Handrades kann auch ein Motor (elektrischer Schrittmotor, hydraulischer Motor, etc.) vorgesehen sein, sodass die Zusammenführvorrichtungen von einer Steuereinrichtung automatisch betätigbar sind.
Die Befestigungsplatte 4 ist zum Befestigen an einen Testkopf 2 ausgebildet, (13a). In 13a ist schematisch grob vereinfacht ein Schnittstellenmodul 75 gezeigt, das Federkontaktstifte (nicht dargestellt) zum Kontaktieren der Kontaktstellen der jeweiligen Prüflinge aufweist.
Vorzugsweise ist die Schnittstelleneinheit 75 mittels eines Schubladenmoduls, wie es beispielsweise aus der JP0959730A , der US2003/0194821A1 beziehungsweise der EP1495339B1 oder der DE 10 2012 103 893 hervorgeht, in den Testkopf 2 einsetzbar beziehungsweise kann mit diesem Schubladenmodul herausgefahren werden, um einfach ausgetauscht zu werden.
Bei den in 13a gezeigten Ausführungsbeispielen ist eine Verbundplatte 76 gezeigt, welche vier Ösen 77 aufweist, an welchen jeweils ein Fangstift 51 mittels eines Schnellspannmechanismus lösbar bzw. koppelbar befestigbar ist. Die Verbundplatte 76 ist ausgebildet, um an einem Handhabungsgerät 3 befestigt zu werden. Sowohl die Befestigungsplatte 4 als auch die Verbundplatte 76 sind in der Daraufsicht etwa rechteckförmig ausgebildet und weisen eine mittige großflächige Öffnung auf. Sie bilden somit einen rechteckförmigen Rahmen.
Auf der Befestigungsplatte 4 sind Buchsen 78 einer herkömmlichen Docking-Vorrichtung und an der Verbundplatte 76 korrespondierende Raststifte 79 befestigt.
Das Zusammenführen des Testkopfes 2 und des Handhabungsgerätes wird mittels der Zusammenführvorrichtungen 1 ausgeführt. Auch das Auseinanderfahren des Testkopfes und des Handhabungsgerätes wird mittels der Zusammenführvorrichtung 1 ausgeführt. Die exakte Positionierung und Fixierung wird bei diesem Ausführungsbeispiel hingegen von der Dockingvorrichtung 78, 79 übernommen.
Ein erfindungsgemäßes System zum Zusammenführen einer aus einem Handler oder einem Prober bestehenden ersten Vorrichtung mit einer aus einem Testkopf für elektronische Bauelemente bestehenden zweiten Vorrichtung umfasst vorzugsweise ein Handhabungsgerät, einen an einem verfahrbaren Manipulator befestigten Testkopf und zumindest eine erfindungsgemäße Zusammenführvorrichtung sowie einen entsprechenden Fangstift. Der ganze Vorgang des Zusammenführens und Lösens von Testkopf und Handhabungsgerät kann von einer einzigen Person ausgeführt werden. Der Manipulator nimmt die Gewichtskraft des Testkopfes und dadurch, dass zumindest ein Fangstift vorgesehen ist, muss der Testkopf lediglich grob positioniert werden, um dann von der Rasteinrichtung der Zusammenführvorrichtung angezogen und „exakt positioniert“ zu werden.
Bei den oben erläuterten Ausführungsformen ist die Linearverschiebungseinrichtung als eine Gewindehülse mit Innengewinde ausgebildet, die in ein entsprechendes Außengewinde der Gewindehülse eingreift. Die Linearverschiebungseinrichtung 50 kann aber auch als ein Riemen- oder Kettenantrieb ein Schraubengetriebe, beispielsweise eine Gewindestange die von einem Antrieb in eine Drehbewegung versetzt wird und dadurch eine Verschiebung der Rasteinrichtung bewirkt, oder auch ein hydraulischer oder ein pneumatischer Kolben sein.
Bezugszeichenliste

1: Zusammenführvorrichtung
2: erste Vorrichtung (Testkopf)
3: zweite Vorrichtung (Handhabungsgerät)
4: Befestigungsplatte
5: Einführbuchse
6: Einführöffnung
7: erster konusförmiger Abschnitt
8: zweiter konusförmiger Abschnitt
9: zylindrischer Abschnitt
10: axiales Lager
11: radiales Lager
12: Lagerplatte
13: Drehflansch
14: Gewinderohraufnahmeplatte
15: Gewinderohr
16: Innengewinde
17: Rasteinrichtung
18: Gewindehülse
19: Außengewinde
20: Axialführeinrichtung
21: Abdeckplatte
22
23: Führungsstift
24: Führungsbohrung
25: Federaufnahmeabschnitt
26
27: Federelement
28: Basisplatte
29: Abstandsstift
30: Stiftaufnahme
31: Ringsteg
32: Klemmabschnitt
33
34
35
36: Kugelkäfig
37: Kugel
38: Bodenwandung
39: Seitenwandung
40: Kugeleintrittsöffnung
41
42: Anschlagplatte
43: Ringabschnitt
44: Federelement
45: Ringstufe
46
47
48
49
50
51: Fangstift
52: Rastelement
53: Federelement
54: Linearverschiebeeinrichtung
55: Linearführung
56: Bewegungseinrichtung
57: Stange
58: Buchse
59: Riemen/Kette
60: Einführbuchse
61: Linksachse
62: Pfeil (Einzugsrichtung)
63: Ringsteg
64: Ringnut
65: Sicherungsstift
66: Ringnut
67: Gleitschräge
68: Gehäuse
69: Federstift
70: Tellerfeder
71: Zahnriemen
72: Führungsrolle
73: Antriebszahnrad
74: Handrad
75: Schnittstellenmodul
76: Verbundplatte
77: Öse
78: Buchse
79: Raststift

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10216003 B4 [0002, 0040, 0040, 0110, 0110]
DE 1002160003 B4 [0006]
DE 102012103893 [0009, 0026, 0117]
JP 09159730 A [0026]
EP 1495339 B1 [0026, 0117]
US 2003/0194821 A1 [0026, 0117]
JP 0959730 A [0117]

Claims

Zusammenführvorrichtung einer aus einem Handler oder einem Prober bestehenden ersten Vorrichtung mit einer aus einem Testkopf für elektronische Bauelemente bestehenden zweiten Vorrichtung, wobei die Zusammenführvorrichtung an einer ersten oder zweiten Vorrichtung befestigbar ist, und eine Rasteinrichtung, mit einer zylinderförmigen Stiftaufnahme zum Aufnehmen und rastenden Fixieren eines vorderen Endes eines Fangstiftes aufweist, und der Fangstift entsprechend an der anderen Vorrichtung befestigbar ist, wobei die Rasteinrichtung an eine Linearverschiebungseinrichtung derart gekoppelt ist, dass die zylinderförmige Stiftaufnahme (30) mittels der Linearverschiebungseinrichtung um zumindest einen Weg linear verschiebbar ist, der dem Vielfachen der Länge des vorderen in die Stiftaufnahme (30) einführbaren Abschnittes des Fangstiftes entspricht.
Zusammenführvorrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, zum Zusammenführen einer aus einem Handler oder einem Prober bestehenden ersten Vorrichtung mit einer aus einem Testkopf für elektronische Bauelemente bestehenden zweiten Vorrichtung, wobei die Zusammenführvorrichtung an einer ersten oder zweiten Vorrichtung befestigbar ist, und eine Rasteinrichtung, die zumindest ein Rastelement, ein Federelement zum Beaufschlagen des Rastelements mit einer Federkraft und eine Stiftaufnahme (30) umfasst, wobei ein Fangstift entsprechend an der anderen Vorrichtung befestigbar ist, und der Fangstift mittels des Rastelements in der Stiftaufnahme (30) fixierbar ist, wobei die Rasteinrichtung an eine Linearverschiebungseinrichtung derart gekoppelt ist, dass das Rastelement, das Federelement und die Stiftaufnahme der Rasteinrichtung mit eingerastetem Fangstift mittels der Linearverschiebungseinrichtung linear verschiebbar sind, so dass die erste Vorrichtung und die zweite Vorrichtung relativ zueinander bewegbar sind.
Zusammenführvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearverschiebungseinrichtung eine Linearführung (55) und eine Bewegungseinrichtung (56) umfasst.
Zusammenführvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zum Zusammenführen einer aus einem Handler oder einem Prober bestehenden ersten Vorrichtung mit einer aus einem Testkopf für elektronische Bauelemente bestehenden zweiten Vorrichtung, wobei die Zusammenführvorrichtung an einer ersten oder zweiten Vorrichtung befestigbar ist, und eine Rasteinrichtung, mit einer zylinderförmigen Stiftaufnahme zum Aufnehmen und rastenden Fixieren eines vorderen Endes eines Fangstiftes aufweist, wobei eine Einführbuchse (5) vorgesehen ist, die zumindest einen konus- bzw. trichterförmigen Einführabschnitt aufweist.
Zusammenführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, gekennzeichnet durch eine drehbar gelagerte Einführbuchse (5), wobei die Stiftaufnahme eine Gewindehülse aufweist, die im kämmenden Eingriff mit einem Gewinderohr (15) steht, wobei die Gewindehülse (18) drehfest geführt ist, so dass durch Drehen des Gewinderohrs (15) die Stiftaufnahme (30) eine Linearbewegung ausführt.
Zusammenführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftaufnahme (30) und/oder eine Einführöffnung bzw. eine Einführbuchse (5) mit einem Spiel bzgl. des Fangstiftes (51) ausgebildet ist.
Zusammenführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, gekennzeichnet durch eine Sicherungseinrichtung, welche ein unbeabsichtigtes Lösen einer Rastverbindung zwischen dem Fangstift (51) und der Stiftaufnahme (30) verhindert.
Zusammenführvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasteinrichtung durch Bewegen entgegen zur Einzugsrichtung (62) in einer Endstellung automatisch gelöst wird, wobei zum Erreichen der Endstellung ein Federelement (27, 70) überwunden werden muss, um ein unbeabsichtigtes Lösen der Rastverbindung zu verhindern.
Zusammenführvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungseinrichtung einen Sicherungsstift (65) aufweist, der mit der Stiftaufnahme (30) derart verbunden ist, dass beim Bewegen der Stiftaufnahme (30) in eine Position zum Lösen der Rastverbindung der Sicherungsstift mit einem Sicherungselement (69) derart zusammenwirkt, dass die Weiterbewegung der Stiftaufnahme (30) blockiert wird und diese Blockierung durch Lösen der Ineingriffnahme des Sicherungselementes (69) vom Sicherungsstift (65) freigegeben werden kann.
Zusammenführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Vorrichtung über einen Weg von zumindest 10 cm, vorzugsweise 15 cm und insbesondere 20 cm verschiebbar sind.
Zusammenführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlagelemente derart vorgesehen sind, dass die Anschlagelemente im eingezogenen Zustand des Fangstiftes aneinander anliegen und den Fangstift (51) zumindest in Einzugsrichtung (62) exakt positionieren.
System zum Zusammenführen einer aus einem Handler oder einem Prober bestehenden ersten Vorrichtung mit einer aus einem Testkopf für elektronische Bauelemente bestehenden zweiten Vorrichtung umfassend eine Zusammenführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die an der ersten oder an der zweiten Vorrichtung angeordnet ist, und einen Fangstift (51), der an der anderen der ersten oder zweiten Vorrichtung angeordnet ist, so dass die erste und zweite Vorrichtung mittels der Zusammenführvorrichtung miteinander rastend verbindbar sind und über einen vorbestimmten Weg zusammenfahrbar sind.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zusammenführvorrichtungen und mehrere Fangstifte vorgesehen sind, wobei die Zusammenführvorrichtungen vorzugsweise synchron betätigbar sind.
System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schubladenmodul vorgesehen ist, das einen Mechanismus zum geführten Ein- und Ausfahren einer Schnittstelleneinheit aus dem Bereich zwischen der ersten und zweiten Vorrichtung umfasst.
System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Dockingvorrichtung umfasst.