DE102005048237B3 - Precision positioner for head of instrument testing semiconductor components, includes arm swinging about axis, carrying head in holder turned about further axis - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung, die insbesondere zum Positionieren eines Testkopfs an einer Prüfeinrichtung dient. Die Handhabungsvorrichtung ist mit Positionierungsmitteln versehen, durch die der Testkopf im Raum positionierbar ist. Darüber hinaus weist die Handhabungsvorrichtung eine um eine Rotationsachse drehbare Halterung auf, an welcher der Testkopf befestigbar ist.The The invention relates to a handling device, in particular for positioning a test head on a tester. The handling device is provided with positioning means by which the test head is positionable in space. About that In addition, the handling device has a about an axis of rotation rotatable holder on which the test head can be fastened.
Eine Handhabungsvorrichtung oder Manipulator zum Positionieren eines Testkopfs verfügt üblicherweise über mehrere Translations- und Rotationsfreiheitsgrade, die es ermöglichen, 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 sogenannter Devicehandler oder Wafer-Prober, stellt die durch den Testkopf zu prüfenden elektronischen Bauelemente bereit. Ein unverfälschtes Messergebnis bei der Prüfung der elektronischen Bauelemente setzt ein genaues Andocken des Testkopfs an der Prüfeinrichtung voraus. Aus diesem Grund ist eine präzise und leichtgängige Verstellung der den Testkopf positionierenden Positionierungsmittel unerlässlich.A Handling device or manipulator for positioning a Test head usually has several Translational and rotational degrees of freedom that allow position the test head exactly in the room. Application finds such Handling device therefore usually in the examination of electronic components, such as integrated circuits (IC) or wafer. To the functionality of the electronic components to be able to test It is necessary that the relatively heavy Test head accurate to a test facility : approaching. The testing device, for example, a so-called device handler or wafer prober, represents the electronic components to be tested by the test head ready. An unadulterated Measurement result during the test The electronic components requires an accurate docking of the test head at the test facility ahead. For this reason, a precise and smooth adjustment the position of the test head positioning means essential.
Eine
Handhabungsvorrichtung, die mit einer um eine Rotationsachse drehbaren
Halterung versehen ist, wird in der
Eine
Handhabungsvorrichtung, die zum Positionieren eines Testkopfs dient,
wird ausserdem in der
Eine
Handhabungsvorrichtung, die zum Positionieren eines Testkopfs dient,
wird außerdem
in der
Die bekannten Handhabungsvorrichtungen haben gemein, dass das Anschlusskabel des Testkopfs durch eine koaxial zur Rotationsachse verlaufenden Öffnung der Halterung hindurchgeführt wird, um eine ungehinderte Drehbewegung der Halterung und damit des Testkopfs um die Rotationsachse zu gewährleisten. Nachteilig hierbei ist eine vergleichsweise aufwendige und ausgedehnte Gestaltung der Halterung. Letzteres ist vor allem dann unbefriedigend, wenn ein relativ schwerer Testkopf durch die Handhabungsvorrichtung zu positionieren ist, so dass sich auf Grund der Ausdehnung der Halterung vergleichsweise grosse Drehmomente ergeben, die von der Handhabungsvorrichtung aufzunehmen sind.The known handling devices have in common that the connection cable of the test head by a coaxially to the axis of rotation extending opening of Holder passed will allow an unimpeded rotational movement of the holder and thus of the test head to ensure the rotation axis. Disadvantage here is a relatively complex and extensive design of the holder. The latter is especially unsatisfactory, if a relatively difficult Test head is to be positioned by the handling device, so that comparatively due to the expansion of the holder result in large torques that absorb from the handling device are.
Im
Vergleich hierzu weist eine Handhabungsvorrichtung, wie sie beispielsweise
in der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Handhabungsvorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass sich eine einfache und kompakte Gestaltung erzielen lässt.Of the Invention is based on the object, a handling device to further develop that a simple and compact Design can achieve.
Diese Aufgabe wird durch eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäss Anspruch 1 gelöst.These Task is by a handling device with the features according to Claim 1 solved.
Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden in den Ansprüchen 2 bis 15 definiert.preferred Embodiments of the present invention are described in claims 2 to 15 defined.
Die erfindungsgemässe Handhabungsvorrichtung beruht auf der Erkenntnis, ein Getriebe, das zum Drehen der Halterung dient, so an einem um eine Schwenkachse schwenkbaren Schwenkarm der Handhabungsvorrichtung anzuordnen, dass sich die Antriebswelle des Getriebes in Richtung einer Getriebeachse erstreckt, die koinzident zu der Schwenkachse des Schwenkarms verläuft. Auf diese Weise ist es möglich, die Antriebswelle in einem Bereich ausserhalb der Kabelführung anzuordnen, und zwar derart, dass die Antriebsachse eines mit der Antriebswelle verbundenen Antriebs, zum Beispiel ein Handrad oder ein Elektromotor, mit der Getriebeachse zusammenfällt. Der Verwendung einer flexiblen Welle, wie es im Stand der Technik üblich ist, bedarf es insofern nicht. Das Zusammenfallen von Getriebeachse und Schwenkachse trägt außerdem zu einer besonders kompakten Bauweise bei.The invention Handling device is based on the knowledge, a transmission, which serves to rotate the holder, so on to a pivot axis pivotable swivel arm of the handling device to arrange that the drive shaft of the transmission in the direction of a transmission axis extends, coincident to the pivot axis of the pivot arm extends. On this way it is possible to arrange the drive shaft in an area outside the cable guide, in such a way that the drive axle with the drive shaft connected drive, for example a handwheel or an electric motor, coincides with the transmission axis. The use of a flexible shaft, as is conventional in the art, it does not need that. The coincidence of transmission axis and Swivel axle carries Furthermore to a particularly compact design.
Der erste Schwenkarm weist wenigstens einen Hohlzylinder auf, der sich in Richtung der ersten Schwenkachse erstreckt und in dem die Antriebwelle koaxial angeordnet ist. Der Hohlzylinder stellt zum einen eine ungehinderte Drehbewegung der Antriebswelle sicher. Zum anderen ermöglicht der beispielsweise in eine Bohrung des Schwenkarms eingepresste Hohlzylinder eine schwenkbare Lagerung des Schwenkarms, indem zum Beispiel die äussere Umfangsfläche des Hohlzylinders in einem Wälzlager aufgenommen wird. Eine solche Ausgestaltung hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die erste Getriebeachse und die erste Schwenkachse zusammenfallen.Of the first pivot arm has at least one hollow cylinder, which is extends in the direction of the first pivot axis and in which the drive shaft coaxial is arranged. The hollow cylinder provides an unobstructed Rotary movement of the drive shaft safe. On the other hand, the For example, in a bore of the pivot arm pressed hollow cylinder a pivotable mounting of the pivot arm, for example, by the outer peripheral surface of the Hollow cylinder in a rolling bearing is recorded. Such an embodiment has proven to be expedient when the first gear axis and the first pivot axis coincide.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung wird die erste Getriebeachse von der zweiten Getriebeachse in einem Winkel, der vorzugsweise 90° beträgt, gekreuzt. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste Getriebeachse im wesentlichen in vertikaler Richtung verläuft und die zweite Getriebeachse demzufolge im wesentlichen in horizontaler Richtung verläuft. Die parallel zu der ersten Getriebeachse oder mit dieser zusammenfallend verlaufende Schwenkachse erstreckt sich somit ebenfalls in vertikaler Richtung, so dass der Schwenkarm eine sogenannte „swing"-Bewegung des Testkopfs ermöglicht. Die sich im wesentlichen in horizontaler Richtung erstreckende zweite Getriebeachse hingegen ermöglicht es, die Halterung mittels der Abtriebswelle so anzutreiben, dass der Testkopf eine sogenannte „twist"-Bewegung um die Rotationsachse durchführt.In a preferred embodiment of the inventive handling device becomes the first transmission axis of the second transmission axis in a Angle, which is preferably 90 °, crossed. In this context, it has proved to be advantageous if the first transmission axis extends substantially in the vertical direction and the second transmission axis therefore essentially in horizontal Direction runs. The parallel to the first transmission axis or coincident with this extending pivot axis thus also extends in vertical Direction, so that the swivel arm a so-called "swing" movement of the test head allows. The second transmission axis extending essentially in the horizontal direction on the other hand allows it to drive the bracket by means of the output shaft so that the Test head a so-called "twist" movement around the Performs rotation axis.
Zweckmäßigerweise umfasst das Getriebe ein Schneckengetriebe und ein Kegelradgetriebe, die es ermöglichen, die erste Getriebeachse und die zweite Getriebeachse um 90° versetzt zueinander anzuordnen. In Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall können jedoch auch andere Arten von Ge trieben, wie zum Beispiel ein Harmonic drive-Getriebe, eingesetzt werden. Vor allem dann, wenn das Getriebe ein Schneckengetriebe ist, bei dem die Schnecke mit der Antriebswelle und das Schneckenrad mit der Abtriebswelle verbunden ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine eingängige Schnecke vorzusehen, die selbsthemmend ist und demzufolge ein selbsttätiges Drehen der Abtriebswelle und damit des Testkopfs verhindert, ohne dass zusätzliche Arretierungsmittel erforderlich sind.Conveniently, the transmission comprises a worm gear and a bevel gear, which make it possible the first gear axis and the second gear axis offset by 90 ° to arrange each other. Dependent on from the respective application case but also other types of gears, such as a harmonic drive gear, are used. Especially if the gearbox a worm gear is where the worm with the drive shaft and the worm wheel is connected to the output shaft, it has proved to be advantageous to provide a catchy screw, which is self-locking and therefore an automatic turning of the output shaft and thus prevents the test head without any additional Arrestierungsmittel are required.
Bevorzugt
ist die Antriebswelle von einem Handrad und/oder von einem vorzugsweise
als Elektromotor ausgestalteten Motor antreibbar. In diesem Zusammenhang
kommt die erfindungsgemässe
Anordnung der Getriebeachse zum Tragen, die es ermöglicht,
die Antriebswelle an einem ersten Ende mit dem Handrad und an einem
zweiten Ende mit dem. Motor zu verbinden. Der Verwendung eines Zugmittelgetriebes,
um zugleich das Handrad und den Motor mit der Antriebswelle zu verbinden,
wie es aus der
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung verlaufen die zweite Getriebeachse und die Rotationsachse parallel zueinander. Die zweite Getriebeachse und die Rotationsachse können dabei zusammenfallen oder in einem Abstand voneinander angeordnet sein. Im letzteren Fall hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Abtriebswelle und die Halterung durch ein Zugmittelgetriebe miteinander zu verbinden. Das Zugmittelgetriebe ermöglicht es, die Drehzahl der Abtriebswelle zu wandeln, und ist zu diesem Zweck vorteilhafterweise als formschlüssiges Synchronriemengetriebe ausgestaltet.In a further preferred embodiment of the handling device according to the invention, the second transmission axis and the axis of rotation run parallel to one another. The second transmission Axes and the axis of rotation can coincide or be arranged at a distance from each other. In the latter case, it has proven to be advantageous to connect the output shaft and the holder by a traction mechanism with each other. The traction mechanism makes it possible to convert the speed of the output shaft, and is designed for this purpose advantageously as a positive synchronous belt transmission.
In diesem Zusammenhang hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die Halterung drehfest mit einer Rotationswelle, die sich in Richtung der Rotati onsachse erstreckt, zu verbinden. Das Zugmittelgetriebe umfasst dabei eine erste Scheibe, die drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist, eine zweite Scheibe, die drehfest mit der Rotationswelle verbunden ist, und ein Zugmittel, zum Beispiel ein Synchron- oder Zahnriemen, durch das die erste Scheibe und die zweite Scheibe miteinander verbunden sind. Um eine zuverlässige Kraftübertragung von der ersten Scheibe auf die zweite Scheibe zu gewährleisten, ist es zweckmässig, wenn das Getriebe eine Spannrolle aufweist, die an dem Zugmittel anliegt.In In this context, it has also proved to be advantageous the holder rotatably with a rotating shaft, which is in the direction the axis of rotation extends to connect. The traction mechanism includes a first disc, the rotation with the output shaft is connected, a second disc which is rotationally fixed to the rotary shaft is connected, and a traction means, for example, a synchronous or Timing belt, through which the first disc and the second disc with each other are connected. To be a reliable power transmission from the first disc to ensure the second disc is it is expedient when the transmission has a tensioning roller which is connected to the traction means is applied.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung umfassen die Positionierungsmittel eine Säule, die sich in vertikaler Richtung erstreckt und an einem Untergestell angeordnet ist, und einen Vertikalschlitten, der in vertikaler Richtung verschiebbar an der Säule angeordnet ist. Der linear bewegbare Vertikalschlitten ermöglicht eine sogenannte „vertical"-Bewegung des Testkopfs.In a further preferred embodiment of the inventive handling device the positioning means a column, which extends in the vertical direction and on a base is arranged, and a vertical slide, in the vertical direction slidably mounted on the column is. The linearly movable vertical slide allows a so-called "vertical" movement of the test head.
Die Positionierungsmittel umfassen in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung überdies einen zweiten Schwenkarm, der um eine zweite Schwenkachse schwenkbar und mit dem ersten Schwenkarm verbunden ist. Der zweite Schwenkarm ist vorzugsweise an dem Vertikalschlitten befestigt. Verlaufen die erste Schwenkachse und die zweite Schwenkachse parallel zueinander, beispielsweise in vertikaler Richtung, dann lassen sich die Rotationsbewegungen des ersten Schwenkarms und des zweiten Schwenkarms überlagern, um auf diese Weise eine sogenannte „side-to-side"- und „in-and-out"-Bewegung des Testkopfs durchzuführen. Der erste Schwenkarm und der zweite Schwenkarm sind vorzugsweise durch einen Steg miteinander verbunden. Der Steg kann sowohl mit dem ersten Schwenkarm als auch mit dem zweiten Schwenkarm gelenkig verbunden und so angeordnet sein, dass sich an der Verbindungsstelle von Steg und zweitem Schwenkarm eine dritte Schwenkachse ergibt, die parallel zu der ersten und der zweiten Schwenkachse verläuft und eine vielfältige Verstellbarkeit der Positionierungsmittel sicherstellt.The In addition, positioning means comprise in a further preferred embodiment a second pivot arm pivotable about a second pivot axis and connected to the first pivot arm. The second swivel arm is preferably attached to the vertical slide. Run the first pivot axis and the second pivot axis parallel to each other, For example, in the vertical direction, then let the rotational movements overlay the first pivot arm and the second pivot arm, so as to perform a so-called "side-to-side" and "in-and-out" movement of the test head. Of the first pivot arm and the second pivot arm are preferably through a bridge connected. The bridge can be both with the first Swivel arm and hingedly connected to the second pivot arm and be arranged so that at the junction of web and second pivot arm results in a third pivot axis parallel to the first and second pivot axis and a variety of adjustability ensures the positioning means.
In einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung umfassen die Positionierungsmittel einen Horizontalschlitten, der in horizontaler Richtung verschiebbar ist. Der erste Schwenkarm ist vorzugsweise an dem Horizontalschlitten befestigt, wobei der erste Schwenkarm direkt oder, beispielsweise mittels des Stegs, indirekt an dem Horizontalschlitten befestigt sein kann. Der eine Translationsbewegung ausführende Horizontalschlitten gewährleistet eine präzise und reproduzierbare Verstellung in horizontaler Richtung ermöglicht in Abhängigkeit von der Orientierung entweder eine „side-to-side"-Bewegung oder eine „in-and-out"-Bewegung des Testkopfs.In an alternative embodiment of the inventive handling device the positioning means comprise a horizontal slide, the is displaceable in the horizontal direction. The first swivel arm is preferably attached to the horizontal slide, wherein the first swivel arm directly or, for example by means of the web, can be indirectly attached to the horizontal slide. The one Translational movement exporting Horizontal carriage ensured a precise one and reproducible adjustment in the horizontal direction allows in dependence orientation either a side-to-side movement or an in-and-out movement of the test head.
Bevorzugt sind der erste Schwenkarm und/oder der zweite Schwenkarm und/oder der Steg und/oder der Vertikalschlitten und/oder der Horizontalschlitten mittels Arretierungsmitteln in einer vorgegebenen Stellung arretierbar, um eine zuverlässige Positionierung des Testkopfs sicherzustellen.Prefers are the first pivot arm and / or the second pivot arm and / or the web and / or the vertical slide and / or the horizontal slide Lockable by means of locking means in a predetermined position, for a reliable positioning of the test head.
Einzelheiten und weitere Vorteile der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele. In den die Ausführungsbeispiele lediglich schematisch darstellenden Zeichnungen veranschaulichen im einzelnen:details and further advantages of the inventive handling device will be apparent from the following description of two preferred Embodiments. In the the embodiments illustrate only schematically representing drawings in detail:
Die
in den
Die
Positionierungsmittel weisen überdies bei
der in den
Die
in
Die
zuvor beschriebenen Ausführungsformen
einer Handhabungsvorrichtung haben gemein, dass die Halterung
Wie
insbesondere die
Um
die Halterung
Um
zum einen eine ungehinderte Drehung der Antriebswelle
Die
zuvor beschriebenen Ausführungsformen
einer Handhabungsvorrichtung zum Positionieren eines Testkopfs
- 1010
- Untergestellundercarriage
- 1111
- Tragbalkenstringers
- 1212
- Traversetraverse
- 2020
- Säulepillar
- 2121
- Führungsschieneguide rail
- 2222
- Vertikalschlittenvertical slide
- 2323
- Schwenkarmswivel arm
- 2424
- Stegweb
- 2525
- Horizontalschlittenhorizontal slide
- 2626
- Laufschienerunner
- 2727
- Kreuzlagercross camp
- 3030
- Schwenkarmswivel arm
- 3131
- FeststellhebelLocking lever
- 3232
- Hohlzylinderhollow cylinder
- 3333
- Hohlzylinderhollow cylinder
- 3434
- Schlitzslot
- 3535
- Oberseitetop
- 3636
- Unterseitebottom
- 3737
- Ausnehmungrecess
- 4040
- Halterungbracket
- 4141
- BasisBase
- 4242
- Seitenarmsidearm
- 4343
- Rotationswellerotary shaft
- 5050
- Schneckengetriebeworm gear
- 5151
- Antriebswelledrive shaft
- 5252
- erstes Endefirst The End
- 5353
- zweites Endesecond The End
- 5454
- Abtriebswelleoutput shaft
- 5555
- Handradhandwheel
- 5656
- Elektromotorelectric motor
- 5757
- Kupplungclutch
- 5858
- Zwischenwelleintermediate shaft
- 6060
- Zugmittelgetriebetraction drives
- 6161
- SynchronscheibeSynchronizing pulley
- 6262
- SynchronscheibeSynchronizing pulley
- 6363
- Synchronriementiming belts
- 6464
- Spannrolleidler
- 7070
- Testkopftest head
- 7171
- Anschlusskabelconnection cable
- αα
- Winkelangle
- G1 G 1
- erste Getriebeachsefirst Drive shaft
- G2 G 2
- zweite Getriebeachsesecond Drive shaft
- RR
- Rotationsachseaxis of rotation
- S1 S 1
- erste Schwenkachsefirst swivel axis
- S2 S 2
- zweite Schwenkachsesecond swivel axis
- S3 S 3
- dritte Schwenkachsethird swivel axis
- xx
- horizontale Richtunghorizontal direction
- yy
- horizontale Richtunghorizontal direction
- zz
- vertikale Richtungvertical direction
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