CN100437122C - 带有接触力控制机构的接触致动器 - Google Patents

Abstract

一种用于半导体部件的接触器的致动系统，所述接触器包括两个系列的柔性金属闸刀，这些闸刀成对地布置，并且以钳子或钳口夹持的方式挤压待检验部件的插针，所述系统包括：由线性机电变换器构成的线性运动发生器；和用于控制由所述接触器施加到所述半导体部件上的接触力的系统，其特征在于，所述线性运动发生器允许关闭和打开所述接触器；和所述线性机电变换器具有至少两个分立的位置。

Description

带有接触力控制机构的接触致动器

技术领域

本发明涉及一种用于致动接触器的系统，该接触器用于电子部件的自动检验。

背景技术

半导体部件的生产线或电子电路的组装线通常包括在其上对电子部件进行一系列操作的作业线，其包括至少一个电气检验阶段。该电气检验阶段将检查每一部件的功能并且将任何有缺陷的部件在例如传送到另一生产线之前或在集成到电子电路中之前排除掉。

由于制造的原因，这些生产线或组装线是全自动的，并且其操作处理率必须达到最大。部件在每一操作工位处停止不动的停止时间取决于操作所需的最长时间。这样，每一操作必须在最短的时间内完成。包括电气检验的操作通常是最长的，这是因为它们需要在待检验的部件和检验设备之间建立电气连接，随后进行该检验，再断开该电气连接。因为压缩检验时间本身是困难的，所以，重要的是使得建立和断开电气连接所需的时间最小化。

在部件具有径向出口的情况下，待检验的部件与检验设备之间的电接触通常借助于接触器来建立，该接触器包括一系列弹性金属闸刀，该闸刀在特定的精确接触点处压制在待检验的部件上，或者该闸刀成对布置，以钳子或钳口的形式来挤压部件的一个或多个接触点，例如其多个引入端中的一个。两个接触形式可组合在同一个接触器上。对于格栅阵列式的部件，例如“插针格栅阵列(PGA)”或“球状件格栅阵列(BGA)”的形式，其中接触器通常包括金属触点板，其布置成与部件的触点相对并抵靠其下表面施加。该接触器制成全自动的并集成在作业线中。它们通常由它们的运动发生器来移动，使得与部件的作业线的速率同步。

专利US5850146、US4956923、US6344751描述了现有技术的各种形式的部件接触器的示例。

大多数现有的系统使用气动抬杆作为运动发生器。然而，这些系统的加速受到其惯性的限制，这是因为在运动中部件的质量和气动能量源的使用而引起的。因此其速度受到明显的限制，这种系统的机构可能快速地老化，这又影响了其预期的寿命。

另外，接触器必须执行精确的运动和可重现的运动。特别是，在建立与部件的接触过程中，柔性闸刀的速度以及接触力必须完全理想地被控制，以便避免部件的损坏，而同时确保电接触的良好状态。然而，使用气动抬杆来产生精确的运动需要部件是精确的，这使得部件比较昂贵，同时使得抬杆控制装置的调节比较复杂。

发明内容

本发明的一目的在于，提供一种用于致动电子部件的接触器的系统，该系统比现有技术的系统更快。

本发明的另一目的在于，提供一种用于致动部件接触器的系统，该系统由于其机械零件轻微摩擦而具有较长的寿命。

本发明的另一目的在于，提供一种用于致动部件接触器的系统，该系统的运动是精确的和可重现的。

具体而言，本发明提供一种用于半导体部件的接触器的致动系统，所述接触器包括两个系列的柔性金属闸刀，这些闸刀成对地布置，并且以钳子或钳口夹持的方式挤压待检验部件的插针，所述系统包括：由线性机电变换器构成的线性运动发生器；和用于控制由所述接触器施加到所述半导体部件上的接触力的系统，其特征在于，所述线性运动发生器允许关闭和打开所述接触器；和所述线性机电变换器具有至少两个分立的位置。

特别是，本发明的致动系统具有作为运动发生器的线性机电变换器。在优选实施例中，为了补偿线性运动发生器的位移的不准确性，作用在待检验的部件上的接触器速度控制和压制力调节借助于包括至少一个连接杆的控制机构来实施。

附图说明

借助于描述本发明的致动系统的优选实施例的附图1-3，可更好地理解本发明，附图仅示例性地描述而不是限定实施例。

图1是本发明的优选实施例的致动系统的侧视图；

图2a和2b示出了依据本发明优选实施例的运动发生器的顶视图；知

图3是用于控制本发明优选实施例的接触器的速度和挤压力的系统的功能原理图。

具体实施方式

参照图2a和2b，依据本发明优选实施例的致动系统包括两个固定的永久磁体块2、3，该磁体块优选为彼此平行地连接到系统的框架1上。每一永久磁体块2、3包括例如分别保持在其支承件20、30上的两个磁体21、22和31、32，以便在两个磁体块2、3之间的空间中产生磁场，该磁场的方向在两个末端处反转。电气线圈4设置在两个磁体块2、3之间，其轴线大致垂直于两个磁体块2、3的平面。电气线圈4固定在滑架8上(图1)，该滑架由在导轨9上的滑道81、82来保持和引导，导轨大致平行于该两个磁体块2、3之间最短部段的正中垂直平面。止动件91、92位于滑架的两个侧边上，以便限定其运动的幅度，这样就确定了滑架8的两个分立的位置。滑架8包括两个可调节的标志件，优选为金属头的螺纹件95、96。当滑架8处于其第一分立位置时，其抵靠第一止动件91，优选为第一螺纹件95的头部的第一标志件位于第一位置检测器之上，该检测器优选为第一感应传感器93。当滑架处于其第二分立位置时，其抵靠第二止动件92，优选为第二螺纹件96的头部的第二标志件位于第二位置检测器之上，该检测器优选为第二感应传感器94。

示例中所示的接触器包括例如两个系列的柔性金属闸刀58、68，该闸刀成对布置并以钳子或钳口夹持的方式挤压待检验部件的插针，在图1中只能看到第一对闸刀。接触器由两个夹爪56、66的相对垂直运动来打开和闭合。每一夹爪在其运动中通过电绝缘的圆柱体57、67来驱动两个系列的柔性闸刀58、68中的一个系列。每一夹爪56、66在轴55、65的上末端部处固定，该轴由穿过框架1的垂直气缸来导向。

第一连接杆5通过其下轴连接到滑架8上并且通过其上轴连接到第一轴55的下末端部。第二连接杆6通过其下轴固定到滑架8上并且通过其上轴固定到大致水平的反向杆7上，该反向杆可围绕位于其中部的轴旋转。反向杆7的另一末端部围绕旋转轴线连接到第二轴65的下末端部上。

在其优选实施例中，线性机电变换器使得本发明的致动系统产生运动，该线性机电变换器是音圈马达。该音圈马达包括两个永久磁体块2、3和设置在该磁体块之间的可移动的电气线圈4，并且包括发电机的控制系统(未示出)发出经过该线圈的不同强度和方向的连续电流。该电气线圈4大致是矩形的，并且其垂直尺寸大于磁体块2、3的垂直尺寸。电器线圈如此定位，即，位于磁场中在两个磁体块2、3之间的螺旋线部分41、42是垂直的。因此，当连续电流经该线圈4流动时，在磁场中位于两个磁体块2、3之间的线圈的特性与两个垂直的导电体的特性相似，相同强度但方向相反的电流流过该电导体，并且该电导体沿磁场的相反方向布置。每一电导体沿相同的方向垂直于由电流方向和磁场方向形成的平面承受一力，该力的数值与电流的强度和磁通量成比例。

在致动系统的优选实施例中，因此施加在线圈4的螺旋线的垂直部分41、42上的力的方向平行于导轨9，(见图2a和2b)。因此该线圈沿施加在其上的力的方向移动，以便在其运动中驱动该滑架，直到滑架被止动件91、92中的一个止动件阻挡。

在图2a所示的示例中，线圈4由此移动，直到滑架8到达其第二分立位置以抵靠第二止动件92。电流的逆向产生作用于线圈4上的反方向的力，(见图2b)，该力使得滑架8返回到其第一分立位置，以抵靠第一止动件91。

通过快速地使流经线圈4的电流的方向交替变化，可在滑架的两个分立位置之间产生快速的来回运动，这样导致接触器的快速闭合和打开。

检测螺纹件95、96出现的感应传感器93、94告知控制系统该滑架8处在其第一或第二分立位置处的滑架的位置，这样对于检验的开始或滑架返回到其待确定的先前位置可提供最佳的时刻。

优选的是，用于致动本发明的该接触器的控制在检验过程中按以下所述方式来实施。

高强度的电流注入到线圈中，以便使得滑架8第二止动件92，并且由此使得该接触器在待检验的部件上闭合。当第二感应传感器94检测到第二螺纹件96的头部的出现时，第二感应传感器向致动系统发送信息，接触器闭合。在该信号之后的大约10毫秒期间内，保持电流的强度和方向，以便稳固地将滑架8压靠在止动件92上，使得滑架8的振动衰减。在该期间段之后，比先前电流强度小的且方向相同的电流经线圈注入，以便产生在检验的整个过程中足以保持滑架8压靠在第二止动件92上的力。

一旦检验结束，与先前电流方向相反的强电流经线圈流动，以便使得滑架8压靠在第一止动件91上，由此打开接触器。因为柔性闸刀58、68的弹性往往在其打开位置中推该滑架，所以一旦第二感应传感器94不再检测到第二螺纹件96的头部的出现，则电流的强度减小，以便避免太快地打开。第一感应传感器93检测到第一螺纹件95的头部的出现时表明接触器的完全打开。电流的强度随后在大约10毫秒期间内再次增大，以便稳固地将滑架8压靠在止动件91上，使得滑架8的振动衰减。在该期间段之后，比先前电流强度小的且方向相同的电流保持在线圈中，以便产生足以保持滑架8压靠在第一止动件91上的力，直到被检验的部件撤离并且新的部件呈现在接触器之前。随后重复该控制循环。

以上仅仅是示意性地描述了致动系统的控制循环，而不是对其的限制。本领域的普通技术人员应当理解，通过使用不同强度、持续时间和方向的电流可实现相同的效果。

以上所述的音圈马达具有明显的优点，即，包括线圈4和滑架8的移动部件的质量可保持成非常低，因此可限制马达的惯性并且确保了滑架8的最大加速。

由于摩擦仅存在于导轨9的滑道81、82上，因此这种运动发生器的磨损和损坏也减至最小。

然而，音圈马达的运动是难以控制的。特别困难的是精确地限制滑架运动的速度和幅度，因此难以在不抵靠止动件91、92而回弹的情况下停止滑架。这种用于致动电子部件的接触器的这种运动发生器通过将其结合到适配的控制系统中可使得其的使用成为可能，以确保接触器的柔性闸刀58、68在接近待检验的部件时逐步地减小闸刀的速度，并特别地限定闸刀58、68的最大压制力，以使得不会损坏待检验的部件，并获得足够合格的电接触，足以进行状态良好的检验。

参照图3，在本发明的优选实施例中，控制系统包括两个连接杆5、6，该连接杆通过其下轴固定到滑架8上。第一连接杆5的上轴直接固定到第一轴55的下部，该第一轴在穿过系统框架1的垂直导向件中被导向。第二连接杆6的第二轴62连接到反向杆7上，该反向杆由大致水平放置的且能围绕位于其中部的轴线转动的刚性金属件构造成。该反向杆7的另一末端部连接到第二轴65的下末端部，该第二轴也在穿过系统框架1的垂直导向件中被导向。

当滑架8处于其第一分立的位置时，其抵靠止动件91，连接杆5、6相对于垂直平面成一角度α，并且它们的第二轴处于在垂直轴线上的其下部位置。夹爪56由轴55向下拉，而夹爪66由轴65向上推，该轴65经反向杆7连接到第二连接杆6。接触器打开，部件从一个操作工位移动到下一个工位。在本发明的示例图示的优选实施例中，当接触器打开时，这些连接杆具有相同的长度并相对于垂直平面成相同的角度α。同样应当构想到，借助于不同长度和位置的连接杆也可控制本发明的线性机电变换器的运动，并且可使接触器动作。

当滑架8处于其第二分立的位置时，其抵靠第二止动件92，连接杆5、6处在大致垂直的位置中。它们的第二轴因而处于在垂直轴线上的其最高位置。夹爪56由轴55向上推，而夹爪66通过反向杆7由轴65向下拉。接触器闭合，可进行部件的检验。

连接杆5、6的功能由图3示出。当接触器打开时，连接杆5、6相对于垂直平面成角度α。连接到滑架上的连接杆5、6的下轴水平移动。连接到一轴或反向杆7上的连接杆5、6的上轴沿垂直运动被导向。当滑架8朝向其第二分立位置移动以闭合接触器时，连接杆5、6处于垂直位置。滑架的水平位移b导出连接杆5、6的上轴的垂直位移d。位移b和d的关系由以下公式表示：

$d=b\·\left(\frac{1-\cos \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\α}}\right)$

这样，如果角度α保持成小的角度，连接杆的上轴的垂直位移保持成明显小于其下轴的水平位移。以上公式的推导还示出，当接近连接杆5、6的垂直位置时垂直位移速度明显地减小。

垂直位移和水平位移之间的关系提供了以下一些优点。

第一优点是，当接近与待检验的部件的接触点时，接触器的柔性闸刀58、68的速度降低。在连接杆5、6的垂直位置附近，滑架快速地水平位移，在这种情况下，连接杆5、6的上轴的垂直速度大大降低，因此接触器的闸刀58、68的速度大大降低。

第二优点是，滑架8的振荡在其第二分立位置附近对柔性闸刀58、68的位置几乎没有影响。

第三优点是，线性机电变换器的力成倍地增加。因此，在待检验的部件上将接触器保持在闭合位置仅需要由变换器施加最小程度的力。

附加的优点在于，因为连接杆5、6的上轴的垂直位置达到了绝对最大值，所以接触器的夹爪56、66之间最小距离也达到可精确确定的最大值，由此作用在特别类型的部件上的挤压力或压制力也达到可精确确定的最大值。超过其理想的第二分立位置的滑架运动导致接触器略微地再打开，这样防止了待检验的部件的损坏或防止了柔性的闸刀58、68过度地受限制。作用于待检验部件的接触器的闭合的精确时刻借助于第二感应传感器94来确定，而其检测的精确时刻可通过作用于第二螺纹件96来调节。

在本发明的致动系统的变型实施例中，不使用反向杆7，并且第二连接杆6的上轴直接固定到第二轴65的下末端部。当滑架8压靠第一止动件91时，例如通过第二连接杆6的垂直定位，可实现反向杆的功能。以这种方式，朝向滑架的第二分立位置的滑架位移导致第一连接杆5的第二轴向上移动并且导致第二连接杆6的第二轴向下移动，以使其定位成与垂直平面成一角度α，这使得夹爪56、66彼此靠拢地移动。

以上描述的优选实施例参照示例详细描述了用于电子部件的接触器的致动系统，该系统的运动由水平线性音圈马达产生，并且该系统通过控制机构用于致动，接触器沿垂直轴线移动。

然而，本发明的原理还可应用于任何线性机电运动的发生器，其包括沿任何轴线的多个分立位置，该发生器的运动可由适当的机械系统来控制，以便用于沿与第一轴线线性无关的任何其它的轴线致动接触器。

在本发明的变型实施例中，机电变换器具有大于两个的有限数量的分立位置，这样对应于分立位置的数量需作用于致动系统，以便例如接触各个部件，该部件的接触点的设置是较复杂的。

由这种系统致动的接触器可以是以上示例所述中的不同类型。例如其可包括一对或多对致动柔性闸刀的夹爪；一对或多对这样的夹爪，其上夹爪或下夹爪是可移动的；一对或多对柔性金属闸刀，通过压在其接触点上使得与待检验的部件接触；或这些系统的任意组合。其可以是用于格栅阵列式的部件，例如“插针格栅阵列(PGA)”或“球状件格栅阵列(BGA)”的形式，其中接触器则包括例如金属触点板，其布置成与部件的触点相对并抵靠其下表面施加。

这些不同类型的触点需要本发明的致动系统的适配，使得例如致动系统可包括仅一个连接杆，以用于启动单个系列的触点；或者相反的是，可包括不同长度并且与垂直平面成不同角度的多个连接杆，以便作用于具有不同速度和幅度的接触器运动的不同要素。

在依据本发明的致动系统的变型中，这些连接杆可有利地由一组凸轮来代替。

Claims (14)

1.一种用于半导体部件的接触器的致动系统，所述接触器包括两个系列的柔性金属闸刀(58，68)，这些闸刀成对地布置，并且以钳子或钳口夹持的方式挤压待检验部件的插针，所述系统包括：

由线性机电变换器(2，3，4)构成的线性运动发生器；和

用于控制由所述接触器施加到所述半导体部件上的接触力的系统，

其特征在于，所述线性运动发生器允许关闭和打开所述接触器；和

所述线性机电变换器(2、3、4)具有至少两个分立的位置。

2.如权利要求1所述的致动系统，其特征在于，该线性机电变换器是音圈马达。

3.如权利要求2所述的致动系统，其特征在于，该音圈马达包括可移动的电气线圈(4)，其设置在两个固定的永久磁体块(2、3)之间。

4.如权利要求3所述的致动系统，其特征在于，该可移动的电气线圈(4)沿大致平行于该两个永久磁体块(2、3)之间最短部段的正中平面的轴线被导向。

5.如权利要求3或4所述的致动系统，其特征在于，该可移动的电气线圈(84)安装在至少一个滑道(81、82)上，该滑道在至少一个线性导轨(9)上导向。

6.如权利要求3所述的致动系统，其特征在于，该可移动的电气线圈(4)的运动的幅度在每一侧由止动件(91、92)来限制。

7.如权利要求1所述的致动系统，其特征在于，该用于控制由所述接触器施加到所述半导体部件上的接触力的系统包括至少一个连接杆(5、6)。

8.如权利要求7所述的致动系统，其特征在于，所述至少一个连接杆(5、6)的第一末端部用所述运动发生器的可移动的部分(4、8)联接起来。

9.如权利要求7所述的致动系统，其特征在于，所述至少一个连接杆(5、6)的第二末端部用半导体部件的接触器的第一夹爪(56)联接起来。

10.如权利要求7所述的致动系统，其特征在于，所述至少一个连接杆(5、6)的第二末端部的位移轴线沿一与所述至少一个连接杆(5、6)的第一末端部的位移轴线线性无关的轴线被导向。

11.如权利要求7所述的致动系统，其特征在于，其包括两个连接杆(5、6)。

12.如权利要求11所述的致动系统，其特征在于，所述两个连接杆(5、6)中的每一个致动半导体部件的接触器的夹爪(56、66)。

13.如权利要求11所述的致动系统，其特征在于，其包括固定到第二连接杆(6)的第二末端部上的反向杆(7)。

14.一种如权利要求1-13中任一项所述的半导体部件的接触器的致动系统的控制方法，其包括：

产生一导致该接触器闭合的电流；

产生一强度较低的电流，以保持该接触器处于闭合位置；

通过两个系列的接触器的柔性金属闸刀(58，68)在关闭位置以钳子或钳口夹持的方式挤压待检验部件的插针；

产生一方向与先前产生的电流的方向相反的电流，以使该接触器打开；和

产生一强度较低的电流，以保持该接触器处于打开位置。

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