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Die
Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung, die insbesondere
zum Positionieren eines Testkopfs an einer Prüfeinrichtung dient. Die Handhabungsvorrichtung
ist mit Positionierungsmitteln versehen, durch die ein Testkopf
im Raum positionierbar ist. Zudem ist die Handhabungsvorrichtung mit
einer Halterung versehen, die mit den Positionierungsmitteln verbunden
ist und an welcher der Testkopf befestigbar ist.
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Eine
Handhabungsvorrichtung oder Manipulator zum Positionieren eines
Testkopfs verfügt üblicherweise über mehrere
Translations- und Rotationsfreiheitsgrade und ist insofern geeignet,
den Testkopf exakt im Raum zu positionieren. Anwendung findet eine
solche Handhabungsvorrichtung daher in der Regel bei der Prüfung von
elektronischen Bauelementen, wie beispielsweise integrierte Schaltungen (IC)
oder Wafer. Um die Funktionsfähigkeit
der elektronischen Bauelemente testen zu können, ist es erforderlich,
den verhältnismässig schweren
Testkopf präzise
an eine Prüfeinrichtung
heranzufahren. Die Prüfeinrichtung,
beispielsweise ein Devicehandler oder Waferprober, stellt die durch
den Testkopf zu 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 Handhabungsvorrichtung unerlässlich.
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Die
DE 101 32 489 A1 beschreibt
eine Handhabungsvorrichtung, die sich durch eine exakt wiederholbare
Bewegung des Testkopfs auszeichnet. Dies ist vornehmlich darauf
zurückzuführen, dass
die Handhabungsvorrichtung mit den Testkopf im Raum positionierenden
Positionierungsmitteln versehen ist, die in einer horizontalen Ebene
schwenkbare Gelenkarme aufweisen. Die Gelenkarme sind mit in horizontaler
Richtung verfahrbaren Schlitten gekoppelt, so dass sich eine beliebige
Bewegung des Testkopfs in eine Translationsbewegung der Schlitten
und eine Rotationsbewegung der Gelenkarme aufteilen lässt. Auf
diese Weise ergibt sich eine reproduzierbare Verstellung der Positionierungsmittel,
die eine zuverlässige
Positionierung des Testkopfs sicherstellt.
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Weiterhin
beschreibt die
DE 40
07 011 C2 eine Handhabungsvorrichtung, die mit einem Testkopf
im Raum positionierenden Doppelgelenkarmen versehen ist. Die Doppelgelenkarme
sind an einem ersten Ende gelenkig mit einer den Testkopf befestigenden
Halterung verbunden. An einem zweiten Ende sind die Doppelgelenkarme
gelenkig mit einem Schwenkarm verbunden, der um eine sich in vertikaler
Richtung erstreckende Achse geschwenkt werden kann. Der Schwenkarm
ist an einer Säule
angeordnet, die es ermöglicht,
den Schwenkarm zudem in vertikaler Richtung linear zu verstellen.
Wenngleich die bekannte Handhabungsvorrichtung auf Grund der überlagerbaren
Rotationsbewegungen des Schwenkarms und der Doppelgelenkarme über eine mannigfaltige
Verstellbarkeit in horizontaler Richtung verfügt, ist eine reproduzierbare
Verstellung nur mit einem verhältnismässig grossen
Aufwand möglich.
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Eine
Handhabungsvorrichtung, die zum Positionieren eines Testkopfs dient,
wird auch in der
US 6,023,173
A beschrieben. Die Handhabungsvorrichtung umfasst eine
als Drehführung
ausgebildete Halterung, an welcher der Testkopf befestigt ist, eine
mit vertikalen Schienen versehene Säule, einen in vertikaler Richtung
verstellbar an der Säule
angeordneten Horizontalschlitten, eine Ausdehnungseinheit, die an
dem Horizontalschlitten angeordnet ist, ei nen Dreharm, der um eine
vertikale Achse drehbar und an der Ausdehnungseinheit angeordnet
ist, und eine um eine horizontale Achse schwenkbare Tumble-Einheit,
die zwischen dem Dreharm und der Halterung angeordnet ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Handhabungsvorrichtung
zu schaffen, mittels der sich eine vielfältige und zugleich reproduzierbare Verstellung
erzielen lässt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen
gemäss
Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung
stellen die Gegenstände
der Ansprüche
2 bis 11 dar.
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Die
erfindungsgemässe
Handhabungsvorrichtung beruht auf der Erkenntnis, zwei Horizontalschlitten
vorzusehen, die in zwei orthogonal zueinander verlaufenden Richtungen
verschiebbar sind. Die eine Translationsbewegung ausführenden
Horizontalschlitten lassen sich präzise und reproduzierbar in horizontaler
Richtung verstellen und ermöglichen
auf diese Weise eine sogenannte „Side to Side"- und „In and
out"-Bewegung. Der
zweite Horizontalschlitten ist um eine horizontale Schwenkachse
schwenkbar an dem ersten Horizontalschlitten angeordnet. Die schwenkbare
Anordnung des zweiten Horizontalschlittens ermöglicht eine sogenannte „Tumble"-Bewegung.
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Die
Säule ist
um eine sich in der vertikalen Richtung erstreckende Achse drehbar
an einem Untergestell angeordnet ist. Das Untergestell stellt eine ausreichende
Standfestigkeit der Handhabungsvorrichtung sicher. Die drehbare
Anordnung der Säule an
dem Untergestell ermöglicht
eine sogenannte „Swing"-Bewegung, die sich
mit den Translationsbewegungen der Horizontalschlitten überlagern
lässt, so
dass sich eine vielfältige
Verstellung in horizontaler Richtung ergibt. In Hinsicht auf die
drehbare Anordnung der Säule hat
es sich als zweckmässig
erwiesen, das Untergestell mit einer Drehplatte zu versehen, auf
der die Säule
angeordnet ist. Um eine zuverlässige
Positionierung sicherzustellen, ist es ferner zweckmässig, die
Säule mittels
Arretierungsmitteln in einer vorgegebenen Stellung an dem Untergestell
zu arretieren.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung
ist die Säule
mit wenigstens einer Führungsschiene
versehen, auf der ein Vertikalschlitten in der vertikalen Richtung
bewegbar ist. Der Vertikalschlitten, an dem vorzugsweise der erste
Horizontalschlitten befestigt ist und der als Linearmotor ausgestaltet
sein kann, ermöglicht
eine sogenannte „Vertical"-Bewegung. Zu einer
zuverlässigen
Positionierung trägt
bei, wenn der Vertikalschlitten vorteilhafterweise mittels Arretierungsmitteln
in einer vorgegebenen Stellung an der Säule arretierbar ist.
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Bevorzugt
weist der erste Horizontalschlitten ein an dem Vertikalschlitten
angeordnetes Führungsteil
und ein in der ersten Richtung bewegbar an dem Führungsteil angeordnetes Laufteil
auf. Das Führungsteil
und das Laufteil können
Bestandteil eines eine elektrische Verstellung ermöglichenden
Linearmotors sein. Um eine zuverlässige Positionierung zu gewährleisten,
ist vorteilhafterweise das Laufteil mittels Arretierungsmitteln
in einer vorgegebenen Stellung an dem Führungsteil arretierbar.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, wenn der zweite Horizontalschlitten ein an dem
ersten Horizontalschlitten angeordnetes Führungsteil und ein in der zweiten
Richtung bewegbar an dem Führungsteil
angeordnetes Laufteil aufweist. Das Führungsteil und das Laufteil
des zweiten Horizontalschlittens können ebenfalls Bestandteil
eines Linearmotors sein. In Hinsicht auf eine zuverlässige Positionierung
ist es ferner von Vorteil, das Laufteil des zweiten Horizontalschlittens
mittels Arretierungsmitteln in einer vorgegebenen Stellung an dem
Führungsteil
zu arretieren.
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Vorteilhafterweise
ist die Halterung um eine erste Rotationsachse, die sich vorzugsweise
in vertikaler Richtung erstreckt, schwenkbar und mittels Arretierungsmitteln
in einer vorgegebenen Stellung arretierbar. Die schwenkbare Anordnung
der Halterung ermöglicht
eine sogenannte „Theta"-Bewegung.
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Ausserdem
ist es von Vorteil, die Halterung mit einer Drehführung zu
versehen, durch die der Testkopf um eine zweite Rotationsachse,
die sich vorzugsweise orthogonal zu der ersten Rotationsachse erstreckt,
drehbar ist. Die mittels Arretierungsmitteln in einer vorgegebenen
Stellung arretierbare Drehführung
ermöglicht
eine sogenannte „Twist"-Bewegung des Testkopfs.
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Einzelheiten
und weitere Vorteile der erfindungsgemässen Handhabungsvorrichtung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels.
In den das Ausführungsbeispiel
lediglich schematisch darstellenden Zeichnungen veranschaulichen
im einzelnen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Handhabungsvorrichtung, an der ein
Testkopf angeordnet ist;
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2a eine
Draufsicht auf die Handhabungsvorrichtung gemäss 1;
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2b eine
Draufsicht gemäss 2a,
die den Testkopf in einer anderen Position zeigt;
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3a eine
Draufsicht gemäss 2b,
die einen ersten Horizontalschlitten in einer ersten Stellung zeigt;
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3b eine
Draufsicht gemäss 3a,
die den ersten Horizontalschlitten in einer zweiten Stellung zeigt;
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4a eine
Draufsicht gemäss 2b,
die einen zweiten Horizontalschlitten in einer ersten Stellung zeigt;
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4b eine
Draufsicht gemäss 4a,
die den zweiten Horizontalschlitten in einer zweiten Stellung zeigt;
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5a und 5b Seitenansichten
der Handhabungsvorrichtung, die eine „Twist"-Bewegung des Testkopfs veranschaulichen;
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6a und 6b Seitenansichten
der Handhabungsvorrichtung, die eine „Tumble"-Bewegung des Testkopfs veranschaulichen,
und
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7a und 7b Draufsichten
gemäss 2b,
die eine „Theta"-Bewegung des Testkopfs veranschaulichen.
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Die
in 1 dargestellte Handhabungsvorrichtung dient zum
Positionieren eines Testkopfs 60 an einer nicht dargestellten
Prüfeinrichtung
für elektronische
Bauelemente, wie zum Beispiel IC oder Wafer. Zu diesem Zweck weist
die Handhabungsvorrichtung eine Halterung 50 auf, an welcher
der Testkopf 60 befestigt ist. Darüber hinaus ist die Handhabungsvorrichtung
mit Positionierungsmitteln versehen, die mit der Halterung 50 verbunden
sind und die eine Säule 20,
einen ersten Horizontalschlitten 30 und einen zweiten Horizontalschlitten 40 umfassen.
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Die
sich in vertikaler Richtung z erstreckende Säule 20 ist um eine
sich in der vertikalen Richtung z erstreckende Achse drehbar an
einem Untergestell 10 angeordnet. Das Untergestell 10 ist
zu diesem Zweck mit einer Drehplatte 12 versehen, auf der
die Säule 20 angeordnet
ist. Die Drehplatte 12 kann mittels nicht dargestellten
Antriebsmitteln angetrieben und mittels ebenfalls nicht dargestellten
Arretierungsmitteln in einer gewünschten
Stellung arretiert werden. Wie insbesondere aus 1 ersichtlich
ist, weist das Untergestell 10 zwei in einer ersten horizontalen
Richtung x parallel zueinander verlaufende Tragbalken 11 auf,
auf denen der Drehteller 12 angeordnet ist. Die Tragbalken 11 werden
von in einer zweiten horizontalen Richtung y, die sich orthogonal zu
der ersten Richtung x erstreckt, verlaufenden Traversen 13 abgestützt. Die
jeweils auf Tellerfüssen 14 gelagerten
Tragbalken 11 und Traversen 13 stellen eine ausreichende
Stabilität
der Handhabungsvorrichtung sicher. Eine die Tragbalken 11 und
die Traversen 13 im Bereich der Drehplatte abdeckende Abdeckplatte 15 trägt zudem
zu einer ergonomischen Bauweise der Handhabungsvorrichtung bei.
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Wie 1 zudem
zu erkennen gibt, ist die Säule 20 mit
zwei parallel zueinander verlaufenden Führungsschienen 21 versehen,
auf denen ein Vertikalschlitten 22 in der vertikalen Richtung
z linear bewegt werden kann. Der Vertikalschlitten 22 wird
von nicht dargestellten Antriebsmitteln angetrieben und lässt sich
mittels eines Feststellhebels 23 in einer vorgegebenen
Stellung an der Säule 20 arretieren.
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An
dem Vertikalschlitten 22 ist der erste Horizontalschlitten 30 befestigt.
Wie insbesondere aus den 3a und 3b ersichtlich
ist, weist der Horizontalschlitten 30 ein an dem Vertikalschlitten 22 angeordnetes
Führungsteil 31 und
ein bewegbar an dem Führungsteil 31 angeordnetes
Laufteil 32 auf. Das Laufteil 32 ist mittels eines
Feststellhebels 33 in einer vorgegebenen Stellung an dem
Führungsteil 31 arretierbar
und wird von manuell oder elektrisch zu betätigenden Antriebsmitteln, die
nicht dargestellt sind, angetrieben. Der an dem ersten Horizontalschlitten 30 angeordnete
zweite Horizontalschlitten 40 weist ein Führungsteil 41 auf,
das an dem Laufteil 32 des ersten Horizontalschlittens 30 angeordnet
ist. Zudem weist der zweite Horizontalschlitten 40 ein
bewegbar an dem Führungsteil 41 angeordnetes
Laufteil 42 auf, das mittels nicht dargestellter Arretierungsmittel
in einer vorgegebenen Stellung an dem Führungsteil 41 arretiert
werden kann. Das Laufteil 42 wird von manuell zu betätigenden
Antriebsmitteln 43 angetrieben. Wie insbesondere die 6a und 6b zu
erkennen geben, ist der zweite Horizontalschlitten 40 um
eine horizontale Schwenkachse 44 schwenkbar an dem ersten
Horizontalschlitten 30 angeordnet.
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Die
an dem zweiten Horizontalschlitten 40 angeordnete Halterung 50 ist
mit dem Testkopf 60 verbunden. Die Halterung 50 ist
um eine erste Rotationsachse, die sich in der vertikalen Richtung
z erstreckt, schwenkbar und mittels eines Feststellhebels 53 in
einer vorgegebenen Stellung arretierbar, wie insbesondere aus den 7a und 7b ersichtlich ist.
Darüber
hinaus ist die Halterung 50 mit einer nicht dargestellten
Drehführung
versehen, durch die der Testkopf 60 um eine zweite Rotationsachse,
die sich orthogonal zu der ers ten Rotationsachse erstreckt, mittels
manuell zu betätigender
Antriebsmittel 51 drehbar ist, wie die 5a und 5b zu
erkennen geben. Ein Feststellhebel 52 stellt sicher, dass
der Testkopf 60 in einer gewünschten Stellung arretiert werden
kann.
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Die
zuvor beschriebene Handhabungsvorrichtung zeichnet sich durch eine
vielfältige
und zugleich reproduzierbare Verstellung des Testkopfs 60 aus.
Dies ist vornehmlich auf das Zusammenspiel von der Säule 20,
dem ersten Horizontalschlitten 30 und dem zweiten Horizontalschlitten 40 zurückzuführen. So
ermöglicht
die sich um eine in der vertikalen Richtung z erstreckende Achse
drehbare Säule 20 eine „Swing"-Bewegung des Testkopfs 60,
wie insbesondere aus den 2a und 2b ersichtlich
ist. Aufgrund des Vertikalschlittens 22 ermöglicht die Säule 20 zudem
eine „Vertical"-Bewegung des Testkopfs 60.
Der an dem Vertikalschlitten 22 befestigte erste Horizontalschlitten 30 ermöglicht eine
lineare Verschiebung des Testkopfs 60 in einer ersten horizontalen
Richtung x, wie insbesondere die 3a und 3b zu
erkennen geben. Durch den Horizontalschlitten 30 kann auf
diese Weise eine in der ersten Richtung x stattfindende „Side to
Side"-Bewegung des
Testkopfs 60 ausgeführt
werden. Eine in einer zweiten horizontalen Richtung y stattfindende „In and
out"-Bewegung des
Testkopfs 60 ergibt sich durch die lineare Verschiebung
des zweiten Horizontalschlittens 40, wie aus den 4a und 4b ersichtlich
ist. Es versteht sich von selbst, dass die erste Richtung x und
die zweite Richtung y von der Stellung der Säule 20 abhängen, so
dass eine „Side
to Side"-Bewegung
des Testkopfs 60 auch von dem zweiten Horizontalschlitten 40 und
eine „In
and out"-Bewegung
des Testkopfs 60 von dem ersten Horizontalschlitten 30 ausgeführt werden
können.
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Weiterhin
trägt zu
einer mannigfaltigen Verstellung des Testkopfs 60 die Halterung 50 bei,
die, wie die 5a und 5b zu
erkennen geben, eine „Twist"-Bewegung des Testkopfs 60 ermöglicht.
Aufgrund der schwenkbaren Anordnung des zweiten Horizontalschlittens 40 um
die Schwenkachse 44 kann der Testkopf 60 zudem
eine „Tumble"-Bewegung ausführen, wie
die 6a und 6b zu
erkennen geben. Nicht zuletzt kann der Testkopf 60 aufgrund der
schwenkbaren Anordnung der Halterung 50 um die erste Rotationsachse
eine „Theta"-Bewegung ausführen, wie
die 7a und 7b zu
erkennen geben.
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- 10
- Untergestell
- 11
- Tragbalken
- 12
- Drehplatte
- 13
- Traverse
- 14
- Tellerfuss
- 15
- Abdeckplatte
- 20
- Säule
- 21
- Führungsschiene
- 22
- Vertikalschlitten
- 23
- Feststellhebel
- 30
- erster
Horizontalschlitten
- 31
- Führungsteil
- 32
- Laufteil
- 33
- Feststellhebel
- 40
- zweiter
Horizontalschlitten
- 41
- Führungsteil
- 42
- Laufteil
- 43
- Antriebsmittel
- 44
- Schwenkachse
- 50
- Halterung
- 51
- Antriebsmittel
- 52
- Feststellhebel
- 53
- Feststellhebel
- 60
- Testkopf
- x
- erste
horizontale Richtung
- y
- zweite
horizontale Richtung
- z
- vertikale
Richtung