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Die Erfindung betrifft eine Lagekorrektureinrichtung zur Korrektur der Position von elektronischen Bauelementen, insbesondere ICs.
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Elektronische Bauelemente wie ICs werden üblicherweise, bevor sie auf Leiterplatten montiert oder in Geräte eingebaut werden, auf ihre elektrischen Eigenschaften getestet. Hierbei werden die elektronischen Bauelemente zunächst von einer automatisch arbeitenden Handhabungsvorrichtung (”Handler”) aus beispielsweise aus Aluminiumplatten bestehenden Bauelementträgern entnommen und einer Testvorrichtung zugeführt. Im Schnittstellenbereich zwischen Handhabungsvorrichtung einerseits und Testvorrichtung andererseits befindet sich bekannterweise eine Kontakteinheit, die eine feststehende Basisplatte sowie einen auf der Basisplatte befestigten Kontaktsockel aufweist. Der Kontaktsockel trägt eine Vielzahl von Kontakten, die auf die Anschlusskontakte des zu testenden Bauelements abgestimmt und mit der Testvorrichtung elektrisch verbindbar sind.
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Wenn die Bauelemente mittels des Bauelementhalters der Handhabungsvorrichtung an den Testsockel herangeführt werden, ist es von großer Bedeutung, dass die Anschlusskontakte des zu testenden Bauelements genau zentriert auf die zugeordneten Kontakte des Kontaktsockels aufgesetzt werden. Da die Anschlusskontakte der Bauelemente aufgrund des Zwangs zur Miniaturisierung sehr klein ausgeführt sind und eng beieinander liegen, kommt es hierbei auf höchste Präzision an. Dies bereitet in der Praxis Schwierigkeiten, da die Bauelemente naturgemäß Maßtoleranzen hinsichtlich ihrer Außenkonturen aufweisen und die Lage der Bauelemente innerhalb des Bauelementhalters nicht immer die gleiche ist.
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Aus der
US 5,150,041 A ist eine Lagekorrektureinrichtung zur Korrektur der Position einer Leiterplatte bekannt, um die Leiterplatte relativ zu einem Kontaktsockel zu zentrieren. Die Zentrierung erfolgt mittels eines Zentrierrahmens, der in einer x-y-Ebene verschiebbar ist und eine zusätzliche Rotationsplatte aufweist, um die Leiterplatte zusätzlich in dieser Ebene drehen zu können. Der gesamte Zentrierrahmen kann dort zusammen mit der Leiterplatte mittels einer spindelartigen Vorrichtung abgesenkt werden, so dass Kontaktstifte des Kontaktiersockels von unten her durch eine mittige Öffnung im Zentrierrahmen durchtreten und mit der Leiterplatte in Kontakt gelangen können. Die Verschiebung bzw. Drehung des Zentrierrahmens erfolgt mittels Schrittmotoren, die seitlichen neben dem Zentrierrahmen angeordnet sind. Zum Testen von elektronischen Bauelementen wie ICs, bei denen es auf hohe Geschwindigkeiten und Durchsätze ankommt, ist diese bekannten Vorrichtung jedoch nicht geeignet.
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Weiterhin ist aus der
US 5,177,864 A ein Montagetisch zur Montage von elektronischen Bauelementen auf einer Leiterplatte entnehmbar, die in x- und y-Richtung verfahrbar ist und ein Tischelement zum Festlegen der Leiterplatte aufweist, das um eine senkrechte Achse gedreht werden kann. Ein mit einer Testeinrichtung zusammenwirkender Kontaktsockel, an den Bauelemente zu Testzwecken herangeführt und dabei relativ zum Kontaktsockel zentriert werden, ist dieser Druckschrift nicht entnehmbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagekorrektureinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche auf einfache und sehr genaue Weise die richtige Positionierung des Bauelements relativ zum Kontaktsockel sicherstellt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Bei der erfindungsgemäßen Lagekorrektureinrichtung ist der Zentrierrahmen lageveränderlich an einer den Kontaktsockel tragenden Basisplatte befestigt. Weiterhin begrenzt der Zentrierrahmen auf zumindest zwei Seiten eine Einführöffnung, in die der Bauelementhalter einführbar ist, um das Bauelement durch die Einführöffnung hindurch dem Kontaktsockel zuzuführen. Die Antriebseinrichtung weist am Zentrierrahmen befestigte Betätigungsorgane in Form von drei Stangen auf, die jeweils von einer in einem Abstand zum Zentrierrahmen angeordneten Motoreinheit in Längsrichtung verschiebbar und an drei beabstandeten Stellen mit dem Zentrierrahmen verbunden sind, so dass der Zentrierrahmen durch Längsverschieben der Stangen in einer Ebene verschiebbar und drehbar ist.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäße Lagekorrektureinrichtung ist es möglich, das zu testende Bauelement unmittelbar vor seinem Kontakt mit dem Kontaktsockel exakt in die richtige Position zu bringen, so dass die Anschlusskontakte des Bauelements genau auf den Kontakten des Kontaktsockels zu liegen kommen.
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Zweckmäßigerweise besteht die Lageerfassungseinrichtung zur Erfassung der Ist-Position des Bauelements aus einem optischen Messsystem, d. h. einer Kameraeinrichtung, mit der die Ist-Position des Bauelements vorzugsweise unmittelbar vor dem Einführen des Bauelementhalters in den Zentrierrahmen gemessen wird. Da auch die auf der Basis dieser Vermessung vorgenommene Lagekorrektur unmittelbar vor dem Einführen des Bauelementhalters in den Zentrierrahmen und damit in unmittelbarer Nähe des Kontaktsockels erfolgt, spielen in diesem Fall Lageverschiebungen des Bauelements innerhalb des Bauelementhalters, die beim Überführen des Bauelements zum Kontaktsockel auftreten können, keine Rolle.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Einführöffnung für den Bauelementhalter auf zwei benachbarten Seiten durch den Zentrierrahmen und auf den restlichen Seiten durch die Basisplatte begrenzt. Hierbei sind an der Basisplatte Federmittel vorgesehen, welche am eingeführten Bauelementhalter seitlich anliegen und diesen gegen den Zentrierrahmen drücken. Diese Ausführungsform ermöglicht einerseits eine einfache, kostengünstige Herstellung und stellt andererseits ein einfaches Einführen des Bauelementhalters in die Einführöffnung sicher.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind am Zentrierrahmen verstellbare, in die Einführöffnung vorstehende Anlageelemente befestigt, an denen der eingeführte Bauelementhalter anliegt. Mittels derartiger verstellbarer Anlageelemente lässt sich die Relativlage unterschiedlicher Bauelementhalter zum Zentrierrahmen auf einfache Weise anpassen.
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Das Einführen des Bauelementhalters in die Einführöffnung wird erleichtert, wenn die Anlageelemente auf ihrer den Bauelementhalter zugewandten Seite Anlaufschrägen aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Zentrierrahmen derart an der Basisplatte angeordnet, dass seine Hauptebene parallel zur Hauptebene der Basisplatte verläuft, wobei der Zentrierrahmen durch Haltebolzen an der Basisplatte gehalten wird, welche Löcher des Zentrierrahmens mit seitlichem Spiel durchdringen. Hierdurch lässt sich eine einfache Halterung des Zentrierrahmens an der Basisplatte bewerkstelligen.
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Ein einfaches Nachfolgen des Bauelementhalters an die Korrekturbewegungen des Zentrierrahmens ergibt sich, wenn der Bauelementhalter eine in die Einführöffnung einführbare Grundplatte aufweist, die schwimmend relativ zu einer Kolbenstange der Handhabungsvorrichtung gelagert ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine Kontakteinheit mit einer Basisplatte sowie einen drehbaren Rotationskörper einer Handhabungsvorrichtung, der mehrere Bauelementhalter trägt;
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2: einen Bauelementhalter in der Nachbarschaft eines Kontaktsockels, wobei sich der Bauelementhalter kurz vor dem Einführen in die Einführöffnung des Zentrierrahmens befindet;
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3: eine Draufsicht schräg von oben auf den Zentrierrahmen, einen Teil der Basisplatte sowie einen Teil der Antriebseinrichtung;
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4: einen Teilschnitt, der die Kontakteinheit sowie den Bauelementhalter zeigt, wenn das Bauelement auf den Kontaktsockel aufgesetzt ist;
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5 einen zweidimensionalen Schnitt der Anordnung gemäß 4;
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6: den Zentrierrahmen und den Bauelementhalter mit Kolbenstange in Alleinstellung während der Kontaktierung, schräg von vorne; und
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7 die Anordnung von 6 schräg von hinten.
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In 1 ist ein Teil eines Rahmens 1 einer nicht näher dargestellten Handhabungsvorrichtung für elektronische Bauelemente 6, eines sog. ”Handlers”, ersichtlich. An der Rückseite des Rahmens 1 ist eine Kontakteinheit 2 befestigt, die eine feststehende Basisplatte 3 sowie einen aus 2 näher ersichtlichen Kontaktsockel 4 aufweist. Der Kontaktsockel 4 trägt in bekannter Weise eine Vielzahl vorstehender Kontakte 5, die im dargestellten Ausführungsbeispiel die Form von Kegeln haben, jedoch auch anders ausgebildet sein können. Mittels der Kontakte 5 kann in bekannter Weise eine elektrische Verbindung zu einer nicht dargestellten Testvorrichtung geschaffen werden, mit der elektronische Bauelemente 6 (4, 5, 7) auf ihre elektrischen Eigenschaften hin überprüft werden.
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Um die elektronischen Bauelemente 6 dem Kontaktsockel 4 zuführen zu können, weist die Handhabungsvorrichtung einen um eine horizontale Drehachse 7 schwenkbaren, quaderförmigen Rotationskörper 8 auf. Im Rotationskörper 8 sind insgesamt acht durchgehende Kolbenstangen 9 längsverschiebbar gelagert, wobei in der in 1 gezeigten Stellung vier Kolbenstangen 9 vertikal und weitere vier Kolbenstangen 9 horizontal angeordnet sind. An einem Ende einer jeden Kolbenstange 9 kann jeweils ein Bauelementhalter 10 (s. insbesondere die 6 und 7) befestigt sein. Die Bauelementhalter 10 dienen zum Halten jeweils eines Bauelements 6 und werden nachfolgend noch näher beschrieben. In 1, die lediglich eine grobe Übersicht über einige wesentliche Komponenten vermitteln soll, sind die nach unten weisenden, an den vertikalen Kolbenstangen 9 befestigten Bauelementhalter 10 jedoch nur unvollständig eingezeichnet.
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Die Bauelementhalter 10 können mittels ihrer zugeordneten Kolbenstange 9 unabhängig voneinander bewegt werden, um Bauelemente 6 aus nicht dargestellten Bauelementrägern zu entnehmen und, nachdem der Rotationskörper 8 eine Drehung um 90° durchgeführt hat und die Lage des Bauelements 6 im Bauelementhalter 10 mittels einer optischen Lageerfassungseinrichtung 30 in der Form einer Kamera über einen schräg angeordneten Spiegel 13 ermittelt worden ist (1 und 3), die Bauelemente 6 dem Kontaktsockel 4 zuzuführen, so dass die Anschlusskontakte 11 (7) des Bauelements 6 auf den zugeordneten Kontakten 5 des Kontaktsockels 4 zu liegen kommen. Nach Durchführung der Messung wird das Bauelement 6 durch Zurückziehen des Bauelementhalters 10 wieder vom Kontaktsockel 4 entfernt, wonach der Rotationskörper 8 wieder so geschwenkt wird, dass das Bauelement 6 in den Bauelementträger zurückgelegt werden kann.
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Im Folgenden wird ein Bauelementhalter 10 anhand der 5 bis 7 näher beschrieben.
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An der Kolbenstange 9 ist eine quer verlaufende Verbindungsplatte 12 starr befestigt. An der Verbindungsplatte 12 ist über vier Stützen 14 eine zur Verbindungsplatte 12 parallele Grundplatte 15 befestigt. Die Stützen 14 durchdringen die Grundplatte 15 in Bohrungen größeren Durchmesssers mit seitlichem Spiel und hintergreifen die Grundplatte 15, so dass die Grundplatte 15 relativ zu den Stützen 14 etwas seitlich verschoben werden kann und damit schwimmend relativ zu den übrigen Teilen des Bauelementhalters 10 gelagert ist. Mittels Federzungen 36 (5), die seitlich gegen die Grundplatte 15 drücken, ist die Grundplatte 15 jedoch in ihre mittige Stellung vorgespannt.
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Um das Bauelement 6 an der Unterseite der Grundplatte 15 zu halten, weist jeder Bauelementhalter 10 einen auf die Oberseite des zu haltenden Bauelements 6 aufsetzbaren Vakuumsauger 16 mit einem innenliegenden Kanal 17 auf, in dem Unterdruck vorliegt.
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Um das Bauelement 6 an der Unterseite der Grundplatte 15 in seitlicher Richtung zu positionieren, weist der Bauelementhalter 10 eine Positioniereinrichtung mit Klemmelementen 18, 19 in der Form von L-förmigen Klemmhebeln auf. Diese Klemmelemente 18, 19 sind von einer Öffnungsstellung, in der sie von den vier Seitenrändern des Bauelements 6 beabstandet sind, in eine Klemmstellung bringbar, in der sie auf die Seitenränder des Bauelements 6 eine eine seitliche Bewegung des Bauelements 6 verhindernde Druckkraft aufbringen. Hierzu sind die Klemmelemente 18, 19 um Schwenkachsen 20 schwenkbar an der Grundplatte 15 gelagert. Weiterhin werden die Klemmelemente 18, 19 mittels Druckfedern 21 in ihre Klemmstellung vorgespannt. Wird der Bauelementhalter 10 dagegen auf einen nicht dargestellten Bauelementräger aufgesetzt, aus dem die Bauelemente 6 entnommen oder in dem die Bauelemente 6 wieder abgelegt werden sollen, stoßen die nach außen weisenden Schenkel der Klemmelemente 18, 19 an den Bauelementträger, wodurch die Klemmelemente 18, 19 geöffnet werden und das Bauelement 6 freigegeben wird.
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Um das zu testende Bauelement 6 lagegenau auf den Kontaktsockel 4 der Kontakteinheit 2 aufsetzen zu können, weist die Handhabungsvorrichtung eine Lagekorrektureinrichtung zur Korrektur der Position des zu testenden Bauelements 6 unmittelbar vor dem Kontaktieren mit dem Kontaktsockel 4 auf. Diese Lagekorrektureinrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Zentrierrahmen 22, der auf zwei Seiten eine Einführöffnung 23 für die Grundplatte 15 des Bauelementhalters 10 begrenzt und der derart an der Basisplatte 3 der Kontakteinheit 2 angeordnet ist, dass seine Hauptebene parallel zur Hauptebene der Basisplatte 3 verläuft. Wie aus den 3 und 7 ersichtlich, ist der Zentrierrahmen 22 im Wesentlichen L-förmig ausgebildet und weist einen Schenkel 24 sowie einen hierzu rechtwinkelig abstehenden Schenkel 25 auf. Der Zentrierrahmen 22 wird durch drei Haltebolzen 26 in der Form von Schrauben hintergriffen und dadurch an der Basisplatte 3 gehalten, wobei die Haltebolzen 26 entsprechende Löcher des Zentrierrahmens 22 durchdringen, die größer als der Schaftdurchmesser der Haltebolzen 26 ausgeführt sind. Zwischen dem Haltebolzen 26 und den Wänden der Löcher ist somit ein seitliches Spiel vorhanden, so dass der Zentrierrahmen 22 in seiner Hauptebene geringfügig verschoben und gedreht werden kann.
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Um den Zentrierrahmen 22 relativ zur Basisplatte 3 zu verschieben, ist eine Antriebseinrichtung 27 vorgesehen (3). Diese Antriebseinrichtung 27 weist drei voneinander beabstandete Betätigungsorgane 28 in der Form von Stangen auf, die einerseits mit einer Motoreinheit 29 derart in Verbindung sind, dass sie in Längsrichtung verschoben werden können, und andererseits an drei beabstandeten Stellen mit dem Zentrierrahmen 22 verbunden sind. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Betätigungsorgane 28 parallel zueinander angeordnet und in den beiden gegenüberliegenden Endbereichen der Schenkel 24 des Zentrierrahmens 22 seitlich an diesem befestigt. Das dritte Betätigungsorgan 28 erstreckt sich dagegen senkrecht zu den beiden erstgenannten Betätigungsorganen 28 und erstreckt sich von einer schmalen Stirnseite des Schenkels 24 in diesen hinein. Aufgrund dieser Anordnung ist es möglich, durch ein gezieltes Betätigen einzelner Betätigungsorgane 28 den Zentrierrahmen 22 relativ zur Basisplatte 3 in x- oder y-Richtung zu verschieben oder in φ-Richtung zudrehen.
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Die Lagekorrektureinrichtung weist ferner, wie bereits ausgeführt und in den 1 und 3 dargestellt, eine optische Lageerfassungseinrichtung 30 in der Form einer Kamera auf, welche die Ist-Position des Bauelements 6 innerhalb des Bauelementhalters 10 aufnimmt. Die Lageerfassungseinrichtung 30 steht mit einer Recheneinrichtung 31 in Verbindung, welche Lagekorrekturwerte aus der Differenz zwischen der Ist-Position und einer Soll-Position des Bauelements 6 innerhalb des Bauelementhalters 10 berechnet. Die Recheneinrichtung 31 steht wiederum mit der Antriebseinrichtung 27 (3) in Verbindung und steuert die Antriebseinrichtung 27 derart, dass der Zentrierrahmen 22 und damit die Einführöffnung 23 in Abhängigkeit der Lagerkorrekturwerte in eine Position verschoben werden, in der die in die Einführöffnung 23 eingeführte Grundplatte 15 des Bauelementhalters 10 und damit das Bauelement 6 genau in der gewünschten Soll-Position liegt.
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Die in der Einführöffnung 23 eingeführte Grundplatte 15 des Bauelementhalters 10 liegt auf zwei Seiten an Anlageelementen 32 an, die verstellbar am Zentrierrahmen 22 befestigt sind und seitlich über die Schenkel 24, 25 in die Einführöffnung 23 hinein vorstehen. Um ein leichtes Einführen in die Einführöffnung 23 und Zentrieren der Grundplatte 15 sicherzustellen, weisen hierzu die Anlageelemente 32 auf ihrer dem Bauelement 6 zugewandten Seite entsprechende Anlaufschrägen auf.
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Die Einführöffnung 23 wird auf den beiden anderen Seiten, an denen die Schenkel 24, 25 des Zentrierrahmens 22 nicht vorhanden sind, durch entsprechende Stege 33 der Basisplatte 3 begrenzt. An den beiden Stegen 33 sind Federmittel 34 in der Form von U-förmigen Federklammern aufgesetzt, deren innenliegende Schenkel in die Einführöffnung 23 vorragen. Die innenliegenden Schenkel der Federmittel 34 liegen am eingeführten Bauelement 6 seitlich an diesem an und drücken das Bauelement 6 gegen die Anlageelemente 32 des Zentrierrahmens 22. Aufgrund der Vorspannkraft der Federmittel 34 wird somit das Bauelement 6 immer in Anlage an den Anlageelementen 32 gehalten, wobei sie gleichzeitig ermöglichen, dass das Bauelement 6 zusammen mit dem Zentrierrahmen 22 relativ zur feststehenden Basisplatte 3 verschoben werden kann.
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In 3 ist weiterhin ein über die Basisplatte 3 vorstehender Zentrierzapfen 35 dargestellt, der zur Zentrierung der Basisplatte 3 relativ zur Handhabungsvorrichtung (Handler) dient.
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Soll das Bauelement 6 unter bestimmten Temperaturbedingungen getestet werden, so ist es ohne weiteres möglich, dass sich lediglich der Zentrierrahmen 22 im temperierten Bereich befindet, während die Motoreinheit 29 außerhalb des temperierten Bereiches angeordnet ist. Dies ermöglicht einfachere Motorantriebe und erhöht die Lebensdauer derselben. Weiterhin ist von Bedeutung, dass es nicht erforderlich ist, die Lagekorrektur mittels einer Vorrichtung vorzunehmen, die am Bauelementhalter 10 angeordnet und mit diesem mitbewegt werden müßte, was einen wesentlich höheren technischen Aufwand bedeuten würde.
