DE102005046814B4

DE102005046814B4 - Vorrichtung zum Temperieren und Prüfen elektronischer und/oder elektromechanischer Bauteile

Info

Publication number: DE102005046814B4
Application number: DE200510046814
Authority: DE
Inventors: Manfred Bär
Original assignee: IEF Werner GmbH
Current assignee: IEF Werner GmbH
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: DE102005046814A1

Abstract

Vorrichtung zum Temperieren und Prüfen elektronischer und/oder elektromechanischer Bauteile, bestehend aus einer wärmeisolierten Temperierkammer innerhalb welcher eine Fördereinrichtung zum Transport der zu prüfenden Bauteile sowie wenigstens eine Heizstrecke und wenigstens eine Kühlstrecke in Förderrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei am Ende der Heiz- und/oder Kühlstrecke eine Prüf- und Kontaktierstation sowie zwischen Heiz- und Kühlstrecke eine Schleuse vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- bzw. Kühlstrecken (20, 21; 22, 23) Schienen (50, 60) aus wärmeleitfähigem Material mit in Fördereinrichtung hintereinander angeordneten Aufnahmenestern (52, 62) aufweisen, in welche mit Bauteilen (19) bestückbare Bauteilaufnahmen (18) aus wärmeleitfähigem Material einsetzbar sind, und dass den Heiz- und Kühlstrecken (20, 21; 22, 23) translatorisch bewegbare Transportschienen (80) zugeordnet sind, mit welchen die Bauteilaufnahmen (18) schrittweise von einem Aufnahmenest (52, 62) zum anderen transportiert werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Temperieren, d. h. Heizen bzw. Kühlen, und Prüfen elektronischer und elektromechanischer Bauteile, wie z. B. Halbleiterbauelementen, die aus einer wärmeisolierten Temperierkammer mit Heiz- und Kühleinrichtungen, einer Prüf- und Kontaktierstation sowie einer Fördereinrichtung zum Transport der zu prüfenden Bauteile innerhalb der Temperierkammer besteht.
Eine derartige Vorrichtung ist aus DE 100 03 839 C2 bekannt, bei welcher in der wärmeisolierten Temperierkammer eine Trägerplatte mit einer Widerstandsheizung und mit Kühlrohren angeordnet ist, über welche die zu prüfenden Bauelemente mittels eines Förderbandes bis zu einer Prüf- und Kontaktierstation bewegt werden. Am Ende der Förderstrecke wird jeweils ein zu prüfendes Bauelement mittels einer Handhabungseinrichtung erfasst und zur Messung mit einer Kontaktier- und Prüfeinrichtung in Verbindung gebracht.
Mittels dieser bekannten Vorrichtung ist es zwar grundsätzlich möglich die Bauelemente alternativ bei hohen und bei niederen Temperaturen zu prüfen. Nachteilig ist jedoch, dass die Prüfung bei hohen und tiefen Temperaturen nicht in einem Arbeitsgang erfolgen kann. Vielmehr muss die Temperierkammer zur Prüfung bei hohen Temperaturen aufgeheizt und zur Prüfung bei niederen Temperaturen gekühlt werden. Auch ist der Wärmeübergang von der Trägerplatte über das Förderband nicht optimal, so dass zum einen die Temperierzeit relativ lang ist und zum anderen die Einhaltung von Temperaturen in einem engen Toleranzbereich nicht oder nur schwer möglich ist.
Die zuletzt genannten Nachteile hat zwar die mit der Patentanmeldung 10 2004 051 302.3-35 vorgeschlagene Temperier- und Prüfeinrichtung nicht, da bei dieser die zu prüfenden Bauelemente in einer kleinvolumigen, allseitig geschlossenen Temperierkammer untergebracht sind, in welcher das Bauelement die Innenfläche des Temperiergehäuses kontaktiert, wodurch durch thermische Wärmeleitung ein schneller und gut dosierbarer Warme- bzw. Kälteübergang erfolgt.
Auch bei dieser Vorrichtung ist nachteilig, dass mittels derselben Temperierkammer eine rasche Prüfung bei niederen und hohen Temperaturen in einem Arbeitsgang nicht möglich ist. Ferner ist diese Vorrichtung zum Prüfen einer großen Anzahl von Bauteilen nicht geeignet.
Aus DE 198 21 194 A1 ist eine Vorrichtung zum Prüfen einer größeren Anzahl elektronischer Bauteile bei bestimmten Testtemperaturen möglich. Bei dieser Vorrichtung befinden sich die Bauteile in schweren, auf Temperatur gebrachten Metallschalen, sogenannten „boats", aus welchen die Bauteile mittels einer Umsetzvorrichtung entnommen und der Prüf- und Kontaktierstation zugeführt werden. Zwar gestattet diese Vorrichtung das Temperieren und Prüfen einer größeren Anzahl von Bauteilen, jedoch gestattet sie wegen der großen thermischen Trägheit der Metallschalen nicht abwechselnd die Überprüfung der Bauteile bei niederen und hohen Temperaturen in einem Arbeitsgang.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Temperieren und Prüfen elektronischer und elektromechanischer Bauteile zu schaffen, welche die geschilderten Nachteile nicht besitzt. So sollen vor allem Halbleiterbauelemente mit dieser Vorrichtung unter extremen klimatischen Bedingungen, z. B. bei Temperaturen zwischen –50°C und +160°C, bei einer schnellen Durchlaufzeit vollautomatisch getestet und gemessen werden, wobei die einzustellenden Temperaturen bei der Messung nur in engen Toleranzbereichen von z. B. ±0,2°C variieren dürfen. Auch soll die Vorrichtung einen möglichst kleinen Raumbedarf haben.
Aus EP 0 652 697 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher z. B. Leiterplatten mit aufgebrachten elektronischen, elektromechanischen und mechanischen Bauelementen bzw. Einzelkomponenten nach Aufbringung im Lötverfahren Prüfphasen bei Hoch- und bei Tieftemperatur unterzogen werden, um bei Auftreten von Fehlern ggf. sofortige Korrekturmaßnahmen ergreifen zu können. Die Baugruppen werden hierbei in einer ersten Prüfphase auf eine Temperatur im Bereich von 40°C bis 125°C und in einer zweiten Prüfphase auf eine Temperatur im Bereich von –40°C bis 10°C temperiert, wobei die Hoch- und Tieftemperaturbereiche durch Schleusen voneinander getrennt sind. Nach Temperierung erfolgt eine Funktionsprüfung an Prüfstationen.
Die Temperierung der bei dieser Vorrichtung mit Transportbändern geförderten Baugruppen erfolgt mittels der auf die jeweilige Temperatur gebrachten Innenatmosphäre.
Eine sehr exakte Temperierung auf eng tolerierte Temperaturen, z. B. wie gefordert mit Toleranzbereichen von ± 0,2°C, ist mit einer derartigen Vorrichtung nicht möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, welche eine Temperierung elektronischer und elektromechanischer Bauteile innerhalb einer Temperierkammer auf hohe und niedere Temperaturen mit engen Toleranzbereichen bei gutem und schnellem Wärmeübergang ermöglicht.
Gelöst ist diese Aufgabe gemäß vorliegender Erfindung mit der in Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung.
Charakteristisch für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist, dass die innerhalb der Temperierkammer vorgesehenen Heiz- bzw. Kühlstrecken Schienen aus wärmeleitfähigem Material mit in Förderrichtung hintereinander angeordneten Aufnahmenestern aufweisen, in welche mit Bauteilen bestückbare Bauteilaufnahmen aus wärmeleitfähigem Material einsetzbar sind. Zum Transport der Bauteilaufnahmen sind den Heiz- und Kühlstrecken translatorisch bewegbare Transportschienen zugeordnet, mit welchen die Bauteilaufnahmen schrittweise von einem Aufnahmenest zum anderen transportiert werden. Bei einer derartigen Heiz- und Kühleinrichtung erfolgt der Wärme- bzw. Kälteübergang im Wesentlichen durch thermische Leitung, wodurch eine hohe Temperaturkonstanz gewährleistet ist. Die erfindungsgemäße Fördereinrichtung mit ihren translatorisch bewegbaren Transportschienen, mit welchen die Bauteilaufnahmen schrittweise von einem Aufnahmenest zum anderen transportiert werden, bedingen, dass das zu prüfende Bauteil Zeit hat, sich bis zum Erreichen der Prüf- und Kontaktierstation exakt auf die vorgewählte Temperatur zu erwärmen bzw. abzukühlen.
Nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 2 ist die Heizstrecke in eine Vorheizstrecke und eine Feinheiz- und Prüfstrecke und entsprechend die Kühlstrecke in eine Vorkühlstrecke und eine Feinkühl und Prüfstrecke unterteilt. Bei dieser Unterteilung können die zu überprüfenden Bauteile in der Vorheizstrecke bzw. Vorkühlstrecke relativ rasch auf die vorgegebene Temperatur gebracht werden, während in den Feinheiz- bzw. Feinkühl- und Prüfstrecken die vorgegebene Temperatur mit einem engen Toleranzbereich erreicht wird.
Eine besonders kompakte Bauweise ergibt sich, wenn, wie mit Anspruch 3 vorgeschlagen ist, die Heiz- und Kühlstrecken ringförmig, vorzugsweise rechteckförmig, angeordnet sind, wobei für Bauteilezufuhr und -abfuhr eine gemeinsame Be- und Entladestation am Anfang der Heizstrecke bzw. am Ende der Kühlstrecke vorgesehen ist.
Um die geprüften Bauteile wieder auf Raumtemperatur zu bringen, ist gemäß Anspruch 4 vorgeschlagen, an die Kühlstrecke ein in die Entladestation mündende Temperierstrecke anzuschließen.
Eine hohe Temperaturkonstanz bei geringen Wärme- bzw. Kälteverlusten ist erreichbar, wenn gemäß Anspruch 5 innerhalb der Temperierkammer oberhalb der Schienen der Heiz- und Kühlstrecken den Aufnahmenestern zugeordnete Abdeckdeckel vorgesehen sind, welche auf den in die Aufnahmen eingesetzten Bauteilen kraftschlüssig und wärmeleitend aufliegen und beim Transport der Bauteilaufnahmen von einem Aufnahmenest zum anderen abgehoben werden.
Konstruktive Einzelheiten der Abdeckdeckel sowie der Heiz- und Kühlschienen sind mit den Ansprüchen 6 bis 9 angegeben.
Der Aufbau der Schleusen, durch welche die Bauteilaufnahmen mit den Transportschienen im geöffneten Zustand hindurch transportiert werden, ist Gegenstand des Anspruchs 10.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass die zu prüfenden Bauteile bei Kontaktierung und Prüfung mit den Heiz- und Kühlschienen in thermischer Verbindung bleiben. Zu diesem Zweck ist ein Prüfkopf mit Prüfmitteln, wie z. B. Kontaktstiften, Prüfspulen, Thermofühlern oder dergleichen der Kontaktier- und Prüfstation oberhalb der Heiz- bzw. Kühlschienen angeordnet, so dass zum Zwecke der Prüfung der Prüfkopf von oben an mindestens ein in einem Aufnahmenest befindliches Bauteil kontaktgebend herangefahren werden kann.
Einzelheiten der Vorrichtung zur Erzeugung der translatorischen Bewegung der Transportschienen und zur Förderung der Bauteilaufnahme sind mit den Ansprüchen 12 bis 15 angegeben.
Um die Vereisung der zu prüfenden Bauteile in der Kühlstrecke zu vermeiden oder rückgängig zu machen, ist es nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 16 ratsam, in die Kühlstrecke trockene Luft einzuleiten. Der genauere Aufbau eines derartigen Lufttrockners ist Gegenstand des Anspruchs 17.
Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 teilweise geschnittene Aufsicht auf die oben offene Temperierkammer gemäß der Erfindung,
2 vergrößerter Teilschnitt einer Heizstrecke,
3 vergrößerter Teilschnitt einer Kühlstrecke,
4 Schnitt einer Bauteilaufnahme mit eingesetztem Bauteil,
5 Aufsicht auf die Bauteilaufnahme gemäß 4,
6 Seitenansicht des zu prüfenden Bauteils,
7 Aufsicht des Bauteiles gemäß 6,
8 Axialschnitt der Schleuse,
9 Horizontalschnitt der offenen Schleuse längs der Linie IX-IX in 8,
10 Horizontalschnitt der geschlossenen Schleuse längs der Linie IX-IX in 8,
11 teilweise geschnittene Seitenansicht der oberhalb einer Heizschiene angeordneten Kontaktier- und Prüfstation in der Ausgangsstellung,
12 teilweise geschnittene Seitenansicht der Kontaktier- und Prüfstation gemäß 11 in der Prüfstellung,
13 Seitenansicht einer teilweise dargestellten Heizschiene mit davor befindlicher Transportschiene in ihrer Ausgangsstellung,
14 Anordnung gemäß 13, jedoch mit einer Vorrichtung zur Abdeckung der Bauteileaufnahmen in ihrer Grundstellung,
15 Schnitt längs der Linie XV-XV in 14,
16 Anordnung gemäß 14 mit in der oberen Stellung befindlicher Abdeckvorrichtung,
17 Schnitt längs der Linie XVII-XVII in 16,
18 teilweise geschnittene Seitenansicht der Temperierkammer gemäß 1,
19 vergrößerte Detailansicht aus 18, in welcher sich der Kurbelmechanismus in seiner Grundstellung befindet,
20 Ansicht gemäß 19, in welcher sich der Kurbelmechanismus in seiner oberen Stellung befindet und
21 Schnitt der Temperierkammer etwa längs der Linie XXI-XXI in 1 zur Veranschaulichung des Lufttrockners.
In den Zeichnungen sind die wesentlichen Baugruppen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Temperieren und Prüfen elektronischer Bauteile exemplarisch und teilweise schematisch dargestellt.
Das Grundprinzip der Erfindung ist anhand des grundsätzlichen Aufbaus der in 1 dargestellten Temperierkammer 10 erläutert. Diese Temperierkammer 10 ist begrenzt durch eine äußere Gehäusewand 11 und eine innere Gehäusewand 12 sowie durch in der Zeichnung nicht dargestellte Boden- und Deckelteile. Die Gehäusewände 11 und 12, welche mit einer Außenisolation 13 und einer Innenisolation 14 aus wärmedämmendem Material verkleidet sind, begrenzen die rechteckförmig verlaufenden Heiz- und Kühlstrecken 20 bis 23 sowie die Temperierstrecke 24. Die Heizstrecke ist in eine Vorheizstrecke 20 und eine Feinheiz- und Prüfstrecke 21 und die Kühlstrecke in eine Vorkühlstrecke 22 und eine Feinkühl- und Prüfstrecke 23 unterteilt.
Die Bauteilezu- bzw. -abfuhr erfolgt, wie mit den Pfeilen angedeutet über die Belade- und Entladestation 16, die von außen über die Bestückungs- und Entnahmeöffnung 15 zugänglich ist. Die Belade- und Entladestation ist durch quer verlaufende Trennwände 17 begrenzt, welche in die Heizstrecke bzw. die Temperierstrecke mündende Durchbrüche aufweisen, durch welche die nachstehend im Einzelnen erläuterten Heizschiene 50 bzw. Temperierschiene 25 mit den diesen zugeordneten Transportschienen ragen.
Zwischen der Feinheiz- und Prüfstrecke 21 und der Vorkühlstrecke 22 sowie der Feinkühl- und Prüfstrecke und der Temperierstrecke 24 sind Schleusen 30 angeordnet, welche zum Weitertransport der zu prüfenden Bauteile kurzzeitig geöffnet und danach wieder geschlossen werden, so dass der Wärmeaustausch zwischen der Feinheiz- und Prüfstrecke 21 und der Vorkühlstrecke 22 einerseits und der Feinkühl- und Prüfstrecke 23 und der Temperierstrecke 24 andererseits weitgehend verhindert wird.
Im Bereich der Feinheiz- und Prüfstrecke sowie der Feinkühl- und Prüfstrecke sind in 1 nicht dargestellte Kontaktier- und Prüfstationen vorgesehen, so dass die zu prüfenden Bauteile in diesen Strecken im aufgeheizten bzw. gekühlten Zustand nacheinander geprüft und gemessen werden können. Damit ermöglicht die erfindungsgemäße Temperierkammer die Prüfung der Bauteile bei hohen und niederen Temperaturen in einem Arbeitsgang. Mittels der Vorheizstrecke 20 werden die Prüflinge in relativ kurzer Zeit auf die gewünschte hohe Temperatur aufge heizt, welche in der Feinheiz- und Prüfstrecke 21, nämlich zum Zwecke der Prüfung und Messung, sehr exakt, also mit geringen Toleranzen, eingestellt wird.
In entsprechender Weise werden die Bauteile in der Vorkühlstrecke 22 innerhalb vergleichsweise kurzer Zeit auf die gewünschte Prüftemperatur heruntergekühlt, welche zum Zwecke der Prüfung in der Feinkühl- und Prüfstrecke 23 exakt eingestellt wird. In der sich anschließenden Temperierstrecke 24 werden die Bauteile wieder auf Raumtemperatur gebracht.
Die Schleusen 30 zwischen der Feinheiz- und Prüfstrecke und der Vorprüfstrecke einerseits sowie der Feinkühl- und Prüfstrecke 23 und der Temperierstrecke 24 andererseits, die zum Weitertransport der Bauteile nur kurzzeitig geöffnet werden, verhindern den Wärmeaustausch zwischen diesen Strecken.
Mit den nachstehend noch erläuterten und in 1 nicht dargestellten von einem Kurbelmechanismus angetriebenen Transportschienen werden die zu prüfenden Bauteile längs der Heiz- bzw. Kühlschienen 50 und 60 taktweise von einem Aufnahmenest zum anderen weiter transportiert.
Die Bauteilezu- bzw. -abfuhr in die bzw. aus der Belade- und Entladestation 16 erfolgt mittels einer nicht dargestellten, an sich bekannten Handlingseinrichtung.
Die Gestaltung der Heizschiene 50 ist aus 2 im Einzelnen erkennbar. Sie wird mit einer elektrischen Widerstandsheizung beheizt, deren mit Heizleiter ausgestatteten Heizpatronen 51 in Ausnehmungen der Heizschiene 50 in Abständen eingesetzt sind, wobei die Heizpatronen zur Erzielung einer guten und ra schen Wärmeleitung in die Querbohrungen 54 der Heizschiene 50 mit gutem Flächenkontakt eingesetzt sind.
In die Oberseite der Heizschiene 50 sind Aufnahmenester 52 eingearbeitet, in welche die aus gut wärmeleitendem Material bestehenden Bauteilaufnahmen 18 einsetzbar sind. Die Bauteilaufnahmen 18 ihrerseits weisen, wie in 5 besser erkennbar, Ausnehmungen 18a auf, in welche die aufzuheizenden und zu überprüfenden Bauteile 19 eingesetzt sind. Die Abmessungen dieser Ausnehmungen 18a sind nur geringfügig größer als die Abmessungen der in diese eingesetzten Bauteile 19, so dass auch zwischen Bauteilaufnahme 18 und Bauteil 19 ein guter und rascher Wärmeübergang gewährleistet ist.
Zweckmäßigerweise ist jeweils eine Heizpatrone 51 zwischen zwei benachbarten Aufnahmenestern 52 angeordnet. Bei größerem Wärmebedarf können diese Heizpatronen 51 durch solche größerer Leistung ersetzt werden. Auch können erforderlichenfalls einzelne Heizpatronen weggelassen werden, wenn nur eine geringere Aufheizung erforderlich ist.
Ähnlich ausgebildet ist die in 3 veranschaulichte Kühlschiene 60, die gleichfalls auf ihrer Oberseite Aufnahmenester 62 aufweist, in welche die Bauteilaufnahmen 18 mit den Bauteilen 19 einsetzbar sind.
Der Kühlung dient eine Kühlflüssigkeit, welche den Kühlkanal 61 in Richtung der Pfeile 65 durchströmt. Anstelle einer Kühlflüssigkeit können auch gasförmige Kühlmedien verwendet werden.
Um eine rasche und wirksame Kühlung der in die Aufnahmenester 62 eingesetzten Bauteilaufnahmen 18 und damit der Bauteile 19 zu erreichen, weitet sich der Kühlkanal 61 im Bereich der Aufnahmenester 62 zu bis an die Unterseite der Nester 32 reichenden Stauräumen 63 aus, in welchen Strömungsblenden 64 für eine Verwirbelung und eine längere Verweildauer der Kühlflüssigkeit sorgen, wodurch eine bessere und raschere Kühlung in diesem Bereich erreicht wird. Die Strömungsblenden 64 sind Teil eines in die Kühlschiene eingeschraubten Schraubsockels 64a, so dass die Strömungsblende 64 erforderlichenfalls durch anders gestaltete ersetzt werden können, wenn ein anderer Temperaturverlauf im Bereich des jeweiligen Aufnahmenestes 62 gewünscht ist.
Die Ausnehmungen 18a der Bauteilaufnahmen 18 müssen an die jeweiligen Konturen der zu prüfenden Bauteile 19 angepaßt sein. Das in den 4 bis 7 exemplarisch dargestellte Bauteil 19 weist z. B. ein Halbleiterelement, nämlich einen IC-Baustein 19a, elektrische Kontakte 19b und einen Permanentmagneten 19c auf.
Mit den 8 bis 10 ist die zwischen Feinheiz- und Prüfstrecke 21 und Vorkühlstrecke 22 einerseits und zwischen Feinkühl- und Prüfstrecke 23 und Temperierstrecke 24 andererseits angeordnete Schleuse 30 veranschaulicht. Sie besteht im Wesentlichen aus einem teilzylindrisch ausgebildeten Drehschieber 32, der innerhalb eines Gehäuses 31 mit den Auslässen 38 und 39 angeordnet ist. Der Drehschieber 38 weist ein Fenster 32a auf, das in der Offenstellung, wie sie in 9 dargestellt ist, den Auslass 38 freigibt, während der Drehschieber in der Geschlossenstellung gemäß 10 den Auslass 38 verschließt.
In der Offenstellung gemäß 9 kann die Bauteilaufnahme 18 mit dem Bauteil 19 von der in der Feinheiz- und Prüfstrecke 21 befindlichen Heizschiene 50 auf die in der Vorkühlstrecke 22 befindliche Kühlschiene 60 übergeben werden.
Nach erfolgter Übernahme wird der Drehschieber in die Geschlossenstellung gemäß 10 verdreht, so dass die Konvektion zwischen Feinheiz- und Prüfstrecke und Vorkühlstrecke unterbunden ist.
Der Längsschnitt in 8 zeigt den weiteren Aufbau der Schleuse, deren Gehäuse 31 unten durch einen Gehäuseboden 31a und oben durch den Gehäusedeckel 31b verschlossen ist. Der Drehschieber 32 wird mittels eines Antriebes 33, dessen Antriebswelle 33a über eine Kupplung 34 und eine Spindel 35 mit dem Drehschieber verbunden ist, betätigt. Das untere Ende des Drehschiebers 32 ist in einer Ringnut 31c weitgehend luftdicht geführt. Der Schleusenantrieb 33 ist mit Schrauben 36 am Deckel 37 des temperierten Gehäuses 10 befestigt.
Wie der Axialschnitt gemäß 8 erkennen lässt, ragt die Heizschiene 50 durch den Auslass 39 in den Innenraum der Schleuse 30, so dass mit den nachstehend noch erläuterten Transportschienen die Bauteilaufnahmen aus der Schleuse entnommen und zur Kühlschiene 60 getaktet weiter befördert werden. Zur Übergabe der Bauteilaufnahmen 18 von der in der Feinheiz- und Prüfstrecke 21 befindlichen Heizschiene 50 ist die Schleuse zu öffnen, also in die 9 dargestellte Position zu bringen, so dass die letzte auf der Heizschiene 50 befindliche Bauteilaufnahme in die Schleuse übergeben werden kann.
Die zwischen der Feinkühl- und Prüfstrecke 23 und der Temperierstrecke 24 befindliche Schleuse 30 ist im Aufbau identisch und arbeitet in gleicher Weise mit dem Unterschied, dass die Übergabe von Kühlschiene 60 auf die Temperierschienen 25 erfolgt.
Der Aufbau der jeweils in der Mitte von Feinheiz- und Prüfstrecke 21 bzw. Feinkühl- und Prüfstrecke 23 angeordnete Kontaktier- und Prüfstation 70 ist anhand der 11 und 12 erläutert, wobei in den Zeichnungen lediglich die Heizschiene 50 dargestellt ist, die jedoch hinsichtlich der Anordnung der Bauteilaufnahmen 18 mit der Kühlschiene identisch ist.
11 zeigt die Kontaktier- und Prüfstation in ihrer Grundstellung, in welcher ihr Prüfkopf 71 sich in der oberen Stellung befindet, während 12 die Station 70 in der Prüfstellung veranschaulicht, in welcher der Prüfkopf 71 an die in den Bauteilaufnahmen 18 befindlichen Bauteile herangefahren ist. Je nach Prüfaufgabe ist der Prüfkopf 71 mit unterschiedlichen Prüfmitteln bestückt. Der in den Zeichnungen gemäß 11 und 12 dargestellte Prüfkopf 71 weist Kontaktstifte 72 auf, welche in der Prüfstellung gemäß 12 mit den elektrischen Kontakten 19b der Bauteile 19 in elektrische Verbindung gebracht werden. Ferner ist eine Prüfspule 73 zur Messung oder Erzeugung elektromagnetischer Felder vorgesehen. Der Thermoprüfer 74 kontrolliert in der Prüfstellung die Oberflächentemperatur der Bauteilaufnahme 18 und damit indirekt des Bauteiles 19 selbst. An der Unterseite des Prüfkopfes 71 befindliche Druckplatten 75 sorgen in der Prüfstellung für einen die Wärmeleitung begünstigenden Kontakt der Bauteile 19 mit den Bauteilaufnahmen 18 sowie der Bauteilaufnahmen 18 mit dem Aufnahmenest 52 der Heizschiene 50. An der Heizschiene 50 vorgesehene, nach oben ragende Justierstifte 53 greifen in der Prüfstellung in diese entsprechende Stiftaufnahmen 71a ein und sorgen damit mit hoher Wiederholgenauigkeit für die richtige Positionierung des Prüfkopfes 71 bezüglich der Heizschienen in der Prüfstellung.
Dem Vorschub des Prüfkopfes 71 aus seiner in 11 dargestellten Position in die Position gemäß 12 dient ein Pneumatikzylinder 76, der über eine Traverse 77 mit den innerhalb der Faltenbälge 79 geschützt geführten Stößeln 78 mit dem Prüfkopf 71 verbunden ist. Die Stößel 78 durchsetzen hierbei den äußeren Gehäusedeckel 11a mit der an dieser im Innern des Temperiergehäuses 10 befindlichen Außenisolation 13.
Die Vorrichtung zum getakteten Weitertransport der Bauteilaufnahmen 18 mit in diesen befindlichen Bauteilen 19 ist anhand der 13 bis 20 im Zusammenhang mit einer Heizschiene 50 erläutert. Identische Vorrichtungen sind in der Vorheizstrecke 20, der Feinheiz- und Prüfstrecke 21, der Vorkühlstrecke 22 und der Feinkühl- und Prüfstrecke 23 angeordnet. Die Transporteinrichtung der Vorkühlstrecke dient gleichzeitig dem Weitertransport der Bauteilaufnahmen in der Temperierstrecke 24 sowie innerhalb der Belade- und Entladestation 16.
Beidseitig der Kühlschiene 50 sind, wie vor allem die Schnitte gemäß 15 und 17 erkennen lassen, Transportschienen 80 angeordnet.
Die Transportschienen 80 sind mittels eines Kurbelmechanismus 82 bis 87 translatorisch bewegbar. Dieser Kurbelmechanismus besteht aus einer antreibbaren Kurbelwelle 82, deren Kurbelschwinge 83 über einen Drehzapfen 84 jeweils mit dem unteren Ende einer der beiden Transportschienen 80 getrieblich verbunden ist. Die gegenüberliegende Transportschiene 80 ist über die Kurbelarme 86 und die Welle 87 sowie den Drehzapfen 85 mit der Kurbelwelle 82 getrieblich verbunden, so dass beide Trans portschienen 80 synchron eine translatorische Bewegung durchführen. Die Oberseite der Transportschiene 80 weist im Abstand der Aufnahmenester 52, in welche die Bauteilaufnahmen 18 mit den Bauteilen 19 eingesetzt sind, Rastaufnahmen 81 auf. Den Rastaufnahmen 81 zugeordnet sind an den Bauteilaufnahmen 18 befindliche Rasten 18a, welche bei angehobener Transportschiene 80 in die Rastaufnahmen 81 eingreifen, wie 17 verdeutlicht. Bei Umlauf des Kurbelmechanismus in Richtung des Pfeiles 88 werden die in den Aufnahmenestern 52 befindlichen Bauteilaufnahmen 18 ergriffen, ausgehoben und über eine in 13 mit 18' angedeutete Kreisbewegung von einem Aufnahmenest in das nächstfolgende weiterbewegt und in diesem abgelegt.
Wie vorstehend erwähnt, ist jeweils ein Kurbelmechanismus den auf den vier Seiten der Temperierkammer befindlichen Heiz- und Kühlschienen zugeordnet. Dem synchronen Antrieb dieser Kurbelmechanismen dient der zentrale Antriebsmotor 90, der über ein Vierfachverteilergetriebe 91 mit den vier Kurbelmechanismen verbunden ist. Zu diesem Zweck ist jeweils eine der vier Antriebswellen 93 über Kupplungen 22 mit der Antriebswelle 91a des Verteilergetriebes 91 verbunden. Die durch das Lager 94 hindurchgeführte Antriebswelle 93 treibt über Zahnräder 95 und Zahnriemen 96 die in dem Lager 97 gelagerte Kurbelwelle 82 des Kurbelmechanismus an. Die vergrößerten Schnittdarstellungen gemäß 19 und 20 lassen hierbei genauer erkennen, wie die Bauteilaufnahmen 18 aus der in 19 dargestellten Grundstellung in die in 20 dargestellte obere Stellung überführt werden, in welcher die Bauteilaufnahme 18 aus den Aufnahmenestern 52 ganz ausgehoben sind.
Um einen besseren und vor allem rascheren Wärmeübergang in den Vorheiz- bzw. Vorkühlstrecken zu erreichen, werden die Bau teilaufnahmen 18 mit Hilfe von gewichtsbelasteten Deckeln 102 zwischen den einzelnen Vorschubschritten in die Aufnahmenester 52 gedrückt. Die hierfür geeignete Vorrichtung ist in den 14 bis 17 dargestellt.
Auf diese Deckel 102 wirken über Stößel 103 Belastungsgewichte 101. Die Deckel 102 werden gemeinsam mit Hilfe der Abdeckleiste 100, die mit Führungssäulen 104 geführt ist, angehoben und abgesenkt, wie der Doppelpfeil 106 in 16 andeutet.
Der Steuerung dieser Abdeckleiste 100 dienen die am oberen Ende der Transportschienen 80 angeordneten Steuerleisten 89, auf welchen Steuerrollen 105 der Abdeckleiste 100 aufliegen. Damit werden die Deckel 102 beim Aushub der Bauteilaufnahmen 18 aus den Aufnahmenestern 52 gleichzeitig angehoben, so dass sie den Weitertransport der Bauteilaufnahmen 18 nicht behindern.
Da die Stößel 103 die Querbohrungen 108 der Abdeckleiste 100 frei verschiebbar durchsetzen, ist in den unteren, nämlich in den 14 und 15 dargestellten, Positionen nur das Gewicht 101 für die gleichbleibende Druckbelastung der Bauteilaufnahmen 18 mit den eingesetzten Bauteilen 19 bestimmend. Je nach Art des zu prüfenden Bauteils 19 kann dieses Gewicht 101 ausgetauscht werden.
Wegen der in der Feinheiz- und Prüfstrecke 12 bzw. der Feinkühl- und Prüfstrecke 23 vorgesehenen Kontaktier- und Prüfstationen ist aus konstruktiven Gründen in diesen Strecken auf eine Deckelung verzichtet. Sie kann jedoch erforderlichenfalls bei entsprechender Unterteilung der Abdeckleisten auch hier realisiert werden.
Da das Gehäuse der Temperierkammer 10 weitgehend luftdicht verschlossen und wärmeisoliert ist, ist es möglich, die Temperatur in den Heiz- und Kühlstrecken im hohen Maße konstant zu halten und Vereisungen zu verhindern. Durch die über die Beschickungs- und Entnahmestation 15 eintretende Außenluft lässt sich jedoch eine Vereisung in den Kühlstrecken auf längere Zeit häufig nicht ganz verhindern.
Um dieser Vereisung entgegenzuwirken, kann die in 21 schematisch dargestellte Anordnung zur Lufttrocknung vorgesehen sein. Mit dieser Anordnung wird die aus der Vorkühlstrecke 22 über den Ansaugkanal 112 abgesaugte Luft im Lufttrockner 110 getrocknet und über den Auslaufkanal 113 und die Ausblasöffnung 114 der Vorkühlstrecke 22 wieder zugeführt. Ein Ventilator 115 sorgt für die mit Hilfe von Absperrschiebern 116 und 117 dosierbare Luftumwälzung.
Die Temperierung und Prüfung der Bauteile 19 erfolgt mit der beschriebenen Vorrichtung in folgender Weise.
Mittels einer nicht dargestellten Handlingseinrichtung werden die Bauteile in der Be- und Entladestation 15 in die in diesem Bereich befindlichen Aufnahmenester der Heizschiene 50 eingelegt. Mittels der vom Kurbelmechanismus angetriebenen Transportschienen 80 werden die Bauteile 19 von Nest zu Nest in der Heizschiene 50 weitergegeben, bis sie die Heizschiene 50 der Feinheiz- und Prüfstrecke 21 erreichen. Beim Durchlaufen der Vorheizstrecke 20 können die Bauteile grob auf die Prüftemperatur aufgeheizt werden. Eine genauere Temperierung erfolgt in der Feinheiz- und Prüfstrecke 21, in welcher jeweils ein Teil mittels der Kontaktier- und Prüfstation 70 geprüft und gemessen wird, wobei anders als bei bekannten Vorrichtungen die Teile nicht zum Zwecke der Prüfung der Heizschiene 50 entnom men werden müssen. Hierdurch ist einerseits eine genaue Einhaltung der Prüftemperatur und andererseits eine sehr rasche Prüfung ermöglicht.
Die geprüften Bauteile werden über die kurzzeitig geöffnete Schleuse 30 der in der Vorkühlstrecke 22 befindlichen Kühlschiene 60 übergeben und in gleicher Weise wie in der Vorheizstrecke 20 getaktet von Nest zu Nest weitergegeben. In der wiederum lang ausgebildeten Vorkühlstrecke 22 werden die zu prüfenden Bauteile auf die vorgegebene Minustemperatur gebracht und in der nächstfolgenden Ecke auf die Kühlschiene 60 in der Feinkühl- und Prüfstrecke 23 umgesetzt, um in diesem Bereich in der gleichen Weise wie in der Feinheiz- und Prüfstrecke 21 geprüft zu werden. Nach erfolgter Prüfung werden die Teile 19 über die sich der Feinkühl- und Prüfstrecke 23 anschließende, kurzzeitig geöffnete Schleuse 30 der Temperierschiene 25 in der Temperierstrecke 24 übergeben. In dieser Temperierstrecke 24 werden die Bauteile 19 wieder auf Raumtemperatur gebracht, so dass sie in der Be- und Entladestation 16 mittels einer bekannten Handlingseinrichtung entnommen werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, mit welcher erstmals in einem Arbeitsgang Prüfungen bei hohen und niederen Temperaturen nacheinander durchgeführt werden können, bietet bei kleiner Bauweise eine Vielzahl von Vorteilen, nämlich

– hoher Teiledurchsatz,
– guter Temperaturübergang und damit konstante Temperaturen bei der Prüfung,
– zwangsgesteuerter Vorschub der zu prüfenden Bauteile mit einfachen Kurbelmechanismen ohne Verwendung von Förderbändern,
– geringe Kühl- und Heizleistung.

10: Temperierkammer
11: äußere Gehäusewand
11a: Gehäusedeckel
12: innere Gehäusewand
13: Außenisolation
14: Innenisolation
15: Beschickungs- und Entnahmeöffnung
16: Belade- und Entladestation
17: Trennwände
18: Bauteilaufnahme
18a: Ausnehmung
18b: Rastnasen
19: Bauteil
19a: IC-Halbleiterelement
19b: elektrische Kontakte
19c: Permanentmagnet
20: Vorheizstrecke
21: Feinheiz- und Prüfstrecke
22: Vorkühlstrecke
23: Feinkühl- und Prüfstrecke
24: Temperierstrecke
25: Temperierschiene
30: Schleuse
31: Schleusengehäuse
31a: Gehäuseboden
31b: Gehäusedeckel
31c: Ringnut
32: Drehschieber
32a: Drehschieberfenster
33: Drehschieberantrieb
33a: Antriebswelle
34: Kupplung
35: Spindel
36: Schraube
37: Deckel
38: Auslass
39: Auslass
50: Heizschienen
51: Heizpatrone
52: Aufnahmenest
53: Justierstift
54: Querbohrung
60: Kühlschiene
61: Kühlkanal
62: Aufnahmenest
63: Stauraum
64: Strömungsblende
64a: Schraubsockel
65: Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit
70: Kontakt- und Prüfstation
71: Prüfkopf
72: Kontaktstifte
73: Prüfspule
74: Thermofühler
75: Druckplatte
76: Pneumatikzylinder
77: Traverse
78: Stößel
79: Faltenbalg
80: Transportschiene
81: Rastaufnahmen
82: Kurbelwelle
83: Kurbelschwinge
84: Drehzapfen
85: Drehzapfen
86: Kurbelarm
87: Kurbelarm
88: Drehrichtung
89: Steuerleiste
90: Antriebsmotor
91: Verteilergetriebe
91a: Abtriebswelle
92: Kupplung
93: Antriebswelle
94: Lager
95: Zahnrad
96: Zahnriemen
97: Lager
100: Abdeckleiste
101: Gewicht
102: Deckel
103: Stößel
104: Führungssäule
105: Steuerrolle
106: Doppelpfeil
110: Lufttrockner
111: Ansaugöffnung
112: Ansaugkanal
113: Auslaufkanal
114: Ausblasöffnung
115: Ventilator
116: Absperrschieber

Claims

Vorrichtung zum Temperieren und Prüfen elektronischer und/oder elektromechanischer Bauteile, bestehend aus einer wärmeisolierten Temperierkammer innerhalb welcher eine Fördereinrichtung zum Transport der zu prüfenden Bauteile sowie wenigstens eine Heizstrecke und wenigstens eine Kühlstrecke in Förderrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei am Ende der Heiz- und/oder Kühlstrecke eine Prüf- und Kontaktierstation sowie zwischen Heiz- und Kühlstrecke eine Schleuse vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- bzw. Kühlstrecken (20, 21; 22, 23) Schienen (50, 60) aus wärmeleitfähigem Material mit in Fördereinrichtung hintereinander angeordneten Aufnahmenestern (52, 62) aufweisen, in welche mit Bauteilen (19) bestückbare Bauteilaufnahmen (18) aus wärmeleitfähigem Material einsetzbar sind, und dass den Heiz- und Kühlstrecken (20, 21; 22, 23) translatorisch bewegbare Transportschienen (80) zugeordnet sind, mit welchen die Bauteilaufnahmen (18) schrittweise von einem Aufnahmenest (52, 62) zum anderen transportiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstrecke in eine Vorheizstrecke (20) und eine Feinheiz- und Prüfstrecke (21) und die Kühlstrecke in eine Vorkühlstrecke (22) und eine Feinkühl- und Prüfstrecke (23) unterteilt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- und Kühlstrecken (20-24) ringförmig, vorzugsweise rechteckförmig, angeordnet sind und dass zur Bauteilezufuhr und -abfuhr eine gemeinsame Be- und Entladestation (16) vorgesehen ist, die sich am Anfang der Heizstrecke (20) bzw. am Ende der Kühlstrecke (23) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Kühlstrecke (23) eine in die Entladestation (16) mündende Temperierstrecke (24) anschließt, in welcher die Bauteile (19) auf Raumtemperatur erwärmt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Temperierkammer (10) oberhalb der Schienen (50, 60) der Vorheiz- und Vorkühlstrecken (20-22) den Aufnahmenestern (52, 62) zugeordnete Abdeckdeckel (102) vorgesehen sind, welche beim Transport der Bauteilaufnahmen (18) von einem Aufnahmenest (52, 62) zum anderen anhebbar sind und nach Einsetzen in die Aufnahmenester (52, 62) auf den in die Bauteilaufnahmen (18) eingesetzten Bauteilen (19) kraftschlüssig und wärmeleitend aufliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch oberhalb der Schienen (50, 60) angeordnete, anhebbare Abdeckleisten (100), an welchen die Abdeckdeckel (102) vorgesehen sind, die jeweils über einen die Abdeckleiste (100) durchsetzenden Stößel (103) mit einem Belastungsgewicht (101) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Heizschienen (50) vorzugsweise zwischen den Aufnahmenestern (52) Heizpatronen (51) vorzugsweise mit elektrischer Widerstandsheizung eingesetzte sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlschienen (60) einen mit einem Kühlmedium beschickbaren Kühlkanal (61) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (86) vorzugsweise im Bereich der Aufnahmenester (62) Stauräume (63) mit Strömungsblenden (64) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleuse (30) aus einem in einem in einem Gehäuse (31) verdrehbar angeordneten Drehschieber (32) besteht, der alternativ in eine Offen- und eine Geschlossenstellung verdrehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktier- und Prüfstation (70) einen oberhalb der Heiz- bzw. Kühlschienen (50, 60) angeordneten Prüfkopf (71) mit Prüfmitteln, wie Kontaktstiften (72), Prüfspulen (73), Thermofühlern (74) oder dergleichen, aufweist, welcher zum Zwecke der Prüfung von oben an mindestens ein im Aufnahmenest (52, 62) befindliches Bauteil (19) kontaktgebend heranfahrbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig der Heiz- und Kühlschienen (50, 60) über einen Kurbelmechanismus (82-87) anhebbare und translatorisch bewegbare Transportschienen (80) vorgesehen sind, welche an ihrer Oberseite Rasten (81) aufweisen, die mit Rastnasen (18b) der Bauteilaufnahmen (18) in Eingriff bringbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Heiz- und Kühlstrecke (20-24) jeweils ein Kurbelmechanismus (82-87) zugeordnet ist und dass alle Kurbelmechanismen (82-87) mittels eines gemeinsamen Antriebes (90-96) synchron betätigbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen zentralen Antriebsmotor (90) aufweist, dessen Abtriebswelle über ein Verteilergetriebe (91) mit den Kurbelmechanismen (82-87) getrieblich verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilergetriebe (91) über Antriebswellen (93) und Zahnrad- bzw. Zahnriemengetriebe (95, 96) mit den Kurbelmechanismen (82-87) getrieblich verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kühlstrecke (22) trockene Luft einleitbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkühlstrecke (22) über Ansaug- und Auslaufkanäle (112, 113) mit ei nem Lufttrockner (110) verbunden ist und dass im Luftkreislauf ein Umwälzventilator (115) und Absperrschieber (116, 117) angeordnet sind.