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Die
Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Handhabungsvorrichtung
zum Handhaben von elektronischen Bauelementen, insbesondere ICs,
bei Niedrigtemperaturtests, wobei die Bauelemente in einer Niedrigtemperaturkammer
der Handhabungsvorrichtung auf Temperaturen unter der Umgebungstemperatur
abgekühlt
und nach den Tests in einen Umgebungstemperaturraumbereich der Handhabungsvorrichtung überführt werden.
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Elektronische
Bauelemente, wie beispielsweise integrierte Schaltungen aufweisende
Bausteine (ICs), werden üblicherweise
nach ihrer Herstellung elektrischen und/oder mechanischen Funktionstests
unterzogen. Hierzu werden Handhabungsautomaten, auch Handler genannt,
verwendet, welche die Bauelemente mit hohen Geschwindigkeiten mit
einer Testvorrichtung kontaktieren und nach Durchführung des
Funktionstests wieder von dieser entfernen, um sie in Abhängigkeit
des Testergebnisses zu sortieren. Häufig wird der Funktionstest
unter bestimmten Temperaturbedingungen durchgeführt, wobei der Temperaturbereich
von –60°C bis +160°C reichen
kann.
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Werden
die getesteten Bauelemente bei einem Niedrigtemperaturtest aus der
Niedertemperaturkammer 9, in der, wie bereits erwähnt, Temperaturen
bis zu –60°C herrschen
können,
in einen Bereich überführt, in
dem atmosphärische
Umgebungsbedingungen herrschen, wie beispielsweise 20°C und normale
Luftfeuchte, kann es auf den Bauelementen zur Kondensation von Feuchtigkeit
kommen, welche unter Umständen
sogar vereist. Da diese Feuchtigkeit auf den elektronischen Bauelementen
Schaden anrichten kann, beispielsweise indem das Bauelement beschädigt wird
oder unter dem Einfluss der Feuchte schlechter gehandhabt werden
kann, ist es wünschenswert,
derartige Kondensationen zu vermeiden. Auch können Kondensationen in der
Handhabungsvorrichtung zur Tropfenbildung führen. Hierdurch kann einerseits
die Funktionsweise der Handhabungsvorrichtung beeinträchtigt werden,
da elektronische Teile in der Handhabungsvorrichtung beschädigt werden
können,
oder es kann sogar zu einer Gefährdung
des bedienenden Personals durch Stromschlag kommen.
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Weiterhin
ist es bekannt, die Bauelemente nach ihrem Funktionstest in einen
sogenannten Desoakbereich einzubringen, in welchem sie sich über einen
längeren
Zeitraum der Umgebungstemperatur anpassen können oder in welchem sie, wenn der
Desoakbereich als Temperaturkammer ausgeführt ist, allmählich erwärmt werden.
Nachteil dieses Verfahrens ist ein relativ hoher Platzbedarf. Weiterhin geschieht
die Erwärmung
relativ langsam.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Handhabungsvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem bzw. der Kondensationen
auf den elektronischen Bauelementen auf möglichst schnelle und wirksame
Weise vermieden werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren und eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen der
Ansprüche
1 bzw. 3 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden
die getesteten Bauelemente unmittelbar nach dem Verlassen der Niedertemperaturkammer mittels
einer elektromagnetischen Bestrahlungsquelle gezielt bestrahlt und
dadurch erwärmt.
Hierdurch kann die Erwärmung
der Bauelemente auf Umgebungstemperatur auf sehr schnelle und wirksame Weise
vorgenommen werden, so dass Kondensationen auf den Bauelementen
mit Sicherheit vermieden werden können. Die Gefahr einer Beschädigung und einer
schlechteren Handhabung der Bauelemente, eine Tropfenbildung und
eine Beschädigung
elektronischer Teile in der Handhabungsvorrichtung und eine Gefährdung des
Personals können
damit ausgeschlossen werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform werden
die Bauelemente mit Strahlung im nahen Infrarotbereich (NIR), d.
h. im Bereich von 750–3000 nm,
während
einer Bestrahlungsdauer von 0,2 bis 15 Sek. bestrahlt. Es hat sich
gezeigt, dass eine Bestrahlung im NIR-Bereich besonders effektiv
ist. Die Bestrahlungsdauer kann in weitem Umfang variiert werden
und hängt
maßgeblich
von den Testtemperaturen, der Art der Bausteine und dem zu erzielenden Durch satz
der Handhabungsvorrichtung ab.
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Bei
der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung
ist im Umgebungstemperaturraumbereich eine Strahlungsvorrichtung
mit einer auf die Bauelemente ausgerichteten oder ausrichtbaren elektromagnetischen
Strahlungsquelle zur Schnellerwärmung
der Bauelemente mittels elektromagnetischer Strahlung vorgesehen.
Die damit verbundenen Vorteile entsprechen denjenigen, die im Zusammenhang
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
bereits beschrieben wurden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform befindet
sich die Strahlungsquelle in einem Abschnitt des Umgebungstemperaturraumbereichs,
der in Bewegungsrichtung der Bauelemente unmittelbar an die Niedertemperaturkammer
anschließt.
Dies reduziert die Zeit, in der sich Feuchtigkeit oder Eis auf den Bauelementen
bilden kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform ist
die Strahlungsquelle Teil einer beweglichen Strahlungseinheit, die
mittels eines Bewegungsmechanismus zwischen einer aktiven Betriebsstellung
und einer Rückzugsstellung
bewegbar ist, wobei die Strahlungseinheit in der aktiven Betriebsstellung
in Nachbarschaft der zu erwärmenden
Bauelemente angeordnet ist, während
sie in der Rückzugstellung
von den Bauelementen weiter entfernt ist, derart, dass sie außerhalb
der Bewegungsbahn der Bauelemente, von Bauelementhalteeinrichtungen
oder von Bauelementtransporteinrichtungen angeordnet ist. Durch die
Beweglichkeit der Strahlungseinheit kann diese auf einfache Weise
in Handlersysteme integriert werden, ohne dass es zu Kollisionen
mit Bauelementhalteeinrichtungen, wie beispielsweise Trays, oder
Bauelementtransporteinrichtungen, wie beispielsweise Pick & Place-Einheiten,
kommt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform umfasst
der Bewegungsmechanismus einen Hebelmechanismus mit einem Parallelogrammgestänge, das
einerseits an der Strahlungseinheit und andererseits an einer stationären Konsole
der Handhabungsvorrichtung schwenkbar gelagert und mittels einer Antriebseinrichtung
schwenkbar ist. Auf diese Weise lässt sich die Strahlungseinheit
auf einfache, schnelle und präzise
Weise zwischen ihrer Rückzugsstellung
und der aktiven Betriebsstellung hin- und herschwenken.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es
zeigen:
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1:
eine teilweise aufgeschnitten und vereinfacht dargestellte Handhabungsvorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik,
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2:
eine Handhabungsvorrichtung gemäß 1,
jedoch mit einer erfindungsgemäßen Strahlungsvorrichtung,
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3:
die Strahlungsvorrichtung von 2 in Alleinstellung,
wobei sich die Strahlungseinheit in der Rückzugsstellung befindet, und
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4:
die Strahlungsvorrichtung von 3, wobei
sich die Strahlungseinheit in der aktiven Betriebsstellung befindet.
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Eine übliche Handhabungsvorrichtung
für Kalt-
oder Nied rigtemperaturtests, d. h. für Tests, bei denen die Bauelemente
auf Temperaturen abgekühlt werden,
die unterhalb der Umgebungstemperatur, insbesondere unterhalb des
Taupunktes liegen, ist in 1 dargestellt,
welche einzelne Elemente der Handhabungsvorrichtung lediglich schematisch zeigt. 1 zeigt
einen sogenannten Pick & Place-Handler. Es ist jedoch
ohne weiteres möglich, einen
Gravityhandler zu verwenden, bei dem die Bauelemente nicht mittels
Pick & Place-Einheiten, sondern
mittels Schwerkraft innerhalb des Handlers fortbewegt werden. Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die zu
testenden Bauelemente 1 in sogenannten Trays (Tabletts) 2,
die zu einem Stapel 3 gestapelt sind und sich in einem
Beladebereich der Handhabungsvorrichtung befinden.
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Die
zu testenden Bauelemente 1 werden mittels einer äußeren Pick & Place-Einheit 5 aus
den Trays 2 entnommen und zu einer Beladezwischenstation 6 gefördert, wie
durch den Pfeil 7 veranschaulicht.
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Von
der Beladezwischenstation 6 werden die Bauelemente 1,
wie durch den Pfeil 8 veranschaulicht, in eine wärmeisolierte
Niedertemperaturkammer 9 eingeführt. Dies erfolgt mittels einer
inneren Pick & Place-Einheit 10.
In der Niedertemperaturkammer 9 werden die Bauelemente 1 in
Transport-Trays 11 abgelegt und dort auf die gewünschte Temperatur
abgekühlt.
Die gefüllten
Transport-Trays 11 werden dabei in Richtung des Pfeils 12 und
quer zu dieser Richtung bewegt, bis sie unterhalb einer Plungeranordnung 13 zu
liegen kommen. Die Plungeranordnung 13 weist eine Mehrzahl
von Plungern 14, d. h. von Sauggreifern auf, welche in
ihrer Längsrichtung,
wie durch die Pfeile 15 veranschaulicht, verschoben und
um eine Drehachse 16, wie durch die Pfeile 17 veranschaulicht,
geschwenkt werden können.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
werden jeweils vier Bauelemente 1 von den Plungern 14 gleichzeitig
angesaugt und aus dem Transport-Trag 11 entnommen. Anschließend wird
die Plungeranordnung 13 um 90° geschwenkt, so dass die betreffenden
Plunger 14 horizontal ausgerichtet sind, und diese Plunger 14 in
horizontaler Richtung ausgefahren, bis die Bauelemente 1 an
einem nicht dargestellten Kontaktsockel der Testvorrichtung anliegen
und dadurch mit der Testvorrichtung elektrisch kontaktiert sind.
Dies ist durch den Pfeil 18 veranschaulicht.
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Nach
Durchführung
des Tests werden die Plunger wieder zurückgezogen und die Plungeranordnung 13 derart
geschwenkt, dass die getesteten Bauelemente 1 wieder in
einem unterhalb der Plungeranordnung 13 wartenden Transport-Trag 11 eingesetzt
werden können.
Nach Füllen
dieses Transport-Trays 11 wird dieses innerhalb der Niedertemperaturkammer 9 in
Richtung der Pfeile 20, 21 weiter bewegt und schließlich mittels
einer innerhalb der Niedertemperaturkammer 9 angeordneten
Pick & Place-Einheit 22 aus
dem Transport-Trag 11 entnommen.
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Die
Pick & Place-Einheit 22 befördert nun
die Bauelemente 1, wie durch den Pfeil 23 veranschaulicht,
aus der Niedertemperaturkammer 9 hinaus in eine Entladezwischenstation 24,
die sich in einem an die Niedertemperaturkammer 9 unmittelbar
angrenzenden Umgebungstemperaturraumbereich 4 befindet.
Der Umgebungstemperaturraumbereich 4 ist nicht speziell
temperiert, so dass darin zumindest annähernd die Temperatur und Luftfeuchtigkeit
der Umgebung herrschen. Von der Entladezwischenstation 24 werden
die Bauelemente 1 mittels einer äußeren Pick & Place-Einheit 25 auf unter schiedliche
Trays 26 oder 27 abgelegt, je nach dem, ob die
Bauelemente 1 den Funktionstest bestanden haben oder nicht.
Die Trays 26, 27, die wiederum gestapelt vorliegen,
befinden sich im gezeigten Ausführungsform
in zwei nebeneinander liegenden Schubfächern 28, 29 der Handhabungsvorrichtung,
die wiederum zum Umgebungstemperaturraumbereich 4 gehören und
die Entladestation bilden.
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Die
Eingabe von Werten und Parametern sowie die Überwachung des Prozesses erfolgt über eine
Eingabe-/Anzeigeeinrichtung (Panel) 30. Weiterhin ist in
den Figuren noch eine Warnleuchte 31 eingezeichnet.
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Zusammenfassend
kann somit festgestellt werden, dass bei der aus 1 ersichtlichen
Handhabungsvorrichtung die zu testenden Bauelemente 1 aus
dem Beladebereich 4 entnommen, in die Niedertemperaturkammer 9 eingeführt und
dort im Uhrzeigersinn herumgeführt
werden, wobei sie zwischenzeitlich von der Plungeranordnung 13 in
Richtung Testvorrichtung bewegt und von dieser wieder entfernt werden,
und anschließend
aus der Niedertemperaturkammer 9 in den Umgebungstemperaturraumbereich 4 zurückgeführt werden,
von dem die Trays 26, 27 dann manuell entnommen
werden können.
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Anhand
von 2 wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung
beschrieben. Diese Handhabungsvorrichtung ist bezüglich sämtlicher
Komponenten und bezüglich
der Wirkungsweise, die im Zusammenhang mit der in 1 dargestellten,
bekannten Handhabungsvorrichtung beschrieben worden sind, identisch
oder zumindest im Wesentlichen identisch aufgebaut, so dass diesbezüglich auf
die Beschreibung von 1 verwiesen wird. Wesentlich
ist, dass bei der erfindungs gemäßen Handhabungsvorrichtung
von 2 eine zusätzliche
Strahlungsvorrichtung 32 vorgesehen ist, um die Bauelemente 1 unmittelbar,
nachdem sie von der inneren Entlade-Pick & Place-Einheit 22 aus der
Niedertemperaturkammer 9 entnommen und in die Entladezwischenstation 24 gebracht
worden sind, auf schnellstem Weg zu erwärmen, um die Bildung von Feuchtigkeit
und Eis auf den Bauelementen 1 durch Kondensation zu verhindern.
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Die
Strahlungsvorrichtung 32 ist an einem Träger 33 befestigt,
der innerhalb des Umgebungstemperaturraumbereichs 4 in
unmittelbarer Nachbarschaft einer nicht näher dargestellten Trennwand
angeordnet ist, welche den Umgebungstemperaturraumbereich 4 von
der Niedertemperaturkammer 9 trennt. Der Träger 33 erstreckt
sich derart quer durch die Handhabungsvorrichtung, dass eine die
Entladezwischenstation 24 bildende Nesteinheit 34,
auf der insgesamt acht Bauelementnester 35 angebracht sind,
auf dem Träger 33 an
einer Stelle befestigt werden kann, an der die Nesteinheit 34 von
der Entlade-Pick & Place-Einheit 23 mit
getesteten Bauelementen 1 bestückt werden kann.
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Sobald
die getesteten, noch gekühlten
Bauelemente in die Bauelementnester 35 der Nesteinheit 34 eingesetzt
sind, wird die Strahlungsvorrichtung 32 aktiviert, um diese
Bauelemente 1 während
einer Zeit, die von Bruchteilen einer Sekunde bis zu mehreren Sekunden
dauern kann, zu bestrahlen und dadurch in sehr kurzer Zeit zu erwärmen. Diese
Strahlungsvorrichtung 32 wird im Folgenden anhand der 3 und 4 näher beschrieben.
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Die
Strahlungsvorrichtung 32 weist eine bewegliche Strahlungseinheit 36 auf,
die zwischen einer in 3 ge zeigten Rückzugsstellung
und einer in 4 gezeigten aktiven Betriebsstellung
bewegbar ist. Die Strahlungseinheit 36 enthält eine
Strahlungsquelle 37, die im gezeigten Ausführungsbeispiel
aus zwei Röhren
besteht, welche Strahlen im nahen Infrarotbereich ausstrahlen. Solche
Strahlungsquellen werden auch als NIR-Strahler bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel
von 3 ist nur eine der beiden Röhren sichtbar. Die Röhren können jeweils
beispielsweise eine Leistung von 500 bis 1.000 Watt, insbesondere
etwa 700 Watt, haben. Die Röhren
können
nach oben hin durch einen Reflektor abgedeckt sein, welcher die
ausgesandten Strahlen nach unten, d. h. in Richtung Bauelemente 1,
reflektiert.
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Die
Strahlungseinheit 36 ist mit einem Bewegungsmechanismus
gekoppelt, der ein Parallelogrammgestänge 38 mit zwei parallelen
Schwenkhebeln 38a, 38b, einen Zwischenhebel 39 und
einen Antriebshebel 40 umfasst. Die Schwenkhebel 38a, 38b sind
einerseits an der Strahlungseinheit 36 und andererseits
an einer stationären
Konsole 41 der Handhabungsvorrichtung schwenkbar gelagert.
Der Zwischenhebel 39 ist einerseits mit einem mittleren Bereich
des Schwenkhebels 38b und andererseits mit einem Endbereich
des Antriebshebels 40 gelenkig verbunden. Das andere Ende
des Antriebshebels 40 ist drehfest an einer um eine Drehachse 43 drehbaren
Welle 42 einer nicht näher
dargestellten Antriebseinrichtung befestigt. Wird die Welle 42 durch die
Antriebseinrichtung, beispielsweise durch einen pneumatischen Schwenkzylinder
oder Elektromotor, entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, wird die
Strahlungseinheit 36, wie aus 4 ersichtlich,
längs des Trägers 33 unter
Beibehaltung ihrer Ausrichtung nach innen verschwenkt, bis sich
die Strahlungseinheit 36 unmittelbar über den Bauelement nestern 35 und
damit über
den darin liegenden Bauelementen 1 befindet. Zweckmäßigerweise
wird dabei die Strahlungseinheit 36 direkt auf die Nesteinheit 34 aufgesetzt,
so dass sich die Strahlungsquelle 37 in unmittelbarer Nachbarschaft
zu den Bauelementen 1 befindet, d. h. in einem Abstand,
der zweckmäßigerweise
in einem Bereich zwischen 1 mm und 5 cm liegt.
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Nach
Ablauf der gewünschten
Bestrahlungszeit wird die Welle 42 im Uhrzeigersinn zurückgedreht,
wodurch die Strahlungseinheit 36 wieder nach außen in ihre
Rückzugsstellung
zurückgeschwenkt wird,
die in 3 dargestellt ist. In dieser Rückzugsstellung ist die Strahlungseinheit 36 derart
zur Nesteinheit 34 beabstandet, dass weder die Entlade-Pick & Place-Einheit 23 noch
die äußere Pick & Place-Einheit 25 in
ihren Funktionen behindert werden.
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Um
die Bewegung der Strahlungseinheit 36 kurz vor Erreichen
ihrer beiden Endstellungen zu dämpfen,
ist weiterhin ein stationärer
Stoßdämpfer 44 vorgesehen,
der mit der Unterseite des Antriebshebels 40 zusammenwirkt,
sowie ein stationärer Stoßdämpfer 45 (4),
auf den die gegenüberliegende
Seite des Antriebshebels 40 auftrifft, wenn die Strahlungseinheit 36 ihre
aktive Betriebsstellung erreicht.
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Der
gesamte Bewegungsmechanismus der Strahlungsvorrichtung 32 ist
an einer Trägerplatte 46 befestigt,
die am äußeren Ende
des Trägers 33 festgeschraubt
ist. Im oberen Endbereich der Trägerplatte 46 ist
eine Sitzplatte 47 befestigt, auf welcher die Strahlungseinheit 36 in
ihrer Rückzugsstellung
zu liegen kommt. Die Sitzplatte 47 dient einerseits dazu, eine
Auflage für
die Strahlungseinheit 36 zu schaffen, und andererseits
als Hitzeschutz, welcher die Wärme der
Strahlungseinheit 36 von den darunter liegenden Teilen,
insbesondere vom Schwenkzylinder oder Elektromotor, abhält.
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Alternativ
zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
einer beweglichen Strahlungsquelle ist es auch möglich, die Strahlungsquelle
stationär
in der Handhabungsvorrichtung anzuordnen, falls hierdurch die Handhabung
der Bauelemente 1 nicht behindert wird. Weiterhin sind
auch vielerlei andere Bewegungsmechanismen zum Bewegen einer oder mehrerer
Strahlungseinheiten möglich,
beispielsweise mittels ausfahrbaren Pneumatikzylindern.