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Die Erfindung betrifft eine Führungsvorrichtung zum
lagegenauen Andocken einer aus einem Testkopf für
elektronische Bauelemente bestehenden ersten Vorrichtung an einer
aus einem Handler oder Prober bestehenden zweiten
Vorrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Zum Testen von elektronischen Bauelementen wie
beispielsweise integrierten Schaltungen (IC) wird bekannterweise
eine Testvorrichtung mit einem Testkopf verwendet, der mit
einem Handhabungsgerät für die elektronischen Bauelemente,
beispielsweise einem Handler oder Prober, verbunden werden
muss. Um das Andocken des bis zu 1000 kg schweren
Testkopfs an das Handhabungsgerät auf möglichst einfache,
leichte und präzise Weise zu ermöglichen, sind spezielle
Dockingvorrichtungen, d. h. Kupplungsvorrichtungen,
entwickelt worden, die einerseits am Handhabungsgerät und
andererseits am Testkopf befestigt werden. Derartige
Dockingvorrichtungen weisen üblicherweise eine Mehrzahl
von testkopfseitig oder handler- bzw. proberseitig
angeordneten Führungsstiften auf, die in entsprechende,
beispielsweise Handler- oder proberseitige
Zentrierbohrungen eingeführt werden, um ein lagegenaues Zusammenführen
von Testkopf und Handler bzw. Prober sicherzustellen.
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Bei einem derartigen Andockvorgang ist insbesondere das
Einfädeln der Führungsstifte in die Zentrierbohrungen
problematisch. Hierzu muss der Testkopf zunächst derart
ausgerichtet werden, dass die Führungsstifte möglichst
genau den Zentrierbohrungen gegenüberliegen, um dann den
Testkopf in Richtung Handler bzw. Prober soweit
verschieben zu können, bis die Führungsstifte ausreichend weit in
den Zentrierbohrungen sitzen. Das endgültige
Zusammenziehen und Verriegeln erfolgt dann mittels bekannter
Einrichtungen, die an der Dockingvorrichtung vorgesehen sind.
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Aufgrund der großen Masse des Testkopfs ist es relativ
schwierig, diesen so zu platzieren, dass die
Führungsstifte genau gegenüber den Zentrierbohrungen liegen. Dies
erschwert den Andockvorgang in nicht unerheblicher Weise.
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Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine
Führungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu
schaffen, mit der das Andocken eines Testkopfs an einem Handler
oder Prober auf möglichst einfache, sichere und schnelle
Weise möglich ist.
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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 Führungsvorrichtung ist der
Führungsstift quer zu seiner Längsrichtung schwimmend auf
einem an einer der beiden Vorrichtungen befestigten
Befestigungsklotz gelagert. Innerhalb des
Befestigungsklotzes ist ein Kegelstift längsverschiebbar angeordnet, der
an seinem dem Führungsstift zugewandten Ende eine
Kegelspitze trägt. Weiterhin weist der Führungsstift an der dem
Kegelstift zugewandten Seite eine Zentrierungsvertiefung
auf. Die Kegelspitze ist in und außer Eingriff mit der
Zentrierungsvertiefung bringbar, wobei durch Einführen der
Kegelspitze in die Zentrierungsvertiefung eine
vorbestimmte Position des Führungsstifts relativ zum
Befestigungsklotz und damit relativ zur derjenigen Vorrichtung
herstellbar ist, die den Führungsstift trägt.
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Der erfindungsgemäße Führungsstift ist somit nicht starr,
sondern aufgrund seiner schwimmenden Lagerung seitlich
verschiebbar an der zugeordneten Vorrichtung befestigt,
solange die Kegelspitze nicht in die zugeordnete
Zentrierungsvertiefung eingreift. Der Führungsstift kann somit
beim Andocken des Testkopfs an den Handler bzw. Prober
seitlich ausweichen, wodurch das Einfädeln des
Führungsstifts in die zugehörige Führungsöffnung der
gegenüberliegenden Vorrichtung bedeutend vereinfacht wird. Nach dem
Einfädeln kann der Kegelstift axial bewegt werden, wodurch
die Kegelspitze in die Zentrierungsvertiefung des
jeweiligen Führungsstifts eintaucht und den Führungsstift dadurch
seitlich in die richtige, zentrierte Lage bezüglich des
Befestigungsklotzes und damit bezüglich derjenigen
Vorrichtung bewegt, die den Führungsstift trägt. Der
Andockvorgang lässt sich damit auf wesentlich einfachere,
schnellere und sichere Weise bewerkstelligen.
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Vorteilhafterweise sind am Befestigungsklotz Federzungen
befestigt, die in Richtung des Führungsstiftes über den
Befestigungsklotz vorstehen und den Führungsstift zwischen
sich aufnehmen, um diesen seitlich zu führen, wenn die
Kegelspitze außer Eingriff mit dem Führungsstift ist.
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Zweckmäßigerweise weist der Führungsstift einen
zylinderförmigen Führungsbolzen und einen Flansch auf, an dem die
Federzungen seitlich anliegen. Die Federzungen können
beispielsweise aus im wesentlich geraden, federnden,
Metall- oder Kunststoffstreifen bestehen, die seitlich
genügend weit ausgebogen werden können, um den gewünschten
seitlichen Bewegungsspielraum für den Führungsstift zu
schaffen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der
Kegelstift drehbar im Befestigungsklotz angeordnet und durch
Drehen längs verschiebbar. Insbesondere kann der
Befestigungsklotz eine Gewindebohrung mit einem Innengewinde und
der Kegelstift ein Außengewinde aufweisen, das mit dem
Innengewinde kämmt. Hierdurch wird eine spindelartige
Einrichtung geschaffen, die beim Drehen des Kegelstifts
dessen Axialverschiebung bewirkt.
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Alternativ ist es auch ohne weiteres möglich, anstelle
eines derartigen Gewindes eine Art Kulissenführung
vorzusehen, um durch Drehen des Kegelstifts dessen
Axialverschiebung zu bewirken. Weiterhin ist es auch ohne weiteres
möglich, den Kegelstift auf andere Weise axial zu bewegen,
beispielsweise auf pneumatische, hydraulische oder
elektrische Weise.
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Vorteilhafterweise hat die Zentrierungsvertiefung eine
kegelförmige Kontur, die auf die Kontur der Kegelspitze
abgestimmt ist. Hierdurch kann der Führungsstift durch die
Kegelspitze seitlich in die richtige Endlage bewegt
werden, ohne dass ein großer Kraftaufwand erforderlich wäre
oder Verschleißprobleme auftreten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind im Flansch
des Führungsstifts axiale Durchgangsbohrungen mit einem
bestimmten Durchmesser vorgesehen. Der Führungsstift ist
dabei mittels Schrauben am Befestigungsklotz seitlich
verschiebbar gehaltert, die mit radialem Spiel durch die
Durchgangsbohrungen hindurchgeführt und mit dem
Befestigungsklotz verschraubt sind. Durch derartige Schrauben
werden die Führungsstifte in Verbindung mit einer
Abstandshülse in axialer Richtung, d. h. in Einführrichtung
des Führungsstifts bzw. in Längsrichtung des Kegelstifts,
am Befestigungsklotz gehalten, ohne dass sie die seitliche
Bewegung der Führungsstifte relativ zum Befestigungsklotz
behindern würden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen
beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
Handlers, eines Testkopfs und einer
Dockingvorrichtung zum Kuppeln dieser beiden
Vorrichtungen;
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Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht der
erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung;
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Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie B-B von
Fig. 2;
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Fig. 4 die Führungsvorrichtung von Fig. 2 in
einer zweiten Position;
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Fig. 5 einen Schnitt längs der Line B-B von Fig.
2;
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Fig. 6 eine stirnseitige Ansicht der
Führungsvorrichtung gemäß Fig. 2, wobei zusätzlich
die Federzungen dargestellt sind;
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Fig. 7 eine Seitenansicht der
Führungsvorrichtung;
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Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie A-A von
Fig. 6; und
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Fig. 9 die Einzelheit X von Fig. 8 im
vergrößerten Maßstab.
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In Fig. 1 ist schematisch ein Handhabungsgerät 1 in der
Form eines Handlers oder Probers für elektronische
Bauelemente sowie ein Testkoppf 2 zum Messen der elektrischen
und/oder geometrischen Parameter der elektronischen
Bauelemente dargestellt. Zum Andocken des Testkopfs 2 am
Handhabungsgerät 1 wird eine entweder direkt am
Handhabungsgerät 1 oder an einem nicht dargestellten
Zwischenrahmen befestigbare Dockingplatte 3 verwendet, auf der
insgesamt drei Verriegelungseinheiten 4 befestigt sind.
Die Verriegelungseinheiten 4 sind in drei Eckenbereichen
der Dockingplatte 3 angeordnet und über eine
Bowdenzugeinrichtung 5 mit einem Handhabungsteil 6 mechanisch
gekoppelt, das sich in der vierten Ecke der Dockingplatte 3
befindet.
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Am Testkopf 2 sind drei Führungsstifte 7 befestigt, welche
über den Testkopf 2 in Richtung des Handhabungsgeräts 1
bzw. der Dockingplatte 3 vorragen und mit den
Verriegelungseinheiten 4 in Eingriff bringbar sind.
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Das Andocken des Testkopfs 2 am Handhabungsgerät 1 erfolgt
dabei derart, dass zunächst der Testkopf 2 soweit auf das
Handhabungsgerät 1 bzw. die Dockingplatte 3 zubewegt wird,
bis die Führungsstifte 7 in mittige Führungsöffnungen 8
der Verriegelungseinheiten 4 eingeführt sind, wodurch der
Testkopf 2 zentriert wird. Anschließend werden die
Verriegelungseinheiten 4 durch Drehen des Handhabungsteils 6
derart betätigt, dass die Führungsstifte 7 und damit der
Testkopf 2 noch weiter zur Dockinplatte 3 bis hin zur
Endposition gezogen und dort in dieser Stellung verriegelt
werden.
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Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dienen die
Führungsstifte 7 somit nicht nur zum Zentrieren des Testkopfs 2 an
der Dockingplatte 3 und damit bezüglich des
Handhabungsgeräts 1, sondern auch zum axialen Heranziehen und
Verriegeln mittels der Verriegelungseinheiten 4. Es ist jedoch
zu beachten, dass die Führungsstifte 7 auch ohne weiteres
solche Führungsstifte sein können, welche lediglich eine
Zentrierfunktion haben, während das axiale Zusammenziehen
von Testkopf 2 und Handhabungsgerät 1 und anschließende
die Verriegelung durch eine Vorrichtung bewirkt werden
kann, die von den Führungsstiften 7 getrennt ist.
Weiterhin ist zu beachten, dass Fig. 1 lediglich eine
schematische Darstellung der gezeigten Teile und insbesondere auch
der Führungsstifte 7 zeigt, und dass Anordnung, Zahl und
Ausgestaltung der Führungsstifte 7 je nach den
Erfordernissen stark variieren kann.
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Die Führungsstifte 7 sind Teil einer Führungseinrichtung
zum lagegenauen Andocken, d. h. zum Zentrieren des
Testkopfs 2 relativ zur Dockingplatte 3 und damit zum
Handhabungsgerät 1.
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Diese Führungseinrichtung wird im Folgenden anhand der
Fig. 2 bis 9 näher beschrieben.
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Jede Führungsvorrichtung 9 besteht aus einem Führungsstift
7, der quer zu seiner Längsrichtung schwimnmend an einem
Befestigungsklotz 10 gehaltert ist. Die schwimmende
Lagerung ist bei einem Vergleich der Fig. 2 und 5
erkennbar, wobei Fig. 3 den Führungsstift 7 in einer seitlich
versetzten, ersten Position und Fig. 5 den Führungsstift
7 in einer mittig ausgerichteten, zweiten Position relativ
zum Befestigungsklotz 10 zeigt.
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Innerhalb des Befestigungsklotzes 10 ist ein Kegelstift 11
längs verschiebbar angeordnet, der an seinem dem
Führungsstift 7 zugewandten Ende eine Kegelspitze 12 trägt.
Weiterhin weist der Kegelstift 11 einen zylinderförmigen
Abschnitt 13 mit einem Außengewinde 14 auf. Das
Außengewinde 14 kämmt mit einem Innengewinde 15 einer mittigen,
axial angeordneten Gewindebohrung 16 des
Befestigungsklotzes 10. Aufgrund dieser spindelartigen Anordnung
bewegt sich der Kegelstift 11 in axialer Richtung, d. h. in
Richtung der Pfeile 17 bzw. 18, wenn der Kegelstift 11 um
seine Längsachse in die eine bzw. die andere Richtung
gedreht wird. Dieses Drehen erfolgt zweckmäßigerweise
mittels eines Handhebels 19, der an dem der Kegelspitze 12
gegenüberliegenden und über den Befestigungsklotz 10
hinausragenden Ende des Kegelstifts 11 befestigt ist.
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Wie aus den Fig. 3 und 5 erkennbar, besteht der
Führungsstift 7 aus einem zylinderförmigen Führungsbolzen 20,
der an seinem freien Ende einen konisch zulaufenden
Endabschnitt 21 und am gegenüberliegenden, dem
Befestigungsklotz 10 zugewandten Ende einen radial vorstehenden
Flansch 22 aufweist. Die dem Befestigungsklotz 10
zugewandte Fläche des Flansches 22 ist eben, in gleicher Weise
wie die dem Flansch 22 zugewandte Kontaktfläche 30 des
Befestigungsklotzes 10.
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Von der dem Befestigungsklotz 10 zugewandten Fläche des
Führungsstiftes 7 aus erstreckt sich eine
Zentrierungsvertiefung 23 mit kegelförmiger Kontur in axialer Richtung
des Führungsstiftes 7 nach unten, wobei diese Kontur auf
die Kontur der Kegelspitze 12 abgestimmt ist. Befindet
sich der Kegelstift 11 in der in Fig. 3 gezeigten, axial
nach oben zurückgezogenen Stellung, ist die Kegelspitze 12
außer Eingriff mit der Wand der Zentrierungsvertiefung 23,
so dass sich der Führungsstift 7 in Querrichtung relativ
zum Befestigungsklotz 10 bewegen kann. Wird der Kegelstift
11 dagegen, wie aus Fig. 5 ersichtlich, derart gedreht,
dass er axial nach unten bewegt wird und in die
Zentrierungsvertiefung 23 eintaucht, kommt die Kegelspitze 12 in
Kontakt mit der Wand der Zentrierungsvertiefung 23,
wodurch der Führungsstift 7 zentriert, d. h. in eine
fluchtende Stellung mit dem Kegelstift 1 gebracht wird. In
dieser Stellung ist der Führungsstift 7 in Querrichtung
fixiert und zentriert.
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Wie aus den Fig. 6 bis 9 erkennbar, ist der
Führungsstift 7 mittels acht seitlicher Federzungen 24 in eine
mittige Stellung relativ zu Befestigungsklotz 10
vorgespannt. Hierzu sind an jeder der vier Seitenwände des
quaderförmigen Befestigungsklotzes 10 jeweils zwei
Federzungen 24 mittels Schrauben 25 festgeschraubt. Die
Federzungen 24 stehen nach unten über den Befestigungsklotz 10
vor und übergreifen zumindest teilweise die Seitenwände
des Flansches 22. Der Flansch 22 ist ebenfalls
quaderförmig ausgebildet und hat die gleiche Grundfläche wie der
Befestigungsklotz 10. Fluchtet die Mittelachse des
Führungsstiftes 7 mit derjenigen des Befestigungsklotzes 10,
ist somit keine der Federzungen ausgebogen und es
erstrecken sich alle Federzungen 24 senkrecht nach unten.
Die Schrauben 25 sind jedoch mit etwas Abstand oberhalb
der unteren Kontaktfläche 30 des Befestigungsklotzes 10
angeordnet und die Federzungen 24 weisen eine genügend
große Flexibilität auf, dass sie seitlich nach außen
nachgeben können, wenn eine Querkraft auf den Führungsstift 7
aufgebracht wird und der Kegelstift 11 außer Eingriff mit
der Zentrierungsvertiefung 23 ist.
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Der Führungsstift 7 ist somit am Befestigungsklotz 10 in
Querrichtung schwimmend gelagert, wobei er gleichzeitig
durch die Federzungen 24 in eine mittige Stellung relativ
zum Befestigungsklotz 10 vorgespannt ist.
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Anhand der Fig. 8 und 9 wird nun die axiale Halterung
des Führungsstiftes 7 am Befestigungsklotz 10 näher
erläutert. Wie erkennbar, ist der Führungsstift 7 im Bereich
seines Flansches 22 mittels vier Schrauben 26 am
Befestigungsklotz 10 befestigt. Die Schrauben 26 sind in axiale
Gewindebohrungen 27 des Befestigungsklotzes 10
eingeschraubt und durchdringen axiale Durchgangsbohrungen 28
des Flansches 22, die einen wesentlich größeren
Durchmesser als die Schraubenschäfte haben. Zwischen dem
Schraubenkopf 29 einer jeden Schraube 26 und der
Kontaktfläche 30 des Befestigungsklotzes 10 befindet sich jeweils
eine Abstandshülse 31, die auf die jeweilige Schrauben 26
aufgesteckt ist und zwischen Kontaktfläche 30 und
Schraubenkopf 29 eingespannt ist. Die Abstandshülse 31 trägt an
ihrem dem Schraubenkopf 29 benachbarten Ende einen radial
vorstehenden Bund 32, dessen Außendurchmesser größer ist
als der Innendurchmesser der Durchgangsbohrungen 28. Der
übrige Abschnitt 33 der Abstandshülse 31 weist dagegen
einen Außendurchmesser auf, der wesentlich kleiner ist als
der Innendurchmesser der Durchgangsbohrungen 28, so dass
zwischen diesem Abschnitt 33 und der Wand der
Durchgangsbohrungen 28 ein ringförmiger Freiraum 34 vorhanden ist.
Weiterhin ist die Länge des Abschnittes 32 geringfügig
größer als die Dicke des Flansches 22, so dass der Flansch
22 durch den Bund 32 nicht fest gegen den
Befestigungsklotz 10 gepresst wird, sondern mit geringem axialem Spiel
vom Bund 32 hintergriffen wird und sich dadurch in
Querrichtung bewegen kann.
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Es ist zu beachten, dass in Fig. 3 der seitliche Versatz
der Führungsstifte 7 relativ zum Befestigungsklotz 10
etwas übertrieben dargestellt ist. In der Praxis genügt
oft eine ganz geringe seitliche Auslenkbarkeit der
Führungsstifte 7, um ein problemloses Einfädeln in die
entsprechenden Führungsöffnungen 8 zu ermöglichen. Weiterhin
sind in den Fig. 2 bis 5 die Federzungen 24 lediglich
aus Gründen der einfachen zeichnerischen Darstellung
weggelassen worden. Die in den Fig. 3 und 5 gezeigte
umlaufende Radialnut 35 dient zum gleichzeitigen axialen
Verriegeln des Führungsstifts 7 innerhalb der
Zentrierungsvorrichtungen 23, wobei diese Verriegelung nicht im
einzelnen beschrieben worden ist, da sie im vorliegenden
Zusammenhang für die Erfindung nicht wesentlich ist. Diese
Radialnut 35 kann, wie aus den Fig. 7 und 8
ersichtlich, wegfallen, wenn die axiale Verriegelung auf andere
Weise erfolgt.