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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft Handhabungsvorrichtungen für elektrische Bauteile, die
elektrische Schaltungsbauteile testen, und insbesondere einen selbstreinigenden
unteren Kontakt zur Verwendung in einer Handhabungsvorrichtung für elektrische
Bauteile.
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Hintergrund
der Erfindung
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Handhabungsvorrichtungen
für elektrische Bauteile
empfangen elektrische Schaltungsbauteile, z.B. keramische Kondensatoren, übergeben
die elektrischen Schaltungsbauteile an ein elektronisches Testgerät zum Testen
und sortieren die elektrischen Schaltungsbauteile gemäß den Ergebnissen
des Tests. Eine beispielhafte Handhabungsvorrichtung für elektrische
Bauteile ist im US-Patent Nr. 5 842 579, Garcia et al. ('579-Patent), beschrieben,
das auf Electro Scientific Industries, Inc., den Anmelder der vorliegenden
Patentanmeldung, übertragen
wurde. Die Konstruktions- und Betriebsvorteile der Handhabungsvorrichtung
für elektrische
Bauteile des '579-Patents
umfassen (1) die Beseitigung des manuellen Absetzens von Komponenten
für Testzwecke und
der manuellen Sortierung; (2) die Fähigkeit, eine größere Menge
von Komponenten pro Einheitszeit zu handhaben als Handhabungsvorrichtungen
für elektrische
Bauteile des Standes der Technik handhaben können; (3) die Fähigkeit,
einen willkürlich
orientierten Haufen von Bauteilen zu nehmen und sie korrekt zu orientieren;
(4) die Fähigkeit,
die Bauteile an ein Testgerät
in Vielfachen zu übergeben;
und (5) die Fähigkeit,
die getesteten Teile in eine Vielzahl von Empfangs- oder Sortierbehälter zu
sortieren.
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1 ist
eine bildhafte Zeichnung einer Handhabungsvorrichtung 2 für elektrische
Bauteile, wie im '579-Patent
beschrieben. In der Handhabungsvorrichtung 2 für elektrische
Bauteile werden ein oder mehrere konzentrische Ringe 3 von
Bauteilsitzen 4, die in einer ringförmigen Testplatte 5 ausgebildet
sind, in einer Richtung im Uhrzeigersinn um eine Drehtischnabe 6 gedreht.
Wenn sich die Testplatte 5 dreht, laufen die Bauteilsitze 4 unter
einem Bestückungsbereich 10,
einem Kontaktkopf 11 von fünf Kontaktmodulen 12 (zwei
in 1 gezeigt) und einem Auswurfrohrverteiler 13 vorbei.
Im Bestückungsbereich 10 werden
elektrische Schaltungsbauteile oder getestete Bauelemente (DUTs) 14 (3)
in konzentrische Ringe 3 gegossen, was bewirkt, dass nicht
abgesetzte DUTs 14 willkürlich taumeln, bis sie in Testplattensitzen 4 abgesetzt
werden. Die DUTs 14 werden dann unter dem Kontaktkopf 11 gedreht
und jedes DUT 14 wird elektrisch kontaktiert und auf Parameter
getestet. Sobald die DUTs 14 getestet wurden, wirft der
Auswurfrohrverteiler 13 die DUTs 14 durch Luftstöße von selektiv
betätigten, räumlich ausgerichteten
pneumatischen Ventilen aus ihren Sitzen aus. Ausgeworfene DUTs 14 werden vorzugsweise
durch Auswurfröhren 15a in
Sortierbehälter 15b gelenkt.
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2 und 3 zeigen
einen Kontaktkopf 11 des Standes der Technik des '579-Patents genauer.
Insbesondere zeigt 2 eine bildhafte Zeichnung des
Kontaktkopfs 11 mit weniger als einem vollständigen Komplement
von Kontaktmodulen 12, die daran montiert sind; und 3 ist
eine bruchstückhafte
Schnittansicht entlang der Linien 3-3 von 2 in Nebeneinanderstellung
mit einer bruchstückhaften Querschnittsansicht
eines DUT 14, das in der Testplatte 5 sitzt. Mit
Bezug auf 2 und 3 umfasst das
Kontaktmodul 12 eine Vielzahl von oberen Kontakten 16 und
unteren Kontakten 18 (wobei jeweils einer in 3 gezeigt
ist) zum Koppeln des DUT 14 mit der Testplatte 5.
Die oberen Kontakte 16 sind elastisch, flache, freitragende
Metalllamellen mit geneigten, länglichen
Spitzen, die in einem flachen Winkel von der Testplatte 5 wegstehen.
Die oberen Kontakte 16 biegen sich geringfügig, wenn
sie auf abgesetzte DUTs 14 treffen, um eine Abwärtskontaktkraft
vorzusehen, die weitgehend durch die Dicken und/oder Endbreiten
der Lamellen vorgegeben ist. Die länglichen Spitzen verhindern,
dass abgesetzte DUTs 14 aus ihren Sitzen springen (infolge
eines ""Flohhüpf"-Effekts), wenn die
Lamellen über
die Hinterkanten der DUTs 14 laufen, wenn sich die Testplatte 5 vorwärts bewegt.
Die Spitzen der oberen Kontakte 16 können mit einer Metalllegierung
beschichtet sein, um den Kontaktwiderstand zu minimieren.
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Die
unteren Kontakte 18 sind typischerweise stationäre Kontakte
in Form von Zylindern. Wie in 4 gezeigt,
ist ein beispielhafter unterer Kontakt 18 des Standes der
Technik ein länglicher
Zylinder mit oberen und unteren planaren Oberflächen, einem zentralen leitenden
Kern 22 und einer elektrisch isolierenden äußeren Hülse 24.
Der untere Kontakt 18 erstreckt sich durch Löcher 30,
die in einer Vakuumplatte 32 ausgebildet sind und zwischen
benachbarte Vakuumkanäle 34 gesetzt
sind, so dass der untere Kontakt 18 auf seinen entsprechenden
oberen Kontakt 16 und seinen entsprechenden Bauteilsitzring 3 ausgerichtet
ist. Ein Basiselement 36, das unter der Vakuumplatte 32 angeordnet
ist, umfasst eine nach oben vorstehende Wand 38, die aus
zusammenhängenden
zylindrischen bogenförmigen
Ausschnittsegmenten 40 gebildet ist, die eine Reihe von
Zylindern 18 aufnehmen. Ein lösbarer Klemmmechanismus 42 schiebt
die äußeren Hülsen 24 der
unteren Kontakte 18 gegen ihre zugehörigen bogenförmigen Ausschnittsegmente 40 der
Wand 38 und steckt sie dadurch fest, um ihre Orientierung
zur Testplatte 5 senkrecht zu halten. Für jede Reihe von unteren Kontakten 18 ist
folglich ein Klemmmechanismus und eine Feststeckwand vorhanden.
Eine entsprechende Vielzahl von durch eine Feder vorgespannten Stiftkontakten 44 (z.B. "Pogo"-Stifte) erstreckt
sich durch eine Vielzahl von Schlitzen (nicht dargestellt) in der Unterseite
des Basiselements 36, um einen elektrischen Kontakt mit
den zentralen Kernen 22 der unteren Kontakte 18 herzustellen.
Es ist ein Basisschlitz für
jede Reihe von unteren Kontakten vorhanden. Die Stiftkontakte 44 sind
vorzugsweise der Länge
nach durch ihre durch eine Feder vorgespannten Enden in Haltern 46 montiert,
vier für
jeden Halter, um sie an eine Reihe von unteren Kontakten 18 anzupassen. Jeder
Halter 46 ist in einem anderen Basisschlitz befestigt.
Die Stiftkontakte 44 sind mit der Testgerätelektronik über Drähte 48 gekoppelt.
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Der
Kontaktkopf 11 umfasst fünf Kontaktmodule 12.
Dieses Ausführungsbeispiel
umfasst 20 obere Kontakte 16, fünf für jeden Ring 3 von
Bauteilsitzen 4. Jeder von 20 unteren Kontakten 18 ist
auf der entgegengesetzten Seite der Testplatte 5 und auf
einen anderen der 20 oberen Kontakte 16 ausgerichtet angeordnet,
wie in 3 für
ein Paar von oberen und unteren Kontakten angegeben. Folglich umfasst
der Kontaktkopf 11 ein vollständiges Komplement von Kontaktmodulen 12,
wobei die Anschlüsse
von 20 DUTs 14 gleichzeitig kontaktiert werden können, wodurch
gleichzeitig alle 20 von ihnen mit der Testplatte 5 gekoppelt
werden.
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Die
oberen und unteren Kontakte 16 und 18 der Kontaktmodule 12 werden
während
des Betriebs der Handhabungsvorrichtung 2 für elektrische
Bauteile verunreinigt. Beispielhafte Verunreinigungsquellen umfassen
Reibungspolymerisation; externe Trümmer, wie z.B. Materialablagerungen
von vorher getesteten Bauelementen; und natürlich vorkommende Oxidbildung
auf der Kontaktoberfläche.
Außerdem
liegt eine gewisse Menge von Trümmern,
wie z.B. zerbrochene Bauelemente, Plattierungsmedien oder Fragmente
von feuerfesten Trägern,
typischerweise in oder auf DUTs 14 vor. Die Trümmer werden häufig in
das Testsystem eingeführt
und anschließend
in Kontakt mit den unteren Kontakten 18 angeordnet. Die
Verunreinigung von oberen und unteren Kontakten 16 und 18 erzeugt
eine Kontaktwiderstandsänderung,
die sich zur tatsächlichen
Widerstandsmessung für
jedes DUT 14 addiert. Diese Verunreinigung der oberen und
unteren Kontakte 16 und 18 führt zur Verwerfung von annehmbaren
DUTs 14, was zu einem Ausbeuteverlust und zu einer Verringerung
der mittleren Zeit zwischen Unterstützungen (MTBA), die der Handhabungsvorrichtung 2 für elektrische
Bauteile zugeordnet ist, führt.
Wenn stationäre
untere Kontakte 18 in der Handhabungsvorrichtung 2 für elektrische
Bauteile verwendet werden, werden etwa 5,89% von DUTs 14 fälschlich
verworfen.
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Folglich
ist eine periodische Reinigung der oberen und unteren Kontakte 16 und 18 erforderlich, um
eine genaue DUT-Messung zu erleichtern. Das üblichste Verfahren des Standes
der Technik zum Reinigen der oberen und unteren Kontakte 16 und 18 hat
das Stoppen des Betriebs der Handhabungsvorrichtung 2 für elektrische
Bauteile und das mechanische Reinigen der oberen und unteren Kontakte 16 und 18 zur
Folge. Das Stoppen der Handhabungsvorrichtung 2 für elektrische
Bauteile führt
jedoch zu einer verlorenen Produktivität und verringert den Maschinendurchsatz
durch Verringern der MTBA.
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Ein
weiteres Verfahren des Standes der Technik zum Entfernen einer Verunreinigung
und von Trümmern
hat die Verwendung von Blockierungssensoren oder Blockierungsbeseitigungsmechanismen zur
Folge. Die Implementierung dieser zusätzlichen Vorrichtung erhöht die Herstellungs-
und Reparaturkosten sowie die mechanische Komplexität der Handhabungsvorrichtung 2 für elektrische
Bauteile.
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Folglich
besteht ein Bedarf für
eine Vorrichtung, die in der Lage ist, ein wirksames und effizientes
Verfahren zum Reinigen der Kontakte einer Handhabungsvorrichtung
für elektrische
Bauteile auszuführen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung, die ein wirksames und
zweckmäßiges Verfahren
zum Reinigen eines unteren Kontakts einer Handhabungsvorrichtung
für elektrische
Bauteile während
ihres Betriebs ausführt
und dadurch einen Ausbeuteverlust und die Erhöhung der MTBA, die der Handhabungsvorrichtung
für elektrische
Bauteile zugeordnet ist, verringert.
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Eine
bevorzugte Handhabungsvorrichtung für elektrische Bauteile umfasst
einen Kontaktkopf mit mehreren Sätzen
von zugehörigen
oberen und unteren Kontakten. Der obere Kontakt und der untere Kontakt
in jedem Satz sind räumlich
ausgerichtet, um die Anschlüsse
eines einzelnen DUT elektrisch zu kontaktieren. Jedes DUT wird in
eine Testplatte abgesetzt, die das DUT zu und aus dem mindestens
einen Testbereich in der Bauteilhandhabungsvorrichtung transportiert.
Die Testplatte besitzt eine obere und eine untere Oberfläche, die
benachbart zu den oberen bzw. unteren Kontakten angeordnet sind.
Der obere Kontakt übt
eine Abwärtskraft
gegen die obere Oberfläche
der Testplatte, wenn sie das DUT transportiert, und gegen einen
Anschluss des DUT, wenn es einem Testprozess unterzogen wird, aus.
Der untere Kontakt umfasst ein Gehäuse und ein ausfahrbares Kontaktelement.
Das Gehäuse
ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet und
das ausfahrbare Kontaktelement ist in das und aus dem Gehäuse beweglich
und besitzt einen Endabschnitt, der in einer Kontaktspitze endet.
Ein Vorspannungsmechanismus bringt eine Kraft auf die Kontaktspitze
auf, um die Kontaktspitze gegen einen Anschluss des DUT zu drücken, wenn
es dem Testprozess unterzogen wird, und gegen die untere Oberfläche der
Testplatte zu drücken,
wenn sie das DUT transportiert. Das Drücken der Kontaktspitze gegen die
untere Oberfläche
der Testplatte trägt
zum Halten des DUT in einer Messposition und zum Entfernen von Verunreinigungsmaterial,
das von der Kontaktspitze während
des Betriebs der Bauteilhandhabungsvorrichtung aufgenommen wird,
bei. Ein oberer Kontakt vom Rollentyp vermeidet einen Bedarf zum Reiben
an der oberen Oberfläche
der Testplatte, um den oberen Kontakt von Verunreinigungsmaterial
frei zu halten.
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Zusätzliche
Aspekte und Vorteile dieser Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen ersichtlich,
die mit Bezug auf die zugehörigen
Zeichnungen vor sich geht.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine bildhafte Ansicht einer beispielhaften Handhabungsvorrichtung
für elektrische Bauteile
des Standes der Technik.
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2 ist
eine bildhafte Ansicht einer Kontaktkopfanordnung des Standes der
Technik, an der weniger als ein vollständiges Komplement von Kontaktmodulen
montiert sind.
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3 ist
eine bruchstückhafte
Schnittansicht entlang der Linien 3-3 von 2 in Nebeneinanderstellung
mit einer bruchstückhaften
Querschnittsansicht eines in einer Testplatte sitzenden DUT.
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4 ist
eine bildhafte Ansicht der Testplatte der Handhabungsvorrichtung
für elektrische
Bauteile des Standes der Technik von 1.
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5A ist
eine isometrische bruchstückhafte
Ansicht von Test- und Vakuumplatten, wobei Teile weggebrochen sind,
um ein DUT in der Position zwischen oberen und unteren Kontakten
zu zeigen, um es einer Testmessung zu unterziehen. 5B ist eine
vergrößerte, bruchstückhafte
Seitenaufrissansicht, die teilweise im Querschnitt den unteren Kontakt
zeigt, der am DUT angeordnet ist, das der in 5A dargestellten
Testmessung unterzogen wird. 5C ist
eine vergrößerte, bruchstückhafte,
isometrische Ansicht des DUT in der Position zwischen den oberen
und unteren Kontakten, um es der in 5A dargestellten
Testmessung zu unterziehen.
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6 ist
eine bruchstückhafte
Seitenaufrissansicht, die teilweise im Querschnitt die Anordnung der
Test- und Vakuumplatten und Bauteile des unteren Kontakts zeigt,
wie dieser und ein oberer Kontakt vom Rollentyp ein DUT in der Position
in einem Testplattensitz halten.
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7A ist
eine isometrische Ansicht eines doppelseitigen, elastischen unteren
Kontakts, der gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung konfiguriert ist, und 7B ist
eine Schnittansicht entlang der Linien 7B-7B von 7A.
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8 ist
eine isometrische Ansicht eines doppelseitigen, unelastischen unteren
Kontakts, der gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung konfiguriert ist.
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9A und 9B sind
ein inneres Detail offenbarende isometrische Ansichten eines durchgezogenen
Modells bzw. einer Durchsichtlinie eines geschlitzten, ausfahrbaren
Kontaktelements, das in ein Gehäuse
eines unteren Kontakts einer einteiligen Konstruktion eingesetzt
ist.
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10A, 10B und 10C sind isometrische Ansichten eines oberen Teils
in auseinandergezogener Anordnung, zusammengefügt bzw. vergrößert, von
einem Gehäuse
eines unteren Kontakts mit mehrteiliger Konstruktion.
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11A, 11B und 11C sind isometrische Ansichten in durchgezogenem
Modell, eines vergrößerten Abschnitts
bzw. teilweise aufgeschnitten von einem Ausführungsbeispiel eines unteren Kontakts
zur Verwendung bei Kelvin-Verbindungs-Messungen
mit vier Anschlüssen.
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12 ist
eine isometrische Ansicht eines gemeinsamen Gehäuses für mehrere Kontaktelemente.
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13A und 13B sind
bruchstückhafte isometrische
Ansichten, wobei Teile weggeschnitten sind, welche jeweils eine
Vakuumplatte und ein Basiselement mit einer nach oben vorstehenden
Wand zeigen, die zum Aufnehmen des gemeinsamen Gehäuses von 12 modifiziert
ist.
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14A und 14B sind
bruchstückhafte isometrische
Ansichten eines unteren Kontakts ähnlich zu jenem von 8,
der zwischen Komponenten eines optischen Kontaktverschleißsensors
mit einem Kontaktelement mit nominaler Betriebslänge bzw. verkürzter Länge, die
sich durch übermäßigen Verschleiß ergibt,
angeordnet ist.
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Ausführliche
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
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Ein
selbstreinigender unterer Kontakt 100, der gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung konstruiert ist, kann verwendet werden, um
elektrische Messungen von elektrischen Miniatur-Schaltungsbauteilen
oder getesteten Bauelementen (DUTs) 14 in einem Hochgeschwindigkeits-Messsystem, wie z.B.
einem Multifunktionstester des Modells 3340, der von Electro Scientific
Industries, Inc., in Portland, Oregon, hergestellt wird, durchzuführen. 5A, 5B, 5C und 6 zeigen
die allgemeine Konstruktion des unteren Kontakts 100 und
seine Funktionsbeziehung zu einem oberen Kontakt 102. Der
untere Kontakt 100 ist auf einen entsprechenden oberen
Kontakt 102 räumlich
ausgerichtet. DUTs 14 werden in die Testplatte 5 abgesetzt,
die zwischen dem unteren Kontakt 100 und dem oberen Kontakt 102 angeordnet
ist. Der untere Kontakt 100 ist aus einem elektrisch isolierenden
zylindrischen Gehäuse 104 mit
einer im Wesentlichen planaren oberen Stirnfläche 106 und einer
im Wesentlichen planaren unteren Stirnfläche 108 gebildet.
Ein ausfahrbares Kontaktelement 110 ist in einer inneren Öffnung 112 des
Gehäuses 104 und
aus der oberen Oberfläche 106 heraus
beweglich. Die innere Öffnung 112 ist
vorzugsweise ein zentral angeordneter Schlitz mit im Allgemeinen rechteckigem
Querschnitt, der sich entlang der gesamten Länge des Gehäuses 104 erstreckt.
Das Kontaktelement 110 besitzt einen Endabschnitt 114, der
in einer Kontaktspitze 116 endet, die einen Anschluss 118 des
DUT 14 kontaktiert, wenn es einem Testprozess unterzogen
wird. Die Innenwände,
die den Längsschlitz 112 innerhalb
des Gehäuses 104 festlegen,
sehen Lagerflächen
für den
Endabschnitt 114 vor, an denen er sich bewegt, um eine
geradlinige Bewegung des Kontaktelements 110 entlang einer
Längsachse 120 des
Gehäuses 104 zu
unterstützen.
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Ein
Vorspannungsmechanismus 130 mit beispielsweise einem federbelasteten
Stift ("Pogo-Stift") 44 bringt
eine Kraft auf das Ende des Kontaktelements 110 auf, das
weiter vom Anschluss 118 des DUT 14 entfernt angeordnet
ist. Der Vorspannungsmechanismus 130 drückt die Kontaktspitze 116 gegen
den Anschluss 118 des DUT 14, wenn es dem Testprozess
unterzogen wird, und gegen eine untere Oberfläche 134 der Testplatte 5,
wenn sie das DUT 14 zu und von verschiedenen entsprechenden
Paaren von oberen und unteren Kontakten 116 und 118 transportiert.
Der obere Kontakt 102 besteht aus einem elastischen, flachen,
freitragenden Metallarm 136, wobei ein Ende an einem Stützmodul
(nicht dargestellt) befestigt ist und das entgegengesetzte Ende in
einem durch eine Feder vorgespannten Rollenkontakt 140 endet,
der einen Anschluss 138 des DUT 14 kontaktiert.
Der obere Kontakt 116 ist von einem Rollradtyp, der im
US-Patent Nr. 6 040 705 beschrieben ist, das auf den Anmelder dieser
Patentanmeldung übertragen
wurde.
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Wenn
sich die Testplatte 5 vorwärts bewegt, um das DUT 14 mit
der Kontaktspitze 116 des unteren Kontakts 100 in
physikalischen Kontakt zu bringen, gleitet die untere Oberfläche 134 der
Testplatte 5 über
zumindest einen Teil der Kontaktspitze 116, wobei sie herabgedrückt wird,
so dass sie mit der oberen Oberfläche 106 des Gehäuses 104 bündig ist. Die
Aufwärtskraft
hält die
Kontaktspitze 116 mit der unteren Oberfläche 134 der
Testplatte 5 und dem Anschluss 118 des DUT 14 während des
Testens in physikalischem Kontakt. Wenn das Testen vollendet ist, wird
die Position der Testplatte 5 vorgeschoben (um das nächste DUT 14 dem
unteren und dem oberen Kontakt 100 und 102 zum
Testen zu präsentieren) und
die Aufwärtskraft
bewirkt, dass die Kontaktspitze 116 an der unteren Oberfläche 134 der
Testplatte 5 reibt. Folglich werden Verunreinigungen oder
Oxide von der Kontaktspitze 116 abgerieben, so dass sie während des
Betriebs der Handhabungsvorrichtung 2 für elektrische Bauteile selbstgereinigt
wird, wodurch der Bedarf für
ein kostspieliges und zeitaufwändiges
Abschalten der Handhabungsvorrichtung für elektrische Bauteile zum
Reinigen des unteren Kontakts 100 beseitigt wird.
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Die
Kontaktspitze 116 wird einer Verschleißentfernung von Kontaktspitzenmaterial
unterzogen, was zu einer fortschreitenden Verkürzung des Kontaktelements 110 führt, wenn
die Testplatte 5 das DUT transportiert. Der Endabschnitt 114 des
Kontaktelements 110 liegt vorzugsweise in Form einer flachen
Klinge vor und die Kontaktspitze 116 kann durch automatisiertes
Stanzen eines photochemischen oder sehr leitenden Materials, wie
z.B. festen Münzensilbers
(90 Gew.-% Ag, 10 Gew.-% Cu) oder unlegierten weichen Kupfers, ausgebildet
werden. Das Kontaktelement 110 und die Kontaktspitze 116 werden
vorzugsweise aus demselben Material hergestellt, aber die Kontaktspitze 116 könnte durch
Abscheiden von Material mit geeigneten Verschleißeigenschaften auf dem Endabschnitt 114 aus
einem anderen Material ausgebildet werden. Die Kontaktspitze 116 besitzt
eine brauchbare Tiefe von etwa 3,8 mm (0,15 In) und besitzt eine
abgeschrägte
Vorderkante 144, um sicherzustellen, dass sich der Anschluss 118 des
DUT 14 nicht an der Kontaktspitze 116 verfängt, wenn
die Testplatte 5 das DUT 14 in seine Messposition
zwischen dem unteren und dem oberen Kontakt 100 und 102 vorwärts befördert. Eine leitende
Beschichtung wie z.B. Gold, Silber oder Rhodium kann auf die Kontaktspitze 116 aufgebracht werden,
um ihre Beständigkeit
gegen Oxidation während
der Lagerung zu erhöhen.
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Um
zu verhindern, dass die Aufwärtskraft das
DUT 14 aus der Testplatte 5 auswirft, kann eine Abwärtskraft,
die größer ist
als die Aufwärtskraft, gleichzeitig auf
oder durch die Testplatte 5 gegen den unteren Kontakt 100 ausgeübt werden.
Die Abwärtskraft
kann beispielsweise durch eine Vakuumplatte 32, eine Plattenhalterolle 146 oder
beide von ihnen ausgeübt
werden. Ferner ist die Kontaktspitze 116 vorzugsweise breiter
als die Sitze 4 in der Testplatte 5, so dass die
gegen den unteren Kontakt 100 aufgebrachte Aufwärtskraft
das DUT 14 nicht nach oben und aus seinem Sitz 4 auswirft.
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6 zeigt
das Gehäuse 104 des
unteren Kontakts 100, das sich durch ein Loch in der Vakuumplatte 32 erstreckt,
so dass das Gehäuse 104 benachbart
zur unteren Oberfläche 134 der
Testplatte 5 angeordnet ist. Eine bevorzugte Vakuumplatte 32 liegt
in Form eines scheibenartigen Rings vor und umfasst Vakuumkanäle, die
konzentrisch zu den Sitzringen 3 benachbart sind. Die Vakuumkanäle 34 sind mit
einer teilweisen Vakuumdruckquelle (nicht dargestellt) verbunden
und verbinden den teilweisen Vakuumdruck mit den Sitzen 4 von
jedem Ring 3 durch Verbinden der Kanäle durch die Dickenabmessung der
Testplatte 5 an den Sitzen 4. Der durch die Vakuumplatte 32 erzeugte
teilweise Vakuumdruck hält
sie benachbart zur unteren Oberfläche 134 der Testplatte 5 und
zum DUT 14. Diese Positionierung führt dazu, dass die Kontaktspitze 116 gleichzeitig
mit dem DUT 14 und der unteren Oberfläche 134 der Testplatte 5 während eines
Testzyklus in Kontakt steht. Der teilweise Vakuumdruck saugt durch
die Vakuumkanäle 34 Kontaktspitzenmaterialstaub,
der durch den Verschleiß der
Kontaktspitze 116 erzeugt wird. Restliche Mengen des Staubs
sammeln sich an der unteren Oberfläche der Testplatte 5 an,
die periodisch gereinigt wird, um den Staub zu entfernen.
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Jüngere technologische
Fortschritte in der Bauteilminiaturisierung haben zur Bildung von
DUTs 14 mit Längen-
und Breitenabmessungen von etwa 0,016 × 0,008 × 0,008 (0402 "metrische" Bauteile) und 0,024 × 0,012 × 0,12 (0201 "metrische" Bauteile) geführt. Aufgrund
ihrer kleinen Größe sind
diese DUTs außerstande,
große
Lücken,
Leisten oder Unterbrechungen in der Oberflächengeometrie oder Kanälen, entlang
derer sie während
des Testprozesses transportiert werden, zu tolerieren. Wenn sie
auf Lücken,
Leisten oder Unterbrechungen treffen, können die DUTs 14 leicht
beschädigt
werden, da ihre Anschluss- (Elektroden-) Enden häufig mit einer weichen Zinnplattierung
beschichtet sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Handhabungsvorrichtung 2 für elektrische
Bauteile läuft
das DUT 14 folglich nur über einen sehr kleinen Abstandsspalt. In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Kontaktspitze 116 beispielsweise breiter als die
Bauelementaufnahmesitze 4 in der Testplatte 5.
Diese Geometrie verhindert auch, dass die Kante der Kontaktspitze 116 eine
Seitenwand von einem der Bauelementaufnahmesitze 4 in der
Testplatte 5 stört.
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Das
elektrisch isolierende Gehäuse 104 ist vorzugsweise
aus einem verschleißbeständigen Material
auf entweder Keramik- oder Kunststoffbasis konstruiert. Kunststoffmaterial
umfasst Polycarbonat oder Polyphenylensulfid (PPS) und Keramikmaterial umfasst überganggehärtete Zirkondioxid-Keramik oder
Aluminiumoxid. Das Gehäuse 104 ist
vorzugsweise so entworfen, dass es während der periodischen Maschinenwartung
leicht entfernt wird und das Wechseln der Vakuumplatte 32 erleichtert
ist. Das elektrisch isolierende Gehäuse 104 ist vorzugsweise relativ
zu den konzentrischen Ringen 3 der Bauteilsitze 4 derart
ausgerichtet, dass die obere Oberfläche 106 dem Weg des
Vorschubs des DUT 14 nachläuft. Diese Ausrichtung kann
durch Integrieren von Ausrichtungsmerkmalen am elektrisch isolierenden
Gehäuse 104,
unter Verwendung eines Ausrichtungswerkzeugs oder durch eine Kombination
davon erreicht werden.
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Verschiedene
Ausführungsbeispiele
des unteren Kontakts 100 liegen in Form von Anordnungen mit
mehreren Komponenten vor und werden nachstehend beschrieben und
in den Zeichnungsfiguren, die ihren Beschreibungen zugeordnet sind,
gezeigt.
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7A zeigt
einen unteren Kontakt 100 mit einem Gehäuse 104 mit einteiliger
Konstruktion aus einem geformten oder gegossenen elektrisch isolierenden
Material. 7B und 8 zeigen
verschiedene Ausführungsbeispiele
eines doppelseitigen Kontaktelements 110, das in den Schlitz 112 des
Gehäuses 104 mit
einteiliger Konstruktion eingesetzt ist. Das doppelseitige Kontaktelement 110 ist
vorteilhaft, da die Anwesenheit von zwei Kontaktspitzen 116 seine
Nutzlebensdauer verlängert.
Das doppelseitige Kontaktelement 116 besitzt zwei Endabschnitte 114, die
jeweils in einer Kontaktspitze 116 enden. in dem Ausführungsbeispiel
von 7B sind die Endabschnitte 114 auf entgegengesetzten
Seiten durch einen gekrümmten
elastischen Kontaktkörperteil 150 verbunden,
der die inneren Gehäusewände, die
den Schlitz 112 festlegen, nicht berührt. Der elastische Kontaktkörperteil 150 besteht
aus Phosphorbronze oder Berylliumkupfer wegen der Elastizität. Die Endabschnitte 114 und
die Kontaktspitzen 116 können auch aus diesen Materialien
bestehen, um ein einteiliges elastisches Kontaktelement 110 vorzusehen. Die
Endabschnittsoberflächen 152 bewegen
sich entlang Lagerflächen 154 der
inneren Gehäusewände, die
den Schlitz 112 festlegen, in Reaktion auf eine Kraft,
die durch den Vorspannungsmechanismus 130 aufgebracht wird.
In dem Ausführungsbeispiel
von 7B sieht der elastische Körperteil 150 die Elastizität in der
Vorspannungskraft vor und bildet daher einen Teil des Vorspannungsmechanismus 130.
In dem Ausführungsbeispiel
von 8 bilden die Endabschnitte 114 entgegengesetzte
distale Enden eines einheitlichen Kontaktkörperabschnitts 156 mit
im Allgemeinen rechteckigem Querschnitt, dessen Stirnflächen 152 sich
entlang der Länge
des Kontaktelements 110 erstrecken und dadurch die Lagerflächen 154 kontinuierlich
berühren.
Das Kontaktelement 110 besitzt eine Länge, die als Abstand, gemessen
zwischen den Kontaktspitzen 116 entlang der Längsachse 120,
definiert ist, und das Gehäuse 104 besitzt
eine Länge,
die als Abstand zwischen der oberen Oberfläche 106 und der unteren
Oberfläche 108 definiert
ist. Die Länge
des Kontaktelements 110 (das über die Zeit mit dem Verschließ fortschreitend kürzer wird)
ist größer als
die Länge
des Gehäuses 104,
um zu ermöglichen,
dass die Kontaktspitze 116 in proximaler Position zu einem
DUT 14 seine Elektrode kontaktiert, und um zu ermöglichen,
dass der Vorspannungsmechanismus 130 mit der Kontaktspitze 116 in
proximaler Position zu ihrem Ende 132 in Eingriff kommt.
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9A und 9B zeigen
das Gehäuse 104 mit
einteiliger Konstruktion, in dem sich ein Kontaktelement 110 mit
im Allgemeinen rechteckigem Querschnitt, wie z.B. das in 8 gezeigte,
jedoch mit einem Schlitz 170 entlang der Länge des Kontaktelements 110 erstreckt.
Das Gehäuse 104 weist
ein Loch 172 auf, durch das eine Schraube 174 oder
eine andere geeignete Befestigungsvorrichtung verläuft, um
das Kontaktelement 110 an der Stelle zu befestigen, und
die geeignet angeordnet ist, um die Bewegung des Kontaktelements 110 auf
die Schlitzlänge zu
begrenzen.
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10A, 10B und 10C zeigen das Gehäuse 104 mit mehrteiliger
Konstruktion aus elektrisch isolierendem Material, das aus zwei
Körperkomponenten
in Form von im Allgemeinen zylindrischen Segmenten 176 und 178 besteht.
Die zylindrischen Segmente 176 und 178 besitzen
komplementäre
zusammenpassende Oberflächen,
die zusammenpassen, um den Schlitz 112 zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel
weisen die zylindrischen Segmente 176 und 178 axial
ausgerichtete Öffnungen auf,
durch die eine Schraube 174 verläuft, um das Gehäuse 104 zusammenzufügen und
das geschlitzte Kontaktelement 110 in derselben Weise wie
der in 9A und 9B für das Gehäuse 104 mit
einteiliger Konstruktion gezeigten an der Stelle zu halten. In einem
weiteren Ausführungsbeispiel
sind die zylindrischen Segmente 176 und 178 zusammengeklebt. In
beiden dieser Ausführungsbeispiele
fungieren die gegenüberliegenden
Innenwände
der zylindrischen Segmente 176 und 178, die den
Schlitz 112 festlegen, als Lagerflächen 154, entlang
derer das Kontaktelement 110 gleitet.
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Fachleute
werden aus den vorangehenden Beschreibungen erkennen, dass das Gehäuse 104 mit
entweder einteiliger oder mehrteiliger Konstruktion ein geschlitztes
oder ein nicht-geschlitztes Kontaktelement 110, ein Kontaktelement 110 mit
einer einseitigen oder doppelseitigen Kontaktspitze 116 oder
innere Lagerflächen,
die durch ein Auskleidungsmaterial für den Schlitz 112 oder
die den Schlitz festlegenden inneren Oberflächen des Gehäuses 104 selbst
vorgesehen sind, umfassen kann.
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9A und 9B und 10A, 10B und 10C zeigen eine Abschrägung 180, die in der
oberen Oberfläche 106 des
Gehäuses 104 mit einteiliger
Konstruktion bzw. mehrteiliger Konstruktion ausgebildet ist. Die
Abschrägung 180 sieht
für ein DUT 14 eine
Gleitrampe mit positiver Steigung vor, wenn die Testplatte 5 das
DUT 14 bei der Beendung einer Testmessung vom unteren Kontakt 100 weg
bewegt. Dies stellt sicher, dass das DUT 14 sich nicht an
einer Kante des Schlitzes 112 verfängt, wenn das DUT 14 vom
unteren Kontakt 100 weg bewegt wird.
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11A, 11B und 11C zeigen ein Ausführungsbeispiel des unteren
Kontakts 100 zur Verwendung bei Kelvin-Verbindungs-Messungen
mit vier Anschlüssen.
Das Kelvin-Kontakt-Ausführungsbeispiel
des unteren Anschlusses 100 umfasst zwei untere Anschlusskontaktelemente 1101 und 1102 ,
die innerhalb des Gehäuses 104 durch
einen elektrischen Isolator 190 getrennt sind. Die Anschlusskontaktelemente 1101 und 1102 sind
innerhalb des Gehäuses 104 relativ
zur Längsachse 120 in
einem Winkel geneigt, so dass ihre jeweiligen Kontaktspitzen 1161 und 1162 an
der oberen Oberfläche 106 des
Gehäuses 104 zueinander
laufen. Für
das Gehäuse 104 mit
einteiliger Konstruktion ist der Isolator 190 ein integraler
Teil des Inneren des Gehäuses 104,
in dem sich die Anschlusskontaktelemente 1101 und 1102 entlang in einem Winkel geneigter
Schlitze bewegen, die im Gehäuse 104 ausgebildet
sind. Für
das Gehäuse 104 mit
mehrteiliger Konstruktion könnte
der Isolator 190 entweder eine separate innere Abstandhalterkomponente,
die zwischen den Anschlusskontaktelementen 1101 und 1102 angeordnet ist, wenn das Gehäuse 104 zusammengefügt ist,
oder ein integraler Teil von einer der Gehäusekörperkomponenten sein. Der Vorspannungsmechanismus 130 umfasst
separate federbelastete Stift- (Pogo-Stift-) Kontakte 441 und 442 , die eine Kraft gegen die jeweiligen Enden
der Anschlusskontaktelemente 1101 und 1102 proximal zur unteren Oberfläche 108 des
Gehäuses 104 aufbringen,
um die Kontaktspitzen 1161 und 1162 gegen verschiedene Bereiche des Anschlusses 118 des
DUT 14 zu drücken.
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12 zeigt
ein einteiliges gemeinsames Gehäuse 104m in
Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken und vier Schlitzen 112,
die beabstandet sind, um mehrere separate Kontaktelemente 110 aufzunehmen.
Die Kontaktelemente 110 können entweder vom einseitigen
oder doppelseitigen Typ sein. Die innere Konstruktion der Schlitze 112 ist ähnlich zu
jener des Gehäuses 104,
das in 7A, 7B und 8 gezeigt
ist.
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13A zeigt eine Vakuumplatte 32m, die eine
Vakuumplatte 32 ist, die modifiziert ist, um das gemeinsame
Gehäuse 104m aufzunehmen.
Die Vakuumplatte 32m wird durch Entfernen des Materials, das
die Löcher 30 trennt,
gebildet, um einen länglichen
Schlitz 30m zu bilden, der zum Aufnehmen des Gehäuses 104m bemessen
ist. 13B zeigt ein Basiselement 36m,
das ein Basiselement 36 ist, das modifiziert ist, um das
gemeinsame Gehäuse 104m zwischen
der nach oben vorstehenden Wand 38 und dem lösbaren Klemmmechanismus 42 festzuklemmen.
Das Basiselement 36m wird durch Entfernen der bogenförmigen Ausschnittsegmente 40 des
Basiselements 36 gebildet, um eine Aussparung 40m mit glatter
Oberfläche
zu bilden, in die das gemeinsame Gehäuse 104m sicher passen
kann, wenn es festgeklemmt wird.
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14A und 14B zeigen
einen optischen Kontaktverschleißsensor 200, der erfasst, wenn
die Kontaktspitze 116 verschlissen ist und daher das Kontaktelement 110 entweder
einen Austausch benötigt
oder, wenn es doppelseitig ist, wobei eine unbenutzte Seite zur
Verfügung
steht, in der Bewegungsrichtung des Gehäuses 104 umgedreht
werden muss. Der Kontaktverschleißsensor 200 umfasst einen
Lichtemitter 202 und einen Lichtdetektor 204, die
auf beiden Seiten des Kontaktelements 110 angeordnet sind,
welches von der unteren Oberfläche 108 des
Gehäuses 104 hervorragt,
und angeordnet sind, um einen Lichtausbreitungsweg in direkter Sichtlinie vorzusehen.
Wie in 14A gezeigt, unterbricht, sobald
auf der Kontaktspitze 116 ausreichend Elektrodenmaterial
verbleibt, das Kontaktelement 110 den Lichtausbreitungsweg
zwischen dem Lichtemitter 202 und dem Lichtdetektor 204.
Wie in 14B gezeigt, erreicht, sobald
die Kontaktspitze 116 einer Menge an Elektrodenmaterialentfernung
unterzogen wurde, die die Länge
des Kontaktelements 110 um eine vorbestimmte Menge verkürzt, das
Licht, das sich vom Lichtemitter 202 ausbreitet, den Lichtdetektor 204,
um ein Signal zu erzeugen, das auf einen übermäßigen Verschleiß der Kontaktspitze 116 hinweist.
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Ein
Kontaktkopf, der gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist, wurde in einem Multifunktionstester des
Modells 3300B getestet. Die Testbedingungen waren folgendermaßen: das
DUT war ein Kondensator mit 100 pF, die Testfrequenz wurde auf 1
MHz gesetzt, die obere Grenze für
den Dekontaminierungsfaktor (DF) wurde auf 0,0007 festgelegt und
der tatsächliche
DF des DUT wurde auf zwischen etwa 0,0002 und etwa 0,0003 festgelegt.
Die Ergebnisse des Tests waren folgendermaßen: von den 113257 DUTs, die
getestet wurden, wurden nur 0,51% von ihnen fälschlich verworfen. Im Vergleich zu
der falschen Verwerfungsrate von 5,89% von Kontaktköpfen des
Standes der Technik ist dies eine signifikante Verringerung der
falschen Verwerfungen. Diese Verringerung der falschen Verwerfung
führt zu einer
daraus folgenden Steigerung der Produktivität und des Maschinendurchsatzes.
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Für Fachleute
ist es offensichtlich, dass viele Änderungen an den Einzelheiten
der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden
können,
ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele
des Kontaktkopfs der vorliegenden Erfindung umfassen beispielsweise
eine Vielzahl von unteren Kontakten zum gleichzeitigen Testen von
mehr als einem DUT, können
jedoch auch einen einzelnen unteren Kontakt umfassen. Der Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung sollte daher nur durch die folgenden
Ansprüche
bestimmt werden.
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Zusammenfassung
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Eine
Handhabungsvorrichtung (2) für elektrische Bauteile, die
elektrische Schaltungsbauteile testet und einen selbstreinigenden
unteren Kontakt (100) umfasst, bietet einen verringerten
Ausbeuteverlust und eine verringerte mittlere Zeit zwischen Unterstützungen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Handhabungsvorrichtung (2) für elektrische Bauteile umfasst
mehrere Sätze
von oberen und unteren Kontakten (102, 100), von
denen jeder Satz räumlich
ausgerichtet ist, um ein einzelnes getestetes Bauelement (DUT) (14)
elektrisch zu kontaktieren. Jedes DUT (14) wird in eine
Testplatte (5) abgesetzt, die das DUT (14) zu
und von einer Testmessposition zwischen dem oberen und dem unteren
Kontakt (102, 100) transportiert. Der untere Kontakt
(100) umfasst eine Kontaktspitze (116), die ein
Vorspannungsmechanismus (130) gegen das elektrische Bauteil
drückt,
wenn es einem Testprozess unterzogen wird, und gegen eine Oberfläche der
Testplatte (5) drückt,
wenn sie das elektrische Bauteil transportiert. Der untere Kontakt
(100) reibt an der Testplatte (5), wodurch zur
Entfernung von Verunreinigungsmaterial, das von der Kontaktspitze
(116) während
des Betriebs der Bauteilhandhabungsvorrichtung aufgenommen wird,
beigetragen wird.