DE2209252A1 - Einrichtung zum Ausrichten flacher kleiner Werkstücke - Google Patents

Description

Schlingen. 23. Februar 19 72 wi-oh

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Arrnonk, N.Y. 10504

Air.tl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket FI 970 072

Einrichtung_zum Ausrichten flacher kleiner Werkstücke

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ausrichten eines flachen kleinen Werkstücks, z.B. einer integrierten Schaltungseinheit, in eine definierte Lage.

Im Zuge der Weiterentwicklung elektronischer Rechenanlagen und anderer Geräte mit integrierten Schaltungseinheiten sind die Abmessungen der Komponenten immer kleiner geworden, so daß deren Handhabung mit der Hand wachsende Schwierigkeiten bereitete. Das wird deutlich, wenn man sich vergegenwärtigt, daß z.B. ein Halblei terplättchen in Quadratform, auch als Chip bezeichnet, eine Seitenlänge in der Größenordnung von einem Millimeter aufweist. Sowohl dieses Problem der Abmessungen an sich als auch die große Anzahl der auf einem solchen Plättchen untergebrachten Funktionen sowie die ständig wachsende Zahl der in den verschiedensten Bereichen der Technik benötigten Schaltungseinheiten gaben Veranlassung, den Fertigungsvorgang weitgehend zu automatisieren. Das gleiche gilt für die Prüfung der fertigen Erzeugnisse auf ihre Eignung für die vorgesehene Verwendung.

Eine vollautomatische Einrichtung zur Prüfung derartiger Werkstücke ist vorzugsweise als Karussell ausgebildet, bei der mittels eines mit einer Vielzahl von Armen ausgestatteten Drehkreuzes die

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Werkstücke aus einem oder einer Mehrzahl Behälter, vorzugsweise mittels Vakuumdüsen, entnommen und auf einer Kreisbahn von Station zu Station transportiert werden. Eine derartige Karussellanordnung weist für einen vollständigen Prüfvorgang beispielsweise folgende Stationen auf: Eine Entnahmestation zum Aufnehmen der Werkstücke aus einem Behälter, eine Richtstation zum Ausrichten der Werkstücke in eine definierte Lage zur Vorbereitung des Prüfvorganges, eine Abfühlstation zur Überprüfung des Vorhandenseins und der Ausrichtung des Werkstücks, eine Prüfstation zum Testen der elektrischen Funktionen und gegebenenfalls der mechanischen Eigenschaften des Werkstücks sowie eine Sortierstation zum Abwerfen der Werkstücke in unterschiedliche Behälter in Abhängigkeit vom Prüfergebnis.

Selbstverständlich ist beim Aufnehmen der Werkstücke aus einem Vorratsbehälter nur ein grobes Ausrichten möalich. Da aber die Kontaktflächen in der Prüfstation eine genaue Einstellage zu den Kontakten des Prüfgerätes haben müssen, ist vor Erreichen der Prüfstation ein Feineinrichten des Werkstückes notwendig. Hierfür sind manuell betätigte Einstellvorrichtungen, wie sie z.B. in den US-Patentschriften 3 134 9 42 und 3 333 274 beschrieben sind, nicht verwendbar. Die schnelle Taktfolge des automatischen Prüfprozesses erfordert vielmehr eine vollständig selbsttätige Ausrichtung der Werkstücke.

Die Erfindung geht aus von einer automatischen Prüfeinrichtung, wie sie in der Patentanmeldung P 20 6^ 382 beschrieben ist. Dort ist das schrittweise bewegte Drehkreuz mit vertikal flexiblen Armen und daran befindlichen pneumatisch beaufschlagbaren Düsen versehen, wobei die aus Behältern aufgenommenen Werkstücke aufeinanderfolgend im Kreis angeordneten Stationen zugeführt v/erden. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Richtstation zu schaffen, in welcher die an den Vakuumdüsen der einzelnen Arme haftenden Werkstücke mit größtmöglicher Genauigkeit so ausgerichtet werden, daß sie in der nachfolgenden Prüfstation genau die vorgeschriebene Lage einnehmen. Diese Aufgabe ist gemäß

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der Erfindung durch die irr. Patentanspruch 1 angegebene Einrichtung gelöst worden.

Eine Anzahl Weiterbildungen der Erfindung sowie bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten. Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele in folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine automatische Prüfein

richtung in Karussellanordnung,

Fig. 2 eine veraroßerte Draufsicht auf die Richtstation

der Prüfungseinrichtung nach Fig. 1,

Fign. 3A - 3C Darstellungen der Arbeitsaänge beirr Ausrichten

eines Werkstücks in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 4 einen Teilschnitt in der Ebene 4-4 der Fig. 3B,

Fign. 5A - 5C Darstellungen der Arbeitsgänge bein Ausrichten

eines Werkstücks in einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 6 einen Teilschnitt in der Ebene 6-6 der Fig. 5B.

In Fig. 1 ist ein Drehkreuz 10 zur schrittweisen Weiterschaltung für Werkstücke von einer zur anderen Bearbeitungsstation dargestellt. Das Drehkreuz 10 trägt eine Anzahl Ame 11, die von der zentralen Nabe radial nach auswärts ragen. In den ersten der vier dargestellten Stationen sind Transportbehälter 12 angeordnet, aus denen die Werkstücke zur Bearbeitung entnommen werden. Die nächste Station - im Uhrzeigersinn - ist die Richtstauion 13, dann folgt eine Abfühlstation 14 zur Feststellung, ob ein Werkstück ordnungsgemäß aufgenommen wurde, dann eine Prüfstation 15 und schließlich

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eine Sortierstation 16.

An jedem der Arme 11 ist ein in axialer Richtung flexibler Vakuumtaster angeordnet, der zur Aufnahme eines Werkstücks aus den Transportbehältern 12 und zum Transport von Station zu Station dient. An jedem der Transportbehälter 12 befindet sich ein Endanschlag 18, welcher an einem Arm 19 anliegt. Bei dem mit 20 gekennzeichneten Punkt ist eine Justiermöglichkeit für den Endanschlag 18 vorgesehen. Das Werkstück wird in der X-Richtung. 21 durch den Endanschlag 18 und in der Y-Richtung 22 durch die Stellung der Transportbehälter 12 ausgerichtet. Hierbei handelt es sich jedoch nur um eine Grobausrichtung, die den Genauigkeitsanforderungen in der Prüfstation 15 keineswegs genügt, wenn es sich beispielsweise um Halbleiterplättchen (Chips) handelt, bei denen an die Ausrichtgenauigkeit zur Herstellung der Prüfkontakte hohe Anforderungen gestellt werden.

In Fig. 2, in der die Richtstation 13 in ihren Einzelheiten dargestellt ist, kann man die Grundplatte 25, einen X-Träger 26 und einen Y-Träger 27 sehen, wobei Stellschrauben 28 und 29 zur Verstellung der beiden Träger dienen. Auf dem Y-Träger 27 befinden sich Arme 30 und 31 in U-förmiger Anordnung, wobei jeder der Arme 30, 31 um einen Bolzen 32 drehbar gelagert ist. Die anderen, äußeren Enden der Arme 30, 31 tragen die Ausrichtelemente.

In Fig. 2 befinden sich die Arme 30, 31 in ihrer betätigten Stellung, in der ihre Rückstellfedern 33 und 34 gespannt sind. Der Bewegungsbereich der Arme 30, 31 ist definiert durch Anschläge 35a und 35b bzw. 36a und 36b. Die Betätigung der Arme kann unabhängig voneinander durch Elektromagneten 37 bzw. 38 erfolgen, die über eine Leitung 39 an eine Stromquelle angeschlossen sind. Bei erregten Elektromagneten 37, 38 werden die Arme um den Bolzen 32 aufeinander zu geschwenkt, bis sie an den Anschlägen 35b und 36b anstoßen. Bei abgeschalteten Elektromagneten 37, 38 liegen die Arme 30, 31 hingegen unter der Wirkung der Rückstellfedern 33,

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- 5 an den Anschlägen 35a, 36a an.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß beide Arme beweglich gelagert und betätigbar sind; man kann stattdessen auch den einen der beiden Arme fest, also stationär anordnen und ausschließlich den anderen im Schließ- und Öffnungssinne beweglich ausbilden.

Am Ende des Armes 30 ist ein Backen 40 mit einem V-förmigen Ausschnitt 43 angeordnet, dessen mit dem Werkstück in Berührung kommende Flächen aus verschlexßfestem Werkstoff, z.B. Carbid, bestehen. Der andere Arm 31 trägt an seinem entsprechenden Ende zv/ei Federn 41, 42, deren Oberfläche ebenfalls mit einem verschleißfesten Belag versehen ist.

Wie in Fig. 3A dargestellt, ist ein Werkstück 45, z.B. ein Chip, von quadratischem (oder auch rechteckigem) Querschnitt in den Spalt 46 zwischen die Arme 30, 31 eingeschoben, vorzugsweise mittels eines Vakuumtasters. Hierbei liegen die Arme 30, 31 an den Anschlägen 35a bzw. 36a an. Daraufhin werden, wie in Fig. 3B dargestellt, die Elektromagneten 37, 38 erregt, wodurch die Arme 30, 31 zueinander, also gegen die Anschläge 35b bzw. 36b geschwenkt werden. Hierbei verringert sich der Spalt 46 zwischen dem Ausschnitt 43 des Backens 40 und den Federn 41 und 42 derart, daß schließlich das Werkstück 45 an dem Backen 40 anliegt und die Federn 41 und 42 das Werkstück 45 in dieser Lage festhalten.

Nach Beendigung dieses Ausrichtvorganges werden die Elektromagneten 38 und 37 aufeinanderfolgend abgeschaltet, wobei die Wirkung des das Werkstück 45 haltenden Vakuumtasters aufrechterhalten bleibt. Bei der Abschaltung des Elektromagneten 38 wird der Arm 31 unter der Wirkung der Rückstellfeder 34 gegen den Anschlag 36a zurückgezogen (Fig. 3C), und kurz darauf gelangt mit Abschaltung des Elektromagneten 37 auch der Arm 30 infolge der Wirkung der Rückstellfeder 33 in seine durch den Anschlag 35a definierte Ausgangslage (Fig.3A). Nun kann der Vakuumtaster mit dem jetzt ausgerichteten Werkstück 45 wieder angehoben werden, und das Werk-

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stück gelangt aus der Richtstation 13 in die nächste Station, nämlich gemäß Fig. 1 in die Abfühlstation 14.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, findet die Ausrichtung des Werkstückes 45 durch das Wirksamwerden des Backens 40 auf der einen Seite und der Federn 41, 42 auf der anderen Seite des Werkstücks 45 statt, während das Werkstück auf der unteren Fläche der Vakuumdüse 17 mittels durch eine Bohrung 44 zugeführten Vakuums festgehalten wird. Die Vakuumdüse 17 ist ein Teil des Vakuumtasters (nicht gezeigt) , welcher zum Einführen und Entnehmen des Werkstücks in den einzelnen Stationen in axialer Richtung auf und ab bewegbar ist. Beim Ausriehtvorgang selbst wird somit das Werkstück 45 an der Vakuumdüse 17 ständig festgehalten und lediglich auf deren unterer Fläche verschoben.

Die in den Fign. 5A - 5C und 6 dargestellte Anordnung stimmt mit derjenigen nach den Fign. 3A - 3C und 4 im wesentlichen überein, jedoch befindet sich hier, wie Fig. 6 zeigt, am Arm 30 eine flache Platte 47, welche die Funktion des Backens 40 gem. Fig. 3A-C hat und mittels Blattfedern 53 nachgiebig mit dem Arm 30 verbunden ist. Die Blattfedern 53 ermöglichen den Ausgleich von Parallelitätsabweichungen zwischen der oberen Fläche der Platte 47 einerseits und der unteren Fläche der Vakuumdüse 17 andererseits, an welcher das Werkstück 50 festgehalten wird; die flexible Lagerung der Platte 47 gewährleistet darüber hinaus eine gleichmäßige Verteilung der beim Verschieben des Werkstücks 50 auftretenden Reibungskräfte. An der Platte 47 befindet sich eine Kante 48, an welcher die entsprechende Kontaktfläche 49 des Werkstücks 5O zum Anliegen gebracht wird, so daß sie die Funktion der Bezugskante hat. Anordnung und Ausbildung der Federn 41 und 42 am Arm 31 sind gleich wie bei der vorherigen Ausführungsform nach den Fign. 3A 3C und 4, indem sie zum Ausrichten des Werkstücks 50 an dessen Seitenflächen 51 zu liegen kommen.

Die Arbeitsweise der Anordnung gemäß den Fign. 5A - 5C und 6 ist im wesentlichen die gleiche wie bei der zuvor beschriebenen Aus-

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führung. In der Position der Teile geaä£ Fig. 5A sind die Elektromagneten 37 und 38 abgeschaltet, und die Arme 30, 31 liegen an den Anschlägen 35a bzw. 36a an. Das an der Vakuumdüse 17 haftende Werkstück 50 liegt mit seinen Kontaktflächen an der Platts 47 an. Gemäß Fig. 5B sind die Elektromagneten 37, 38 erregt und das Werkstück 50 liegt nun an der Kante 48 des V-förmigen L·usschnittes (Fig. 5A) an, und zwar unter der Wirkung der Federn 41, 42. Dabei erfolgt zur Ausrichtung des Werkstücks 50 dsssen Verschiebung relativ zur Vakuumdüse 17, bis die entsprechende Kontaktfläche an der Kante 48 anliegt. Sodann wird (Fig. 5C) der Elektromagnet 38 abgeschaltet, und die Rückstellfeder 34 zieht den Arm 31 zurück. Nun kann das Werkstück mittels des, Vakuumtasters wieder aus der Richtstation 13 ausgehoben und in die nächste Station transportiert werden. Anschließend wird auch der Elektromagnet 37 abgeschaltet, so daß der Arm 30 ebenfalls zurückgestellt wird. Durch die beschriebene Aufeinanderfolge der Rückstellung der Arme 31 und 30 wird vermieden, daß bei der Rückstellbewegung der elastisch verformten Federn 41, 42 eine Störung der Äusrichtposition des Werkstücks 50 stattfindet.

Die zuletzt beschriebene Ausatilcriingsfors hat das Vorteil, daß als Bezugskante für die Aus riehtxtng des HerKSttlcks 50 äie entsprechende Reihe der Kontaktflächen 49 verwendet wird iiaö nicht die Kante der Trägerplatte. Dadurch wird bei Chips ein höherer Zuverlässigkeitsgrad erreicht, weil beim Sägen der Chips geringfügige Abweichungen auftreten können. Bei der Prüfung der Chips in der Prüfstation 15 kommt es aber ausschließIieh darauf an, daß die Kontaktflächen 49 zur Prüfeinrichtung 15 (Fig. 1) genau ausgerichtet sind.

Daß die Richtstation 13 gemäß Fig. 1 zwei Stationen vor der Prüfstation 15 angeordnet ist, hat folgenden Grund: Der Schrittvorschub des Drehkreuzes 10 erfolgt mittels eines 2-Nocken-äntriebes, dessen Nocken wechselweise wirksam werden, Für den Fall, daß die beiden Nocken geringfügige Abweichungen aufweisen, also sieht vollständig identisch sind, würden entsprechende Abweichungen

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möglicherweise auch bei der Einstellung des Werkstücks in zwei aufeinanderfolgenden Stationen auftreten. Befinden sich aber die Richtstation und die Prüfstation zwei Drehschritte auseinander, so wird in jedem Fall dieselbe Nockenscheibe zur Einstellung des Werkstücks in die Richtstation und in die Prüfstation wirksam, so daß sich eine Abweichung der Nockenform auf die Genauigkeit bei der Einstelluna in der Prüfstation nicht auswirken kann.

DocRet FI 970 072 _2og839/onO

Claims (1)

1. PATE Π TA N SPRÜCHE

   Einrichtung zum Ausrichten eines flachen kleinen Werkstücks, z.B. einer integrierten Schaltungseinheit/ in eine definierte Lage, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (45; 50) parallel zu seinen Flächen verschiebbar an einer Halterung, z.B. einer Vakuumdüse (17), gelagert ist und beiderseits des Werkstücks zwei in eine durch Anschläge (35b, 36b) vorbestimmte, der Ausrichtstellung des Werkstücks entsprechende Schließstellung zueinander schwenkbare Arme (30, 31) vorgesehen sind, von denen der eine federnd ausgebildete Anlageelemente (41, 42) und der andere eine der Werkstückform angepaßte starre Anlagefläche (40, 43; 47, 48) aufweist.

   Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Anlagefläche als Backen (40) mit einem der Außenkante des Werkstücks (45) angepaßten, z.B. V-förmigen Ausschnitt (43) ausgebildet ist.

   Einrichtung nach Anspruch 1, zum Ausrichten einer integrierten Schaltungseinheit für einen Bearbeitungs- oder Prüfvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Anlagefläche als in Richtung ihrer Normalen elastisch am Arm (30) befestigte Platte (47) ausgebildet ist und eine Kante (48) zur Aufnahme einer Kontaktfläche (49) der Schaltungseinheit aufweist.

   4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (30, 31) durch zugeordnete Elektromägnete (37, 38) einzeln betätigbar sind.

   5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die aufeinand^r olgende Abschaltung der Elektromagneten (38, 37) nach beendeter Ausrichtung, derart, daß zuerst der dem

   D«x*.t Π 970 072 _20983g/0n0

   Arm (31) mit den federnd ausgebildeten Anlageelementen (41, 42) zugeordnete Elektromagnet (3B) unwirksam wird.

   DocKet FI 9 70 O72 _{2 Q} g g 3 g _{; Q}