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Diese Erfindung betrifft allgemein
das genaue Positionieren von schweren Gegenständen, und insbesondere eine
Vorrichtung zum Positionieren des Testkopfabschnitts einer automatischen
Testeinrichtung.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Hersteller von Halbleiterchips und
-baugruppen verwenden automatische Testeinrichtungen ("ATE"), um die Gerätefunktion
und -leistung zu überprüfen. Diese
Hersteller prüfen
Halbleiterchips vorzugsweise so früh wie möglich im Herstellungsverfahren,
um die Kosten der Verarbeitung schadhafter Geräte zu vermeiden. Ein Gerät, das "Prober" genannt wird, hält Chips
ohne Gehäuse
zum Prüfen durch
die ATE. Ein Gerät,
das "Handler" genannt wird, hält Chips
mit Gehäuse.
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ATE-Systeme schließen typischerweise
einen "Testkopf" ein. Der Testkopf
nimmt Teile der ATE auf, die vorzugsweise so nahe wie möglich an
dem gerade geprüften
Gerät angeordnet
werden, und wird über
ein oder mehrere Kabel mit einem Hauptgehäuse der ATE verbunden. Um ein
Gerät zu
prüfen,
wird der Testkopf an dem Prober oder dem Handler "angedockt" oder befestigt,
und die ATE prüft
den Chip.
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Einschränkungen bezüglich der Prüfung von Halbleitern
machen es unzweckmäßig, die
Chips zum Testkopf zu bewegen. Bei den meisten modernen Herstellungsanlagen
bleibt der Prober oder der Handler, der die Chips hält, feststehend,
und der Testkopf wird bewegt, um an den Prober oder den Handler
anzudocken.
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Die ATE bewegt den Testkopf unter
Verwendung eines Geräts,
das "Manipulator" genannt wird, zu
dem Prober oder dem Handler. Manipulatoren müssen eine komplizierte und
schwierige Menge von Anforderungen erfüllen. Zuerst muß der Manipulator in
der Lage sein, schwere Testköpfe
zu handhaben. Testköpfe
für Hochleistungs-ATE
können
Hunderte oder sogar Tausende von Kilogramm wiegen.
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Außerdem muß der Manipulator in der Lage sein,
die Ausrichtung des Testkopfs zu verändern, um zu ermöglichen,
daß der
Testkopf an eine breite Auswahl von Probern/Handlern andockt. Manche
Prober/Handler erfordern, daß der
Testkopf in Vertikalrichtung positioniert wird, und andere erfordern,
daß er
in Horizontalrichtung positioniert wird. Noch andere erfordern,
daß der
Testkopf in einem Winkel zwischen der Horizontalen und der Vertikalen
ausgerichtet wird.
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Der Manipulator muß eine "Übereinstimmung" um verschiedene
Rotationsachsen gewährleisten.
Die "Übereinstimmung" ist der Rotationsbereich, über den
ein Testkopf eingestellt werden kann, um den Testkopf an den Prober/Handler
anzudocken, sobald der Manipulator den Testkopf annähernd in
Position bringt. Das Erreichen der Übereinstimmung ist besonders
schwierig, falls ein Testkopf schwer ist, weil der Manipulator gut
ausbalanciert werden muß und
eine ausreichend niedrige Reibung haben muß, um zu ermöglichen,
daß Feineinstellungen
vorgenommen werden.
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Der Manipulator muß ebenfalls
in den auf dem Prüffeld
verfügbaren
physischen Raum passen. ATE-Systeme integrieren sich allgemein mit
vorhandenen Prüfanlagen,
von denen viele einen außerordentlich
begrenzten verfügbaren
Feldraum haben. Da Testköpfe
wachsen und zunehmend schwer werden, neigen Manipulatoren dazu,
proportional zu wachsen. Oft ist auf dem Prüffeld wenig Raum vorhanden,
um sich dem Wachstum des Manipulators anzupassen.
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Frühere Manipulatorkonstruktionen
haben versucht, dieser schwierigen Menge von Anforderungen durch
das Bereitstellen von parallelen Gabelarmen zum Halten eines Testkopfs
von seinen Seiten zu begegnen. Nach diesen Konstruktionen schließt der Testkopf
auf jeder Seite einen Adapter ein, um einen der Gabelarme des Manipulators
aufzunehmen. Die Gabelarme vereinigen sich hinter dem Testkopf und
bilden einen einzigen Schaft. Der Manipulator kann den Schaft anheben,
um die Höhe
des Testkopfs einzustellen, und den Schaft drehen, um den Winkel
des Testkopfs einzustellen. Jeder Gabelarm schließt ein an
den jeweiligen Adapter auf jeder Seite des Testkopfs gekoppeltes
Rotationslager ein. Die Rotationslager ermöglichen, daß sich der Testkopf in einer
Aufwärts-Abwärts- oder
einer "Taumel"-Richtung (unten
beschrieben) dreht.
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Für
schwere Testköpfe
werden die Gabelarme des Manipulators übermäßig dick. Je schwerer der Testkopf
ist, desto dicker müssen
die Gabelarme sein. Außerdem
schließen
die Gabelarme allgemein mechanische Teile ein, die eine Übereinstimmung um
verschiedene Rotationsachsen gewährleisten. Für größere Testköpfe sind
allgemein größere mechanische
Teile erforderlich, und die Gabelarme werden noch dicker. Dicke
Gabelarme überlagern
sich mit benachbarter Ausrüstung
und stehen in Widerspruch zu der Anforderung, daß der Manipulator in den auf
dem Prüffeld
verfügbaren
Raum paßt.
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Darüber hinaus verwendet der Gabelarmmanipulator
getrennte Sätze
von mechanischen Teilen, um eine Übereinstimmung um verschiedene
Rotationsachsen zu erreichen. Zum Beispiel wird eine Rotation um
die "Theta"- und die "Taumel"-Achse (unten beschrieben)
durch Teile innerhalb jedes der zwei Gabelarme gewährleistet.
Die Rotation um die "Dreh"-Achse (unten beschrieben)
wird durch Teile gewährleistet,
die hinter dem Testkopf an den Schaft gekoppelt werden. Die Erfordernis
unterschiedlicher Teile an unterschiedlichen Stellen innerhalb des
Manipulators, um eine Übereinstimmung
zu erreichen, erhöht
die Komplexität
des Manipulators und nimmt wieder zusätzlichen Raum ein.
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WO 9849569 beschreibt einen Manipulator zum
Positionieren und Ausrichten eines Testkopfs, der einen länglichen
Schwenkarm, der sich längs
einer Mittelachse von einem Bereich außerhalb des Testkopfs zum Testkopf
erstreckt, und eine im äußeren Bereich
des Testkopfs angeordnete Schnittstellenkupplung umfaßt. Die
Schnittstelle hat einen ersten, an den Schwenkarm gekoppelten, Abschnitt
und einen zweiten, an den Testkopf gekoppelten, Abschnitt. Der erste
und der zweite Abschnitt können sich
frei im Verhältnis
zueinander drehen, in Übereinstimmung
mit wenigstens einer Rotationsachse.
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WO 9626446 beschreibt ein Verfahren
zum Zusammenbauen eines Testkopfs zur Verwendung mit einem Manipulator.
Der Manipulator hat eine Wiegenbaugruppe zum Halten des Testkopfrahmens. Die
Wiege hat einen hinteren Abschnitt und einen rechten und einen linken
Arm. Jeder Arm schließt längs seiner
Länge ein
Paar von Schienen ein, wobei ein Schlitten auf den Schienen läuft. Der
Testkopfrahmen wird durch ein Drehgelenk auf dem Schlitten angebracht,
was eine Bewegung längs
der Richtung des Schienen und eine Drehbewegung um die Drehgelenke
ermöglicht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts des vorstehenden Hintergrunds ist
es ein Ziel der Erfindung, einen Manipulator bereitzustellen, der
verhältnismäßig wenig
Raum einnimmt, selbst wenn er mit schweren Testköpfen verwendet wird.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist
es, auf eine verhältnismäßig einfache
Weise für
einen Testkopf Übereinstimmung
um verschiedene Rotationsachsen zu gewährleisten.
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Um die vorstehenden Ziele und andere
Ziele und Vorzüge
zu erreichen, schließt
ein Manipulator ein längliches
Blatt ein, das sich längs
einer Mittelachse von einem Bereich außerhalb eines Testkopfs in
einen Innenbereich des Testkopfs erstreckt. Der Manipulator schließt eine
im Innenbereich des Testkopfs angeordnete Schnittstellenkupplung
ein. Die Schnittstellenkupplung hat einen ersten, an das längliche
Blatt gekoppelten, Abschnitt und einen zweiten, an den Testkopf
gekoppelten, Abschnitt. Der erste und der zweite Abschnitt können sich
in Übereinstimmung
um wenigstens eine Rotationsachse frei im Verhältnis zueinander drehen.
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Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der
Erfindung schließt
ein Manipulator eine Aussteifung, feststehend am Testkopf befestigt
und mit einem oberen, einem unteren und einem hinteren Abschnitt,
ein. Ein längliches
Blatt erstreckt sich zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt
der Aussteifung und vor dem hinteren Abschnitt der Aussteifung in
einen Innenbereich des Testkopfs. Der Manipulator schließt eine
Schnittstellenkupplung ein, die einen ersten, an das längliche
Blatt gekoppelten, Abschnitt und einen zweiten, an die Aussteifung
gekoppelten, Abschnitt hat. Der erste und der zweite Abschnitt der
Schnittstellenkupplung können
sich in Übereinstimmung
um wenigstens eine Rotationsachse frei im Verhältnis zueinander drehen.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung schließt
ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Testkopfs zur Verwendung mit
einem Manipulator das Bereitstellen einer Aussteifung mit einem
oberen, einem unteren und einem hinteren Abschnitt ein. Das Verfahren
schließt
das Einsetzen eines länglichen
Blatts in einen Innenbereich zwischen dem oberen und dem unteren
Abschnitt der Aussteifung und vor dem hinteren Abschnitt der Aussteifung
und das Befestigen des länglichen
Blatts an der Aussteifung ein. Das Verfahren schließt ebenfalls das
Befestigen des entsprechenden ersten und zweiten Abschnitts des
Testkopfs an linken und rechten Montageflächen der Aussteifung ein.
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Zusätzliche Ziele, Vorzüge und neuartige Merkmale
der Erfindung werden offensichtlich aus einer Betrachtung der folgenden
Beschreibung und der Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird besser zu verstehen
sein unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung
und die beigefügten
Zeichnungen, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines zusammengebauten Manipulators und
Testkopfs nach einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist,
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2 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Manipulators von 1 ist, welche die Bauteile
an der Schnittstelle zwischen dem Manipulator und dem Testkopf zeigt,
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3 eine
Querschnittsansicht der Schnittstelle zwischen dem Manipulator und
dem Testkopf, längs
der Schnittlinie S–S
von 4, ist und
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4 eine
teilweise zusammengebaute perspektivische Ansicht des Manipulators
und des Testkopfs nach der Erfindung ist, welche die Befestigung des
Testkopfs am Manipulator und die Übereinstimmung um unterschiedliche
Rotationsachsen zeigt.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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1 illustriert
einen Manipulator und einen Testkopf nach der Erfindung. Ein Manipulator 100 trägt einen
Testkopf 110 von einem Bereich innerhalb des Testkopfs 110 aus
und schließt
die Notwendigkeit äußerer Arme
aus. Der Manipulator 100 dreht den Testkopf auf einem Drehlager 114 zwischen
horizontalen und vertikalen Ausrichtungen und schwenkt den Testkopf
am Ende eines horizontalen Elements 116 auf einem Kipplager 122.
Der Manipulator 100 hebt und senkt den Testkopf auf einem
Paar von linearen Lager 124, bereitgestellt an einem Heberelement 118.
Der Manipulator 100 schließt außerdem eine Basis 120 ein,
die vorzugsweise Abstützfüße 126 einschließt.
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Der Testkopf 110 besteht
aus wenigstens zwei Abschnitten: einem rechten Abschnitt 110a und einem
linken Abschnitt 110b. Der rechte und der linke Abschnitt
des Testkopfs 110 werden jeweils an einer rechten und einer
linken Fläche
einer Aussteifung 112 befestigt. Die Aussteifung 112 trägt dazu
bei, das Gewicht des Testkopfs 110 zu tragen, das bei der
vorliegenden Ausführung
2500 Pfund (1000 kg) überschreiten
kann. Die Aussteifung 112 schließt außerdem eine Schnittstellenkupplung
ein, die den Manipulator mit dem Testkopf verbindet.
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Testköpfe schließen typischerweise mit Leiterplatten
gefüllte
elektrische Rückwandplatinen
ein. Allgemein wird ein Raum zwischen benachbarten Rückwandplatinen
bereitgestellt, um eine Luftströmung
und den Zugang zu den Leiterplatten zu fördern. Wir haben erkannt, daß dieser
Raum ebenfalls dafür
genutzt werden kann, die Aussteifung 112 zum inneren Stützen des
Testkopfs bereitzustellen. Da dieser Raum bereits bereitgestellt
wird, nimmt die Aussteifung 112 innerhalb des Testkopfs 110 wenig zusätzlichen
Raum ein.
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Die zwei Abschnitte 110a und 110b des
Testkopfs haben vorzugsweise ähnliche
Größe, Form, Gewicht
und Gewichtsverteilung, um das Drehmoment des Testkopfs um das Drehlager 114 klein
zu halten. Als Alternative dazu sind die zwei Abschnitte des Testkopfs
verschieden, werden aber im Verhältnis
zur Aussteifung 112 ausbalanciert, um das Drehmoment zu
verringern.
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Der Manipulator schließt vorzugsweise
Motoren (nicht gezeigt) auf dem Drehlager 114 und den linearen
Lagern 124 ein. Ein Motor für das Kipplager 122 kann
ebenfalls eingeschlossen sein. Die Motoren bewegen den Testkopf
und richten ihn in einer annähernden
Position und einem annähernden
Winkel zum Prüfen
aus. Danach wird der Testkopf durch Feineinstellen der Position
und Ausrichten des Testkopfs innerhalb des Übereinstimmungsbereichs des Manipulators
an einen Prober/Handler angedockt. Wie in 1 gezeigt wird, kann der Manipulator
den Testkopf zum Andocken an eine Vielzahl von unterschiedlichen
Probern/Handlern über
einem weiten Bereich bewegen und drehen.
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Die Einzelheiten der Basis 120,
des Heberelements 118, des horizontalen Elements 116 und
der Lager 114, 122, 124 des Manipulators 100 werden zur
Illustration bereitgestellt, um zu zeigen, wie ein innen gestützter Testkopf
bewegt und ausgerichtet werden kann. Diese Einzelheiten können innerhalb des
Rahmens der Erfindung beträchtlich
verändert werden.
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2 illustriert
die mechanische Schnittstelle zwischen dem Manipulator 100 und
dem Testkopf 110 nach der Erfindung. Der rechte und der
linke Abschnitt 110a und 110b des Testkopfs 110 sind
der Klarheit wegen weggelassen worden. Wie in 2 gezeigt wird, schließt die Aussteifung 112 drei
Abschnitte ein, die zusammenkommen, um eine C-förmige Struktur zu bilden: einen
oberen Abschnitt
112a, einen hinteren Abschnitt 112b und
einen unteren Abschnitt 112c. Der obere, der untere und
der hintere Abschnitt können
als ein einziges Stück
(wie es gezeigt wird) hergestellt werden oder können als gesonderte Teile hergestellt
werden, die aneinander befestigt werden.
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Die Aussteifung hat eine rechte bzw.
eine linke Fläche 112d und 112e,
an denen der rechte und der linke Abschnitt des Testkopfs 110 unter
Verwendung von Befestigungselementen, wie beispielsweise Schrauben,
Muttern und Bolzen oder dergleichen, befestigt werden. Wahlweise
kann die Aussteifung Öffnungen
(nicht gezeigt) zwischen der rechten und der linken Fläche einschließen, die
Kabel zwischen dem rechten und dem linken Abschnitt des Testkopfs 110 leiten
und eine Luftströmung
fördern.
Die Aussteifung 112 muß nicht
die gesamte Breite und Tiefe des Testkopfs überspannen, wie es gezeigt
wird, sondern kann nur einen Mittelabschnitt des Testkopfs einnehmen.
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Der Manipulator 100 schließt ein längliches Blatt 210 ein,
das den Testkopf 110 innen stützt. Das längliche Blatt 210 erstreckt
sich von einem Bereich außerhalb
des Testkopfs in einen Innenbereich des Testkopfs, wo es an den
Testkopf gekoppelt wird. Außerhalb
des Testkopfs wird das längliche
Blatt 210 an einer Drehadapterplatte 214 befestigt.
Die Drehadapterplatte 214 wird an einem inneren Laufring 114a des
Drehlagers 114 befestigt, und ein äußerer Laufring 114b des
Drehlagers 114 wird am horizontalen Element 116 befestigt
(siehe 1). Das längliche Blatt 210 kann
folglich dazu gebracht werden, sich auf dem Drehlager 114 im
Verhältnis
zum horizontalen Element 116 zu drehen, und kann sonst
durch den Manipulator 100 bewegt und gedreht werden. Vorzugsweise
wird ein Motor (nicht gezeigt) auf der Drehadapterplatte 214 eingeschlossen.
Eine Zahnstangenbaugruppe (nicht gezeigt) erstreckt sich von der
Drehadapterplatte und nimmt einen Satz von äußeren Zähnen 114c des Drehlagers
in Eingriff, um eine Drehung des länglichen Blatts 210 zu
bewirken.
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Der innere und der äußere Laufring
des Drehlagers 114 werden vorzugsweise unter Verwendung
von Befestigungselementen, wie beispielsweise Bolzen, an der Drehadapterplatte 214 und
dem horizontalen Element 116 befestigt. Es können andere
Arten von Befestigungselementen verwendet werden. Vorzugsweise werden
Stifte bereitgestellt, um eine genaue Ausrichtung zu sichern. Das
längliche Blatt
wird vorzugsweise an die Drehadapterplatte 214 geschweißt, und
an der rechten und der linken Seite des länglichen Blatts werden angeschweißte Eckversteifungen 216 eingeschlossen,
um die Verbindung zu verstärken.
Wenn das längliche
Blatt 210 in Vertikalrichtung ausgerichtet wird, unterstützen die Eckversteifungen 216 das
Stabilisieren des Testkopfs 110. Wenn das längliche
Blatt in Horizontalrichtung ausgerichtet wird, tragen die Eckversteifungen 216 wesentlich
dazu bei, das Gewicht des Testkopfs zu tragen.
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Innerhalb des Testkopfs 110 wird
das längliche
Blatt 210 unter Verwendung eines Übergangseinsatzes 224 an
die Aussteifung 112 gekoppelt. Der Übergangseinsatz 224 schließt eine
obere bzw. eine untere Platte 224a und 224b, eine
hintere Platte 224c und eine rechte bzw. eine linke Platte 224d und 224e ein.
Diese Platten 224a bis e kommen zusammen, um eine
fünfseitige
Einfassung (siehe 4)
zu bilden. Die Stirnseite des Übergangseinsatzes
ist offen. Um zu ermöglichen,
daß Flächen des
rechten und des linken Abschnitts 110a und 110b des
Testkopfs, die an der Aussteifung befestigt werden, flach sind, ist
der Übergangseinsatz
vorzugsweise nicht breiter als die Aussteifung 112.
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Die obere und die untere Platte 224a und 224b des Übergangseinsatzes
werden an den oberen bzw. den unteren Abschnitt 112a und 112c der Aussteifung 112 gekoppelt.
Die rechte und die linke Platte 224d und 224e werden
an der oberen und der unteren Platte 224a und 224b befestigt.
Die hintere Platte 224c wird an der oberen, der unteren,
der rechten und der linken Platte befestigt. Es werden vorzugsweise
Befestigungselemente, zum Beispiel Schrauben, verwendet, um die
verschiedenen Platten des Übergangseinsatzes
zusammenzuhalten. Die hintere Platte 224c wird außerdem unter
Verwendung einer Leitspindel 226 am hinteren Abschnitt 112b der
Aussteifung befestigt. Der Übergangseinsatz 224 wird
folglich innerhalb der Aussteifung 112 fest an seinem Platz
im Verhältnis
zum Testkopf gehalten.
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Das längliche Blatt 210 tritt
in den Übergangseinsatz
ein und wird unter Verwendung einer Schnittstellenkupplung an denselben
gekoppelt. Die Schnittstellenkupplung schließt einen ersten, an das längliche
Blatt 210 gekoppelten, Abschnitt und einen zweiten, an
den Übergangseinsatz 224 gekoppelten, Abschnitt
ein. Der erste und der zweite Abschnitt der Schnittstellenkupplung
werden aneinandergekoppelt und können
sich frei um wenigstens eine Rotationsachse drehen.
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Vorzugsweise schließt die Schnittstellenkupplung
ein Kugellager 246 ein. Wie bekannt ist, schließt ein Kugellager
einen inneren Laufring mit einer kugelförmigen Gestalt und einem Loch
zum Aufnehmen einer Welle ein. Das Kugellager schließt außerdem einen äußeren Laufring
ein, der geformt ist wie ein kugelförmiger Hohlraum. Das Kugellager
wird vorzugsweise zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring geschmiert,
um eine Bewegung mit niedriger Reibung zu gewährleisten. Als Alternative
dazu können
sich der innere und der äußere Laufring
auf Rollenlagern bewegen. Der innere und der äußere Laufring des Kugellagers
können
sich im Verhältnis zueinander
um alle Rotationsachsen drehen. Das Kugellager kann Lasten sowohl
in seiner normalen Konfiguration, bei der die Welle horizontal angeordnet
wird, als auch in seiner Druckposition, bei der die Welle vertikal
angeordnet wird, handhaben.
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Das Kugellager 246 wird
innerhalb eines Lochs 210a des länglichen Blatts 210 angeordnet. Eine
rechte und eine linke Halteplatte 250 und 242 werden
am länglichen
Blatt 210 befestigt und klemmen den äußeren Laufring des Kugellagers 246 an das
längliche
Blatt 210. Eine Welle 244 geht durch den inneren
Laufring des Kugellagers hindurch und nimmt denselben in Eingriff.
Der Außendurchmesser der
Welle 244 ist kleiner als die Innendurchmesser der Halteplatten 250 und 242,
um zu ermöglichen, daß sich die
Welle um verschiedene Rotationsachsen dreht, ohne sich mit den Halteplatten
zu überlagern.
Ein Abstandsstück 248 zentriert
das Kugellager 246 innerhalb des Übergangseinsatzes 224,
und die Welle 244 nimmt Löcher in der rechten und der
linken Platte des Übergangseinsatzes 224 in
Eingriff, in denen die Welle feststehend an den Platten befestigt wird.
Bei dieser Anordnung wird der innere Laufring des Kugellagers auf
den Testkopf bezogen, und der äußere Laufring
wird auf den Manipulator bezogen.
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Die Übereinstimmung des Manipulators
um alle Rotationsachsen wird dadurch unter Verwendung eines einzigen
Bauteils, des Kugellagers 246, erreicht. Der Übereinstimmungsbereich
wird durch die relativen Abmessungen des länglichen Blatts 210 und
des Übergangseinsatzes 224 begrenzt.
Oberhalb und unterhalb des länglichen
Blatts werden Puffer 222 an der Aussteifung befestigt,
um den Übereinstimmungsbereich
um eine Achse sicher zu begrenzen. Weitere Puffer können innerhalb
des Übergangseinsatzes
bereitgestellt werden, um den Übereinstimmungsbereich
um weitere Achsen sicher zu begrenzen. Die Puffer bestehen vorzugsweise
aus Gummi oder einem anderen festen, zusammendrückbaren Material.
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3 illustriert
den Übergangseinsatz 224 im
Querschnitt, wobei der Querschnitt längs der Linie S-S von 4, durch die Mitte des Kugellagers 246, vorgenommen
wird. Wie in 3 gezeigt
wird, geht die Welle 244 durch den inneren Laufring 246a des Kugellagers 246 hindurch
und wird an der linken und der rechten Platte 224e und 224d des Übergangseinsatzes
befestigt. Die Welle 244 wird an beiden Enden mit Gewinde
versehen. Die Gewindegänge
am linken Ende der Welle 244 nehmen eine Mutter 240 in
Eingriff, die innerhalb einer Aussparung 314 innerhalb der
linken Platte 224e angeordnet wird. Die Gewindegänge am rechten
Ende der Welle 244 nehmen ein Gewindeloch in der rechten
Platte 224a des Übergangseinsatzes
in Eingriff. Die Rückseite
der Mutter 240 liegt vorzugsweise bündig mit der linken Kante der
linken Platte. Die Mutter 240 ist vorzugsweise eine Flachformmutter,
wie beispielsweise eine "Klammer"-Mutter.
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Die linke Platte 224e schließt vorzugsweise einen
Vorsprung 316 ein. Der Vorsprung 316 gewährleistet
der linken Platte eine zusätzliche
Festigkeit im Bereich gegenüber
der Aussparung 314. Die Welle 244 schließt vorzugsweise
einem Absatz 244a zwischen dem Vorsprung 316 und
dem inneren Laufring 246a des Kugellagers ein, der einen
richtigen Zwischenraum zwischen denselben aufrechterhält.
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Das Abstandsstück 248 wird zwischen
dem inneren Laufring 246a des Kugellagers und der rechten
Platte 224d des Übergangseinsatzes
angeordnet. Das Abstandsstück
erhält
einen richtigen Zwischenraum zwischen dem inneren Laufring und der rechten
Platte aufrecht und zentriert den inneren Laufring 246a innerhalb
des Übergangseinsatzes 224.
Das Abstandsstück 248 hat
vorzugsweise einen erweiterten Abschnitt angrenzend an die rechte
Platte 224d, um eine zusätzliche Festigkeit zu gewährleisten.
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Der äußere Laufring 246b des
Kugellagers wird unter Verwendung der Halteplatten 242 und 250 und
von Schrauben 310, die Gewindelöcher 312 in Eingriff
nehmen, an das längliche
Blatt 210 geklemmt. Das längliche Blatt 210 hat
vorzugsweise einen ausgesparten Bereich 210b, an dem die
Halteplatten befestigt werden. Die Breite des ausgesparten Bereichs 210b des
länglichen
Blatts ist geringfügig
kleiner als die Breite des äußeren Laufrings 246b des
Kugellagers. Folglich übt
ein Anziehen der Schrauben 310 (i. Orig. hier: 410.
Anm. d. Ü.)
in das längliche
Blatt 210 eine Druckkraft auf den äußeren Laufring 246b aus,
die den äußeren Laufring
fest an dem länglichen
Blatt hält.
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Die Schrauben 310 können durch
andere Befestigungselemente ersetzt werden. Zum Beispiel könnte eine
Schraube durch ein Loch 312 in der einen Halteplatte, durch
das längliche
Blatt 210 und durch ein anderes Loch 312 in der
anderen Halteplatte verlaufen, wo sie eine Mutter, wie beispielsweise eine
Klammermutter, in Eingriff nimmt.
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Bei einer Rückkehr zu 2 wird der Übergangseinsatz 224 vorzugsweise
nicht feststehend an der Aussteifung 112 befestigt. Statt
dessen wird er über
eine lineare Lagerbaugruppe an der Aussteifung befestigt. Der Zweck
der linearen Lagerbaugruppe ist es, zu ermöglichen, daß der Testkopf 110 vor-
und zurückbewegt
wird, um den Testkopf auf dem Kugellager auszubalancieren. Bei einem
Ausführungsbeispiel
werden sowohl die obere als auch die untere Platte 224a und 224b des Übergangseinsatzes
an einem Paar von Wagen 218 befestigt. Eine Schiene 220 wird
an jeder Innenseite des obersten der unteren Abschnitte der Aussteifung 112 befestigt. Die
Wagen nehnen die Schienen in Eingriff und ermöglichen, daß der Übergangseinsatz vor- und zurückbewegt
wird. Die Wagen und die Schienen schränken die Bewegung des Übergangseinsatzes
in allen Richtungen, mit Ausnahme der Vorwärts-Rückwärts-Richtung,
ein.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel (nicht
gezeigt) wird nur die eine der oberen und der unteren Platten des Übergangseinsatzes
mit Wagen versehen, und die andere Platte wird mit einer Führung (nicht
gezeigt) versehen. Anders als die Wagenkupplung, die jede Bewegung
längs einer
Schiene, mit Ausnahme in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung, einschränkt, schränkt die
Führungskupplung
nur die seitliche Bewegung auf der Schiene ein. Die Führung kann
sich folglich frei sowohl vor- und zurück- als auch auf- und abbewegen.
Das Gewicht des Testkopfs 110 kann bewirken, daß sich der
obere und der untere Abschnitt der Aussteifung 112 auseinanderspreizen
oder zusammendrücken.
Die Führung
ermöglicht,
daß sich
die Abmessungen der Aussteifung unter dem Gewicht des Testkopfs
verändern,
während
der Übergangseinsatz über der
Schiene zentriert bleibt. Die Verwendung eines Wagen-Schiene-Lagers und eines
Führung-Schiene-Lagers
mindert folglich die Notwendigkeit eines genauen Bemessens der Aussteifung.
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Der Übergangseinsatz 224 wird
unter Verwendung eines linearen Einstellmechanismus' längs der
linearen Lagerbaugruppe bewegt. Der lineare Einstellmechanismus
schließt
eine Leitspindel 226, einen Gewindeeinsatz 228,
einen Leitspindelanschluß 230 und
ein Adapterstück 232 ein.
Der Gewindeeinsatz 228 wird an der Rückseite der Aussteifung 112 befestigt,
und die Leitspindel 226 wird durch den Gewindeeinsatz geschraubt.
Der Leitspindelanschluß 230,
das Adapterstück 232 und
die hintere Platte 224e des Übergangseinsatzes werden alle
unter Verwendung von Befestigungselementen, zum Beispiel Schrauben,
aneinander befestigt. Die Leitspindel 226 wird durch den
Leitspindelanschluß 230 festgehalten
und kann sich ohne Vorschieben oder Zurückziehen frei drehen, d.h.,
der Leitspindelanschluß 230 hat
kein Gewinde. Wenn die Leitspindel 226 gedreht wird, wird
sie innerhalb des Gewindeeinsatzes 228 vorgeschoben und
zurückgezogen.
Der Übergangseinsatz
wird entsprechend längs
der Schienen 220 bewegt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden die Leitspindel 226 und der Leitspindelanschluß 230 als
ein Satz beschafft, der unter Verwendung des Adapterstücks 232 am Übergangseinsatz
befestigt wird. Als Alternative dazu könnte der Leitspindelanschluß 230 dafür geeignet sein,
unmittelbar am Übergangseinsatz
befestigt zu werden. In diesem Fall könnte das Adapterstück 232 weggelassen
werden.
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Als Alternative dazu wird der Gewindeeinsatz 228 an
der Innenseite des hinteren Abschnitts 112b der Aussteifung
befestigt, und es wird eine kürzere
Leitspindel bereitgestellt, die nicht aus der Rückseite der Aussteifung vorsteht.
Eine Bewegung des Übergangseinsatzes
wird durch Einsetzen eines Werkzeugs in ein Loch an der Rückseite
der Aussteifung, das in einer Linie mit der Leitspindel liegt, und In-Eingriff
Nehmen der Leitspindel erreicht. Wenn die Leitspindel gedreht wird,
wird der Übergangseinsatz wie
zuvor vorgeschoben und zurückgezogen.
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4 illustriert
den Manipulator und den Testkopf in einem Teilstadium des Zusammenbaus. Der Übergangseinsatz 224 und
der lineare Einstellmechanismus werden vollständig eingebaut innerhalb der
Aussteifung 112 gezeigt.
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Ein Pfeil 410 illustriert
die Rotation des Testkopfs in Übereinstimmung
um eine Achse, die allgemein als "Drehung" bekannt ist. Der Bediener kann den
Testkopf dadurch um die Drehachse bewegen, daß er den Testkopf in der Richtung
(oder in der entgegengesetzten Richtung) des Pfeils 410 dreht.
Der Testkopf dreht sich auf dem Kugellager 246. Die Aussteifung 112 und
der Übergangseinsatz 224 behalten alle
eine feststehende Position und einen feststehenden Winkel im Verhältnis zum
Testkopf 110 und drehen sich alle zusammen im Verhältnis zum
länglichen Blatt 210.
Der Übereinstimmungsbereich
in der Drehrichtung wird durch die relativen Abmessungen des Übergangseinsatzes 224 und
des länglichen
Blatts 210 bestimmt. Je breiter der Übergangseinsatz 224 im
Verhältnis
zur Breite des länglichen
Blatts 210 ist, desto größer ist der Übereinstimmungsbereich
um die Drehachse.
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Der Pfeil 414 illustriert
eine Drehung des Testkopfs um eine Achse, die allgemein als "Taumeln" bekannt ist. Der
Testkopf kann dadurch um die Taumelachse gedreht werden, daß der Testkopf
auf dem Kugellager 246 in der Richtung (oder in der entgegengesetzten
Richtung) des Pfeils 414 gedreht wird. Der Übereinstimmungsbereich
um die Taumelachse wird durch das Spiel zwischen dem oberen und
dem unteren Abschnitt der Aussteifung 112 und dem länglichen
Blatt 210 bestimmt. Die Puffer 222 begrenzen sicher
den Übereinstimmungsbereich
um die Taumelachse.
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Der Pfeil 416 illustriert
eine Drehung des Testkopfs um eine Achse, die allgemein als "Theta" bekannt ist. Der
Testkopf kann dadurch um die Theta-Achse gedreht werden, daß der Testkopf
auf dem Kugellager 246 in der Richtung (oder in der entgegengesetzten
Richtung) des Pfeils 416 gedreht wird. Je breiter der Übergangseinsatz
224 im Verhältnis zur
Breite des länglichen
Blatts 210 ist, desto größer ist der Übereinstimmungsbereich
um die Theta-Achse.
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Das Kugellager gewährleistet
folglich eine Übereinstimmung
um alle Rotationsachsen, um zu ermöglichen, daß der Testkopf an einen Prober
oder einen Handler andockt. Der Manipulator nach der Erfindung gewährleistet
unter Verwendung eines einzigen Bauteils, des Kugellagers 246,
an einer einzigen Stelle innerhalb des Übergangseinsatzes 224,
eine Übereinstimmung
um alle Rotationsachsen.
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Ein Testkopf kann nach dem folgenden
Verfahren für
eine Verwendung mit dem Manipulator 100 zusammengebaut
werden. Beginnend mit der Aussteifung 112, die einen oberen,
einen unteren bzw. einen hinteren Abschnitt 112a, 112b und 112c hat
und eine rechte und eine linke Montagefläche 112d und 112e hat,
wird das längliche
Blatt 210 in einen Innenbereich der Aussteifung eingesetzt.
Das längliche Blatt 210 wird
durch Zusammenbauen des Übergangseinsatzes
mit dem Kugellager an der Aussteifung 112 befestigt. Die
Wagen 218 (oder der Wagen und die Führung) werden in Eingriff mit
den Schienen 220 gebracht, und die Leitspindel 226 wird
an der hinteren Platte 224c des Übergangseinsatzes befestigt.
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Nach einem Ausführungsbeispiel wird der Übergangseinsatz
vorher an das längliche
Blatt 210 angebaut, bevor das längliche Blatt in die Aussteifung
eingesetzt wird. Als Alternative dazu wird der Übergangseinsatz in situ innerhalb
der Aussteifung 112 eingebaut.
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Nachdem die Aussteifung 112,
der Übergangseinsatz 224,
das längliche
Blatt 210 und die Leitspindel 226 zusammengebaut
sind, werden der rechte und der linke Abschnitt 110a und 110b des Testkopfs
an der Aussteifung 112 befestigt. Die Befestigung wird
vorzugsweise unter Verwendung von Befestigungselementen, wie beispielsweise
Schrauben, Muttern und Bolzen oder dergleichen, ausgeführt.
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Sobald der Testkopf 110 befestigt
ist, können Kabel
und Kühlung
(nicht gezeigt) eingebaut werden. Danach wird der Testkopf durch
Betätigen
der Leitspindel 226 auf dem Kugellager 246 ausbalanciert. Ein
Drehen der Leitspindel 226 bewegt den gesamten Testkopf 110 längs der
Schienen 220 vor oder zurück. Der Testkopf ist ausbalanciert,
wenn er nicht dazu neigt, sich um die Taumelachse 314 zu drehen, wobei
der Testkopf, wie es in 4 gezeigt
wird, vertikal ausgerichtet wird. Das Ausbalancieren des Testkopfs
macht es leichter, den Testkopf in Übereinstimmung zu drehen, und
macht es folglich leichter, den Testkopf an den Prober oder den
Handler anzudocken.
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Wenn der Testkopf 110 so
zusammengebaut wird, liegt ein Teil dessen, was allgemein als der
Manipulator 100 angesehen wird, innerhalb des Testkopfs 110.
Falls unterschiedliche Testköpfe
mit einem einzigen Manipulator verwendet werden sollen, sollte jeder
Testkopf vorzugsweise, zusätzlich
zu seiner eigenen Aussteifung 112, sein eigenes längliches
Blatt 210, seine Drehadapterplatte 214 und seinen Übergangseinsatz 224 einschließen. Folglich
muß zum Befestigen
eines Testkopfs am Manipulator nur die Drehadapterplatte 214 am
Drehlager 114 befestigt werden. Die Unterbrechung zwischen
den Teilen, die beim Testkopf bleiben, und denjenigen, die beim
Manipulator bleiben, kann nach Zweckmäßigkeit verändert werden. Zum Beispiel
könnte,
falls es zweckmäßig ist,
ein Testkopf mit einem daran befestigten Drehlager 114 aufbewahrt
werden.
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Während
ein Ausführungsbeispiel
beschrieben worden ist, können
zahlreiche alternative Ausführungsbeispiele
oder Variationen hergestellt werden. Zum Beispiel können die
lineare Lagerbaugruppe und der lineare Einstellmechanismus variiert
oder völlig
weggelassen werden. Statt durch Bewegen des Testkopfs im Verhältnis zum
Kugellager kann der Testkopf durch Anbringen von Gewichten innerhalb oder
außerhalb
des Testkopfs ausbalanciert werden. Als Alternative dazu kann der
Testkopf durch die Konstruktion inhärent ausbalanciert werden.
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Der Übergangseinsatz 224 kann
durch eine beliebige Struktur innerhalb des Testkopfs ersetzt werden,
die einen Laufring des Kugellagers in Eingriff nimmt. Zum Beispiel
kann der Testkopf selbst mit einem Paar von Anschlüssen versehen
werden, welche die Welle 244 aufnehmen, die an den inneren Laufring
des Kugellagers gekoppelt wird.
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Die Aussteifung 112 kann
variiert oder weggelassen werden. Die zwei Abschnitte des Testkopfs 110 können umgeformt
werden, so daß sie
unmittelbar aneinander befestigt werden, und können in jeweils gegenüberliegenden
Flächen
einen ausgesparten Bereich bereitstellen, um Raum für das längliche Blatt 210 bereitzustellen.
Wände der
Testkopfabschnitte können
verstärkt
werden, oder zahlreiche, kleinere Aussteifungen können die
erforderliche Festigkeit gewährleisten.
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Das Kugellager 246 kann
durch gesonderte kreisförmige
Lager oder durch ein Universalgelenk ersetzt werden. Zum Beispiel
könnte
ein Universalgelenk eine Übereinstimmung
längs wenigstens zweier
Rotationsachsen gewährleisten.
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Daher sollte es sich allgemein verstehen, daß die Erfindung
diese und andere absehbare Variationen einschließt und nur durch den Rahmen
der angefügten
Ansprüche
begrenzt werden sollte.