WO2006128475A1 - Verfahren und vorrichtung zum testen oder kalibrieren eines gehäusten drucksensors - Google Patents

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WO2006128475A1
WO2006128475A1 PCT/EP2005/005729 EP2005005729W WO2006128475A1 WO 2006128475 A1 WO2006128475 A1 WO 2006128475A1 EP 2005005729 W EP2005005729 W EP 2005005729W WO 2006128475 A1 WO2006128475 A1 WO 2006128475A1
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WO
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pressure
test
pressure sensor
gripper
sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/005729
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter ZIMMER
Johann Slotkowski
Holger Vogt
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
    • G01L27/002—Calibrating, i.e. establishing true relation between transducer output value and value to be measured, zeroing, linearising or span error determination
    • G01L27/005—Apparatus for calibrating pressure sensors

Definitions

  • the present invention relates to the testing and / or calibration of pressure sensors and in particular to the testing and / or calibration of housed pressure sensors ren.
  • pressure sensors are used in technical devices at an increasing number of points for control or monitoring or monitoring.
  • pressure sensors have recently been used in the automotive industry to monitor the tire pressure of an automobile in order to detect a plate and thus an accident risk at an early stage and, where appropriate, trigger countermeasures or the like.
  • pressure sensors in silicon technology usually takes place at the wafer level.
  • a plurality of pressure sensors are formed with optionally associated integrated circuit.
  • Each pressure sensor comprises a pressure-sensitive section with a mechanical-electrical converter.
  • the associated integrated circuit may include an A / D converter, a programmable memory such as an EEPROM for storing calibration data, and a suitable processing unit for calibrating the analog or digitized output values from the mechanical-to-electrical converter using the calibration data.
  • the wafer is separated to obtain the isolated pressure sensors.
  • the isolated pressure sensors are housed by being inserted or poured, for example, in a housing, so that they have a housing with pads or contact surfaces and optionally a lid.
  • One Pressure sensor of the type just described is described for example in WO 91/12507 Al.
  • pressure sensors Due to adjustment errors and other production tolerances, the production of pressure sensors results in the rejection of faulty pressure sensors, which must be determined by a test and separated out. Again, with respect to the operational pressure sensors, it is necessary to calibrate them to meet a predetermined measurement accuracy requirement. Due to the fact that the pressure sensors are a mass product, it is desirable to be able to carry out the test and possibly the calibration of the isolated and the most accurate pressure sensors as inexpensively as possible.
  • One way to test and calibrate packaged pressure sensors is to serially feed them to different test stations after they are housed for measurement.
  • the housed pressure sensors are arranged in multiple on a test board and placed on the same then in a pressure chamber in which a predetermined pressure is set and read out via a suitable contacting the output of the housed pressure sensors at the set pressure.
  • the pressure sensors are supplied in this way different pressure chambers for different pressures.
  • the resulting measurement data are used to determine calibration data for the individual pressure sensors and to write them via calibration pads into programmable memories of the pressure sensors.
  • the pressure chambers can have different temperatures and the calibration or writing process can be carried out either within the test station or test chamber or at a separate test station.
  • a disadvantage of the above-described procedure for testing and calibrating packaged pressure sensors is in that the handling of the pressure sensors is complicated and expensive, since it requires frequent discontinuation of the pressure sensors on test stations and a resumption of the same.
  • WO 02/101348 A1 describes a test and a calibration of pressure sensors which takes place at the wafer level.
  • a wafer tester with a probe card is placed on the pressure sensor before the singulation and housing of the pressure sensors, so that a pressure-sensitive portion of the same is surrounded by a sealing lip of the wafer tester so that a pressure chamber above the pressure sensor is formed and so when applying predetermined pressures by the pressure sensor in response to the pressure generated output signals can be received and evaluated.
  • This procedure is advantageous in that after a negative test faulty pressure sensors no longer need to be housed. However, of course, this approach can not be detected errors that arise only by the isolation or housing.
  • the placement of the sealing lip on the wafer requires a high positioning accuracy in order to avoid damage to the wafer, so that here too, the handling or positioning of the movable part, namely the wafer tester, consuming, namely particularly time-consuming.
  • the contact pressure of the wafer tester with respect to the wafer is of course extremely limited, so that the procedure only works in the vacuum range.
  • the object of the present invention is to provide a method and an apparatus for testing or calibrating a pressure sensor, which allow a higher throughput of the isolated or housed sensors.
  • the gist of the present invention is that only the simple act of setting a most accurate pressure sensor to a test station can be used to provide a situation that allows both the test and calibration of the pressure sensor when seated on the packaged pressure sensor the test station not only an output signal terminal of the pressure sensor is electrically connected to a test contact, but also the gripper and the test station are designed such that after setting, ie in the state that the pressure sensor is placed on the test station, the gripper the housing-mounted pressure sensor but still grasps or touches, the gripper and the test station defining a cavity adjacent at least to the pressure sensitive area of the packaged pressure sensor, such as surrounding the entire packaged pressure sensor.
  • Another advantage of the present invention is that, by limiting the need to manipulate the pressure sensor to once set the pressure sensor to a test station, the test of the pressure sensors is economical even if not simultaneously manipulating a plurality of pressure sensors and tested, such as on a test board.
  • the housed Cavity surrounding the pressure sensor ie the pressure chamber, in its extension so that it encloses only one or a few housed pressure sensors, so that the application of the different pressures for a calibration or to switch to a new pressure can be performed quickly because the Pressure chamber space is small.
  • Another advantage of the present invention is that the cavity is formed between the gripper and the test station. In this way, it is in fact possible to achieve a degree of tightness between gripper and test station, so that the resulting cavity or the resulting pressure chamber is suitable both for the application of negative pressure and overpressure based on normal or atmospheric pressure.
  • the present invention is therefore suitable both for such pressure sensors designed for the measurement of negative pressures and those which are suitable for the measurement of overpressures or both overpressures and suppression.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a Drucksensortest- and calibration system according to the present invention
  • Fig. 2A is a plan view and a front sectional view of the test station of the test system of Fig. 1 in a condition without a gripper or pressure sensor;
  • FIG. 3 shows the front sectional view of FIG. 2 in a state with gripper or pressure sensor attached
  • FIG. 4A is a front sectional view and a plan view of the and 4B contact pin holder and the test socket with contact pins of the test station;
  • Fig. 4C is an enlargement of a portion of Fig. 4A, in which the tip of the spring pins of the test station is shown.
  • the system comprises a measurement control PC 12 which, as will be described below, serves both as an evaluation device and as a control device of the system and, in particular, also as a control device of a print delivery system 14 of the test system 10, a print application device 16, a print application device. onsmessreadler or a pressure cell 18, a gripper 20 for gripping or receiving the packaged, packaged pressure sensors 22 and a test station 24th
  • the pressure sensor 22 shown in FIG. 1 and representative of the other pressure sensors to be tested and calibrated is an isolated and housed pressure sensor.
  • singular is meant that the pressure sensor 22 is physically separate from other pressure sensors, ie not one among a conglomeration of pressure sensors, for example, the pressure sensor 22 may be fabricated on a wafer along with other pressure sensors and then singulated or at the same time Made individually for themselves.
  • the pressure sensor 22 includes a pressure sensitive area (not shown), a mechanical electrical transducer, a programmable memory for storing calibration data, and a calibration circuit for calibrating output data of the mechanical electrical transducer using the calibration data into a calibrated sensor output of the pressure sensor 22.
  • Pressure-sensitive area, mechanical-electrical converter, programmable memory and calibration circuit can be implemented in one or more chips, ie diced dies and are housed by being inserted into a housing or embedded in, for example, a polymer material having at least one signal output pad or a signal output terminal and at least one calibration harid or a calibration port has.
  • the pressure sensor 22 or its housing has a cover on a first main side or on the upper side in the figures and the housing connections on the opposite main side or lower side the pressure sensor 22 are arranged, so the contact terminal side.
  • the gripper 20 is intended to supply the pressure sensor 22 to be tested and calibrated to the test / calibration system 10 after its completion, ie after its eventual separation and its location. The manner in which this happens will be described in more detail below. Following the test and calibration of the pressure sensors supplied to the test / calibration system 10, these are then packaged. In the following, it is assumed by way of example that the gripper 20 is part of a gripper system which has three grippers and is able to process three components simultaneously.
  • the gripper system is in turn part of a fully automatic testing and packaging machine, which consists of three systems, namely a handling or handling system (not shown), the mentioned gripper system and a packaging system or a packaging unit (not shown).
  • the handling system removes, for example, the housed and to be tested / calibrated components or pressure sensors in designated transport units or boats from a magazine and performs the same serially in these transport units of a respective processing station, including the test / calibration 10 counts.
  • the gripper system which consists of three grippers 20 according to the present embodiment, is movable in the x-y-z coordinate system and removes the packaged components 22 from the boats of the handling system, to pass them to the test station 24 and then the packaging station.
  • the packaging station in turn straps the housed and, as will be described, the positively tested, pressure sensors 20, for example in a tape-and-reel process.
  • test station 24 Before discussing the other components of the system 10 in more detail, the design of the test station 24 will be described in more detail below with reference to FIG. 2, to which the gripper 20 at the beginning of the test or the calibration or the pressure sensors 22 to the test station 24 sets.
  • the test station 24 is designed for the simultaneous or simultaneous calibration of three pressure sensors by the same is formed at three test locations 30a, 30b and 30c, fed to receive a single pressure sensor 22 by a respective gripper 20 of the gripper system.
  • the test station 24 comprises a machine plate 32, a spacer ring 34, a circuit board 36, a centering ring 38, a test needle holder or probe card 44 and a clamping plate 46.
  • the machine plate 32 serves as a support for the entire testing station 24.
  • the board 36 is clamped in this way firmly between the centering ring 38 and the spacer ring 34.
  • the centering ring 38 and the spacer ring 34 are formed as flat annular workpieces with the same layout or the same extent in the plan view or Maschinenplattenerstreckungs- direction and are laterally aligned by the running through the bores 50 a - 50 c screws such that they are in completely overlap the plan view.
  • the inner edge 52 of the centering ring 38 and thus also of the spacer ring 34 is designed such that it coincides with an outer edge of the test needle holder 44.
  • the test needle holder 44 is accordingly on the board 36 in that area which surrounds the centering ring 38 and thus also fixed.
  • the test needle holder 44 is a plate-shaped, in the present case substantially rectangular, structure whose lateral circumference coincides with the inner edge 52 of the centering ring 38 and bears against the same.
  • the test needle holder 44 has a step 54 in the outer circumferential surface, so that a part of this peripheral surface is opposite to is offset inwardly over the inner side 52 of the centering ring 38.
  • an annular projection 56 of the clamping plate 46 extends, which otherwise flatly rests on an upper side of the centering ring 38 and the needle holder 44, so that the needle holder 44 laterally by the centering ring 38 and vertically by the clamping plate 46 in position is held.
  • the clamping plate 46 is attached to the centering ring 38.
  • the outer peripheral edge of the clamping plate 46 coincides with the outer peripheral edges of the centering ring 38 and the spacer ring 34.
  • the clamping plate 46 includes three bores 62a, 62b and 62c for exposing a top surface 64 of the needle holder 44 facing the clamping plate at the three locations 30a-30c.
  • the needle holder 44 retains spring pins so as to protrude from the surface 64 within the bores 62a-62c in a lateral configuration corresponding to the footprint and footprint, respectively Arrangement of the pads of the boxed pressure sensors to be tested corresponds.
  • the spring pins are held vertically by the needle holder 44, so that they provide an electrical connection between the exposed, provided for contacting with the pressure sensors pin ends on the one hand and corresponding traces on the board 36 on the other hand.
  • a corresponding pad (not shown) is provided on the board 36 for each spring pin, which is contacted by the other end of the corresponding spring pin after mounting the needle holder 44.
  • the pressure sensors to be tested are placed in the holes 62a-62c so as not to interfere with their contact surfaces contact the spring pins carried by the needle holder 44, but also such that each gripper covers the corresponding bore 62a-62c.
  • each gripper covers the corresponding bore 62a-62c.
  • seals are provided between the clamping plate 46 and the centering ring 38 on the one hand and the centering ring 38 and the board 36 on the other hand, which extend around the inner edge 52 and the pressure chamber 66 opposite seal the outside.
  • a groove 68 which surrounds the inner edge 52 is provided on the side of the centering ring 38 facing the clamping plate 46, and a corresponding groove 70 in the side of the centering ring 38 facing the printed circuit board 36, which likewise surrounds the inner edge 52 , wherein in the grooves 68 and 70 corresponding O-rings, ie elastic rubber rings, are provided, which are clamped between the clamping plate 46 and centering ring 38 and centering ring 38 and board 36 during assembly of the test station 24.
  • annular grooves 72a, 72b and 72c are formed in an exposed, ie the gripper facing and the needle holder 44 facing away, side 74 of the clamping plate 46, which respectively surround the openings 62a, 62b and 62c, to means therein O-. Rings (not shown) to seal the pressure chamber 66 from the outside when the gripper contacts the pressure sensors with the spring pins.
  • FIG. 3 shows the same view as FIG. 2A, but in the condition that the gripper 20 has supplied the pressure sensor 22 to be tested to the test station 24, to apply it put its pads on the spring pins which are held by the needle holder 44.
  • the gripper system in the present case has three grippers which act in parallel to each other and each place a pressure sensor at a location 30a, 30b or 30c of the test station 24, but for the sake of simplicity in the 3, only one gripper, namely the gripper 20b, is to be considered, which places the pressure sensor 22b to be tested or calibrated on the test station 30b onto the test station 24.
  • the gripper 20b includes an end surface 74, the extent of which is large enough to cover the area circumscribed by the seal groove 72b in the exposed side 74 of the testing station 24. *** " The gripper 20b stops when the pressure sensor 22b is placed on the test station 24 on the surface 74 such that the end surface 76 extends beyond the sealing groove 72b, so that the pressure chamber 66 by means of acting as a seal O-ring (not shown) in the groove 72b is sealed fluid-tight at the outlet of the bore 62b relative to the outside.
  • the end face is exemplarily circular.
  • a projection 78 with a vacuum opening 80, which is surrounded by a sealing lip 82.
  • the gripper 20b grips the test piece 22b on a side of the pressure sensor 22b opposite the contact pad of the pressure sensor 22b.
  • the housing of the pressure sensor 22b has a cover 84 at this side opposite the contact pad.
  • the test needle holder 44 comprises four plate-shaped components, namely a main component or a main plate 86 and three counter plates 88a, 88b and 88c.
  • the main plate 86 comprises, as already mentioned with reference to FIGS. 2A, B, a side peripheral edge 90 which coincides with the profile of the inner edge 52 of the centering ring 38.
  • the side peripheral edge 90 Provided in the side peripheral edge 90 is the aforementioned step 54 which extends downwardly from the top 64.
  • three recesses 94a, 94b and 94c are formed, which are intended to receive the counter plates 94a - 94c.
  • the recesses 94a-94c are configured to receive the counterplates 88a-88c such that the exposed sides 96 of the counterplates 88a-88c are flush with the underside 92 of the main member 86.
  • a plurality of holes 98 extend through the main member 86 toward the main side 64, the holes 98 on the side of the recess 94a - 94c have a larger cross section than on the side of the main side 64 and in the Essentially in the thickness direction of the plate-shaped main component 86 extend.
  • the holes 98 are intended to receive the previously mentioned spring pins, which are provided in FIG. 4A by the reference numeral 100.
  • the spring pins 100 comprise a hollow cylindrical shell 102, from whose two ends a test tip 104 projects in each case.
  • the test tips 104 are resiliently mounted to exert an opposing restoring force when pushing the tip into the shell 102.
  • the Holes 98 are designed so that the shell 102 fits into the wider part of these holes, but has a wider cross section than the cross section of the narrower part of these holes 98. Further, the holes 98 are proportioned such that the tips 104 through the narrower parts of the holes 98 and slightly protrude from the surface 64.
  • test tips 104 have prongs 106 at their ends to allow secure contact with the mating surfaces of the pressure sensors.
  • the counterplates 88a-88c also have bores 108 with a wider and a narrower section, so that when the spring pins 100 are inserted into the bores 98 and the counterplates 88a-88c are inserted into the recesses 94a-94c 2, the sheath 102 of the spring pins 100 is substantially gap-free in the wider portion of these holes 98 and 108, respectively, while the two tips 104 of the respective spring pins 100 project on the upper surface 64 and the exposed surface 96, respectively.
  • the tips projecting on the side 96 make contact with corresponding pads on the board 36, so that in the state shown in Fig. 3, i. at appropriately placed pressure sensor, the pads of the pressure sensor via the spring pins 100 are connected to corresponding tracks on the board 36, which in turn, as will be described below, are electrically connected to the control PC 12.
  • threaded bores 110 are provided in the main member 86 and corresponding mounting holes 112 are provided in the counterplates 88a-88c such that the counterplates 88a-88c can be secured to the main member 86 by appropriate screws (not shown).
  • the test station 24 in the state of Fig. 3, i. in the mounted state, an electrical communication between a corresponding conductor track (not shown) on the board 36 and a respective terminal of the pressure sensor via a corresponding spring pin 100.
  • a corresponding conductor track not shown
  • the Control PC 12 receive sensor signals from the pressure sensor and feed calibration data into them.
  • the test station 24 is not only intended to allow electrical communication with the pressure sensor to be tested, but also to adjust the pressure and possibly also the temperature in the pressure chamber 66.
  • a channel 114 extends from the pressure chamber 66 to the outside. This runs in the present embodiment, as can be seen in Figs. 2 and 3, within the clamping plate 46, but also other possibilities exist.
  • suitable temperature adjustment devices may be disposed in the vacuum chamber or around the test station 24.
  • the control PC 12 is connected via measurement / calibration lines 116 to the circuit board 36 or the above-described conductor tracks, which in turn are electrically connected to the spring pins and at the locations 30a-c of the needle holder 44th protrude.
  • a test program running on the computer 12 in the attached state (FIG. 3) makes it possible to output signals of the pressure sensor 22 located in the pressure chamber 66 via the latter Signal output terminal to capture or read and write calibration data via a calibration port of the pressure sensor 22 in a corresponding memory of the same.
  • the pressure selector 16 is fluidly connected to the channel 114 and thus to the pressure chamber 66.
  • the pressure cell 18 is further connected, so that it is capable of detecting the pressure within the pressure chamber 66.
  • the computer 12 also forms part of the pressure supply system 14.
  • the pressure supply system further comprises a controllable voltage source 120, three pressure calibrators 122 and three pressure vessels 124.
  • the pressure calibrators 122 are connected via corresponding fluid lines 126 to one or more pressure generators 128 , such as a vacuum pump and / or a compressor. Further, the pressure calibrators 122 are connected to the control PC 12 via control lines 130. Similarly, the controllable voltage source 120 is connected to the control PC 12 via a control line 132.
  • Each pressure calibrator 122 is fluidly connected via a respective fluid conduit 134 to a respective one of the pressure vessels 124 for adjusting a predetermined pressure in the respective pressure vessel 124, the predetermined pressures of the pressure vessels 124 being different from each other and hereinafter referred to as pl, p2 and p3 ,
  • the controllable voltage source 120 supplies four valves V1, V2, V3 and V4 of the pressure selector 16 with voltage via four voltage lines 136, thereby controlling them.
  • the valves Vl - V4 are, for example, magnetic control valves. Each of the valves Vl - V4 acts depending on a voltage at a respective one of the voltage lines 136.
  • the valve Vl is connected in a fluid line 138, the first pressure vessel 124 with a first input of the valve V4 connects.
  • valves V2 and V3 are connected in fluid lines 140 and 142 which connect the second pressure vessel and third pressure vessel, respectively, to the first inlet of valve V4.
  • valves Vl-V3 are connected in the fluid lines 138-142 in such a way that they are capable of interrupting the respective fluid line 138-142, depending on the voltage on the respective voltage line 136, when the respective valve is closed, and continuously to do when the respective valve is open.
  • the valve V4 has a further valve inlet, which is coupled to the environment and thus applied to the normal air pressure or atmospheric pressure.
  • the output of the valve V4 simultaneously forms the output of the pressure selector 16 and is fluidly connected to the fluid line 118 and thus to the channel 114 and the pressure chamber 66.
  • the valve V4 is arranged such that when the same is closed, the normal pressure to the fluid line 118 and thus in the pressure chamber 66 is applied. Otherwise, i. when the valve V4 is closed, the fluid line 118 is fluidly connected to the first valve inlet, which, as described above, via one of the valves Vl - V3 can be coupled to one of the pressure vessel 124 to one of the pressures pl, p2 or P3 to the vacuum chamber 66 to create.
  • the control of the controllable voltage source 120 and thus the valves Vl - V4 is carried out by the aforementioned test program.
  • the control of the calibrators 122 and thus the pressure vessel 124 may be carried out, for example, via a program running on the computer 12, which runs in parallel to the test program on the computer 12.
  • this print delivery program may use an output signal from the load cell 18 to control the pressure calibrators 122 such that the pressure vessels 124 always have the desired pressure p1, p2, and p3, respectively the pressure measuring cell 18 measures the pressure in the fluid line 118, which, as will be described below, is varied by the test program to one of the pressures p1, p2 or p3 or the normal air pressure, which is referred to below as p4.
  • the output of the load cell 18 is used by the test program to include the output of the load cell 18 in the determination of the calibration data otherwise performed from the output signals that the pressure sensor 22 at the different pressures p1-p4 so as to allow for slight pressure variations in adjusting the pressure in the vacuum chamber 66 by the pressures p1-p4 in the calibration data determination.
  • test / calibration system 10 Having described the structure of the test / calibration system 10 above, its operation will be described below.
  • the test / calibration system 10 is serially fed to pressure sensors to be tested / calibrated in boats.
  • the gripper system by means of the three grippers 20, removes three encased sensor elements from the boats, namely one pressure sensor 22 per gripper 20, and positions them on the test station 24, namely each pressure sensor 22 at a different test site 30a-30c.
  • the positioning of the housed pressure sensors 22 is ensured by a special shaping of the boats and the gripper 20.
  • the pressure sensors 22 to be tested / calibrated are lowered with exact position to the spring pins 100, which are mounted laterally distributed in the test station 24, as described above, true to the housing connections and the electrical signals, which go to the pressure sensor 22 or come from the pressure sensor 22, communicate via the board 36 to or from the computer 12.
  • the test and packaging machine comprising the gripper system signals the test program, the latter with
  • the test and packaging machine is connected via a serial interface with the personal computer 12 of the system 10 used for test control and can thus communicate with the test program.
  • test cycle or test procedure which follows the settling of the pressure sensors 22 onto the test station 24 will be described.
  • the purpose of the test cycle or test / calibration cycle is to test and calibrate the pressure sensors at three different but fixed pressures pl, p2 and p3 per set temperature. From the measurement data obtained at the different pressures p1-p3 from the pressure sensors 22, the test program calculates suitable calibration data or calibration coefficients for the respective pressure sensor 22 and optionally places it immediately in the memory, e.g. an integrated memory module, on the pressure sensor 22 from.
  • suitable calibration data or calibration coefficients for the respective pressure sensor 22 and optionally places it immediately in the memory, e.g. an integrated memory module, on the pressure sensor 22 from.
  • the pressures required for the measurement are thereby provided by means of the PC 12, the three pressure calibrators 122, the voltage source 120, the three pressure vessels 124 and the one or more pressure generators (not shown), under which the PC controls the pressure calibrators such that the corresponding one Pressure pl, p2 and p3 is set in the pressure vessels 124, and under which the PC 12, the voltage source 120 drives such that the control valves Vl - V4 act such that the same pressure from the pressure vessels to the test chamber 66 is switched on the same.
  • the provision of the pressures in the pressure vessels 124 is independent of the operations of the test program and also of the operations of the testing and packaging machine.
  • the pressures pl - p3 in the pressure vessels 124 are therefore always set correctly.
  • the test program starts its routines on the command of the test and packaging machine, namely the aforementioned signaling that the pressure sensors 22 have been correctly positioned on the test station 24, so that the test chamber 66 is closed fluid-tight and in it via the fluid line 118 defined pressures can be created.
  • the test program receives the command of the test and packaging machine as soon as the gripper 20 or the gripper 20 have the pressure sensors 22 spent in the test station 24 and then simultaneously pressure-tightly closed the resulting pressure chamber 66 through this process.
  • the test program then controls the pressure in the test chamber 66, which is to be brought to the pressure sensor to be tested or the test object or the DUT.
  • valves V1, V2, and V3 are closed while valve V4 is open.
  • the normal air pressure p4 is present at the pressure sensor 22 or in the pressure chamber 66.
  • the test program controls the valve V4 so that it is closed while one of the valves Vl - V3 is opened, such as the first valve Vl.
  • the pressure pl, p2 or p3 present in the respective pressure vessel 124 reaches the DUT 22.
  • the test needle holder 44 occupies a large portion of the volume of the pressure chamber 66, it takes only a short time long, such as a few hundred milliseconds after opening the respective valve Vl, V2 or V3, until the respective Pressure pl, p2 and 3 has been fixed in the pressure chamber 66. Therefore, the test program starts already after a short time interval after opening the respective valve Vl, V2 or V3, such as a few hundred milliseconds after opening, and thus a short period of time after switching through the respective pressure pl, p2 or p3, one Test program routine that runs on the PC 12 and is intended to read the pressure analog sensor data or sensor output signals and optionally to test an integrated circuit of the DUTs 22.
  • test program closes the currently open valve V1, V2 or V3 and opens one of the other two and repeats the test program routine again after the expiration of the aforementioned short period of time. This process is repeated again for the last remaining valve, such as the valve V3, so that the pressure sensor 22 has been tested for all three pressures pl, p2 and p3 by reading its output signal.
  • the measurement data of a pressure sensor 22 thus obtained are stored, for example, in a file in the PC 12.
  • a calibration routine is started by the test program which calculates the calibration coefficients associated with the particular pressure sensor on the basis of the sensor data stored in the measurement file and optionally automatically stored in an integrated memory module of the pressure sensors 22 by the same uses the lines 116 and the calibration of the respective pressure sensor 22.
  • the test program After a successful electrical test, the test program sends a command to the test and packaging machine.
  • the gripper system then removes the DUTs 22 of the test station 24 by means of the grippers 20 and feeds them to the packaging station.
  • well-tested DUTs 22 of the packaging According to the control commands of the test program, well-tested DUTs 22 of the packaging The poorly tested DUTs 22 are discarded by the grippers 20, for example, by being fed to a reject station (not shown).
  • the miniature pressure chamber 66 for example, additionally tempered by a hot plate or a similar heater to a predetermined temperature, which can be set under control of the test program or an independent routine on the PC 12 to the different predetermined temperatures.
  • An advantage of the above-described test / calibration system 10 is that with the same final test, calibration and packaging of assembled pressure sensors, e.g. Absolute pressure sensors can be made in a much shorter time, which allows a significant cost reduction in the manufacture of pressure sensors. In addition, the space required is small.
  • system 10 is universally applicable. To adapt to different housing shapes of the pressure sensors 22, only the base plate or the clamping plate 46, the shape of the gripper 20 and the shape of the spring pin socket 44 are adapted.
  • the gripper 20 and the test station were designed such that during the test run a miniature pressure chamber 66 is formed, the seal against the bottom or clamping plate 46 after lowering the Gripper 20 by means of an O-ring in the groove 72b happened in the clamping plate 46, which included all the spring pins 100.
  • a corresponding Sealing lip or an O-ring is provided in the gripper 20.
  • the sealing lip 82 of the gripper may also be missing.
  • the channel 114 in the test station 24 passes through the bottom plate 46.
  • holes for the pressure supply and for a connection of a reference pressure transducer along another path through the test station 24 run.
  • the channel could extend over the gripper to the pressure chamber.
  • the pressure chamber 66 extended across three test station locations for three pressure sensors. This does not have to be the case.
  • the number is not limited to three but may be one or more.
  • the above-described modular construction of centering ring, pin holder and clamping plate could be dispensed with, dispensing with the rapid changeover to different pressure sensors in favor of a one-piece construction, so that three pressure chambers isolated from each other fluidly arise.
  • suitable means e.g. Adhesive or lubricating oil, be ensured that the spring pins 100 are received in the holes 98 and 108, that along the same pressure chamber is sealed fluid-tight against the outside.
  • the pressure delivery system could also provide more or fewer pressures.
  • the pressure supply could be carried out without the interposition of pressure vessels.
  • the system 10 performed both a test and a calibration in the foregoing, this is not absolutely necessary.
  • the present invention is further advantageous when the system merely performs a test on the packaged pressure sensors, or merely a calibration without a test, since this has already been carried out, for example.
  • the system only determines whether the pressure sensor to be tested meets certain specifications with regard to measurement accuracy. This can be done at a predetermined pressure or at several different predetermined pressures.
  • the system 10 determines calibration data from the obtained measurement data at the applied pressures p1-p3 to be written in the packaged pressure sensor to calibrate the same.
  • the system 10 described above is advantageous in that it combines test, calibration and packaging of sensor chips in a compact package.
  • the plant is loaded with pallets carrying the housed pressure sensors or other integrated circuits or ICs, which may be, for example, Jedec trays or Auer boats coming directly from chip assembly.
  • the gripper (s) take a plurality of sensors, namely three at the top, from the plate and move them to the test chamber. There, the respective gripper lowers, wherein the sensor housing are lowered and contacted on the contact pins of the base. At the same time, the gripper closes the base from above in a vacuum- or pressure-resistant manner.
  • the measuring pressure is supplied, namely compressed air or nitrogen, in which case carried out the test or calibration becomes.
  • the gripper After the test, the gripper carries the sensors with it, sensors that have failed the test are stored in a position for faulty components from the gripper, and good sensors are either put back on a plate or alternatively these sensors from the gripper in the placed in the machine Gurtautomaten who straps the sensors for delivery.
  • test chamber not only allows the application of pressure or negative pressure and a simultaneous electrical contacting of the sensors, but also that the test chamber is characterized by its small volume, which allows a quick pressure change.
  • the pressure chamber is sealed in the previous embodiments at the top by the gripper. At each sensor position, in the previous three positions, the gripper has a small lid, which rests sealed with an O-ring on the chamber.
  • the chamber contains a pedestal with conductive spring pins that contact the sensor. Downwards, these pins are pressure-tight electrically connected to a circuit board, via which the signals are supplied. The contact pressure of the gripper thus ensures both a pressure or vacuum seal as well as for the electrical contact.
  • the gripper it is not absolutely necessary for the gripper to lower to the test station. Rather, the direction of travel of the gripper may also be different than down, such. to the top or the like.
  • the above embodiment thus shows a method and a device for the rapid application of different pressures for the calibration of integrated pressure sensors or absolute pressure sensors on a fully automatic Test and packaging machine.
  • the equipment necessary for the calibration of the pressure sensors can be operated together with a commercially available testing and packaging machine.
  • the measurements necessary for the calibration of the integrated absolute pressure sensors with at least three different absolute pressures occur during the electrical final test of the housed components. Immediately afterwards, the components are packed.
  • the test / calibration scheme according to the invention can also be partly implemented in software.
  • the implementation may be on a digital storage medium, in particular a floppy disk or a CD with electronically readable control signals, which may interact with a programmable computer system 12 such that the corresponding method is executed.
  • the invention thus also consists in a computer program product with program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to the invention, when the computer program product is stored on a computer, such as a computer. 12, and / or a corresponding digital or analog module expires.
  • the invention can thus be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Testen oder Kalibrieren eines gehäusten Drucksensors Zusammenfassung Eine Vorrichtung zum Testen oder Kalibrieren eines gehäusten Drucksensors (22) mit einem druckempfindlichen Bereich und einem Ausgangssignalanschluss, die einen höheren Durchsatz ermöglicht, umfasst eine Teststation (24), einen Testkontakt, einen Greifer (20) zum Aufnehmen des gehäusten Drucksensors (22) und Setzen desselben auf die Teststation (24), derart, dass nach dem Setzen der Ausgangssignalanschluss mit dem Testkontakt elektrisch verbunden ist, wobei der Greifer (20) und die Teststation (24) derart ausgebildet sind, dass nach dem Setzen der Greifer (20) und die Teststation (24) einen Hohlraum (66) definieren, der zumindest an den druckempfindlichen Bereich des gehäusten Drucksensors (22) angrenzt, eine Druckerzeugungseinrichtung (14, 16) zum Erzeugen eines vorbestimmten Drucks in dem Hohlraum (66) und eine Verarbeitungseinrichtung (12), die mit dem Testkontakt elektrisch verbunden ist, zum Empfangen und Verarbeiten eines Sensorausgangssignals von dem gehäusten Drucksensor (22).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Testen oder Kalibrieren eines gehäusten Drucksensors
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Testen und/oder Kalibrieren von Drucksensoren und insbesondere auf das Testen und/oder Kalibrieren von gehäusten Drucksenso- ren.
Aufgrund der immer kostengünstigeren Herstellungsmöglichkeit von Drucksensoren werden Drucksensoren in technischen Geräten an einer zunehmenden Anzahl von Stellen zur Steue- rung bzw. Regelung oder Überwachung eingesetzt. Beispielsweise werden Drucksensoren seit neuerem in der Automobilindustrie dafür eingesetzt, den Reifendruck eines Automobils zu überwachen, um einen Platten und damit eine Unfallgefahr frühzeitig zu erkennen und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen auszulösen oder dergleichen.
Die Herstellung von Drucksensoren in Siliziumtechnologie erfolgt meistens auf Waferebene. Auf einem Halbleiterwafer werden eine Vielzahl von Drucksensoren mit gegebenenfalls zugehöriger integrierter Schaltung gebildet. Jeder Drucksensor umfasst einen druckempfindlichen Abschnitt mit einem mechanisch-elektrischen Wandler. Die dazugehörige integrierte Schaltung kann einen A/D-Wandler, einen programmierbaren Speicher, wie z.B. einen EEPROM, zur Speicherung von Kalibrierungsdaten, und eine geeignete Verarbeitungseinheit zum Kalibrieren der analogen oder digitalisierten Ausgangswerte von dem mechanisch-elektrischen Wandler mittels der Kalibrierdaten umfassen. Danach wird der Wafer vereinzelt, um die vereinzelten Drucksensoren zu erhalten. Sodann werden die vereinzelten Drucksensoren gehaust, indem dieselben beispielsweise in ein Gehäuse eingesetzt oder eingegossen werden, so dass sie ein Gehäuse mit Pads bzw. Kontaktflächen und gegebenenfalls einem Deckel aufweisen. Ein Drucksensor der soeben beschriebenen Art wird beispielsweise in der WO 91/12507 Al beschrieben.
Aufgrund von Justagefehlern und sonstigen Herstellungstole- ranzen entsteht bei der Herstellung von Drucksensoren ein Ausschuss fehlerhafter Drucksensoren, die durch einen Test ermittelt und ausgesondert werden müssen. Bezüglich der funktionsfähigen Drucksensoren ist es wiederum erforderlich, dieselben gegebenenfalls zu kalibrieren, um eine vorbestimmte Anforderung an die Messgenauigkeit zu erfüllen. Aufgrund der Tatsache, dass die Drucksensoren ein Massenprodukt sind, ist es wünschenswert, den Test und gegebenenfalls die Kalibrierung der vereinzelten und genausten Drucksensoren so kostengünstig wie möglich durch- führen zu können.
Eine Möglichkeit des Tests und Kalibrierung von gehäusten Drucksensoren besteht darin, diese nach ihrer Häusung zwecks Vermessung verschiedenen Teststationen seriell zuzuführen. Dabei werden die gehäusten Drucksensoren zu mehreren auf einer Testplatine angeordnet und auf derselben dann in einer Druckkammer platziert, in welcher ein vorbestimmter Druck eingestellt und über eine geeignete Kontaktiervorrichtung das Ausgangssignal der gehäusten Drucksen- soren bei dem eingestellten Druck ausgelesen wird. Gegebenenfalls werden die Drucksensoren auf diese Weise verschiedenen Druckkammern für unterschiedliche Drücke zugeführt. Die anfallenden Messdaten werden herangezogen, um daraus Kalibrierdaten für die einzelnen Drucksensoren zu bestimmen und über Kalibrierpads in programmierbare Speicher der Drucksensoren einzuschreiben. Die Druckkammern können unterschiedlich temperiert sein und der Kalibrierungs- bzw. Einschreibevorgang kann entweder innerhalb der Teststation bzw. Testkammer oder an einer separaten Teststation vorge- nommen werden.
Ein Nachteil an der oben beschriebenen Vorgehensweise zum Testen und Kalibrieren von gehäusten Drucksensoren besteht darin, dass die Handhabung der Drucksensoren kompliziert und aufwendig ist, da sie ein häufiges Absetzen der Drucksensoren auf Teststationen und ein Wiederaufnehmen derselben erforderlich macht.
In der WO 02/101348 Al wird ein Test und eine Kalibrierung von Drucksensoren beschrieben, die auf Waferebene stattfindet. Dabei wird vor der Vereinzelung und Häusung der Drucksensoren ein Wafertester mit einer Nadelkarte auf dem Drucksensor aufgesetzt, so dass ein druckempfindlicher Abschnitt desselben von einer Dichtlippe des Wafertesters so umgeben wird, dass eine Druckkammer oberhalb des Drucksensors entsteht und so bei Anliegen vorbestimmter Drücke durch den Drucksensor in Ansprache auf den Druck erzeugte Ausgangssignale empfangen und ausgewertet werden können. Diese Vorgehensweise ist darin vorteilhaft, dass nach einem Negativ-Test fehlerhafte Drucksensoren nicht mehr gehaust werden müssen. Allerdings können bei dieser Vorgehensweise natürlich nicht Fehler erkannt werden, die erst durch die Vereinzelung oder Häusung entstehen. Zudem erfordert das Aufsetzen der Dichtlippe auf den Wafer eine hohe Positioniergenauigkeit, um Beschädigungen des Wafers zu vermeiden, so dass auch hier die Handhabung bzw. Positionierung des beweglichen Teils, nämlich des Wafertesters, aufwendig, nämlich insbesondere zeitaufwendig, ist. Ferner ist der Anpressdruck des Wafertesters gegenüber dem Wafer natürlich äußerst beschränkt, so dass die Vorgehensweise lediglich im Vakuumbereich funktioniert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen oder Kalibrieren eines Drucksensors zu schaffen, die bei den vereinzelten oder gehäusten Sensoren einen höheren Durchsatz ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass allein der einfache Vorgang des Setzens eines genausten Drucksensors auf eine Teststation dazu verwendet werden kann, eine Situation zu schaffen, die sowohl den Test als auch eine Kalibrierung des Drucksensors ermöglicht, wenn beim Setzen des gehäusten Drucksensors auf die Teststation nicht nur ein Ausgangssignalanschluss des Drucksensors mit einem Testkontakt elektrisch verbunden wird, sondern ferner der Greifer und die Teststation derart ausgebildet sind, dass nach dem Setzen, d.h. in dem Zustand, da der Drucksensor auf die Teststation gesetzt ist, der Greifer den gehäusten Drucksensor aber noch immer greift bzw. berührt, der Greifer und die Teststation einen Hohlraum definieren, der zumindest an den druckempfindli- chen Bereich des gehäusten Drucksensors angrenzt, wie z.B. den gesamten gehäusten Drucksensor umgibt. Denn dann wird es ermöglicht, beispielsweise über einen durch die Teststation zu dem Hohlraum verlaufenden Kanal, einen vorbestimmten Druck in dem Hohlraum zu erzeugen und ein Sensoraus- gangssignal von dem gehäusten Drucksensor zu empfangen und zu verarbeiten, das derselbe bei diesem vorbestimmten Druck ausgibt. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass ein Drucksensortest und gegebenenfalls eine Drucksensorkalibrierung ohne nennenswerte Manipulation bzw. Handhabung des gehäusten Drucksensors durchgeführt werden kann, was den Durchsatz zum Testen bzw. Kalibrieren von Drucksensoren erhöht und damit die Herstellungskosten verringert. Somit wird eine kostengünstige Fertigung von Drucksensoren in hohen Stückzahlen ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass dadurch, dass die Notwendigkeit der Manipulation des Drucksensors auf das einmalige Setzen des Drucksensors auf eine Teststation beschränkt ist, der Test der Drucksensoren auch dann wirtschaftlich ist, wenn nicht gleichzeitig eine Vielzahl von Drucksensoren manipuliert, bewegt und getestet werden, wie z.B. auf einer Testplatine. Hierdurch wird es nämlich ermöglicht, den den gehäusten Drucksensor umgebenden Hohlraum, d.h. die Druckkammer, in seiner Ausdehnung so zu beschränken, dass derselbe lediglich einen oder wenige gehäuste Drucksensoren umschließt, so dass das Anlegen der unterschiedlichen Drücke für eine Kalibrierung bzw. das Umstellen auf einen neuen Druck schnell durchgeführt werden kann, da der Druckkammerraum klein ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Hohlraum zwischen dem Greifer und der Teststation gebildet wird. Auf diese Weise ist es nämlich möglich, ein Maß an Dichtheit zwischen Greifer und Teststation zu erzielen, so dass der entstehende Hohlraum bzw. die entstehende Druckkammer sowohl für das Anlegen von Unter- als auch von Überdruck bezogen auf Normal- bzw. Atmosphärendruck geeignet ist. Die vorliegende Erfindung ist deshalb sowohl für solche Drucksensoren geeignet, die für die Messung von Unterdrücken ausgelegt sind, als auch solche, die für die Messung von Überdrücken oder sowohl Über- als auch Unterdrücken geeignet sind.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Drucksensortest- und Kalibriersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A eine Draufsicht und eine Vorderschnittansicht der und 2B Teststation des Testsystems von Fig. 1 in einem Zustand ohne aufgesetzten Greifer bzw. Drucksensor;
Fig. 3 die Vorderschnittansicht von Fig. 2 in einem Zustand mit aufgesetztem Greifer bzw. Drucksensor; Fig. 4A eine Vorderschnittansicht und eine Draufsicht des und 4B Kontaktstifthalters bzw. des Testsockels mit Kontaktstiften der Teststation; und
Fig. 4C eine Vergrößerung eines Ausschnitts aus der Fig. 4A, in welcher die Spitze der Federstifte der Teststation dargestellt ist.
Bevor Bezug nehmend auf die Figuren ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass gleiche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in den Figuren zur Vermeidung von Wiederho- lungen weggelassen wird.
Fig. 1 zeigt ein Drucksensortest-/Kalibriersystem 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Überblick. Das System umfasst einen Mess-Steuer-PC 12, der, wie es im Folgenden noch beschrieben wird, sowohl als Auswerteeinrichtung als auch als Steuereinrichtung des Systems und insbesondere auch als Steuereinrichtung eines Druckbereitstellungssystems 14 des Testsystems 10 dient, eine Druckapplikationseinrichtung 16, einen Druckapplikati- onsmessfühler bzw. eine Druckmessdose 18, einen Greifer 20 zum Greifen bzw. Aufnehmen der zu testenden, gehäusten Drucksensoren 22 und eine Teststation 24.
Der in Fig. 1 stellvertretend für die anderen Drucksensoren dargestellte zu testende und zu kalibrierende Drucksensor 22 ist ein vereinzelter und gehäuster Drucksensor. „Vereinzelt" soll bedeuten, dass der Drucksensor 22 physisch getrennt von anderen Drucksensoren ist, d.h. nicht einer unter einem Konglomerat von Drucksensoren ist. Dabei kann der Drucksensor 22 beispielsweise auf einem Wafer zusammen mit anderen Drucksensoren hergestellt und anschließend vereinzelt worden sein oder aber gleich bei Herstellung einzeln für sich hergestellt worden sein. Der Drucksensor 22 umfasst einen druckempfindlichen Bereich (nicht gezeigt) , einen mechanisch-elektrischen Wandler, einen programmierbaren bzw. nicht-flüchtigen Speicher zur Speicherung von Kalibrierungsdaten und eine Kalibrierschaltung zum Kalibrieren von Ausgangsdaten des mechanischelektrischen Wandlers unter Verwendung der Kalibrierungsdaten in ein kalibriertes Sensorausgangssignal des Drucksensors 22. Wenn der Drucksensor das System 10 erreicht, sind die Kalibrierungsdaten noch auf einen Vorgabewert eingestellt und können somit von den korrekten Kalibrierungsdaten abweichen. Druckempfindlicher Bereich, mechanischelektrischer Wandler, programmierbarer Speicher und Kalibrierschaltung können in einem oder mehreren Chips, d.h. gedicten bzw. vereinzelten Halbleiterstücken, implementiert sein und sind gehaust, indem dieselben in ein Gehäuse eingesetzt oder in beispielsweise ein Polymermaterial eingegossen sind, das zumindest ein Signalausgangspad bzw. einen Signalausgangsanschluss und zumindest ein Kalibrier- päd bzw. einen Kalibrieranschluss aufweist. Wie es im Folgenden noch näher erläutert wird, wird im Folgenden davon ausgegangen, dass der Drucksensor 22 bzw. dessen Gehäuse an einer ersten Hauptseite bzw. an der Oberseite in den Figuren einen Deckel aufweist und an der gegenüberlie- genden Hauptseite bzw. Unterseite die Gehäuseanschlüsse des Drucksensors 22 angeordnet sind, also die Kontaktanschlussseite.
Der Greifer 20 ist dazu vorgesehen, den zu testenden und kalibrierenden Drucksensor 22 nach seiner Fertigstellung, d.h. nach seiner eventuellen Vereinzelung und seiner Häu- sung, dem Test-/Kalibriersystem 10 zuzuführen. Die Art und Weise, auf die dies geschieht, wird im Folgenden noch detaillierter beschrieben. Im Anschluss an Test und Ka- libration der dem Test-/Kalibriersystem 10 zugeführten Drucksensoren werden diese dann verpackt. Dabei wird im Folgenden exemplarisch davon ausgegangen, dass der Greifer 20 Teil eines Greifersystems ist, das drei Greifer aufweist und in der Lage ist, drei Bauelemente gleichzeitig verarbeiten zu können. Das Greifersystem ist dabei wiederum Teil eines vollautomatischen Test- und Verpackungsautomaten, der sich aus drei Systemen zusammensetzt, nämlich einem Hand- ling bzw. Handhabungssystem (nicht gezeigt) , dem erwähnten Greifersystem und einem Verpackungssystem bzw. einer Verpackungseinheit (nicht gezeigt) . Das Handlingsystem entnimmt beispielsweise die gehäusten und zu testenden/kalibrierenden Bauelemente bzw. Drucksensoren in dafür vorgesehenen Transporteinheiten bzw. Booten aus einem Magazin und führt dieselben in diesen Transporteinheiten einer jeweiligen Verarbeitungsstation seriell zu, zu denen auch das Test-/Kalibriersystem 10 zählt.
Das Greifersystem, das gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus drei Greifern 20 besteht, ist im x-y-z- Koordinatensystem verfahrbar und entnimmt die gehäusten Bauelemente 22 aus den Booten des Handhabungssystems, um sie der Teststation 24 und anschließend der Verpackungssta- tion zu übergeben. Die Verpackungsstation gurtet wiederum die gehäusten und, wie es noch beschrieben wird, die positiv getesteten, Drucksensoren 20 beispielsweise in einem Tape-And-Reel-Verfahren.
Bevor genauer auf die anderen Bestandteile des Systems 10 eingegangen wird, wird im Folgenden anhand von Fig. 2 der Aufbau der Teststation 24 näher beschrieben, auf welche der Greifer 20 zu Beginn des Tests bzw. der Kalibrierung den bzw. die Drucksensoren 22 auf die Teststation 24 setzt.
Wie es der Draufsicht von Fig. 2B zu entnehmen ist, ist die Teststation 24 für die Aufnahme bzw. den gleichzeitigen Test bzw. die gleichzeitige Kalibrierung von drei Drucksensoren ausgelegt, indem dieselbe an drei Teststellen 30a, 30b und 30c gleich ausgebildet ist, um zugeführt durch einen jeweiligen Greifer 20 des Greifersystems einen einzelnen Drucksensor 22 aufzunehmen. Insbesondere umfasst die Teststation 24 eine Maschinenplatte 32, einen Distanzring 34, eine Platine 36, einen Zentrierring 38, einen Testnadelhalter bzw. eine Nadelkarte 44 und eine Klemmplatte 46. Die Maschinenplatte 32 dient als Träger für die gesamte Teststation 24. In ihr sind mit Gewinde versehene Bohrungen 48 vorgesehen, damit mittels entsprechender Schrauben durch entsprechende und zueinander geeignet ausgerichtete Befestigungsbohrungen 50a, 50b und 50c in dem Distanzring 34, der Platine 36 und dem Zentrier- ring 38 dieselben derart an der Maschinenplatte 32 befestigt werden können, dass der Distanzring 34 zwischen der Platine 36 und der Montage- bzw. Maschinenplatte 32 angeordnet ist, und die Platine 36 wiederum zwischen dem Distanzring 34 und dem Zentrierring 38 angeordnet ist. Die Platine 36 ist auf diese Weise fest zwischen dem Zentrierring 38 und dem Distanzring 34 eingeklemmt. Der Zentrierring 38 und der Distanzring 34 sind als flache ringförmige Werkstücke mit gleichem Grundriss bzw. mit gleicher Ausdehnung in der Draufsicht bzw. Maschinenplattenerstreckungs- richtung gebildet und sind durch die durch die Bohrungen 50a - 50c verlaufenden Schrauben lateral derart zueinander ausgerichtet, dass sie sich in der Draufsicht vollständig überlappen.
Die Innenkante 52 des Zentrierrings 38 und somit auch des Distanzrings 34 ist dabei derart ausgelegt, dass sie mit einer Außenkante des Testnadelhalters 44 übereinstimmt. Der Testnadelhalter 44 liegt dementsprechend auf der Platine 36 in demjenigen Bereich auf, der durch den Zentrierring 38 umringt und damit auch festgelegt wird.
Wie es zu sehen ist, stellt der Testnadelhalter 44 ein plattenförmiges, in dem vorliegenden Fall im Wesentlichen rechteckiges, Gebilde dar, dessen lateraler Umfang mit der Innenkante 52 des Zentrierrings 38 übereinstimmt und an derselben anliegt. Wie es aus Fig. 2A zu entnehmen ist, besitzt der Testnadelhalter 44 eine Stufe 54 in der äußeren Umfangsfläche, so dass ein Teil dieser Umfangsfläche gegen- über der Innenseite 52 des Zentrierrings 38 nach innen versetzt ist. In den sich hierdurch ergebenden ringförmigen Spalt erstreckt sich ein ringförmiger Vorsprung 56 der Klemmplatte 46, die auf einer Oberseite des Zentrierrings 38 und des Nadelhalters 44 ansonsten flach aufliegt, so dass der Nadelhalter 44 lateral durch den Zentrierring 38 und vertikal durch die Klemmplatte 46 in Position gehalten wird. Mittels Gewindebohrungen 58 in dem Zentrierring 38, entsprechenden Befestigungsbohrungen 60 in der Klemmplatte 46 und durch letztere verlaufenden Schrauben (nicht gezeigt) ist die Klemmplatte 46 an dem Zentrierring 38 befestigt. In dem vorliegenden Fall stimmt die Außenumfangskante der Klemmplatte 46 mit den Außenumfangskanten des Zentrierrings 38 und des Distanzrings 34 überein.
Zusätzlich umfasst die Klemmplatte 46 drei Bohrungen 62a, 62b und 62c, um eine der Klemmplatte zugewandte Oberseite 64 des Nadelhalters 44 an den drei Stellen 30a - 30c freizulegen. Wie es aus Fig. 4 noch deutlicher werden wird, hält der Nadelhalter 44 Federstifte derart, dass sie aus der Oberfläche 64 innerhalb der Bohrungen 62a - 62c in einer lateralen Konfiguration bzw. Anordnung zueinander vorragen, die dem Footprint bzw. dem Fußabdruck bzw. der Anordnung der Pads der zu testenden gehäusten Drucksensoren entspricht. Dabei werden die Federstifte durch den Nadelhalter 44 vertikal gehalten, so dass sie eine elektrische Verbindung zwischen den freiliegenden, zur Kontaktierung mit den Drucksensoren vorgesehenen Stiftenden einerseits und entsprechenden Leiterbahnen auf der Platine 36 anderer- seits liefern. Dazu ist auf der Platine 36 für jeden Federstift eine entsprechende Anschlussfläche (nicht gezeigt) vorgesehen, die nach Montage des Nadelhalters 44 durch das andere Ende des entsprechenden Federstifts kontaktiert wird.
Wie es aus der weiteren Beschreibung hervorgehen wird, werden die zu testenden Drucksensoren in die Bohrungen 62a - 62c derart gesetzt bzw. eingefügt, dass sie nicht nur mit ihren Anschlussflächen die Federstifte kontaktieren, die von dem Nadelhalter 44 getragen werden, sondern ferner derart, dass jeder Greifer die entsprechende Bohrung 62a - 62c verdeckt bzw. abschließt. Anders ausgedrückt definieren eine Innenwand der Bohrung 62b in der Klemmplatte 46 und die Innenwand 52 des Zentrierrings 38 zusammen mit demjenigen Teil der Platine 36, der von dem Zentrierring 38 umgeben wird, eine Art Druckkammer, die nach dem Setzen der drei Drucksensoren auf die Federstifte durch die drei Greifer zu einem Hohlraum verschlossen wird. Um zu gewährleisten, dass die entstehende Druckkammer 66 auch fluid- dicht abgeschlossen ist, sind zwischen der Klemmplatte 46 und dem Zentrierring 38 einerseits und dem Zentrierring 38 und der Platine 36 andererseits Dichtungen vorgesehen, die um die Innenkante 52 herum verlaufen und die Druckkammer 66 gegenüber außen abdichten. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist hierzu eine Nut 68, die die Innenkante 52 umgibt, an der der Klemmplatte 46 zugewandten Seite des Zentrierrings 38 vorgesehen, sowie eine entsprechende Nut 70 in der der Platine 36 zugewandten Seite des Zentrierrings 38, die ebenfalls die Innenkante 52 umgibt, wobei in den Nuten 68 und 70 entsprechende O-Ringe, d.h. elastische Gummiringe, vorgesehen sind, die zwischen Klemmplatte 46 und Zentrierring 38 bzw. Zentrierring 38 und Platine 36 beim Zusammenbau der Teststation 24 eingeklemmt werden. Auf entsprechende Weise sind ringförmig verlaufende Nuten 72a, 72b und 72c in einer freiliegenden, d.h. dem Greifer zugewandten und dem Nadelhalter 44 abgewandte, Seite 74 der Klemmplatte 46 gebildet, die jeweils die Öffnungen 62a, 62b und 62c umgeben, um mittels darin befindlichen O-Ringen (nicht gezeigt) die Druckkammer 66 gegenüber außen abzudichten, wenn der Greifer die Drucksensoren mit den Federstiften kontaktiert.
Um dies zu veranschaulichen, wird im Folgenden auf Fig. 3 Bezug genommen, die dieselbe Ansicht wie Fig. 2A zeigt, jedoch in dem Zustand, da der Greifer 20 den zu testenden Drucksensor 22 der Teststation 24 zugeführt hat, um ihn mit seinen Anschlussflächen auf die Federstifte aufzusetzen, die durch den Nadelhalter 44 gehalten werden. Dabei soll an dieser Stelle noch einmal daran erinnert werden, dass das Greifersystem vorliegend drei Greifer aufweist, die paral- IeI zueinander agieren und jeweils einen Drucksensor an einer Stelle 30a, 30b bzw. 30c der Teststation 24 platzieren, wobei jedoch der Einfachheit halber bei der Beschreibung von Fig. 3 lediglich ein Greifer, nämlich exemplarisch der Greifer 20b, betrachtet werden soll, der den zu testen- den bzw. kalibrierenden Drucksensor 22b an der Teststelle 30b auf die Teststation 24 aufsetzt.
Wie es zu sehen ist, umfasst der Greifer 20b eine Stirnfläche 74, deren Ausmaß groß genug ist, um die Fläche abzude- cken, die durch die Dichtungsnut 72b in der freiliegenden Seite 74 der Teststation 24 umschrieben wird. Der Greifer 20b kommt bei Aufsetzen des Drucksensors 22b auf die Teststation 24 derart auf der Oberfläche 74 zum Erliegen, dass die Stirnfläche 76 sich über die Dichtungsnut 72b hinaus erstreckt, so dass die Druckkammer 66 mittels des als Dichtung wirkenden O-Rings (nicht gezeigt) in der Nut 72b auch am Auslass der Bohrung 62b gegenüber außen fluiddicht abgedichtet ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Stirnfläche exemplarischer Weise kreisförmig. In der Mitte der Stirnfläche 76 ragt ein Vorsprung 78 mit einer Vakuumöffnung 80 hervor, die von einer Dichtlippe 82 umgeben ist. Mittels eines an der Vakuumöffnung 80 angelegten Vakuums bzw. Unterdrucks, das von einer entsprechenden Vakuumpumpe des Greifersystems erzeugt wird, greift bzw. hält der Greifer 20b den Prüfling 22b an einer der Kontaktanschlussfläche des Drucksensors 22b gegenüberliegenden Seite des Drucksensors 22b. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse des Drucksensors 22b an dieser der Kontaktanschlussfläche gegenüberliegenden Seite einen Deckel 84 auf. Bevor wieder Bezug nehmend auf Fig. 1 die restlichen Komponenten des Test-/Kalibriersystems 10 und ihre Funktionalitäten und Wechselwirkungen beschrieben werden, wird im Folgenden Bezug nehmend auf Fig. 4A - C der genaue Aufbau des Testnadelhalters 44 beschrieben.
Wie es zu sehen ist, umfasst der Testnadelhalter 44 vier plattenförmige Bauteile, nämlich ein Hauptbauteil bzw. eine Hauptplatte 86 und drei Gegenplatten 88a, 88b und 88c. Die Hauptplatte 86 umfasst, wie es bereits Bezug nehmend auf Fig. 2A, B erwähnt worden ist, eine Seitenumfangskante 90, die mit dem Verlauf der Innenkante 52 des Zentrierrings 38 übereinstimmt. In der Seitenumfangskante 90 ist die vorerwähnte Stufe 54 vorgesehen, die sich von der Oberseite 64 her nach unten erstreckt. Auf der dem Greifer bzw. dem zu testenden Drucksensor zugewandten Hauptseite 64 gegenüberliegenden Rückseite 92 des Hauptbauteils 86 sind drei Ausnehmungen 94a, 94b und 94c gebildet, die dazu vorgesehen sind, die Gegenplatten 94a - 94c aufzunehmen. Insbesondere sind die Ausnehmungen 94a - 94c derart ausgebildet, dass sie die Gegenplatten 88a - 88c derart aufnehmen, dass die freiliegenden Seiten 96 der Gegenplatten 88a - 88c bündig mit der Unterseite 92 des Hauptbauteils 86 sind.
Von jeder der Ausnehmungen 94a - 94c aus erstreckt sich eine Mehrzahl von Bohrungen 98 durch das Hauptbauteil 86 zu der Hauptseite 64, wobei die Bohrungen 98 auf der Seite der Ausnehmung 94a - 94c einen größeren Querschnitt aufweisen als auf der Seite der Hauptseite 64 und sich im Wesentli- chen in Dickenrichtung des plattenförmigen Hauptbauteils 86 erstrecken. Die Bohrungen 98 sind dazu vorgesehen, die vorher bereits erwähnten Federstifte aufzunehmen, die in Fig. 4A mit dem Bezugszeichen 100 versehen sind. Die Federstifte 100 umfassen einen hohlzylinderförmigen Mantel 102, aus dessen beiden Enden jeweils eine Testspitze 104 herausragt. Die Testspitzen 104 sind dabei federnd gelagert, um beim Hereindrücken der Spitze in den Mantel 102 eine entgegengesetzte Rückstellkraft auszuüben. Insbesondere sind die Bohrungen 98 derart ausgelegt, dass der Mantel 102 in den breiteren Teil dieser Bohrungen passt, aber einen breiteren Querschnitt aufweist als der Querschnitt des schmäleren Teils dieser Bohrungen 98. Ferner sind die Bohrungen 98 derart proportioniert, dass die Spitzen 104 durch die schmäleren Teile der Bohrungen 98 passen und von der Oberfläche 64 ein wenig hervorragen.
Wie es in Fig. 4C gut zu sehen ist, besitzen die Testspit- zen 104 Zacken 106 an ihren Enden, um eine sichere Kontak- tierung mit den Anschlussflächen der Drucksensoren zu ermöglichen.
In gleicher Weise wie das Hauptbauteil 86 besitzen auch die Gegenplatten 88a - 88c Bohrungen 108 mit einem breiteren und einem schmäleren Abschnitt, so dass, wenn die Federstifte 100 in die Bohrungen 98 eingefügt sind und die Gegenplatten 88a - 88c in die Ausnehmungen 94a - 94c eingefügt sind, der Mantel 102 der Federstifte 100 in dem brei- teren Abschnitt dieser Bohrungen 98 bzw. 108 im Wesentlichen lückenlos aufgenommen ist, während die beiden Spitzen 104 der jeweiligen Federstifte 100 an der oberen Oberfläche 64 bzw. der freiliegenden Oberfläche 96 vorragen.
Die an der Seite 96 vorragenden Spitzen sorgen, wie oben bereits erwähnt, für eine Kontaktierung mit entsprechenden Anschlussflächen auf der Platine 36, so dass in dem in Fig. 3 dargestellten Zustand, d.h. bei entsprechend platziertem Drucksensor, die Anschlussflächen des Drucksensors über die Federstifte 100 mit entsprechenden Leiterbahnen auf der Platine 36 verbunden sind, die wiederum, wie es im Folgenden beschrieben wird, mit dem Steuer-PC 12 elektrisch verbunden sind.
Zur Befestigung der Gegenplatten 88a - 88c in den Ausnehmungen 94a - 94c sind Gewindebohrungen 110 in dem Hauptbauteil 86 und entsprechende Befestigungsbohrungen 112 in den Gegenplatten 88a - 88c vorgesehen, so dass die Gegenplatten 88a - 88c durch entsprechende Schrauben (nicht gezeigt) an dem Hauptbauteil 86 befestigt werden können.
Wie es aus der vorhergehenden Beschreibung der Fig. 2 - 4 hervorging, ermöglicht die Teststation 24 im Zustand von Fig. 3, d.h. im aufgesetzten Zustand, eine elektrische Kommunikation zwischen einer entsprechenden Leiterbahn (nicht gezeigt) auf der Platine 36 und einem jeweiligen Anschluss des Drucksensors über einen entsprechenden Feder- stift 100. Über diese Leiterbahnen auf der Platine 36 kann dann, wie es später erläutert wird, der Steuer-PC 12 Sensorsignale von dem Drucksensor empfangen und Kalibrierdaten in denselben einspeisen.
Die Teststation 24 ist aber nicht nur dazu vorgesehen, eine elektrische Kommunikation mit dem zu testenden Drucksensor zu ermöglichen, sondern ferner den Druck und gegebenenfalls auch die Temperatur in der Druckkammer 66 einzustellen. Hierzu verläuft in der Teststation 24 ein Kanal 114 von der Druckkammer 66 nach außen. Dieser verläuft bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 2 und 3 zu sehen ist, innerhalb der Klemmplatte 46, wobei jedoch ebenfalls andere Möglichkeiten bestehen. Zur Temperatureinstellung können geeignete Temperatureinstellungsvorrichtungen in der Vakuumkammer oder um die TestStation 24 herum angeordnet sein.
Wieder zurückkehrend zu Fig. 1 wird im Folgenden der weitere Aufbau des Test-/Kalibriersystems 10 beschrieben. Wie es zu sehen ist, ist der Steuer-PC 12 über Mess- /Kalibrierleitungen 116 mit der Platine 36 bzw. den vorbeschriebenen darauf befindlichen Leiterbahnen verbunden, die wiederum mit den Federstiften elektrisch verbunden sind und an den Stellen 30a-c von dem Nadelhalter 44 vorragen. Durch die Mess-/Kalibrierleitungen 116 wird es folglich einem auf dem Computer 12 ablaufenden Testprogramm im aufgesetzten Zustand (Fig. 3) ermöglicht, Ausgangssignale des in der Druckkammer 66 befindlichen Drucksensors 22 über dessen Signalausgangsanschluss zu erfassen bzw. auszulesen und Kalibrierdaten über einen Kalibrieranschluss des Drucksensors 22 in einen entsprechenden Speicher desselben zu schreiben.
Über eine Fluidleitung 118 ist die Druckauswahleinrichtung 16 mit dem Kanal 114 und damit mit der Druckkammer 66 fluidmäßig verbunden. An die Fluidleitung 118 ist ferner die Druckmessdose 18 angeschlossen, so dass dieselbe in der Lage ist, den Druck innerhalb der Druckkammer 66 zu erfassen.
Wie bereits oben erwähnt, bildet der Computer 12 auch Teil des Druckbereitstellungssystem 14. Das Druckbereitstel- lungssystem umfasst darüber hinaus eine steuerbare Spannungsquelle 120, drei Druckkalibratoren 122 und drei Druckbehälter 124. Die Druckkalibratoren 122 sind über entsprechende Fluidleitungen 126 mit einem oder mehreren Druckerzeugern 128 verbunden, wie z.B. einer Vakuumpumpe und/oder einem Kompressor. Ferner sind die Druckkalibratoren 122 über Steuerleitungen 130 mit dem Steuer-PC 12 verbunden. Ebenso ist auch die steuerbare Spannungsquelle 120 mit dem Steuer-PC 12 über eine Steuerleitung 132 verbunden. Jeder Druckkalibrator 122 ist über eine jeweilige Fluidleitung 134 mit einem jeweiligen der Druckbehälter 124 fluidmäßig verbunden, um einen vorbestimmten Druck in dem jeweiligen Druckbehälter 124 einzustellen, wobei sich die vorbestimmten Drücke der Druckbehälter 124 voneinander unterscheiden und im Folgenden mit pl, p2 und p3 bezeichnet werden.
Die steuerbare Spannungsquelle 120 versorgt über vier Spannungsleitungen 136 vier Ventile Vl, V2, V3 und V4 der Druckauswahleinrichtung 16 mit Spannung und steuert sie dadurch. Die Ventile Vl - V4 sind beispielsweise Mag- netsteuerventile. Jedes der Ventile Vl - V4 agiert abhängig von einer Spannung an einer jeweiligen der Spannungsleitungen 136. Insbesondere ist das Ventil Vl in eine Fluidleitung 138 geschaltet, die einen ersten Druckbehälter 124 mit einem ersten Eingang des Ventils V4 verbindet. Auf ähnliche Weise sind die Ventile V2 und V3 in Fluidleitungen 140 und 142 geschaltet, die den zweiten Druckbehälter bzw. dritten Druckbehälter mit dem ersten Eingang des Ventils V4 verbin- den. Insbesondere sind die Ventile Vl - V3 derart in die Fluidleitungen 138 - 142 geschaltet, dass dieselben in der Lage sind, abhängig von der Spannung an der jeweiligen Spannungsleitung 136 die jeweilige Fluidleitung 138 - 142 zu unterbrechen, wenn das jeweilige Ventil geschlossen ist, und durchgängig zu machen, wenn das jeweilige Ventil geöffnet ist.
Das Ventil V4 besitzt einen weiteren Ventileingang, der mit der Umgebung gekoppelt ist und an dem folglich Normalluft- druck bzw. Atmosphärendruck anliegt. Der Ausgang des Ventils V4 bildet gleichzeitig den Ausgang der Druckauswahleinrichtung 16 und ist mit der Fluidleitung 118 und damit mit dem Kanal 114 und der Druckkammer 66 fluidmäßig verbunden. Das Ventil V4 ist derart angeordnet, dass, wenn das- selbe geschlossen ist, der Normaldruck an der Fluidleitung 118 und damit in der Druckkammer 66 anliegt. Andernfalls, d.h. wenn das Ventil V4 geschlossen ist, ist die Fluidleitung 118 mit dem ersten Ventileingang fluidmäßig verbunden, der, wie im Vorhergehenden beschrieben, über eines der Ventile Vl - V3 mit einem der Druckbehälter 124 gekoppelt werden kann, um einen der Drücke pl, p2 bzw. p3 an die Vakuumkammer 66 anzulegen.
Die Steuerung der steuerbaren Spannungsquelle 120 und damit der Ventile Vl - V4 erfolgt durch das vorerwähnte Testprogramm. Die Steuerung der Kalibratoren 122 und damit der Druckbehälter 124 kann beispielsweise über ein auf dem Computer 12 ablaufendes Programm erfolgen, das parallel zu dem Testprogramm auf dem Computer 12 abläuft. Dieses Druck- bereitstellungsprogramm kann beispielsweise ein Ausgangssignal der Druckmessdose 18 verwenden, um die Druckkalibra- toren 122 derart zu steuern, dass in den Druckbehältern 124 immer der gewünschte Druck pl, p2 bzw. p3 herrscht, wobei die Druckmessdose 18 den Druck in der Fluidleitung 118 misst, der, wie es im Folgenden noch beschrieben wird, durch das Testprogramm auf einen der Drücke pl, p2 oder p3 oder den Normalluftdruck, der im Folgenden mit p4 bezeich- net wird, variiert wird. Es ist ferner möglich, dass das Ausgangssignal der Druckmessdose 18 durch das Testprogramm verwendet wird, um das Ausgangssignal der Druckmessdose 18 mit in die Bestimmung der Kalibrierungsdaten einzubeziehen, die ansonsten anhand der Ausgangssignale durchgeführt wird, die der Drucksensor 22 bei den unterschiedlichen Drücken pl - p4 ausgibt, um somit leichte Druckschwankungen bei der Einstellung des Drucks in der Vakuumkammer 66 um die Drücke pl - p4 herum bei der Kalibrierungsdatenbestimmung zu berücksichtigen .
Nachdem im Vorhergehenden der Aufbau des Test- /Kalibriersystems 10 beschrieben worden ist, wird im Folgenden dessen Funktionsweise beschrieben.
Wie bereits im Vorhergehenden erwähnt, werden dem Test- /Kalibriersystem 10 zu testende/kalibrierende Drucksensoren in Booten seriell zugeführt. Das Greifersystem entnimmt mittels der drei Greifer 20 den Booten drei gehäuste Sensorelemente, nämlich einen Drucksensor 22 pro Greifer 20, und positioniert dieselben auf der Teststation 24, nämlich jeden Drucksensor 22 an einer unterschiedlichen Teststelle 30a - 30c. Die Positionierung der gehäusten Drucksensoren 22 wird dabei über eine spezielle Ausformung der Boote und der Greifer 20 gewährleistet. Beim Positionieren bzw. Setzen der Drucksensoren 22 auf die Teststation 24 werden die zu testenden/kalibrierenden Drucksensoren 22 positionsgenau auf die Federstifte 100 abgesenkt, welche in der Teststation 24, wie im Vorhergehenden beschrieben, getreu den Gehäuseanschlüssen lateral verteilt angebracht sind und die elektrischen Signale, die zum Drucksensor 22 gehen oder von dem Drucksensor 22 kommen, über die Platine 36 an bzw. von dem Computer 12 übermitteln. Sobald das Setzen bzw. Positionieren der Drucksensoren 22 auf die Teststation 24 erfolgt ist, d.h. nach erfolgter Aufnahme der Drucksensoren durch den Greifer und dem positionsgenauen Absenken derselben auf die Federstifte 100, signalisiert der das Greifersystem umfassende Test- und Verpackungsautomat dem Testprogramm, dass letzteres mit einem nächsten Testzyklus beginnen kann, wobei hierzu beispielsweise der Test- und Verpackungsautomat über eine serielle Schnittstelle mit dem zur Teststeuerung verwende- ten Personalcomputer 12 des Systems 10 verbunden ist und somit mit dem Testprogramm kommunizieren kann.
Im Folgenden wird der Testzyklus bzw. der Testablauf beschrieben, der auf das Absetzen der Drucksensoren 22 auf die Teststation 24 hin folgt. Sinn und Zweck des Testzyklus bzw. Test-/Kalibrationszyklus ist der Test und die Kalibration der Drucksensoren bei drei unterschiedlichen, aber fest gewählten Drücken pl, p2 und p3 je eingestellter Temperatur. Aus den bei den unterschiedlichen Drücken pl - p3 von den Drucksensoren 22 erhaltenen Messdaten berechnet das Testprogramm geeignete Kalibrierdaten bzw. Kalibrierkoeffizienten für den jeweiligen Drucksensor 22 und legt dieselbe gegebenenfalls sofort in dem Speicher, wie z.B. einem integrierten Speicherbaustein, auf dem Drucksensor 22 ab.
Die für die Messung benötigten Drücke werden dabei mittels des PC 12, den drei Druckkalibratoren 122, der Spannungsquelle 120, den drei Druckbehältern 124 und dem einen oder mehreren Druckerzeugern (nicht gezeigt) bereitgestellt, unter welchen der PC die Druckkalibratoren derart ansteuert, dass der entsprechende Druck pl, p2 bzw. p3 in den Druckbehältern 124 eingestellt wird, und unter welchen der PC 12 die Spannungsquelle 120 derart ansteuert, dass die Steuerventile Vl - V4 derart wirken, dass über dieselben der jeweilige Druck aus den Druckbehältern zur Testkammer 66 zugeschaltet wird. Wie bereits im Vorhergehenden erwähnt, erfolgt die Bereitstellung der Drücke in den Druckbehältern 124 unabhängig von den Operationen des Testprogramms und auch von den Operationen des Test- und Verpackungsautomaten. Die Drücke pl - p3 in den Druckbehältern 124 werden folglich immer korrekt eingestellt.
Das Testprogramm startet seine Routinen auf das Kommando des Test- und Verpackungsautomaten hin, nämlich die vorer- wähnte Signalisierung, dass die Drucksensoren 22 auf der Teststation 24 korrekt positioniert worden sind, so dass auch die Testkammer 66 fluiddicht abgeschlossen ist und in ihr über die Fluidleitung 118 definierte Drücke angelegt werden können. Anders ausgedrückt erhält das Testprogramm das Kommando von dem Test- und Verpackungsautomaten, sobald der Greifer 20 bzw. die Greifer 20 die Drucksensoren 22 in die Teststation 24 verbracht haben und durch diesen Vorgang dann auch gleichzeitig die entstehende Druckkammer 66 druckdicht verschlossen haben.
Das Testprogramm steuert dann den Druck in der Testkammer 66, der an den zu testenden Drucksensor bzw. dem Prüfling bzw. das DUT gebracht werden soll. In der Ausgangsstellung, d.h. zu Beginn des Testzyklus und bei Erhalt des Signals von dem Test- und Verpackungsautomaten, sind die Ventile Vl, V2 und V3 beispielsweise geschlossen, während das Ventil V4 geöffnet ist. In diesem Fall liegt der Normalluftdruck p4 an dem Drucksensor 22 an bzw. in der Druckkammer 66 vor. Danach steuert das Testprogramm das Ventil V4 derart, dass dasselbe geschlossen wird, während eines der Ventile Vl - V3 geöffnet wird, wie z.B. zunächst das Ventil Vl. Dadurch gelangt der in dem jeweiligen Druckbehälter 124 vorhandene Druck pl, p2 bzw. p3 an das DUT 22. Da die Druckkammer 66 in ihren Ausmaßen klein ist und zudem der Testnadelhalter 44 einen Großteil des Volumens der Druckkammer 66 einnimmt, dauert es nur eine geringe Zeit lang, wie z.B. wenige hundert Millisekunden nach dem Öffnen des jeweiligen Ventils Vl, V2 bzw. V3, bis sich der jeweilige Druck pl, p2 bzw. 3 in der Druckkammer 66 fest eingestellt hat. Das Testprogramm startet deshalb bereits nach einem kurzen Zeitintervall nach dem Öffnen des jeweiligen Ventils Vl, V2 bzw. V3, wie z.B. wenige hundert Millisekunden nach dem Öffnen, und somit eine kurze Zeitdauer nach dem Durchschalten des jeweiligen Drucks pl, p2 bzw. p3, eine Testprogrammroutine, die auf dem PC 12 abläuft und dazu vorgesehen ist, die druckanalogen Sensordaten bzw. Sensorausgangssignale auszulesen und gegebenenfalls eine integrierte Schaltung der Prüflinge 22 zu testen. Nach der Testprogrammroutine schließt das Testprogramm das aktuell geöffnete Ventil Vl, V2 oder V3 und öffnet eines der beiden anderen und wiederholt die Testprogrammroutine abermals nach Ablauf der vorerwähnten geringen Zeitdauer. Dieser Vorgang wird abermals für das letzte verbleibende Ventil, wie z.B. des Ventil V3, wiederholt, so dass der Drucksensor 22 für alle drei Drücke pl, p2 und p3 getestet worden ist, indem dessen Ausgangssignal ausgelesen worden ist.
Die so erhaltenen Messdaten eines Drucksensors 22 werden beispielsweise in einer Datei in dem PC 12 gespeichert. Unmittelbar nach der parallel an den drei in der Teststation 24 befindlichen DUTs 22 erfolgten Messung der druckanalogen Sensordaten bzw. Ausgangssignale wird durch das Testprogramm eine Kalibrierroutine gestartet, welche auf der Basis der in der Messdatei gespeicherten Sensordaten die zum betreffenden Drucksensor gehörenden Kalibrierkoeffizienten berechnet und gegebenenfalls automatisch in einem integrierten Speicherbaustein der Drucksensoren 22 ablegt, indem derselbe die Leitungen 116 bzw. das Kalibrierpad des jeweiligen Drucksensors 22 verwendet.
Nach erfolgreichem elektrischen Test sendet das Testprogramm einen Befehl an den Test- und Verpackungsautomaten. Hierauf entnimmt das Greifersystem mittels der Greifer 20 die DUTs 22 der Teststation 24 und führt sie der Verpackungsstation zu. Entsprechend den Steuerbefehlen des Testprogramms werden nun gut getestete DUTs 22 der Verpa- ckungsstation zugeführt, während die schlecht getesteten DUTs 22 durch die Greifer 20 verworfen werden, indem dieselben beispielsweise einer Ausschussstation (nicht gezeigt) zugeführt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass zur Kalibration der Drucksensoren 22 diese bei unterschiedlichen Temperaturen vermessen werden müssen. Hierzu kann die Miniaturdruckkammer 66 beispielsweise zusätzlich über eine Heizplatte oder eine ähnliche Heizeinrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur temperiert werden, die unter Steuerung des Testprogrammes oder einer hiervon unabhängigen Routine auf dem PC 12 auf die unterschiedlichen vorbestimmten Temperaturen eingestellt werden kann.
Ein Vorteil des vorbeschriebenen Test-/Kalibriersystems 10 besteht darin, dass mit demselben Endtest, Kalibration und Verpackung von assemblierten Drucksensoren, wie z.B. Absolutdrucksensoren, in deutlich kürzerer Zeit vorgenommen werden können, was eine erhebliche Kostenreduktion bei der Herstellung von Drucksensoren ermöglicht. Zudem ist der benötigte Platzbedarf gering.
Zudem ist das System 10 universell einsetzbar. Zur Anpas- sung an unterschiedliche Gehäuseformen der Drucksensoren 22 sind lediglich die Bodenplatte bzw. die Klemmplatte 46, die Ausformung des Greifers 20 und die Ausformung des Federstiftsockels 44 anzupassen.
Um die Applikation von verschiedenen Drücken an die Drucksensoren 22 zu ermöglichen, wurden bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel die Greifer 20 und die Teststation derart ausgelegt, dass während des Testdurchlaufs eine Miniaturdruckkammer 66 entsteht, wobei die Abdichtung gegenüber der Boden- bzw. Klemmplatte 46 nach Absenken des Greifers 20 mittels eines O-Rings in der Nut 72b in der Klemmplatte 46 geschah, der alle Federstifte 100 umfasste. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass eine entsprechende Dichtlippe oder ein O-Ring in dem Greifer 20 vorgesehen ist. Ferner kann die Dichtlippe 82 des Greifers auch fehlen.
Ferner wurde im Vorhergehenden beschrieben, dass der Kanal 114 in der Teststation 24 durch die Boden- bzw. Klemmplatte 46 verläuft. Es ist jedoch ferner möglich, dass Bohrungen für die Druckzuführung sowie für einen Anschluss eines Referenzdruckaufnehmers entlang eines anderen Weges durch die Teststation 24 verlaufen. Ferner könnte der Kanal über den Greifer zur Druckkammer verlaufen.
Ferner erstreckte sich die Druckkammer 66 bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen über drei Teststationsstellen für drei Drucksensoren hinweg. Dies muss aber nicht der Fall sein. Erstens ist die Anzahl nicht auf drei beschränkt sondern kann Eins oder mehr betragen. Zweitens könnte auf den im Vorhergehenden beschriebenen modularen Aufbau aus Zentrierring, Stifthalter und Klemmplatte unter Verzicht auf die schnelle Umstellung auf unterschiedliche Drucksensoren zugunsten eines einstückigen Aufbaus verzichtet werden, so dass drei voneinander fluidmäßig isolierte Druckkammern entstehen. In diesem Fall kann durch geeignete Vorkehrungen, wie z.B. Haftmittel oder Schmieröl, sicherge- stellt sein, dass die Federstifte 100 so in den Bohrungen 98 und 108 aufgenommen sind, dass entlang derselben die Druckkammer fluiddicht gegenüber außen abgeschlossen ist.
Auch bezüglich der restlichen Komponenten der Teststationen sind viele Variationen möglich. So ist die Verwendung einer Platine nicht zwingend erforderlich. Die elektrische Leitung zwischen den Testspitzen und dem PC könnte auch durch Kabel oder dergleichen erzielt werden. Ferner ist die Verwendung von Federstiften nicht zwingend, insbesondere nicht von solchen, die auf beiden Seiten federnde Spitzen aufweisen. In Bezug auf Fig. 1 wird darauf hingewiesen, dass das Druckbereitstellungssystem auch mehr oder weniger Drücke bereitstellen könnte. Insbesondere könnte die Druckbereitstellung auch ohne Zwischenschaltung von Druckbehältern durchgeführt werden. Insbesondere aber wird darauf hingewiesen, dass zwar im Vorhergehenden das System 10 sowohl einen Test als auch eine Kalibration durchführte, dies aber nicht zwingend notwendig ist. Die vorliegende Erfindung ist ferner vorteilhaft, wenn das System lediglich einen Test an den gehäusten Drucksensoren vornimmt oder lediglich eine Kalibration ohne einen Test, da dieser beispielsweise bereits vorher durchgeführt worden ist. Beim Test bestimmt dabei das System beispielsweise lediglich, ob der zu prüfende Drucksensor bestimmte Spezifikationen im Hinblick auf die Messgenauigkeit erfüllt. Dies kann bei einem vorbestimmten Druck oder bei mehreren unterschiedlichen vorbestimmten Drücken geschehen. Bei der Kalibrierung hingegen ermittelt das System 10, wie im Vorhergehenden beschrieben, aus den erhaltenen Messdaten bei den angelegten Drücken pl - p3 Kalibrierungsdaten, die in den gehäusten Drucksensor eingeschrieben werden, um denselben zu kalibrieren.
Noch einmal in anderen Worten ausgedrückt ist das oben beschriebene System 10 darin vorteilhaft, dass es Test, Kalibration und Verpackung von Sensorchips in einer kompakten Anlage vereint. Die Anlage wird mit Paletten beladen, auf denen die gehäusten Drucksensoren oder andere integrierte Schaltungen bzw. ICs liegen, wobei die Paletten beispielsweise Jedec-Trays oder Auer-Boote sein können, die direkt aus der Chipmontage kommen. Der bzw. die Greifer nehmen parallel mehrere, oben nämlich drei, Sensoren aus der Platte auf und bewegen sie zur Testkammer. Dort senkt sich der jeweilige Greifer ab, wobei die Sensorgehäuse auf die Kontaktstifte des Sockels abgesenkt und kontaktiert werden. Gleichzeitig verschließt der Greifer von oben den Sockel vakuum- bzw. druckfest. Über Vorratstanks wird der Messdruck zugeführt, nämlich Druckluft oder Stickstoff, wobei dann der Test oder die Kalibrierung durchgeführt wird. Nach dem Test nimmt der Greifer die Sensoren mit, wobei Sensoren, die den Test nicht bestanden haben, in einer Position für fehlerhafte Bauelemente vom Greifer abgelegt werden, und gute Sensoren entweder wieder auf einer Platte abgelegt werden oder alternativ diese Sensoren von dem Greifer in den in der Maschine befindlichen Gurtautomaten gelegt werden, der die Sensoren für eine Auslieferung gurtet.
Ein weiterer Vorteil des oben beschriebenen Systems besteht darin, dass die Testkammer nicht nur eine Beaufschlagung von Druck oder Unterdruck und eine gleichzeitige elektrische Kontaktierung der Sensoren zulässt, sondern dass sich die Testkammer zudem durch ihr kleines Volumen auszeichnet, das einen schnellen Druckwechsel ermöglicht. Die Druckkammer wird bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen nach oben hin durch den Greifer abgedichtet. An jeder Sensorposition, im Vorhergehenden drei Positionen, hat der Greifer einen kleinen Deckel, der mit einem O-Ring gedichtet auf der Kammer aufliegt. Für den elektrischen Kontakt enthält die Kammer einen Sockel mit leitenden Federstiften, die den Sensor kontaktieren. Nach unten hin sind diese Stifte druckdicht elektrisch leitend mit einer Platine verbunden, über die die Signale zugeführt werden. Der Anpressdruck des Greifers sorgt somit sowohl für eine Druck- oder Vakuumdichtung als auch für den elektrisch Kontakt.
Bezug nehmend auf die vorhergehende Beschreibung wird außerdem noch darauf hingewiesen, dass es nicht unbedingt erforderlich ist, dass sich der Greifer auf die Teststation hin absenkt. Vielmehr kann die Verfahrrichtung des Greifers auch anders ausfallen als nach unten, wie z.B. nach oben oder dergleichen.
Das obige Ausführungsbeispiel zeigt damit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schnellen Applikation unterschiedlicher Drücke für die Kalibration von integrierten Drucksensoren oder Absolutdrucksensoren an einem vollautomatischen Test- und Verpackungsautomat. Das zur Kalibration der Drucksensoren notwendige Equipment kann zusammen mit einem kommerziell erhältlichen Test- und Verpackungsautomaten betrieben werden. Die zur Kalibration der integrierten Absolutdrucksensoren notwendigen Messungen bei wenigstens drei verschiedenen Absolutdrücken erfolgen während des elektrischen Endtests der gehäusten Bauelemente. Sofort im Anschluss daran werden die Bauelemente verpackt.
Insbesondere wird nochmals darauf hingewiesen, dass abhängig von den Gegebenheiten das erfindungsgemäße Test/Kalibrationsschema zum Teil auch in Software implementiert sein kann. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder einer CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem 12 zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesba- ren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner, wie z.B. 12, und/oder einem entsprechenden Digital- oder Analogbaustein abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Testen oder Kalibrieren eines genausten Drucksensors (22) mit einem druckempfindlichen Bereich und einem Ausgangssignalanschluss, mit folgenden Merkmalen:
einer Teststation (24);
einem Testkontakt (100);
einem Greifer (20) zum Aufnehmen des gehäusten Drucksensors (22) und Setzen desselben auf die Teststation (24), derart, dass nach dem Setzen der Ausgangssignal- anschluss mit dem Testkontakt (100) elektrisch verbunden ist, wobei der Greifer (20) und die Teststation (24) derart ausgebildet sind/ dass nach dem Setzen der Greifer (20) und die Teststation (24) einen Hohlraum (66) definieren, der zumindest an den druckempfindli- chen Bereich des gehäusten Drucksensors (22) angrenzt;
einer Druckerzeugungseinrichtung (14, 16) zum Erzeugen eines vorbestimmten Drucks in dem Hohlraum (66); und
einer Verarbeitungseinrichtung (12), die mit dem Testkontakt (100) elektrisch verbunden ist, zum Empfangen und Verarbeiten eines Sensorausgangssignals von dem gehäusten Drucksensor (22) .
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Testkontakt (100) einen Kontaktstift (104) aufweist, der in einem Bereich (30) der Teststation (24) angeordnet ist, auf den der Greifer (20) den gehäusten Drucksensor aufsetzt.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die ferner folgendes Merkmal aufweist: zumindest einen Kanal (114), der sich durch die Teststation (24) erstreckt, um den Hohlraum (66) mit der Druckerzeugungseinrichtung (14, 16) fluidmäßig zu verbinden.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Dichtungseinrichtung (72), die auf dem Greifer (20) oder der Teststation (24) angeordnet ist, um nach dem Setzen entlang einer geschlossenen Linie zwischen dem Greifer (20) und der Teststation (24) angeordnet zu sein, derart, dass der Hohlraum (66) fluiddicht abgeschlossen ist.
5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Druckerzeugungseinrichtung (14, 16) steuerbar ist, um den vorbestimmten Druck auf einen ersten oder zweiten, von dem ersten unterschiedlichen Druck- wert einzustellen, und wobei die Verarbeitungseinrichtung (12) ausgebildet ist, um ein erstes Sensorausgangssignal von dem gehäusten Drucksensor zu einem ersten Zeitpunkt zu empfangen und ein zweites Sensorausgangssignal von dem gehäusten Drucksensor (22) zu einem zweiten Zeitpunkt zu empfangen, und das erste und zweite Sensorausgangssignal zu verarbeiten, wobei die Verarbeitungseinrichtung (12) so ausgebildet ist, dass der erste und der zweite Zeitpunkt steuerbar sind, wobei die Vorrichtung ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Steuereinrichtung (12) zum Steuern der Druckerzeugungseinrichtung (14, 16) und der Verarbeitungseinrichtung (12) , derart, dass nach dem Setzen
die Druckerzeugungseinrichtung (14, 16) den ersten Druckwert in dem Hohlraum (66) einstellt, bei eingestelltem ersten Druckwert die Verarbeitungseinrichtung (12) das erste Sensorausgangssignal empfängt,
die Druckerzeugungseinrichtung (14, 16) den zweiten Druckwert in dem Hohlraum (66) einstellt, und
bei eingestelltem zweiten Druckwert die Verarbeitungseinrichtung (12) das zweite Sensorausgangs- signal empfängt.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen Kalibrierkontakt (100) aufweist und bei der der Greifer (20) ferner ausgebildet ist, um den genausten Drucksensor (22) derart auf die Teststation (24) zu setzen, dass nach dem Setzen ein Kalib- riersignalanschluss des gehäusten Drucksensors mit dem Kalibrierkontakt elektrisch verbunden ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung (12) mit dem Kalibrierkontakt elektrisch verbunden und ausgebildet ist, um abhängig von der Verarbeitung des Sensorausgangssignals ein Kalibriersignal an den Kalibrierkontakt auszugeben.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verarbeitungseinrichtung (12) ausgebildet ist, um abhängig von der Verarbeitung des Sensorausgangssignals ein Fehlersignal auszugeben, wobei der Greifer ausgebildet ist, um abhängig von dem Fehlersignal entweder
den gehäusten Drucksensor einer Verpackungsstation zum Gurten des gehäusten Drucksensors zuzuführen, oder
den gehäusten Drucksensor zu verwerfen.
8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Teststation (24) eine Mehrzahl von Testkontakten aufweist, und der Greifer (20) ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von gehäusten Drucksensoren (22) gleichzeitig aufzunehmen und auf die Teststation (24) zu setzen, so dass nach dem Setzen der Ausgangssignal- anschluss der Drucksensoren mit einem jeweiligen Test- kontakt der Teststation (24) elektrisch verbunden ist, wobei die Teststation (24) und der Greifer (20) derart ausgebildet sind, dass nach dem Setzen der Hohlraum (66) an den druckempfindlichen Bereich jedes der gehäusten Drucksensoren angrenzt.
9. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Mehrzahl von Testkontakten aufweist, von denen zwei als Spannungsversorgungskontakte und einer als Drucksensorsignalschnittstellenkontakt dient, wo- bei der Greifer (20) ausgebildet ist, um den gehäusten Drucksensor (22) derart auf die Teststation (24) zu setzen, dass nach dem Setzen der Ausgangssignalan- schluss mit dem als Drucksensorsignalschnittstellen- kontakt dienenden Testkontakt (100) und zwei Span- nungsversorgungsanschlüsse des gehäusten Drucksensors (22) mit den als Spannungsversorgungskontakte dienenden Testkontakten (100) elektrisch verbunden sind.
10. Verfahren zum Testen oder Kalibrieren eines gehäusten Drucksensors (22) mit einem druckempfindlichen Bereich und einem Ausgangssignalanschluss, mit folgenden Schritten:
Aufnehmend des gehäusten Drucksensors (22) durch einen Greifer (20);
Setzen des gehäusten Drucksensors (22) durch den Greifer (20) auf eine Teststation (24), derart, dass nach dem Setzen der Ausgangssignalanschluss mit einem Test- kontakt (100) elektrisch verbunden ist, wobei der Greifer (20) und die Teststation (24) derart ausgebildet sind, dass nach dem Setzen der Greifer (20) und die Teststation (24) einen Hohlraum (66) definieren, der zumindest an den druckempfindlichen Bereich des gehäusten Drucksensors (22) angrenzt;
Erzeugen eines vorbestimmten Drucks in dem Hohlraum (66);
Empfangen eines Sensorausgangssignals von dem gehäusten Drucksensor (22) an dem Testkontakt (100); und
Verarbeiten des Sensorausgangssignals.
11. Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.
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