用于电子构件、特别是集成电路的具有用于移动柱塞的气动缸移动装置的操作装置的制作方法

专利名称：用于电子构件、特别是集成电路的具有用于移动柱塞的气动缸移动装置的操作装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于电子构
件、特别是集成电路(IC)的操作装置，该操作装置具有至少一个 运输单元，用于将待测试的构件输送到一个位置，在该位置中，构件 与一测试装置的接触装置相对置；还具有一个与所述运输单元分开的 进给装置，用于移动设置在运输装置上的并设计成用于保持构件的柱 塞。
背景技术：
在将电子构件、例如IC，s (具有集成电路的半导体元件)例如安 装到电路板上或以其他方式应用时，通常要对其功能性进行检查。这 里，由一通常称为"机械手(Handler)"的自动操作装置使待检查的构 件与一接触装置相接通，所述接触装置特别是设计成接触座并与一测 试装置的测试头电接触。在测试过程结束之后，通过机械手将各构件 重新从接触装置上取下并根据测试结果对其进行分拣。
为了保持和接通构件，机械手通常具有柱塞(Plunger)，也就 是说可纵向移动的保持单元，所述保持单元可以特别是通过借助于真 空施加抽吸力来保持所述构件。在放置构件之后，将柱塞在机械手中 移动到这样的位置中，在该位置中，可以使各构件在直线的路径上进 一步向接触装置进给，直至构件与接触头的触点进入接触。在完成测 试过程之后，通过柱塞将构件重新从测试头上取下并将其这样定位， 即，使构件可通过一卸载工位从机械手中取出并根据测试结果对其进 行分拣。
为了能够以尽可能经济的方式实现对构件的测试过程，具有决定
4性的重要性的是，机械手以非常高的速度工作，就是说，实现尽可能 高的通过量。
为此目的，已知一种具有长方体形的中央部件的机械手单元，在 所述中央部件上可纵向移动地引导多个柱塞，所述柱塞在其前端上通 过真空保持构件。柱塞的移动在这里通过一气动缸形式的进给装置来 实现。尽管这种原理已经得到了验证，但这是困难的并且会导致高昂 的费用的是，以这种方式在较短的时间内并以精确的方式将多个柱塞 移动到前面的接触位置并在此时同时确保构件轻柔的、有保护的接触。

发明内容
本发明的目的是，提供一种开头所述类型的具有进给装置的操作 装置，利用该操作装置也可以将多个其上保持有待测试的构件的柱塞 以较为简单、快速并且精确的方式转移到 一前面的测试位置中并可以 实现有保护地接通构件。
根据本发明，所述目的通过一具有权利要求1的特征的操作装置 来实现。本发明有利的实施形式在其它各权利要求中说明。
在根据本发明的操作装置中，气动缸装置设计成可移动的并与一 使气动缸装置沿柱塞的轴向往复运动的气动缸移动装置相联接。
因此，根据本发明，用于使柱塞移动的进给装置由包括一设置成 可移动的气动缸装置和一使气动缸装置沿柱塞的轴向往复运动的气动 缸移动装置的组合组成。由于所述气动缸作为整体由气动缸移动装置 往复移动，所述气动缸移动装置可以有目的地这样构成和优化，即， 能够以非常快速的方式跨过传送路径，而气动缸起弹簧元件的作用， 这种弹簧元件确保了构件的连接触点轻柔地放置在接触装置(接触座) 上。由此，可以实现一方面非常快速的，另一方面实现非常轻柔、柔 和的接触，这特别是对存在于接触装置上的连接触点、例如接触弹簧 起保护作用。此外通过气动缸利用其行程补偿的路径可以得到这样的 可能性，即，在接触时补偿公差。以相同的压力将所有构件向接触装 置顶压。根据一个有利的实施形式，所述气动缸移动装置由一曲轴装置组 成，该曲轴装置具有一驱动装置、 一可由该驱动装置置于旋转的曲轴 和至少一个偏心地支承在曲轴上的连杆，所述连杆与气动缸装置相联 接，以便使气动缸装置沿柱塞的轴向移动。这种曲轴装置有这样的优 点，即，利用这种曲轴装置可以以简单、快速和精确的方式使其上保 持有构件的柱塞从其收回的位置转移到其前面的接触位置。这里特别 有利的是，曲轴装置使得可以实现与速度相关地传送(进给)柱塞， 其中传送速度取决于曲轴的角度位置。这里连杆适宜地这样支承在曲 轴上，即，传送速度在接近前面的接触位置(终点位置)是逐渐变低， 而传送速度至少在其余的传送路径的大部分上可以非常高。以这种方 式可以在使构件柔和地与接触装置(例如接触座)接触的同时实现短 的传送时间。
气动缸移动装置还可以由另一种移动装置组成。例如为此可以设 置一主轴(螺杆)驱动装置。此外还可以设想，同样以气动的方式例 如通过一中央的进给缸使气动缸装置往复运动。
根据一个有利的实施形式，气动缸装置具有一板支座和一固定在 该板支座上的缸保持板，其中板支座可移动地在一静止地设置在操作 装置内部的导向装置上被引导，而气动缸固定在缸保持板上。这使得 可以非常精确地沿传送方向引导气动缸装置，并且此外还简化了装配， 因为气动缸可以事先安装在缸保持板上。
根据一个有利的实施形式，给一运输单元的每个柱塞配设一气动
缸。由此在接触时都可以独立于其他构件对每个构件緩冲(abfedern )。 根据一个有利的实施形式，为每个气动缸或为各单个分组的气动 缸设置一用于打开或关闭相配属的气动管道的控制阀，从而每个气动 缸或气动缸的分组可以单独地通过控制阀起动并且只有被选出的柱塞 可被转移到前面的测试位置。以这种方式存在"去活，，的可能性。如果 例如测试机侧不同的接触装置发生故障或者不应操作所有的接触装 置，则可以将个别的气动缸拉入，由此相应的柱塞不会转移到前面的 接触位置。根据一个有利的实施形式，气动缸设计成短行程缸并具有活塞 杆，所述活塞杆通过空气压力弹性退让地保持在缸壳体中，其中，用 于将活塞杆移入的力至少在移入路径的起始部分基本上保持恒定。由 此，即使当构件或接触装置(接触座)具有较大的尺寸或位置公差时， 也可以特别精确地以统一的方式用希望的压力将构件顶压到接触装置 上。


下面根据附图来举例详细说明本发明。其中
图1示出根据本发明的操作装置和周边的装置或模块的示意图，
所述装置或模块在电子构件的测试中使用，
图2示出根据本发明的具有三个部分示出的环行车的操作装置的
透视图，但其中没有示出进给装置，
图3示出图2的具有三个环行车和根据本发明的进给装置的操作
装置的示意性侧视图，
图4示出图3的环行车的部分倾斜剖开的剖视图，其中示出四个
用于构件的柱塞，
图5示出根据本发明的进给装置的示意性侧视图，
图6示出图5的进给装置和接触装置的示意性侧视图，其中进给
装置处于收回的位置，
图7示出对应于图6的视图，其中进给装置处于前移的接触位置， 图8示出处于收回的位置中的进给装置的一部分的透视图， 图9示出处于前面的接触位置中的图8的进给装置的透视图， 图10由测试装置一侧示出操作装置、进给装置、运输装置和接
触装置的各部件的透视图，以及
图11示出用于供应八个气动缸的气动线路图。
具体实施例方式
根据图1首先示意性和举例说明一用于测试IC，s(具有集成电路的半导体元件)形式的电子构件的设备。这里箭头指示构件的路径。
首先将构件供应给一装料单元1。该装料单元1首先将构件输送
给设置在前面的调温腔2，以便在该调温腔2内部将构件调温到一预 定的温度。该温度例如可以在-60。C和+200。C之间。这里所述预调温可 以按对流和/或传导的方式进行。当在调温腔2中将待测试的构件调整 到希望的温度之后，由一可以是(Pick and Place )拾放单元的输送装 置3将构件从调温腔2中取出并将其输送给一操作装置4 (中央机械 手单元)。操作装置4包含必要的用于对构件进行容納、保持和必要 时附加地进行调温的装置和一个构件移动装置，以便将构件输送给测 试头5，并在测试过程结束之后将构件重新从测试头5上取下。此外， 操作装置5还可以包括确定的装置，以便以确定的方式和方法作用在 待测试的构件上，例如以加速度、压力或构件的斜度。
测试头5按已知的方式停靠(andocken)在所述操作装置4上。 测试头5是一电子测试装置的一部分，利用该电子测试装置可以测试 所述构件并对测试结果进行分析处理。
在测试结束之后，由操作装置4将构件重新从测试头5上取下， 并借助于取出单元6 (卸料器或拾放单元)将其供应给一分拣单元7。 在该分拣单元7中，根据测试结果对构件进行分拣。接着构件到达卸 载工位8。
设置在操作装置4的外部的调温腔2仅是可选的。如果待测试的 构件不必进行调温，则可以省去这种调温腔2。此外，还可以替〗戈或 附加于调温腔2在操作装置4的内部进行待测试的构件的调温。此外 不是一定通过拾放单元形式的运输单元3进行构件向操作装置4的输 送，而是如可以本领域技术人员已知的那样通过重力进行。在这种情 况下，这是一种所谓的重力机械手。
下面根据图2至11对根据本发明的操作装置4的结构和工作方 式进行详细说明。
如图2所示，所述操作装置4具有一具有两个圆环形的、静止的 导向件9a、 9b的导向装置9，在所述导向件上可移动地支承三个环行车10形式的运输单元。所述导向件9a、9b绕一共同的中轴线ll延伸。 环行车10可以沿导向件9a、 9b在一圆形轨道上绕水平的中轴线11 相互独立地被引导，也就是说，每个环行车IO到前面和后面的环行车 10的距离沿圆周方向是可变的。但根据操作装置4的使用目的的不同， 环行车IO的数量可以变化。例如可以设置二至八个、特别是三至五个 环行车10。
在每个环行车10上固定多个相同的具有真空吸头的柱塞12，所 述真空吸头用于分别保持一个待测试的电子构件43，例如半导体元件 (IC)。在图3至7中部分地示出了不同数量的柱塞12，其中根据图 3、 6、 7的实施例基于十六个柱塞12，这些柱塞按一4x4的矩阵设置。 但也毫无问题地可以在每个环行车10上设置其它数量的柱塞12，以 便能够同时接纳、向测试头5输送和从测试头上重新取下相应数量的 构件。这里特别适宜的可以是，保持单元12矩阵式地设置在环行车 10上，例如以3x3、 2x4、 4x4或5x5的矩阵的形式。
在这些附图中，环行车IO只是部分示出，以便露出位于其后的 部件并改善概观。此外，在图1的示意性视图中没有示出这种环行车 10，而是只示出相配的驱动臂13 (各单个驱动臂用13a、 13b、 13c表 示)，所述驱动臂从中轴线11出发沿径向向外分别延伸到环行车10， 并沿环行方向驱动所述环行车。
如图2所示，环行车IO具有一矩形的框架14,在该框架上固定 旋拧安装一个分成两部分的底板15。在图2中只以底板15的一半示 出环行车IO，以便使得能够看到位于其后面的各部件。底板5特别是 用于固定柱塞12并用于径向向内密封环行车10，从而，如果构件43 在环行车10内部被调温，则避免沿这个方向的热量损失。
将底板15可拆卸地固定在框架14上可以提供这样的优点，即， 如果例如需要与另一种周边结构相匹配，则可以简单地更换底板15 连同柱塞12。
如图4所示，每个环行车10具有一个带有一壳体48的调温腔， 所述壳体由底板15、 一前壁部44、 一后壁部45以及两个侧壁部46、
947组成。各所述壁部44-47与平的底板15 —起共同形成一盆形的结 构物，该结构物在侧向以及沿径向向内至少基本上是封闭的，但沿径 向向外、也就是说在图4中向上是开放的。柱塞元12的例如在图6 中示出的部分完全位于壳体48的内部。借助于壳体48可以将每个环 行车IO设计成用于构件的、环绕的调温腔。
为了使得在对构件43进行调温时热量不会不受控制地径向向外 从调温腔中流出，在环行车10的外部以较小的径向距离设置一静止的 环形覆盖板形式的、环绕的覆盖件51。在环行车的整个环行路径上， 除了在其中向环行车10装载、卸载和沿朝向测试装置的方向径向向外 推送构件43的区域以外，该覆盖件51都覆盖环行车10。在图4中示 出装载工位，在该装载工位中使覆盖板沿环行方向相互隔开至这样的 程度，即，可以将构件43无障碍地放置到相配的柱塞12上。
每个环行车10可以由一 自己的驱动臂13沿导向件9a、 9b置于环行。
如图2所示，每个驱动臂13a、 13b、 13c分别由自己的驱动装置 驱动，以便使各环行车10能够相互独立地运动，所述环行车10固定 在一相配的驱动臂13a、 13b、 13c的径向外端部上。驱动臂13a由一 驱动马达18a通过一驱动齿轮19a、 一中央的齿轮20a和一齿形带21a 或一相配的驱动轴驱动。驱动臂13b由一驱动马达18b通过一驱动齿 轮19b、 一中央的齿轮20b和一齿形带21b或一相配的驱动轴驱动。 驱动臂13c由一驱动马达18c通过一驱动齿轮19c、 一中央的齿轮20c 和一齿形带21c或一相配的驱动轴驱动。三个驱动轴同心地绕共同的 水平中轴线11相互嵌套设置，其中两个驱动轴可以绕最内侧的驱动轴 旋转。
由于这种布置形式，各环行车10可以相互独立地在没有相互间 的刚性联接的情况下绕中轴线11旋转，以便沿圆形轨道行驶到不同的 位置。在图2和3中分别示出处于上部的装载位置、侧向的测试位置 和下部的卸栽位置中的环行车10,在装载位置中，待测试的构件43 放置在柱塞12上，在测试位置中，构件水平前移并与测试头5的相配的接触装置(接触座)相接触，在卸载位置中，将经测试的构件43 从柱塞12上取下。附加地，环行车IO可以行驶到位于上述位置之间 的位置冲，例如定向位置和等待位置，其中各构件总是以相同的旋转 方向继续旋转到各自后面的位置或工位中。
为了使待测试的构件43在环行车IO的侧向位置中(图3中9点 钟的位置)直线并且水平地沿测试头5的方向进给并与和测试头5电 连接的接触座相接触，设有一仅在图3和5至10中示出的进给装置 30。如图3所示，该进给装置30设置在中轴线11和位于处于侧向的 测试位置中的环行车10上的柱塞12之间的区域内。
如由图5的示意图所示，进给装置30具有一曲轴装置31形式的 气动缸移动装置和一气动缸装置32。
曲轴装置31包括一设计成带轮的曲轴33,该曲轴可绕一平行于 中轴线11设置的旋转轴线34旋转。曲轴33可通过一电动机形式的驱 动装置35置于旋转，其中电动机通过一齿形带36与曲轴33旋转联接。
在曲轴的两侧分别设置一个连杆37，其中两个连杆37以其一个 端部通过一横向销38偏心地支承曲轴33上。
两个连杆37以其相对的端部通过一横向销39可摆动地支承在柱 塞推压装置32上，以便通过将曲轴33置于旋转而使其直线水平地， 即沿箭头40 (图5)的方向移动。气动缸装置32具有一板支座50和 一固定在板支座上的保持板51。所述板支座50包括一具有单个指状 部52的支承件以及设置在支承件两侧的导向套筒53，在缸保持板51 固定在各指状部上，利用所述导向套筒板支座50可移动地支承在静止 的导向杆54上(图8、 9)。如果曲轴33从图8中所示的其中横向销 38相对于板支座50位于旋转轴线34后面的位置中旋转180°进入图9 中所示的其中横向销38位于旋转轴线34和板支座50之间的位置中， 则由此板支座50通过两个连杆37直线地移动到图9中示出的前面的 位置中。如果曲轴33由该位置又沿相反的方向返回图8中示出的初始 位置，则板支座50以相应的方式直线地收回。曲轴33的旋转路径此 时通过轴承座57的凸肩55、 56限定，在旋转轴线34支承在所述轴承底座上，其中，横向销38在终点位置挡靠在凸肩55、 56上。
缸保持板51用于固定多个气动缸58，其中，每个柱塞12与一个 气动缸58相对置。由此气动缸58的数量适宜地等于柱塞12的数量。 气缸58具有活塞杆59、所述活塞杆与柱塞12对齐地设置并能够 沿进给方向(传送方向)从气动缸58中移出或移入气动缸。为此，如 后面还要根据图12详细说明的那样，每个气动缸58通过相应的气动 管道与一流体供应装置60相连(见图6和7)。这里气动缸58是短 行程缸。
柱塞12在其纵向上可移动地保持在环行车10的底板15上。为 此柱塞12具有一前区段和一后区段，前区段在图6示出的柱塞收回的 状态下设置在环行车10的壳体48的内部，后区段向后，即在操作装 置4的内部径向向内超过底板15伸出。在柱塞12的该收回的位置中， 将环行车IO移动到侧向的测试位置中，该位置在图3中对应于9点钟 的位置。如图3和6所示，在所述收回的位置中，柱塞12的后端部与 活塞杆59的前端部隔开并与其完全分离，从而环行车IO可以行驶到 测试位置中，而不会与活塞杆59接触。在测试位置中，活塞杆59与 柱塞12的后端部精确地相对(图6)。在该位置中，被牢固地抽吸在 柱塞12的一中央的管状吸头62的尖端上的构件43位于环行车10的 壳体48的内部，其中，壳体48也具有较小的、到一设置在测试才几侧 的接触座支承件63的距离，从而相关的环行车IO可以驶入接触座支 承件63和气动缸58之间的区域中。接触座支承件63承载具有触点的 接触座64，必须使待测试的构件43与所述触点相接触。此外，在图6 和7中还示意性地示出一隔热件65，该隔热件防止热量不受控制的从 环行车10的壳体中流出。
为了使构件43从其在图6中示出的收回的位置进给到在图7中 示出的进给的接触位置，曲轴33沿逆时针方向旋转约180°,由此， 气动缸装置32直线地沿接触座64的方向移动。此时气动缸58的活塞 杆59推压柱塞12的后端部61并由此将柱塞12相应地向前推动到图 7中示出的接触位置中。此时气动缸58的活塞杆59移出一预定的尺寸。只要不要求进行调整介入，则保持活塞杆59相对于气动缸58的
位置。由此不需要在每个测试过程之后使活塞杆59移入并在每次新的
测试过程之前再使其移出。各单个活塞杆59可以单独地控制起动，从
而以这种方式可以起动单个气动缸58或使其无效(去活)。此外，气
动缸58还允许对接触时的公差进行补偿。如果接触座或构件的位置沿
传送方向相互有偏差，则相配的活塞杆59自动地或多或少地被压回，
此时顶压力基本上保持相同。此外，如果不应操作一些接触座64，还
可以借助于气动缸58有目的地在待接触的接触座64之间进行选择，
从而相关的柱塞不被进给到进入其接触位置。
因此，用于传送柱塞12的、从其收回的位置到其前面的接触位
置的正常的行程机械地通过曲轴装置31实现，而气动缸58只用于精
细调节并由此用于实现所有构件43相同的顶压力或用于有目的地选 择各单个柱塞12。
在测试过程结束之后，重新沿顺时针方向使曲轴33旋转回到图6 中示出的位置，由此，气动缸装置32移动回到其收回的位置。柱塞 12通过一相应的未示出的设置在每个柱塞12上的复位弹簧拉回到其 收回的位置，在该位置中，构件43重新设置在壳体48的内部，并且 柱塞12与气动缸58的活塞杆59分开。由此环行车10可以从测试工 位中驶出，从而后面的带有尚未测试的构件43的环行车10可以驶入 测试工位。
进给装置30的进给或收回速度由于曲轴装置31沿进给路径根据 角度位置改变，支承部位、即横向销38、连杆37在曲轴33上占据所 述角度位置。如由图5可以推导出，在横向销38的3点钟和9点钟的 位置，即，当横向销38和横向销39之间的连线平行于进给方向时， 进给速度为零，而当横向销位于12点钟的位置时，进给速度最高。由 于在横向销38接近9点钟位置时进给速度减慢，可以实现柔和地将构 件43放置在相配的接触座上。
图11中示出具有八个气动缸58的气动线路图。每个气动缸 通过一个气动管道66和一第二气动管道67与流体供应装置60相连。第一气动管道66在活塞68的下方通入气动缸58,而第二气动管道67 在活塞68的上方通入气动缸58。气动管道66、 67可以通过可电万兹操 作的、二位五通阀形式的控制阀69这样与一通向流体供应装置60的 主供应管道70或与合适的排气管道相连，即，活塞杆59可以相互独 立地从气动缸58中移出、移入气动缸或保持在确定的位置中。
第一和第二气动管道66、 67是可移动的压力管道，而所述方向 阀69静止地设置在操作装置4中。
权利要求
1.一种用于电子构件、特别是IC’s的操作装置，该操作装置具有至少一个运输单元，用于将待测试的构件(43)输送到一个位置，在该位置中，构件与一测试装置的接触装置相对置；设置在运输单元上的柱塞(12)，构件(43)保持在所述柱塞上并且所述柱塞能够在其轴向上移动直至一前面的接触位置中，在该接触位置中，构件(43)与相配属的接触装置相接触，一与运输单元分开的进给装置(30)，用于使柱塞(12)移动，该进给装置具有一带有气动缸(58)的气动缸装置(32)，能够使各所述气动缸与柱塞(12)相接触和与柱塞分开，其特征在于，气动缸装置(32)设计成能够移动的并与一使气动缸装置(32)沿柱塞(12)的轴向往复运动的气动缸移动装置相联接。
2. 根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，所述气动缸 移动装置由一曲轴装置(31)组成，该曲轴装置具有一驱动装置(35)、 一能够由该驱动装置(35)置于旋转的曲轴(33)和至少一个偏心地 支承在曲轴(33)上的连杆(37)，所述连杆与气动缸移动装置(32) 相联接，以便使气动缸移动装置沿柱塞(12)的轴向移动。
3. 根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，所述气动缸 移动装置由一主轴驱动装置组成。
4. 根据权利要求1至3之一所述的操作装置，其特征在于，气 动缸装置(32)具有一板支座(50)和一固定在该板支座上的缸保持 板(51),其中板支座(50)可移动地在一静止地设置在操作装置(4) 内部的导向装置(9)上4皮引导，气动缸(58)固定在缸保持板(51) 上。
5. 根据权利要求1至4之一所述的操作装置，其特征在于，给 运输单元的每个柱塞(12)配设一气动缸(58)。
6. 根据权利要求1至5之一所述的操作装置，其特征在于，为每个气动缸(58)或为各单个分组的气动缸(58)设置一用于打开或 关闭相配属的气动管道(66、 67)的控制阀(69)，从而每个气动缸 (58)或各分组的气动缸(58)能够单独地通过控制阀(69)起动并 且只有被选出的柱塞(12)能够转移到前面的接触位置中。
7.根据权利要求1至6之一所述的操作装置，其特征在于，气 动缸(58)构成为短行程缸并具有活塞杆(59)，所述活塞杆通过空 气动力能够弹性退让移入地保持在缸壳体中，其中，用于使活塞杆(5) 移入的力至少在移入路径的起始部分上基本上保持恒定。
全文摘要
在一种用于电子构件、特别是IC’s的操作装置中，设有用于柱塞(12)的、具有气动缸装置(32)的进给装置(30)，气动缸装置设计成能够移动的并与一使气动缸装置(32)沿柱塞(12)的轴向往复运动的气动缸移动装置相联接。
文档编号G01R31/28GK101611325SQ200880004146
公开日2009年12月23日 申请日期2008年9月25日 优先权日2007年10月5日
发明者A·维斯伯克, A·鲍尔, G·耶塞雷尔, S·蒂尔 申请人:马尔帝电子系统有限公司