DE2209252C2 - Einrichtung zum Ausrichten eines kleinen plattenförmigen, rechteckigen Werkstückes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ausrichten eines kleinen plattenförmigen, rechteckigen Werkstücks, z. B. einer integrierten Schaltungseinheit, in eine bezüglich zweier Werkstückkanten oder zweier dazu paralleler Kontaktreihen definierte Lage. Dabei ist das Werkstück zu seinen Oberflächen verschiebbar gelagert, und beiderseits des Werkstücks sind zwei in eine der Ausrichtstellung des Werkstücks entsprechende Schließstellung zueinander schwenkbare Hebel vorge- so sehen.

Im Zuge der Weiterentwicklung elektronischer Rechenanlagen und anderer Geräte mit integrierten Schaltungseinheiten sind die Abmessungen der Komponenten immer kleiner geworden, so daß deren Handhabung mit der Hand wachsende Schwierigkeiten bereitete. Das wird deutlich, wenn man sich vergegenwärtigt, daß z. B. ein Halbleiterplättchen in Quadratform, auch als Chip bezeichnet, eine Seitenlänge in der Größenordnung von einem Millimeter aufweist. Sowohl &o dieses Problem der Abmessungen an sich als auch die große Anzahl der auf einem solchen Plättchen untergebrachten Funktionen sowie die ständig wachsende Zahl der in den verschiedensten Bereichen der Technik benötigten Schaltungseinheiten gaben Veran- ^fc5 lassung, den Fertigungsvorgang weitgehend zu automatisieren. Das gleiche gilt für die Prüfung der fertigen Erzeugnisse auf ihre Eignung für die vorgesehene Verwendung.

Eine vollautomatische Einrichtung zur Prüfung derartiger Werkstücke ist vorzugsweise als Karussell ausgebildet, bei der mittels eines mit einer Vielzahl von Armen ausgestatteten Drehkreuzes die Werkslücke aus einem oder einer Mehrzahl Behälter, vorzugsweise mittels Vakuumdüsen, entnommen und auf einer Kreisbahn von Station zu Station transportiert werden. Eine derartige Karussellanordnung weist für einen vollständigen Prüfvorgang beispielsweise folgende Stationen auf: Eine Entnahmestation zum Aufnehmen der Werkstücke aus einem Behälter, eine Richtstation zum Ausrichten der Werkstücke in eine definierte Lage zur Vorbereitung des Prüfvorganges, eine Abfühlstation zur Überprüfung des Vorhandenseins und der Ausrichtung des Werkstücks, eine Prüfstation zum Testen der elektrischen Funktionen und gegebenenfalls der mechanischen Eigenschaften des Werkstücks sowie eine Sortierstation zum Abwerfen der Werkstücke in unterschiedliche Behälter in Abhängigkeit vom Prüfergebnis.

Selbstverständlich ist beim Aufnehmen der Werkstükke aus einem Vorratsbehälter nur ein grobes Ausrichten möglich. Oa aber die Kontaktflächen in der Prüfstation eine genaue Einstellage zu den Kontakten des Prüfgerätes haben müssen, ist vor Erreichen der Prüfstation ein Feineinrichten des Werkstückes notwendig. Hierfür sind manuell betätigte Einstellvorrichtungen, wie sie z.B. in den US-Patentschriften 31 34 942 und 33 33 274 beschrieben sind, nicht verwendbar. Die schnelle Taktfolge des automatischen Prüfprozesses erfordert vielmehr eine vollständig selbsttätige Ausrichtung der Werkstücke.

Aus der US-PS 33 13 395 ist eine Vorrichtung mit einer Einrichtung zum Ausrichten eines flachen kleinen Werkstücks in eine definierte Lage bekannt, bei der das Werkstück parallel zu seinen Flächen verschiebbar an einer Halterung gelagert ist, und die zwei zueinander schwenkbare, mit Anschlägen versehene Arme aufweist, die durch Anlage am Werkstück dieses ausrichten.

Zu diesem Zweck liegen bei der bekannten Anordnung jeweils die Mittelpunkte der Anlageelemente und der Drehpunkt des entsprechenden Schwenkhebels notwendigerweise jeweils auf einer Geraden, die in Haltestellung etwa senkrecht zu der durch die beiden eingespannten Werkstückecken verlaufenden Werkstückdiagonalen verläuft. Diese Anordnung stellt somit bezüglich der Geometrie des Betätigungshebelgetriebes hohe Anforderungen und ermöglicht zwangsläufig nur die Ausrichtung des Werkstückmittelpunkts auf das geometrische Zentrum des Werkstückhalters; denn die Werkstücke sollen dort unabhängig von geringen Größen- oder Formabweichungen genau ausrichtbar sein, wobei der jeweilige Werkstückmittelpunkt mit dem geometrischen Zentrum des Werkstückhalters zusammenfallen soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausrichtstation für kleine plattenförmige. rechteckige Werkstücke zu schaffen, die bei zum Unterschied vom Stand der Technik wesentlich einfacherem Aufbau eine zuverlässige Halterung des Werkstücks gewährleistet, und bei der sowohl die Betriebssicherheit als auch die Flexibilität verbessert sind, indem beispielsweise die Möglichkeit besteht, nur einen der Arme beweglich zu gestalten, während der andere eine justierbare feste Position einnimmt.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebene Einrichtung gelöst wor-

den. Die Erfindung kann vorzugsweise in einer automatischen Transporteinrichtung verwendet werden, wie sie in der älteren Patentanmeldung P 20 64 382 beschrieben ist. Dort ist das schrittweise bewegte Drehkreuz mit vertikal flexiblen Armen und daran befindlichen pneumatisch beaufschlagbaren Düsen versehen, wobei die aus Behältern aufgenommenen Werkstücke aufeinanderfolgend im Kreis angeordneten Stationen zugeführt werden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispieie im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine automatische Prüfeinrichtung in Karussellanordnung,

F i g. 2 eine vergrößerte Draufsicht auf die Richtstation der Prüfungseinrichtung nach Fig. 1,

Fig.3A—3C Darstellungen der Arbeitsgänge beim Ausrichten eines Werkstücks in einer ersten Ausführungsform,

F i g. 4 einen Teilschnitt in der Ebene 4-4 der F i g. 3B,

Fig.5A—5C Darstellungen der Arbeitsgänge beim Ausrichten eines Werkstücks in einer zweiten Ausführungsform und

F i g. 6 einen Teilschnitt in der Ebene 6-6 der F i g. 5B.

In Fig. 1 ist ein Drehkreuz 10 zur schrittweisen Weiterschaltung für Werkstücke von einer zur anderen Bearbeitungsstation dargestellt Das Drehkreuz 10 trägt eine Anzahl Arme 11, die von der zentralen Nabe radial nach auswärts ragen. In den ersten der vier dargestellten Stationen sind Transportbehälter 12 angeordnet, aus denen die Werkstücke zur Bearbeitung entnommen werden. Die nächste Station — im Uhrzeigersinn — ist die Richtstation 13, dann folgt eine Abfühlstation 14 zur Feststellung, ob ein Werkstück ordnungsgemäß aufgenommen wurde, dann eine Prüfstation 15 und schließlich eine Sortierstation 16.

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

In Fig. 2, in der die Richtstation i3 in ihren Einzelheiten dargestellt ist, kann man die Grundplatte 25, einen -Y-Träger 26 und einen K-Träger 27 sehen, wobei Stellschrauben 28 und 29 zur Verstellung der beiden Träger dienen. Auf dem K-Träger 27 befinden sich Arme 30 und 31 in U-förmiger Anordnung, wobei jeder der Arme 30, 31 um einen Bolzen 32 drehbar gelagert ist. Die anderen, äußeren Enden der Arme 30, 31 tragen die Ausrichtelemente.

In Fig. 2 befinden sich die Arme 30, 31 in ihrer betätigten Stellung, in der ihre Rückstellfedern 33 und 34 gespannt sind. Der Bewegungsbereich der Arme 30, 31 ist definiert durch Anschläge 35a und 356 bzw. 36a und 366. Die Betätigung dei Arms kann unabhängig voneinander durch Elektromagneten 37 bzw. 38 erfolgen, die über eine Leitung 39 an eine Stromquelle angeschlossen sind. Bei erregten Elektromagneten 37, 38 werden die Arme um den Bolzen 32 aufeinander zu geschwenkt, bis sie an den Anschlägen 35b und 36b anstoßen. Bei abgeschalteten Elektromagneten 37, 38 liegen die Arme 30, 31 hingegen unter der Wirkung der Rückstellfedern 33,34 an den Anschlägen 35a, 36a an. ίο Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß beide Arme beweglich gelagert und betätigbar sind; man kann stattdessen auch den einen der beiden Arme fest, also stationär anordnen und ausschließlich den anderen im Schließ- und Öffnungssinne beweglich ausbilden. Am Ende des Armes 30 ist ein Backen 40 mit einem V-förmigen Ausschnitt 43 angeordnet, dessen mit dem Werkstück in Berührung kommende Flächen aus verschleißfestem Werkstoff, z. B. Carbid, bestehen. Der andere Arm 31 trägt an seinem entsprechenden Ende zwei Federn 41, 42, deren Oberfläche ebenfalls mit einem verschleißfesten Belag versehen ist.

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

Nach Beendigung dieses Ausrichtvorganges werden die Elektromagneten 38 und 37 aufeinanderfolgend abgeschaltet, wobei die Wirkung des das Werkstück 45 haltenden Vakuumtasters aufrechterhalten bleibt. Bei der Abschaltung des Elektromagneten 38 wird der Arm 31 unter der Wirkung der Rückstellfeder 34 gegen den Anschlag 36a zurückgezogen (F i g. 3C), und kurz darauf gelangt mit Abschaltung des Elektromagneten 37 auch der Arm 30 infolge der Wirkung der Rückstellfeder 33 in seine durch den Anschlag 35a definierte Ausgangslage (Fig.3A). Nun kann der Vakuumtaster mit dem jetzt ausgerichteten Werkstück 45 wieder angehoben werden, und das Werkstück gelangt aus der Richtstation 13 in die nächste Station, nämlich gemäß Fig. 1 in die Abfühlstation 14.

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

Die in den Fig. 5A—5C und 6 dargestellte Anordnung stimmt mit derjenigen nach den F i g. 3A—3C und 4 im wesentlichen überein, jedoch befindet sich hier, wie F i g. 6 zeigt, am Arm 30 eine flache Platte 47, welche die Funktion des Backens 40 gemäß Fig. 3A—C hat und

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

Die Arbeitsweise der Anordnung gemäß den Fig.5A—5C und 6 ist im wesentlichen die gleiche wie bei der zuvor beschriebenen Ausführung. In der Position der Teile gemäß F i g. 5A sind die Elektromagneten 37 und 38 abgeschaltet, und die Arme 30, 31 liegen an den Anschlägen 35a bzw. 36a an. Das an der Vakuumdüse 17 haftende Werkstück 50 liegt mit seinen Kontaktflächen an der Platte 47 an. Gemäß Fig.5B sind die Elektromagneten 37, 38 erregt und das Werkstück 50 liegt nun an der Kante 48 des V-förmigen Ausschnittes 52 (F i g. 5A) an, und zwar unter der Wirkung der Federn 41,42. Dabei erfolgt zur Ausrichtung des Werkstücks 50 dessen Verschiebung relativ zur Vakuumdüse 17, bis die entsprechende Kontaktfläche 49 an der Kante 48 anliegt. Sodann wird (F i g. 5C) der Elektromagnet 38 abgeschaltet, und die Rückstellfeder 34 zieht den Arm 31 zurück. Nun kann das Werkstück mittels des Vakuumtasters wieder aus der Richtstation 13 ausgehoben und in die nächste Station transportiert werden.

Anschließend wird auch der Elektromagnet 37 abgeschaltet, so daß der Arm 30 ebenfalls zurückgestellt wird. Durch die beschriebene Aufeinanderfolge der Rückstellung der Arme 31 und 30 wird vermieden, daß bei der Rückstellbewegung der elastisch verformten Federn 41, 42 eine Störung der Ausrichtposition des Werkstücks 50 stattfindet.

Die zuletzt beschriebene Ausführungsform hat den Vorteil, daß als Bezugskante für die Ausrichtung des Werkstücks 50 die entsprechende Reihe der Kontaktflächen 49 verwendet wird und nicht die Kante der Trägerplatte. Dadurch wird bei Chips ein höherer Zuverlässigkeitsgrad erreicht, weil beim Sägen der Chips geringfügige Abweichungen auftreten können.

Bei der Prüfung der Chips in der Prüfstation 15 kommt es aber ausschließlich darauf an, daß die Kontaktflächen 49 zur Prüfeinrichtung 15 (Fig. 1) genau ausgerichtet sind.

Daß die Richtstation 13 gemäß F i g. 1 zwei Stationen vor der Prüfstation 15 angeordnet ist. hat folgenden Grund: Der Schrittvorschub des Drehkreuzes 10 erfolgt mittels eines 2-Nocken-Antriebes, dessen Nocken wechselweise wirksam werden. Für den Fall, daß die beiden Nocken geringfügige Abweichungen aufweisen, also nicht vollständig identisch sind, würden entsprechende Abweichungen möglicherweise auch bei der Einstellung des Werkstücks in zwei aufeinanderfolgenden Stationen auftreten. Befinden sich aber die Richtstation und die Prüfstation zwei Drehschritte auseinander, so wird in jedem Fall dieselbe Nockenscheibe zur Einstellung des Werkstücks in die Richtstation und in die Prüfstation wirksam, so daß sich eine Abweichung der Nockenform auf die Genauigkeit bei der Einstellung in der Prüfstation nicht auswirken kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Ausrichten eines kleinen, plattenförmigen, rechteckigen Werkstücks, z. B. einer integrierten Schaltungseinheit, in eine bezuglieh zweier Werkstückkanten oder zweier dazu paralleler Kontaktreihen definierte Lage, wobei das Werkstück zu seinen Oberflächen verschiebbar gelagert ist und beiderseits des Werkstücks zwei in eine der Ausrichtstellung des Werkstücks entsprechende Schließstellung zueinander schwenkbare Hebel vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel als um einen gemeinsamen Drehpunkt (Bolzen 32) in ihre, durch verstellbare Anschläge (356,366,} definierbare Schließstellung schwenkbare, annähernd U-förmige Arme (30, 31) ausgebildet sind, von denen der eine federnd ausgebildete Anlageelemente (41, 42) und der andere eine der Werkstückform angepaßte starre Anlagefläche (40,43; 47,48) aufweist.

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

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

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (30, 31) durch zugeordnete Elektromagnete (37, 38) einzeln, insbesondere aufeinanderfolgend betätigbar sind.