DE102019119134A1

DE102019119134A1 - Testvorrichtung

Info

Publication number: DE102019119134A1
Application number: DE102019119134.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Thurmaier
Original assignee: TURBODYNAMICS GmbH
Current assignee: TURBODYNAMICS GmbH
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2021-01-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung zum Testen von Halbleiterelementen mit einer Austauschvorrichtung zum Austauschen einer Schnittstelleneinheit. Die Austauschvorrichtung umfasst einen Rahmen zum Aufnehmen einer Schnittstelleneinheit, eine Hubeinrichtung, welche am Rahmen zum Bewegen desselben in eine Hubrichtung angreift, und einen Schienenmechanismus, welcher zwischen dem Rahmen und der Hubeinrichtung angeordnet ist, so dass der Rahmen quer zur Hubrichtung verschieblich gelagert ist. Die Testvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Hubeinrichtung mehrere Zylinder-/Kolbeneinheiten aufweist, die sich jeweils durch eine Öffnung in einer Stirnplatte der Testvorrichtung hindurcherstrecken und mit Abstand zur Stirnplatte an der Testvorrichtung befestigt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Testvorrichtung zum Testen von Halbleiterelementen mit einer Austauschvorrichtung zum Austauschen einer Schnittstelleneinheit.
Aus der W02013/164407 A1 geht ein Modul zum Austauschen einer etwa ebenflächigen Schnittstelleneinheit in einem Testsystem zum Testen von Halbleiterelementen hervor. Das Modul umfasst ein Basiselement, eine Halterung und Führungselemente. Die Führungselemente sind derart ausgebildet, dass die Schnittstelleneinheit durch eine geradlinige, translatorische Bewegung aus einer Endposition in eine Zwischenposition und von der Zwischenposition in eine Entnahmeposition verfahrbar ist, die außerhalb des Testsystems angeordnet ist. Der Mechanismus umfasst einen Hebelmechanismus, der von einer Kulisse gesteuert wird, die quer zur geraden Translationsbewegung der Halterung beweglich gelagert ist.
Ein Testsystem besteht aus einer Testvorrichtung zum Testen der Halbleiterelemente und einer Handhabungsvorrichtung, welche die Halbleiterelemente aufeinanderfolgend dem Testsystem zuführt. Die Halbleiterelemente können integrierte Schaltkreise (ICs) und/oder Wafer sein. Beim Testen von integrierten Schaltkreisen wird die Handhabungsvorrichtung im Englischen als „Handler“ und beim Testen von Wafern wird die Handhabungsvorrichtung im Englischen als „Prober“ bezeichnet.
Das Modul gemäß der WO 2013/164407 A1 kann zwischen einer Testvorrichtung und einer Handhabungsvorrichtung angeordnet werden. Es wird in der Regel mit der Handhabungsvorrichtung verbunden. Es ist somit ein Zusatzgerät, welches zwischen eine bestehende Testvorrichtung und eine bestehende Handhabungsvorrichtung eingefügt wird. Dieses Modul besitzt eine gewisse Höhe, mit welcher die Testvorrichtung und die Handhabungsvorrichtung auf Abstand gehalten werden.
Aus der JP 9 159 730 A geht eine Testvorrichtung zum Testen von Halbleiterbau-elementen hervor, bei welcher eine Leistungsplatine (Performance Board) an einen Testkopf derart gekoppelt ist, dass sie ähnlich wie eine Schublade seitlich vom Testkopf herausgezogen werden kann. Die Leistungsplatine weist Führungslöcher auf, durch welche sich Führungsstifte des Testkopfes zur Positionierung derselben erstrecken. Durch das seitliche Herausziehen kann die Leistungsplatine einfach ausgetauscht werden.
Aus der EP 1 495 339 B1 bzw. US 2003/019 4821 A1 geht eine weitere Testvorrichtung zum Testen von Halbleiterelementen hervor, die bezüglich einer Handhabungsvorrichtung in einer Richtung senkrecht zu einer Testebene einer Schnittstelleneinheit (device interface board - DIB) verfahrbar ist, bei welcher eine die Schnittstelleneinheit tragende Unteranordnung (subassembly) schwenkbar am Testsystem befestigt und teleskopierbar an der Handhabungsvorrichtung angelenkt ist. Durch die schwenkbare Anordnung und anschließendes Ausziehen der Unteranordnung kann die Schnittstelleneinheit - nach Trennung der Testvorrichtung von der Handhabungsvorrichtung - einfach vom Testsystem entfernt und ausgetauscht werden. Vorzugsweise ist an der Unteranordnung eine teleskopartige Auszieheinrichtung vorgesehen, mit welcher die Schnittstelleneinheit aus dem Bereich des Testsystems herausgezogen werden kann.
In der DE 102 05 115 B4 ist eine Kopplungsvorrichtung offenbart, die zum Verbinden einer ersten Platine, die an einer Testvorrichtung für elektronische Bauelemente befestigt ist und einer zweiten Platine, die an einem Handhabungsgerät für elektronische Bauelemente befestigt ist, ausgebildet ist. Auf der ersten Platine ist ein Einzugsrahmen derart geführt, dass er senkrecht zu einer Platinenebene bewegbar ist. Die zweite Platine ist mit einer in ihrem Randbereich angeordneten Zusatzkopplungsvorrichtung in Form eines Hilfsrahmens verbunden. Über diesen kann die zweite Platine lösbar mit dem Einzugsrahmen gekoppelt werden. Der Hilfsrahmen weist auf zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils zwei sich nach außen erstreckende Rastnasen auf, die in entsprechende Kulissenführungen des Einzugsrahmens eingesetzt und durch Verschieben des Hilfsrahmens parallel zur Ebene des Einzugsrahmens mit diesen in einer genau definierten Lage verrastet werden können. Die Betätigung erfolgt mittels eines Treibriemen.
In der DE 197 52 229 A1 ist ein nachgiebiger Waferprüferkopplungsadapter beschrieben. Hierbei ist vorgesehen, dass ein Testkopf an einem Rollbock angebracht ist. Der Testkopf ist durch schwenkbare Verbindungen am Rollbock fixiert. Durch die schwenkbaren Verbindungen kann der Testkopf in einer nach oben ausgerichteten horizontalen Position derart positioniert werden, dass eine Ladeplatte und eine Kalibrierungs- oder Befestigungsplatte sowie eine DUT-Platte mit einem Sockel am Testkopf eines Elektronikschaltungstesters angebracht werden kann. Der Testkopf kann in verschiedene Winkelpositionen derart geschwenkt werden, dass der Sockel eine Schnittstelle mit einer automatisierten Materialhandhabungsvorrichtung aus-bildet. Zur Ausbildung einer Schnittstelle zwischen dem Sockel und der automatisierten Materialhandhabungsvorrichtung oder einem Scheibenprüfer einer Waferprüfstation kann ein Rahmen am Testkopf angebracht sein. Eine Aufspannvorrichtung, die dem Rahmen entspricht, wird an der automatisierten Materialhandhabungsvorrichtung oder der Waferprüfstation angebracht, um den Testkopf bzgl. der Handhabungsvorrichtung oder der Station derart auszurichten, dass der Sockel oder eine Wafersonde das zu testende Bauelement oder die zu testende Schaltung berührt.
Von der Firma Esmo AG ist ein sogenanntes „dib-changing-System“ bekannt. Das entsprechende Datenblatt kann man im Internet unter folgender Adresse finden: https://esmo-group.com/semicon/fileadmin/user_upload/produkte/docking-systems/dibloader/dib-changing%20sytem.pdf
Dieses System kann von außen an eine Testvorrichtung befestigt werden und besitzt einen Befestigungsrahmen, der außen an einer Testvorrichtung befestigbar ist. An dem Befestigungsrahmen sind außenseitig Hubzylinder angeordnet, mit welchen ein Halterahmen angehoben werden kann. Der Halterahmen dient zum Halten einer Schnittstelleneinheit. Diese Schnittstelleneinheit wird auch als „dib“ bezeichnet (DUT Interfaceboard, DUT = Device Under Test). Der Halterahmen ist verschieblich an dem System gelagert, so dass die Schnittstelleneinheit seitlich herausgezogen werden kann, wenn die Testvorrichtung und ihre Handhabungsvorrichtung voneinander getrennt und ein Stück auseinandergefahren sind.
Nach Kenntnis der Anmelderin ist dies das einzige Austausch-Wechselsystem, das am Markt erhältlich ist, das an der Testvorrichtung befestigbar ist.
Die übrigen herkömmlichen Module zum Wechseln der Schnittstelleneinheit, wie zum Beispiel das aus der W02013/164407 A1 bekannte Modul, sind an der Handhabungsvorrichtung angeordnet.
Die Handhabungsvorrichtungen sind in der Regel nicht so dicht gepackt wie die Testvorrichtungen, weshalb es wesentlich einfacher ist, an einer Handhabungsvorrichtung eine solche Austauschvorrichtung vorzusehen. Jedoch gibt es viele Testsysteme, bei welchen die Schnittstelleneinheit an der Testvorrichtung befestigt wird. Will man bei solchen Testsystemen eine Austauschvorrichtung vorsehen, dann kann man bisher nur das dib-changing-System der Esmo AG verwenden. Dies ist jedoch sperrig, so dass es nicht in alle Testsysteme passt. Es ist bereits sehr platzsparend ausgebildet, so dass der durch das dib-changing-System verursachte Abstand zwischen der Testvorrichtung und der Handhabungsvorrichtung vergleichsweise gering ist. Aber auch dieses System erzeugt einen zusätzlichen Abstand zwischen der Testvorrichtung und der Handhabungsvorrichtung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Testvorrichtung zum Testen von Halbleiterelementen zu schaffen, welche mit einer Austauschvorrichtung zum Austausch einer Schnittstelleneinheit versehen ist, die einfach ausgebildet ist und wenig Platz benötigt.
Die Aufgabe wird durch eine Testvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Testen von Halbleiterelementen weist eine Austauschvorrichtung zum Austauschen einer Schnittstelleneinheit auf, wobei die Austauschvorrichtung umfasst

-einen Rahmen zum Aufnehmen einer Schnittstelleneinheit,
- eine Hubeinrichtung, welche am Rahmen zum Bewegen desselben in eine Hubrichtung angreift,
- einen Bewegungsmechanismus bzw. Schienenmechanismus, welcher zwischen dem Rahmen und der Hubeinrichtung angeordnet ist, so dass der Rahmen quer zur Hubrichtung verschieblich gelagert ist.

Diese Testvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Hubeinrichtung mehrere Zylinder-/Kolbeneinheiten aufweist, die sich jeweils durch eine Öffnung in einer Stirnplatte der Testvorrichtung hindurch erstrecken und mit Abstand zur Stirnplatte an der Testvorrichtung befestigt sind.
Die Zylinder-/Kolbeneinheiten sind somit in der Testvorrichtung integriert. Die Zylinder-/Kolbeneinheiten benötigen eine bestimmte Bauhöhe, um einen entsprechenden Hubweg bereitstellen zu können. Dadurch, dass die Zylinder-/Kolbeneinheiten sich durch die Stirnplatte der Testvorrichtung hindurch erstrecken, kann ein Großteil der Bauhöhe der Zylinder-/Kolbeneinheiten innerhalb der Testvorrichtung angeordnet sein, so dass die Zylinder-/Kolbeneinheiten im eingefahrenen Zustand nur geringfügig oder gar nicht an der Stirnplatte der Testvorrichtung vorstehen.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat erstmals erkannt, dass derartige Zylinder-/Kolbeneinheiten nicht alleine an der Stirnplatte der Testvorrichtung zu befestigen sind, sondern durch Vorsehen mittels entsprechender Öffnungen in der Stirnplatte ein Stück in die Testvorrichtung eingeführt und innerhalb der Testvorrichtung befestigt werden können.
Hierdurch ist der Platzbedarf oberhalb bzw. außerhalb der Stirnplatte der Testvorrichtung gering und im eingefahrenen Zustand der Zylinder-/Kolbeneinheiten wird lediglich zusätzlicher Bauraum für den Schienenmechanismus gebraucht.
Bei herkömmlichen Austauschvorrichtungen, wie sie z.B. aus der WO 2013/164407 A1 bekannt sind, wird die gesamte Austauschvorrichtung an der Stirnplatte der Handhabungsvorrichtung befestigt, so dass sie auf dieser aufbaut.
Beim Umrüsten einer herkömmlichen Testvorrichtung zu einer erfindungsgemäßen Testvorrichtung wird die bestehende Stirnplatte der Testvorrichtung durch eine Stirnplatte ausgetauscht, in welcher Öffnungen an Stellen vorgesehen sind, wo in der Testvorrichtung ausreichend Platz ist, die Zylinder-/Kolbeneinheit aufzunehmen und im Inneren der Testvorrichtung zu befestigen. Platte 8, geschraubt
Die Zylinder-/Kolbeneinheiten sind entweder pneumatisch oder elektrisch betätigbar. Hierdurch kann der Rahmen zur Aufnahme der Schnittstelleneinheit automatisch von der Stirnplatte angehoben beziehungsweise auf diese abgesenkt beziehungsweise abgelegt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die vollständige Schnittstelleneinheit einfach ausgetauscht werden. Bei der DE 102 05 115 B4 ist die Schnittstelleneinheit mehrteilig aus mehreren Platinen ausgebildet. Eine erste Platine ist in einem Trägerteil vorgesehen, welcher fest mit der Testvorrichtung verbunden und nicht austauschbar ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Austauschvorrichtung in die Testvorrichtung integriert ist, wobei sich Teile der Austauschvorrichtung, nämlich die Hubeinrichtung, zumindest teilweise innerhalb der Testvorrichtung befinden.
Vorzugsweise sind im Rahmen Öffnungen ausgebildet, durch welche sich jeweils eine Docking-Einrichtung hindurch erstrecken kann, um die Testvorrichtung lösbar mit einer Handhabungsvorrichtung zu verbinden, wobei die Handhabungsvorrichtung auf der gegenüberliegenden Seite des Rahmens bezüglich der Testvorrichtung angeordnet ist.
Bzgl. der Draufsicht auf die Stirnplatte der Testvorrichtung sind im Bereich des Rahmens somit sowohl die Docking-Einrichtungen als auch die Hubeinrichtung angeordnet. Hierdurch ist es nicht notwendig, außerhalb eines Gehäuses der Testvorrichtung Funktionselemente, wie die Hubeinrichtung oder die Docking-Einrichtungen vorzusehen. Die Ausbildung der Testvorrichtung mit einer Austauschvorrichtung führt hierdurch zu keiner Vergrößerung der Testvorrichtung. Die Testvorrichtung kann genauso im gesamten Testsystem eingesetzt werden, wie eine entsprechende herkömmliche Testvorrichtung ohne Austauschvorrichtung.
Die Docking-Einrichtung weist vorzugsweise mit der Testvorrichtung verbundene DockingElemente auf, welche an der Stirnplatte befestigt sind. Über die Stirnplatte werden somit die Haltekräfte zum Verbinden der Testvorrichtung mit der entsprechenden Handhabungsvorrichtung abgeleitet. Die Stirnplatte ist deshalb entsprechend stabil auszubilden.
Die Testvorrichtung bzw. deren Stirnplatte sind vorzugsweise in der Draufsicht rechteckfömig ausgebildet und weisen zwei Längsseitenkanten auf. Benachbart zu den beiden Längsseitenkanten können die Hubeinrichtungen angeordnet sein. Der Rahmen kann dann in einer Richtung parallel zu den Längsseitenkanten der Testvorrichtung verschieblich ausgebildet sein. Vorzugsweise sind auch die Docking-Einrichtungen benachbart zu den Längsseitenkanten angeordnet.
Die Docking-Einrichtungen zum Verbinden der Testvorrichtung mit einer Handhabungsvorrichtung können auch außerhalb des Rahmens angeordnet sein, so dass bei nicht vollständig gelösten Docking-Einrichtungen der Rahmen mittels des Schienenmechanismus verfahren werden kann, ohne dass er mit den Docking-Einrichtungen kollidiert. Hierdurch kann die Schnittstelleneinheit ausgetauscht werden, ohne dass die Docking-Einrichtungen vollständig gelöst werden müssen.
Die Docking-Einrichtungen weisen sowohl an der Testvorrichtung als auch an der Handhabungsvorrichtung jeweils ein Docking-Element und ein Docking-Gegenelement auf und sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Testvorrichtung und die Handhabungsvorrichtung bis zu zumindest 10 cm auseinandergefahren werden können, ohne dass die Docking-Einrichtungen getrennt werden. Eine solche Docking-Einrichtung, welche auch als Zusammenführvorrichtung bezeichnet werden kann, ist beispielsweise aus der WO 2014/091022 A1 bekannt. Hiermit lassen sich die Testvorrichtung und die Handhabungsvorrichtung mit einem erheblichen Abstand zueinander anordnen, ohne dass die Docking-Einrichtungen gelöst werden müssen.
Der Schienenmechanismus kann mit einer Antriebseinrichtung zum automatischen Bewegen des Rahmens versehen sein. Hiermit kann die Schnittstelleneinheit automatisch vollständig aus dem Testsystem bewegt werden. Sie muss dann nur noch aus dem am Testsystem vorstehenden Rahmen entnommen werden. Die Antriebseinrichtung kann ein elektrisch oder pneumatisch betriebener Antrieb sein.
Für all die oben erläuterten Ausführungsformen gilt, dass zum Austauschen einer Schnittstelleneinheit lediglich die Testvorrichtung und die Handhabungsvorrichtung in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Schnittstelleneinheit ein Stück auseinander bewegt werden müssen.
Eine solche Bewegung ist mit einem Manipulator einfach ausführbar. Es ist keine Bewegung in einer Ebene parallel zur Ebene der Schnittstelleneinheit notwendig. Wäre eine solche Bewegung notwendig, dann müssten die Testvorrichtung und die Handhabungsvorrichtung in dieser Ebene neu ausgerichtet werden. Ein solcher Ausrichtvorgang ist sehr aufwändig. Es ist wesentlich einfacher, lediglich die Testvorrichtung oder die Handhabungsvorrichtung in eine Richtung ein Stück anzuheben und dann in die entgegengesetzte Richtung wieder abzusenken. Lediglich eine solche Bewegung ist beim Austauschen der Schnittstelleneinheit mit der erfindungsgemäßen Testvorrichtung notwendig.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen erläutert. Die Zeichnungen zeigen schematisch in:

1 eine Testvorrichtung in einer Schnittansicht mit der Blickrichtung von der Seite,
2 die Testvorrichtung aus 1 in der Draufsicht ohne Rahmen zum Aufnehmen einer Schnittstelleneinheit,
3 den Rahmen zum Aufnehmen einer Schnittstelleneinheit der Testvorrichtung aus 1 in der Draufsicht,
4 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Testvorrichtung in der Draufsicht ohne Rahmen zum Aufnehmen einer Schnittstelleneinheit,
5 den Rahmen zum Aufnehmen einer Schnittstelleneinheit der Testvorrichtung nach 4, und
6 die Testvorrichtung nach 4 zusammen mit einer Handhabungsvorrichtung und ausgefahrenem Rahmen zum Austauschen einer Schnittstelleneinheit.

Eine Testvorrichtung 1 zum Testen von Halbleiterelementen weist ein Gehäuse 2 auf. Im Gehäuse 2 ist die Testelektronik (nicht dargestellt) vorgesehen, mit welcher vorbestimmte Testverfahren an Halbleiterbausteinen oder Wafern durchgeführt werden können. Die Halbleiterbausteine oder Wafer werden im Folgenden auch als Halbleiterelemente oder DUT (Device Under Test) bezeichnet.
Die Testvorrichtung 1 weist eine Stirnplatte 3 auf (1), welche die Testvorrichtung 1 an der Seite begrenzt, an welcher im Betrieb eine Schnittstelleneinheit 4 angeordnet ist ( 3).
Die Schnittstelleneinheit 4 weist an der zur Innenseite des Gehäuses 2 weisenden Seite Kontaktstellen in einem regelmäßigen Raster auf, welche mit Kontaktstiften der Testelektronik in Verbindung stehen, wenn die Schnittstelleneinheit 4 in die Testvorrichtung 1 eingesetzt ist. Auf der anderen Seite der Schnittstelleneinheit 4 weist die Schnittstelleneinheit 4 Kontaktstifte auf, welche mit entsprechenden Kontaktstellen des Halbleiterelementes verbunden werden können, wenn das Halbleiterelement auf die Schnittstelleneinheit 4 aufgesetzt ist. Die Kontaktstifte der Schnittstelleneinheit sind in Kontaktfelder 21 der Schnittstelleneinheit gruppiert.
Die Schnittstelleneinheit 4 setzt somit ein standardisiertes Raster von Kontaktstellen der Testelektronik in ein spezifisches Raster der Kontaktstellen des DUT um. Die Schnittstelleneinheit 4 hat somit die Funktion eines Adapters.
Wenn mit der Testvorrichtung 1 ein unterschiedlicher Typ eines DUTs getestet werden soll, dann muss die Schnittstelleneinheit 4 ausgetauscht werden. Hierzu ist die Testvorrichtung 1 mit einer Austauschvorrichtung 5 versehen, die unten näher erläutert wird.
Die Stirnplatte 3 ist in der Draufsicht (2) rahmenförmig ausgebildet bzw. mit zwei streifenförmigen Längsstreben 6 und zwei in der Draufsicht streifenförmigen Querstreben. Die rahmenförmige Stirnplatte 3 begrenzt eine in der Draufsicht rechteckförmige Ausnehmung.
Eine Zwischenplatte 8 ist mit Abstand zur Stirnplatte 3 im Gehäuse 2 der Testvorrichtung 1 angeordnet und am Gehäuse befestigt. Die Zwischenplatte 8 ist ähnlich rahmenförmig wie die Stirnplatte 3 ausgebildet, so dass Kontaktelemente der Testelektronik sich vom Bereich unterhalb der Zwischenplatte 8 nach oben bis zur Schnittstelleneinheit 4 erstrecken können.
Die Stirnplatte 3 ist mittels Säulen 9 an der Zwischenplatte 8 befestigt.
An der weg vom Innenraum des Gehäuses 2 weisenden Seite der Stirnplatte 3 sind Dockingelemente 10 vorgesehen. Diese Seite der Stirnplatte bzw. eine in der Stirnplatte 3 eingesetzte Schnittstelleneinheit 4 wird im Folgenden als Kontaktseite bezeichnet, da auf dieser Seite die Halbleiterelemente kontaktiert werden.
Die Dockingelemente 10 dienen zum Verbinden der Testvorrichtung 1 mit einer Handhabungsvorrichtung. Solche Dockingelemente sind beispielsweise aus der US 6,870,362 B2 bzw. der US 7,382,362 B2 bekannt. Diese Dokumente werden unter Bezugnahme inkorporiert.
Diese Dockingelemente sind vorzugsweise pneumatisch betätigbar, so dass die mechanische Verbindung zwischen der Testvorrichtung 1 und einer Handhabungsvorrichtung automatisch gelöst bzw. betätigt werden kann.
Die Testvorrichtung 1 weist vier Dockingelemente 10 auf, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa in den vier Eckbereichen der rahmenförmigen Stirnplatte 3 angeordnet sind (2).
Die Stirnplatte 3 weist im Bereich der Längsstreben 6 jeweils zwei kreisförmige Ausnehmungen auf, in welchen Kolben-/Zylindereinheiten 11 angeordnet sind. Die Kolben-/Zylindereinheiten 11 erstrecken sich mit ihrem Zylinder 12 von der Zwischenplatte 8 zur Stirnplatte 3. Jede Kolben-/Zylindereinheit 11 weist einen Kolben 13 auf, welcher in Richtung 19 senkrecht zur Stirnplatte 3 aus dem jeweiligen Zylinder 12 aus- bzw. eingefahren werden kann.
Im Bereich jeder Längsstrebe 6 sind somit jeweils zwei Kolben-/Zylindereinheiten 11 vorgesehen. An den freien Enden der Kolben 13 im Bereich einer Längsstrebe 6 ist jeweils ein Schienenmechanismus 14 befestigt, der sich parallel zu der jeweiligen Längsstrebe 6 erstreckt. Der Schienenmechanismus 14 ist jeweils aus zumindest zwei miteinander gekoppelten und in Längsrichtung zueinander verschieblichen Schienen ausgebildet, wobei eine der beiden Schienen an den Enden der Kolben 13 und die andere der beiden Schienen an einem Rahmen 15 zum Aufnehmen der Schnittstelleneinheit 4 befestigt sind. Der Schienenmechanismus ist teleskopartig ausfahrbar, so dass der Rahmen 15 in Längsrichtung des Schienenmechanismus 14 bzw. parallel zur Ebene der Stirnplatte 3 verschieblich gelagert ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Rahmen 15 etwa die Form der Stirnplatte 3 auf und begrenzt eine rechteckförmige Ausnehmung 16. An den Eckbereichen des Rahmens 15 sind Durchgangsöffnungen 17 vorgesehen, deren Positionen am Rahmen 15 den jeweiligen Positionen der Dockingelemente 10 auf der Stirnplatte 3 entsprechen.
Im Bereich der Ausnehmung 16 ist die Schnittstelleneinheit 4 angeordnet. In 3 ist eine Schnittstelleneinheit 4 gezeigt, welche etwas kleiner als die Ausnehmung 16 ist. Damit die Schnittstelleneinheit 4 an allen vier Seiten vom Rahmen 15 gehalten wird, sind Zwischenplatten 18 zwischen Querstreben des Rahmens 15 und der Schnittstelleneinheit 4 angeordnet. Mit unterschiedlich großen Zwischenplatten 18 kann der Rahmen 15 an unterschiedlich große Schnittstelleneinheit 4 angepasst werden. Es sind an sich bekannte Halteelemente vorgesehen, um die Schnittstelleneinheit 4 im Rahmen 15 bzw. um die Zwischenplatten 18 im Rahmen 15 und die Schnittstelleneinheit 4 an den Zwischenplatten 18 zu halten.
In 1 ist der Rahmen 15 in der von der Stirnplatte 3 beabstandeten Position dargestellt. Durch Einfahren der Kolben 13 in die jeweiligen Zylinder 12 kann der Rahmen 15 auf die Stirnplatte 3 aufgesetzt werden, so dass die Dockingelemente 10 in entsprechenden Durchgangsöffnungen 17 des Rahmens 15 aufgenommen sind und sich die Schnittstelleneinheit 4 in Kontakt mit den entsprechenden Kontaktelementen der Testelektronik befindet. Dies ist die Betriebsstellung der Schnittstelleneinheit 4, in welcher die Halbleiterelemente mit der Testvorrichtung 1 getestet werden können.
Aus dieser Betriebsstellung kann durch Ausfahren der Kolben 13 aus den entsprechenden Zylindern 12 der Rahmen und damit die Schnittstelleneinheit 4 von der Stirnplatte 3 entfernt werden, wodurch die Schnittstelleneinheit 4 von den Kontaktelementen der Testelektronik gelöst wird. Diese Bewegung erfolgt senkrecht zur Ebene der Stirnplatte 3. Die Kontaktelemente der Testelektronik sind in der Regel Federkontaktstifte, d.h., sogenannte Pogo-Pins, die auch senkrecht zur Ebene der Stirnplatte 3 ausgerichtet sind. Somit werden diese Kontaktelemente bei einer Bewegung der Schnittstelleneinheit 4 senkrecht zur Ebene der Stirnplatte 3 bzw. parallel zur Längsrichtung der Kontaktelemente (in Richtung des Doppelpfeils 19) nicht beschädigt.
Ist der Rahmen 15 von der Stirnplatte 3 bzw. die Schnittstelleneinheit 4 von den Kontaktelementen der Testelektronik beabstandet, dann kann der Rahmen 15 mittels der Schienenmechanismen 14 parallel zur Ebene der Stirnplatte 3 (in Richtung des Doppelpfeils 20) verfahren werden, so dass der Rahmen ähnlich einer Schublade herausgezogen bzw. wieder eingeschoben werden kann. Hierdurch steht der Rahmen 15 mit der Schnittstelleneinheit 4 seitlich an der Testvorrichtung 1 vor, so dass die Schnittstelleneinheit für den Bediener frei zugänglich ist und einfach aus dem Rahmen 15 entfernt werden kann.
Die Schnittstelleneinheit 4 kann ausgetauscht werden und durch Zurückschieben des Rahmens 15 in die Position, in welcher er in der Draufsicht mit der Stirnplatte 3 fluchtet und durch Einziehen der Kolben 13 in den Zylinder 12 wieder in die Betriebsstellung gebracht werden.
Eine Handhabungsvorrichtung, welche in den 1 - 3 nicht gezeigt ist, muss hierzu lediglich in einer Richtung senkrecht zur Stirnplatte 3 ein Stück von der Testvorrichtung 1 entfernt werden. Es ist nicht notwendig, die Handhabungsvorrichtung parallel zur Stirnplatte 3 zu bewegen. Eine solche relative Bewegung zwischen der Testvorrichtung 1 und der Handhabungsvorrichtung ist grundsätzlich möglich. Wird eine solche Bewegung parallel zur Stirnplatte 3 ausgeführt, erfordert dies jedoch ein erneutes Ausrichten der Handhabungsvorrichtung bezüglich der Testvorrichtung, was in der Regel äußerst aufwändig ist. Da die Handhabungsvorrichtung und die Testvorrichtung nur in kurzes Stück auseinandergefahren werden müssen und es dann möglich ist, die Schnittstelleneinheit 4 ähnlich wie eine Schublade mit dem Rahmen 15 aus dem Bereich zwischen der Handhabungsvorrichtung und der Testvorrichtung herauszuziehen, kann die Schnittstelleneinheit 4 sehr schnell ausgetauscht werden und die Testvorrichtung und die Handhabungsvorrichtung wieder miteinander verbunden werden.
Da die Austauschvorrichtung 5, welche die Kolben-/Zylindereinheit 11, die Schienenmechanismen 14 und den Rahmen 15 umfasst, in die Testvorrichtung 1 integriert ist, kann diese Testvorrichtung 1 genauso wie herkömmliche Testvorrichtungen ohne eine solche Austauschvorrichtung 5 mit beliebigen Handhabungsvorrichtungen verbunden werden, ohne dass zusätzliche Maßnahmen notwendig sind.
Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel einer Testvorrichtung 1 erläutert, welches genauso ausgebildet ist, wie das erste in den 1 - 3 gezeigte Ausführungsbeispiel, sofern nichts anderes angegeben ist. Auch diese Testvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 mit einer Stirnplatte 3 und einer Austauschvorrichtung 5 auf. Die Austauschvorrichtung 5 umfasst wiederum mehrere Kolben-/Zylindereinheiten 11, welche so in der Testvorrichtung 1 angeordnet sind, dass entsprechende Kolben 13 ein Stück an der Stirnplatte 3 aus der Testvorrichtung 1 herausbewegt und wieder eingezogen werden können. An den Kolben 13 sind wiederum Schienenmechanismen 14 befestigt, mit welchen ein Rahmen 15 parallel zur Stirnplatte 3 (in Richtung des Doppelpfeils 20) bewegt werden kann.
An der Stirnplatte 3 sind wiederum Dockingelemente 10 angeordnet, welche mit entsprechenden Gegendockingelementen 22 verbunden werden können, um die Testvorrichtung 1 mit einer Handhabungsvorrichtung 23 zu verbinden und aneinander zu fixieren.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Dockingelemente 10 und die Gegendockingelemente 22 als Zusammenführvorrichtung ausgebildet, wie sie aus der WO 2014/091022 A1 bekannt sind. Diese Zusammenführvorrichtung erlaubt im einander gekoppelten Zustand der Dockingelemente 10 und der Gegendockingelemente 22 diese ein gutes Stück auseinanderzufahren, ohne dass die Kopplung gelöst werden muss. Hierzu weisen entweder die Dockingelemente 10 oder die Gegendockingelemente 22 lange Fangstifte 24 auf, die aus dem Dockingelement 10 bzw. Gegendockingelement 22 ausgefahren bzw. eingeschoben werden können, wie es in der W02014/091022 A1 erläutert ist. Hierdurch können die Dockingelemente und die Gegendockingelemente 22, ohne die gegenseitige Kopplung zu lösen, um eine Distanz von mindestens 10 cm, vorzugsweise zumindest 15 cm und insbesondere zumindest 20 cm auseinandergefahren werden. Dementsprechend weit kann auch die Testvorrichtung 1 mit ihrer Stirnplatte 3 von der korrespondierenden Gegenfläche der Handhabungsvorrichtung 23 entfernt werden, ohne dass die Dockingelemente 10 und die Gegendockingelemente 22 voneinander gelöst werden müssen.
6 zeigt eine Testvorrichtung 1, welche mit Hilfe eines Manipulators 25 ein Stück von der Handhabungsvorrichtung 23 angehoben ist. Der Manipulator 25 stellt einen fahrbaren Kran dar, welcher eine gabelförmige Aufnahme 26 zum Halten der Testvorrichtung 1 aufweist. Die gabelförmige Aufnahme 26 kann in der Höhe (in Richtung des Doppelpfeils 19) verstellt werden, so dass die Testvorrichtung 1 angehoben bzw. abgesenkt werden kann.
Diese Testvorrichtung unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Rahmen 15 schmäler als die Stirnplatte 3 ausgebildet ist, wobei ein Abstand a (4) zwischen zwei in Querrichtung der Stirnplatte 3 gegenüberliegenden Fangstiften 24 größer als eine Breite b des Rahmens 15 ist, so dass der Rahmen 15 zwischen den ausgefahrenen Fangstiften 24 mittels der Schienenmechanismen 14 ähnlich wie eine Schublade aus dem Bereich oberhalb bzw. unterhalb der Stirnplatte 3 seitlich in Richtung des Doppelpfeils 20 aus- und eingefahren werden kann. Hierzu genügt es, wenn die Testvorrichtung 1 und die Handhabungsvorrichtung 23 lediglich ein Stück voneinander beabstandet sind. Die Dockingelemente 10 müssen hierbei nicht von den Gegendockingelementen 22 gelöst sein. In diesem ausgefahrenen Zustand des Rahmens 15, wie er in 6 gezeigt ist, kann die Schnittstelleneinheit 4 einfach entnommen und wieder eingesetzt werden.
Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Testvorrichtung 1 oberhalb der Handhabungsvorrichtung 23 angeordnet, wobei die Stirnplatte nach unten gerichtet ist. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass die Handhabungsvorrichtung oberhalb der Testvorrichtung 1 angeordnet ist, so dass die Stirnplatte 3 der Testvorrichtung 1 nach oben weist. Gleichermaßen können die Verbindungsflächen zwischen der Testvorrichtung 1 und der Handhabungsvorrichtung 23 vertikal verlaufen, so dass beim Auseinanderfahren bzw. Zusammenbewegen der Handhabungsvorrichtung 23 und der Testvorrichtung 1 eine der beiden Vorrichtungen in Horizontalrichtung bewegt wird.
Unabhängig von der Anordnung der Testvorrichtung 1 und der Handhabungsvorrichtung 23 zueinander ist eine Bewegung in nur eine Richtung der Testvorrichtung 1 bzw. der Handhabungsvorrichtung 23 notwendig, um die beiden Vorrichtungen so weit zu trennen, dass der Rahmen 15 ausgefahren und die Schnittstelleneinheit 4 ausgetauscht werden kann. Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Dockingelemente 10 nicht von den Gegendockingelementen 22 gelöst werden müssen. Dies vereinfacht ein nachfolgendes Zusammenführen der Testvorrichtung 1 und der Handhabungsvorrichtung 23 erheblich.
Der Manipulator 25 kann so ausgebildet sein, dass er das Gewicht der Testvorrichtung 1 kompensiert, so dass diese sich wie ein schwereloser Gegenstand verhält, wenn sie vom Manipulator gehalten wird. Hierdurch kann das Auseinanderfahren und Zusammenfahren der Testvorrichtung 1 und der Handhabungsvorrichtung 23 alleine durch die Zusammenführvorrichtung ausgeführt und gesteuert werden.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Zusammenführvorrichtung so stabil auszubilden, dass die Testvorrichtung 1 und die Handhabungsvorrichtung 23 ohne Manipulator auseinander- und wieder zusammengefahren werden können, wobei die hierfür notwendigen Kräfte nur von der Zusammenführvorrichtung ausgeübt bzw. aufgenommen werden. Die Fangstifte der Zusammenführvorrichtung können hierzu bspw. von einem Spindelantrieb mit einer Kugelumlaufspindel gehalten werden. Hierdurch lassen sich die Fangstifte bewegen und können gleichzeitig hohe Kräfte übertragen. Ein pneumatischer Antrieb der Zusammenführvorrichtung ist auch möglich.
Die Zusammenführvorrichtung ist deshalb vorzugsweise so ausgebildet, dass sie ein Gewicht von zumindest 200 kg, insbesondere zumindest 300 kg bzw. zumindest 500 kg tragen kann.
Ist die Zusammenführvorrichtung so stabil ausgebildet, dass sie die Testvorrichtung 1 und die Handhabungsvorrichtung 23 auseinander- und wieder zusammenfahren kann, dann kann eine Schnittstelleneinheit ohne die Verwendung eines Manipulators ausgetauscht werden. Die Testvorrichtung 1 wird üblicherweise in Reinräumen eingesetzt. Reinräume sind teuer. Ohne den Einsatz eines Manipulators kann die für die Testvorrichtung bereitzustellende Grundfläche klein gehalten werden (kleiner Footprint), wodurch die Kosten gesenkt werden.
Bezugszeichenliste

1: Testvorrichtung
2: Gehäuse
3: Stirnplatte
4: Schnittstelleneinheit
5: Austauschvorrichtung
6: Längsstrebe
7: Querstrebe
8: Zwischenplatte
9: Säule
10: Dockingelement
11: Kolben-/Zylindereinheit
12: Zylinder
13: Kolben
14: Schienenmechanismus
15: Rahmen
16: Ausnehmung
17: Durchgangsöffnung
18: Zwischenplatte
19: Pfeil
20: Pfeil
21: Kontaktfeld
22: Gegendockingelement
23: Handhabungsvorrichtung
24: Fangstift
25: Manipulator
26: Gabelförmige Aufnahme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/164407 A1 [0002, 0004, 0012, 0021]
JP 9159730 A [0005]
EP 1495339 B1 [0006]
US 2003/0194821 A1 [0006]
DE 10205115 B4 [0007, 0023]
DE 19752229 A1 [0008]
WO 2014/091022 A1 [0029, 0058]
US 6870362 B2 [0043]
US 7382362 B2 [0043]

Claims

Testvorrichtung zum Testen von Halbleiterelementen mit einer Austauschvorrichtung (5) zum Austauschen einer Schnittstelleneinheit (4), wobei die Austauschvorrichtung (5) umfasst -einen Rahmen (15) zum Aufnehmen einer Schnittstelleneinheit (4), - eine Hubeinrichtung (11), welche am Rahmen (15) zum Bewegen desselben in eine Hubrichtung (19) angreift, - einen Bewegungsmechanismus (14), welcher zwischen dem Rahmen und der Hubeinrichtung (14) angeordnet ist, so dass der Rahmen (15) quer zur Hubrichtung (19) verschieblich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung (11) mehrere Zylinder-/Kolbeneinheiten (11) aufweist, die sich jeweils durch eine Öffnung in einer Stirnplatte (3) der Testvorrichtung (1) hindurch erstrecken und mit Abstand zur Stirnplatte (3) an der Testvorrichtung (1) befestigt sind.
Testvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen (15) Öffnungen (17) ausgebildet sind, durch welche sich jeweils eine Dockingeinrichtung hindurch erstrecken kann, um die Testvorrichtung (1) lösbar mit einer Handhabungsvorrichtung zu verbinden, wobei die Handhabungsvorrichtung auf der gegenüberliegenden Seite des Rahmens (15) bzgl. der Testvorrichtung (1) angeordnet ist.
Testvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dockingeinrichtung mit der Testvorrichtung verbundene Dockingelemente (10) aufweist, welche an der Stirnplatte (3) befestigt sind.
Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Testvorrichtung in der Draufsicht rechteckförmig ausgebildet ist und zwei Längsseitenkanten aufweist, wobei benachbart zu den beiden Längsseitenkanten die Hubeinrichtungen angeordnet sind und vorzugsweise Dockingeinrichtungen auch benachbart zu den Längskanten angeordnet sind.
Testvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Dockingeinrichtungen (10, 22, 24) zum Verbinden der Testvorrichtung (1) mit einer Handhabungsvorrichtung (23) vorgesehen sind, welche außerhalb des Rahmens (15) angeordnet sind, so dass bei nicht vollständig gelösten Dockingeinrichtungen (10, 23, 24) der Rahmen (15) mittels des Schienenmechanismus verfahren werden kann.
Testvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dockingeinrichtungen sowohl an der Testvorrichtung (1) als auch an der Handhabungsvorrichtung jeweils ein Dockingelement (10) und ein Dockinggegenelement (22) aufweisen und derart ausgebildet sind, dass die Testvorrichtung und die Handhabungsvorrichtung bis zu zumindest 10 cm auseinandergefahren werden können, ohne dass die Dockingeinrichtungen getrennt werden müssen.
Testvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dockingeinrichtung als Zusammenführvorrichtung ausgebildet ist, so dass im auseinandergefahrenen Zustand der Testvorrichtung (1) und der Handhabungsvorrichtung (23) die Dockingelemente (10, 22) zum Austauschen der Schnittstelleneinheit (4) nicht gelöst werden müssen.
Testvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammenführvorrichtung ein Gewicht von zumindest 200 kg tragen kann.
Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsmechanismus (14) eine Antriebseinrichtung zum automatischen Bewegen des Rahmens aufweist.
Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsmechanismus als Schienenmechanismus (14) ausgebildet ist.