駁接測試頭與外圍設(shè)備的方法與裝置制造方法
【專利摘要】一種用于駁接電子測試頭與外圍設(shè)備的方法及裝置，外圍設(shè)備定位設(shè)備以供測試。并入有時亦稱作運動特征的確切約束對準(zhǔn)特征以在三個自由度上相對于外圍設(shè)備的駁接平面提供測試頭的可重復(fù)定位。不同對準(zhǔn)特征用以提供平面性且在測試頭與外圍設(shè)備之間建立所需駁接距離。順應(yīng)性地安裝確切約束對準(zhǔn)特征以使得其能夠在測試頭與其遠(yuǎn)離最終駁接距離時將測試頭定位于平面中，且在測試頭移動至其最終駁接位置時維持彼位置。
【專利說明】駁接測試頭與外圍設(shè)備的方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及測試集成電路或電子設(shè)備，尤其涉及駁接測試頭與外圍設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在制造集成電路(integrated circuits ;IC)及其他電子設(shè)備時,在整個程序的一或多個階段處藉由自動測試裝備(automatic test equipment ;ATE)執(zhí)行測試。使用將待測試設(shè)備置放于適當(dāng)位置以供測試的特定處置裝置。在一些狀況下，特定處置裝置亦可使待測試設(shè)備達(dá)到恰當(dāng)溫度及/或在待測試設(shè)備正在測試時將其維持于恰當(dāng)溫度下。特定處置裝置具有各種類型，包含(例如)用于測試晶圓上的未封裝設(shè)備的“探針儀”及用于測試已封裝零件的“設(shè)備處置器”;本文中，術(shù)語“處置裝置”或“外圍設(shè)備”將用以指代所有類型的此等裝置。電子測試本身由包含測試頭的大且昂貴的ATE系統(tǒng)提供，測試頭需要連接至處置裝置且與處置裝置駁接。測試中設(shè)備(Device Under Test ；DUT)需要用于有效測試的精密高速信號；因此，ATE內(nèi)的用以測試DUT的“測試電子設(shè)備”通常位于測試頭中，測試頭必須定位成盡可能接近DUT。隨著電連接的數(shù)目增加，DUT持續(xù)變得日益復(fù)雜。此外，對于測試系統(tǒng)生產(chǎn)率的經(jīng)濟(jì)需求已導(dǎo)致需要并列地測試數(shù)個設(shè)備的系統(tǒng)。
[0003]此等要求已使測試頭與外圍設(shè)備之間的電連接的數(shù)目達(dá)到數(shù)千個且測試頭的大小及重量相應(yīng)地增長。目前，測試頭重量可自幾百鎊至多達(dá)兩千或三千鎊。測試頭通常藉由纜線連接至ATE的固定大型計算機(jī)，纜線提供用于信號、接地及電力的導(dǎo)電路徑。另外，測試頭可能需要藉由可撓性管將液體冷卻劑供應(yīng)至其，可撓性管常捆綁于纜線內(nèi)。另外，某些現(xiàn)今的測試頭藉由經(jīng)由可撓性導(dǎo)管吹入的空氣或藉由液體冷卻劑及空氣的組合冷卻。在過去，測試系統(tǒng)通常包含電源供應(yīng)裝置、控制計算機(jī)及其類似者的大型計算機(jī)。電纜線將大型計算機(jī)電子設(shè)備耦接至測試頭中含有的“銷電子設(shè)備”。大型計算機(jī)與測試頭之間的纜線布設(shè)增加精確且可重復(fù)地操控測試頭至所要位置的難度。若干現(xiàn)今的系統(tǒng)現(xiàn)在實際上將所有電子設(shè)備置放于可移動測試頭中，而大型計算機(jī)仍可用以容納冷卻裝置、電源供應(yīng)器及其類似者。因此，待配合的電接點的增加的數(shù)目及空間密度與測試頭及其纜線的增加的大小及重量使得更難以準(zhǔn)確且可重復(fù)地相對于外圍設(shè)備定位測試頭。
[0004]在個別地測試復(fù)雜設(shè)備或并列測試許多復(fù)雜設(shè)備時，必須在測試頭與一或多個DUT之間建立幾百或幾千個電連接。此等連接通常藉由易損、密集間隔的接點實現(xiàn)。在測試晶圓上的未封裝設(shè)備時，通常藉由安裝于探針卡上的針狀探針達(dá)成至一或多個DUT的實際連接。在測試已封裝設(shè)備時，通常使用安裝于“DUT插座板”上的一或多個測試插座。本文中，術(shù)語“DUT配接器”將用以指代固持與一或多個DUT進(jìn)行實際電連接的一或多個零件的單元。DUT配接器必須精確且可重復(fù)地相對于外圍設(shè)備定位以便使數(shù)個DUT中的每一者可依次置放于適當(dāng)位置以供測試。
[0005]可依據(jù)容納DUT配接器的方式對測試系統(tǒng)分類。目前，在許多系統(tǒng)中，DUT配接器適當(dāng)?shù)毓潭ㄖ撂幹醚b置，處置裝置通常包含有助于準(zhǔn)確地定位DUT配接器的參考特征。本文中，此等系統(tǒng)將稱作“外圍設(shè)備安裝式DUT配接器”系統(tǒng)。在其他系統(tǒng)中，DUT配接器附接至測試頭且藉由適當(dāng)?shù)囟ㄎ?亦即，駁接)測試頭來相對于處置裝置定位DUT配接器。此等后面的系統(tǒng)將稱作“測試頭安裝式DUT配接器”系統(tǒng)。存在測試頭安裝式DUT配接器系統(tǒng)的兩個可能的子類別。在第一子類別中，在定位或駁接測試頭之前定位一或多個DUT。因此，定位測試頭的動作使連接組件與DUT進(jìn)行電接觸。此配置可適用于晶圓級測試，其中外圍設(shè)備首先定位晶圓且接著相對于晶圓定位測試頭及DUT配接器(此處為經(jīng)組態(tài)以探測晶圓上的許多或全部設(shè)備的探針卡)以使得針狀探針接觸DUT。在第二子類別中，首先定位或駁接測試頭及DUT配接器，且隨后在DUT配接器保持于適當(dāng)位置時外圍設(shè)備將DUT依次移動至適當(dāng)位置以供測試。
[0006]應(yīng)注意，DUT配接器亦必須提供測試頭可與之進(jìn)行對應(yīng)電連接的連接點或接觸組件。連接點的此集合將稱作DUT配接器電子接口。另外，測試頭通常裝備有包含達(dá)成與DUT配接器電子接口的連接的接觸組件的電子接口單元。通常，測試頭接口接觸組件為彈簧負(fù)載的“彈簧銷(pogo pin)”，且收納接觸組件的DUT配接器為導(dǎo)電著陸襯墊。然而，可并入其他類型的連接設(shè)備以(例如)獲得RF及/或關(guān)鍵模擬信號。在一些系統(tǒng)中，結(jié)合彈簧銷使用此等其他類型的連接器。壓縮幾百或幾千個彈簧銷及/或配合其他式樣的接點所需要的累積力可變得極高。此可為不利的，此是因為使接點連接所需要的力可為不合理的且作用于DUT配接器上的力可引起不良偏轉(zhuǎn)。因此，已經(jīng)在開發(fā)替代連接技術(shù)(諸如，零插入力技術(shù))。舉例而言，美國專利第6，833，696號(讓與興銳達(dá)公司(Xandex，Inc.))揭示一種系統(tǒng)，其具有形成于基板上的電接點結(jié)合使對應(yīng)接點嚙合而不使不適當(dāng)力作用于探針卡或DUT板上的機(jī)構(gòu)。進(jìn)一步預(yù)期,在未來,微電磁機(jī)器(Micro Electromagnetic Machine ；MEM)技術(shù)可用以在制造探針卡時形成電接點以作為其目前使用的擴(kuò)展?？偠灾?，接點極其易碎且易損，且必須保護(hù)接點以防損壞。
[0007]在概述中(將進(jìn)一步提供較詳細(xì)描述)，駁接為相對于外圍設(shè)備操縱測試頭至適當(dāng)位置以供測試的程序。在外圍設(shè)備安裝式DUT配接器系統(tǒng)中，駁接包含恰當(dāng)且精確地結(jié)合測試頭接口單元的接觸組件與DUT配接器上的各別連接組件。在此等系統(tǒng)中，必須在定位及駁接程序期間為易損及易碎測試頭接口接點提供保護(hù)。然而，在測試頭安裝式DUT配接器系統(tǒng)中，駁接的目標(biāo)為相對于外圍設(shè)備及/或DUT精確地定位DUT配接器。亦應(yīng)注意，在測試頭安裝式DUT配接器系統(tǒng)中，當(dāng)DUT配接器附接至測試頭時，實現(xiàn)測試頭接口接觸組件與DUT配接器連接組件的結(jié)合，且因此接觸組件受保護(hù)。然而，探針卡的極易損針狀探針或易碎、精確制造的測試插座在定位及駁接期間暴露，且此等組件亦需要保護(hù)。
[0008]測試頭操控器可用以相對于處置裝置操縱測試頭。此操縱可在約一公尺或更多的相對大距離上進(jìn)行。目標(biāo)為能夠自一處置裝置迅速改變至另一處置裝置或移動測試頭以遠(yuǎn)離目前處置裝置以用于服務(wù)及/或用于改變接口組件。當(dāng)(如上文所概括)測試頭相對于處置裝置保持于某位置使得測試頭與DUT配接器之間的所有連接已達(dá)成及/或DUT配接器處于其恰當(dāng)位置時，測試頭被稱為“駁接”至處置裝置。為了使成功駁接發(fā)生，必須相對于笛卡爾坐標(biāo)系在六個自由度上精確地定位測試頭。最經(jīng)常，測試頭操控器用以操縱測試頭至與駁接位置的偏差在約幾公分內(nèi)的粗略對準(zhǔn)的第一位置，且接著“駁接裝置”用以達(dá)成最終精確定位。
[0009]通常，駁接裝置的一部分安置于測試頭上且駁接裝置的其余部分安置于處置裝置上。因為一測試頭可服務(wù)數(shù)個處置裝置，所以將駁接裝置的較昂貴部分置于測試頭上通常為較佳的。駁接裝置可包含將駁接件的兩個區(qū)段牽拉于一起，因而駁接測試頭的致動器機(jī)構(gòu)；此稱作“致動器驅(qū)動”駁接。駁接裝置或“駁接件”具有眾多重要功能，包含:(1)使測試頭與處置裝置對準(zhǔn)，包含使電接點精確對準(zhǔn)，(2)將測試頭與處置裝置拉于一起及稍后分離(亦即，解除駁接)測試頭與處置裝置的充足機(jī)械優(yōu)點及/或致動器功率，(3)在駁接操作及解除駁接操作兩者期間提供對電接點的預(yù)對準(zhǔn)保護(hù)，及(4)將測試頭與處置裝置閂鎖或固持于一起。
[0010]根據(jù)英泰斯特(inTEST)手冊(第5版? 1996年英泰斯特股份有限公司(inTESTCorporation))，“測試頭定位”指對于成功駁接及解除駁接所需要的測試頭至處置裝置的容易移動結(jié)合與處置裝置的精確對準(zhǔn)。測試頭操控器亦可稱作測試頭定位器。測試頭操控器與適當(dāng)駁接部件結(jié)合來執(zhí)行測試頭定位。此技術(shù)(例如)在上述英泰斯特手冊中加以描述。此技術(shù)亦在眾多專利公開案中加以描述，專利公開案例如包含美國專利第7，728，579號、第 7，554，321 號、第 7，276，894 號、第 7，245，118 號、第 5，931,048 號、第 5，608，334 號、第 5，450，766 號、第 5，030，869 號、第 4，893，074 號、第 4，715，574 號及第 4，589，815 號以及諸如W005015245A2及W008103328A1的WIPO公開案的部分清單，以上各案均以引用的方式并入以獲得其在測試頭定位系統(tǒng)的領(lǐng)域中的教示。上述專利及公開案主要是有關(guān)致動器驅(qū)動駁接。測試頭定位系統(tǒng)亦為已知的，其中單一裝置提供測試頭的相對大距離操縱及最終精確駁接兩者。舉例而言，霍爾特(Holt)等人的美國專利第6，057，695號及格雷姆(Graham)等人的美國專利第5，900，737號及第5，600，258號(其均以引用的方式并入)描述定位系統(tǒng)，其中駁接為“操控器驅(qū)動”而非致動器驅(qū)動。然而，致動器驅(qū)動系統(tǒng)為最廣泛使用的，且將就此系統(tǒng)而言描述本發(fā)明；然而，一般熟習(xí)此項技術(shù)者將注意，本發(fā)明可適應(yīng)操控器驅(qū)動系統(tǒng)。
[0011]如先前所陳述，測試頭駁接的目標(biāo)為相對于外圍設(shè)備恰當(dāng)?shù)囟ㄎ粶y試頭。外圍設(shè)備通常包含諸如界定“外圍設(shè)備駁接平面”的安裝表面的特征。連接至DUT (且因此連接至DUT配接器、DUT插座板或探針卡)的電接點必須位于與外圍設(shè)備駁接平面平行的平面中。為了促進(jìn)駁接，安裝于外圍設(shè)備上的駁接裝置通常位于平坦金屬板上，平坦金屬板附接至外圍設(shè)備使得其外表面與外圍設(shè)備駁接平面平行。外圍設(shè)備亦可包含使得能夠恰當(dāng)?shù)囟ㄎ籇UT配接器的其他參考特征，諸如精確定位的銷或插孔。
[0012]類似地，“測試頭駁接平面”可與測試頭相關(guān)聯(lián)。測試頭接口接觸組件通常配置于與測試頭駁接平面平行的平面中。笛卡爾坐標(biāo)系可與測試頭或外圍設(shè)備駁接平面相關(guān)聯(lián)，使得X軸及Y軸位于與駁接平面平行的平面中且Z軸垂直于駁接平面。Z方向上的距離可稱作高度。應(yīng)注意，可存在測試頭接口接觸組件的一個以上集合，其中每一集合的平面相對于駁接平面處于不同高度。在此文件的剩余部分中，在指代外圍設(shè)備駁接平面時使用術(shù)語“駁接平面”而無修飾詞。
[0013]當(dāng)恰當(dāng)?shù)伛g接時，測試頭駁接平面實質(zhì)上平行于外圍設(shè)備駁接平面。達(dá)成此關(guān)系的程序常稱作平面化且結(jié)果可稱作“駁接平面性”。又，當(dāng)恰當(dāng)?shù)伛g接時，測試頭與外圍設(shè)備相距預(yù)定的較佳“駁接距離”。達(dá)成駁接平面性及駁接距離需要測試頭的三個運動自由度，即:繞著平行于與測試頭駁接平面相關(guān)聯(lián)的X軸及Y軸的軸線的旋轉(zhuǎn)及沿著Z軸的線性運動。最終，當(dāng)恰當(dāng)?shù)伛g接時，兩個駁接平面將在對應(yīng)于X方向及Y方向以及相對于繞著與Z軸平行的軸線的旋轉(zhuǎn)的剩余三個自由度上對準(zhǔn)。[0014]在典型的致動器驅(qū)動定位系統(tǒng)中，操作者控制操控器的移動以操縱測試頭自一位置至另一位置。此移動可藉由操作者直接施加力于系統(tǒng)中的測試頭上而手動地實現(xiàn)，在系統(tǒng)中測試頭在其運動軸在線完全平衡，或此移動可經(jīng)由使用直接由操作者控制的致動器來實現(xiàn)。在若干現(xiàn)今的系統(tǒng)中，測試頭在一些軸在線藉由直接手動力的組合且在其他軸在線藉由致動器來操縱。
[0015]為了駁接測試頭與處置裝置，操作者必須首先操縱測試頭至“準(zhǔn)備駁接”位置，“準(zhǔn)備駁接”位置接近其最終駁接位置且與其最終駁接位置近似對準(zhǔn)。進(jìn)一步操縱測試頭直至其處于“準(zhǔn)備致動”位置為止，在“準(zhǔn)備致動”位置處，駁接致動器可接管對測試頭運動的控制。致動器接著可牽拉測試頭至其最終完全駁接位置。在如此進(jìn)行時，各種對準(zhǔn)特征提供測試頭的最終對準(zhǔn)。自最初至最終，駁接件可使用不同類型的對準(zhǔn)特征的兩個或兩個以上集合以提供不同階段的對準(zhǔn)。在易碎電接點進(jìn)行機(jī)械接觸之前測試頭在五個自由度上對準(zhǔn)通常為較佳的。接著沿著垂直于接口的平面及外圍設(shè)備駁接平面的直線推動測試頭，此對應(yīng)于六個自由度。
[0016]當(dāng)駁接致動器在操作時(且當(dāng)駁接對準(zhǔn)特征不強加約束時)，測試頭通常在其軸線的若干者(若非全部)上順應(yīng)地自由移動以允許最終對準(zhǔn)及定位。對于適當(dāng)?shù)仄胶馇也⒎侵聞悠黩?qū)動的操控器軸，此并非問題。然而，致動器驅(qū)動軸一般需要將順應(yīng)性機(jī)構(gòu)建置至其中。美國專利第5，931,048號、第5，949，002號、第7，084，358號及第7，245，118號以及WIPO公開案W008137182A2(均以引用的方式并入)中描述一些典型實例。常常，順應(yīng)性機(jī)構(gòu)(特別用于非水平不平衡軸)涉及彈簧狀機(jī)構(gòu)，彈簧狀機(jī)構(gòu)除了順應(yīng)性的外亦添加某一量的彈性或“彈回”。另外，連接測試頭與ATE大型計算機(jī)的纜線亦為彈性的，從而導(dǎo)致進(jìn)一步彈回效應(yīng)。當(dāng)操作者試圖操縱測試頭至近似對準(zhǔn)及至測試頭可由駁接機(jī)構(gòu)捕獲的位置時，操作者必須克服系統(tǒng)的彈性，此在極其大又重的測試頭的情況下可常為困難的。又，若操作者在駁接機(jī)構(gòu)適當(dāng)?shù)貒Ш现搬尫攀┘又翜y試頭的力，則順應(yīng)性機(jī)構(gòu)的彈性可使測試頭移動遠(yuǎn)尚駁接件。
[0017]史密斯(Smith)的美國專利第4，589，815號(以引用的方式并入)揭示現(xiàn)有技術(shù)駁接機(jī)構(gòu)。,815專利的圖5A、圖5B及圖5C中說明的駁接機(jī)構(gòu)使用用以提供最終對準(zhǔn)的兩個導(dǎo)引銷及插孔組合，及兩個圓形凸輪。導(dǎo)引銷插孔位于角撐中，角撐亦固持與凸輪嚙合的凸輪從動件。為了達(dá)成準(zhǔn)備致動位置，凸輪必須配合于角撐之間以使得凸輪從動件可嚙合位于凸輪的圓柱形表面上的螺旋形凸輪狹槽。將凸輪配合于角撐之間提供第一粗略對準(zhǔn)且亦視情況提供對電接點、探針或插座的一定程度的保護(hù)。當(dāng)凸輪由附接至其的把手旋轉(zhuǎn)時，駁接件的兩半拉于一起，其中導(dǎo)引銷變得完全插入至其配合插孔中。線纜連接兩個凸輪，使得其同步旋轉(zhuǎn)。纜線配置使得能夠藉由施加力至兩個把手中的僅一者或另一者來操作駁接件。因此，在此狀況下把手為駁接致動器。
[0018]隨著測試頭變得更大，，815駁接件的基本想法已演變?yōu)榫哂袑?dǎo)引銷及圓形凸輪的三個或四個集合的駁接件。此等分別稱作三點及四點駁接件。本申請案的圖1A及圖1B說明具有四個角撐116、四個導(dǎo)引銷112、四個互補插孔112a及四個圓形凸輪110的現(xiàn)有技術(shù)四點駁接件。(稍后更詳細(xì)地描述此裝置。)盡管已建構(gòu)具有附接至四個凸輪110中的一或多者的致動器把手135的此“四點”駁接件，但圖1A中所顯示的駁接件并有操作纜線驅(qū)動器132的單一致動器把手135。當(dāng)纜線驅(qū)動器132由把手135旋轉(zhuǎn)時，纜線115移動使得四個凸輪110以同步方式旋轉(zhuǎn)。凸輪110嚙合附接至角撐116的凸輪從動件110a。此配置將單一致動器把手置放于對操作者便利的位置。又，可藉由適當(dāng)?shù)卣{(diào)整凸輪的直徑與纜線驅(qū)動器的直徑的比率來達(dá)成更大機(jī)械優(yōu)點。在此等駁接件中，導(dǎo)引銷112與其對應(yīng)插孔112a之間的相互作用判定駁接測試頭在與外圍設(shè)備駁接平面平行的平面中的三個自由度上的位置。當(dāng)凸輪110旋轉(zhuǎn)時，凸輪從動件IlOa與凸輪狹槽129之間的相互作用控制剩余三個自由度，即，測試頭相對于外圍設(shè)備駁接平面的平面性及測試頭與外圍設(shè)備108之間的距離。當(dāng)凸輪110已完全旋轉(zhuǎn)時，附接至外圍設(shè)備108的角撐116抵靠著測試頭100，從而建立測試頭100與外圍設(shè)備108之間的最終“駁接距離”以及測試頭的最終“駁接平面性”。
[0019]其他現(xiàn)有技術(shù)駁接件(諸如，由瑞德阿什曼公司(Reid Ashman, Inc.)制造的駁接件)在概念上類似，但利用線性凸輪代替圓形凸輪且利用固體連接件代替纜線來同步地驅(qū)動凸輪。科利登系統(tǒng)有限公司(Credence Systems Corporation)的美國專利第6，407，541號(以引用的方式并入)中描述利用線性凸輪但線性凸輪由氣動組件致動的另一方案。在'541專利中，“駁接條”達(dá)成與先前描述的“角撐”類似的目的。然而，當(dāng)測試頭已駁接時，駁接條不抵靠著被駁接至的單元；因此，凸輪從動件與凸輪之間的相互作用僅判定駁接距離及駁接平面性。
[0020]駁接件的另外其他變化是已知的。舉例而言，美國專利第7，109，733號及第7，466，122號(皆以引用的方式并入)中揭示可在部分或完全動力模式中操作且并有纜線驅(qū)動的圓形凸輪的部分自動駁接件，兩個美國專利皆讓與本發(fā)明的受讓人。WIPO公開案W02010/009013A2(以引用的方式并入)中描述包含固體連接件驅(qū)動的圓形凸輪且可經(jīng)動力驅(qū)動的另一駁接件組態(tài)，公開案亦讓與本發(fā)明的受讓人。此等駁接件利用導(dǎo)引銷及插孔來在平面及角撐或等效物內(nèi)建立位置以建立測試頭與外圍設(shè)備之間的駁接平面性及駁接距離。
[0021]另外，美國專利第5，654,631號及第5，744，974號中描述的駁接件利用導(dǎo)引銷及插孔以使兩半對準(zhǔn)。然而，駁接件由真空設(shè)備致動，真空設(shè)備在施加真空時將兩半推動于一起。只要維持真空，兩半便保持鎖定于一起。然而，可由真空設(shè)備產(chǎn)生的力的量限于大氣壓與有效面積相乘。因此，此等駁接件在其應(yīng)用上受限制。
[0022]讓與本發(fā)明的受讓人的美國專利7，235，964及7，276，895(皆以引用的方式并入)描述使用相對大的對準(zhǔn)銷的駁接件(如，895專利的圖14中所說明)，相對大的對準(zhǔn)銷通常附接至外圍設(shè)備。銷的直徑在其遠(yuǎn)程處相對窄且在內(nèi)部末端處大。又，兩個凸輪從動件在銷附接至外圍設(shè)備的點附近附接至銷。使用線性凸輪的凸輪系統(tǒng)機(jī)構(gòu)附接至測試頭。對準(zhǔn)銷的遠(yuǎn)程可首先插入至凸輪系統(tǒng)機(jī)構(gòu)中以提供第一階段的粗略對準(zhǔn)。當(dāng)推動測試頭使其較接近外圍設(shè)備時，較大直徑進(jìn)入凸輪系統(tǒng)機(jī)構(gòu)以提供較接近對準(zhǔn)。當(dāng)朝向外圍設(shè)備進(jìn)一步推動測試頭時，凸輪從動件最終嚙合凸輪，凸輪接著可經(jīng)致動以將兩半拉至最終駁接位置。駁接距離及駁接平面性僅由凸輪與凸輪從動件之間的相互作用判定，而不涉及角撐。另外，有必要使凸輪系統(tǒng)機(jī)構(gòu)充當(dāng)銷插孔，從而提供與銷的充足相互作用以在與外圍設(shè)備駁接平面平行的三個自由度上定位測試頭。
[0023]在已提及的所有駁接件(包含致動器驅(qū)動式駁接件及操控器驅(qū)動式駁接件)中，在與駁接平面平行的平面內(nèi)的測試頭的對準(zhǔn)由導(dǎo)引銷在其各別插孔內(nèi)的配合判定。為了促進(jìn)駁接及解除駁接的許多循環(huán)，導(dǎo)引銷通常經(jīng)設(shè)計以具有比其插孔的直徑小千分的幾英寸的直徑。因此，測試頭相對于外圍設(shè)備駁接平面的最終駁接位置的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性限于至少通常千分的三至千分的五英寸。盡管此對于許多過去及現(xiàn)今的測試系統(tǒng)已經(jīng)為可接受的，但預(yù)期對具有極大改良準(zhǔn)確性及尤其可重復(fù)性的系統(tǒng)的需求增長。
[0024]如先前所指示，在外圍設(shè)備安裝式DUT配接器系統(tǒng)中駁接的目的為精確地配合測試頭電子接口與DUT配接器電子接口。每一電子接口界定通常(但未必)與電接點的遠(yuǎn)程標(biāo)稱地平行的平面。當(dāng)駁接時，此等兩個平面必須彼此平行。通常，將DUT配接器制造為平面電路板且理想地固定至與外圍設(shè)備的駁接平面平行的平面中的外圍設(shè)備。因此，當(dāng)駁接時，測試頭電子接口的平面必須亦與外圍設(shè)備駁接平面平行。為了防止電接點的損壞，較佳在允許電接點彼此機(jī)械接觸之前首先在五個自由度上對準(zhǔn)兩個界面。若在駁接位置處接口的所定義平面與三維笛卡爾坐標(biāo)系的X-Y平面平行，則對準(zhǔn)必須發(fā)生于X軸及Y軸及繞著與X-Y平面垂直的Z軸的旋轉(zhuǎn)(ΘΖ或平擺)中，以便使各別接點彼此對齊。另外，可藉由繞著X軸及Y軸的旋轉(zhuǎn)運動(縱搖及橫搖)而使兩個平面平行。使兩個電子接口平面彼此平行的程序稱作接口的“平面化”，且當(dāng)已實現(xiàn)平面化時，界面稱為“經(jīng)平面化”或“共平面”。一旦經(jīng)平面化且在X、Y及Θ Z上對準(zhǔn)，駁接便藉由引起在與外圍設(shè)備駁接平面垂直的Z方向上的運動而進(jìn)行。
[0025]類似地，在測試頭安裝式DUT配接器系統(tǒng)中駁接的目的為精確地定位測試頭，使得DUT配接器相對于外圍設(shè)備恰當(dāng)?shù)囟ㄎ?。DUT配接器的探針尖端或插座接點構(gòu)成電子測試接口，電子測試接口界定必須與外圍設(shè)備的駁接平面經(jīng)平面化的平面。另外，電子測試接口必須相對于駁接平面的X軸及Y軸且相對于繞著Z軸的旋轉(zhuǎn)精確地對準(zhǔn)。如同先前狀況一樣，在此等五個自由度上的對準(zhǔn)較佳在Z方向上的最終定位之前發(fā)生。
[0026]在駁接的程序中，首先操縱測試頭至接近外圍設(shè)備。進(jìn)一步操縱使測試頭到達(dá)“準(zhǔn)備駁接”位置，在許多系統(tǒng)中，在“準(zhǔn)備駁接”位置處，某一第一粗略對準(zhǔn)部件大致處于適當(dāng)位置以待嚙合。另外進(jìn)一步操縱將使測試頭到達(dá)“準(zhǔn)備致動位置”，在“準(zhǔn)備致動位置”處，駁接機(jī)構(gòu)可經(jīng)致動。在準(zhǔn)備致動位置處，已達(dá)成近似平面化及X、Y及Θ Z上的對準(zhǔn)。當(dāng)致動駁接件時，對準(zhǔn)及平面化變得更精確。藉由進(jìn)一步致動，在由對準(zhǔn)特征判定的準(zhǔn)確度上完成對準(zhǔn)及平面化。此接著繼之以Z方向上的連續(xù)運動，從而使測試頭到達(dá)其最終駁接位置。在隨后的本發(fā)明的實施方式中描述關(guān)于特定選定駁接件的其他細(xì)節(jié)。應(yīng)注意，在操控器驅(qū)動的駁接中，如在先前提及的美國專利第6，057，695號、第5，900, 737號及第5，600, 258號中所描述，傳感器偵測準(zhǔn)備致動位置的等效者以便自粗略定位模式改變?yōu)榫?xì)定位模式。因此，對于一般熟習(xí)此項技術(shù)者而言，感測致動器驅(qū)動的駁接件中的準(zhǔn)備致動位置將為由’695、，737及’258專利教示及揭示之物的自然擴(kuò)展(直觀且明顯)。
[0027]已成功使用上述類型的駁接件，其中測試頭重達(dá)且超過一千磅。然而，隨著測試頭變得甚至更大且隨著接點的數(shù)目及空間密度按指數(shù)增加，數(shù)個問題變得顯而易見。立即顯而易見的是對定位準(zhǔn)確性及可重復(fù)性的需求增加。另外，隨著接點的數(shù)目增加，嚙合接點且將其維持于適當(dāng)位置所需要的力增加。通常，需要每接點幾盎司；因此駁接具有1000個或更多接點的測試頭出于此目的需要超過100磅或200磅?？紤]到駁接件設(shè)計中存在的千分之幾英寸的“傾斜量”，此等力與歸因于操控器順應(yīng)性機(jī)構(gòu)及測試頭纜線的彈性的相對不可預(yù)測彈回效應(yīng)結(jié)合使得可重復(fù)地及準(zhǔn)確地執(zhí)行測試頭駁接日益困難。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0028]經(jīng)由凱文(Kelvin)爵士及詹姆斯克拉克馬克士威爾(James Clerk Maxwell)的著作追溯到19世紀(jì)中期或更早的“確切約束”或“運動”耦接的領(lǐng)域提供用于在兩個對象之間提供剛性及可重復(fù)連接或耦接的技術(shù)。此等技術(shù)在應(yīng)用于測試頭駁接時可提供改良的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性。眾多文章、學(xué)術(shù)報紙、商業(yè)刊物、專利公開案及因特網(wǎng)公布的簡報提供關(guān)于運動耦接的設(shè)計及應(yīng)用的信息。運動耦接的一般原理可見于以下參考文獻(xiàn)中，參考文獻(xiàn)中的每一者以引用的方式并入本文中:
[0029]文章一黑爾雷頓卡特(Hale，LaytonCarter), Principles and Techniques forDesigning Precision Machines (用于設(shè)計精密機(jī)器的原理及技術(shù))，UCRL-LR-133066，Lawrence Livermore National Laboratory,1999，https://e-reports-ext.llnl.gov/pdf/235415, pdf.;斯洛克姆(Slocum，Α.Η.)，Precision Machine Design(精密機(jī)器設(shè)計)，Prentice Hall，Englewood Cliffs，NJ，1992 ;史密斯(Smith, S.T.)，切特溫德(Chetwynd,D.G.) ,Foundations of Ultraprecision Mechanism Design(超精密機(jī)構(gòu)設(shè)計的基石出)，Gordon and Breach Science Publishers，瑞士(Switzerland)，1992。
[0030]技術(shù)論文一哈特(Hart,A.J.)，斯洛克姆(Slocum，A.Η.)，威洛比(Willoughby,P.)，“Kinematic Coupling Interchangeability (運動賴接可互換性)”，PrecisionEngineering，2004，28:1-15 ;斯洛克姆(Slocum，Α.H.)，“Design of Three-GrooveKinematic Couplings (三槽運動賴接的設(shè)計)”，Precision Engineering, 1992 年 4 月第 14 卷第 2 期 67-76 頁；庫爾佩普(Culpepper, Μ.L )，“Design of Quas1-KinematicCouplings (準(zhǔn)運動賴接的設(shè)計)”，Precision Engineering, 2008:338-357 ;斯洛克姆(Slocum, A.H.)及多梅茲(Donmez，A)，“Kinematic Couplings for PrecisionFixturing—Part2 !Experimental determination of repeatability and stiffness(用于精密夾具的運動耦接一第2部分:可重復(fù)性及勁度的實驗判定)”，PrecisionEngineering, 1988年7月第10卷第3期`；斯洛克姆(A.H.Slocum)等人的美國專利第5，678，944 號。
[0031]商業(yè)文獻(xiàn)一微表面工程公司的滾珠科技分部(Ball-tek，Div.0f Micro SurfaceEngr.)，加利福尼亞洛杉肌(Los Angeles，CA)，商業(yè)網(wǎng)站，http://www.precisionballs.com.;微表面工程公司的滾珠科技分部，“An Introduction to Kinematics andApplications, Kinematic Components (對運動及應(yīng)用的介紹，運動組件)”，http://www.precisionballs.com/Introduction__to__Kinematics__and Applications,htm.;微表面工程公司的滾珠科技分部，“Micro Inch Positioning with KinematicComponents (藉由運動組件的微英寸定位)”，http://www.precisionballs.com/Micro—Inch—Positioning—with—Kinematic Components, html.;微表面工程公司的滾珠科技分部，“The Kinematic Encyclopedia(運動百科全書)，，，http://www.precisionballs.com/KINEMATIC-ENCYCLOPEDIA.htm.；g2 工程(g2engineering)，加利福尼亞蒙坦夫由(Mountain View, CA)，商業(yè)網(wǎng)站，http://www.g2-engineering.com.；g2 工程，加利福尼亞蒙坦夫由，“應(yīng)用批注(Application Notes)”，http://www.g2_engineering.com/spherolinder-applications.html ；g2 工程，加利福尼亞蒙坦夫由，“g2EngineeringCatalog(g2 工程目錄)，，，http://www.g2-engineering.com/spherolinder_catalog.html。
[0032]另外，諸如加利福尼亞洛杉磯的微表面工程公司的滾珠科技分部(http://WWW.precisionballs.com)及加利福尼亞蒙坦夫由的g2工程(先前為吉斯莫尼斯公司(Gizmonics, Inc.)) (http://www.g2_engineering.com)的公司出于建構(gòu)運動或確切約束類型耦接及裝置的目的而供應(yīng)多種組件。本文中，作為理解本發(fā)明的輔助，提供對領(lǐng)域的基礎(chǔ)的簡要概述。
[0033]“運動耦接”的定義在不同著作中稍有不同；術(shù)語“運動”亦用以描述其他類型的機(jī)械設(shè)計。因此，一些作者偏好使用諸如“確切約束”或“確定性”的術(shù)語作為替換或修改者。在本揭示內(nèi)容的剩余部分中，術(shù)語確切約束及運動將可互換地使用且常一起使用。簡要地，術(shù)語運動或確切約束耦接指代對象之間的在所要自由度上約束相對運動且因此約束位置而通常無冗余或過度約束的耦接，且耦接需要力以將對象推動及固持于一起。技術(shù)的重要益處為其允許可重復(fù)性，可重復(fù)性可超過制造耦接組件的公差若干數(shù)量級。
[0034]運動/確切約束耦接的特性包含在離散接觸點處嚙合的對準(zhǔn)特征，諸如一球形表面接觸一平面表面或兩個球形表面彼此接觸。一般而言，若恰當(dāng)?shù)匕仓媒佑|點，則一接觸點為約束每一所要自由度所必要的。因此，六個接觸點足以約束六個運動自由度。在其他情形中，可利用提供離散接觸線的特征；此等有時(但并不始終)稱作“準(zhǔn)運動”。取決于組態(tài)，接觸線可替換一或多個接觸點。接觸線亦可稍微過度約束系統(tǒng)，藉此稍微降低可能的可重復(fù)性。
[0035]存在確切約束/運動耦接的兩種基本或傳統(tǒng)組態(tài)，其在圖18A及圖18B中加以描繪(其在[黑爾(L.C.Hale)]的圖6_4(a)及(b)之后)。第一圖18A歷史上通常稱作“凱文鉗夾”，此歸功于凱文爵士。此處三個球形單元1821、1822、1823附接至第一物件1810。第一球1821接觸第二對象1830上的平坦表面1831，從而產(chǎn)生單一接觸點；第二球1822在兩個點處接觸第二對象1830上的V形槽1832 ;且第三球1823在三個點處接觸第二對象1830上的開放倒四面體1833(顯示為形成四面體的三個側(cè)面的具有傾斜末端的三個垂直柱)。因此，提供六個接觸點，從而約束兩個對象之間的六個相對運動自由度。經(jīng)常，倒四面體由倒圓錐或杯狀體替換，從而藉由提供與配合球形的圓形接觸線。后一種情形可視為較易于制造。凱文鉗夾頻繁用于可調(diào)整光學(xué)組件固持器中，諸如可自新澤西巴林頓(Barrington，NJ)的埃德蒙科學(xué)公司(Edmund Scientific)購得的Techspec⑩“運動圓形光學(xué)安裝臺”。
[0036]圖18B中所顯示的第二組態(tài)(顯而易見最初歸功于馬克士威爾(Maxwell))有時稱作“滾珠及槽”組態(tài)或“三V”組態(tài)。此處，三個球形單元1851、1852、1853附接至第一物件1850 ;且三個對應(yīng)V形槽1861、1862、1863安置于第二對象1860上，使得三個球可配合于各別槽內(nèi)，從而每個槽-球組合提供兩個接觸點。三V組態(tài)用于眾多應(yīng)用中，包含(例如)顯微鏡中的樣品固持器、機(jī)械加工中的工件固持器、模具，及坐標(biāo)量測機(jī)器中的探針。
[0037]作為進(jìn)一步論述的輔助，現(xiàn)介紹一些其他通用信息及術(shù)語。運動耦接通常包含數(shù)對特征。每一對中的一成員附接至待耦接的單元中的第一者且另一成員附接至另一單元。因此，在三V耦接中，存在三對滾珠-槽組合，其中滾珠附接至一單元且槽附接至另一單元。更一般而言，對中的每一成員包含一或多個表面，且表面經(jīng)設(shè)計以使得當(dāng)其彼此嚙合時，其在離散點處或沿著離散線接觸。為了輔助論述，一對中的一成員的(若干)表面可稱作“(若干)接觸表面”，且另一成員的(若干)表面可稱作“(若干)配合表面”。因此，三V耦接中的槽的每一側(cè)面可稱作接觸表面，且滾珠可稱作配合表面；或滾珠可稱作接觸表面，且三V耦接中的槽的每一側(cè)面可稱作配合表面。其他形狀可用以形成表面；例如，哥德式弓形結(jié)構(gòu)可用于代替平坦側(cè)面V形槽。滾珠用作配合表面亦非必要的?？墒蛊渌螤?諸如，圓錐的尖端)在單一點處或沿著線接觸表面。表面的其他對的實例包含滾珠抵著平坦表面按壓從而提供單一接觸點及滾珠抵著四面體按壓從而提供三個接觸點(如先前關(guān)于凱文鉗夾組態(tài)所描述)。又一可能性為一滾珠抵著三個滾珠按壓從而提供三個接觸點。只要不同類型的接觸足以控制所要自由度，則接觸可用于一耦接中。
[0038]確切約束/運動耦接的眾多其他組態(tài)是已知的，許多組態(tài)使用替代地塑形的特征以用于各種目的及應(yīng)用。讀者參考先前列出的刊物及組件供貨商(諸如，上述滾珠科技及g2工程)以獲得其他信息。然而，在本說明書中將按需要及/或在適當(dāng)時呈現(xiàn)關(guān)于確切約束/運動耦接的其他細(xì)節(jié)。出于教示亦包含美國專利第5，678，944號，其描述“撓性安裝臺”運動耦接；在本說明書中適當(dāng)時亦提及本揭示內(nèi)容的各種態(tài)樣。應(yīng)注意，用于先前描述的現(xiàn)有技術(shù)駁接件中的對準(zhǔn)特征并非此類型，此是因為對準(zhǔn)特征經(jīng)設(shè)計以具有某一“傾斜”量以藉由最小努力促進(jìn)重復(fù)駁接及解除駁接；且因此其并非運動或位置約束。就此而言，可將使用確切約束/運動耦接原理的對準(zhǔn)特征稱作“位置約束”特征。
[0039]亦值得注意，盡管六個接觸點可足以在六個自由度上約束剛性對象，但在耦接的對象中的一者或兩者在負(fù)載下經(jīng)受撓曲的情形中，額外約束可為必要的。
[0040]確切約束或運動耦接技術(shù)亦已用于某些測試系統(tǒng)及測試系統(tǒng)裝置中。舉例而言，美國專利第5,821,764號、第5，982，182號及第6，104，202號(均以引用的方式被包含)中揭示的裝置使用三V運動耦接技術(shù)來在兩半之間提供最終對準(zhǔn)。亦可包含粗略對準(zhǔn)銷以提供初始對準(zhǔn)。粗略對準(zhǔn)銷可具備捕捉機(jī)構(gòu)，捕捉機(jī)構(gòu)將導(dǎo)引銷捕獲于其孔中且防止其脫離。在,764及’202專利中，捕捉機(jī)構(gòu)似乎自動地啟動；而在，182專利中，將馬達(dá)驅(qū)動的設(shè)備用于三個粗略對準(zhǔn)銷中的每一者。亦在'182專利中，三個馬達(dá)可單獨操作以實現(xiàn)駁接組件之間的平面化。在所有三個專利中，使用線性致動器以最終將兩半拉于一起。線性致動器揭示為氣動類型。在此類型的駁接件中，另一機(jī)構(gòu)有必要用以提供足夠預(yù)對準(zhǔn)以防止對易碎電接點的損壞。出于此理由，使用上述粗略對準(zhǔn)銷。因此，提供對準(zhǔn)特征的兩個集合，即:(1)粗略對準(zhǔn)、松散配合的銷-插孔組合，及(2)運動耦接。盡管運動耦接在定位兩個實體時提供高度精確的可重復(fù)性，但關(guān)于，764及’202專利中描述的類型的駁接件的困難為最初調(diào)整運動耦接組件，使得在所有六個自由度上的必要定位準(zhǔn)確性可為麻煩的。亦即，必須小心地校準(zhǔn)V形槽及滾珠的位置以控制駁接平面中的X、Y及旋轉(zhuǎn)位置以及兩半的最終駁接距離及駁接平面性。然而，在，182專利中，單獨控制致動器實現(xiàn)獨立地調(diào)整駁接平面性及駁接距離參數(shù)的手段。
[0041]使用運動耦接技術(shù)的又一實例在美國專利第6，833，696號(讓與興銳達(dá)公司(Xandex, Inc.))及其同屬專利(均以引用的方式被包含)中，其揭示測試系統(tǒng)駁接機(jī)構(gòu)。在此系統(tǒng)中，三個球形滾珠藉由彈簧機(jī)構(gòu)順應(yīng)地附接至測試頭側(cè)。亦附接至測試頭的三個V形槽單元位于滾珠與測試頭之間。在解除駁接位置中，滾珠不接觸此等V形槽。三個V形槽的第二集合附接至外圍設(shè)備側(cè)。在駁接時，粗略對準(zhǔn)部件用以導(dǎo)引測試頭及三個滾珠至接近安裝于外圍設(shè)備上的槽，且致動器經(jīng)連接以朝向外圍設(shè)備進(jìn)一步拉動測試頭。滾珠接著嚙合外圍設(shè)備的槽集合。當(dāng)致動器進(jìn)一步移動測試頭時，滾珠朝向測試頭對抗順應(yīng)性而移動直至其最終變得包夾于槽的兩個集合之間為止，槽的兩個集合界定最終駁接位置。在此系統(tǒng)中，最終駁接位置的校準(zhǔn)需要三個槽的兩個對置集合及三個順應(yīng)性地安裝的球的一集合的調(diào)整。此外，具有總共12個接觸點的系統(tǒng)似乎不利地被過度約束。在此過度約束系統(tǒng)中，接點的一集合可與另一集合“戰(zhàn)斗”從而導(dǎo)致可重復(fù)性降級。
[0042]日本東京電子有限公司的美國專利第5，828，225號提供又一實例。所揭示的系統(tǒng)包含用于相對于晶圓探針儀定位測試頭的裝置。如接下來所概述而使用確切約束耦接技術(shù)。三個球形單元安裝于測試頭上，安置于近似等邊三角形的角處。兩個V形槽單元安置于外圍設(shè)備上以便收納球形單元中的兩者。倒圓錐安置于外圍設(shè)備上以便以圓形接觸線收納第三球形單元。因此，提供(稍微過度約束的)六個自由度約束耦接。兩個V形槽單元安裝于附接至外圍設(shè)備的致動器上。致動器經(jīng)組態(tài)以在Z方向上線性地移動V形槽；亦即，朝向或遠(yuǎn)離測試頭移動。倒圓錐在Z方向上不可移動。致動器可由控制器控制以響應(yīng)于由適當(dāng)感測裝置感測到的信息而調(diào)整每一V形槽的高度以建立兩半之間的平面性。盡管此調(diào)整發(fā)生，但測試頭可繞著位于倒圓錐特征內(nèi)的第三球樞轉(zhuǎn)。
[0043]如所指出，有必要施加力以將特征推動于一起且維持接觸。此稱作“預(yù)負(fù)載”力。在一些情況下，重力可充當(dāng)預(yù)負(fù)載力。在其他情況下，可使用特定裝置(諸如，彈簧)。預(yù)負(fù)載力在表面之間的接觸點或接觸線處產(chǎn)生反作用力。此等反作用力的分量可位于平面中及若干方向上以約束經(jīng)耦接的對象的相對位置?？墒┘又吝\動耦接的力可足夠高以在接觸點或接觸線處引起赫茲(Herzian)變形，從而將接觸點或接觸線轉(zhuǎn)換為接觸區(qū)域及可能隨時間及操作循環(huán)而使可重復(fù)性降級。
[0044]
【發(fā)明者】已認(rèn)識到，將需要在具有用于大型測試頭的定位約束的高度精確駁接件中保持此簡單及已證實的技術(shù)。先前提及且稍后將更詳細(xì)地描述的凸輪致動的駁接件組合與角撐及凸輪的預(yù)對準(zhǔn)、駁接平面與導(dǎo)引銷及插孔的緊密對準(zhǔn)、藉由凸輪及角撐的駁接平面化及距離控制，以及藉由凸輪及凸輪從動件達(dá)成的機(jī)械優(yōu)點及鎖定，所有均使用相對簡單機(jī)構(gòu)。利用順應(yīng)性位置約束特征達(dá)成高度精確駁接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1A是添加了駁接裝置的現(xiàn)有技術(shù)測試頭及外圍設(shè)備的透視圖。
[0046]圖1B是圖1A中所顯示的外圍設(shè)備的放大透視圖，其中添加了坐標(biāo)系以供參考。
[0047]圖2A是典型角撐的透視圖。
[0048]圖2B是典型圓形凸輪的透視圖。
[0049]圖3A、圖3B、圖3C及圖3D是在駁接圖1A的測試頭與圖1A的外圍設(shè)備中的一連串階段的側(cè)視圖及部分截面圖。
[0050]圖4說明例示性凸輪槽。
[0051]圖5A是根據(jù)本發(fā)明的添加有例示性駁接裝置的例示性測試頭及外圍設(shè)備的透視圖。
[0052]圖5B是圖5A中所顯示的外圍設(shè)備的放大透視圖，其中添加了坐標(biāo)系以供參考。
[0053]圖6A是例示性V形槽特征塊的透視圖。
[0054]圖6B是例示性順應(yīng)性特征單元的透視圖。[0055]圖6C是圖6B中所顯示的例示性順應(yīng)性特征單元的分解圖。
[0056]圖6D是圖6B中所顯示的例示性順應(yīng)性特征單元的外殼的截面圖。
[0057]圖7是例示性順應(yīng)性特征單元與例示性V形槽特征接觸的截面圖。
[0058]圖8A、圖8B、圖8C、圖8D、圖8E、圖8F、圖8G及圖8H是在駁接圖5A的測試頭與圖5A的外圍設(shè)備中的一連串階段的側(cè)視圖及部分截面圖。
[0059]圖9A是根據(jù)本發(fā)明的添加有第二例示性駁接裝置的第二例示性測試頭及外圍設(shè)備的透視圖。
[0060]圖9B是圖9A中所顯示的外圍設(shè)備的放大透視圖，其中添加了坐標(biāo)系以供參考。
[0061]圖1OA是倒圓錐特征塊的透視圖。
[0062]圖1OB是在遠(yuǎn)程包含四面體特征的順應(yīng)性特征單元的活塞軸件的透視圖。
[0063]圖1lA是根據(jù)本發(fā)明的添加有第三例示性駁接裝置的第三例示性測試頭及外圍設(shè)備的透視圖。
[0064]圖1lB是圖1lA中所顯示的外圍設(shè)備的放大透視圖。
[0065]圖1lC是圖1lA中所顯示的測試頭的放大透視圖。
[0066]圖12A是在遠(yuǎn)程包含倒圓錐特征的順應(yīng)性特征單元的活塞軸件的透視圖。
[0067]圖12B是四面體特征塊的透視圖。
[0068]圖12C是圖12A的活塞軸件接近接觸圖12B的四面體特征塊的截面圖。
[0069]圖13A、圖13B及圖13C是在駁接圖1lA的測試頭與圖1lA的外圍設(shè)備中的一連串階段的側(cè)視圖及部分截面圖。
[0070]圖14是第四例示性測試頭及外圍設(shè)備的透視圖，其中DUT配接器是安裝至測試頭的插座板。
[0071]圖15A、圖15B及圖15C是在駁接圖15的測試頭與圖14的外圍設(shè)備中的一連串階段的側(cè)視圖及部分截面圖。
[0072]圖16是說明駁接方法中的步驟的流程圖。
[0073]圖17是說明用于提供順應(yīng)性位置約束耦接特征的一般化方法的流程圖。
[0074]圖18A是說明現(xiàn)有技術(shù)的“凱文鉗夾”類型的確切約束或運動耦接的圖。
[0075]圖18B是說明現(xiàn)有技術(shù)的“滾珠及槽”或“三V”類型的確切約束或運動耦接的圖。
【具體實施方式】
[0076]本發(fā)明提供對可用于現(xiàn)今的及現(xiàn)有技術(shù)駁接件的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性的顯著改良。因此，將首先描述典型、例示性現(xiàn)有技術(shù)駁接系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。在此之后將為結(jié)合類似駁接系統(tǒng)利用的本發(fā)明的例示性實施例的描述。亦將論述本發(fā)明的額外例示性實施例及應(yīng)用，且將描述藉由此等實施例說明的駁接的新穎方法。應(yīng)理解，駁接裝置的眾多式樣及組態(tài)是已知的(其中許多先前已提及)，且一般熟習(xí)此項技術(shù)者可預(yù)期能夠易于將本發(fā)明的概念應(yīng)用于此等系統(tǒng)。隨著論述進(jìn)行，將提及數(shù)個替代方案，但此等方案并不意謂以任何方式限于本發(fā)明的范疇。藉由諸圖的輔助進(jìn)行描述，諸圖意欲為說明性的且未必按比例繪制，亦不意欲充當(dāng)工程圖。
[0077]首先，在圖1A及圖1B、圖2A及圖2B以及圖3A至圖3D中說明例示性現(xiàn)有技術(shù)駁接件的選定細(xì)節(jié)。此駁接件先前在本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)下提及且接下來將稍為詳細(xì)地加以描述。此駁接件及相關(guān)描述包含來自先前提及的美國專利第4，589，815號(以引用的方式并入)中描述的早期駁接裝置的態(tài)樣。
[0078]圖1A以透視圖顯示測試頭100，測試頭100通常固持于托架(未圖示)中，托架又由測試頭操控器(未圖示)支撐。亦顯示處置器裝置108的剖視區(qū)段，測試頭100可駁接至處置器裝置108。DUT配接器144附接至處置器裝置108 ;因此系統(tǒng)為外圍設(shè)備安裝式DUT配接器系統(tǒng)。在此特定實例中，處置器裝置108可為已封裝設(shè)備處置器且DUT配接器144可為DUT插座板。測試頭100藉由一般向上運動自下方駁接至處置器裝置108。其他定向是可能且已知的，包含(但不限于):藉由向下運動駁接至頂表面，藉由水平運動駁接至垂直平面表面，及駁接至與水平及垂直兩者皆成角度的平面。通常，當(dāng)處置器裝置為晶圓探針儀時使用至頂表面的駁接；而所有組態(tài)最常與式樣變化的封裝處置器一起使用。圖1B以稍微較大比例且更詳細(xì)地顯示設(shè)備處置器108。處置器裝置108包含平面外表面109。圖1B以虛線包含相互垂直的軸線X、Y及Z，軸線X、Y及Z形成右手笛卡爾坐標(biāo)系。X軸及Y軸位于與處置器裝置108的外表面109平行且亦與藉由DUT配接器144界定的平面平行的平面中。此等平面與先前界定的”外圍設(shè)備駁接平面”平行。Z軸表示與DUT配接器144的垂直距離。繞著與Z軸平行的軸線的旋轉(zhuǎn)稱作“ ΘΖ”運動。
[0079]參看圖1A，包含測試頭電子接口 126的信號接觸環(huán)142耦接至測試頭100。電子接126提供與測試頭100內(nèi)的測試電子設(shè)備的電連接。處置器裝置108已耦接至其對應(yīng)DUT配接器144，DUT配接器144包含電子接口 128。在封裝處置器中，DUT配接器144常包含一或多個測試插座。此等測試插座用于保持及形成與一或多個測試中設(shè)備的電連接，且因此DUT配接器144常稱作DUT插座板或更簡單地稱作“DUT板”或“插座板”。在晶圓探針儀中，DUT配接器144可為包含針狀探針的“探針卡”，針狀探針用于與包含于晶圓上的未封裝設(shè)備形成電連接。DUT接觸組件(探針或插座)定位于板的與電子接128對置的側(cè)上，電子接口 128視情況提供與測試插座或探針的電連接，且因此DUT接觸組件在圖1A及圖1B中不可見。電子接口 126及128通常具有幾百或幾千個微小易碎的電接點(未清楚地圖示)，當(dāng)測試頭最終駁接時，電接點必須以提供可靠的對應(yīng)個別電連接的方式分別及精確地接合于一起(亦即，結(jié)合)。在典型現(xiàn)今的情形中，測試頭電子接口 126內(nèi)的接點為微小彈簧負(fù)載的“彈簧”銷122，且DUT配接器電子接口 128上的對應(yīng)接點為導(dǎo)電著陸襯墊123。(歸因于比例，在圖1A及圖1B中不可個別地區(qū)別彈簧銷122及著陸襯墊123。)亦可按特殊信號(諸如，射頻信號及低位準(zhǔn)模擬信號)的需要包含各種其他類型的接觸設(shè)備。如此例示性狀況中所展示，處置器裝置108的下表面109含有處置器電子接口 128，且測試頭100藉由一般向上運動自下方被駁接。
[0080]處置器裝置108包含參考特征131，在此狀況下，參考特征131可為相對于處置器裝置108的下表面109安置于精確位置處的內(nèi)襯套管的孔。套管的內(nèi)徑通?？蔀榧s1/4英寸至3/8英寸。參考特征131用于恰當(dāng)?shù)貙?zhǔn)DUT配接器144與處置器裝置108，使得處置裝置的定位機(jī)構(gòu)可有效地將DUT置放成與測試插座或探針接觸。舉例而言，DUT配接器144可經(jīng)設(shè)計以具有對應(yīng)孔，使得臨時合釘銷可在DUT配接器144藉由適當(dāng)扣件系固至處置器裝置108時將DUT配接器144固持于適當(dāng)位置。一 DUT配接器144經(jīng)系固，便可移除臨時合釘(若需要)。此外，可利用參考特征131以對準(zhǔn)信號接觸環(huán)142與處置器裝置108及DUT配接器144。因此，對應(yīng)參考銷133安裝于信號環(huán)142上。為了促進(jìn)相對容易插入，參考銷133的全直徑通常比參考特征131的套管的內(nèi)徑小千分之幾英寸。又，參考銷133通常在其遠(yuǎn)程為楔形的。此等兩個屬性促進(jìn)參考銷133進(jìn)入對應(yīng)參考特征131的套管中及相對于對應(yīng)參考特征131的套管的滑動配合。較佳地，裝置經(jīng)設(shè)計以使得當(dāng)參考銷133與參考特征131完全結(jié)合時，電子接126的電接點與接口 128的其對應(yīng)各別電接點對準(zhǔn)且完全導(dǎo)電接觸。駁接的主要目標(biāo)為操縱測試頭100至提供此對準(zhǔn)的位置及在測試時維持彼位置。
[0081]盡管已描述參考特征的特定組態(tài)，但熟習(xí)此項技術(shù)者將認(rèn)識到，其他配置為可能的且在使用中。舉例而言，參考銷及插孔的位置可與置放于外圍設(shè)備側(cè)上的銷及并入于測試頭側(cè)上的插孔顛倒。參考特征的基本作用為藉由在兩半之間提供偏差在千分之幾英寸內(nèi)的初始對準(zhǔn)來輔助駁接裝置的初始設(shè)置。一旦已達(dá)成初始設(shè)置，參考特征用于重復(fù)駁接操作中的對準(zhǔn)的使用可為可選的，其限制條件為駁接裝置具有等效或優(yōu)越對準(zhǔn)部件。參考特征的位置亦可變化。為了說明，在某些情況下，外圍設(shè)備側(cè)參考特征可如上文關(guān)于圖1A及圖1B所描述與外圍設(shè)備成一體；然而，在其他情況下，參考特征可包含于DUT配接器上，DUT配接器先前已在其裝配期間與外圍設(shè)備對準(zhǔn)。參考特征在測試頭側(cè)上的位置可類似地變化。實際參考特征的細(xì)節(jié)對于待描述的本發(fā)明并非必需的。因此，在待描述的實施例中，參考標(biāo)號131及131'將用以指示通用外圍設(shè)備側(cè)參考特征，且參考標(biāo)號133及133’將用以指示通用測試頭側(cè)參考特征。應(yīng)進(jìn)一步認(rèn)識到，所展示的特征在本質(zhì)上為通用的，且可用其他類型的特征取代而無描述本發(fā)明的任何一般性損失。
[0082]仍參看圖1A及圖1B，顯示四點駁接裝置；其部分附接至處置器裝置108或附接至測試頭100。面板106附接至測試頭100。四個導(dǎo)引銷112附接至面板106的四個角部且定位于四個角部附近。面板106具有中心開口且附接至測試頭100，使得測試頭信號接觸環(huán)142及電子接口 126可近接。導(dǎo)引銷112界定具有與電子接口 126近似共同中心的近似矩形。面板106與電子接口 126較佳位于平行平面中。
[0083]角撐板114附接至處置器裝置108的外表面109。角撐板114經(jīng)安裝以便與處置器裝置108的外圍設(shè)備駁接平面平行。角撐板114具有中心開口且附接至處置器裝置108，使得DUT配接器144及電子接128可近接。四個角撐116附接至角撐板114，角撐板114的四個角部中的每一者附近定位一角撐116。圖2A中顯示典型角撐。每一角撐116具有與角撐板114平行的平面表面118。當(dāng)駁接時，每一平面表面118與面板106上的各別著陸區(qū)域116a接觸，從而在角撐板114與面板106之間建立駁接平面性及駁接距離兩者。另外，每一角撐116具有鉆孔于其中，較佳部分藉由精密套管113加襯的孔112a。下文中，組合將稱作導(dǎo)引銷插孔112a。每一導(dǎo)引銷插孔112a對應(yīng)于各別導(dǎo)引銷112。此等導(dǎo)引銷插孔及導(dǎo)引銷經(jīng)配置以使得當(dāng)測試頭100完全駁接時，每一導(dǎo)引銷112將完全插入至其各別導(dǎo)引銷插孔112a中。每一導(dǎo)引銷112在其對應(yīng)導(dǎo)引銷插孔112a中的配合提供偏差在千分之幾英寸內(nèi)的配合。因此，導(dǎo)引銷112及導(dǎo)引銷插孔112a在測試頭100與處置器裝置108之間提供偏差在千分之幾英寸內(nèi)的對準(zhǔn)。
[0084]四個駁接凸輪110可旋轉(zhuǎn)地附接至測試頭面板106。凸輪110為圓形的且類似于’815專利中描述的凸輪。圖2B中顯示典型凸輪。詳言之，每一凸輪在其圓周上具有側(cè)螺旋形槽129，其中頂面121上具有上部切口 125。每一駁接凸輪110定位成接近各別導(dǎo)引銷112，使得其一般以位于大致自測試頭電子接口 126的中心延伸穿過各別導(dǎo)引銷112的線為中心，且使得導(dǎo)引銷112位于凸輪110與測試頭電子接126之間。角撐116具有圓弧形切口 117使得當(dāng)導(dǎo)引銷112完全插入至角撐116中的導(dǎo)引銷插孔112a中時，每一凸輪110的圓周鄰接其各別角撐116中的圓弧形切口 117且與圓弧形切117同心。凸輪110與導(dǎo)引銷112的高度大致相同，從而界定與面板106平行的平面。當(dāng)將測試頭操縱至適當(dāng)位置時，藉由角撐116與凸輪110及導(dǎo)引銷112的相互作用提供的干擾提供對易損電接點的保護(hù)。凸輪從動件IlOa自每一角撐116的圓弧形切口 117延伸。每一凸輪從動件IlOa配合至其各別凸輪110的頂面上的上部切125中。當(dāng)首先操縱測試頭100至適當(dāng)位置以與處置器裝置108駁接時，此配置在駁接組件之間提供偏差在約1/8英寸至1/4英寸內(nèi)的保護(hù)性初始粗略對準(zhǔn)。此初始粗略對準(zhǔn)允許導(dǎo)引銷112的楔形末端111進(jìn)入其各別插孔112a中。角撐116、凸輪110及導(dǎo)引銷112經(jīng)配置以使得DUT配接器電子接口 128保持與測試頭電子接口 126分離直至導(dǎo)引銷112的全直徑實際上收納于其各別導(dǎo)引銷插孔112a中之后為止。因此，向電接點提供預(yù)對準(zhǔn)保護(hù)。因此，提供對準(zhǔn)特征的兩個集合，即:(I)角撐116相對于凸輪110的配合，及⑵導(dǎo)引銷112與插孔112a組合。此等特征足以將測試頭100導(dǎo)引至測試頭電子接口 126可準(zhǔn)確地與DUT配接器電子接口 128連接的位置。
[0085]具有附接的駁接把手135的圓形纜線驅(qū)動器132亦可旋轉(zhuǎn)地附接至面板106。駁接纜線115附接至凸輪110中的每一者，且附接至纜線驅(qū)動器132。惰輪137適當(dāng)?shù)貙?dǎo)引至及自纜線驅(qū)動器132的纜線路徑?？山逵蓪⒘κ┘又涟咽?35而使纜線驅(qū)動器132旋轉(zhuǎn)。當(dāng)纜線驅(qū)動器132旋轉(zhuǎn)時，其將力轉(zhuǎn)移至纜線115，纜線115又使凸輪110同步地旋轉(zhuǎn)。操作凸輪的其他部件亦為已知的。此等部件包含(例如)如在美國專利第7，109, 733號及第7，466，122號中描述的動力致動器及/或如在WIPO公開案第W02010/009013A2中描述的固體連接件，所有此等專利及公開案均讓與英泰斯特股份有限公司(inTEST Corporation)。
[0086]如先前所提及，凸輪從動件IlOa自每一角撐116的圓弧形切117延伸。每一凸輪從動件IlOa配合至其各別凸輪110的頂面上的上部切口 125中。當(dāng)凸輪110旋轉(zhuǎn)時，凸輪從動件110遵循其各別螺旋形槽129，因此將測試頭100推動至其駁接位置。使用線性凸輪的駁接裝置亦為已知的。實例包含由瑞德阿什曼公司(Reid Ashman, Inc.)制造的駁接件?？评窍到y(tǒng)有限公司(Credence Systems Corporation)的美國專利第N0.6，407，541號以及英泰斯特股份有限公司(inTEST Corporation)的美國專利第7，235，964號及第7，276，895號中亦描述線性凸輪。
[0087]將參看圖3A至圖3D描述整個駁接順序。此等圖顯示安裝于面板106的截面上的凸輪110及導(dǎo)引銷112的側(cè)視圖。注意，此等圖未必按比例繪制。亦顯示附接至角撐板114的角撐116的截面。角撐116的截面藉由圖2A中的w-w指示。亦以相同的相對比例但示意性地顯示DUT配接器144、信號接觸環(huán)142、信號接觸彈簧銷122、DUT配接器著陸襯墊123，以及參考特征131及133。圖3A以截面圖顯示駁接測試頭100與處置器裝置108的程序中的一階段。此處，導(dǎo)引銷112部分插入至角撐116中的導(dǎo)引銷插孔112a中。凸輪從動件IlOa亦部分插入至凸輪切口 125中。應(yīng)注意，在此例示性狀況下，導(dǎo)引銷112在其遠(yuǎn)程附近為楔形且在較靠近其與面板106的附接點處具有恒定直徑。
[0088]在圖3B中，導(dǎo)引銷112已插入至導(dǎo)引銷插孔112a中到達(dá)恒定直徑的區(qū)接近進(jìn)入導(dǎo)引銷插孔112a，較佳離進(jìn)入導(dǎo)引銷孔112a在百分之幾英寸內(nèi)的點。亦在圖3B中，凸輪從動件IlOa已完全插入至其各別凸輪110的頂面上的上部切125中到達(dá)凸輪從動件IlOa在螺旋形凸輪槽129的最上末端處且觸碰最上末端的深度。當(dāng)以緊密公差制造及組裝所有組件時，此狀況在兩個接126與128的平面之間建立近似平行性或平面性。在此組態(tài)中，駁接件準(zhǔn)備藉由將力施加至把手135 (圖3A至圖3D中未顯示)及旋轉(zhuǎn)凸輪110而致動。因此，圖3B中所顯示的組態(tài)可稱作“準(zhǔn)備致動”位置。應(yīng)注意，在此位置，已大致達(dá)成五個自由度上的對準(zhǔn)。詳言之，若DUT配接器電子接126的平面為三維接口的X-Y平面，則接近于全直徑插入至插孔112a中的導(dǎo)引銷112已建立近似X、Y及ΘΖ對準(zhǔn)。此外，凸輪從動件IlOa完全至所有切125中的完全插入已在處置器裝置電子接126與測試頭電子接128之間以在一度的小分率內(nèi)的偏差建立平面化。在駁接的此階段，參考特征131與133尚未嚙合，且電子接126與128仍分離。
[0089]在圖3C中，凸輪110已部分旋轉(zhuǎn)，從而使面板106移動到較接近角撐116及角撐板114。在此運動的過程中，導(dǎo)引銷112的全直徑已進(jìn)入其各別導(dǎo)引銷插孔112a，從而改良偏差在千分之幾英寸內(nèi)的X、Y及Θ Z對準(zhǔn)。在此動作之后為參考銷133接近參考特征131且接著與參考特征131初始嚙合。在所顯示的位置，參考銷133與特征131處于初始嚙合。因為藉由導(dǎo)引銷112及導(dǎo)引銷插孔112a提供的對準(zhǔn)的誤差及可重復(fù)性為正負(fù)千分之幾英寸，所以較佳地，參考特征包含“引入”區(qū)(諸如，遠(yuǎn)程處的尖梢)以促進(jìn)其初始嚙合。
[0090]圖3D顯示完全旋轉(zhuǎn)凸輪110的結(jié)果。測試頭100現(xiàn)與處置器裝置108 “完全駁接”。在此位置，測試頭電子接口 126的個別電接點122 (例如，彈簧銷)與DUT配接器接口128的對應(yīng)及各別電接點123(例如，著陸襯墊)完全結(jié)合。因此，理想地在各別接點122、123之間建立導(dǎo)電性?？煽闯?同步的完全旋轉(zhuǎn)凸輪110已使凸輪從動件IlOa遵循螺旋形槽129到達(dá)較接近面板106的點。另外，導(dǎo)引銷112完全插入至其各別導(dǎo)引銷插孔112a中；且參考特征131及130彼此完全嚙合。亦在駁接位置，角撐116的平面表面118抵靠著面板106的著陸區(qū)域116a且因此判定駁接實體之間的最終駁接距離及駁接平面化。合理地精確的機(jī)械加工及組裝使得駁接的角撐板與面板之間的間距及平面性能夠控制在正負(fù)千分之幾英寸的偏差內(nèi)。因為配合電接點通常經(jīng)設(shè)計以在Z方向上具有一定范圍的順應(yīng)性，所以此相對小變化通常并非問題。此外，鄰近角撐之間的間距通?？稍?5英寸至20英寸的范圍中；且此推斷約為正負(fù)二分之一度的平面化準(zhǔn)確性及/或可重復(fù)性。一接口平面相對于另一接口平面的此小的可能傾斜度不會導(dǎo)致其各別電接點的相對X、Y、Θ Z置放的任何顯著程度的誤差。
[0091]因此，將接點相對于彼此定位的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性主要隨X-Y平面中的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性而變。觀察到，參考特征131與133的配合結(jié)合導(dǎo)引銷112與導(dǎo)引銷插孔112a之間的配合的緊密度判定處置器電子接口 128與測試頭電子接口 126之間的最終對準(zhǔn)。此等特征的各別配合應(yīng)使得其可在無不適當(dāng)力或緊束的情況下嚙合及脫嚙。又，較佳在特征的集合按順序變得嚙合及脫嚙時避免特征的集合之間的干擾。舉例而言，較佳地，導(dǎo)引銷112與導(dǎo)引銷插孔112a之間的配合應(yīng)足夠松散，使得參考特征131與133的嚙合不會使導(dǎo)引銷112緊束于導(dǎo)引銷插孔112a內(nèi)。因此，導(dǎo)引銷112必須相對于參考特征133及角撐116兩者精確地置放于面板106。為了促進(jìn)此置放，導(dǎo)引銷112可以允許調(diào)整其位置的方式附接。，815專利中描述廣泛實踐的進(jìn)行此調(diào)整的方式。為了輔助此校準(zhǔn)程序，可使用具有嚙合參考特征133的特征以及經(jīng)定大小以收納導(dǎo)引銷112且根據(jù)角撐116布局間隔開的貫穿鉆孔的校準(zhǔn)夾具。此等技術(shù)在此項技術(shù)中是熟知的?？偠灾?，通?？蛇_(dá)成偏差在千分之幾英寸的范圍中的相對于X-Y平面的駁接準(zhǔn)確性及可重復(fù)性。亦即，千分之幾英寸的“傾斜量”存在于系統(tǒng)中。應(yīng)注意，一旦將導(dǎo)引銷112校準(zhǔn)至恰當(dāng)位置，參考特征131及133的使用在駁接中便可能并非必要的。此部分取決于參考特征131與133的間的配合的性質(zhì)，且此情形已導(dǎo)致某些應(yīng)用中的一些使用者在駁接中不利用此等特征。因此，出于此說明書的目的，參考特征可視為可選的。
[0092]總之，角撐116與凸輪110之間的偏差不到一英寸的初始粗略對準(zhǔn)足以使得導(dǎo)引銷112的楔形末端能夠嚙合各別插孔112a且允許凸輪從動件IlOa進(jìn)入凸輪切口 125。凸輪110的旋轉(zhuǎn)使導(dǎo)引銷112的全直徑與插孔112a相互作用，從而控制相對于X-Y平面的三個自由度，而與凸輪從動件IlOs相互作用的凸輪槽127控制剩余三個自由度，S卩，高度及平面性(縱搖及橫搖)。在最終駁接位置，此等高度及平面化自由度的對準(zhǔn)已轉(zhuǎn)移至角撐116且由角撐116控制。對于目前及感知的未來應(yīng)用而言，相對于高度及平面性的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性是可接受的。然而，如先前所論述，對于目前技術(shù)水平及未來應(yīng)用而言，偏差為千分之幾英寸的X、Y及Θ Z的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性被許多人視為有問題。
[0093]在進(jìn)行至描述本發(fā)明的實施例之前，回顧關(guān)于凸輪從動件的移動的一些信息是有用的。圖4說明在凸輪110運動的各點處的凸輪從動件IlOa的垂直位置。圖4適用于圓形(或圓柱形)凸輪以及如在先前描述的某些替代駁接裝置中所使用的線性凸輪。圖4中示意性地顯示凸輪槽129及切口 125的形狀，圖4未按比例繪制，此是因為其目的為說明性的。在點O處指示凸輪從動件IlOa可進(jìn)入或退出凸輪槽的切口區(qū)域。凸輪從動件IlOa(說明為凸輪槽129中的各點處的虛線圓)在位置400處進(jìn)入切口 125，且隨后到達(dá)對應(yīng)于“準(zhǔn)備致動”位置的位置410。切口區(qū)域125連接至槽129的點O與A之間的大體水平區(qū)。此水平區(qū)長度大體為一至兩倍凸輪從動件IlOa直徑(但有時可較小)且表示總凸輪運動的僅一小部分(幾度)。一旦凸輪從動件IlOa已插入至切口 125的底部，凸輪110便可旋轉(zhuǎn)以將凸輪從動件IlOa “捕獲”于此水平區(qū)中。因此，凸輪從動件IlOa在位置420處經(jīng)“捕獲”。在點A處，當(dāng)凸輪110進(jìn)一步移動時，水平槽轉(zhuǎn)變?yōu)閮A斜槽。當(dāng)凸輪110移動時，凸輪從動件IlOa相應(yīng)地在垂直方向上升高或降低。在斜坡的下部末端的點B處，槽轉(zhuǎn)變?yōu)殚L度通常為至少一或兩倍凸輪從動件直徑的大體水平區(qū)。在此較后區(qū)中，凸輪從動件IlOa處于其行進(jìn)范圍，且裝置經(jīng)完全駁接。當(dāng)凸輪從動件IlOa處于為槽的最遠(yuǎn)范圍的點C處(藉由位置440處的凸輪從動件IlOa說明)，裝置視為經(jīng)閂鎖(或替代地，完全駁接及鎖定)。自A至B的區(qū)可稱作“中途”區(qū)(藉由位置430處的凸輪從動件IlOa說明)，且自B至C的區(qū)可稱作駁接區(qū)。
[0094]參看圖5A至圖8H，現(xiàn)將描述本發(fā)明的第一例示性實施例。本發(fā)明的目標(biāo)為提供用于將相對于駁接平面的駁接可重復(fù)性及準(zhǔn)確性改良大約一個數(shù)量級或更好的方法及裝置。簡而言之，并入經(jīng)由正性接觸來約束位置及運動的確切約束/運動特征以在駁接平面中建立精確準(zhǔn)確性及可重復(fù)性，同時保留現(xiàn)有現(xiàn)有技術(shù)特征(諸如，角撐及凸輪機(jī)構(gòu))以用于建立駁接距離及駁接平面性。盡管待描述的第一實施例并有滾珠及槽特征，但本發(fā)明不限于滾珠及槽特征；來自精密機(jī)械領(lǐng)域的其他特征類型(包含其他確切約束/運動特征)亦可如稍后將建議而調(diào)適。經(jīng)提供以達(dá)成此等目標(biāo)的特征將稱作“位置約束”特征。
[0095]圖5A說明根據(jù)本發(fā)明的并有位置約束特征的第一例示性裝置。第一例示性裝置類似于先前描述的圖1A的現(xiàn)有技術(shù)裝置，且外圍設(shè)備安裝式的DUT配接器系統(tǒng)。然而，已藉由添加位置約束特征而改良系統(tǒng)，位置約束特征包含附接至角撐板114的三個V形槽塊211及附接至測試頭面板106的三個對應(yīng)的順應(yīng)性特征單元220 (兩個可見且一個大部分模糊而看不見)。圖6A中更清晰地顯示V形槽塊211，且V形槽塊211包含具有兩個對置的向外傾斜側(cè)面213a、213b的切口區(qū)212，從而形成截頭V形槽。在所說明的例示性實施例中，側(cè)面213a、213b相對于基座部分214以45度角傾斜；然而，若需要，可利用其他角度。傾斜側(cè)面213a、213b經(jīng)間隔以收納軸件224的球形遠(yuǎn)程226，球形遠(yuǎn)程226包含于圖6B中所顯示的順應(yīng)性特征單元220 (稍后將描述)中，因此形成兩個接觸點。
[0096]如在包含各種先前提及的公開案及專利文件的確切約束/運動耦接的文獻(xiàn)中所描述，傾斜側(cè)面213a、213b可由其他形狀結(jié)構(gòu)(諸如，哥德式弓形結(jié)構(gòu))替換以提供與嚙合球狀表面的兩個接觸點。定向軸線215可與每一槽塊211相關(guān)聯(lián)。定向軸線215與基座區(qū)214的上表面平行并一致，且亦與傾斜側(cè)面213a、213b平行并在傾斜側(cè)面213a、213b之間的中途處。較佳地，槽塊211配置于角撐板114上，使得其三個各別定向軸線215在外圍設(shè)備側(cè)電子接口 128的中心處或附近相交。三槽塊211亦需要位于合理地可能接近等邊三角形的三角形的角處?；糠?14包含埋頭螺釘孔216 ;穿過孔216且螺擰至角撐板114中的螺釘可用于緊固塊211。若孔216制得相對于螺釘稍過大，則可按需要調(diào)整塊211的位置。
[0097]圖6B及圖6C中分別以組裝及分解的透視圖顯示例示性順應(yīng)性特征單元220。外殼222較佳由鋁或其他金屬材料制成，但可利用其他材料。外殼222顯示為本質(zhì)上圓柱形；然而，可利用其他形狀。外殼222包含第一末端區(qū)223及第二末端區(qū)229。外殼222的第一末端區(qū)223包含經(jīng)組態(tài)以收納用于附接至面板106的螺釘(圖5A中未顯示)的螺紋孔221。圖6D提供外殼222的截面圖，其界定三個同心圓柱形孔251、253及255，孔251、253及255是端對端配置，從而提供穿過通道。稍后將更詳細(xì)地論述的圖7包含組裝的順應(yīng)性特征單元220的截面圖?？?55收納且夾持套管233且經(jīng)相應(yīng)地定大小以用于壓入配合。孔253收納且夾持線性軸承230且亦經(jīng)相應(yīng)地定大小以用于壓入配合。例示性線性軸承230為湯姆生精密鋼珠套管軸承；上述’ 944專利亦描述可能替代方案。軸件224的直徑經(jīng)定大小以在線性軸承230內(nèi)提供滑動配合。穿透末端區(qū)223的孔251稍大于軸件224的直徑，從而允許軸件224自由地穿過孔251而移動。因此，軸件224插入穿過線性軸承，使得其半球形末端(遠(yuǎn)程)226穿透末端區(qū)223。活塞235附接至軸件224的對置或內(nèi)部末端225，內(nèi)部末端225經(jīng)適當(dāng)?shù)貦C(jī)械加工以收納活塞235?；钊?35包含圓周O形環(huán)236，且組合經(jīng)定大小以滑動地配合于套管233內(nèi)，其中O形環(huán)236在活塞235與套管233之間提供相對氣密密封。端帽241借助于由螺孔245收納的螺釘243緊固至外殼222的第二末端區(qū)229。為了在端帽241與第二末端區(qū)229之間提供氣密密封，配合于第二末端區(qū)229的槽238內(nèi)的O形環(huán)239提供于兩者之間。因此，圓柱形空腔形成于活塞235與端帽241的間的套管233內(nèi)。此空腔可藉由經(jīng)由入口設(shè)備228供應(yīng)的流體填充，因此提供可加壓流體氣缸/活塞組合以控制軸件224施加的力及軸件224的運動。在例示性實施例中，流體為處于受控壓力下的空氣。然而，根據(jù)需要及情況，可使用其他流體，包含(例如)其他氣體或水力液體。
[0098]順應(yīng)性特征單元220附接至面板106，使得其外殼222位于面板106的背對外圍設(shè)備108的側(cè)上，且使得軸件124的遠(yuǎn)程部分延伸穿過面板孔271且指向外圍設(shè)備108的方向。順應(yīng)性特征單元220藉由適當(dāng)螺釘(未說明)附接至面板106，螺釘延伸穿過面板106中的適當(dāng)孔且由外殼222的第一末端區(qū)223的外圍中的螺紋孔221收納。另外，順應(yīng)性特征單元220安置于面板106上，使得當(dāng)測試頭100在所要位置駁接至外圍裝置108時，軸件124的球形末端126以運動滾珠及槽耦接的方式接觸槽塊211的傾斜側(cè)面213a、213b。
[0099]圖7提供附接至面板106的順應(yīng)性特征單元220接觸槽塊211的截面圖，槽塊211附接至角撐板114?？煽闯?，傾斜側(cè)面213a在單一點214a處接觸球形末端226且傾斜側(cè)面213b在點214b處接觸球形末端226。施加至活塞235的流體壓力提供預(yù)負(fù)載力以使球形特征226與其各別槽側(cè)面213a、213b緊固地嚙合。此在圖7中加以說明，其中流體壓力已驅(qū)動活塞133至軸承230內(nèi)的中途位置，從而驅(qū)動球形軸件末端226與槽塊211接觸。此配置提供測試頭100與外圍裝置108的極其精確、高度可重復(fù)的位置約束駁接平面對準(zhǔn)。用于安裝槽塊211及順應(yīng)性特征單元220中的任一者或兩者的螺釘體孔可適當(dāng)?shù)剡^大，使得可微調(diào)任一者或兩者的位置，以相對于駁接平面中的三個自由度調(diào)整或校準(zhǔn)測試頭100的駁接位置至所要位置。歸因于軸件224在Z方向上的可移動性或順應(yīng)性，相對于剩余三個自由度的校準(zhǔn)調(diào)整有利地為并非必要的且無需藉由任何額外機(jī)構(gòu)說明。實情為，可如在現(xiàn)有技術(shù)中使用角撐116、凸輪110及凸輪從動件IlOa以控制此等剩余自由度。一旦經(jīng)校準(zhǔn)，測試頭100便可在顯著小于千分之一英寸的重復(fù)性下重復(fù)地駁接至所要外圍設(shè)備。
[0100]然而，為了有效地工作，軸件224的軸線必須在球形末端226與槽側(cè)面213a、213b進(jìn)行實際實體接觸之前大致預(yù)對準(zhǔn)以便大致正交地與其各別槽塊211的定向軸線215相交。較佳地，此預(yù)對準(zhǔn)偏差應(yīng)在千分之幾英寸內(nèi)以藉由允許組件擦過彼此來確保平滑操作且防止對組件的不適當(dāng)磨損。藉由應(yīng)用現(xiàn)有先前駁接技術(shù)，此目標(biāo)可易于達(dá)成。
[0101]將參看圖8A至圖8H描述整個駁接順序。如圖3A至圖3D的狀況，此等圖顯示安裝于面板106的截面上的凸輪110及導(dǎo)引銷112的側(cè)視圖。亦顯示附接至角撐板114的截面的角撐116的截面。角撐116的截面藉由圖2A中的W-W指示。亦以相同的相對比例但示意性地顯示接口板144、信號接觸環(huán)142、信號接觸銷122 (其在此例示性實施例中為彈簧銷)、著陸襯墊123，及可選參考特征131及133。在此系列圖中亦顯示安裝至面板106的順應(yīng)性特征單元220及安裝于角撐板114上的各別槽塊211的截面圖。再次注意，此等圖未必按比例繪制。
[0102]圖8A顯示處于“準(zhǔn)備駁接”位置的裝置，其中測試頭100已與處置器裝置108近似對準(zhǔn)。在此初始位置，對準(zhǔn)特征中無一者為嚙合的。應(yīng)理解，流體壓力已施加至順應(yīng)性特征單元220的入口 228，從而將活塞235驅(qū)動至套管233及孔255的末端處最接近面板106的位置，因而使軸件224處于延伸位置。
[0103]圖SB顯示駁接的下一階段。此處，凸輪110的頂部剛好與角撐116的底部重迭，從而在X-Y平面中提供偏差在大約1/8至1/4英寸或更少內(nèi)的粗略對準(zhǔn)。另外，導(dǎo)引銷112的尖端剛剛進(jìn)入其各別導(dǎo)引銷插孔112a。其他對準(zhǔn)或精密特征中無一者開始起作用。
[0104]圖SC顯示以駁接測試頭100與處置器裝置108的程序中的下一階段。此階段對應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)的實施例的先前論述中的圖3A的階段。此處，導(dǎo)引銷112部分插入至角撐116中的導(dǎo)引銷插孔112a中。凸輪從動件IlOa亦部分插入至凸輪切口 125中。應(yīng)注意，在此例示性狀況下，如圖3A中，導(dǎo)引銷112在其遠(yuǎn)程附近為楔形且在較靠近其與面板106的附接點處具有恒定直徑。
[0105]圖8D顯示駁接測試頭100與處置器裝置108的程序中的下一階段，其為“準(zhǔn)備致動階段”。此階段對應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)的實施例的先前論述中的圖3B的階段，且此處將不重復(fù)彼描述的細(xì)節(jié)。注意，在駁接的此階段，軸件224的遠(yuǎn)程226不與槽塊211接觸，參考特征131與133尚未嚙合，且電接點122及123仍分離。
[0106]在顯示駁接的下一階段的圖SE中，凸輪110已部分旋轉(zhuǎn)，從而使面板106移動得較接近角撐116及角撐板114。此位置對應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)的實施例的先前論述中的圖3C的位置。在關(guān)于圖3C的論述的概述中，凸輪110已部分旋轉(zhuǎn)從而拉動測試頭100使其較接近外圍設(shè)備108，凸輪從動件IlOA處于凸輪狹槽129中的中途位置，且參考特征131與133處于初始嚙合。另外，導(dǎo)引銷112的全直徑剛剛進(jìn)入導(dǎo)引銷插孔112a。測試頭現(xiàn)以千分之幾英寸內(nèi)的偏差相對于X-Y平面定位。另外，順應(yīng)性軸件224的遠(yuǎn)程已進(jìn)入槽塊211的傾斜側(cè)面213a、213b之間的空間；然而，軸件224的球形遠(yuǎn)程226尚未與傾斜側(cè)面213a、213b接觸。注意，軸件224與槽塊211之間的預(yù)對準(zhǔn)的上述較佳條件已達(dá)成。
[0107]圖8F中顯示進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)凸輪110的結(jié)果，其為駁接的下一階段。此處，測試頭100已被牽拉得又更接近外圍設(shè)備108，參考特征131及133已變得進(jìn)一步嚙合，且軸件224的球形遠(yuǎn)程226剛剛接觸槽塊211的傾斜側(cè)面213a、213b中的一者或兩者。遍及此程序的所有步驟，在套管233內(nèi)維持空氣壓力，且因此推動軸件224與槽塊211進(jìn)行正性接觸。重要地，電接點122與123仍分尚。
[0108]在圖SG (駁接的下一階段)中，測試頭100藉由凸輪110的旋轉(zhuǎn)已被牽拉得又更接近外圍設(shè)備108。電子接口 126的電信號接觸銷(彈簧銷)122與電子接口 128的各別著陸襯墊123進(jìn)行初始接觸。在此運動期間，流體壓力維持于活塞235上，且軸件224的所得力使球形遠(yuǎn)程226與槽塊211的傾斜側(cè)面213a、213b開始正性接觸且進(jìn)入最終對準(zhǔn)位置。因此，所有電接點在與彼此進(jìn)行實體接觸之前已相對于駁接平面最終對準(zhǔn)。在此位置，軸件224及活塞235已順應(yīng)性地移動遠(yuǎn)離面板106，從而抵抗所施加流體壓力而工作。又，角撐116的平面表面118尚未接觸面板106的各別著陸區(qū)域116a，且各別接126與128之間的平面性由凸輪從動件IlOa在其各別凸輪槽129中的位置及凸輪110的旋轉(zhuǎn)的同步化提供。
[0109]圖8H中顯示的最終駁接位置藉由進(jìn)一步凸輪旋轉(zhuǎn)達(dá)成。凸輪從動件IlOa已到達(dá)其各別槽129的末端，且凸輪110不可進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。在此位置，角撐116的平面表面118壓在面板106的各別著陸區(qū)域116a上，藉此在測試頭100與外圍設(shè)備108之間建立最終駁接平面性及駁接距離。信號接觸銷122亦經(jīng)壓縮；其內(nèi)建彈性推動其與其各別配合接觸區(qū)域123進(jìn)行牢固接觸。另外，在此最終運動期間，流體壓力牢固地固持球形軸件末端226以與槽塊211的傾斜側(cè)面213a、213b接觸，從而相對于X_Y平面以小于千分之一英寸的偏差維持重要精密對準(zhǔn)。在此運動期間，活塞235及軸件224順應(yīng)性地抵抗流體壓力而移動以更進(jìn)一步遠(yuǎn)離面板106。
[0110]在上述論述及諸圖中，已假設(shè)參考特征131、133將在位置約束駁接特征226、213a、213b嚙合的前嚙合。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知曉，可易于解釋其他實施例，其中特征131、133經(jīng)設(shè)計以使得其較佳與位置約束特征的嚙合同時或在位置約束特征嚙合的后嚙合。在此狀況下，位置約束特征226、213a、213b的先前對準(zhǔn)將導(dǎo)引參考特征131、133嚙合。本發(fā)明的重要態(tài)樣為在達(dá)成最終駁接位置的前嚙合位置約束特征226、213a、213b以相對于X-Y平面(亦即，駁接平面)重復(fù)地建立位置。第二重要態(tài)樣為利用特征的一集合(在本實施例中為角撐116的平面表面118及角撐著陸區(qū)域116a)以控管駁接距離及駁接平面性且利用特征的第二集合(位置約束特征226、213a、213b)以控管駁接X、Y及ΘΖ位置。盡管本實施例使用角撐以建立駁接距離及平面性，但清楚地，在無顯著改變的情況下，技術(shù)可應(yīng)用于依賴于凸輪與凸輪從動件的相互作用或其他手段來判定此等條件的系統(tǒng)。
[0111]上述實施例利用運動或位置約束耦接，其使三個球形表面在總共六個點處接觸三個有槽特征。如上文所提及，位置約束特征的其他組合亦為已知的，一些組合(但當(dāng)然并非詳盡清單)在美國專利第6，729，589號及第5，821，764號、第5，678，944號及第6，833，696號以及上文列出的文件中的許多者中加以描述。此等替代方案的各種組合可易于取代而不改變整個方案。又，應(yīng)注意，此等精密耦接方案一般意欲控制三維空間中的六個自由度，而本發(fā)明僅需要控制二維駁接平面中的三個自由度，但在第三維中具有預(yù)負(fù)載力。因此，在實踐本發(fā)明時，可應(yīng)用廣泛多種替代位置約束對準(zhǔn)技術(shù)。
[0112]將參看圖9A至圖1OB描述并有某些替代位置約束對準(zhǔn)特征的本發(fā)明的第二實施例。圖9A顯示并有適合用于實踐本發(fā)明的精密對準(zhǔn)特征的第二例示性實施例的外圍設(shè)備安裝式DUT配接器系統(tǒng)。此處，測試頭100顯示為固持于(先前未顯示)托架裝置101中。如圖1A及圖5A中，測試頭100顯示為在其可藉由一般向上運動駁接至的外圍設(shè)備108下方。圖9B顯示外圍設(shè)備108及附接至其的裝置的稍微放大圖。圖9A及圖9B顯示駁接裝置，其具有附接至外圍設(shè)備108的外表面109的角撐板114、附接至測試頭100的面板106、參考特征131及133、三個圓形凸輪110、三個角撐116、三個凸輪從動件110a、三個導(dǎo)引銷112及三個導(dǎo)引銷插孔112a。此裝置稱作“三點駁接件”，而先前在圖1A及圖5A中描述及顯示的裝置稱作“四點駁接件”。圖9A的組態(tài)不使用如在圖1A及圖5A中使用的纜線驅(qū)動器；更確切而言，一或多個駁接把手135 (任意地顯示兩個)直接配合至各別圓形凸輪以促進(jìn)致動。顯示三點駁接件以說明先前四點駁接件的眾多已知替代方案中的一者，且進(jìn)一步強調(diào)本文中描述的發(fā)明性概念與駁接件的式樣無關(guān)且因此同樣適用于此等替代方案中的任一者。參考特征131及133、凸輪110、凸輪從動件110a、角撐116、導(dǎo)引銷112及導(dǎo)引銷插孔112a的目的、功能性、操作及相互作用本質(zhì)上與先前關(guān)于圖1A及圖5A所描述相同，且因此將不再重復(fù)。
[0113]然而，與先前論述形成對比，圖9A及圖9B的裝置包含兩個順應(yīng)性特征單元220’及220’〃，而非三個。(順應(yīng)性特征單元220〃的外殼經(jīng)隱藏而看不見。)此等順應(yīng)性特征單元220’及220〃本質(zhì)上與先前描述的順應(yīng)性特征單元220相同，且其分別包含各自具有各別半球形遠(yuǎn)程226’及226〃的軸件224’及224"，軸件224’及224〃以及半球形遠(yuǎn)程226’及226"均類似于先前描述的軸件224及半球形末端226。軸件224"的半球形末端226"由V形塊211〃收納，V形塊211〃附接至角撐板114的表面107。V形塊211〃本質(zhì)上與結(jié)合圖5A及圖6A描述的V形塊211相同，且半球形末端226〃與V形塊211〃之間的相互作用本質(zhì)上與先前關(guān)于圖7所描述相同。亦即，半球形末端226〃在V形塊211〃的每一側(cè)面213a、213b處以一點接觸每一側(cè)面。另一軸件224’的半球形末端226'由圓錐塊311中的倒圓錐形凹入部315收納，圓錐塊311亦附接至角撐板114的表面107。
[0114]圓錐塊311以較大比例顯示于圖1OA中的透視圖中。類似于V形塊211，圓錐塊311在基座部分314中包含埋頭安裝螺釘孔316。正如同V形塊211中的安裝孔216，安裝孔316相對于安裝螺釘可過大以便允許調(diào)整塊311在角撐板114上的位置。為了提供倒圓錐形凹入部315，具有斜側(cè)面313的孔312包含于塊311的中心部分中。此可(例如)藉由在塊311中鉆孔且接著使用埋頭孔工具形成斜側(cè)面而形成。在所說明的例示性實施例中，側(cè)面313相對于基座部分314以45度角傾斜；然而，若需要及/或適當(dāng)，可使用其他角度。外表面318處的直徑317經(jīng)定大小，使得軸件224’的半球形末端226’將穿透塊表面318。因此，當(dāng)半球形末端226'由圓錐塊311收納時，半球形末端226’可沿著諸如虛線319的圓形線(未必按比例)接觸圓錐形凹入部313。
[0115]半球形末端226’與圓錐塊311之間的接觸建立軸件224’的軸線相對于駁接平面、角撐板114及外圍設(shè)備108的X-Y位置。另外，半球形末端226〃與V形塊211〃的相互作用在駁接平面中連接軸件224’和224"的軸線的線與駁接平面的X或Y軸之間建立角度。換言之，其相對于駁接平面約束測試頭的ΘΖ或旋轉(zhuǎn)自由度。因此，特征之間的相互作用相對于駁接平面約束測試頭的所有三個自由度(X、Y及ΘΖ)。應(yīng)注意，為了約束平面中的旋轉(zhuǎn)，V形塊211〃的定向軸線215應(yīng)經(jīng)定向，使得在側(cè)面213a、213b與半球形末端226〃之間的接觸點處的預(yù)負(fù)載反作用力的平行于駁接平面的分量關(guān)于由另一半球形末端226’與圓錐塊311接觸時的配合判定的旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生非零相反力矩。若定向軸線215經(jīng)配置以使得其與旋轉(zhuǎn)中心相交，則此等力矩將較佳地經(jīng)優(yōu)化。此配置(杯中滾珠加槽中滾珠)是關(guān)于確切約束或運動耦接的先前描述的凱文鉗夾(據(jù)傳聞由凱文爵士首創(chuàng))形式。然而，在球形表面與平面中的表面之間的凱文鉗夾的單一接觸點并非為必要的，亦不包含，此是因為凸輪110及凸輪從動件IlOa及/或角撐116控制駁接組件之間的駁接平面性及駁接距離。所提供的位置約束特征足以相對于駁接平面在三個自由度(X、Y及ΘΖ)上控制及約束位置與對準(zhǔn)。
[0116]使用圖9Α的裝置的駁接程序本質(zhì)上與先前關(guān)于使用圖5Α的裝置描述的相同。亦即，其本質(zhì)上如圖8Α至圖8Η中所顯示，其中進(jìn)行適當(dāng)取代。詳言之，圖8Α至圖8Η中的塊211可表示V形塊211〃或圓錐塊311。類似地，順應(yīng)性特征單元220、軸件224及球形末端226可表示順應(yīng)性特征單元220’或220"及其各別軸件224’及224"以及各別半球形末端226'及226"。就駁接準(zhǔn)確性及可重復(fù)性而言，出于所有實踐目的，兩個系統(tǒng)是等效的。然而，圖9Α的裝置比圖5Α的裝置廉價,此是因為圖9Α的裝置僅具有兩個而非三個順應(yīng)性特征單元。出于同一理由，圖9Α的裝置需要較少空間，此亦可為有利的。最后，可更直接校準(zhǔn)圖9Α的裝置，此是因為與三個特征集合相比，僅存在兩個特征集合待調(diào)整。又，在圖9Α的裝置中，特征集合中的一者控制X-Y位置，而另一者控制Θ Z旋轉(zhuǎn)，與圖5Α的三個相互作用的特征集合相比，此情形可用于進(jìn)一步簡化校準(zhǔn)程序。
[0117]熟習(xí)此項技術(shù)者將認(rèn)識到，本發(fā)明概念不受已展示及描述的特征集合限制。實際上，在文獻(xiàn)中已展示及論述許多替代特征集合。舉例而言，圖9Α的系統(tǒng)的直接替代實施例將為軸件224'由軸件224a’替換的系統(tǒng)，軸件224a’具有以如圖1OB中說明的四面體(亦即，三面角錐)的形狀形成的遠(yuǎn)程226a’。四面體的側(cè)面以某角度形成，使得四面體的三個邊緣126a’可藉由圓錐塊311以本質(zhì)上三條直的接觸線收納。可藉由將凸?fàn)顝澢砑又两清F的側(cè)面及邊緣來進(jìn)一步修改此配置，此將提供三個接觸點而非三條接觸線。盡管由三個替代方案提供的可重復(fù)性可變化，但所描述的三種技術(shù)中的任一者相比于現(xiàn)有技術(shù)皆提供極大改良的可重復(fù)性且滿足本發(fā)明的目標(biāo)。諸如先前提及的滾珠科技及g2工程的公司亦提供在實踐本發(fā)明時可并有的多種硬件組件。舉例而言，滾珠科技提供可以并列對使用的半氣缸(“截頭氣缸”)以代替V形塊。使用類似技術(shù)的配置在(例如)興銳達(dá)公司(Xandex, Inc.)公司的美國專利6，833，696中展示。球形及部分球形、圓錐塊及其類似者亦可在商業(yè)上購得?？稍O(shè)想到此等中的許多者可取代本文中明確地描述的特征。[0118]本發(fā)明的兩個先前例示性實施例說明其在代表性外圍設(shè)備安裝式DUT配接器系統(tǒng)中的應(yīng)用及操作。接下來將在第三及第四例示性實施例中考慮測試頭安裝式DUT配接器系統(tǒng)。
[0119]藉助于圖1lA至圖13C描述第三例示性實施例。圖1lA顯示用于測試晶圓51ο上含有的設(shè)備的測試頭安裝式DUT配接器系統(tǒng)，晶圓510由晶圓探針儀500固持及定位，晶圓探針儀500為測試外圍設(shè)備。圖1i B及圖1lC中分別提供駁接裝置的外圍設(shè)備及測試頭側(cè)的放大視圖。固持于托架101中的測試頭100裝備有探針卡520，探針卡520包含針狀探針523以用于與晶圓510上含有的DUT直接形成電接觸。因此，探針卡520為DUT配接器，且系統(tǒng)為先前提及的第一子類別的測試頭安裝式DUT配接器系統(tǒng)，其中在駁接測試頭之前定位DUT。盡管測試系統(tǒng)將探針卡定位于外圍設(shè)備內(nèi)且經(jīng)由駁接將測試頭耦接至外圍設(shè)備目前可更普遍，但此例示性組態(tài)可具有若干優(yōu)點，此是因為變得愈來愈需要并列地測試晶圓上的許多(若非全部)設(shè)備。與自下方向上駁接測試頭的先前描述的系統(tǒng)形成對比，在此實施例中，測試頭在外圍設(shè)備上方且駁接運動向下；亦即，自上方駁接，此情形在大多數(shù)晶圓探針應(yīng)用中是典型的。圖1lA中所顯示的駁接裝置為三點駁接件，如圖9Α中的第二例示性實施例的狀況；然而，可明顯地取代諸如關(guān)于圖1A及圖5Α描述的四點駁接件的其他組態(tài)。本實施例中的駁接的目標(biāo)為使探針523在位置上與DUT中包含的各別電接觸襯墊(在諸圖的比例中不可見)進(jìn)行精確電接觸。此等接觸襯墊通常比諸如先前實施例中所展示的適配卡上提供的電接點123小得多。因此，需要比現(xiàn)有技術(shù)裝置(例如，如圖1A中)提供的駁接準(zhǔn)確度及可重復(fù)性程度高得多的駁接準(zhǔn)確度及可重復(fù)性程度。
[0120]在圖1lA的第三例示性實施例中，兩個順應(yīng)性特征單元1120(不可見)及1120’附接至面板106，面板106又附接至測試頭100。如在圖9A的第二實施例中，此等順應(yīng)性特征單元經(jīng)組態(tài)以提供相對于駁接平面的受約束定位。然而，展示且隨后將描述并入的位置約束特征的另一變化。順應(yīng)性特征單元1120類似于先前兩個例示性實施例的先前描述的順應(yīng)性特征單元220、220’及220"。因此，順應(yīng)性特征單元1120包含具有半球形末端1126的軸件1124，其類似于參考先前實施例描述的具有各別半球形末端226、226’及226"的軸件224、224’及224"。亦類似于先前描述的實施例，V形塊1111附接至安裝于外圍設(shè)備500上的角撐板114，以便收納且接觸半球形末端1126。
[0121]圖12A至圖12C (未必按比例)說明順應(yīng)性特征單元1120’的軸件1124’及其配合特征塊1211的態(tài)樣。除了在其軸件1124’的遠(yuǎn)程處包含的特征之外，順應(yīng)性特征單元1120’亦類似于參考圖5A及圖9A的先前描述的例示性實施例描述的順應(yīng)性特征單元。軸件1124’的遠(yuǎn)程部分在圖12A中以透視圖顯示。因此，如所顯示，順應(yīng)性特征單元1120’的軸件1124’的遠(yuǎn)程不具有半球形狀；更確切而言，其并有軸向鉆孔的埋頭孔，從而提供圓錐形開1126’。附接至角撐板114的特征塊1211在圖12B中以近視透視圖顯示。特征塊1211包含自其基座區(qū)1214延伸的柱1212。基座區(qū)1214包含埋頭安裝螺釘孔1216，其可過大以準(zhǔn)許定位調(diào)整。柱1212在其遠(yuǎn)程包含四面體形(亦即，三面角錐)特征1213。形成四面體形特征1213以使得形成其三個暴露側(cè)面的三角形為全等的；以及使得藉由其鄰近側(cè)面的相交形成的線的斜率匹配軸件1124’的圓錐形開口 1126’的埋頭孔斜面的斜率。圖12C的截面圖中說明四面體形特征1213在圓錐形開1126'內(nèi)的嚙合。此相互作用提供三條直的接觸線(圖12C中僅兩條可見)，每一線對應(yīng)于兩個三角形側(cè)面的相交線。類似于圖9A的實施例，順應(yīng)性特征單元1120’的軸件1124’的遠(yuǎn)程與四面體特征1213的組合用以相對于駁接平面建立及約束測試頭100的點的X-Y位置，且順應(yīng)性特征單元1120與V形塊1111的組合相對于駁接平面建立測試頭100的角位置。因此，測試頭100相對于駁接平面在三個自由度上受約束。在關(guān)于V形塊211"的定向的第二實施例的論述中所作的備注亦適用于V形塊1111的較佳定向。另外，如在第二例示性實施例中，諸如球形或具有凸側(cè)面及邊緣的角錐的其他形狀可取代四面體特征1213。又，此系統(tǒng)中未包含或考慮可與先前描述的系統(tǒng)中所展示的參考特征131、133相比的參考特征。然而，若需要，可并有此等參考特征。
[0122]圖13A、圖13B及圖13C說明在將測試頭100駁接至此第三例示性實施例中的探針儀500的選定步驟。如圖3A至圖3D的狀況，此等圖顯示安裝于面板106的截面上的凸輪110及導(dǎo)引銷112的側(cè)視圖。亦顯示附接至角撐板114的截面的角撐116的截面。角撐116的截面藉由圖2A中的w-w指示。亦示意性地顯示晶圓510、探針523及探針卡520。在此系列圖中亦顯示安裝至面板106的順應(yīng)性特征單元1120及1120’以及皆安裝于角撐板114上的各別槽塊1111及四面體特征塊1211的截面圖。再次注意，此等圖未必按比例繪制。探針卡520顯示為藉由彈簧銷122連接至信號接觸環(huán)142，信號接觸環(huán)142又連接至測試頭。若需要，此堆棧可由單一整體單元替換。
[0123]關(guān)于相對于圖8A至圖8H描述的駁接順序，圖13A對應(yīng)于圖8C，圖13B對應(yīng)于圖8F，且圖13C對應(yīng)于圖8H。因此，圖13A顯示粗略對準(zhǔn)階段，其中凸輪從動件IlOa進(jìn)入凸輪開125。如在先前實施例中，空氣施加至順應(yīng)性單元1120及1120’，從而推動軸件1124及1124’至完全延伸位置。在此粗略對準(zhǔn)階段，半球形末端1126遠(yuǎn)離V形塊1111的側(cè)面1113a、1113b，且圓錐形開口 1126’遠(yuǎn)離四面體1213。探針尖端523亦充分遠(yuǎn)離晶圓510。
[0124]在圖13B中，凸輪110已旋轉(zhuǎn)，從而牽拉附接至測試頭100 (未顯示)的面板106至較接近附接至探針儀500 (亦未顯示)的角撐板114。凸輪狹槽129與凸輪從動件IlOa之間的相互作用已建立與駁接平面的初始平面性且因此理想地建立探針卡520與晶圓510之間的初始平面性。在此位置，半球形末端1126已與V形塊1111的側(cè)面1113a、1113b接觸，且圓錐形開口 1126'已與四面體1213接觸。將空氣壓力連續(xù)供應(yīng)至順應(yīng)性單元1120及1120’，從而推動此等特征進(jìn)行確定性位置約束接觸。因此，探針卡520已相對于外圍設(shè)備駁接平面的二維空間對準(zhǔn)。然而，重要地，探針523尚未與晶圓510上的DUT接觸。因此，相對于含有DUT的晶圓510在五個自由度上定位測試頭100及其附接的具有探針523的探針卡520。維持空氣壓力提供維持相對于駁接平面的此對準(zhǔn)的預(yù)負(fù)載力，此是因為進(jìn)一步凸輪110旋轉(zhuǎn)使測試頭較接近其最終駁接位置。在此運動期間，由順應(yīng)性特征單元1120及1120’提供的順應(yīng)性允許軸件1124及1124’在必要時收縮。
[0125]因此，圖13C中顯示的最終駁接位置藉由進(jìn)一步凸輪旋轉(zhuǎn)達(dá)成。凸輪從動件IlOa到達(dá)其各別槽129的末端，且凸輪110不可進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。如先前關(guān)于圖8H所描述，角撐116與面板106之間的相互作用已在測試頭100與探針儀500之間建立最終駁接平面化及駁接距離。探針523已與包含于晶圓510上的DUT的各別接觸組件接觸。另外，在此最終運動期間，流體壓力已牢固地固持半球形軸件末端1126以與V形塊1111的傾斜側(cè)面接觸且固持圓錐形開口 1126’以抵著四面體1213，從而相對于X-Y平面以小于千分之一英寸的偏差維持重要位置約束對準(zhǔn)。在此運動期間，軸件1124及1124’在預(yù)負(fù)載力經(jīng)維持時順應(yīng)性地抵抗流體壓力而移動。[0126]參看圖14至圖15C描述第四例示性實施例，圖14至圖15C顯示用于測試已封裝設(shè)備的測試頭安裝式DUT配接器系統(tǒng)，已封裝設(shè)備又由已封裝設(shè)備處置器108'(其為測試外圍設(shè)備)固持及定位。測試頭100裝備有包含測試插座185的插座卡183。當(dāng)測試頭100與插座卡183恰當(dāng)?shù)囟ㄎ换蝰g接時，處置器108’將已封裝零件(DUT)依次置放于選定插座中以供測試。因此，插座卡183為DUT配接器，且系統(tǒng)為先前提及的第二子類別的測試頭安裝式DUT配接器系統(tǒng)，其中在駁接測試頭的后定位DUT以供測試。與第三例示性實施例的系統(tǒng)形成對比，此為當(dāng)前相當(dāng)普遍的情形。
[0127]用于第四例示性實施例中的駁接裝置并有滾珠及槽位置約束特征且與結(jié)合圖5A至圖8H論述的第一例示性實施例的駁接裝置相同。然而，在第四例示性實施例中，插座板183耦接至信號環(huán)143，信號環(huán)143又耦接至測試頭100。因此，插座板183安裝于測試頭100上；且系統(tǒng)如上文所陳述為測試頭安裝式DUT配接器組態(tài)。如所顯示，插座板183包含四個測試插座185以使得能夠同時測試四個設(shè)備。然而，熟習(xí)此項技術(shù)者將了解，測試插座的數(shù)目可更多或少至一?？蚣?81環(huán)繞測試插座185，從而為其提供一定程度的保護(hù)。外圍設(shè)備108的表面109中的開口 190經(jīng)定大小以舒適地收納框架181。外圍設(shè)備108’亦包含參考特征131'，及與插座板183相關(guān)聯(lián)的對應(yīng)測試頭安裝式參考特征133'。如先前實施例中所論述,參考特征131'與133'之間的相互作用在插座板183與外圍設(shè)備108’之間提供相對于駁接平面的偏差在千分之幾英寸內(nèi)的對準(zhǔn)。然而，已封裝零件上的接點的增加的數(shù)目及空間密度可需要大得多的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性。因此，在此狀況下，駁接的目標(biāo)為以實質(zhì)上較大準(zhǔn)確性及可重復(fù)性將測試插座185定位于開口 190內(nèi)，使得外圍設(shè)備108'可自動地、重復(fù)地且可靠地將已封裝設(shè)備插入至測試插座185中以供測試。
[0128]在第四例示性實施例情況下的駁接步驟類似于針對結(jié)合圖8A至圖8H的第一例示性實施例描述的駁接步驟。圖15A至圖15C中顯示第四實施例的此等步驟中的三者處的位置。如在先前圖中，此等圖顯示安裝于面板106的截面上的凸輪110及導(dǎo)引銷112的側(cè)視圖。亦顯示附接至角撐板114的截面的角撐116的截面。如前所述，角撐116的截面藉由圖2A中的w-w指示。在此系列圖中亦顯示安裝至面板106的順應(yīng)性特征單元220及安裝于角撐板114上的各別槽塊211的截面圖。亦以相同的相對比例但示意性地顯示插座185、框架181、插座板183、信號接觸環(huán)142，及具有開口 190的設(shè)備處置器IOV。插座板183亦顯示為藉由彈簧銷122連接至信號接觸環(huán)142。若需要，此堆棧結(jié)構(gòu)可由單一單元替換。出于簡單起見，未顯示參考特征131'及133'，此是因為一旦已校準(zhǔn)及調(diào)整裝置，此等特征對操作無影響。再次注意，此等圖未必按比例繪制。
[0129]關(guān)于相對于圖8A至圖8H描述的駁接順序，圖15A對應(yīng)于圖8C，圖15B對應(yīng)于圖8F，且圖15C對應(yīng)于圖8H。因此，圖15A顯示粗略對準(zhǔn)階段，其中凸輪從動件IlOa進(jìn)入凸輪開口 125。如在先前實施例中，空氣施加至順應(yīng)性單元220，從而推動軸件224至完全延伸位置。在此粗略對準(zhǔn)階段，半球形末端226遠(yuǎn)離V形塊211的側(cè)面213a、213b。測試插座亦充分遠(yuǎn)離設(shè)備處置器108'。
[0130]在圖15B中，凸輪110已旋轉(zhuǎn)，從而牽拉附接至測試頭100(未顯示)的面板106至較接近附接至設(shè)備處置器108’的角撐板114。如在其他實施例中，凸輪狹槽129與凸輪從動件IlOa之間的相互作用已建立與外圍設(shè)備駁接平面的初始平面性，亦即，在插座板183與設(shè)備處置器108'之間建立初始平面性。在此位置，半球形末端226已與V形塊211的側(cè)面213a、213b接觸。將空氣壓力連續(xù)供應(yīng)至順應(yīng)性單元220，從而推動此等特征進(jìn)行確定性位置約束接觸。因此，插座板183已相對于駁接平面的二維空間對準(zhǔn)。因此，已相對于設(shè)備處置器108’在五個自由度上定位測試頭100及其附接的具有插座185的插座板183。維持空氣壓力將提供維持相對于駁接平面的此對準(zhǔn)的預(yù)負(fù)載力，此是因為進(jìn)一步凸輪110旋轉(zhuǎn)使測試頭較接近其最終駁接位置。在此運動期間，由順應(yīng)性特征單元220提供的順應(yīng)性允許軸件224在必要時收縮。
[0131]因此，圖15C中顯示的最終駁接位置藉由進(jìn)一步凸輪旋轉(zhuǎn)達(dá)成。凸輪從動件IlOa已到達(dá)其各別槽129的末端，且凸輪110不可進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。如先前關(guān)于圖8H所描述，角撐116與面板106之間的相互作用現(xiàn)已在測試頭100與設(shè)備處置器108'之間建立最終駁接平面化及駁接距離。另外，在此最終運動期間，流體壓力已牢固地固持半球形軸件末端1126以與V形塊211的傾斜側(cè)面213a、213b接觸，從而相對于X-Y平面以小于0.001英寸的偏差維持重要精密對準(zhǔn)。在此運動期間，軸件224在所得預(yù)負(fù)載力經(jīng)維持時順應(yīng)性地抵抗流體壓力而移動。因此，現(xiàn)按需要在所有六個空間自由度上相對于設(shè)備處置器108’精確且約束地定位測試插座185。
[0132]四個例示性實施例(圖5A、圖9A、圖1lA及圖14中說明)均用以說明將測試頭駁接至外圍設(shè)備的方法。將觀察到，方法及發(fā)明提供對先前駁接技術(shù)的改良且基于先前駁接技術(shù)。熟習(xí)此項技術(shù)者將認(rèn)識到，此方法可易于適用于實際上任何式樣的駁接裝置，駁接裝置中的許多者在本文中先前已提及。在一些狀況下，如熟習(xí)此項技術(shù)者將進(jìn)一步認(rèn)識到，可藉由直接添加裝置至現(xiàn)有駁接件來應(yīng)用所述方法。在其他狀況下，尤其在利用非順應(yīng)性運動耦接的狀況下，將顯而易見，對現(xiàn)有硬件的相對直接修改可為必要的。周
[0133]圖16提供此方法的流程圖，且其有意地以與駁接裝置的特定類型無關(guān)的方式呈現(xiàn)。如圖16中所描繪，一般駁接方法1600以提供某些必要裝置開始。假定外圍設(shè)備駁接平面(如先前所描述)由外圍設(shè)備界定且測試頭駁接平面與測試頭相關(guān)聯(lián)。步驟1610提供可見于現(xiàn)有技術(shù)中的駁接系統(tǒng)組件。因此，在步驟1610中，在子步驟1610a處，指定提供將測試頭移動至駁接位置的致動機(jī)構(gòu)。此可為本質(zhì)上任何現(xiàn)有技術(shù)致動方案，其包含線性及圓形凸輪兩者以及直接附接至測試頭及拉動或推送測試頭的機(jī)構(gòu)。亦有必要在子步驟1610b處提供相對于外圍設(shè)備的駁接平面而平面化測試頭駁接平面的部件。此需要控制兩個旋轉(zhuǎn)自由度(縱搖及橫擺)。舉例而言，在凸輪致動的駁接件中，此控制通常藉由凸輪從動件與凸輪狹槽之間的相互作用實現(xiàn)。在其他式樣的駁接件中，其他技術(shù)是已知的。又，步驟1610在子步驟1610c處指定有必要提供將測試頭定位成與外圍設(shè)備相距特定預(yù)指定距離(“駁接距離”)的部件。此情形提供三個自由度的控制。作為實例，在凸輪致動的駁接件中，可藉由凸輪狹槽的端子部分的位置相對于凸輪從動件的位置建立駁接距離，如先前所描述。此距離可藉由配置角撐使得角撐緊密地配合于駁接測試頭與外圍設(shè)備之間而增大，亦如先前例示性實施例中所描述。在諸如先前描述的操控器驅(qū)動式駁接的其他方案中，停止塊(例如)可結(jié)合傳感器使用以判定駁接距離。
[0134]步驟1620為可選步驟且因此以虛線繪制。在此步驟中，提供用于在對應(yīng)于與駁接平面平行的平面中的運動的至少三個自由度上初步對準(zhǔn)的部件?？刹⒂写说炔考暂o助保護(hù)易損電接點及/或提供偏差在千分之幾英寸內(nèi)的初步對準(zhǔn)。典型實例包含現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)引銷及插孔以及與凸輪相互作用的角撐。在其他實例中，配合至對應(yīng)插孔的相對長導(dǎo)引銷可大致同時滿足此步驟及子步驟1610b。嚴(yán)格而言，此步驟對于實踐本發(fā)明并非必要的；然而，其為許多使用者可偏好的步驟。應(yīng)注意，此步驟在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中是必要的，且現(xiàn)有技術(shù)可用以實現(xiàn)此步驟。
[0135]步驟1630提供在與外圍設(shè)備駁接平面平行的平面中的三個運動自由度上精確地約束測試頭的位置的裝置。在較佳實施例中，將利用確切約束裝置，諸如先前描述的確切約束裝置。圖17提供說明提供此裝置的方法的流程圖，稍后將更詳細(xì)地描述方法。然而，預(yù)期在本發(fā)明的精神內(nèi)，可取代諸如緊密配合的銷及插孔的替代方案；然而，此等方案可能并不如此精確或如此可重復(fù)且可進(jìn)一步需要實質(zhì)上增加的力以用于駁接件致動。在任何狀況下，待提供的裝置可包含可嚙合特征對，其中每一對的一成員附接至外圍設(shè)備，且另一成員附接至測試頭。特征經(jīng)安置以使得每一對的兩個成員可彼此嚙合以在平面中的三個自由度上提供測試頭相對于外圍設(shè)備的約束位置。另外，每一對特征的至少一成員經(jīng)安裝，使得其在實質(zhì)上垂直于駁接平面的方向上可順應(yīng)性地移動。此步驟為新的且未見于現(xiàn)有技術(shù)中。
[0136]在自現(xiàn)有技術(shù)調(diào)適的步驟1640中，操縱測試頭至特定位置，在所述位置，致動器可嚙合以進(jìn)一步移動測試頭至駁接位置。在此位置，步驟1630中提供的位置約束裝置的特征對未必嚙合。此操縱可藉由測試頭操控器的輔助進(jìn)行。在此位置，測試頭大致在所有自由度上對準(zhǔn)，除了一個自由度，即，其相距外圍設(shè)備的最終駁接距離。
[0137]在步驟1650中，操作致動器，從而將測試頭自準(zhǔn)備致動位置移動至較接近外圍設(shè)備的位置。在子步驟1610b處提供的平面化部件在測試頭駁接平面與外圍設(shè)備駁接平面之間建立實質(zhì)上共平面關(guān)系。在步驟1630中提供的位置約束特征在此位置不起作用。應(yīng)注意，平面化可在步驟1640的準(zhǔn)備致動位置處發(fā)生；然而，在許多現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，致動裝置的相對小的初始量的運動改進(jìn)平面性。
[0138]步驟1660提供自步驟1650的位置繼續(xù)操作致動器以移動測試頭又更接近外圍設(shè)備，到達(dá)位置約束特征的特征對的各別成員嚙合的位置。在步驟1650處建立的測試頭的平面性在整個此步驟中得以維持。若系統(tǒng)為外圍設(shè)備安裝式DUT配接器系統(tǒng)，則測試頭的位置相距外圍設(shè)備足夠遠(yuǎn)，使得測試頭側(cè)電子接口的電接點與外圍設(shè)備安裝式DUT配接器的電接點分離。若系統(tǒng)為測試頭安裝式DUT配接器系統(tǒng)，其中外圍設(shè)備在駁接之前已定位DUT以供測試，則在此步驟中測試頭的位置相距外圍設(shè)備足夠遠(yuǎn)，使得電接點與DUT分離。此步驟未見于現(xiàn)有技術(shù)中。
[0139]步驟1670提供繼續(xù)操作致動器以移動測試頭至與外圍設(shè)備相距所要駁接距離處，駁接距離如由子步驟1610c處提供的裝置所判定。在此運動期間，藉由子步驟1610b處提供的平面化部件維持平面性。重要地，在此運動期間，在步驟1630處提供的位置約束特征保持緊固地嚙合。因此，當(dāng)此運動發(fā)生時，在五個自由度上維持精確對準(zhǔn)。重要地，在與駁接平面平行的平面中的運動本質(zhì)上不存在，此是歸因于位置約束特征的相互作用。歸因于可用于每一位置約束特征對的至少一成員的順應(yīng)性運動，每一特征對的成員之間的嚙合得以維持，而對成員之間無相對運動。在此步驟的運動期間，測試頭電子接口的各別電接點與外圍設(shè)備安裝式DUT配接器系統(tǒng)的電接點變得結(jié)合。若系統(tǒng)為在駁接之前定位DUT的類型，則測試頭安裝式DUT配接器系統(tǒng)的電測試接點亦可變得與DUT結(jié)合。
[0140]在步驟1680處，不再操作致動器且系統(tǒng)被駁接。致動器保持處于維持駁接位置的位置。位置約束特征在駁接時保持緊固地嚙合，如建立駁接平面化及駁接距離的部件所進(jìn)行。
[0141]在先前描述的例示性實施例中，描述數(shù)個順應(yīng)性位置約束特征，然而，本發(fā)明不限于此等特定實例。舉例而言，藉由遵循眾多先前提及與列出的參考文獻(xiàn)的教示，可在實踐本發(fā)明時利用眾多替代方案。圖17說明提供適合用于實現(xiàn)先前描述的駁接方法的步驟1630的順應(yīng)性位置約束特征的途徑的一般方法1700。圖17中的步驟未必以給定次序執(zhí)行。實際上，可并列執(zhí)行兩個或兩個以上步驟，且預(yù)期在達(dá)成解決方案時許多步驟的反復(fù)可為必要的。
[0142]開始，回想到位置約束是表面的一集合以離散接觸點或離散接觸線接觸表面的第二集合的結(jié)果。因此，在步驟1710處，指定在測試頭或外圍設(shè)備上提供“接觸表面”的集合。舉例而言，此等接觸表面可對應(yīng)于安裝于圖5A中說明的例示性系統(tǒng)的外圍設(shè)備108上的V形塊211的傾斜側(cè)面213a、213b。在此狀況下，在集合中存在六個表面。然而，在源自圖9A中說明的凱文鉗夾的例示性狀況下，僅三個此等表面附接至外圍設(shè)備；即，倒圓錐313及單一 V形塊211"的兩個側(cè)面213a、213b。預(yù)期可藉由僅一個表面來滿足此步驟，但表面將可能相當(dāng)復(fù)雜且不實際。
[0143]步驟1720在另一系統(tǒng)組件上提供“配合表面”以與步驟1710中提供的接觸表面接觸。指定應(yīng)以離散點或沿著離散線形成接觸。步驟進(jìn)一步需要由固持表面以使其彼此接觸的動作產(chǎn)生的反作用力沿著不垂直于外圍設(shè)備駁接平面的線起作用。因此，接觸表面及其配合表面在其兩者接觸的點處的切平面可能不平行于駁接平面。簡言之，接觸表面與配合表面必須相對于駁接平面成斜角。關(guān)于先前提供的接觸表面的實例，其對應(yīng)配合表面將包含圖5A的第一例示性實施例及圖9A的第二例示性實施例中的順應(yīng)性特征單元220、220’及220〃的軸件224,224'及224〃的半球形末端226,226'、226〃。
[0144]可看出，接觸表面的子集與配合表面的子集可以對來配置，從而形成位置約束特征的可嚙合對。
[0145]在步驟1730中提供用于按壓配合表面與接觸表面以使其彼此牢固接觸的力源。此力通常稱作如先前提及的預(yù)負(fù)載力。此力或其至少主要分量較佳垂直地導(dǎo)向駁接平面。在接觸表面與配合表面之間的接觸點或接觸線處的此所施加力的反作用力必須具有平行于駁接平面的分量以便約束位置及運動。在先前描述的例示性實施例中，此力是源自提供至氣缸255的流體壓力。亦可應(yīng)用其他替代方案，舉例而言，斯洛克姆(Slocum)的美國專利6，678，944教示，可使用彈簧機(jī)構(gòu)或表面本身可為彈性彈簧狀結(jié)構(gòu)。任何此等替代方案在本發(fā)明的精神內(nèi)。
[0146]步驟1740中考慮接觸表面與配合表面的位置及定向。此等接觸表面及配合表面必須經(jīng)配置以使得存在充足的平行于駁接平面的反作用力，反作用力在足以在與駁接平面平行的所有三個自由度上防止測試頭的運動且維持測試頭的位置的位置及方向上起作用。選定位置及定向以提供合理穩(wěn)定性以抵抗意外的外部所施加力或事件亦為較佳的。另外，較佳地，反作用力不存在冗余，冗余將會使系統(tǒng)被過度約束，此可導(dǎo)致不可重復(fù)行為。關(guān)于對執(zhí)行此步驟及其他步驟的建議，將讀者導(dǎo)向先前已提及與列出的大量文獻(xiàn)。
[0147]步驟1750中提供順應(yīng)性，步驟1750指定一對可接觸的接觸表面與配合表面中的至少一表面具有在實質(zhì)上垂直于駁接平面的方向上移動的能力。此允許接觸點或接觸線相對于測試頭或外圍設(shè)備移動，此是因為測試頭及外圍設(shè)備由駁接致動器一起移動。在例示性實施例中，此能力由氣缸255內(nèi)的可移動活塞235提供。美國專利6，678，944亦教示藉由氣缸內(nèi)的可移動活塞提供此能力。此專利進(jìn)一步教示以彈簧狀方式制造表面中的一者以提供此能力。因此，'944專利的教示亦可用于實現(xiàn)此步驟。步驟1750可與步驟1730組合，此是因為力產(chǎn)生部件與順應(yīng)性部件緊密相關(guān)。然而，分離為兩個步驟提供對兩個重要問題的個別關(guān)注。
[0148]本發(fā)明如所描述藉由上述例示性實施例及方法提供對目前技術(shù)水平及現(xiàn)今的測試頭駁接方案的改良。首先，本發(fā)明提供特征的兩個集合以用于在所有六個空間自由度上控制測試頭相對于外圍設(shè)備的駁接位置。自現(xiàn)有技術(shù)采用的第一集合藉由使用角撐及/或凸輪與凸輪從動件之間的相互作用來例證，以控制與測試頭的駁接平面性及駁接距離相關(guān)聯(lián)的三個自由度。源自確切約束或運動耦接設(shè)計的領(lǐng)域的第二集合控制且約束剩余三個自由度，剩余三個自由度與測試頭在與由外圍設(shè)備界定的駁接平面平行的平面中的駁接位置相關(guān)聯(lián)。第二集合藉由滾珠及槽技術(shù)且藉由修改的凱文鉗夾技術(shù)來例證；然而，如已陳述，確切約束耦接特征的其他形式是已知的且可易于取代。因為第二集合的位置約束特征僅需要約束三個自由度，所以全部六個自由度運動耦接并非必要的，此由第二及第三例示性實施例的配置示范。另外，特征的第二集合并有在垂直于駁接平面的方向上操作的順應(yīng)性。此允許特征的第二集合在遠(yuǎn)離所要駁接距離的距離處變得嚙合且保持嚙合，但配合的特征對之間無相對運動，而測試頭移動至其最終駁接位置。此裝置接著與先前描述的方法組合，提供由用于目前及未來集成電路的測試要求的進(jìn)步所要求的極大改良的駁接準(zhǔn)確性及可重復(fù)性。
[0149]本發(fā)明不限于例示性實施例的特定結(jié)構(gòu)。如已提及，本發(fā)明易于適用于其他形式、式樣及組態(tài)的駁接裝置。亦應(yīng)理解，盡管例示性實施例展示外圍設(shè)備或測試頭中的一者上的某些組件及測試頭或外圍設(shè)備中的另一者上的對應(yīng)組件，但可顛倒或交換組件中的一些或全部的位置。應(yīng)進(jìn)一步理解，順應(yīng)性特征單元的替代實施例可易于用于本發(fā)明。舉例而言，如先前已提及，斯洛克姆(Slocum) 5，678，944專利描述并有內(nèi)部彈簧而非加壓流體的順應(yīng)性單元。,944專利亦展示亦可用于本發(fā)明的由可變形彈性結(jié)構(gòu)制造的各種類型的順應(yīng)性特征。如先前亦已提及，確切約束耦接特征的各種替代形式是已知的且在文獻(xiàn)中加以描述。此等提供對已并入于例示性實施例中的基本形式的廣泛多種替代方案。另外，已識別用于實施適合于實踐本發(fā)明的位置約束特征的組件的商業(yè)供貨商。
[0150]盡管本發(fā)明在本文中是參考特定實施例而說明且描述，但本發(fā)明不意欲限于所展示的細(xì)節(jié)。更確切而言，可在申請專利范圍的等效物的范疇及范圍內(nèi)且不脫離本發(fā)明的情況下對細(xì)節(jié)作各種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于將測試頭駁接至外圍設(shè)備的方法，所述測試頭具有測試頭駁接平面、對準(zhǔn)特征的至少一組件及位置約束特征的至少一組件，且所述外圍設(shè)備具有外圍設(shè)備駁接平面、所述對準(zhǔn)特征的至少一互補組件及所述位置約束特征的至少一互補組件，所述方法包括以下步驟: 相對于所述外圍設(shè)備將所述測試頭定位在第一位置中，其中所述測試頭駁接平面實質(zhì)上與所述外圍設(shè)備駁接平面平行及間隔； 在所述平面保持實質(zhì)上平行的情況下，朝向所述外圍設(shè)備移動所述測試頭至第二位置，其中所述位置約束特征的所述互補組件以給定相對位置關(guān)系彼此嚙合，其中所述測試頭與所述外圍設(shè)備經(jīng)限制而使其不在與所述平面平行的方向上相對于彼此運動；以及 在所述平面保持實質(zhì)上平行的情況下，朝向所述外圍設(shè)備移動所述測試頭至第三位置，其中所述對準(zhǔn)特征的所述互補組件嚙合以將所述平面維持于彼此相距駁接距離，所述位置約束特征的所述互補組件在此進(jìn)一步移動期間維持所述給定相對位置關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駁接方法，其中所述相對于所述外圍設(shè)備定位所述測試頭的步驟包含所述互補對準(zhǔn)特征與所述互補位置約束特征的初步對準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駁接方法，其中所述位置約束特征的所述組件中的一者界定至少一接觸表面且所述位置約束特征的所述互補組件界定配合表面，所述配合表面以點接觸或線接觸來接觸對應(yīng)接觸表面，使得進(jìn)行接觸時的反作用力不平行于或垂直于所述駁接平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駁接方法，其中所述位置約束特征包含力源，所述力在垂直于所述駁接平面的方向上作用于所述位置約束特征的所述組件中的一者上，使得所述接觸點或所述接觸線具有平行于所述駁接平面的非零力分量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駁接方法，其中在所述第二位置中，所述測試頭上的電接點與所述外圍設(shè)備上的電接點分離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駁接方法，其中所述位置約束特征的所述互補組件保持處于所述給定相對位置關(guān)系，而所述測試頭保持處于其駁接位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駁接方法，其中所述外圍設(shè)備上的電接點在探針卡、插座卡及測試中設(shè)備中的一者上。
8.一種用于將具有測試頭駁接平面的測試頭駁接至具有外圍設(shè)備駁接平面的外圍設(shè)備的裝置，所述裝置包括: 至少一對準(zhǔn)特征，其包含互補對準(zhǔn)組件，一者與所述測試頭相關(guān)聯(lián)且另一者與所述外圍設(shè)備相關(guān)聯(lián)，所述對準(zhǔn)組件經(jīng)組態(tài)以使得其間的嚙合控制所述駁接平面相對于彼此的距離及平面定向；以及 至少一位置約束特征，其包含互補約束組件，一者與所述測試頭相關(guān)聯(lián)且另一者與所述外圍設(shè)備相關(guān)聯(lián)，所述約束組件中的一者在垂直于所述駁接平面的方向上為順應(yīng)性的， 其中當(dāng)所述駁接平面彼此處于第一相對位置處時，所述約束組件經(jīng)組態(tài)以按給定相對位置關(guān)系彼此嚙合，其中所述測試頭上的電接點與所述外圍設(shè)備上的電接點分離，所述嚙合的約束組件限制所述測試頭與所述外圍設(shè)備而使其不在平行于所述駁接平面的方向上相對于彼此運動，且 其中所述約束組件保持嚙合而不相對于彼此移動，而所述測試頭移動至駁接位置，其中所述測試頭的所述電接點與所述外圍設(shè)備上的所述電接點結(jié)合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的駁接裝置，其還包括經(jīng)組態(tài)以朝向另一約束組件推動所述順應(yīng)性約束組件的力產(chǎn)生單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的駁接裝置，其中所述力產(chǎn)生單元在所述順應(yīng)性約束組件的給定運動范圍上提供力。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的駁接裝置，其中所述力產(chǎn)生單元是以流體方式操作。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的駁接裝置，其包括三個位置約束特征，所述位置約束特征中的每一者包含V形槽以作為所述約束組件中的一者及包含球形構(gòu)件以作為所述互補約束組件。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的駁接裝置，其包括兩個位置約束特征，所述位置約束特征中的一者的所述互補組件界定兩個接觸點或兩條接觸線以約束所述測試頭在平面方向上的點，且另一位置約束特征的所述互補組件界定一接觸點或接觸線以約束所述測試頭的旋轉(zhuǎn)移動。`
【文檔編號】G01R31/28GK103782182SQ201280043641
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月12日
【發(fā)明者】艾林·R·霍爾特, 布萊恩·R·摩爾 申請人:英泰斯特股份有限公司