專利名稱：具有斷電松開功能的低輪廓?dú)鈩訉幽K的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及自動測試系統(tǒng)。特別是，本發(fā)明涉及一種設(shè)備，用于將自動測試設(shè)備連接到安裝著要測試的半導(dǎo)體裝置的機(jī)器上。
在制造過程中，制造商具有強(qiáng)烈的經(jīng)濟(jì)動機(jī)來盡可能早地檢測并拋棄有故障的部件。因此，許多半導(dǎo)體生產(chǎn)商在晶片切割成電路小片之前，就在晶片層次上對集成電路進(jìn)行檢測。通常在包裝之前就對有缺陷的電路進(jìn)行標(biāo)記并扔掉，這樣就節(jié)約了包裝次品的費(fèi)用。作為最后的檢測，許多制造商在發(fā)貨前對每件成品進(jìn)行檢測。
為了迅速對大量的半導(dǎo)體部件進(jìn)行檢測，制造商通常使用自動測試設(shè)備(“ATE”或者“測試器，tester”)。按照測試程序的指示，測試器自動生成加在集成電路上的輸入信號，并監(jiān)視輸出信號。測試器將輸出信號與所期望的響應(yīng)進(jìn)行比較，以確定所測試的設(shè)備，或者說“DUT(Device Under Test)”，是否有缺陷。因為測試器是高度自動化的，因此可以僅僅在幾秒鐘內(nèi)完成幾百次的測試。
通常，部件測試器設(shè)計有兩個不同的部分。第一部分，稱作“測試頭”，包括在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中位置靠近DUT的電路，例如，驅(qū)動電路，接收電路以及實(shí)質(zhì)上是短程電路(short electrical path)的其它電路。第二部分，稱作“測試器主體”，通過導(dǎo)線連接在測試頭上，包括不需要靠近DUT的電子設(shè)備。
特殊的機(jī)器快速連續(xù)地移動設(shè)備并將設(shè)備電氣連接到測試器上。使用一個“探測器(Prober)”在半導(dǎo)體晶片的水平面上移動設(shè)備；使用一個“機(jī)械手(handler)”在包裝設(shè)備的水平面上移動設(shè)備。探測器、機(jī)械手和用于相對測試器放置DUT的其它設(shè)備統(tǒng)稱為“外圍設(shè)備”。外圍設(shè)備通常包括一個放置并測試DUT的地點(diǎn)。外圍設(shè)備將DUT快速送至測試地點(diǎn)，測試器對DUT進(jìn)行測試，然后外圍設(shè)備將DUT從測試地點(diǎn)移開，以便對另一個DUT進(jìn)行測試。
測試頭和外圍設(shè)備是機(jī)器上相互分離的部件，通常具有分離的支撐結(jié)構(gòu)。所以，在測試可以開始以前，必須將測試頭和外圍設(shè)備連接在一起。通常，通過向外圍設(shè)備移動測試頭，小心地將測試頭對齊，然后將測試頭鎖緊在外圍設(shè)備上來完成。一旦鎖緊后，一個對接機(jī)構(gòu)推動測試頭和外圍設(shè)備靠在一起，在測試頭和外圍設(shè)備之間形成彈簧接觸，壓緊后在測試頭和DUT之間形成通電接觸。這個將測試頭和外圍設(shè)備對齊并連接的過程通常被稱作“對接(docking)”。


圖1圖示一種將測試頭和外圍設(shè)備對接的傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)。圖1中的對接機(jī)構(gòu)通常用來連接由馬薩諸塞州波士頓的Teradyne公司提供的CatalystTM測試系統(tǒng)。如圖1中所示，對接機(jī)構(gòu)100連接在接受器(receptacle)112上。通常幾個對接機(jī)構(gòu)一起連接在測試頭外側(cè)靠近測試頭頂部的位置。幾個接受器連接在外圍設(shè)備上的互補(bǔ)位置，以便對接機(jī)構(gòu)100和接受器112配合。圖1的對接機(jī)構(gòu)100和接受器112顯示出完全對接的構(gòu)形，即對設(shè)備進(jìn)行電子測試的構(gòu)形。
如圖1所示，對接機(jī)構(gòu)100包括一個閉鎖筒110和一個與閉鎖筒110同軸的閉鎖銷118。在閉鎖筒110的孔內(nèi)安裝有四個滾珠軸承，位于閉鎖銷118的圓周之上?？椎耐饪谟赏耆珗A形(圖中不可見)發(fā)生輕微變形。變形區(qū)域形成阻擋，防止?jié)L珠軸承116從閉鎖筒110中脫出。
閉鎖銷118沿長度方向具有不同的部分118a和118b，不同部分具有不同的直徑。為了實(shí)現(xiàn)閉鎖和開鎖，閉鎖銷118相對閉鎖筒110向前向后移動。在閉鎖銷118移動時，閉鎖銷118與滾珠軸承接觸的部分發(fā)生改變。其結(jié)果是，滾珠軸承的徑向位置發(fā)生變化。例如，當(dāng)閉鎖銷具有相對較大直徑的部分118a與滾珠軸承116對齊時，滾珠軸承從閉鎖筒110的中心向外伸出，增加了閉鎖筒110的有效圓周。當(dāng)閉鎖銷具有相對較小直徑的部分118b與滾珠軸承116對齊時，滾珠軸承在里面自由運(yùn)動，減小了閉鎖筒110的有效圓周。
接受器112包括一個內(nèi)徑略大于閉鎖筒110外徑的墊圈114，滾珠軸承116完全的從中退出。根據(jù)閉鎖銷118相對于閉鎖筒110的位置，滾珠軸承116或者阻止墊圈114與閉鎖筒110分開，或者允許墊圈114在閉鎖筒110上自由滑動。
驅(qū)動器120確定閉鎖銷118的位置。閉鎖銷118包含一個伸入驅(qū)動器120的螺紋部分(不可見)。驅(qū)動器120包括一個相對于驅(qū)動器120具有固定位置的螺母(不可見)，與閉鎖銷118的螺紋部分接合。閉鎖銷可以在電機(jī)和安裝在驅(qū)動器內(nèi)的齒輪的控制下轉(zhuǎn)動。根據(jù)轉(zhuǎn)動的方向，閉鎖銷118相對于驅(qū)動器120向前或者向后運(yùn)動。
圖2A-C顯示對接機(jī)構(gòu)100在通常使用情況下的不同形態(tài)。圖2A顯示對接機(jī)構(gòu)100處于“準(zhǔn)備閉鎖”——閉鎖筒110被插入接受器112之前的構(gòu)形。此時閉鎖銷118完全退出。彈簧(圖中未顯示)在閉鎖筒110(基本區(qū)域220)上相對閉鎖銷118施加一個力216，這樣從閉鎖銷118中伸出的調(diào)整片210擱置在閉鎖筒110的一個較低的內(nèi)臺肩214b的上。閉鎖銷具有相對較大直徑的第一部分118a擱置在滾珠軸承116上，而滾珠軸承116部分突出在閉鎖筒110的孔外。
圖2B顯示閉鎖筒110插入接受器112(圖中未顯示)中這一時刻的對接機(jī)構(gòu)100。隨著閉鎖筒110插入接受器112中，墊圈114夾緊滾珠軸承116并向其施加一個向下的力。然后閉鎖筒110向下推動，滾珠軸承116移動到與閉鎖銷118相對較小直徑部分接觸。滾珠軸承向內(nèi)陷落，而閉鎖筒110進(jìn)入接受器112的墊圈114內(nèi)。一旦滾珠軸承116越過墊圈114，閉鎖筒110在彈簧力216的作用下向上彈起。接受器112被對接機(jī)構(gòu)100緊緊固定在位置上。
圖2C顯示處于未閉鎖形態(tài)的對接機(jī)構(gòu)100。此處，閉鎖銷向前以便閉鎖銷的調(diào)整片210壓緊閉鎖筒110的內(nèi)部上臺肩214a，而閉鎖筒110的底板220壓緊固定擋塊218。固定擋塊218相對驅(qū)動器120具有固定的位置。在這種構(gòu)形中，閉鎖銷118的相對較窄部分118b與滾珠軸承116對齊，滾珠軸承116能向內(nèi)自由地陷落。對接機(jī)構(gòu)100可以自由地插入或者退出接受器112。
除了圖2A-C所示的幾種構(gòu)形，閉鎖銷也可以采取完全對接構(gòu)形，如圖1所示。完全對接構(gòu)形與圖2A所示的構(gòu)形相同，除了閉鎖銷118和閉鎖筒110被驅(qū)動器120向下推以外。完全對接構(gòu)形在測試頭和外圍設(shè)備之間提供更為緊密的接觸，因此，通過壓緊上述的彈簧載荷接觸，保證在測試頭和外圍設(shè)備之間保持通電接觸，如上所述。
盡管對接機(jī)構(gòu)100被證明是極為有效的，我們認(rèn)為，新需求將使其在將來的應(yīng)用中顯得不那么具有吸引力。特別是，最近開發(fā)的具有測試頭的測試器遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在CatalystTM測試系統(tǒng)中使用的測試頭。測試頭的尺寸的增加使得對接機(jī)構(gòu)的位置必須從測試頭的側(cè)面移到測試頭的頂端。然而，測試頭的頂端密密麻麻地放置著電子元件以及其它部件，因而不容易布置對接機(jī)構(gòu)100所需的垂直空間。
另外，閉鎖機(jī)構(gòu)100功率的損失導(dǎo)致閉鎖機(jī)構(gòu)只能保持在原位置。當(dāng)出現(xiàn)功率損失時，如果測試頭和外圍設(shè)備對接在一起，操作者必須手動操作驅(qū)動器120使其分開。特別是，操作者必須轉(zhuǎn)動驅(qū)動器120內(nèi)的軸122——通常使用可調(diào)扳手——手動轉(zhuǎn)動驅(qū)動器120內(nèi)的齒輪并移動閉鎖銷118。如果閉鎖機(jī)構(gòu)位于測試頭的頂部而不是側(cè)面，操作者將不能接近軸122，也就不能輕易地將測試頭和外圍設(shè)備分開。
本發(fā)明的另一個目的是一種對接機(jī)構(gòu)，在發(fā)生功率損失時不需要操作者直接干預(yù)就能使其分開。
為了達(dá)到上述以及其它目的和優(yōu)點(diǎn)，一種適于將測試頭和外圍設(shè)備進(jìn)行對接的對接機(jī)構(gòu)包括一個活塞和一個中空的圓柱容器?；钊哂锌苫顒拥刂糜谌萜鲀?nèi)的第一部分和從第一部分伸出通過容器上一個孔的第二部分。適于連接在接受器上的閉鎖筒，從活塞第二部分的開口上伸出。閉鎖銷可移動地置于閉鎖筒內(nèi)，用來形成閉鎖和開鎖狀態(tài)。通過例如彈簧產(chǎn)生的偏移力，使閉鎖銷的位置相對于閉鎖筒產(chǎn)生偏移，以形成開鎖狀態(tài)。通過在閉鎖銷上施加一個主動力，閉鎖銷能夠克服偏移力，在閉鎖筒內(nèi)移動并達(dá)到閉鎖狀態(tài)。當(dāng)主動力消失，例如由于功率損失而失去主動力，偏移力使閉鎖銷重新回到開鎖狀態(tài)。通過在活塞的一個表面上施加流體壓力，活塞能夠相對容器移動，可以改變閉鎖筒相對容器的延伸。
圖2A-2C為橫截面視圖，顯示圖1對接機(jī)構(gòu)的不同對接形態(tài)。
圖3為按照本發(fā)明構(gòu)造的對接機(jī)構(gòu)的橫截面視圖。
圖4為圖3對接機(jī)構(gòu)的透視圖。
圖5A-5D顯示圖3和4的對接機(jī)構(gòu)的閉鎖形態(tài)順序。
圖6A-6C顯示使用圖3-5的對接機(jī)構(gòu)進(jìn)行測試頭和外圍設(shè)備對接的順序。
優(yōu)選實(shí)施例對接機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖3是按照本發(fā)明的對接機(jī)構(gòu)300的橫截面視圖，詳細(xì)顯示對接機(jī)構(gòu)300的結(jié)構(gòu)。圖4是同一個對接機(jī)構(gòu)300的透視圖。如圖3所示，對接機(jī)構(gòu)300包括活塞310和基本上為圓柱形的容器312。活塞310包括布置在容器312內(nèi)部區(qū)域314中的第一部分310a和從第一部分310a上伸出的第二部分310b。第二部分310b通過在容器頂部的一個開孔部分地伸出容器312之外。優(yōu)選結(jié)構(gòu)中容器312包括一個頂端部分312a，和一個使用緊固件，例如螺栓連接在頂端部分312a上的底板部分312b。
流體輸送通道318和320分別通過頂端部分312a和底板部分312b提供，用于在活塞310的上下表面322和324上施加流體壓力。在通過流體輸送通道318施加的流體壓力的作用下，活塞310被迫向下移動，導(dǎo)致活塞的第二部分310b退入容器312。在通過流體輸送通道320施加的流體壓力的作用下，活塞310被迫向上移動，導(dǎo)致活塞的第二部分310b至少部分地伸出容器312。
因為方便而且能夠相對隨意地維護(hù)，優(yōu)選結(jié)構(gòu)中使用空氣而不是液體來把流體壓力傳遞到活塞310的上下表面322和324之上。在容器312的圓周上有O形密封圈，位于326、328、330和332位置處，以防止流體泄漏。優(yōu)選結(jié)構(gòu)中空氣壓力保持為大約80磅每平方英寸(p.s.i)。
通常，相對容器312移動活塞310需要很大的力。因此，優(yōu)選結(jié)構(gòu)中活塞310包括卸截區(qū)域(relieved region)334和336。優(yōu)選結(jié)構(gòu)中卸載區(qū)域圍繞活塞310的整個圓周方向擴(kuò)展。當(dāng)活塞310全部移到容器312的頂端，卸載區(qū)域332保證從輸送通道318來的流體壓力作用在活塞已知的表面區(qū)域上。因為施加在活塞310上的力等于流體壓力與表面積的乘積，所以卸載區(qū)域322的表面積直接換算成已知的原動力來移動活塞。一旦活塞開始移動，活塞310的整個上表面322就全部暴露在通道318來的流體壓力之下，作用在活塞上的力大幅增加。
同樣的方式，當(dāng)活塞起初位于容器312的底部時，卸載區(qū)域334保證從輸送通道320來的流體壓力作用在活塞已知的表面區(qū)域上，產(chǎn)生已知的力向上移動活塞。
為了簡化結(jié)構(gòu)，優(yōu)選結(jié)構(gòu)中流體輸送通道318和320分別是在容器312的上部和底部312a和312b鉆的孔。優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，第一流體輸送通道318包括兩個孔，第一孔318a從底部向上鉆，但不通過容器312的上端部分，第二孔318b在容器內(nèi)對角鉆取，通入第一孔。第二流體輸送通道是一個簡單的鉆通底板部分312b的孔?？?18和320的尺寸與傳統(tǒng)的軟管接頭(圖中未顯示)相配合，將壓縮空氣傳送到流體輸送通道318和320。
總體上，施加在第一流體輸送通道318上的流體壓力用來推動活塞310向下運(yùn)動進(jìn)入容器312(例如，向測試頭推動外圍設(shè)備)。在這個過程中，第二流體通道320優(yōu)選保持為大氣壓力。為了推動活塞在容器內(nèi)向上運(yùn)動，在第二流體輸送通道320上施加流體壓力，而第一通道318保持為大氣壓力。
通過控制活塞310的位置，對接機(jī)構(gòu)300控制外圍設(shè)備相對測試頭的位置，即外圍設(shè)備是否“向下推向”測試頭。另外，對接機(jī)構(gòu)300還控制對接機(jī)構(gòu)300對連接在外圍設(shè)備上的接受器1 12閉鎖和開鎖的能力。
為了實(shí)現(xiàn)與接受器112之間的閉鎖和開鎖，活塞310的第二部分310b包括一個中空、基本為圓柱形的區(qū)域340。閉鎖筒350從圓柱形區(qū)域340的頂端開口處伸出。而閉鎖銷352軸向通過閉鎖筒350的中心伸出，并且能夠相對閉鎖筒350相上和向下移動。按照與上述參照圖1所描述的相同的方式，閉鎖銷352相對閉鎖筒350的位置確定形成閉鎖或者開鎖狀態(tài)。滾珠軸承(圖中未顯示)布置在圍繞閉鎖筒350圓周的孔354內(nèi)。正如圖1的對接機(jī)構(gòu)100所示，在與滾珠軸承接觸點(diǎn)處的閉鎖銷的直徑導(dǎo)致滾珠軸承或者向外伸出以實(shí)現(xiàn)閉鎖狀態(tài)，或者向內(nèi)陷落以實(shí)現(xiàn)開鎖狀態(tài)。
與圖1的對接機(jī)構(gòu)相比，優(yōu)選結(jié)構(gòu)中閉鎖銷352包括一個伸長部分352a和一個底板部分352b。一個偏移機(jī)構(gòu)，例如彈簧356，在閉鎖銷352和閉鎖筒350之間施加一個偏移力。偏移力推動閉鎖銷352相對閉鎖筒350向下移動，以實(shí)現(xiàn)開鎖狀態(tài)。優(yōu)選結(jié)構(gòu)中彈簧356布置在閉鎖筒350的開口區(qū)域358內(nèi)，與閉鎖銷352的伸長部分352a同心。在圓形槽362內(nèi)固定著一個卡環(huán)360，用來限定閉鎖銷352在閉鎖筒350內(nèi)的下端位置。
為了相對閉鎖筒350向上移動閉鎖銷352，在閉鎖銷352的底板部分352b上施加流體壓力。為了方便，用來施加流體壓力的流體為空氣。第三流體輸送通道364通過容器312的底板部分312b，優(yōu)選結(jié)構(gòu)中通過鉆通容器312底板部分312b上的孔來形成。與作為第一和第二流體通道318和320的孔一樣，作為第三流體通道的孔的尺寸應(yīng)與傳統(tǒng)軟管接頭相配合。
當(dāng)通過第三流體通道364施加壓力后，閉鎖銷352克服彈簧356的偏移力而被迫向上移動。彈簧356被壓縮，閉鎖銷352在閉鎖筒350內(nèi)向上，以實(shí)現(xiàn)閉鎖狀態(tài)。優(yōu)選結(jié)構(gòu)中在366位置處提供O形圈，以防止流體壓力泄漏。
當(dāng)通過第三流體通道364施加的流體壓力被釋放后，在圓柱區(qū)域340上的壓力接近為大氣壓力，彈簧356的偏移壓力推動閉鎖銷352向下運(yùn)動。閉鎖銷在偏移力的作用下向下移動，形成開鎖狀態(tài)。
在發(fā)生功率損失時，流體壓力降為大氣壓力。因此，當(dāng)壓力釋放后，會發(fā)生相同的事件序列。所以，閉鎖銷352在偏移力的作用下移動到開鎖狀態(tài)。因此，由于例如斷電導(dǎo)致的電力功率損失，會引起對接機(jī)構(gòu)300處于開鎖狀態(tài)。測試頭和外圍設(shè)備能夠很容易地相互分離，而不需要操作者直接操縱對接機(jī)構(gòu)或者使用特殊的工具。
在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，由空氣壓縮機(jī)(圖中未顯示)通過一組電力驅(qū)動閥(即歧管)向第一、第二和第三流體輸送通道318、320和364提供流體壓力。每個閥都按照電控制信號動作。每個閥都具有一個從壓縮機(jī)來的壓力輸入口、一個廢棄輸入口和一個通過軟管與第一、第二和第三輸送通道中的一個連接的輸出口。當(dāng)對某個閥的控制信號被肯定后，閥就在壓力輸入口和輸出口之間輸送空氣，因此向?qū)訖C(jī)構(gòu)300的各個輸送通道提供壓縮空氣。當(dāng)獲得一個否定的電信號——或者功率損失——閥采取缺省狀態(tài)，壓力輸入口被堵塞，廢氣口連接到輸出口上。在這種情況下，向各個輸送通道提供大氣壓力。
優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，閉鎖筒350并不是固定連接在活塞310的第二部分310b上。閉鎖筒350有一個圍繞其外邊緣伸出的臺肩370，它與從活塞第二部分310b開口的內(nèi)圓周上伸出的法蘭盤372松散配合。通常，彈簧356的偏移力向上推動閉鎖筒350，使閉鎖筒350保持在確定的位置。但是在閉鎖過程中，接受器112能推動閉鎖筒350相對活塞第二部分310b向下移動。
當(dāng)閉鎖銷352處于閉鎖(上端)位置，閉鎖筒350能夠插入接受器112中。閉鎖筒插入接受器112的動作導(dǎo)致接受器壓迫閉鎖筒350相對閉鎖銷352向下運(yùn)動。這會暫時形成開鎖狀態(tài)，其中閉鎖銷周圍的滾珠軸承繞閉鎖銷352的狹窄區(qū)域374向內(nèi)陷落。一旦接受器越過滾珠軸承，閉鎖筒350向上彈起，會重新形成閉鎖狀態(tài)，而接受器112被牢牢固定在確定的位置上。材料優(yōu)選結(jié)構(gòu)中對接機(jī)構(gòu)300安裝在測試頭的頂端，接受器連接在諸如探測器和機(jī)械手之類的外圍設(shè)備上。為了保持測試頭的重量相對較輕，優(yōu)選結(jié)構(gòu)中對接機(jī)構(gòu)300的容器312使用輕質(zhì)、堅固的材料例如鋁制造。出于強(qiáng)度和彈性的考慮，活塞310優(yōu)選使用不銹鋼。
優(yōu)選結(jié)構(gòu)中在容器312頂端的開口內(nèi)提供圓柱形黃銅襯墊376，以防止活塞310在容器內(nèi)上下移動時破壞活塞310和容器312的內(nèi)壁。優(yōu)選結(jié)構(gòu)中黃銅襯墊壓入配合容器的上端部分310a。
在位置326、328、330、332和336上提供的O形圈優(yōu)選由橡膠制成。O形圈上涂有傳統(tǒng)的O形圈油脂，以保證氣密密封。
優(yōu)選結(jié)構(gòu)中彈簧326為簡單的卷簧，完全壓縮時能夠提供大約10磅的力。彈簧力必須足以克服由位置366處的O形圈引起的密封阻力，以便當(dāng)閉鎖銷上的壓力釋放后能夠形成開鎖狀態(tài)。對接機(jī)構(gòu)的構(gòu)形對接機(jī)構(gòu)300實(shí)質(zhì)上允許其組成部件按照三種方式定位●活塞310在容器312內(nèi)處于上端或者下端；●閉鎖銷352能夠在活塞310的第二部分310b內(nèi)處于上端或者下端；以及●閉鎖筒350能夠在活塞310的第二部分310b內(nèi)處于上端或者下端。
忽略這些部件的中間位置(即在上端和下端之間)，對接機(jī)構(gòu)300具有8種可能的構(gòu)形。其中四種與測試頭和外圍設(shè)備的對接有特殊的關(guān)系。這些構(gòu)形圖示在圖5A-5D中。
圖5A顯示對接結(jié)構(gòu)300處于“準(zhǔn)備閉鎖”的構(gòu)形?；钊?10位于上端(未被拉下)，閉鎖銷352在上端(閉鎖)，閉鎖筒350也在上端。在這種構(gòu)形中，對接機(jī)構(gòu)300沒有插入接受器。
圖5B顯示對接機(jī)構(gòu)處于“閉鎖”的構(gòu)形。這種構(gòu)形除了閉鎖筒350處于下端的位置外，與圖5A中的準(zhǔn)備閉鎖構(gòu)形完全相同。當(dāng)閉鎖筒350插入接受器鐘那一刻，就形成閉鎖構(gòu)形。接受器內(nèi)的墊圈(圖中未表示)向下推動到閉鎖筒350內(nèi)的滾珠軸承上，使得閉鎖筒350下壓彈簧356使其壓縮。一旦墊圈越過滾珠軸承，閉鎖筒350重新向上彈起。然后就重新形成圖5A所示的準(zhǔn)備閉鎖構(gòu)形。此時，接受器緊緊地固定在閉鎖筒350周圍的滾珠軸承之下。
在圖5C中，對接機(jī)構(gòu)300顯示為“拉下”構(gòu)形。對接機(jī)構(gòu)300已經(jīng)被閉鎖在接受器中?；钊?10被驅(qū)動到其下端位置，將測試頭和外圍設(shè)備拖到一起?；钊?10的力壓迫彈簧在測試頭和外圍設(shè)備內(nèi)接觸，因而允許測試頭與被測試設(shè)備通電接觸。對接機(jī)構(gòu)一直保持這種構(gòu)形，直到測試結(jié)束。
一旦測試結(jié)束，對接機(jī)構(gòu)300就采取“開鎖”構(gòu)形，如圖5D所示。活塞310移動到其上端位置(未被拉下)，閉鎖銷352移動到其下端位置(開鎖)。在這種開鎖構(gòu)形中，測試頭和外圍設(shè)備能夠通過簡單的拖動而相互分開。
在發(fā)生意外功率損失時，對接機(jī)構(gòu)300為如圖5D所示的開鎖構(gòu)形。如上所述，功率損失導(dǎo)致從歧管來的壓力降為大氣壓力。因為在測試頭和外圍設(shè)備內(nèi)的彈簧載荷接觸傾向于將測試頭推離外圍設(shè)備，彈簧載荷接觸也傾向于將活塞310推回到其上端位置。在閉鎖筒350內(nèi)，彈簧356推壓閉鎖銷352回到下端位置，對接機(jī)構(gòu)300形成與接受器的開鎖狀態(tài)。測試頭和外圍設(shè)備的對接順序圖6A-6C顯示使用對接機(jī)構(gòu)300在測試頭610和外圍設(shè)備612之間形成對接的順序。這些圖形沒有窮盡地顯示對接涉及的所有部件，也不是按照比例繪制的。這只是些非常簡化的圖，顯示對接測試頭和外圍設(shè)備的一般原理。
如圖6A所示，測試頭610包括一對對接機(jī)構(gòu)300。一對外部對齊套筒614，一對錐形導(dǎo)柱616和一對DIB(device interface board，設(shè)備界面板)對齊銷釘618。探測器柱620從測試頭610上伸出，用來從測試頭610內(nèi)的DIB(圖中未顯示)向外圍設(shè)備612傳遞電信號。而彈簧載荷接觸銷釘622從探測器柱620上伸出，用來形成和外圍設(shè)備612的導(dǎo)電接觸。
外圍設(shè)備612包括一對外部對齊銷釘630，用來與測試頭610上的外部對齊銷釘614接合。接受器632位于外圍設(shè)備612之外，用來容納從對接機(jī)構(gòu)300上突出的閉鎖筒350。在DIB對齊支架638內(nèi)的DIB對齊套筒634接受從外圍設(shè)備612上伸出的內(nèi)對齊銷釘636。另外，DIB對齊套筒634用來容納從測試頭610上突出的DIB對齊銷釘618。
當(dāng)測試頭和外圍設(shè)備開始被放置在一起進(jìn)行接合時，需要極精確地對齊。通常，測試頭610在機(jī)器的控制下相對外圍設(shè)備612移動到一個大致的位置和方向上，如圖6A中所示。一旦移動到大致的位置和方向，通常操作者手動控制將測試頭610移動到使測試頭和外圍設(shè)備鎖緊在一起的位置。
圖6B顯示操作者將測試頭610和外圍設(shè)備612鎖緊在一起后的位置。外部對齊銷釘630和外部對齊套筒614接合，DIB對齊銷釘618和對齊套筒634接合，對接機(jī)構(gòu)300與接受器632接合。注意彈簧載荷接觸點(diǎn)622還沒有被壓下。
為了完成對接順序，對接機(jī)構(gòu)300被同時驅(qū)動進(jìn)入拉下狀態(tài)(見圖5C)。對接機(jī)構(gòu)300的拉下動作導(dǎo)致彈簧載荷銷釘622被壓下，因而在測試頭610和外圍設(shè)備612之間形成通電接觸。然后就可以啟動半導(dǎo)體設(shè)備的高速測試。優(yōu)點(diǎn)從前面的描述中可以清楚地看出，對接機(jī)構(gòu)300能夠制造成具有非常低輪廓(low profile)的外形，以便很容易地安裝在測試頭的頂面上。因此，對接機(jī)構(gòu)300不會與測試頭內(nèi)其它關(guān)鍵部件發(fā)生嚴(yán)重的干涉。優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，對接機(jī)構(gòu)300與測試頭的頂面平齊，而不會比測試頭頂蓋厚。
同樣很明確，在發(fā)生功率損失時，對接機(jī)構(gòu)能夠自動開鎖。所以，操作者不必使用特殊的工具來手動使測試頭從外圍設(shè)備上脫開。操作者也不必在功率損失發(fā)生時，親身接近對接機(jī)構(gòu)300。
另外一個好處是，向?qū)訖C(jī)構(gòu)輸送流體壓力的軟管保持固定的位置，而不管對接機(jī)構(gòu)的構(gòu)形如何。相信軟管的固定位置能夠延長軟管的使用壽命，并且減小軟管在使用期間內(nèi)與對接機(jī)構(gòu)脫離的可能性。替換方案除了優(yōu)選結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)變化以外，也可以采用其它結(jié)構(gòu)和變化形式。
例如，如上所述的閉鎖銷352被流體壓力向上推動，而被彈簧356的偏移力向下推動。替換方案為，使用螺線管驅(qū)動并偏壓閉鎖銷352。當(dāng)螺線管通電后，螺線管推動閉鎖銷352進(jìn)入閉鎖位置。當(dāng)螺線管斷電后，螺線管拉著閉鎖銷352退回開鎖位置。在這種情況下，不需要彈簧356，因為在斷電時，螺線管能夠?qū)㈤]鎖銷拉回到開鎖位置而且只需要較少的力來移動閉鎖銷。因此，螺線管以及相關(guān)電子控制電路可以很小，不會犧牲對接機(jī)構(gòu)300的矮輪廓特性。
前面描述的偏移機(jī)構(gòu)為彈簧356。然而，也可使用其它偏移機(jī)構(gòu)，例如彈性材料，永久磁鐵，或者其它機(jī)構(gòu)，能夠在斷電后繼續(xù)施加力。
如上所述，對接機(jī)構(gòu)300使用流體壓力使活塞310返回上端位置。盡管通常需要很大的力來移動活塞310到低端位置(壓迫在測試頭和外圍設(shè)備內(nèi)的彈簧載荷接觸)，但通常只需要較小的力使活塞退回到上端位置。因此，作為施加流體壓力使活塞310退回上端位置的一種替代方案，可以使用第二偏移機(jī)構(gòu)向活塞310施加一個向上的偏移力。正如第一偏移機(jī)構(gòu)，第二偏移機(jī)構(gòu)可以是彈簧，彈性材料，或者永久磁鐵。另一種替代方案是，通過手動在閉鎖筒350上施加力將活塞推動到上端位置。因此，可以避免使用流體壓力和第二偏移機(jī)構(gòu)。
為了使用方便和便于維護(hù)，空氣被作為優(yōu)選流體用來施加流體壓力以移動對接機(jī)構(gòu)300的部件。其它流體，氣體和液體，都可用來取代空氣。使用流體狀態(tài)的液體實(shí)際上帶來了允許容器312減小尺寸的好處，因為液體能夠傳遞比空氣高的壓力。所以，通過使用液體來施加流體壓力，有可能使對接機(jī)構(gòu)300變得更小。
如上所述，驅(qū)動對接機(jī)構(gòu)300的移動部件需要施加正壓力。然而，也可以使用負(fù)壓力(真空)，這在設(shè)計上只需稍作調(diào)整，這一點(diǎn)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。
如上所述，優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，在部件接合處使用涂有O形圈油脂的O形圈來防止泄漏。作為替換方案，可以使用無油脂O形圈。另一種替換方案是，完全忽略O(shè)形圈，而活塞與容器的尺寸采用緊配合，這樣能將空氣泄漏減少到可以接受的水平(研磨密封lapped seal)。也可以使用T形密封、法蘭密封或者其它彈性密封。
在上面的描述中，對接機(jī)構(gòu)300連接在測試頭上，而接受器連接在外圍設(shè)備上。在替換方案中，這種配置可以被反過來，對接機(jī)構(gòu)連接在外圍設(shè)備上，而接受器連接在測試頭上。
每個替換方案和變化形式，以及其它修改，發(fā)明者都已經(jīng)考慮到并包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。所以應(yīng)當(dāng)理解，前面的描述是示例性的，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)只受權(quán)利要求的精神和范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種適于對接測試頭和外圍設(shè)備的對接機(jī)構(gòu)，包括一個閉鎖筒；一個可移動地置于閉鎖筒內(nèi)的閉鎖銷；一個施力機(jī)構(gòu)，用來在第一方向上向閉鎖銷施加力，已形成閉鎖狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生功率損失后，所述施力機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的力基本為零，基本順從閉鎖銷的移動；以及一個偏移機(jī)構(gòu)，在與第一方向相反的方向上向閉鎖銷施加力，以形成開鎖狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生功率損失后，所述偏移機(jī)構(gòu)完全保持原有的力。
2.如權(quán)利要求1中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，施力機(jī)構(gòu)包括一個施加流體壓力以相對閉鎖筒移動閉鎖銷，從而形成閉鎖狀態(tài)的流體壓力源。
3.如權(quán)利要求2中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，偏移機(jī)構(gòu)包括連接在閉鎖銷和閉鎖筒上并在閉鎖銷和閉鎖筒之間施加力的彈簧。
4.如權(quán)利要求1中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，施力機(jī)構(gòu)包括連接在閉鎖銷上的螺線管，它施加的力用來相對閉鎖筒移動閉鎖銷，以形成閉鎖狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，偏移機(jī)構(gòu)包括連接在閉鎖銷和閉鎖筒上并在閉鎖銷和閉鎖筒之間施加力的彈簧。
6.如權(quán)利要求1中所述的對接機(jī)構(gòu)，還包括一個中空的基本為圓柱形的容器；一個活塞，具有可移動地置于所述容器中的第一部分，和通過容器上的一個孔從第一部分上伸出的第二部分；其中施加在活塞表面上的流體壓力引起活塞在容器內(nèi)移動，并且其中閉鎖筒從活塞第二部分上的開口內(nèi)伸出。
7.如權(quán)利要求6中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，在施加于活塞第一表面上的流體壓力的作用下，活塞在第一方向上移動，而在施加于活塞第二表面上的流體壓力的作用下，在第二方向上移動。
8.如權(quán)利要求6中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，閉鎖銷、閉鎖筒和活塞都相對一個垂直軸同心對齊。
9.如權(quán)利要求6中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，活塞的第一部分具有一個上表面，而容器包括一個輸送通道，用來向活塞上表面提供流體壓力，通過輸送通道提供的流體壓力傾向于使活塞的第二部分至少部分地退回容器中。
10.如權(quán)利要求9中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，輸送通道具有一個進(jìn)入容器的開口，而活塞第一部分的上表面包括一個通過液體壓力連接到容器開口的卸載區(qū)域，其中卸載區(qū)域的表面積足夠大，能將液體壓力轉(zhuǎn)化成為足以移動活塞的力。
11.如權(quán)利要求9中所述的對接機(jī)構(gòu)，還包括至少一個在活塞和容器之間的流體阻擋密封，防止通過輸送通道施加的流體壓力泄漏。
12.一種適于對接測試頭和外圍設(shè)備的對接機(jī)構(gòu)，包括一個中空的基本為圓柱形的容器；一個活塞，具有可活動地置于所述容器內(nèi)的第一部分和從第一部分伸出通過容器上一個孔的第二部分，適于連接在接受器上的閉鎖筒，從活塞第二部分的開口上伸出，其中通過在活塞的一個表面上施加流體壓力，活塞能夠在容器內(nèi)移動；以及一個閉鎖機(jī)構(gòu)，從活塞第二部分的開口中伸出，形成與外圍設(shè)備的閉鎖或者開鎖狀態(tài)。
13.權(quán)利要求12中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，在施加在活塞第一表面上的流體壓力的作用下，活塞在第一方向上移動，而在施加在活塞第二表面上的流體壓力的作用下，在第二方向上移動。
14.權(quán)利要求12中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，活塞的第一部分具有一個上表面，而容器包括一個輸送通道，用來向活塞上表面提供流體壓力，通過輸送通道提供的流體壓力傾向于使活塞的第二部分至少部分地退回容器中。
15.權(quán)利要求14中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，輸送通道具有一個進(jìn)入容器的開口，而活塞第一部分的上表面包括一個通過液體壓力連接到容器開口的卸載區(qū)域，其中卸載區(qū)域的表面積足夠大，能將液體壓力轉(zhuǎn)化成為足以移動活塞的力。
16.權(quán)利要求14中所述的對接機(jī)構(gòu)，還包括至少一個在活塞和容器之間的流體阻擋密封，防止通過輸送通道施加的流體壓力泄漏。
17.權(quán)利要求14中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，活塞的第一部分具有一個下表面，而容器包括一個第二輸送通道，用來向活塞下表面提供流體壓力，流體壓力傾向于使活塞的第二部分至少部分地伸出容器外。
18.權(quán)利要求17中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，第二輸送通道具有一個進(jìn)入容器的開口，而活塞第一部分的下表面包括一個通過液體壓力連接到進(jìn)入容器的第二輸送通道開口的卸載區(qū)域。
19.權(quán)利要求12中所述的對接機(jī)構(gòu)，還包括一個從活塞第二部分中的開口中伸出的閉鎖筒；一個可移動地置于閉鎖筒內(nèi)的閉鎖銷；一個施力機(jī)構(gòu)，用來在第一方向上向閉鎖銷施加力，以形成閉鎖狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生功率損失后，施力機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的力基本為零，基本服從閉鎖銷的移動；以及一個偏移機(jī)構(gòu)，在與第一方向相反的方向上向閉鎖銷施加力，以形成開鎖狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生功率損失后，所述偏移機(jī)構(gòu)完全保持原有的力。
20.如權(quán)利要求19中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于活塞第二部分包括一個基本中空的區(qū)域，具有至少一個內(nèi)側(cè)面；并且閉鎖銷包括一個底板部分，該部分通過一個流體阻擋密封與基本中空區(qū)域的至少一個內(nèi)側(cè)面發(fā)生接觸。
21.如權(quán)利要求20中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，容器具有一個第二液體輸送通道，用來向閉鎖銷的底板部分提供流體壓力。
22.如權(quán)利要求2 1中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，液體壓力在閉鎖銷底板上施加的力傾向于移動閉鎖銷形成閉鎖狀態(tài)。
23.如權(quán)利要求22中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，偏移機(jī)構(gòu)包括一個彈簧。
24.如權(quán)利要求23中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，閉鎖銷通過閉鎖筒第二部分上的開口，可移動地置于活塞的第二部分內(nèi)。
25.如權(quán)利要求24中所述的對接機(jī)構(gòu)，其特征在于，彈簧與閉鎖銷同軸安裝，并從閉鎖銷底板部分上伸向閉鎖筒，因此在閉鎖銷和閉鎖筒之間施加一個推力。
26.一種適于對接測試頭和外圍設(shè)備的對接機(jī)構(gòu)，包括一個中空的基本為圓柱形的容器；一個活塞，具有可活動地置于容器內(nèi)的第一部分和從第一部分伸出通過容器上一個孔的第二部分，通過在活塞的一個表面上施加流體壓力，活塞能夠在容器內(nèi)移動；以及一個閉鎖機(jī)構(gòu)，形成與外圍設(shè)備的閉鎖或者開鎖狀態(tài)，閉鎖機(jī)構(gòu)包括一個從活塞第二部分開口中伸出的閉鎖筒；一個可移動地置于閉鎖筒內(nèi)的閉鎖銷；一個施力機(jī)構(gòu)，用來在第一方向上向閉鎖銷施加力，以形成閉鎖狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生功率損失后，所述施力機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的力基本為零，基本順從閉鎖銷的移動；以及一個偏移機(jī)構(gòu)，在與第一方向相反的方向上向閉鎖銷施加力，以形成開鎖狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生功率損失后，所述偏移機(jī)構(gòu)完全保持原有的力。
27.一種對接測試頭和外圍設(shè)備的方法，包括將連接在測試頭和外圍設(shè)備中的一個上的閉鎖筒插入連接在測試頭和外圍設(shè)備中的另一個上的接受器中；在置于閉鎖筒內(nèi)的閉鎖銷上施加移動力，移動閉鎖銷與接受器閉鎖的位置，當(dāng)功率損失時，所施加的力基本消失為零；在與閉鎖銷移動力相反的方向施加偏移力，偏移力傾向于使閉鎖筒內(nèi)的閉鎖銷移動到相對接受器開鎖的位置，在發(fā)生功率損失時，所述偏移力保持不變。
28.權(quán)利要求27中所述的方法，還包括拉動閉鎖筒以減小測試頭和外圍設(shè)備之間的距離，包括向容器內(nèi)的活塞上施加流體壓力，活塞機(jī)械連接在閉鎖筒上以便活塞的運(yùn)動轉(zhuǎn)化為閉鎖筒的運(yùn)動。
全文摘要
一種用于對接測試頭和外圍設(shè)備的對接機(jī)構(gòu)，包括從氣動活塞(310)上伸出的閉鎖機(jī)構(gòu)。閉鎖機(jī)構(gòu)包括閉鎖筒(350)、閉鎖銷(352)和偏移彈簧(356)。通過第一流體通道(364)施加在閉鎖銷上的流體壓力使得閉鎖銷向前移動到閉鎖位置。從第一通道釋放流體壓力使得閉鎖銷在偏移彈簧的作用下退回原位。通過第二流體通道(318)施加在活塞(310)表面上的流體壓力導(dǎo)致閉鎖機(jī)構(gòu)整體后退。當(dāng)測試頭和外圍設(shè)備閉鎖在一起時，這種后退使得外圍設(shè)備相對測試頭被拉下來，因此導(dǎo)致在測試頭和被測試設(shè)備之間形成導(dǎo)電接觸。
文檔編號G01R31/317GK1457431SQ02800234
公開日2003年11月19日 申請日期2002年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月7日
發(fā)明者布賴恩·J·博瑟, 大衛(wèi)·W·萊溫內(nèi)克 申請人:泰拉丁公司