[发明专利]测试头定位系统和方法

说明书

本申请是2004年3月31日提交的申请号为“200480008815.9” (PCT/US2004/009774)的发明专利申请“测试头定位系统和方法”的 分案申请。

技术领域

本发明涉及用于定位和操纵负载的系统，更具体地说，涉及用于 定位和操纵测试头的系统。

背景技术

在集成电路(IC)及其它电子设备的制造中，采用自动测试设备 (ATE)的测试在整个过程的一个或多个阶段进行。一些专用搬运装 置被用于将待测器件放置到测试位置。一些情况下，这些专用搬运装 置也可以使待测器件置于合适的温度下和/或在进行测试时将它保持 在合适的温度下。这些专用搬运装置有很多种类型，包括用于测试晶 片上未封装器件的“探测器”和用于测试封装件的“器件搬运机”；这 里，“搬运装置”或外围设备将用于表示这种外围装置的所有类型。电 子测试本身带有庞大而昂贵的ATE系统，该系统包括一个需要与搬运 装置连接和对接(dock)的测试头。被测器件(DUT)需要准确、高 速的信号用于有效测试；因此，ATE中用于测试DUT的“电子测试设 备”通常位于测试头中，所述测试头必须尽可能近地靠近DUT。测试 头非常沉重，并且由于DUT随着电气连接的数量增加而变得日益复 杂，测试头的尺寸和重量已经从几百磅增加到目前的重达二、三千磅。 测试头通常通过缆线连接到ATE的固定主机，缆线为信号、地线和电 源提供传导路线。另外，测试头可能需要通过经常捆在缆线中的挠性 管为其供应冷却剂。

在复杂设备的测试中，必须在测试头和DUT之间建立成百上千个 电气连接。这些连接通过精密且密集分布的触点来实现。在晶片上未 封装器件的测试中，与DUT的实际连接通常是通过安装在一个探针板 上的针状探测器实现的。在封装器件的测试中，通常使用一种安装在 “DUT板”上的测试插座。不管为哪种情况，探针板或DUT板通常 适当地固定在搬运装置上，该搬运装置反过来将大量DUT各自放置到 测试位置。不管为哪种情况，探针板或DUT板还提供连接点，测试头 可以与这些连接点进行对应的电气连接。测试头通常配备有一个接口 单元，该接口单元包括接触元件以实现与探针板或DUT板的连接。通 常，这些接触元件为弹簧负载的“弹簧针”。总的来说，这些触点非常 脆弱并且精密，必须防止它们遭到损坏。

测试头操纵器可以用于相对于搬运装置操纵测试头。这种操纵可 以越过大约1米或更长的相对很长的距离。目标可以从一个搬运装置 快速改变为另一个，或者移动测试头远离当前搬运装置用于维修或者 改变接口部件。当测试头相对于搬运装置保持在某个位置以至于测试 头和探针板或DUT板之间的所有连接已经完成，就说测试头已经与搬 运装置“对接”。为了成功地进行对接，测试头必须关于笛卡尔坐标系 在六个自由度上精确定位。通常，先使用测试头操纵器操纵测试头进 入在对接位置大约几厘米范围内粗定位的第一位置，然后使用“对接 装置”实现最终精确定位。通常，对接装置的一部分设置在测试头上， 而其它部分设置在搬运装置上。因为一个测试头可以用于大量搬运装 置，通常首选的是将对接装置更贵重的部分放在测试头上。对接装置 可以包括一个将对接的两部分拉到一起从而对接测试头的致动器装 置；这被称为“致动器驱动的”对接。对接装置，或“对接”具有很 多重要的功能，包括：(1)将测试头与搬运装置对齐，(2)将测试头 和搬运装置拉到一起、然后分开，(3)为电触点提供预对齐保护，和 (4)将测试头和搬运装置锁扣或保持在一起。