CN103782182B - 驳接测试头与外围设备的方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种用于驳接电子测试头与外围设备的方法及装置，外围设备定位设备以供测试。并入有时亦称作运动特征的确切约束对准特征以在三个自由度上相对于外围设备的驳接平面提供测试头的可重复定位。不同对准特征用以提供平面性且在测试头与外围设备之间建立所需驳接距离。顺应性地安装确切约束对准特征以使得其能够在测试头与其远离最终驳接距离时将测试头定位于平面中，且在测试头移动至其最终驳接位置时维持彼位置。

Description

驳接测试头与外围设备的方法与装置

技术领域

本发明涉及测试集成电路或电子设备，尤其涉及驳接测试头与外围设备。

背景技术

在制造集成电路(integrated circuits；IC)及其他电子设备时，在整个程序的一或多个阶段处藉由自动测试装备(automatic test equipment；ATE)执行测试。使用将待测试设备置放于适当位置以供测试的特定处置装置。在一些状况下，特定处置装置亦可使待测试设备达到恰当温度及/或在待测试设备正在测试时将其维持于恰当温度下。特定处置装置具有各种类型，包含(例如)用于测试晶圆上的未封装设备的“探针仪”及用于测试已封装零件的“设备处置器”；本文中，术语“处置装置”或“外围设备”将用以指代所有类型的此等装置。电子测试本身由包含测试头的大且昂贵的ATE系统提供，测试头需要连接至处置装置且与处置装置驳接。测试中设备(Device Under Test；DUT)需要用于有效测试的精密高速信号；因此，ATE内的用以测试DUT的“测试电子设备”通常位于测试头中，测试头必须定位成尽可能接近DUT。随着电连接的数目增加，DUT持续变得日益复杂。此外，对于测试系统生产率的经济需求已导致需要并列地测试数个设备的系统。

此等要求已使测试头与外围设备之间的电连接的数目达到数千个且测试头的大小及重量相应地增长。目前，测试头重量可自几百镑至多达两千或三千镑。测试头通常藉由缆线连接至ATE的固定大型计算机，缆线提供用于信号、接地及电力的导电路径。另外，测试头可能需要藉由可挠性管将液体冷却剂供应至其，可挠性管常捆绑于缆线内。另外，某些现今的测试头藉由经由可挠性导管吹入的空气或藉由液体冷却剂及空气的组合冷却。在过去，测试系统通常包含电源供应装置、控制计 算机及其类似者的大型计算机。电缆线将大型计算机电子设备耦接至测试头中含有的“销电子设备”。大型计算机与测试头之间的缆线布设增加精确且可重复地操控测试头至所要位置的难度。若干现今的系统现在实际上将所有电子设备置放于可移动测试头中，而大型计算机仍可用以容纳冷却装置、电源供应器及其类似者。因此，待配合的电接点的增加的数目及空间密度与测试头及其缆线的增加的大小及重量使得更难以准确且可重复地相对于外围设备定位测试头。

在个别地测试复杂设备或并列测试许多复杂设备时，必须在测试头与一或多个DUT之间建立几百或几千个电连接。此等连接通常藉由易损、密集间隔的接点实现。在测试晶圆上的未封装设备时，通常藉由安装于探针卡上的针状探针达成至一或多个DUT的实际连接。在测试已封装设备时，通常使用安装于“DUT插座板”上的一或多个测试插座。本文中，术语“DUT配接器”将用以指代固持与一或多个DUT进行实际电连接的一或多个零件的单元。DUT配接器必须精确且可重复地相对于外围设备定位以便使数个DUT中的每一者可依次置放于适当位置以供测试。

可依据容纳DUT配接器的方式对测试系统分类。目前，在许多系统中，DUT配接器适当地固定至处置装置，处置装置通常包含有助于准确地定位DUT配接器的参考特征。本文中，此等系统将称作“外围设备安装式DUT配接器”系统。在其他系统中，DUT配接器附接至测试头且藉由适当地定位(亦即，驳接)测试头来相对于处置装置定位DUT配接器。此等后面的系统将称作“测试头安装式DUT配接器”系统。存在测试头安装式DUT配接器系统的两个可能的子类别。在第一子类别中，在定位或驳接测试头之前定位一或多个DUT。因此，定位测试头的动作使连接组件与DUT进行电接触。此配置可适用于晶圆级测试，其中外围设备首先定位晶圆且接着相对于晶圆定位测试头及DUT配接器(此处为经组态以探测晶圆上的许多或全部设备的探针卡)以使得针状探针接触DUT。在第二子类别中，首先定位或驳接测试头及DUT配接器，且随后在DUT配接器保持于适当位置时外围设备将DUT依次移动至适当位置以供测试。

应注意，DUT配接器亦必须提供测试头可与之进行对应电连接的连接点或接触组件。连接点的此集合将称作DUT配接器电子接口。另外，测试头通常装备有包含达成与DUT配接器电子接口的连接的接触组件的电子接口单元。通常，测试头接口接触组件为弹簧负载的“弹簧销(pogo pin)”，且收纳接触组件的DUT配接器为导电着陆衬垫。然而，可并入其他类型的连接设备以(例如)获得RF及/或关键模拟信号。在一些系统中，结合弹簧销使用此等其他类型的连接器。压缩几百或几千个弹簧销及/或配合其他式样的接点所需要的累积力可变得极高。此可为不利的，此是因为使接点连接所需要的力可为不合理的且作用于DUT配接器上的力可引起不良偏转。因此，已经在开发替代连接技术(诸如，零插入力技术)。举例而言，美国专利第6,833,696号(让与兴锐达公司(Xandex，Inc.))揭示一种系统，其具有形成于基板上的电接点结合使对应接点啮合而不使不适当力作用于探针卡或DUT板上的机构。进一步预期，在未来，微电磁机器(Micro Electromagnetic Machine；MEM)技术可用以在制造探针卡时形成电接点以作为其目前使用的扩展。总而言之，接点极其易碎且易损，且必须保护接点以防损坏。

在概述中(将进一步提供较详细描述)，驳接为相对于外围设备操纵测试头至适当位置以供测试的程序。在外围设备安装式DUT配接器系统中，驳接包含恰当且精确地结合测试头接口单元的接触组件与DUT配接器上的各别连接组件。在此等系统中，必须在定位及驳接程序期间为易损及易碎测试头接口接点提供保护。然而，在测试头安装式DUT配接器系统中，驳接的目标为相对于外围设备及/或DUT精确地定位DUT配接器。亦应注意，在测试头安装式DUT配接器系统中，当DUT配接器附接至测试头时，实现测试头接口接触组件与DUT配接器连接组件的结合，且因此接触组件受保护。然而，探针卡的极易损针状探针或易碎、精确制造的测试插座在定位及驳接期间暴露，且此等组件亦需要保护。

测试头操控器可用以相对于处置装置操纵测试头。此操纵可在约一公尺或更多的相对大距离上进行。目标为能够自一处置装置迅速改变至另一处置装置或移动测试头以远离目前处置装置以用于服务及/或用于 改变接口组件。当(如上文所概括)测试头相对于处置装置保持于某位置使得测试头与DUT配接器之间的所有连接已达成及/或DUT配接器处于其恰当位置时，测试头被称为“驳接”至处置装置。为了使成功驳接发生，必须相对于笛卡尔坐标系在六个自由度上精确地定位测试头。最经常，测试头操控器用以操纵测试头至与驳接位置的偏差在约几公分内的粗略对准的第一位置，且接着“驳接装置”用以达成最终精确定位。

通常，驳接装置的一部分安置于测试头上且驳接装置的其余部分安置于处置装置上。因为一测试头可服务数个处置装置，所以将驳接装置的较昂贵部分置于测试头上通常为较佳的。驳接装置可包含将驳接件的两个区段牵拉于一起，因而驳接测试头的致动器机构；此称作“致动器驱动”驳接。驳接装置或“驳接件”具有众多重要功能，包含：(1)使测试头与处置装置对准，包含使电接点精确对准，(2)将测试头与处置装置拉于一起及稍后分离(亦即，解除驳接)测试头与处置装置的充足机械优点及/或致动器功率，(3)在驳接操作及解除驳接操作两者期间提供对电接点的预对准保护，及(4)将测试头与处置装置闩锁或固持于一起。

根据英泰斯特(inTEST)手册(第5版1996年英泰斯特股份有限公司(inTESTCorporation))，“测试头定位”指对于成功驳接及解除驳接所需要的测试头至处置装置的容易移动结合与处置装置的精确对准。测试头操控器亦可称作测试头定位器。测试头操控器与适当驳接部件结合来执行测试头定位。此技术(例如)在上述英泰斯特手册中加以描述。此技术亦在众多专利公开案中加以描述，专利公开案例如包含美国专利第7,728,579号、第7,554,321号、第7,276,894号、第7,245，118号、第5,931，048号、第5,608,334号、第5,450,766号、第5,030,869号、第4,893,074号、第4,715，574号及第4,589,815号以及诸如WO05015245A2及WO08103328A1的WIPO公开案的部分清单，以上各案均以引用的方式并入以获得其在测试头定位系统的领域中的教示。上述专利及公开案主要是有关致动器驱动驳接。测试头定位系统亦为已知的，其中单一装置提供测试头的相对大距离操纵及最终精确驳接两者。举例而言，霍尔特(Holt)等人的美国专利第6,057,695号及格雷姆 (Graham)等人的美国专利第5，900,737号及第5,600,258号(其均以引用的方式并入)描述定位系统，其中驳接为“操控器驱动”而非致动器驱动。然而，致动器驱动系统为最广泛使用的，且将就此系统而言描述本发明；然而，一般熟习此项技术者将注意，本发明可适应操控器驱动系统。

如先前所陈述，测试头驳接的目标为相对于外围设备恰当地定位测试头。外围设备通常包含诸如界定“外围设备驳接平面”的安装表面的特征。连接至DUT(且因此连接至DUT配接器、DUT插座板或探针卡)的电接点必须位于与外围设备驳接平面平行的平面中。为了促进驳接，安装于外围设备上的驳接装置通常位于平坦金属板上，平坦金属板附接至外围设备使得其外表面与外围设备驳接平面平行。外围设备亦可包含使得能够恰当地定位DUT配接器的其他参考特征，诸如精确定位的销或插孔。

类似地，“测试头驳接平面”可与测试头相关联。测试头接口接触组件通常配置于与测试头驳接平面平行的平面中。笛卡尔坐标系可与测试头或外围设备驳接平面相关联，使得X轴及Y轴位于与驳接平面平行的平面中且Z轴垂直于驳接平面。Z方向上的距离可称作高度。应注意，可存在测试头接口接触组件的一个以上集合，其中每一集合的平面相对于驳接平面处于不同高度。在此文件的剩余部分中，在指代外围设备驳接平面时使用术语“驳接平面”而无修饰词。

当恰当地驳接时，测试头驳接平面实质上平行于外围设备驳接平面。达成此关系的程序常称作平面化且结果可称作“驳接平面性”。又，当恰当地驳接时，测试头与外围设备相距预定的较佳“驳接距离”。达成驳接平面性及驳接距离需要测试头的三个运动自由度，即：绕着平行于与测试头驳接平面相关联的X轴及Y轴的轴线的旋转及沿着Z轴的线性运动。最终，当恰当地驳接时，两个驳接平面将在对应于X方向及Y方向以及相对于绕着与Z轴平行的轴线的旋转的剩余三个自由度上对准。

在典型的致动器驱动定位系统中，操作者控制操控器的移动以操纵测试头自一位置至另一位置。此移动可藉由操作者直接施加力于系统中 的测试头上而手动地实现，在系统中测试头在其运动轴在线完全平衡，或此移动可经由使用直接由操作者控制的致动器来实现。在若干现今的系统中，测试头在一些轴在线藉由直接手动力的组合且在其他轴在线藉由致动器来操纵。

为了驳接测试头与处置装置，操作者必须首先操纵测试头至“准备驳接”位置，“准备驳接”位置接近其最终驳接位置且与其最终驳接位置近似对准。进一步操纵测试头直至其处于“准备致动”位置为止，在“准备致动”位置处，驳接致动器可接管对测试头运动的控制。致动器接着可牵拉测试头至其最终完全驳接位置。在如此进行时，各种对准特征提供测试头的最终对准。自最初至最终，驳接件可使用不同类型的对准特征的两个或两个以上集合以提供不同阶段的对准。在易碎电接点进行机械接触之前测试头在五个自由度上对准通常为较佳的。接着沿着垂直于接口的平面及外围设备驳接平面的直线推动测试头，此对应于六个自由度。

当驳接致动器在操作时(且当驳接对准特征不强加约束时)，测试头通常在其轴线的若干者(若非全部)上顺应地自由移动以允许最终对准及定位。对于适当地平衡且并非致动器驱动的操控器轴，此并非问题。然而，致动器驱动轴一般需要将顺应性机构建置至其中。美国专利第5,931，048号、第5,949,002号、第7,084,358号及第7,245，118号以及WIPO公开案WO08137182A2(均以引用的方式并入)中描述一些典型实例。常常，顺应性机构(特别用于非水平不平衡轴)涉及弹簧状机构，弹簧状机构除了顺应性的外亦添加某一量的弹性或“弹回”。另外，连接测试头与ATE大型计算机的缆线亦为弹性的，从而导致进一步弹回效应。当操作者试图操纵测试头至近似对准及至测试头可由驳接机构捕获的位置时，操作者必须克服系统的弹性，此在极其大又重的测试头的情况下可常为困难的。又，若操作者在驳接机构适当地啮合之前释放施加至测试头的力，则顺应性机构的弹性可使测试头移动远离驳接件。

史密斯(Smith)的美国专利第4,589,815号(以引用的方式并入)揭示现有技术驳接机构。′815专利的图5A、图5B及图5C中说明的驳接机构使用用以提供最终对准的两个导引销及插孔组合，及两个圆形凸 轮。导引销插孔位于角撑中，角撑亦固持与凸轮啮合的凸轮从动件。为了达成准备致动位置，凸轮必须配合于角撑之间以使得凸轮从动件可啮合位于凸轮的圆柱形表面上的螺旋形凸轮狭槽。将凸轮配合于角撑之间提供第一粗略对准且亦视情况提供对电接点、探针或插座的一定程度的保护。当凸轮由附接至其的把手旋转时，驳接件的两半拉于一起，其中导引销变得完全插入至其配合插孔中。线缆连接两个凸轮，使得其同步旋转。缆线配置使得能够藉由施加力至两个把手中的仅一者或另一者来操作驳接件。因此，在此状况下把手为驳接致动器。

随着测试头变得更大，′815驳接件的基本想法已演变为具有导引销及圆形凸轮的三个或四个集合的驳接件。此等分别称作三点及四点驳接件。本申请案的图1A及图1B说明具有四个角撑116、四个导引销112、四个互补插孔112a及四个圆形凸轮110的现有技术四点驳接件。(稍后更详细地描述此装置。)尽管已建构具有附接至四个凸轮110中的一或多者的致动器把手135的此“四点”驳接件，但图1A中所显示的驳接件并有操作缆线驱动器132的单一致动器把手135。当缆线驱动器132由把手135旋转时，缆线115移动使得四个凸轮110以同步方式旋转。凸轮110啮合附接至角撑116的凸轮从动件110a。此配置将单一致动器把手置放于对操作者便利的位置。又，可藉由适当地调整凸轮的直径与缆线驱动器的直径的比率来达成更大机械优点。在此等驳接件中，导引销112与其对应插孔112a之间的相互作用判定驳接测试头在与外围设备驳接平面平行的平面中的三个自由度上的位置。当凸轮110旋转时，凸轮从动件110a与凸轮狭槽129之间的相互作用控制剩余三个自由度，即，测试头相对于外围设备驳接平面的平面性及测试头与外围设备108之间的距离。当凸轮110已完全旋转时，附接至外围设备108的角撑116抵靠着测试头100，从而建立测试头100与外围设备108之间的最终“驳接距离”以及测试头的最终“驳接平面性”。

其他现有技术驳接件(诸如，由瑞德阿什曼公司(Reid Ashman，Inc.)制造的驳接件)在概念上类似，但利用线性凸轮代替圆形凸轮且利用固体连接件代替缆线来同步地驱动凸轮。科利登系统有限公司(Credence Systems Corporation)的美国专利第6,407,541号(以引用的方式并入) 中描述利用线性凸轮但线性凸轮由气动组件致动的另一方案。在′541专利中，“驳接条”达成与先前描述的“角撑”类似的目的。然而，当测试头已驳接时，驳接条不抵靠着被驳接至的单元；因此，凸轮从动件与凸轮之间的相互作用仅判定驳接距离及驳接平面性。

驳接件的另外其他变化是已知的。举例而言，美国专利第7，109,733号及第7,466，122号(皆以引用的方式并入)中揭示可在部分或完全动力模式中操作且并有缆线驱动的圆形凸轮的部分自动驳接件，两个美国专利皆让与本发明的受让人。WIPO公开案WO2010/009013A2(以引用的方式并入)中描述包含固体连接件驱动的圆形凸轮且可经动力驱动的另一驳接件组态，公开案亦让与本发明的受让人。此等驳接件利用导引销及插孔来在平面及角撑或等效物内建立位置以建立测试头与外围设备之间的驳接平面性及驳接距离。

另外，美国专利第5,654，631号及第5,744,974号中描述的驳接件利用导引销及插孔以使两半对准。然而，驳接件由真空设备致动，真空设备在施加真空时将两半推动于一起。只要维持真空，两半便保持锁定于一起。然而，可由真空设备产生的力的量限于大气压与有效面积相乘。因此，此等驳接件在其应用上受限制。

让与本发明的受让人的美国专利7，235,964及7,276,895(皆以引用的方式并入)描述使用相对大的对准销的驳接件(如′895专利的图14中所说明)，相对大的对准销通常附接至外围设备。销的直径在其远程处相对窄且在内部末端处大。又，两个凸轮从动件在销附接至外围设备的点附近附接至销。使用线性凸轮的凸轮系统机构附接至测试头。对准销的远程可首先插入至凸轮系统机构中以提供第一阶段的粗略对准。当推动测试头使其较接近外围设备时，较大直径进入凸轮系统机构以提供较接近对准。当朝向外围设备进一步推动测试头时，凸轮从动件最终啮合凸轮，凸轮接着可经致动以将两半拉至最终驳接位置。驳接距离及驳接平面性仅由凸轮与凸轮从动件之间的相互作用判定，而不涉及角撑。另外，有必要使凸轮系统机构充当销插孔，从而提供与销的充足相互作用以在与外围设备驳接平面平行的三个自由度上定位测试头。

在已提及的所有驳接件(包含致动器驱动式驳接件及操控器驱动式 驳接件)中，在与驳接平面平行的平面内的测试头的对准由导引销在其各别插孔内的配合判定。为了促进驳接及解除驳接的许多循环，导引销通常经设计以具有比其插孔的直径小千分的几英寸的直径。因此，测试头相对于外围设备驳接平面的最终驳接位置的准确性及可重复性限于至少通常千分的三至千分的五英寸。尽管此对于许多过去及现今的测试系统已经为可接受的，但预期对具有极大改良准确性及尤其可重复性的系统的需求增长。

如先前所指示，在外围设备安装式DUT配接器系统中驳接的目的为精确地配合测试头电子接口与DUT配接器电子接口。每一电子接口界定通常(但未必)与电接点的远程标称地平行的平面。当驳接时，此等两个平面必须彼此平行。通常，将DUT配接器制造为平面电路板且理想地固定至与外围设备的驳接平面平行的平面中的外围设备。因此，当驳接时，测试头电子接口的平面必须亦与外围设备驳接平面平行。为了防止电接点的损坏，较佳在允许电接点彼此机械接触之前首先在五个自由度上对准两个界面。若在驳接位置处接口的所定义平面与三维笛卡尔坐标系的X-Y平面平行，则对准必须发生于X轴及Y轴及绕着与X-Y平面垂直的Z轴的旋转(θZ或平摆)中，以便使各别接点彼此对齐。另外，可藉由绕着X轴及Y轴的旋转运动(纵摇及横摇)而使两个平面平行。使两个电子接口平面彼此平行的程序称作接口的“平面化”，且当已实现平面化时，界面称为“经平面化”或“共平面”。一旦经平面化且在X、Y及θZ上对准，驳接便藉由引起在与外围设备驳接平面垂直的Z方向上的运动而进行。

类似地，在测试头安装式DUT配接器系统中驳接的目的为精确地定位测试头，使得DUT配接器相对于外围设备恰当地定位。DUT配接器的探针尖端或插座接点构成电子测试接口，电子测试接口界定必须与外围设备的驳接平面经平面化的平面。另外，电子测试接口必须相对于驳接平面的X轴及Y轴且相对于绕着Z轴的旋转精确地对准。如同先前状况一样，在此等五个自由度上的对准较佳在Z方向上的最终定位之前发生。

在驳接的程序中，首先操纵测试头至接近外围设备。进一步操纵使 测试头到达“准备驳接”位置，在许多系统中，在“准备驳接”位置处，某一第一粗略对准部件大致处于适当位置以待啮合。另外进一步操纵将使测试头到达“准备致动位置”，在“准备致动位置”处，驳接机构可经致动。在准备致动位置处，已达成近似平面化及X、Y及θZ上的对准。当致动驳接件时，对准及平面化变得更精确。藉由进一步致动，在由对准特征判定的准确度上完成对准及平面化。此接着继之以Z方向上的连续运动，从而使测试头到达其最终驳接位置。在随后的本发明的实施方式中描述关于特定选定驳接件的其他细节。应注意，在操控器驱动的驳接中，如在先前提及的美国专利第6,057,695号、第5,900,737号及第5,600,258号中所描述，传感器侦测准备致动位置的等效者以便自粗略定位模式改变为精细定位模式。因此，对于一般熟习此项技术者而言，感测致动器驱动的驳接件中的准备致动位置将为由'695、′737及'258专利教示及揭示之物的自然扩展(直观且明显)。

已成功使用上述类型的驳接件，其中测试头重达且超过一千磅。然而，随着测试头变得甚至更大且随着接点的数目及空间密度按指数增加，数个问题变得显而易见。立即显而易见的是对定位准确性及可重复性的需求增加。另外，随着接点的数目增加，啮合接点且将其维持于适当位置所需要的力增加。通常，需要每接点几盎司；因此驳接具有1000个或更多接点的测试头出于此目的需要超过100磅或200磅。考虑到驳接件设计中存在的千分之几英寸的“倾斜量”，此等力与归因于操控器顺应性机构及测试头缆线的弹性的相对不可预测弹回效应结合使得可重复地及准确地执行测试头驳接日益困难。

发明内容

经由凯文(Kelvin)爵士及詹姆斯克拉克马克士威尔(James Clerk Maxwell)的著作追溯到19世纪中期或更早的“确切约束”或“运动”耦接的领域提供用于在两个对象之间提供刚性及可重复连接或耦接的技术。此等技术在应用于测试头驳接时可提供改良的准确性及可重复性。众多文章、学术报纸、商业刊物、专利公开案及因特网公布的简报提供关于运动耦接的设计及应用的信息。运动耦接的一般原理可见于以 下参考文献中，参考文献中的每一者以引用的方式并入本文中：

文章—黑尔雷顿卡特(Hale，Layton Carter)，Principles and Techniques forDesigning Precision Machines(用于设计精密机器的原理及技术)，UCRL-LR-133066，Lawrence Livermore National Laboratory，1999，https：//e-reports-ext.1lnl.gov/pdf/235415.pdf.；斯洛克姆(Slocum，A.H.)，Precision Machine Design(精密机器设计)，Prentice Hall，Englewood Cliffs，NJ，1992；史密斯(Smith,S.T.)，切特温德(Chetwynd，D.G.)，Foundations of Ultraprecision Mechanism Design(超精密机构设计的基础)，Gordon and Breach Science Publishers，瑞士(Switzerland)，1992。

技术论文—哈特(Hart，A.J.)，斯洛克姆(Slocum，A.H.)，威洛比(Willoughby，P.)，“Kinematic Coupling Interchangeability(运动耦接可互换性)”，PrecisionEngineering，2004，28：1-15；斯洛克姆(Slocum，A.H.)，“Design of Three-GrooveKinematic Couplings(三槽运动耦接的设计)”，Precision Engineering，1992年4月第14卷第2期67-76页；库尔佩普(Culpepper，M.L.)，“Design of Quasi-Kinematic Couplings(准运动耦接的设计)”，Precision Engineering，2008：338-357；斯洛克姆(Slocum，A.H.)及多梅兹(Donmez，A)，“Kinematic Couplings for Precision Fixturing--Part2：Experimental determination of repeatability and stiffness(用于精密夹具的运动耦接—第2部分：可重复性及劲度的实验判定)”，Precision Engineering，1988年7月第10卷第3期；斯洛克姆(A.H. Slocum)等人的美国专利第5,678,944号。

商业文献—微表面工程公司的滚珠科技分部(Ball-tek，Div.Of Micro SurfaceEngr.)，加利福尼亚洛杉矶(Los Angeles，CA)，商业网站，http：//www.precisionballs.com.；微表面工程公司的滚珠科技分部，“An Introduction toKinematics and Applications，Kinematic Components(对运动及应用的介绍，运动组件)”，http：//www.precisionballs.com/Introduction__to__Kinematics__andApplications.htm.；微表面工程公司的滚珠科技分部，“Micro Inch Positioning withKinematic Components(藉由运动组件的微英寸定位)”， http：//www.precisionballs.com/Micro_Inch_Posihoning_with_Kinematic Components.html.；微表面工程公司的滚珠科技分部，“The Kinematic Encyclopedia(运动百科全书)”，http：//www.precisionballs.com/KINEMATIC-ENCYCLOPEDIA.htm.；g2工程(g2engineering)，加利福尼亚蒙坦夫由(Mountain View，CA)，商业网站，http：//www.g2-engineering.com.；g2工程，加利福尼亚蒙坦夫由，“应用批注(Application Notes)”，http：//www.g2-engineering.com/spherolinder-applications.html；g2工程，加利福尼亚蒙坦夫由，“g2Engineering Catalog(g2工程目录)”，http：//www.g2-engineering.com/spherolinder-catalog.html。

另外，诸如加利福尼亚洛杉矶的微表面工程公司的滚珠科技分部(http：//www.precisionballs.com)及加利福尼亚蒙坦夫由的g2工程(先前为吉斯莫尼斯公司(Gizmonics，Inc.))(http：//www.g2-engineering.com)的公司出于建构运动或确切约束类型耦接及装置的目的而供应多种组件。本文中，作为理解本发明的辅助，提供对领域的基础的简要概述。

“运动耦接”的定义在不同著作中稍有不同；术语“运动”亦用以描述其他类型的机械设计。因此，一些作者偏好使用诸如“确切约束”或“确定性”的术语作为替换或修改者。在本揭示内容的剩余部分中，术语确切约束及运动将可互换地使用且常一起使用。简要地，术语运动或确切约束耦接指代对象之间的在所要自由度上约束相对运动且因此约束位置而通常无冗余或过度约束的耦接，且耦接需要力以将对象推动及固持于一起。技术的重要益处为其允许可重复性，可重复性可超过制造耦接组件的公差若干数量级。

运动/确切约束耦接的特性包含在离散接触点处啮合的对准特征，诸如一球形表面接触一平面表面或两个球形表面彼此接触。一般而言，若恰当地安置接触点，则一接触点为约束每一所要自由度所必要的。因此，六个接触点足以约束六个运动自由度。在其他情形中，可利用提供离散接触线的特征；此等有时(但并不始终)称作“准运动”。取决于组态，接触线可替换一或多个接触点。接触线亦可稍微过度约束系统，藉此稍微降低可能的可重复性。

存在确切约束/运动耦接的两种基本或传统组态，其在图18A及图18B中加以描绘(其在[黑尔(L.C.Hale)]的图6-4(a)及(b)之后)。第一图18A历史上通常称作“凯文钳夹”，此归功于凯文爵士。此处三个球形单元1821、1822、1823附接至第一物件1810。第一球1821接触第二对象1830上的平坦表面1831，从而产生单一接触点；第二球1822在两个点处接触第二对象1830上的V形槽1832；且第三球1823在三个点处接触第二对象1830上的开放倒四面体1833(显示为形成四面体的三个侧面的具有倾斜末端的三个垂直柱)。因此，提供六个接触点，从而约束两个对象之间的六个相对运动自由度。经常，倒四面体由倒圆锥或杯状体替换，从而藉由提供与配合球形的圆形接触线。后一种情形可视为较易于制造。凯文钳夹频繁用于可调整光学组件固持器中，诸如可自新泽西巴林顿(Barrington，NJ)的埃德蒙科学公司(Edmund Scientific)购得的Techspec“运动圆形光学安装台”。

图18B中所显示的第二组态(显而易见最初归功于马克士威尔(Maxwell))有时称作“滚珠及槽”组态或“三V”组态。此处，三个球形单元1851、1852、1853附接至第一物件1850；且三个对应V形槽1861、1862、1863安置于第二对象1860上，使得三个球可配合于各别槽内，从而每个槽-球组合提供两个接触点。三V组态用于众多应用中，包含(例如)显微镜中的样品固持器、机械加工中的工件固持器、模具，及坐标量测机器中的探针。

作为进一步论述的辅助，现介绍一些其他通用信息及术语。运动耦接通常包含数对特征。每一对中的一成员附接至待耦接的单元中的第一者且另一成员附接至另一单元。因此，在三V耦接中，存在三对滚珠-槽组合，其中滚珠附接至一单元且槽附接至另一单元。更一般而言，对中的每一成员包含一或多个表面，且表面经设计以使得当其彼此啮合时，其在离散点处或沿着离散线接触。为了辅助论述，一对中的一成员的(若干)表面可称作“(若干)接触表面”，且另一成员的(若干)表面可称作“(若干)配合表面”。因此，三V耦接中的槽的每一侧面可称作接触表面，且滚珠可称作配合表面；或滚珠可称作接触表面，且三V耦接中的槽的每一侧面可称作配合表面。其他形状可用以形成表面； 例如，哥德式弓形结构可用于代替平坦侧面V形槽。滚珠用作配合表面亦非必要的。可使其他形状(诸如，圆锥的尖端)在单一点处或沿着线接触表面。表面的其他对的实例包含滚珠抵着平坦表面按压从而提供单一接触点及滚珠抵着四面体按压从而提供三个接触点(如先前关于凯文钳夹组态所描述)。又一可能性为一滚珠抵着三个滚珠按压从而提供三个接触点。只要不同类型的接触足以控制所要自由度，则接触可用于一耦接中。

确切约束/运动耦接的众多其他组态是已知的，许多组态使用替代地塑形的特征以用于各种目的及应用。读者参考先前列出的刊物及组件供货商(诸如，上述滚珠科技及g2工程)以获得其他信息。然而，在本说明书中将按需要及/或在适当时呈现关于确切约束/运动耦接的其他细节。出于教示亦包含美国专利第5,678,944号，其描述“挠性安装台”运动耦接；在本说明书中适当时亦提及本揭示内容的各种态样。应注意，用于先前描述的现有技术驳接件中的对准特征并非此类型，此是因为对准特征经设计以具有某一“倾斜”量以藉由最小努力促进重复驳接及解除驳接；且因此其并非运动或位置约束。就此而言，可将使用确切约束/运动耦接原理的对准特征称作“位置约束”特征。

亦值得注意，尽管六个接触点可足以在六个自由度上约束刚性对象，但在耦接的对象中的一者或两者在负载下经受挠曲的情形中，额外约束可为必要的。

确切约束或运动耦接技术亦已用于某些测试系统及测试系统装置中。举例而言，美国专利第5，821，764号、第5,982，182号及第6，104,202号(均以引用的方式被包含)中揭示的装置使用三V运动耦接技术来在两半之间提供最终对准。亦可包含粗略对准销以提供初始对准。粗略对准销可具备捕捉机构，捕捉机构将导引销捕获于其孔中且防止其脱离。在′764及'202专利中，捕捉机构似乎自动地启动；而在′182专利中，将马达驱动的设备用于三个粗略对准销中的每一者。亦在′182专利中，三个马达可单独操作以实现驳接组件之间的平面化。在所有三个专利中，使用线性致动器以最终将两半拉于一起。线性致动器揭示为气动类型。在此类型的驳接件中，另一机构有必要用以提供足够预对准以防止对易 碎电接点的损坏。出于此理由，使用上述粗略对准销。因此，提供对准特征的两个集合，即：(1)粗略对准、松散配合的销-插孔组合，及(2)运动耦接。尽管运动耦接在定位两个实体时提供高度精确的可重复性，但关于′764及'202专利中描述的类型的驳接件的困难为最初调整运动耦接组件，使得在所有六个自由度上的必要定位准确性可为麻烦的。亦即，必须小心地校准V形槽及滚珠的位置以控制驳接平面中的X、Y及旋转位置以及两半的最终驳接距离及驳接平面性。然而，在′182专利中，单独控制致动器实现独立地调整驳接平面性及驳接距离参数的手段。

使用运动耦接技术的又一实例在美国专利第6,833,696号(让与兴锐达公司(Xandex，Inc.))及其同属专利(均以引用的方式被包含)中，其揭示测试系统驳接机构。在此系统中，三个球形滚珠藉由弹簧机构顺应地附接至测试头侧。亦附接至测试头的三个V形槽单元位于滚珠与测试头之间。在解除驳接位置中，滚珠不接触此等V形槽。三个V形槽的第二集合附接至外围设备侧。在驳接时，粗略对准部件用以导引测试头及三个滚珠至接近安装于外围设备上的槽，且致动器经连接以朝向外围设备进一步拉动测试头。滚珠接着啮合外围设备的槽集合。当致动器进一步移动测试头时，滚珠朝向测试头对抗顺应性而移动直至其最终变得包夹于槽的两个集合之间为止，槽的两个集合界定最终驳接位置。在此系统中，最终驳接位置的校准需要三个槽的两个对置集合及三个顺应性地安装的球的一集合的调整。此外，具有总共12个接触点的系统似乎不利地被过度约束。在此过度约束系统中，接点的一集合可与另一集合“战斗”从而导致可重复性降级。

日本东京电子有限公司的美国专利第5，828,225号提供又一实例。所揭示的系统包含用于相对于晶圆探针仪定位测试头的装置。如接下来所概述而使用确切约束耦接技术。三个球形单元安装于测试头上，安置于近似等边三角形的角处。两个V形槽单元安置于外围设备上以便收纳球形单元中的两者。倒圆锥安置于外围设备上以便以圆形接触线收纳第三球形单元。因此，提供(稍微过度约束的)六个自由度约束耦接。两个V形槽单元安装于附接至外围设备的致动器上。致动器经组态以在Z方向上线性地移动V形槽；亦即，朝向或远离测试头移动。倒圆锥在Z 方向上不可移动。致动器可由控制器控制以响应于由适当感测装置感测到的信息而调整每一V形槽的高度以建立两半之间的平面性。尽管此调整发生，但测试头可绕着位于倒圆锥特征内的第三球枢转。

如所指出，有必要施加力以将特征推动于一起且维持接触。此称作“预负载”力。在一些情况下，重力可充当预负载力。在其他情况下，可使用特定装置(诸如，弹簧)。预负载力在表面之间的接触点或接触线处产生反作用力。此等反作用力的分量可位于平面中及若干方向上以约束经耦接的对象的相对位置。可施加至运动耦接的力可足够高以在接触点或接触线处引起赫兹(Herzian)变形，从而将接触点或接触线转换为接触区域及可能随时间及操作循环而使可重复性降级。

发明者已认识到，将需要在具有用于大型测试头的定位约束的高度精确驳接件中保持此简单及已证实的技术。先前提及且稍后将更详细地描述的凸轮致动的驳接件组合与角撑及凸轮的预对准、驳接平面与导引销及插孔的紧密对准、藉由凸轮及角撑的驳接平面化及距离控制，以及藉由凸轮及凸轮从动件达成的机械优点及锁定，所有均使用相对简单机构。利用顺应性位置约束特征达成高度精确驳接。

附图说明

图1A是添加了驳接装置的现有技术测试头及外围设备的透视图。

图1B是图1A中所显示的外围设备的放大透视图，其中添加了坐标系以供参考。

图2A是典型角撑的透视图。

图2B是典型圆形凸轮的透视图。

图3A、图3B、图3C及图3D是在驳接图1A的测试头与图1A的外围设备中的一连串阶段的侧视图及部分截面图。

图4说明例示性凸轮槽。

图5A是根据本发明的添加有例示性驳接装置的例示性测试头及外围设备的透视图。

图5B是图5A中所显示的外围设备的放大透视图，其中添加了坐标系以供参考。

图6A是例示性V形槽特征块的透视图。

图6B是例示性顺应性特征单元的透视图。

图6C是图6B中所显示的例示性顺应性特征单元的分解图。

图6D是图6B中所显示的例示性顺应性特征单元的外壳的截面图。

图7是例示性顺应性特征单元与例示性V形槽特征接触的截面图。

图8A、图8B、图8C、图8D、图8E、图8F、图8G及图8H是在驳接图5A的测试头与图5A的外围设备中的一连串阶段的侧视图及部分截面图。

图9A是根据本发明的添加有第二例示性驳接装置的第二例示性测试头及外围设备的透视图。

图9B是图9A中所显示的外围设备的放大透视图，其中添加了坐标系以供参考。

图10A是倒圆锥特征块的透视图。

图10B是在远程包含四面体特征的顺应性特征单元的活塞轴件的透视图。

图11A是根据本发明的添加有第三例示性驳接装置的第三例示性测试头及外围设备的透视图。

图11B是图11A中所显示的外围设备的放大透视图。

图11C是图11A中所显示的测试头的放大透视图。

图12A是在远程包含倒圆锥特征的顺应性特征单元的活塞轴件的透视图。

图12B是四面体特征块的透视图。

图12C是图12A的活塞轴件接近接触图12B的四面体特征块的截面图。

图13A、图13B及图13C是在驳接图11A的测试头与图11A的外围设备中的一连串阶段的侧视图及部分截面图。

图14是第四例示性测试头及外围设备的透视图，其中DUT配接器是安装至测试头的插座板。

图15A、图15B及图15C是在驳接图14的测试头与图14的外围设备中的一连串阶段的侧视图及部分截面图。

图16是说明驳接方法中的步骤的流程图。

图17是说明用于提供顺应性位置约束耦接特征的一般化方法的流程图。

图18A是说明现有技术的“凯文钳夹”类型的确切约束或运动耦接的图。

图18B是说明现有技术的“滚珠及槽”或“三V”类型的确切约束或运动耦接的图。

具体实施方式

本发明提供对可用于现今的及现有技术驳接件的准确性及可重复性的显著改良。因此，将首先描述典型、例示性现有技术驳接系统的细节。在此之后将为结合类似驳接系统利用的本发明的例示性实施例的描述。亦将论述本发明的额外例示性实施例及应用，且将描述藉由此等实施例说明的驳接的新颖方法。应理解，驳接装置的众多式样及组态是已知的(其中许多先前已提及)，且一般熟习此项技术者可预期能够易于将本发明的概念应用于此等系统。随着论述进行，将提及数个替代方案，但此等方案并不意谓以任何方式限于本发明的范畴。藉由诸图的辅助进行描述，诸图意欲为说明性的且未必按比例绘制，亦不意欲充当工程图。

首先，在图1A及图1B、图2A及图2B以及图3A至图3D中说明例示性现有技术驳接件的选定细节。此驳接件先前在本发明的现有技术下提及且接下来将稍为详细地加以描述。此驳接件及相关描述包含来自先前提及的美国专利第4,589,815号(以引用的方式并入)中描述的早期驳接装置的态样。

图1A以透视图显示测试头100，测试头100通常固持于托架(未图示)中，托架又由测试头操控器(未图示)支撑。亦显示处置器装置108的剖视区段，测试头100可驳接至处置器装置108。DUT配接器144附接至处置器装置108；因此系统为外围设备安装式DUT配接器系统。在此特定实例中，处置器装置108可为已封装设备处置器且DUT配接器144可为DUT插座板。测试头100藉由一般向上运动自下方驳接至处置器装置108。其他定向是可能且已知的，包含(但不限于)：藉由向下 运动驳接至顶表面，藉由水平运动驳接至垂直平面表面，及驳接至与水平及垂直两者皆成角度的平面。通常，当处置器装置为晶圆探针仪时使用至顶表面的驳接；而所有组态最常与式样变化的封装处置器一起使用。图1B以稍微较大比例且更详细地显示设备处置器108。处置器装置108包含平面外表面109。图1B以虚线包含相互垂直的轴线X、Y及Z，轴线X、Y及Z形成右手笛卡尔坐标系。X轴及Y轴位于与处置器装置108的外表面109平行且亦与藉由DUT配接器144界定的平面平行的平面中。此等平面与先前界定的”外围设备驳接平面”平行。Z轴表示与DUT配接器144的垂直距离。绕着与Z轴平行的轴线的旋转称作“θZ”运动。

参看图1A，包含测试头电子接口126的信号接触环142耦接至测试头100。电子接126提供与测试头100内的测试电子设备的电连接。处置器装置108已耦接至其对应DUT配接器144，DUT配接器144包含电子接口128。在封装处置器中，DUT配接器144常包含一或多个测试插座。此等测试插座用于保持及形成与一或多个测试中设备的电连接，且因此DUT配接器144常称作DUT插座板或更简单地称作“DUT板”或“插座板”。在晶圆探针仪中，DUT配接器144可为包含针状探针的“探针卡”，针状探针用于与包含于晶圆上的未封装设备形成电连接。DUT接触组件(探针或插座)定位于板的与电子接128对置的侧上，电子接口128视情况提供与测试插座或探针的电连接，且因此DUT接触组件在图1A及图1B中不可见。电子接口126及128通常具有几百或几千个微小易碎的电接点(未清楚地图示)，当测试头最终驳接时，电接点必须以提供可靠的对应个别电连接的方式分别及精确地接合于一起(亦即，结合)。在典型现今的情形中，测试头电子接口126内的接点为微小弹簧负载的“弹簧”销122，且DUT配接器电子接口128上的对应接点为导电着陆衬垫123。(归因于比例，在图1A及图1B中不可个别地区别弹簧销122及着陆衬垫123。)亦可按特殊信号(诸如，射频信号及低位准模拟信号)的需要包含各种其他类型的接触设备。如此例示性状况中所展示，处置器装置108的下表面109含有处置器电子接口128，且测试头100藉由一般向上运动自下方被驳接。

处置器装置108包含参考特征131，在此状况下，参考特征131可为相对于处置器装置108的下表面109安置于精确位置处的内衬套管的孔。套管的内径通常可为约1/4英寸至3/8英寸。参考特征131用于恰当地对准DUT配接器144与处置器装置108，使得处置装置的定位机构可有效地将DUT置放成与测试插座或探针接触。举例而言，DUT配接器144可经设计以具有对应孔，使得临时合钉销可在DUT配接器144藉由适当扣件系固至处置器装置108时将DUT配接器144固持于适当位置。一DUT配接器144经系固，便可移除临时合钉(若需要)。此外，可利用参考特征131以对准信号接触环142与处置器装置108及DUT配接器144。因此，对应参考销133安装于信号环142上。为了促进相对容易插入，参考销133的全直径通常比参考特征131的套管的内径小千分之几英寸。又，参考销133通常在其远程为楔形的。此等两个属性促进参考销133进入对应参考特征131的套管中及相对于对应参考特征131的套管的滑动配合。较佳地，装置经设计以使得当参考销133与参考特征131完全结合时，电子接126的电接点与接口128的其对应各别电接点对准且完全导电接触。驳接的主要目标为操纵测试头100至提供此对准的位置及在测试时维持彼位置。

尽管已描述参考特征的特定组态，但熟习此项技术者将认识到，其他配置为可能的且在使用中。举例而言，参考销及插孔的位置可与置放于外围设备侧上的销及并入于测试头侧上的插孔颠倒。参考特征的基本作用为藉由在两半之间提供偏差在千分之几英寸内的初始对准来辅助驳接装置的初始设置。一旦已达成初始设置，参考特征用于重复驳接操作中的对准的使用可为可选的，其限制条件为驳接装置具有等效或优越对准部件。参考特征的位置亦可变化。为了说明，在某些情况下，外围设备侧参考特征可如上文关于图1A及图1B所描述与外围设备成一体；然而，在其他情况下，参考特征可包含于DUT配接器上，DUT配接器先前已在其装配期间与外围设备对准。参考特征在测试头侧上的位置可类似地变化。实际参考特征的细节对于待描述的本发明并非必需的。因此，在待描述的实施例中，参考标号131及131′将用以指示通用外围设备侧参考特征，且参考标号133及133'将用以指示通用测试头侧参考特 征。应进一步认识到，所展示的特征在本质上为通用的，且可用其他类型的特征取代而无描述本发明的任何一般性损失。

仍参看图1A及图1B，显示四点驳接装置；其部分附接至处置器装置108或附接至测试头100。面板106附接至测试头100。四个导引销112附接至面板106的四个角部且定位于四个角部附近。面板106具有中心开口且附接至测试头100，使得测试头信号接触环142及电子接口126可近接。导引销112界定具有与电子接口126近似共同中心的近似矩形。面板106与电子接口126较佳位于平行平面中。

角撑板114附接至处置器装置108的外表面109。角撑板114经安装以便与处置器装置108的外围设备驳接平面平行。角撑板114具有中心开口且附接至处置器装置108，使得DUT配接器144及电子接128可近接。四个角撑116附接至角撑板114，角撑板114的四个角部中的每一者附近定位一角撑116。图2A中显示典型角撑。每一角撑116具有与角撑板114平行的平面表面118。当驳接时，每一平面表面118与面板106上的各别着陆区域116a接触，从而在角撑板114与面板106之间建立驳接平面性及驳接距离两者。另外，每一角撑116具有钻孔于其中，较佳部分藉由精密套管113加衬的孔112a。下文中，组合将称作导引销插孔112a。每一导引销插孔112a对应于各别导引销112。此等导引销插孔及导引销经配置以使得当测试头100完全驳接时，每一导引销112将完全插入至其各别导引销插孔112a中。每一导引销112在其对应导引销插孔112a中的配合提供偏差在千分之几英寸内的配合。因此，导引销112及导引销插孔112a在测试头100与处置器装置108之间提供偏差在千分之几英寸内的对准。

四个驳接凸轮110可旋转地附接至测试头面板106。凸轮110为圆形的且类似于'815专利中描述的凸轮。图2B中显示典型凸轮。详言之，每一凸轮在其圆周上具有侧螺旋形槽129，其中顶面121上具有上部切口125。每一驳接凸轮110定位成接近各别导引销112，使得其一般以位于大致自测试头电子接口126的中心延伸穿过各别导引销112的线为中心，且使得导引销112位于凸轮110与测试头电子接126之间。角撑116具有圆弧形切口117使得当导引销112完全插入至角撑116中的导引销插孔112a中时，每一凸轮110的圆周邻接其各别角撑116中的圆弧形切口117且与圆弧形切117同心。凸轮110与导引销112的高度大致相同，从而界定与面板106平行的平面。当将测试头操纵至适当位置时，藉由角撑116与凸轮110及导引销112的相互作用提供的干扰提供对易损电接点的保护。凸轮从动件110a自每一角撑116的圆弧形切口117延伸。每一凸轮从动件110a配合至其各别凸轮110的顶面上的上部切125中。当首先操纵测试头100至适当位置以与处置器装置108驳接时，此配置在驳接组件之间提供偏差在约1/8英寸至1/4英寸内的保护性初始粗略对准。此初始粗略对准允许导引销112的楔形末端111进入其各别插孔112a中。角撑116、凸轮110及导引销112经配置以使得DUT配接器电子接口128保持与测试头电子接口126分离直至导引销112的全直径实际上收纳于其各别导引销插孔112a中之后为止。因此，向电接点提供预对准保护。因此，提供对准特征的两个集合，即：(1)角撑116相对于凸轮110的配合，及(2)导引销112与插孔112a组合。此等特征足以将测试头100导引至测试头电子接口126可准确地与DUT配接器电子接口128连接的位置。

具有附接的驳接把手135的圆形缆线驱动器132亦可旋转地附接至面板106。驳接缆线115附接至凸轮110中的每一者，且附接至缆线驱动器132。惰轮137适当地导引至及自缆线驱动器132的缆线路径。可藉由将力施加至把手135而使缆线驱动器132旋转。当缆线驱动器132旋转时，其将力转移至缆线115，缆线115又使凸轮110同步地旋转。操作凸轮的其他部件亦为已知的。此等部件包含(例如)如在美国专利第7,109,733号及第7,466，122号中描述的动力致动器及/或如在WIPO公开案第WO2010/009013A2中描述的固体连接件，所有此等专利及公开案均让与英泰斯特股份有限公司(inTEST Corporation)。

如先前所提及，凸轮从动件110a自每一角撑116的圆弧形切117延伸。每一凸轮从动件110a配合至其各别凸轮110的顶面上的上部切口125中。当凸轮110旋转时，凸轮从动件110a遵循其各别螺旋形槽129，因此将测试头100推动至其驳接位置。使用线性凸轮的驳接装置亦为已知的。实例包含由瑞德阿什曼公司(Reid Ashman，Inc.)制造的驳接件。 科利登系统有限公司(Credence Systems Corporation)的美国专利第No.6,407,541号以及英泰斯特股份有限公司(inTEST Corporation)的美国专利第7,235,964号及第7,276,895号中亦描述线性凸轮。

将参看图3A至图3D描述整个驳接顺序。此等图显示安装于面板106的截面上的凸轮110及导引销112的侧视图。注意，此等图未必按比例绘制。亦显示附接至角撑板114的角撑116的截面。角撑116的截面藉由图2A中的w-w指示。亦以相同的相对比例但示意性地显示DUT配接器144、信号接触环142、信号接触弹簧销122、DUT配接器着陆衬垫123，以及参考特征131及133。图3A以截面图显示驳接测试头100与处置器装置108的程序中的一阶段。此处，导引销112部分插入至角撑116中的导引销插孔112a中。凸轮从动件110a亦部分插入至凸轮切口125中。应注意，在此例示性状况下，导引销112在其远程附近为楔形且在较靠近其与面板106的附接点处具有恒定直径。

在图3B中，导引销112已插入至导引销插孔112a中到达恒定直径的区接近进入导引销插孔112a，较佳离进入导引销孔112a在百分之几英寸内的点。亦在图3B中，凸轮从动件110a已完全插入至其各别凸轮110的顶面上的上部切125中到达凸轮从动件110a在螺旋形凸轮槽129的最上末端处且触碰最上末端的深度。当以紧密公差制造及组装所有组件时，此状况在两个接126与128的平面之间建立近似平行性或平面性。在此组态中，驳接件准备藉由将力施加至把手135(图3A至图3D中未显示)及旋转凸轮110而致动。因此，图3B中所显示的组态可称作“准备致动”位置。应注意，在此位置，已大致达成五个自由度上的对准。详言之，若DUT配接器电子接126的平面为三维接口的X-Y平面，则接近于全直径插入至插孔112a中的导引销112已建立近似X、Y及θZ对准。此外，凸轮从动件110a完全至所有切125中的完全插入已在处置器装置电子接126与测试头电子接128之间以在一度的小分率内的偏差建立平面化。在驳接的此阶段，参考特征131与133尚未啮合，且电子接126与128仍分离。

在图3C中，凸轮110已部分旋转，从而使面板106移动到较接近角撑116及角撑板114。在此运动的过程中，导引销112的全直径已进入其各别导引销插孔112a，从而改良偏差在千分之几英寸内的X、Y及θZ对准。在此动作之后为参考销133接近参考特征131且接着与参考特征131初始啮合。在所显示的位置，参考销133与特征131处于初始啮合。因为藉由导引销112及导引销插孔112a提供的对准的误差及可重复性为正负千分之几英寸，所以较佳地，参考特征包含“引入”区(诸如，远程处的尖梢)以促进其初始啮合。

图3D显示完全旋转凸轮110的结果。测试头100现与处置器装置108“完全驳接”。在此位置，测试头电子接口126的个别电接点122(例如，弹簧销)与DUT配接器接口128的对应及各别电接点123(例如，着陆衬垫)完全结合。因此，理想地在各别接点122、123之间建立导电性。可看出：同步的完全旋转凸轮110已使凸轮从动件110a遵循螺旋形槽129到达较接近面板106的点。另外，导引销112完全插入至其各别导引销插孔112a中；且参考特征131及133彼此完全啮合。亦在驳接位置，角撑116的平面表面118抵靠着面板106的着陆区域116a且因此判定驳接实体之间的最终驳接距离及驳接平面化。合理地精确的机械加工及组装使得驳接的角撑板与面板之间的间距及平面性能够控制在正负千分之几英寸的偏差内。因为配合电接点通常经设计以在Z方向上具有一定范围的顺应性，所以此相对小变化通常并非问题。此外，邻近角撑之间的间距通常可在15英寸至20英寸的范围中；且此推断约为正负二分之一度的平面化准确性及/或可重复性。一接口平面相对于另一接口平面的此小的可能倾斜度不会导致其各别电接点的相对X、Y、θZ置放的任何显著程度的误差。。

因此，将接点相对于彼此定位的准确性及可重复性主要随X-Y平面中的准确性及可重复性而变。观察到，参考特征131与133的配合结合导引销112与导引销插孔112a之间的配合的紧密度判定处置器电子接口128与测试头电子接口126之间的最终对准。此等特征的各别配合应使得其可在无不适当力或紧束的情况下啮合及脱啮。又，较佳在特征的集合按顺序变得啮合及脱啮时避免特征的集合之间的干扰。举例而言，较佳地，导引销112与导引销插孔112a之间的配合应足够松散，使得参考特征131与133的啮合不会使导引销112紧束于导引销插孔112a内。因此，导引销112必须相对于参考特征133及角撑116两者精确地置放于面板106。为了促进此置放，导引销112可以允许调整其位置的方式附接。′815专利中描述广泛实践的进行此调整的方式。为了辅助此校准程序，可使用具有啮合参考特征133的特征以及经定大小以收纳导引销112且根据角撑116布局间隔开的贯穿钻孔的校准夹具。此等技术在此项技术中是熟知的。总而言之，通常可达成偏差在千分之几英寸的范围中的相对于X-Y平面的驳接准确性及可重复性。亦即，千分之几英寸的“倾斜量”存在于系统中。应注意，一旦将导引销112校准至恰当位置，参考特征131及133的使用在驳接中便可能并非必要的。此部分取决于参考特征131与133的间的配合的性质，且此情形已导致某些应用中的一些使用者在驳接中不利用此等特征。因此，出于此说明书的目的，参考特征可视为可选的。

总之，角撑116与凸轮110之间的偏差不到一英寸的初始粗略对准足以使得导引销112的楔形末端能够啮合各别插孔112a且允许凸轮从动件110a进入凸轮切口125。凸轮110的旋转使导引销112的全直径与插孔112a相互作用，从而控制相对于X-Y平面的三个自由度，而与凸轮从动件110a相互作用的凸轮槽129控制剩余三个自由度，即，高度及平面性(纵摇及横摇)。在最终驳接位置，此等高度及平面化自由度的对准已转移至角撑116且由角撑116控制。对于目前及感知的未来应用而言，相对于高度及平面性的准确性及可重复性是可接受的。然而，如先前所论述，对于目前技术水平及未来应用而言，偏差为千分之几英寸的X、Y及θZ的准确性及可重复性被许多人视为有问题。

在进行至描述本发明的实施例之前，回顾关于凸轮从动件的移动的一些信息是有用的。图4说明在凸轮110运动的各点处的凸轮从动件110a的垂直位置。图4适用于圆形(或圆柱形)凸轮以及如在先前描述的某些替代驳接装置中所使用的线性凸轮。图4中示意性地显示凸轮槽129及切口125的形状，图4未按比例绘制，此是因为其目的为说明性的。在点O处指示凸轮从动件110a可进入或退出凸轮槽的切口区域。凸轮从动件110a(说明为凸轮槽129中的各点处的虚线圆)在位置400处进入切口125，且随后到达对应于“准备致动”位置的位置410。切 口区域125连接至槽129的点O与A之间的大体水平区。此水平区长度大体为一至两倍凸轮从动件110a直径(但有时可较小)且表示总凸轮运动的仅一小部分(几度)。一旦凸轮从动件110a已插入至切口125的底部，凸轮110便可旋转以将凸轮从动件110a“捕获”于此水平区中。因此，凸轮从动件110a在位置420处经“捕获”。在点A处，当凸轮110进一步移动时，水平槽转变为倾斜槽。当凸轮110移动时，凸轮从动件110a相应地在垂直方向上升高或降低。在斜坡的下部末端的点B处，槽转变为长度通常为至少一或两倍凸轮从动件直径的大体水平区。在此较后区中，凸轮从动件110a处于其行进范围，且装置经完全驳接。当凸轮从动件110a处于为槽的最远范围的点C处(藉由位置440处的凸轮从动件110a说明)，装置视为经闩锁(或替代地，完全驳接及锁定)。自A至B的区可称作“中途”区(藉由位置430处的凸轮从动件110a说明)，且自B至C的区可称作驳接区。

参看图5A至图8H，现将描述本发明的第一例示性实施例。本发明的目标为提供用于将相对于驳接平面的驳接可重复性及准确性改良大约一个数量级或更好的方法及装置。简而言之，并入经由正性接触来约束位置及运动的确切约束/运动特征以在驳接平面中建立精确准确性及可重复性，同时保留现有现有技术特征(诸如，角撑及凸轮机构)以用于建立驳接距离及驳接平面性。尽管待描述的第一实施例并有滚珠及槽特征，但本发明不限于滚珠及槽特征；来自精密机械领域的其他特征类型(包含其他确切约束/运动特征)亦可如稍后将建议而调适。经提供以达成此等目标的特征将称作“位置约束”特征。

图5A说明根据本发明的并有位置约束特征的第一例示性装置。第一例示性装置类似于先前描述的图1A的现有技术装置，且外围设备安装式的DUT配接器系统。然而，已藉由添加位置约束特征而改良系统，位置约束特征包含附接至角撑板114的三个V形槽块211及附接至测试头面板106的三个对应的顺应性特征单元220(两个可见且一个大部分模糊而看不见)。图6A中更清晰地显示V形槽块211，且V形槽块211包含具有两个对置的向外倾斜侧面213a、213b的切口区212，从而形成截头V形槽。在所说明的例示性实施例中，侧面213a、213b相对于基 座部分214以45度角倾斜；然而，若需要，可利用其他角度。倾斜侧面213a、213b经间隔以收纳轴件224的球形远程226，球形远程226包含于图6B中所显示的顺应性特征单元220(稍后将描述)中，因此形成两个接触点。

如在包含各种先前提及的公开案及专利文件的确切约束/运动耦接的文献中所描述，倾斜侧面213a、213b可由其他形状结构(诸如，哥德式弓形结构)替换以提供与啮合球状表面的两个接触点。定向轴线215可与每一槽块211相关联。定向轴线215与基座区214的上表面平行并一致，且亦与倾斜侧面213a、213b平行并在倾斜侧面213a、213b之间的中途处。较佳地，槽块211配置于角撑板114上，使得其三个各别定向轴线215在外围设备侧电子接口128的中心处或附近相交。三槽块211亦需要位于合理地可能接近等边三角形的三角形的角处。基座部分214包含埋头螺钉孔216；穿过孔216且螺拧至角撑板114中的螺钉可用于紧固块211。若孔216制得相对于螺钉稍过大，则可按需要调整块211的位置。

图6B及图6C中分别以组装及分解的透视图显示例示性顺应性特征单元220。外壳222较佳由铝或其他金属材料制成，但可利用其他材料。外壳222显示为本质上圆柱形；然而，可利用其他形状。外壳222包含第一末端区223及第二末端区229。外壳222的第一末端区223包含经组态以收纳用于附接至面板106的螺钉(图5A中未显示)的螺纹孔221。图6D提供外壳222的截面图，其界定三个同心圆柱形孔251、253及255，孔251、253及255是端对端配置，从而提供穿过通道。稍后将更详细地论述的图7包含组装的顺应性特征单元220的截面图。孔255收纳且夹持套管233且经相应地定大小以用于压入配合。孔253收纳且夹持线性轴承230且亦经相应地定大小以用于压入配合。例示性线性轴承230为汤姆生精密钢珠套管轴承；上述'944专利亦描述可能替代方案。轴件224的直径经定大小以在线性轴承230内提供滑动配合。穿透末端区223的孔251稍大于轴件224的直径，从而允许轴件224自由地穿过孔251而移动。因此，轴件224插入穿过线性轴承，使得其半球形末端(远程)226穿透末端区223。活塞235附接至轴件224的对置或内部末端225，内部末端225经适当地机械加工以收纳活塞235。活塞235包含圆周O形环236，且组合经定大小以滑动地配合于套管233内，其中O形环236在活塞235与套管233之间提供相对气密密封。端帽241借助于由螺孔245收纳的螺钉243紧固至外壳222的第二末端区229。为了在端帽241与第二末端区229之间提供气密密封，配合于第二末端区229上的槽238内的O形环239提供于两者之间。因此，圆柱形空腔形成于活塞235与端帽241的间的套管233内。此空腔可藉由经由入口设备228供应的流体填充，因此提供可加压流体气缸/活塞组合以控制轴件224施加的力及轴件224的运动。在例示性实施例中，流体为处于受控压力下的空气。然而，根据需要及情况，可使用其他流体，包含(例如)其他气体或水力液体。

顺应性特征单元220附接至面板106，使得其外壳222位于面板106的背对外围设备108的侧上，且使得轴件224的远程部分延伸穿过面板孔271且指向外围设备108的方向。顺应性特征单元220藉由适当螺钉(未说明)附接至面板106，螺钉延伸穿过面板106中的适当孔且由外壳222的第一末端区223的外围中的螺纹孔221收纳。另外，顺应性特征单元220安置于面板106上，使得当测试头100在所要位置驳接至外围装置108时，轴件224的球形末端226以运动滚珠及槽耦接的方式接触槽块211的倾斜侧面213a、213b。

图7提供附接至面板106的顺应性特征单元220接触槽块211的截面图，槽块211附接至角撑板114。可看出，倾斜侧面213a在单一点214a处接触球形末端226且倾斜侧面213b在点214b处接触球形末端226。施加至活塞235的流体压力提供预负载力以使球形特征226与其各别槽侧面213a、213b紧固地啮合。此在图7中加以说明，其中流体压力已驱动活塞235至轴承230内的中途位置，从而驱动球形轴件末端226与槽块211接触。此配置提供测试头100与外围装置108的极其精确、高度可重复的位置约束驳接平面对准。用于安装槽块211及顺应性特征单元220中的任一者或两者的螺钉体孔可适当地过大，使得可微调任一者或两者的位置，以相对于驳接平面中的三个自由度调整或校准测试头100的驳接位置至所要位置。归因于轴件224在Z方向上的可移动性或顺应性，相对于剩余三个自由度的校准调整有利地为并非必要的且无需藉由任何额外机构说明。实情为，可如在现有技术中使用角撑116、凸轮110及凸轮从动件110a以控制此等剩余自由度。一旦经校准，测试头100便可在显著小于千分之一英寸的重复性下重复地驳接至所要外围设备。

然而，为了有效地工作，轴件224的轴线必须在球形末端226与槽侧面213a、213b进行实际实体接触之前大致预对准以便大致正交地与其各别槽块211的定向轴线215相交。较佳地，此预对准偏差应在千分之几英寸内以藉由允许组件擦过彼此来确保平滑操作且防止对组件的不适当磨损。藉由应用现有先前驳接技术，此目标可易于达成。

将参看图8A至图8H描述整个驳接顺序。如图3A至图3D的状况，此等图显示安装于面板106的截面上的凸轮110及导引销112的侧视图。亦显示附接至角撑板114的截面的角撑116的截面。角撑116的截面藉由图2A中的W-W指示。亦以相同的相对比例但示意性地显示接口板144、信号接触环142、信号接触销122(其在此例示性实施例中为弹簧销)、着陆衬垫123，及可选参考特征131及133。在此系列图中亦显示安装至面板106的顺应性特征单元220及安装于角撑板114上的各别槽块211的截面图。再次注意，此等图未必按比例绘制。

图8A显示处于“准备驳接”位置的装置，其中测试头100已与处置器装置108近似对准。在此初始位置，对准特征中无一者为啮合的。应理解，流体压力已施加至顺应性特征单元220的入口228，从而将活塞235驱动至套管233及孔255的末端处最接近面板106的位置，因而使轴件224处于延伸位置。

图8B显示驳接的下一阶段。此处，凸轮110的顶部刚好与角撑116的底部重迭，从而在X-Y平面中提供偏差在大约1/8至1/4英寸或更少内的粗略对准。另外，导引销112的尖端刚刚进入其各别导引销插孔112a。其他对准或精密特征中无一者开始起作用。

图8C显示以驳接测试头100与处置器装置108的程序中的下一阶段。此阶段对应于现有技术的实施例的先前论述中的图3A的阶段。此处，导引销112部分插入至角撑116中的导引销插孔112a中。凸轮从动件I10A亦部分插入至凸轮切口125中。应注意，在此例示性状况下，如图3A中，导引销112在其远程附近为楔形且在较靠近其与面板106的附接点处具有恒定直径。

图8D显示驳接测试头100与处置器装置108的程序中的下一阶段，其为“准备致动阶段”。此阶段对应于现有技术的实施例的先前论述中的图3B的阶段，且此处将不重复彼描述的细节。注意，在驳接的此阶段，轴件224的远程226不与槽块211接触，参考特征131与133尚未啮合，且电接点122及123仍分离。

在显示驳接的下一阶段的图8E中，凸轮110已部分旋转，从而使面板106移动得较接近角撑116及角撑板114。此位置对应于现有技术的实施例的先前论述中的图3C的位置。在关于图3C的论述的概述中，凸轮110已部分旋转从而拉动测试头100使其较接近外围设备108，凸轮从动件110A处于凸轮狭槽129中的中途位置，且参考特征131与133处于初始啮合。另外，导引销112的全直径刚刚进入导引销插孔112a。测试头现以千分之几英寸内的偏差相对于X-Y平面定位。另外，顺应性轴件224的远程已进入槽块211的倾斜侧面213a、213b之间的空间；然而，轴件224的球形远程226尚未与倾斜侧面213a、213b接触。注意，轴件224与槽块211之间的预对准的上述较佳条件已达成。

图8F中显示进一步旋转凸轮110的结果，其为驳接的下一阶段。此处，测试头100已被牵拉得又更接近外围设备108，参考特征131及133已变得进一步啮合，且轴件224的球形远程226刚刚接触槽块211的倾斜侧面213a、213b中的一者或两者。遍及此程序的所有步骤，在套管233内维持空气压力，且因此推动轴件224与槽块211进行正性接触。重要地，电接点122与123仍分离。

在图8G(驳接的下一阶段)中，测试头100藉由凸轮110的旋转已被牵拉得又更接近外围设备108。电子接口126的电信号接触销(弹簧销)122与电子接口128的各别着陆衬垫123进行初始接触。在此运动期间，流体压力维持于活塞235上，且轴件224的所得力使球形远程226与槽块211的倾斜侧面213a、213b开始正性接触且进入最终对准位置。因此，所有电接点在与彼此进行实体接触之前已相对于驳接平面最终对准。在此位置，轴件224及活塞235已顺应性地移动远离面板106，从而抵抗所施加流体压力而工作。又，角撑116的平面表面118尚未接触面板106的各别着陆区域116a，且各别接126与128之间的平面性由凸轮从动件110A在其各别凸轮槽129中的位置及凸轮110的旋转的同步化提供。

图8H中显示的最终驳接位置藉由进一步凸轮旋转达成。凸轮从动件110A已到达其各别槽129的末端，且凸轮110不可进一步旋转。在此位置，角撑116的平面表面118压在面板106的各别着陆区域116a上，藉此在测试头100与外围设备108之间建立最终驳接平面性及驳接距离。信号接触销122亦经压缩；其内建弹性推动其与其各别配合接触区域123进行牢固接触。另外，在此最终运动期间，流体压力牢固地固持球形轴件末端226以与槽块211的倾斜侧面213a、213b接触，从而相对于X-Y平面以小于千分之一英寸的偏差维持重要精密对准。在此运动期间，活塞235及轴件224顷应性地抵抗流体压力而移动以更进一步远离面板106。

在上述论述及诸图中，已假设参考特征131、133将在位置约束驳接特征226、213a、213b啮合的前啮合。如本领域的技术人员将知晓，可易于解释其他实施例，其中特征131、133经设计以使得其较佳与位置约束特征的啮合同时或在位置约束特征啮合的后啮合。在此状况下，位置约束特征226、213a、213b的先前对准将导引参考特征131、133啮合。本发明的重要态样为在达成最终驳接位置的前啮合位置约束特征226、213a、213b以相对于X-Y平面(亦即，驳接平面)重复地建立位置。第二重要态样为利用特征的一集合(在本实施例中为角撑116的平面表面118及角撑着陆区域116a)以控管驳接距离及驳接平面性且利用特征的第二集合(位置约束特征226、213a、213b)以控管驳接X、Y及θZ位置。尽管本实施例使用角撑以建立驳接距离及平面性，但清楚地，在无显著改变的情况下，技术可应用于依赖于凸轮与凸轮从动件的相互作用或其他手段来判定此等条件的系统。

上述实施例利用运动或位置约束耦接，其使三个球形表面在总共六个点处接触三个有槽特征。如上文所提及，位置约束特征的其他组合亦为已知的，一些组合(但当然并非详尽清单)在美国专利第6，729，589 号及第5,821，764号、第5,678,944号及第6,833,696号以及上文列出的文件中的许多者中加以描述。此等替代方案的各种组合可易于取代而不改变整个方案。又，应注意，此等精密耦接方案一般意欲控制三维空间中的六个自由度，而本发明仅需要控制二维驳接平面中的三个自由度，但在第三维中具有预负载力。因此，在实践本发明时，可应用广泛多种替代位置约束对准技术。

将参看图9A至图10B描述并有某些替代位置约束对准特征的本发明的第二实施例。图9A显示并有适合用于实践本发明的精密对准特征的第二例示性实施例的外围设备安装式DUT配接器系统。此处，测试头100显示为固持于(先前未显示)托架装置101中。如图1A及图5A中，测试头100显示为在其可藉由一般向上运动驳接至的外围设备108下方。图9B显示外围设备108及附接至其的装置的稍微放大图。图9A及图9B显示驳接装置，其具有附接至外围设备108的外表面109的角撑板114、附接至测试头100的面板106、参考特征131及133、三个圆形凸轮110、三个角撑116、三个凸轮从动件110a、三个导引销112及三个导引销插孔112a。此装置称作“三点驳接件”，而先前在图1A及图5A中描述及显示的装置称作“四点驳接件”。图9A的组态不使用如在图1A及图5A中使用的缆线驱动器；更确切而言，一或多个驳接把手135(任意地显示两个)直接配合至各别圆形凸轮以促进致动。显示三点驳接件以说明先前四点驳接件的众多已知替代方案中的一者，且进一步强调本文中描述的发明性概念与驳接件的式样无关且因此同样适用于此等替代方案中的任一者。参考特征131及133、凸轮110、凸轮从动件110a、角撑116、导引销112及导引销插孔112a的目的、功能性、操作及相互作用本质上与先前关于图1A及图5A所描述相同，且因此将不再重复。

然而，与先前论述形成对比，图9A及图9B的装置包含两个顺应性特征单元220'及220'"，而非三个。(顺应性特征单元220"的外壳经隐藏而看不见。)此等顺应性特征单元220'及220"本质上与先前描述的顺应性特征单元220相同，且其分别包含各自具有各别半球形远程226'及226"的轴件224'及224"，轴件224'及224"以及半球形远程226'及226" 均类似于先前描述的轴件224及半球形末端226。轴件224"的半球形末端226"由V形块211"收纳，V形块211"附接至角撑板114的表面107。V形块211"本质上与结合图5A及图6A描述的V形块211相同，且半球形末端226"与V形块211"之间的相互作用本质上与先前关于图7所描述相同。亦即，半球形末端226"在V形块211"的每一侧面213a、213b处以一点接触每一侧面。另一轴件224'的半球形末端226′由圆锥块311中的倒圆锥形凹入部315收纳，圆锥块311亦附接至角撑板114的表面107。

圆锥块311以较大比例显示于图10A中的透视图中。类似于V形块211，圆锥块311在基座部分314中包含埋头安装螺钉孔316。正如同V形块211中的安装孔216，安装孔316相对于安装螺钉可过大以便允许调整块311在角撑板114上的位置。为了提供倒圆锥形凹入部315，具有斜侧面313的孔312包含于块311的中心部分中。此可(例如)藉由在块311中钻孔且接着使用埋头孔工具形成斜侧面而形成。在所说明的例示性实施例中，侧面313相对于基座部分314以45度角倾斜；然而，若需要及/或适当，可使用其他角度。外表面318处的直径317经定大小，使得轴件224'的半球形末端226'将穿透块表面318。因此，当半球形末端226′由圆锥块311收纳时，半球形末端226'可沿着诸如虚线319的圆形线(未必按比例)接触圆锥形凹入部313。

半球形末端226'与圆锥块311之间的接触建立轴件224'的轴线相对于驳接平面、角撑板114及外围设备108的X-Y位置。另外，半球形末端226"与V形块211"的相互作用在驳接平面中连接轴件224'和224"的轴线的线与驳接平面的X或Y轴之间建立角度。换言之，其相对于驳接平面约束测试头的θZ或旋转自由度。因此，特征之间的相互作用相对于驳接平面约束测试头的所有三个自由度(X、Y及θZ)。应注意，为了约束平面中的旋转，V形块211"的定向轴线215应经定向，使得在侧面213a、213b与半球形末端226"之间的接触点处的预负载反作用力的平行于驳接平面的分量关于由另一半球形末端226'与圆锥块311接触时的配合判定的旋转中心产生非零相反力矩。若定向轴线215经配置以使得其与旋转中心相交，则此等力矩将较佳地经优化。此配置(杯中滚珠 加槽中滚珠)是关于确切约束或运动耦接的先前描述的凯文钳夹(据传闻由凯文爵士首创)形式。然而，在球形表面与平面中的表面之间的凯文钳夹的单一接触点并非为必要的，亦不包含，此是因为凸轮110及凸轮从动件110a及/或角撑116控制驳接组件之间的驳接平面性及驳接距离。所提供的位置约束特征足以相对于驳接平面在三个自由度(X、Y及θZ)上控制及约束位置与对准。

使用图9A的装置的驳接程序本质上与先前关于使用图5A的装置描述的相同。亦即，其本质上如图8A至图8H中所显示，其中进行适当取代。详言之，图8A至图8H中的块211可表示V形块211"或圆锥块311。类似地，顺应性特征单元220、轴件224及球形末端226可表示顺应性特征单元220'或220"及其各别轴件224'及224"以及各别半球形末端226′及226"。就驳接准确性及可重复性而言，出于所有实践目的，两个系统是等效的。然而，图9A的装置比图5A的装置廉价，此是因为图9A的装置仅具有两个而非三个顺应性特征单元。出于同一理由，图9A的装置需要较少空间，此亦可为有利的。最后，可更直接校准图9A的装置，此是因为与三个特征集合相比，仅存在两个特征集合待调整。又，在图9A的装置中，特征集合中的一者控制X-Y位置，而另一者控制θZ旋转，与图5A的三个相互作用的特征集合相比，此情形可用于进一步简化校准程序。

熟习此项技术者将认识到，本发明概念不受已展示及描述的特征集合限制。实际上，在文献中已展示及论述许多替代特征集合。举例而言，图9A的系统的直接替代实施例将为轴件224′由轴件224a'替换的系统，轴件224a'具有以如图10B中说明的四面体(亦即，三面角锥)的形状形成的远程226a'。四面体的侧面以某角度形成，使得四面体的三个边缘126a'可藉由圆锥块311以本质上三条直的接触线收纳。可藉由将凸状弯曲添加至角锥的侧面及边缘来进一步修改此配置，此将提供三个接触点而非三条接触线。尽管由三个替代方案提供的可重复性可变化，但所描述的三种技术中的任一者相比于现有技术皆提供极大改良的可重复性且满足本发明的目标。诸如先前提及的滚珠科技及g2工程的公司亦提供在实践本发明时可并有的多种硬件组件。举例而言，滚珠科技提供可 以并列对使用的半气缸(“截头气缸”)以代替V形块。使用类似技术的配置在(例如)兴锐达公司(Xandex，Inc.)公司的美国专利6,833,696中展示。球形及部分球形、圆锥块及其类似者亦可在商业上购得。可设想到此等中的许多者可取代本文中明确地描述的特征。

本发明的两个先前例示性实施例说明其在代表性外围设备安装式DUT配接器系统中的应用及操作。接下来将在第三及第四例示性实施例中考虑测试头安装式DUT配接器系统。

藉助于图11A至图13C描述第三例示性实施例。图11A显示用于测试晶圆51o上含有的设备的测试头安装式DUT配接器系统，晶圆510由晶圆探针仪500固持及定位，晶圆探针仪500为测试外围设备。图11 B及图11C中分别提供驳接装置的外围设备及测试头侧的放大视图。固持于托架101中的测试头100装备有探针卡520，探针卡520包含针状探针523以用于与晶圆510上含有的DUT直接形成电接触。因此，探针卡520为DUT配接器，且系统为先前提及的第一子类别的测试头安装式DUT配接器系统，其中在驳接测试头之前定位DUT。尽管测试系统将探针卡定位于外围设备内且经由驳接将测试头耦接至外围设备目前可更普遍，但此例示性组态可具有若干优点，此是因为变得愈来愈需要并列地测试晶圆上的许多(若非全部)设备。与自下方向上驳接测试头的先前描述的系统形成对比，在此实施例中，测试头在外围设备上方且驳接运动向下；亦即，自上方驳接，此情形在大多数晶圆探针应用中是典型的。图11A中所显示的驳接装置为三点驳接件，如图9A中的第二例示性实施例的状况；然而，可明显地取代诸如关于图1A及图5A描述的四点驳接件的其他组态。本实施例中的驳接的目标为使探针523在位置上与DUT中包含的各别电接触衬垫(在诸图的比例中不可见)进行精确电接触。此等接触衬垫通常比诸如先前实施例中所展示的适配卡上提供的电接点123小得多。因此，需要比现有技术装置(例如，如图1A中)提供的驳接准确度及可重复性程度高得多的驳接准确度及可重复性程度。

在图11A的第三例示性实施例中，两个顺应性特征单元1120(不可见)及1120'附接至面板106，面板106又附接至测试头100。如在图9A 的第二实施例中，此等顺应性特征单元经组态以提供相对于驳接平面的受约束定位。然而，展示且随后将描述并入的位置约束特征的另一变化。顺应性特征单元1120类似于先前两个例示性实施例的先前描述的顺应性特征单元220、220'及220"。因此，顺应性特征单元1120包含具有半球形末端1126的轴件1124，其类似于参考先前实施例描述的具有各别半球形末端226、226'及226"的轴件224、224'及224"。亦类似于先前描述的实施例，V形块1111附接至安装于外围设备500上的角撑板114，以便收纳且接触半球形末端1126。

图12A至图12C(未必按比例)说明顺应性特征单元1120'的轴件1124'及其配合特征块1211的态样。除了在其轴件1124'的远程处包含的特征之外，顺应性特征单元1120'亦类似于参考图5A及图9A的先前描述的例示性实施例描述的顺应性特征单元。轴件1124'的远程部分在图12A中以透视图显示。因此，如所显示，顺应性特征单元1120'的轴件1124'的远程不具有半球形状；更确切而言，其并有轴向钻孔的埋头孔，从而提供圆锥形开1126'。附接至角撑板114的特征块1211在图12B中以近视透视图显示。特征块1211包含自其基座区1214延伸的柱1212。基座区1214包含埋头安装螺钉孔1216，其可过大以准许定位调整。柱1212在其远程包含四面体形(亦即，三面角锥)特征1213。形成四面体形特征1213以使得形成其三个暴露侧面的三角形为全等的；以及使得藉由其邻近侧面的相交形成的线的斜率匹配轴件1124'的圆锥形开口1126'的埋头孔斜面的斜率。图12C的截面图中说明四面体形特征1213在圆锥形开1126′内的啮合。此相互作用提供三条直的接触线(图12C中仅两条可见)，每一线对应于两个三角形侧面的相交线。类似于图9A的实施例，顺应性特征单元1120'的轴件1124'的远程与四面体特征1213的组合用以相对于驳接平面建立及约束测试头100的点的X-Y位置，且顺应性特征单元1120与V形块1111的组合相对于驳接平面建立测试头100的角位置。因此，测试头100相对于驳接平面在三个自由度上受约束。在关于V形块211"的定向的第二实施例的论述中所作的备注亦适用于V形块1111的较佳定向。另外，如在第二例示性实施例中，诸如球形或具有凸侧面及边缘的角锥的其他形状可取代四面体特征1213。 又，此系统中未包含或考虑可与先前描述的系统中所展示的参考特征131、133相比的参考特征。然而，若需要，可并有此等参考特征。

图13A、图13B及图13C说明在将测试头100驳接至此第三例示性实施例中的探针仪500的选定步骤。如图3A至图3D的状况，此等图显示安装于面板106的截面上的凸轮110及导引销112的侧视图。亦显示附接至角撑板114的截面的角撑116的截面。角撑116的截面藉由图2A中的w-w指示。亦示意性地显示晶圆510、探针523及探针卡520。在此系列图中亦显示安装至面板106的顺应性特征单元1120及1120'以及皆安装于角撑板114上的各别槽块1111及四面体特征块1211的截面图。再次注意，此等图未必按比例绘制。探针卡520显示为藉由弹簧销122连接至信号接触环142，信号接触环142又连接至测试头。若需要，此堆栈可由单一整体单元替换。

关于相对于图8A至图8H描述的驳接顺序，图13A对应于图8C，图13B对应于图8F，且图13C对应于图8H。因此，图13A显示粗略对准阶段，其中凸轮从动件110a进入凸轮开125。如在先前实施例中，空气施加至顺应性单元1120及1120'，从而推动轴件1124及1124'至完全延伸位置。在此粗略对准阶段，半球形末端1126远离V形块1111的侧面1113a、1113b，且圆锥形开口1126'远离四面体1213。探针尖端523亦充分远离晶圆510。

在图13B中，凸轮110已旋转，从而牵拉附接至测试头100(未显示)的面板106至较接近附接至探针仪500(亦未显示)的角撑板114。凸轮狭槽129与凸轮从动件110a之间的相互作用已建立与驳接平面的初始平面性且因此理想地建立探针卡520与晶圆510之间的初始平面性。在此位置，半球形末端1126已与V形块1111的侧面1113a、1113b接触，且圆锥形开口1126′已与四面体1213接触。将空气压力连续供应至顺应性单元1120及1120'，从而推动此等特征进行确定性位置约束接触。因此，探针卡520已相对于外围设备驳接平面的二维空间对准。然而，重要地，探针523尚未与晶圆510上的DUT接触。因此，相对于含有DUT的晶圆510在五个自由度上定位测试头100及其附接的具有探针523的探针卡520。维持空气压力提供维持相对于驳接平面的此对准的预负载力，此是因为进一步凸轮110旋转使测试头较接近其最终驳接位置。在此运动期间，由顺应性特征单元1120及1120'提供的顺应性允许轴件1124及1124'在必要时收缩。

因此，图13C中显示的最终驳接位置藉由进一步凸轮旋转达成。凸轮从动件110a到达其各别槽129的末端，且凸轮110不可进一步旋转。如先前关于图8H所描述，角撑116与面板106之间的相互作用已在测试头100与探针仪500之间建立最终驳接平面化及驳接距离。探针523已与包含于晶圆510上的DUT的各别接触组件接触。另外，在此最终运动期间，流体压力已牢固地固持半球形轴件末端1126以与V形块1111的倾斜侧面接触且固持圆锥形开1126'以抵着四面体1213，从而相对于X-Y平面以小于千分之一英寸的偏差维持重要位置约束对准。在此运动期间，轴件1124及1124'在预负载力经维持时顺应性地抵抗流体压力而移动。

参看图14至图15C描述第四例示性实施例，图14至图15C显示用于测试已封装设备的测试头安装式DUT配接器系统，已封装设备又由已封装设备处置器108′(其为测试外围设备)固持及定位。测试头100装备有包含测试插座185的插座卡183。当测试头100与插座卡183恰当地定位或驳接时，处置器108'将已封装零件(DUT)依次置放于选定插座中以供测试。因此，插座卡183为DUT配接器，且系统为先前提及的第二子类别的测试头安装式DUT配接器系统，其中在驳接测试头的后定位DUT以供测试。与第三例示性实施例的系统形成对比，此为当前相当普遍的情形。

用于第四例示性实施例中的驳接装置并有滚珠及槽位置约束特征且与结合图5A至图8H论述的第一例示性实施例的驳接装置相同。然而，在第四例示性实施例中，插座板183耦接至信号环142，信号环142又耦接至测试头100。因此，插座板183安装于测试头100上；且系统如上文所陈述为测试头安装式DUT配接器组态。如所显示，插座板183包含四个测试插座185以使得能够同时测试四个设备。然而，熟习此项技术者将了解，测试插座的数目可更多或少至一。框架181环绕测试插座185，从而为其提供一定程度的保护。外围设备108的表面109中的 开口190经定大小以舒适地收纳框架181。外围设备108'亦包含参考特征131′，及与插座板183相关联的对应测试头安装式参考特征133′。如先前实施例中所论述，参考特征131′与133′之间的相互作用在插座板183与外围设备108'之间提供相对于驳接平面的偏差在千分之几英寸内的对准。然而，已封装零件上的接点的增加的数目及空间密度可需要大得多的准确性及可重复性。因此，在此状况下，驳接的目标为以实质上较大准确性及可重复性将测试插座185定位于开口190内，使得外围设备108′可自动地、重复地且可靠地将已封装设备插入至测试插座185中以供测试。

在第四例示性实施例情况下的驳接步骤类似于针对结合图8A至图8H的第一例示性实施例描述的驳接步骤。图15A至图15C中显示第四实施例的此等步骤中的三者处的位置。如在先前图中，此等图显示安装于面板106的截面上的凸轮110及导引销112的侧视图。亦显示附接至角撑板114的截面的角撑116的截面。如前所述，角撑116的截面藉由图2A中的w-w指示。在此系列图中亦显示安装至面板106的顺应性特征单元220及安装于角撑板114上的各别槽块211的截面图。亦以相同的相对比例但示意性地显示插座185、框架181、插座板183、信号接触环142，及具有开口190的设备处置器108′。插座板183亦显示为藉由弹簧销122连接至信号接触环142。若需要，此堆栈结构可由单一单元替换。出于简单起见，未显示参考特征131′及133′，此是因为一旦已校准及调整装置，此等特征对操作无影响。再次注意，此等图未必按比例绘制。

关于相对于图8A至图8H描述的驳接顺序，图15A对应于图8C，图15B对应于图8F，且图15C对应于图8H。因此，图15A显示粗略对准阶段，其中凸轮从动件110a进入凸轮开口125。如在先前实施例中，空气施加至顺应性单元220，从而推动轴件224至完全延伸位置。在此粗略对准阶段，半球形末端226远离V形块211的侧面213a、213b。测试插座亦充分远离设备处置器108′。

在图15B中，凸轮110已旋转，从而牵拉附接至测试头100(未显示)的面板106至较接近附接至设备处置器108'的角撑板114。如在其 他实施例中，凸轮狭槽129与凸轮从动件110a之间的相互作用已建立与外围设备驳接平面的初始平面性，亦即，在插座板183与设备处置器108′之间建立初始平面性。在此位置，半球形末端226已与V形块211的侧面213a、213b接触。将空气压力连续供应至顺应性单元220，从而推动此等特征进行确定性位置约束接触。因此，插座板183已相对于驳接平面的二维空间对准。因此，已相对于设备处置器108'在五个自由度上定位测试头100及其附接的具有插座185的插座板183。维持空气压力将提供维持相对于驳接平面的此对准的预负载力，此是因为进一步凸轮110旋转使测试头较接近其最终驳接位置。在此运动期间，由顺应性特征单元220提供的顺应性允许轴件224在必要时收缩。

因此，图15C中显示的最终驳接位置藉由进一步凸轮旋转达成。凸轮从动件110a已到达其各别槽129的末端，且凸轮110不可进一步旋转。如先前关于图8H所描述，角撑116与面板106之间的相互作用现已在测试头100与设备处置器108′之间建立最终驳接平面化及驳接距离。另外，在此最终运动期间，流体压力已牢固地固持半球形轴件末端1126以与V形块211的倾斜侧面213a、213b接触，从而相对于X-Y平面以小于0.001英寸的偏差维持重要精密对准。在此运动期间，轴件224在所得预负载力经维持时顺应性地抵抗流体压力而移动。因此，现按需要在所有六个空间自由度上相对于设备处置器108'精确且约束地定位测试插座185。

四个例示性实施例(图5A、图9A、图11A及图14中说明)均用以说明将测试头驳接至外围设备的方法。将观察到，方法及发明提供对先前驳接技术的改良且基于先前驳接技术。熟习此项技术者将认识到，此方法可易于适用于实际上任何式样的驳接装置，驳接装置中的许多者在本文中先前已提及。在一些状况下，如熟习此项技术者将进一步认识到，可藉由直接添加装置至现有驳接件来应用所述方法。在其他状况下，尤其在利用非顺应性运动耦接的状况下，将显而易见，对现有硬件的相对直接修改可为必要的。周

图16提供此方法的流程图，且其有意地以与驳接装置的特定类型无关的方式呈现。如图16中所描绘，一般驳接方法1600以提供某些必 要装置开始。假定外围设备驳接平面(如先前所描述)由外围设备界定且测试头驳接平面与测试头相关联。步骤1610提供可见于现有技术中的驳接系统组件。因此，在步骤1610中，在子步骤1610a处，指定提供将测试头移动至驳接位置的致动机构。此可为本质上任何现有技术致动方案，其包含线性及圆形凸轮两者以及直接附接至测试头及拉动或推送测试头的机构。亦有必要在子步骤1610b处提供相对于外围设备的驳接平面而平面化测试头驳接平面的部件。此需要控制两个旋转自由度(纵摇及横摆)。举例而言，在凸轮致动的驳接件中，此控制通常藉由凸轮从动件与凸轮狭槽之间的相互作用实现。在其他式样的驳接件中，其他技术是已知的。又，步骤1610在子步骤1610c处指定有必要提供将测试头定位成与外围设备相距特定预指定距离(“驳接距离”)的部件。此情形提供三个自由度的控制。作为实例，在凸轮致动的驳接件中，可藉由凸轮狭槽的端子部分的位置相对于凸轮从动件的位置建立驳接距离，如先前所描述。此距离可藉由配置角撑使得角撑紧密地配合于驳接测试头与外围设备之间而增大，亦如先前例示性实施例中所描述。在诸如先前描述的操控器驱动式驳接的其他方案中，停止块(例如)可结合传感器使用以判定驳接距离。

步骤1620为可选步骤且因此以虚线绘制。在此步骤中，提供用于在对应于与驳接平面平行的平面中的运动的至少三个自由度上初步对准的部件。可并有此等部件以辅助保护易损电接点及/或提供偏差在千分之几英寸内的初步对准。典型实例包含现有技术导引销及插孔以及与凸轮相互作用的角撑。在其他实例中，配合至对应插孔的相对长导引销可大致同时满足此步骤及子步骤1610b。严格而言，此步骤对于实践本发明并非必要的；然而，其为许多使用者可偏好的步骤。应注意，此步骤在现有技术系统中是必要的，且现有技术可用以实现此步骤。

步骤1630提供在与外围设备驳接平面平行的平面中的三个运动自由度上精确地约束测试头的位置的装置。在较佳实施例中，将利用确切约束装置，诸如先前描述的确切约束装置。图17提供说明提供此装置的方法的流程图，稍后将更详细地描述方法。然而，预期在本发明的精神内，可取代诸如紧密配合的销及插孔的替代方案；然而，此等方案可 能并不如此精确或如此可重复且可进一步需要实质上增加的力以用于驳接件致动。在任何状况下，待提供的装置可包含可啮合特征对，其中每一对的一成员附接至外围设备，且另一成员附接至测试头。特征经安置以使得每一对的两个成员可彼此啮合以在平面中的三个自由度上提供测试头相对于外围设备的约束位置。另外，每一对特征的至少一成员经安装，使得其在实质上垂直于驳接平面的方向上可顺应性地移动。此步骤为新的且未见于现有技术中。

在自现有技术调适的步骤1640中，操纵测试头至特定位置，在所述位置，致动器可啮合以进一步移动测试头至驳接位置。在此位置，步骤1630中提供的位置约束装置的特征对未必啮合。此操纵可藉由测试头操控器的辅助进行。在此位置，测试头大致在所有自由度上对准，除了一个自由度，即，其相距外围设备的最终驳接距离。

在步骤1650中，操作致动器，从而将测试头自准备致动位置移动至较接近外围设备的位置。在子步骤1610b处提供的平面化部件在测试头驳接平面与外围设备驳接平面之间建立实质上共平面关系。在步骤1630中提供的位置约束特征在此位置不起作用。应注意，平面化可在步骤1640的准备致动位置处发生；然而，在许多现有技术系统中，致动装置的相对小的初始量的运动改进平面性。

步骤1660提供自步骤1650的位置继续操作致动器以移动测试头又更接近外围设备，到达位置约束特征的特征对的各别成员啮合的位置。在步骤1650处建立的测试头的平面性在整个此步骤中得以维持。若系统为外围设备安装式DUT配接器系统，则测试头的位置相距外围设备足够远，使得测试头侧电子接口的电接点与外围设备安装式DUT配接器的电接点分离。若系统为测试头安装式DUT配接器系统，其中外围设备在驳接之前已定位DUT以供测试，则在此步骤中测试头的位置相距外围设备足够远，使得电接点与DUT分离。此步骤未见于现有技术中。

步骤1670提供继续操作致动器以移动测试头至与外围设备相距所要驳接距离处，驳接距离如由子步骤1610c处提供的装置所判定。在此运动期间，藉由子步骤1610b处提供的平面化部件维持平面性。重要地， 在此运动期间，在步骤1630处提供的位置约束特征保持紧固地啮合。因此，当此运动发生时，在五个自由度上维持精确对准。重要地，在与驳接平面平行的平面中的运动本质上不存在，此是归因于位置约束特征的相互作用。归因于可用于每一位置约束特征对的至少一成员的顺应性运动，每一特征对的成员之间的啮合得以维持，而对成员之间无相对运动。在此步骤的运动期间，测试头电子接口的各别电接点与外围设备安装式DUT配接器系统的电接点变得结合。若系统为在驳接之前定位DUT的类型，则测试头安装式DUT配接器系统的电测试接点亦可变得与DUT结合。

在步骤1680处，不再操作致动器且系统被驳接。致动器保持处于维持驳接位置的位置。位置约束特征在驳接时保持紧固地啮合，如建立驳接平面化及驳接距离的部件所进行。

在先前描述的例示性实施例中，描述数个顺应性位置约束特征，然而，本发明不限于此等特定实例。举例而言，藉由遵循众多先前提及与列出的参考文献的教示，可在实践本发明时利用众多替代方案。图17说明提供适合用于实现先前描述的驳接方法的步骤1630的顺应性位置约束特征的途径的一般方法1700。图17中的步骤未必以给定次序执行。实际上，可并列执行两个或两个以上步骤，且预期在达成解决方案时许多步骤的反复可为必要的。

开始，回想到位置约束是表面的一集合以离散接触点或离散接触线接触表面的第二集合的结果。因此，在步骤1710处，指定在测试头或外围设备上提供“接触表面”的集合。举例而言，此等接触表面可对应于安装于图5A中说明的例示性系统的外围设备108上的V形块211的倾斜侧面213a、213b。在此状况下，在集合中存在六个表面。然而，在源自图9A中说明的凯文钳夹的例示性状况下，仅三个此等表面附接至外围设备；即，倒圆锥313及单一V形块211"的两个侧面213a、213b。预期可藉由仅一个表面来满足此步骤，但表面将可能相当复杂且不实际。

步骤1720在另一系统组件上提供“配合表面”以与步骤1710中提供的接触表面接触。指定应以离散点或沿着离散线形成接触。步骤进一 步需要由固持表面以使其彼此接触的动作产生的反作用力沿着不垂直于外围设备驳接平面的线起作用。因此，接触表面及其配合表面在其两者接触的点处的切平面可能不平行于驳接平面。简言之，接触表面与配合表面必须相对于驳接平面成斜角。关于先前提供的接触表面的实例，其对应配合表面将包含图5A的第一例示性实施例及图9A的第二例示性实施例中的顺应性特征单元220、220'及220"的轴件224、224'及224"的半球形末端226、226'、226"。

可看出，接触表面的子集与配合表面的子集可以对来配置，从而形成位置约束特征的可啮合对。

在步骤1730中提供用于按压配合表面与接触表面以使其彼此牢固接触的力源。此力通常称作如先前提及的预负载力。此力或其至少主要分量较佳垂直地导向驳接平面。在接触表面与配合表面之间的接触点或接触线处的此所施加力的反作用力必须具有平行于驳接平面的分量以便约束位置及运动。在先前描述的例示性实施例中，此力是源自提供至气缸255的流体压力。亦可应用其他替代方案，举例而言，斯洛克姆(S1ocum)的美国专利6,678,944教示，可使用弹簧机构或表面本身可为弹性弹簧状结构。任何此等替代方案在本发明的精神内。

步骤1740中考虑接触表面与配合表面的位置及定向。此等接触表面及配合表面必须经配置以使得存在充足的平行于驳接平面的反作用力，反作用力在足以在与驳接平面平行的所有三个自由度上防止测试头的运动且维持测试头的位置的位置及方向上起作用。选定位置及定向以提供合理稳定性以抵抗意外的外部所施加力或事件亦为较佳的。另外，较佳地，反作用力不存在冗余，冗余将会使系统被过度约束，此可导致不可重复行为。关于对执行此步骤及其他步骤的建议，将读者导向先前已提及与列出的大量文献。

步骤1750中提供顺应性，步骤1750指定一对可接触的接触表面与配合表面中的至少一表面具有在实质上垂直于驳接平面的方向上移动的能力。此允许接触点或接触线相对于测试头或外围设备移动，此是因为测试头及外围设备由驳接致动器一起移动。在例示性实施例中，此能力由气缸255内的可移动活塞235提供。美国专利6,678,944亦教示藉 由气缸内的可移动活塞提供此能力。此专利进一步教示以弹簧状方式制造表面中的一者以提供此能力。因此，′944专利的教示亦可用于实现此步骤。步骤1750可与步骤1730组合，此是因为力产生部件与顺应性部件紧密相关。然而，分离为两个步骤提供对两个重要问题的个别关注。

本发明如所描述藉由上述例示性实施例及方法提供对目前技术水平及现今的测试头驳接方案的改良。首先，本发明提供特征的两个集合以用于在所有六个空间自由度上控制测试头相对于外围设备的驳接位置。自现有技术采用的第一集合藉由使用角撑及/或凸轮与凸轮从动件之间的相互作用来例证，以控制与测试头的驳接平面性及驳接距离相关联的三个自由度。源自确切约束或运动耦接设计的领域的第二集合控制且约束剩余三个自由度，剩余三个自由度与测试头在与由外围设备界定的驳接平面平行的平面中的驳接位置相关联。第二集合藉由滚珠及槽技术且藉由修改的凯文钳夹技术来例证；然而，如已陈述，确切约束耦接特征的其他形式是已知的且可易于取代。因为第二集合的位置约束特征仅需要约束三个自由度，所以全部六个自由度运动耦接并非必要的，此由第二及第三例示性实施例的配置示范。另外，特征的第二集合并有在垂直于驳接平面的方向上操作的顺应性。此允许特征的第二集合在远离所要驳接距离的距离处变得啮合且保持啮合，但配合的特征对之间无相对运动，而测试头移动至其最终驳接位置。此装置接着与先前描述的方法组合，提供由用于目前及未来集成电路的测试要求的进步所要求的极大改良的驳接准确性及可重复性。

本发明不限于例示性实施例的特定结构。如已提及，本发明易于适用于其他形式、式样及组态的驳接装置。亦应理解，尽管例示性实施例展示外围设备或测试头中的一者上的某些组件及测试头或外围设备中的另一者上的对应组件，但可颠倒或交换组件中的一些或全部的位置。应进一步理解，顺应性特征单元的替代实施例可易于用于本发明。举例而言，如先前已提及，斯洛克姆(Slocum)5,678,944专利描述并有内部弹簧而非加压流体的顺应性单元。′944专利亦展示亦可用于本发明的由可变形弹性结构制造的各种类型的顺应性特征。如先前亦已提及，确切约束耦接特征的各种替代形式是已知的且在文献中加以描述。此等提供 对已并入于例示性实施例中的基本形式的广泛多种替代方案。另外，已识别用于实施适合于实践本发明的位置约束特征的组件的商业供货商。

尽管本发明在本文中是参考特定实施例而说明且描述，但本发明不意欲限于所展示的细节。更确切而言，可在申请专利范围的等效物的范畴及范围内且不脱离本发明的情况下对细节作各种修改。

Claims (12)

1.一种用于将测试头驳接至外围设备的方法，所述测试头具有测试头驳接平面，且所述外围设备具有外围设备驳接平面，其特征在于所述方法包括以下步骤：

提供所述测试头，具有对准特征、第一位置约束特征与第二位置约束特征，其中所述对准特征啮合所述外围设备的互补对准特征，所述第一位置约束特征啮合所述外围设备的第一互补位置约束特征以约束与所述外围设备驳接平面平行的第一方向的第一自由度，所述第二位置约束特征啮合所述外围设备的第二互补位置约束特征以约束与所述外围设备驳接平面平行的第二方向的第二自由度；

相对于所述外围设备将所述测试头定位在第一位置中，其中所述测试头驳接平面实质上与所述外围设备驳接平面平行及间隔；

在所述平面保持实质上平行的情况下，朝向所述外围设备移动所述测试头至第二位置，其中所述位置约束特征的互补组件以给定相对位置关系彼此啮合，其中所述测试头与所述外围设备经限制而使其不在与所述平面平行的方向上相对于彼此运动；以及

在所述平面保持实质上平行的情况下，朝向所述外围设备移动所述测试头至第三位置，其中所述对准特征的所述互补组件啮合以将所述平面维持于彼此相距驳接距离，所述位置约束特征的所述互补组件在此进一步移动期间维持所述给定相对位置关系。

2.根据权利要求1所述的驳接方法，其中所述相对于所述外围设备定位所述测试头的步骤包含所述互补对准特征与所述互补位置约束特征的初步对准。

3.根据权利要求1所述的驳接方法，其中所述第一位置约束特征包含力源，所述力源的力在垂直于所述驳接平面的方向上作用于所述第一位置约束特征的所述组件中的一者上，使得所述第一位置约束特征与所述第一互补位置约束特征之间的接触点或接触线具有平行于所述驳接平面的非零力分量。

4.根据权利要求1所述的驳接方法，其中在所述第二位置中，所述测试头上的电接点与所述外围设备上的电接点分离。

5.根据权利要求1所述的驳接方法，其中所述位置约束特征的所述互补组件保持处于所述给定相对位置关系，而所述测试头保持处于其驳接位置。

6.根据权利要求1所述的驳接方法，其中所述外围设备上的电接点在探针卡、插座卡及测试中设备中的一者上。

7.一种用于将具有测试头驳接平面的测试头驳接至具有外围设备驳接平面的外围设备的装置，其特征在于所述装置包括：

至少一对准特征，其包含互补对准组件，一者与所述测试头相关联且另一者与所述外围设备相关联，所述对准组件经组态以使得其间的啮合控制所述驳接平面相对于彼此的距离及平面定向；以及

位置约束特征，其包含互补约束组件，一者与所述测试头相关联且另一者与所述外围设备相关联，所述约束组件中的一者在垂直于所述驳接平面的方向上为顺应性的，

其中当所述驳接平面彼此处于第一相对位置处时，所述约束组件经组态以按给定相对位置关系彼此啮合，其中所述测试头上的电接点与所述外围设备上的电接点分离，所述啮合的约束组件限制所述测试头与所述外围设备而使其不在平行于所述驳接平面的方向上相对于彼此运动，且

其中所述约束组件保持啮合而不相对于彼此移动，而所述测试头移动至驳接位置，其中所述测试头的所述电接点与所述外围设备上的所述电接点结合，

其中所述位置约束特征包含第一位置约束特征与第二位置约束特征，所述第一位置约束特征啮合第一互补位置约束特征以约束与所述外围设备驳接平面平行的第一方向的第一自由度，所述第一位置约束特征位于所述测试头与所述外围设备的其中之一，所述第一互补位置约束特征位于所述测试头与所述外围设备的其中另一，所述第二位置约束特征啮合第二互补位置约束特征以约束与所述外围设备驳接平面平行的第二方向的第二自由度，所述第二位置约束特征位于所述测试头与所述外围设备的其中之一，所述第二互补位置约束特征位于所述测试头与所述外围设备的其中另一。

8.根据权利要求7所述的驳接装置，其还包括经组态以朝向另一约束组件推动所述顺应性约束组件的力产生单元。

9.根据权利要求8所述的驳接装置，其中所述力产生单元在所述顺应性约束组件的给定运动范围上提供力。

10.根据权利要求8所述的驳接装置，其中所述力产生单元是以流体方式操作。

11.根据权利要求7所述的驳接装置，其包括三个位置约束特征，所述位置约束特征中的每一者包含V形槽以作为所述约束组件中的一者及包含球形构件以作为所述互补约束组件。

12.根据权利要求7所述的驳接装置，其包括两个位置约束特征，所述位置约束特征中的一者的所述互补组件界定两个接触点或两条接触线以约束所述测试头在平面方向上的点，且另一位置约束特征的所述互补组件界定一接触点或接触线以约束所述测试头的旋转移动。