CN1217198C - 具有断电松开功能的低轮廓气动对接模块 - Google Patents

Abstract

一种用于对接测试头和外围设备的对接机构，包括从气动活塞(310)上伸出的闭锁机构。闭锁机构包括闭锁筒(350)、闭锁销(352)和偏移弹簧(356)。通过第一流体通道(364)施加在闭锁销上的流体压力使得闭锁销向前移动到闭锁位置。从第一通道释放流体压力使得闭锁销在偏移弹簧的作用下退回原位。通过第二流体通道(318)施加在活塞(310)表面上的流体压力导致闭锁机构整体后退。当测试头和外围设备闭锁在一起时，这种后退使得外围设备相对测试头被拉下来，因此导致在测试头和被测试设备之间形成导电接触。

Description

具有断电松开功能的低轮廓气动对接模块

技术领域

本发明总体上涉及自动测试系统。特别是，本发明涉及一种设备，用于将自动测试设备连接到安装着要测试的半导体装置的机器上。

背景技术

半导体制造商通常在生产的各个阶段对半导体设备进行测试。在制造过程中，在单独的硅晶片上加工有大量集成电路。晶片被切割成单独的集成电路，称作电路小片。每个电路小片都被装入框架中，并连上接合线，以便将电路小片连接到从框架伸出的引线上。然后用塑料或者其它包装材料把安装框架包装起来，形成最终的产品。

在制造过程中，制造商具有强烈的经济动机来尽可能早地检测并抛弃有故障的部件。因此，许多半导体生产商在晶片切割成电路小片之前，就在晶片层次上对集成电路进行检测。通常在包装之前就对有缺陷的电路进行标记并扔掉，这样就节约了包装次品的费用。作为最后的检测，许多制造商在发货前对每件成品进行检测。

为了迅速对大量的半导体部件进行检测，制造商通常使用自动测试设备(“ATE”或者“测试器，tester”)。按照测试程序的指示，测试器自动生成加在集成电路上的输入信号，并监视输出信号。测试器将输出信号与所期望的响应进行比较，以确定所测试的设备，或者说“DUT(Device Under Test)”，是否有缺陷。因为测试器是高度自动化的，因此可以仅仅在几秒钟内完成几百次的测试。

通常，部件测试器设计有两个不同的部分。第一部分，称作“测试头”，包括在优选结构中位置靠近DUT的电路，例如，驱动电路，接收电路以及实质上是短程电路(short electrical path)的其它电路。第二部分，称作“测试器主体”，通过导线连接在测试头上，包括不需要靠近DUT的电子设备。

特殊的机器快速连续地移动设备并将设备电气连接到测试器上。使用一个“探测器(Prober)”在半导体晶片的水平面上移动设备；使用一个“机械手(handler)”在包装设备的水平面上移动设备。探测器、机械手和用于相对测试器放置DUT的其它设备统称为“外围设备”。外围设备通常包括一个放置并测试DUT的地点。外围设备将DUT快速送至测试地点，测试器对DUT进行测试，然后外围设备将DUT从测试地点移开，以便对另一个DUT进行测试。

测试头和外围设备是机器上相互分离的部件，通常具有分离的支撑结构。所以，在测试可以开始以前，必须将测试头和外围设备连接在一起。通常，通过向外围设备移动测试头，小心地将测试头对齐，然后将测试头锁紧在外围设备上来完成。一旦锁紧后，一个对接机构推动测试头和外围设备靠在一起，在测试头和外围设备之间形成弹簧接触，压紧后在测试头和DUT之间形成通电接触。这个将测试头和外围设备对齐并连接的过程通常被称作“对接(docking)”。

图1图示一种将测试头和外围设备对接的传统机构。图1中的对接机构通常用来连接由马萨诸塞州波士顿的Teradyne公司提供的Catalyst^TM测试系统。如图1中所示，对接机构100连接在接受器(receptacle)112上。通常几个对接机构一起连接在测试头外侧靠近测试头顶部的位置。几个接受器连接在外围设备上的互补位置，以便对接机构100和接受器112配合。图1的对接机构100和接受器112显示出完全对接的构形，即对设备进行电子测试的构形。

如图1所示，对接机构100包括一个闭锁筒110和一个与闭锁筒110同轴的闭锁销118。在闭锁筒110的孔内安装有四个滚珠轴承，位于闭锁销118的圆周之上。孔的外口由完全圆形(图中不可见)发生轻微变形。变形区域形成阻挡，防止滚珠轴承116从闭锁筒110中脱出。

闭锁销118沿长度方向具有不同的部分118a和118b，不同部分具有不同的直径。为了实现闭锁和开锁，闭锁销118相对闭锁筒110向前向后移动。在闭锁销118移动时，闭锁销118与滚珠轴承接触的部分发生改变。其结果是，滚珠轴承的径向位置发生变化。例如，当闭锁销具有相对较大直径的部分118a与滚珠轴承116对齐时，滚珠轴承从闭锁筒110的中心向外伸出，增加了闭锁筒110的有效圆周。当闭锁销具有相对较小直径的部分118b与滚珠轴承116对齐时，滚珠轴承在里面自由运动，减小了闭锁筒110的有效圆周。

接受器112包括一个内径略大于闭锁筒110外径的垫圈114，滚珠轴承116完全的从中退出。根据闭锁销118相对于闭锁筒110的位置，滚珠轴承116或者阻止垫圈114与闭锁筒110分开，或者允许垫圈114在闭锁筒110上自由滑动。

驱动器120确定闭锁销118的位置。闭锁销118包含一个伸入驱动器120的螺纹部分(不可见)。驱动器120包括一个相对于驱动器120具有固定位置的螺母(不可见)，与闭锁销118的螺纹部分接合。闭锁销可以在电机和安装在驱动器内的齿轮的控制下转动。根据转动的方向，闭锁销118相对于驱动器120向前或者向后运动。

图2A-C显示对接机构100在通常使用情况下的不同形态。图2A显示对接机构100处于“准备闭锁”——闭锁筒110被插入接受器112之前的构形。此时闭锁销118完全退出。弹簧(图中未显示)在闭锁筒110(基本区域220)上相对闭锁销118施加一个力216，这样从闭锁销118中伸出的调整片210搁置在闭锁筒110的一个较低的内台肩214b的上。闭锁销具有相对较大直径的第一部分118a搁置在滚珠轴承116上，而滚珠轴承116部分突出在闭锁筒110的孔外。

图2B显示闭锁筒110插入接受器112(图中未显示)中这一时刻的对接机构100。随着闭锁筒110插入接受器112中，垫圈114夹紧滚珠轴承116并向其施加一个向下的力。然后闭锁筒110向下推动，滚珠轴承116移动到与闭锁销118相对较小直径部分接触。滚珠轴承向内陷落，而闭锁筒110进入接受器112的垫圈114内。一旦滚珠轴承116越过垫圈114，闭锁筒110在弹簧力216的作用下向上弹起。接受器112被对接机构100紧紧固定在位置上。

图2C显示处于未闭锁形态的对接机构100。此处，闭锁销向前以便闭锁销的调整片210压紧闭锁筒110的内部上台肩214a，而闭锁筒110的底板220压紧固定挡块218。固定挡块218相对驱动器120具有固定的位置。在这种构形中，闭锁销118的相对较窄部分118b与滚珠轴承116对齐，滚珠轴承116能向内自由地陷落。对接机构100可以自由地插入或者退出接受器112。

除了图2A-C所示的几种构形，闭锁销也可以采取完全对接构形，如图1所示。完全对接构形与图2A所示的构形相同，除了闭锁销118和闭锁筒110被驱动器120向下推以外。完全对接构形在测试头和外围设备之间提供更为紧密的接触，因此，通过压紧上述的弹簧载荷接触，保证在测试头和外围设备之间保持通电接触，如上所述。

尽管对接机构100被证明是极为有效的，我们认为，新需求将使其在将来的应用中显得不那么具有吸引力。特别是，最近开发的具有测试头的测试器远远大于在Catalyst^TM测试系统中使用的测试头。测试头的尺寸的增加使得对接机构的位置必须从测试头的侧面移到测试头的顶端。然而，测试头的顶端密密麻麻地放置着电子元件以及其它部件，因而不容易布置对接机构100所需的垂直空间。

另外，闭锁机构100功率的损失导致闭锁机构只能保持在原位置。当出现功率损失时，如果测试头和外围设备对接在一起，操作者必须手动操作驱动器120使其分开。特别是，操作者必须转动驱动器120内的轴122——通常使用可调扳手——手动转动驱动器120内的齿轮并移动闭锁销118。如果闭锁机构位于测试头的顶部而不是侧面，操作者将不能接近轴122，也就不能轻易地将测试头和外围设备分开。

发明内容

了解了前面的背景，本发明的一个目的就是一种对接机构，与传统的对接机构相比，需要很小的垂直空间。

本发明的另一个目的是一种对接机构，在发生功率损失时不需要操作者直接干预就能使其分开。

为了达到上述以及其它目的和优点，一种适于将测试头和外围设备进行对接的对接机构包括一个活塞和一个中空的圆柱容器。活塞具有可活动地置于容器内的第一部分和从第一部分伸出通过容器上一个孔的第二部分。适于连接在接受器上的闭锁筒，从活塞第二部分的开口上伸出。闭锁销可移动地置于闭锁筒内，用来形成闭锁和开锁状态。通过例如弹簧产生的偏移力，使闭锁销的位置相对于闭锁筒产生偏移，以形成开锁状态。通过在闭锁销上施加一个主动力，闭锁销能够克服偏移力，在闭锁筒内移动并达到闭锁状态。当主动力消失，例如由于功率损失而失去主动力，偏移力使闭锁销重新回到开锁状态。通过在活塞的一个表面上施加流体压力，活塞能够相对容器移动，可以改变闭锁筒相对容器的延伸。

根据本发明一个实施例，一种适于对接测试头和外围设备的对接机构，包括：一个闭锁筒；一个可移动地置于闭锁筒内的闭锁销；一个施力机构，用来在第一方向上向闭锁销施加力，以形成闭锁状态；当发生功率损失后，所述施力机构产生的力为零，顺从闭锁销的移动；以及一个偏移机构，在与第一方向相反的方向上向闭锁销施加力，以形成开锁状态，当发生功率损失后，所述偏移机构完全保持原有的力。

根据本发明又一实施例，一种适于对接测试头和外围设备的对接机构，包括：一个中空的圆柱形的容器；一个活塞，具有可活动地置于容器内的第一部分和从第一部分伸出通过容器上一个孔的第二部分，通过在活塞的一个表面上施加流体压力，活塞能够在容器内移动；以及一个闭锁机构，形成与外围设备的闭锁或者开锁状态，闭锁机构包括：一个从活塞第二部分开口中伸出的闭锁筒；一个可移动地置于闭锁筒内的闭锁销；一个施力机构，用来在第一方向上向闭锁销施加力，以形成闭锁状态；当发生功率损失后，所述施力机构产生的力为零，顺从闭锁销的移动；以及一个偏移机构，在与第一方向相反的方向上向闭锁销施加力，以形成开锁状态，当发生功率损失后，所述偏移机构完全保持原有的力。

本发明还提供一种对接测试头和外围设备的方法，包括：将连接在测试头和外围设备中的一个上的闭锁筒插入连接在测试头和外围设备中的另一个上的接受器中；在置于闭锁筒内的闭锁销上施加移动力，移动闭锁销与接受器闭锁的位置，当功率损失时，所施加的力消失为零；在与闭锁销移动力相反的方向施加偏移力，偏移力倾向于使闭锁筒内的闭锁销移动到相对接受器开锁的位置，在发生功率损失时，所述偏移力保持不变。

附图简述

通过研究后面的描述和附图，可以对本发明另外的目的、优点和新颖特征由更清晰的认识，其中：

图1是连接在接受器上的现有技术的对接机构。

图2A-2C为横截面视图，显示图1对接机构的不同对接形态。

图3为按照本发明构造的对接机构的横截面视图。

图4为图3对接机构的透视图。

图5A-5D显示图3和4的对接机构的闭锁形态顺序。

图6A-6C显示使用图3-5的对接机构进行测试头和外围设备对接的顺序。

优选实施例

对接机构的结构

图3是按照本发明的对接机构300的横截面视图，详细显示对接机构300的结构。图4是同一个对接机构300的透视图。如图3所示，对接机构300包括活塞310和基本上为圆柱形的容器312。活塞310包括布置在容器312内部区域314中的第一部分310a和从第一部分310a上伸出的第二部分310b。第二部分310b通过在容器顶部的一个开孔部分地伸出容器312之外。优选结构中容器312包括一个顶端部分312a，和一个使用紧固件，例如螺栓连接在顶端部分312a上的底板部分312b。

流体输送通道318和320分别通过顶端部分312a和底板部分312b提供，用于在活塞310的上下表面322和324上施加流体压力。在通过流体输送通道318施加的流体压力的作用下，活塞310被迫向下移动，导致活塞的第二部分310b退入容器312。在通过流体输送通道320施加的流体压力的作用下，活塞310被迫向上移动，导致活塞的第二部分310b至少部分地伸出容器312。

因为方便而且能够相对随意地维护，优选结构中使用空气而不是液体来把流体压力传递到活塞310的上下表面322和324之上。在容器312的圆周上有O形密封圈，位于326、328、330和332位置处，以防止流体泄漏。优选结构中空气压力保持为大约80磅每平方英寸(p.s.i)。

通常，相对容器312移动活塞310需要很大的力。因此，优选结构中活塞310包括卸截区域(relieved region)334和336。优选结构中卸载区域围绕活塞310的整个圆周方向扩展。当活塞310全部移到容器312的顶端，卸载区域332保证从输送通道318来的流体压力作用在活塞已知的表面区域上。因为施加在活塞310上的力等于流体压力与表面积的乘积，所以卸载区域322的表面积直接换算成已知的原动力来移动活塞。一旦活塞开始移动，活塞310的整个上表面322就全部暴露在通道318来的流体压力之下，作用在活塞上的力大幅增加。

同样的方式，当活塞起初位于容器312的底部时，卸载区域334保证从输送通道320来的流体压力作用在活塞已知的表面区域上，产生已知的力向上移动活塞。

为了简化结构，优选结构中流体输送通道318和320分别是在容器312的上部和底部312a和312b钻的孔。优选结构中，第一流体输送通道318包括两个孔，第一孔318a从底部向上钻，但不通过容器312的上端部分，第二孔318b在容器内对角钻取，通入第一孔。第二流体输送通道是一个简单的钻通底板部分312b的孔。孔318和320的尺寸与传统的软管接头(图中未显示)相配合，将压缩空气传送到流体输送通道318和320。

总体上，施加在第一流体输送通道318上的流体压力用来推动活塞310向下运动进入容器312(例如，向测试头推动外围设备)。在这个过程中，第二流体通道320优选保持为大气压力。为了推动活塞在容器内向上运动，在第二流体输送通道320上施加流体压力，而第一通道318保持为大气压力。

通过控制活塞310的位置，对接机构300控制外围设备相对测试头的位置，即外围设备是否“向下推向”测试头。另外，对接机构300还控制对接机构300对连接在外围设备上的接受器112闭锁和开锁的能力。

为了实现与接受器112之间的闭锁和开锁，活塞310的第二部分310b包括一个中空、基本为圆柱形的区域340。闭锁筒350从圆柱形区域340的顶端开口处伸出。而闭锁销352轴向通过闭锁筒350的中心伸出，并且能够相对闭锁筒350相上和向下移动。按照与上述参照图1所描述的相同的方式，闭锁销352相对闭锁筒350的位置确定形成闭锁或者开锁状态。滚珠轴承(图中未显示)布置在围绕闭锁筒350圆周的孔354内。正如图1的对接机构100所示，在与滚珠轴承接触点处的闭锁销的直径导致滚珠轴承或者向外伸出以实现闭锁状态，或者向内陷落以实现开锁状态。

与图1的对接机构相比，优选结构中闭锁销352包括一个伸长部分352a和一个底板部分352b。一个偏移机构，例如弹簧356，在闭锁销352和闭锁筒350之间施加一个偏移力。偏移力推动闭锁销352相对闭锁筒350向下移动，以实现开锁状态。优选结构中弹簧356布置在闭锁筒350的开口区域358内，与闭锁销352的伸长部分352a同心。在圆形槽362内固定着一个卡环360，用来限定闭锁销352在闭锁筒350内的下端位置。

为了相对闭锁筒350向上移动闭锁销352，在闭锁销352的底板部分352b上施加流体压力。为了方便，用来施加流体压力的流体为空气。第三流体输送通道364通过容器312的底板部分312b，优选结构中通过钻通容器312底板部分312b上的孔来形成。与作为第一和第二流体通道318和320的孔一样，作为第三流体通道的孔的尺寸应与传统软管接头相配合。

当通过第三流体通道364施加压力后，闭锁销352克服弹簧356的偏移力而被迫向上移动。弹簧356被压缩，闭锁销352在闭锁筒350内向上，以实现闭锁状态。优选结构中在366位置处提供O形圈，以防止流体压力泄漏。

当通过第三流体通道364施加的流体压力被释放后，在圆柱区域340上的压力接近为大气压力，弹簧356的偏移压力推动闭锁销352向下运动。闭锁销在偏移力的作用下向下移动，形成开锁状态。

在发生功率损失时，流体压力降为大气压力。因此，当压力释放后，会发生相同的事件序列。所以，闭锁销352在偏移力的作用下移动到开锁状态。因此，由于例如断电导致的电力功率损失，会引起对接机构300处于开锁状态。测试头和外围设备能够很容易地相互分离，而不需要操作者直接操纵对接机构或者使用特殊的工具。

在优选结构中，由空气压缩机(图中未显示)通过一组电力驱动阀(即歧管)向第一、第二和第三流体输送通道318、320和364提供流体压力。每个阀都按照电控制信号动作。每个阀都具有一个从压缩机来的压力输入口、一个废弃输入口和一个通过软管与第一、第二和第三输送通道中的一个连接的输出口。当对某个阀的控制信号被肯定后，阀就在压力输入口和输出口之间输送空气，因此向对接机构300的各个输送通道提供压缩空气。当获得一个否定的电信号——或者功率损失——阀采取缺省状态，压力输入口被堵塞，废气口连接到输出口上。在这种情况下，向各个输送通道提供大气压力。

优选结构中，闭锁筒350并不是固定连接在活塞310的第二部分310b上。闭锁筒350有一个围绕其外边缘伸出的台肩370，它与从活塞第二部分310b开口的内圆周上伸出的法兰盘372松散配合。通常，弹簧356的偏移力向上推动闭锁筒350，使闭锁筒350保持在确定的位置。但是在闭锁过程中，接受器112能推动闭锁筒350相对活塞第二部分310b向下移动。

当闭锁销352处于闭锁(上端)位置，闭锁筒350能够插入接受器112中。闭锁筒插入接受器112的动作导致接受器压迫闭锁筒350相对闭锁销352向下运动。这会暂时形成开锁状态，其中闭锁销周围的滚珠轴承绕闭锁销352的狭窄区域374向内陷落。一旦接受器越过滚珠轴承，闭锁筒350向上弹起，会重新形成闭锁状态，而接受器112被牢牢固定在确定的位置上。

材料

优选结构中对接机构300安装在测试头的顶端，接受器连接在诸如探测器和机械手之类的外围设备上。为了保持测试头的重量相对较轻，优选结构中对接机构300的容器312使用轻质、坚固的材料例如铝制造。出于强度和弹性的考虑，活塞310优选使用不锈钢。

优选结构中在容器312顶端的开口内提供圆柱形黄铜衬垫376，以防止活塞310在容器内上下移动时破坏活塞310和容器312的内壁。优选结构中黄铜衬垫压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形圈优选由橡胶制成。O形圈上涂有传统的O形圈油脂，以保证气密密封。

优选结构中弹簧326为简单的卷簧，完全压缩时能够提供大约10磅的力。弹簧力必须足以克服由位置366处的O形圈引起的密封阻力，以便当闭锁销上的压力释放后能够形成开锁状态。

对接机构的构形

对接机构300实质上允许其组成部件按照三种方式定位：

●活塞310在容器312内处于上端或者下端；

●闭锁销352能够在活塞310的第二部分310b内处于上端或者下端；以及

●闭锁筒350能够在活塞310的第二部分310b内处于上端或者下端。

忽略这些部件的中间位置(即在上端和下端之间)，对接机构300具有8种可能的构形。其中四种与测试头和外围设备的对接有特殊的关系。这些构形图示在图5A-5D中。

图5A显示对接结构300处于“准备闭锁”的构形。活塞310位于上端(未被拉下)，闭锁销352在上端(闭锁)，闭锁筒350也在上端。在这种构形中，对接机构300没有插入接受器。

图5B显示对接机构处于“闭锁”的构形。这种构形除了闭锁筒350处于下端的位置外，与图5A中的准备闭锁构形完全相同。当闭锁筒350插入接受器钟那一刻，就形成闭锁构形。接受器内的垫圈(图中未表示)向下推动到闭锁筒350内的滚珠轴承上，使得闭锁筒350下压弹簧356使其压缩。一旦垫圈越过滚珠轴承，闭锁筒350重新向上弹起。然后就重新形成图5A所示的准备闭锁构形。此时，接受器紧紧地固定在闭锁筒350周围的滚珠轴承之下。

在图5C中，对接机构300显示为“拉下”构形。对接机构300已经被闭锁在接受器中。活塞310被驱动到其下端位置，将测试头和外围设备拖到一起。活塞310的力压迫弹簧在测试头和外围设备内接触，因而允许测试头与被测试设备通电接触。对接机构一直保持这种构形，直到测试结束。

一旦测试结束，对接机构300就采取“开锁”构形，如图5D所示。活塞310移动到其上端位置(未被拉下)，闭锁销352移动到其下端位置(开锁)。在这种开锁构形中，测试头和外围设备能够通过简单的拖动而相互分开。

在发生意外功率损失时，对接机构300为如图5D所示的开锁构形。如上所述，功率损失导致从歧管来的压力降为大气压力。因为在测试头和外围设备内的弹簧载荷接触倾向于将测试头推离外围设备，弹簧载荷接触也倾向于将活塞310推回到其上端位置。在闭锁筒350内，弹簧356推压闭锁销352回到下端位置，对接机构300形成与接受器的开锁状态。

测试头和外围设备的对接顺序

图6A-6C显示使用对接机构300在测试头610和外围设备612之间形成对接的顺序。这些图形没有穷尽地显示对接涉及的所有部件，也不是按照比例绘制的。这只是些非常简化的图，显示对接测试头和外围设备的一般原理。

如图6A所示，测试头610包括一对对接机构300。一对外部对齐套筒614，一对锥形导柱616和一对DIB(device interface board，设备界面板)对齐销钉618。探测器柱620从测试头610上伸出，用来从测试头610内的DIB(图中未显示)向外围设备612传递电信号。而弹簧载荷接触销钉622从探测器柱620上伸出，用来形成和外围设备612的导电接触。

外围设备612包括一对外部对齐销钉630，用来与测试头610上的外部对齐销钉614接合。接受器632位于外围设备612之外，用来容纳从对接机构300上突出的闭锁筒350。在DIB对齐支架638内的DIB对齐套筒634接受从外围设备612上伸出的内对齐销钉636。另外，DIB对齐套筒634用来容纳从测试头610上突出的DIB对齐销钉618。

当测试头和外围设备开始被放置在一起进行接合时，需要极精确地对齐。通常，测试头610在机器的控制下相对外围设备612移动到一个大致的位置和方向上，如图6A中所示。一旦移动到大致的位置和方向，通常操作者手动控制将测试头610移动到使测试头和外围设备锁紧在一起的位置。

图6B显示操作者将测试头610和外围设备612锁紧在一起后的位置。外部对齐销钉630和外部对齐套筒614接合，DIB对齐销钉618和对齐套筒634接合，对接机构300与接受器632接合。注意弹簧载荷接触点622还没有被压下。

为了完成对接顺序，对接机构300被同时驱动进入拉下状态(见图5C)。对接机构300的拉下动作导致弹簧载荷销钉622被压下，因而在测试头610和外围设备612之间形成通电接触。然后就可以启动半导体设备的高速测试。

优点

从前面的描述中可以清楚地看出，对接机构300能够制造成具有非常低轮廓(low profile)的外形，以便很容易地安装在测试头的顶面上。因此，对接机构300不会与测试头内其它关键部件发生严重的干涉。优选结构中，对接机构300与测试头的顶面平齐，而不会比测试头顶盖厚。

同样很明确，在发生功率损失时，对接机构能够自动开锁。所以，操作者不必使用特殊的工具来手动使测试头从外围设备上脱开。操作者也不必在功率损失发生时，亲身接近对接机构300。

另外一个好处是，向对接机构输送流体压力的软管保持固定的位置，而不管对接机构的构形如何。相信软管的固定位置能够延长软管的使用寿命，并且减小软管在使用期间内与对接机构脱离的可能性。

替换方案

除了优选结构及其结构变化以外，也可以采用其它结构和变化形式。

例如，如上所述的闭锁销352被流体压力向上推动，而被弹簧356的偏移力向下推动。替换方案为，使用螺线管驱动并偏压闭锁销352。当螺线管通电后，螺线管推动闭锁销352进入闭锁位置。当螺线管断电后，螺线管拉着闭锁销352退回开锁位置。在这种情况下，不需要弹簧356，因为在断电时，螺线管能够将闭锁销拉回到开锁位置而且只需要较少的力来移动闭锁销。因此，螺线管以及相关电子控制电路可以很小，不会牺牲对接机构300的矮轮廓特性。

前面描述的偏移机构为弹簧356。然而，也可使用其它偏移机构，例如弹性材料，永久磁铁，或者其它机构，能够在断电后继续施加力。

如上所述，对接机构300使用流体压力使活塞310返回上端位置。尽管通常需要很大的力来移动活塞310到低端位置(压迫在测试头和外围设备内的弹簧载荷接触)，但通常只需要较小的力使活塞退回到上端位置。因此，作为施加流体压力使活塞310退回上端位置的一种替代方案，可以使用第二偏移机构向活塞310施加一个向上的偏移力。正如第一偏移机构，第二偏移机构可以是弹簧，弹性材料，或者永久磁铁。另一种替代方案是，通过手动在闭锁筒350上施加力将活塞推动到上端位置。因此，可以避免使用流体压力和第二偏移机构。

为了使用方便和便于维护，空气被作为优选流体用来施加流体压力以移动对接机构300的部件。其它流体，气体和液体，都可用来取代空气。使用流体状态的液体实际上带来了允许容器312减小尺寸的好处，因为液体能够传递比空气高的压力。所以，通过使用液体来施加流体压力，有可能使对接机构300变得更小。

如上所述，驱动对接机构300的移动部件需要施加正压力。然而，也可以使用负压力(真空)，这在设计上只需稍作调整，这一点为本领域技术人员所熟知。

如上所述，优选结构中，在部件接合处使用涂有O形圈油脂的O形圈来防止泄漏。作为替换方案，可以使用无油脂O形圈。另一种替换方案是，完全忽略O形圈，而活塞与容器的尺寸采用紧配合，这样能将空气泄漏减少到可以接受的水平(研磨密封lapped seal)。也可以使用T形密封、法兰密封或者其它弹性密封。

在上面的描述中，对接机构300连接在测试头上，而接受器连接在外围设备上。在替换方案中，这种配置可以被反过来，对接机构连接在外围设备上，而接受器连接在测试头上。

每个替换方案和变化形式，以及其它修改，发明者都已经考虑到并包含在本发明的范围之内。所以应当理解，前面的描述是示例性的，本发明应当只受权利要求的精神和范围限制。

Claims (14)

1.一种适于对接测试头和外围设备的对接机构，包括：

一个闭锁筒；

一个可移动地置于闭锁筒内的闭锁销；

一个施力机构，用来在第一方向上向闭锁销施加力，以形成闭锁状态；当发生功率损失后，所述施力机构产生的力为零，顺从闭锁销的移动；以及

一个偏移机构，在与第一方向相反的方向上向闭锁销施加力，以形成开锁状态，当发生功率损失后，所述偏移机构完全保持原有的力。

2.如权利要求1中所述的对接机构，其特征在于，施力机构包括一个施加流体压力以相对闭锁筒移动闭锁销，从而形成闭锁状态的流体压力源。

3.如权利要求2中所述的对接机构，其特征在于，偏移机构包括连接在闭锁销和闭锁筒上并在闭锁销和闭锁筒之间施加力的弹簧。

4.如权利要求1中所述的对接机构，其特征在于，施力机构包括连接在闭锁销上的螺线管，它施加的力用来相对闭锁筒移动闭锁销，以形成闭锁状态。

5.如权利要求4中所述的对接机构，其特征在于，偏移机构包括连接在闭锁销和闭锁筒上并在闭锁销和闭锁筒之间施加力的弹簧。

6.如权利要求1中所述的对接机构，还包括：

一个中空的圆柱形的容器；

一个活塞，具有可移动地置于所述容器中的第一部分，和通过容器上的一个孔从第一部分上伸出的第二部分；

其中施加在活塞表面上的流体压力引起活塞在容器内移动，并且其中闭锁筒从活塞第二部分上的开口内伸出。

7.如权利要求6中所述的对接机构，其特征在于，在施加于活塞第一表面上的流体压力的作用下，活塞在第一方向上移动，而在施加于活塞第二表面上的流体压力的作用下，在第二方向上移动。

8.如权利要求6中所述的对接机构，其特征在于，闭锁销、闭锁筒和活塞都相对一个垂直轴同心对齐。

9.如权利要求6中所述的对接机构，其特征在于，活塞的第一部分具有一个上表面，而容器包括一个输送通道，用来向活塞上表面提供流体压力，通过输送通道提供的流体压力倾向于使活塞的第二部分至少部分地退回容器中。

10.如权利要求9中所述的对接机构，其特征在于，输送通道具有一个进入容器的开口，而活塞第一部分的上表面包括一个通过液体压力连接到容器开口的卸载区域，其中卸载区域的表面积足够大，能将液体压力转化成为足以移动活塞的力。

11.如权利要求9中所述的对接机构，还包括至少一个在活塞和容器之间的流体阻挡密封，防止通过输送通道施加的流体压力泄漏。

12.一种适于对接测试头和外围设备的对接机构，包括：

一个中空的圆柱形的容器；

一个活塞，具有可活动地置于容器内的第一部分和从第一部分伸出通过容器上一个孔的第二部分，通过在活塞的一个表面上施加流体压力，活塞能够在容器内移动；以及

一个闭锁机构，形成与外围设备的闭锁或者开锁状态，闭锁机构包括：

一个从活塞第二部分开口中伸出的闭锁筒；

一个可移动地置于闭锁筒内的闭锁销；

一个施力机构，用来在第一方向上向闭锁销施加力，以形成闭锁状态；当发生功率损失后，所述施力机构产生的力为零，顺从闭锁销的移动；以及

一个偏移机构，在与第一方向相反的方向上向闭锁销施加力，以形成开锁状态，当发生功率损失后，所述偏移机构完全保持原有的力。

13.一种对接测试头和外围设备的方法，包括：

将连接在测试头和外围设备中的一个上的闭锁筒插入连接在测试头和外围设备中的另一个上的接受器中；

在置于闭锁筒内的闭锁销上施加移动力，移动闭锁销与接受器闭锁的位置，当功率损失时，所施加的力消失为零；

在与闭锁销移动力相反的方向施加偏移力，偏移力倾向于使闭锁筒内的闭锁销移动到相对接受器开锁的位置，在发生功率损失时，所述偏移力保持不变。

14.权利要求13中所述的方法，还包括：

拉动闭锁筒以减小测试头和外围设备之间的距离，包括向容器内的活塞上施加流体压力，活塞机械连接在闭锁筒上以便活塞的运动转化为闭锁筒的运动。

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