DE60202593T2

DE60202593T2 - Pneumatisch betriebenes andockmodul mit automatischem entkoppelungsmechanismus bei stromausfall

Info

Publication number: DE60202593T2
Application number: DE60202593T
Authority: DE
Inventors: J. Brian BOSY; W. David LEWINNEK
Original assignee: Teradyne Inc
Current assignee: Teradyne Inc
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: JP4139224B2; DE60202593D1; CN1457431A; CN100405566C; EP1370878B1; EP1370878A1; KR20030011818A; US6551122B2; MY134572A; ATE287089T1; CN1217198C; KR100853664B1; US20020106927A1; JP2004518961A; CN1595630A; WO2002063315A1; TW513812B

Description

Diese Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf eine automatische Prüfeinrichtung. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Vorrichtung für das mechanische Anbringen einer automatischen Prüfeinrichtung mit maschineller Ausrüstung, die Halbleiterbauelemente zum Prüfen positioniert.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Halbleiterhersteller prüfen im Allgemeinen die Halbleiterbauelemente zu verschiedenen Produktionszeitpunkten. Während der Herstellung werden die integrierten Schaltkreise in großen Mengen auf einem einzigen Siliciumwafer produziert. Der Wafer wird in einzelne integrierte Schaltkreise, die als „Dies" bezeichnet werden, geschnitten. Jedes „Die" wird in einen Gehäuserahmen geladen und es werden Bonddrähte angebracht, um das „Die" mit den Anschlussdrähten, die vom Gehäuserahmen ausgehen, zu verbinden. Der geladene Gehäuserahmen wird dann zur Herstellung eines Endproduktes in Kunststoff oder einem anderen Verpackungsmaterial gekapselt.
Die Hersteller haben ein starkes wirtschaftliches Interesse daran, defekte Bauelemente im Herstellungsprozess so früh wie möglich zu erkennen und auszurangieren. Folglich prüfen viele Halbleiterhersteller die integrierten Schaltkreise erst noch auf dem Wafer, bevor ein Wafer in „Dies" geschnitten wird. Die defekten Schaltkreise werden gekennzeichnet und im Allgemeinen vor dem Verpacken ausrangiert, so dass die Kosten, die für die Verpackung defekter „Dies" anfallen, eingespart werden. In Form einer Endkontrolle prüfen viele Hersteller jedes Endprodukt vor dem Versand.
Um schnell große Mengen von Halbleiterbauelementen zu prüfen, nutzen die Hersteller üblicherweise eine automatische Prüfeinrichtung (automatic test equipment, „ATE" bzw. so genannte „Tester"). Als Reaktion auf die Anweisungen in einem Prüfprogramm erzeugt ein Tester automatisch Eingangssignale, die an einen integrierten Schaltkreis angelegt werden, und überwacht die Ausgangssignale. Der Tester vergleicht die Ausgangssignale mit den erwarteten Reaktionen, um zu bestimmen, ob das der Prüfung unterzogene Bauelement (device under test) bzw. „DUT" defekt ist. Da solche Tester einen hohen Automatisierungsgrad aufweisen, können sie Millionen von Prüfungen in nur wenigen Sekunden ausführen.
Üblicherweise werden Tester für Bauelemente in Form von zwei verschiedenen Teilen konzipiert. Ein erster Teil, der als „Prüfkopf" bezeichnet wird, umfasst Schaltkreise, die sich vorzugsweise in der Nähe des DUT befinden, beispielsweise Treiberschaltkreise, Empfangsschaltkreise und sonstige Schaltkreise, für die kurze elektrische Wege wichtig sind. Ein zweiter Teil, der als „Testerkörper" bezeichnet wird, ist mit dem Prüfkopf über Kabel verbunden und enthält Elektronik, die sich nicht in der Nähe des DUT befinden muss.
Spezielle Maschinen bewegen die Bauelemente zum Tester und verbinden sie elektrisch mit ihm in rascher Folge. Es wird ein „Prober" eingesetzt, um Bauelemente auf der Halbleiterebene zu bewegen. Außerdem wird ein „Handler" eingesetzt, um Bauelemente auf der Ebene des verpackten Bauelementes zu bewegen. Probers, Handlers sowie weitere Vorrichtungen zum Positionieren eines DUT relativ zu einem Tester sind im Allgemeinen als „Peripheriegeräte" bekannt. Peripheriegeräte umfassen im Allgemeinen einen Ort, wo die DUTs zum Prüfen positioniert werden. Das Peripheriegerät führt dem Prüfort schnell ein DUT zu, der Tester prüft das DUT und das Peripheriegerät bewegt das DUT vom Prüfort weg, so dass ein weiteres DUT geprüft werden kann.
Der Prüfkopf und das Peripheriegerät sind getrennte Teile der maschinellen Ausrüstung, die im Allgemeinen getrennte Tragkonstruktionen aufweisen. Deshalb ist es vor dem Beginn der Prüfung erforderlich, dass der Prüfkopf und das Peripheriegerät aneinander befestigt werden. „Dies" wird im Allgemeinen dadurch bewerkstelligt, dass der Prüfkopf zum Peripheriegerät bewegt, der Prüfkopf sorgfältig ausgerichtet und der Prüfkopf am Peripheriegerät verriegelt wird. Sobald die Verriegelung erfolgt ist, zieht ein Andockmechanismus den Prüfkopf und das Peripheriegerät zusammen, wodurch die Federkontakte zwischen dem Prüfkopf und dem Peripheriegerät zusammengedrückt werden und elektrische Verbindungen zwischen dem Prüfgerät und dem DUT entstehen. Dieser Prozess der Ausrichtung und Befestigung des Prüfkopfes am Peripheriegerät wird gemeinhin als „Ankoppeln" bezeichnet.
1 zeigt einen herkömmlichen Mechanismus für das Ankoppeln eines Prüfkopfes an ein Peripheriegerät. Der Andockmechanismus von 1 wird üblicherweise zusammen mit dem Catalyst^TM-Prüfsystem eingesetzt, das von Teradyne, Inc. aus Boston, MA (USA) geliefert wird. Wie in 1 dargestellt, ist ein Andockmechanismus 100 an einer Aufnahme 112 angebracht. Es werden im Allgemeinen mehrere Andockmechanismen 100 an der Außenseite des Prüfkopfes neben dem oberen Teil des Prüfkopfes angebracht. Ferner werden im Allgemeinen mehrere Aufnahmen an einem Peripheriegerät angebracht, und zwar an komplementären Orten, an denen die Andockmechanismen 100 mit den Aufnahmen 112 zusammengefügt werden können. Der Andockmechanismus 100 und die Aufnahme 112 von 1 sind in einer vollständig angekoppelten Anordnung dargestellt, d. h. in der Anordnung, die sie für das elektronische Prüfen von Bauelementen annehmen.
Wie in 1 dargestellt, umfasst der Andockmechanismus 100 eine Verriegelungshülse 110 und einen Verriegelungsstift 118, der koaxial in der Verriegelungshülse 110 läuft. Vier Kugellager 116 sind in den Löchern in der Verriegelungshülse 110 positioniert, und zwar auf deren Umfang und rund um den Verriegelungsstift 118. Die äußeren Eintrittsränder zu den Löchern sind gegenüber exakten Kreisen etwas verformt (in der Figur nicht sichtbar). Die verformten Bereiche bilden eine Barriere, die verhindert, dass die Kugellager 116 aus der Verriegelungshülse 110 herausfallen.
Der Verriegelungsstift 118 hat längs seiner Länge verschiedene Abschnitte 118a und 118b und die verschiedenen Abschnitte haben verschiedene Durchmesser. Um die Verriegelung und Entriegelung zu bewirken, wird der Verriegelungsstift 118 in Bezug auf die Verriegelungshülse 110 vorgeschoben und zurückgezogen. Während sich der Verriegelungsstift 118 bewegt, wechselt der Abschnitt des Verriegelungsstiftes 118, der mit den Kugellagern 116 in Kontakt kommt. Als Folge davon ändern sich die radialen Positionen der Kugellager 116. Wenn beispielsweise der Abschnitt 118a des Verriegelungsstiftes, der einen relativ großen Durchmesser hat, mit den Kugellagern 116 fluchtet, werden die Kugellager aus der Mitte der Verriegelungshülse 110 nach außen herausgeschoben, wodurch der effektive Umfang der Verriegelungshülse 110 vergrößert wird. Wenn der Abschnitt 118b des Verriegelungsstiftes 118, der einen relativ kleinen Durchmesser hat, mit den Kugellagern 116 fluchtet, schieben sich die Kugellager wieder ungehindert nach innen zusammen, wodurch der effektive Umfang der Verriegelungshülse 110 verringert wird.
Die Aufnahme 112 umfasst eine Ringscheibe 114, die einen inneren Durchmesser aufweist, der nur etwas größer als der äußere Durchmesser der Verriegelungshülse 110 bei vollständig zurückgezogenen Kugellagern 116 ist. Je nach der Position des Verriegelungsstiftes 118 in Bezug auf die Verriegelungshülse 110 verhindern die Kugellager 116 entweder, dass die Ringscheibe 114 und die Verriegelungshülse 110 voneinander getrennt werden, oder ermöglichen, dass die Ringscheibe 114 ungehindert abgestreift und auf die Verriegelungshülse 110 geschoben werden kann.
Ein Betätigungselement 120 gibt die Position des Verriegelungsstiftes 118 vor. Der Verriegelungsstift 118 weist einen Gewindeabschnitt (nicht sichtbar) auf, der sich in das Betätigungselement 120 erstreckt. Das Betätigungselement 120 umfasst eine Mutter (nicht sichtbar), die eine feststehende Position relativ zum Betätigungselement 120 aufweist und in den Gewindeabschnitt des Verriegelungsstiftes 118 eingreift. Der Verriegelungsstift lässt sich über eine Motor- und Getrieberegelungseinheit (nicht sichtbar), die im Betätigungselement 120 untergebracht ist, drehen. Je nach Drehrichtung wird der Verriegelungsstift 118 entweder relativ zum Betätigungselement 120 vorgeschoben oder zurückgezogen.
Die 2A–C zeigen verschiedene Anordnungen, die der Andockmechanismus 100 beim normalen Einsatz annimmt. 2A zeigt den Andockmechanismus 100 in einer „verriegelungsbereiten" Anordnung, und zwar bevor die Verriegelungshülse 110 in die Aufnahme 112 eingeführt wird. Der Verriegelungsstift 118 ist vollständig zurückgezogen. Eine Feder (nicht dargestellt) übt eine nach oben gerichtete Kraft 216 an der Verriegelungshülse 110 (Basisbereich 220) relativ zum Verriegelungsstift 118 aus, so dass ein vorstehender Teil 210, der sich vom Verriegelungsstift 118 aus erstreckt, an der unteren Innenschulter 214b der Verriegelungshülse 110 anliegt. Der erste Abschnitt 118a des Verriegelungsstiftes, der einen relativ großen Durchmesser hat, liegt an den Kugellagern 116 an und die Kugellager 116 stehen teilweise durch die Löcher in der Verriegelungshülse 110 hervor.
2B zeigt den Andockmechanismus 100 zu dem Zeitpunkt, an dem die Verriegelungshülse 110 in die Aufnahme 112 (nicht dargestellt) eingeführt wird. Während die Verriegelungshülse 110 in die Aufnahme 112 eingeführt wird, kommt die Ringscheibe 114 mit den Kugellagern 116 in Kontakt und übt eine nach unten gerichtete Kraft auf sie aus. Die Verriegelungshülse 110 wird dann nach unten geschoben und die Kugellager 116 werden durch ihre Bewegung mit dem relativ schmalen Abschnitt 118b des Verriegelungsstiftes 118 in Kontakt gebracht. Die Kugellager schieben sich nach innen zusammen und die Verriegelungshülse 110 dringt durch die Ringscheibe 114 der Aufnahme 112 ein. Sobald die Kugellager 116 die Ringscheibe 114 passiert haben, federt die Verriegelungshülse 110 als Reaktion auf die Federkraft 216 nach oben. Die Aufnahme 112 wird dann durch den Andockmechanismus 100 in ihrer Position festgehalten.
2C zeigt den Andockmechanismus 100 in einer nichtverriegelten Anordnung. Dabei ist der Verriegelungsstift 118 so vorgeschoben, dass der vorstehende Teil 210 des Verriegelungsstiftes 118 auf die innere obere Schulter 214a der Verriegelungshülse 110 und die Basis 220 der Verriegelungshülse 210 gegen einen festen Anschlag 218 drückt. Der feste Anschlag 218 weist eine feste Position relativ zum Betätigungselement 120 auf. Bei dieser Anordnung flüchtet der relativ schmale Abschnitt 118b des Verriegelungsstiftes 118 mit den Kugellagern 116 und die Kugellager 116 schieben sich ungehindert nach innen zusammen. Der Andockmechanismus 100 kann ungehindert in die Aufnahme 112 eingeführt und aus ihr herausgezogen werden.
Außer den Anordnungen, die in den 2A–2C dargestellt sind, kann der Verriegelungsstift auch die vollständig angekoppelte Anordnung annehmen, wie sie in 1 dargestellt ist. Die vollständig angekoppelte Anordnung ist weitgehend mit der in 2A dargestellten identisch, nur dass der Verriegelungsstift 118 und die Verriegelungshülse 110 durch das Betätigungselement 120 heruntergezogen wurden. Die vollständig angekoppelte Anordnung ermöglicht einen engeren Kontakt zwischen dem Prüfkopf und dem Peripheriegerät und ermöglicht somit, dass elektrische Verbindungen zwischen dem Prüfkopf und dem Peripheriegerät hergestellt werden, indem die Federkontakte, wie oben beschrieben, zusammengedrückt werden.
Obwohl sich der Andockmechanismus 100 als sehr effektiv erwiesen hat, haben wir neue Anforderungen erkannt, die ihn für bestimmte zukünftige Anwendungen weniger attraktiv machen. Insbesondere sind kürzlich Tester mit Prüfköpfen entwickelt worden, die signifikant größer sind als der beim Catalyst^TM-Prüfsystem eingesetzte Prüfkopf. Die erhöhte Größe des Prüfkopfes hat es erforderlich gemacht, dass der Andockmechanismus von den Seiten des Prüfkopfes weg an die Oberseite des Prüfkopfes verlegt wurde. Die Oberseite des Prüfkopfes ist jedoch dicht mit Elektronik und sonstigen Bauelementen versehen und kann nicht problemlos den vertikalen Raum aufnehmen, der vom Andockmechanismus 100 benötigt wird.
Außerdem bewirkt ein Energieausfall hinsichtlich des Verriegelungsmechanismus 100, dass der Verriegelungsmechanismus 100 in seiner Position gehalten wird. Wenn der Prüfkopf und das Peripheriegerät aneinander gekoppelt sind, muss ein Bediener, wenn ein Energieausfall auftritt, einen direkten Zugang zum Betätigungselement 120 haben, um sie zu entkoppeln. Insbesondere muss der Bediener eine Welle 122 im Betätigungselement 120 drehen – im Allgemeinen unter Verwendung eines Rollgabelschlüssels – um das Zahnradgetriebe manuell im Betätigungselement 120 zu drehen und den Verriegelungsstift 118 zu verschieben. Wenn der Verriegelungsmechanismus statt an den Seiten des Prüfkopfes an dessen Oberseite angeordnet wird, hätte der Bediener keinen Zugang zur Welle 122 und der Prüfkopf könnte nicht einfach vom Peripheriegerät abgekoppelt werden.
In der europäischen Patentanmeldung Nr. EP 0699913A wird eine Schnittstelle zwischen einem Prüfkopfabschnitt einer automatischen Prüfeinrichtung und einer Handhabungseinrichtung, wie z. B. einem Prober, offenbart. Die Schnittstelle verwendet ein Betätigungselement und vorgespannte kinematische Kupplungen, mit denen sich eine Prüfkarte wiederholt relativ zum Bauelement in der Handhabungseinrichtung positionieren lässt.
Im US-Patent mit der Nummer 5923180 wird ein Waferprober-Andockadapter offenbart, der einen Federmechanismus in Form von Wickelfedern umfasst, die einen Prüfkopf abstützen und mit ihm fluchten. Ferner sorgt ein Nockenverriegelungsmechanismus für eine sichere Passung zwischen den Flächen.
Im US-Patent mit der Nummer 5744974 wird eine Schnittstellenbaugruppe zur Positionierung eines Prüfkopfes in Bezug auf eine weitere Vorrichtung offenbart. Die Schnittstelle umfasst vakuumbetätigte Komponenten, die die Platte und die Vorrichtung zusammenziehen.
Im US-Patent mit der Nummer 5068601 wird ein Prober/Handler-Andocksystem offenbart, wo ein Satz Nocken- und externer Führungsstifte zum Ermöglichen des Ankoppelns an geeignet ausgerüstete Waferprobers oder Bauelementverpackungs-Handlers bereitgestellt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter Berücksichtigung der oben erwähnten Hintergründe ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Andockmechanismus bereitzustellen, der im Vergleich zu herkömmlichen Andockmechanismen nur einen geringen vertikalen Raum benötigt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Andockmechanismus bereitzustellen, der keinen direkten Zugang durch einen Bediener benötigt, um bei einem Energieausfall einen abgekoppelten Zustand herzustellen.
Bei einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Andockmechanismus bereit, der für das Ankoppeln eines Prüfkopfes an ein Peripheriegerät geeignet ist und Folgendes umfasst: eine Verriegelungshülse; einen in der Verriegelungshülse verschiebbar angeordneten Verriegelungsstift; einen Druckmechanismus für das Aufbringen einer Kraft auf den Verriegelungsstift in einer ersten Richtung, um einen verriegelten Zustand herzustellen, wobei der Druckmechanismus nach dem Auftreten eines Energieausfalls im Wesentlichen keine Kraft erzeugt und im Wesentlichen mit der Bewegung des Verriegelungsstiftes im Einklang steht; und einen Vorspannmechanismus für das Aufbringen einer Vorspannkraft entgegen der ersten Richtung auf den Verriegelungsstift zum Herstellen eines nichtverriegelten Zustandes, wobei der Vorspannmechanismus im Wesentlichen seine Kraft nach dem Auftreten eines Energieausfalls aufrechterhält.
Bei einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren für das Ankoppeln eines Prüfkopfes an ein Peripheriegerät bereit, umfassend: Einführen einer, an einem Teil der aus Prüfkopf und Peripheriegerät bestehenden Einheit angebrachten Verriegelungshülse in eine, an dem anderen Teil der aus Prüfkopf und Peripheriegerät bestehenden Einheit angebrachten Aufnahme; Aufbringen einer Bewegungskraft auf einen Verriegelungsstift, der in der Verriegelungshülse angeordnet ist, um den Verriegelungsstift zu einer Aufnahme-Verriegelungsposition zu verschieben, wobei die Kraft nach dem Auftreten eines Energieausfalls im Wesentlichen bis auf null reduziert wird; Aufbringen einer Vorspannkraft entgegen der Bewegungskraft auf den Verriegelungsstift, wobei die Vorspannkraft dazu dient, den Verriegelungsstift in der Verriegelungshülse zu einer nichtverriegelten Position relativ zur Aufnahme zu verschieben, wobei die Vorspannkraft nach dem Auftreten eines Energieausfalls im Wesentlichen aufrechterhalten wird.
Demzufolge ist der Verriegelungsstift in der Verriegelungshülse zum Herstellen des verriegelten und nichtverriegelten Zustandes verschiebbar angeordnet. Die Vorspannkraft, die beispielsweise von einer Feder bereitgestellt wird, dient dazu, die Position des Verriegelungsstiftes relativ zur Verriegelungshülse zum nichtverriegelten Zustand hin vorzuspannen. Indem eine Belastungskraft auf den Verriegelungsstift aufgebracht wird, lässt sich der Verriegelungsstift zum Herstellen des Verriegelungszustandes gegen die Vorspannkraft in der Verriegelungshülse verschieben. Wenn die Belastungskraft, beispielsweise bei einem Energieausfall, weggenommen wird, sorgt die Vorspannkraft dafür, dass der Verriegelungsstift wieder in den nichtverriegelten Zustand gebracht wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Andockmechanismus außerdem eine im Wesentlichen hohle zylindrische Kammer; und einen Kolben, der einen ersten Abschnitt, der in der Kammer verschiebbar angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt aufweist, der sich vom ersten Abschnitt aus und durch ein Loch in der Kammer erstreckt, wobei der Kolben als Reaktion auf einen Fluiddruck, der auf eine Fläche des Kolbens aufgebracht wird, verschoben wird und wobei sich die Verriegelungshülse von einem Loch im zweiten Abschnitt des Kolbens aus erstreckt.
Folglich lässt sich zum einen der Kolben durch Aufbringen eines Fluiddruckes auf eine Fläche des Kolbens relativ zur Kammer verschieben und zum anderen die Verlängerung der Verriegelungshülse relativ zur Kammer variieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zusätzliche Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung werden unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung und Zeichnungen deutlicher, wobei:
1 eine Zeichnung des an einer Aufnahme befestigten Andockmechanismus nach dem Stand der Technik ist;
die 2A–2C Schnittzeichnungen sind, die verschiedene Verriegelungsanordnungen des Andockmechanismus von 1 zeigen;
3 eine Schnittdarstellung eines gemäß der Erfindung ausgeführten Andockmechanismus ist;
4 eine perspektivische Darstellung des Andockmechanismus von 3 ist;
die 5A–5D eine Aufeinanderfolge der Verriegelungsanordnungen des Andockmechanismus der 3 und 4 zeigen; und
die 6A–6C einen Ablauf für das Ankoppeln eines Prüfkopfes an ein Peripheriegerät unter Verwendung des Andockmechanismus der 3–5 zeigen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
AUFBAU DES ANDOCKMECHANISMUS
3 ist eine Schnittdarstellung eines Andockmechanismus 300 gemäß der Erfindung, die den Aufbau des Andockmechanismus 300 im Detail zeigt. 4 ist eine perspektivische Darstellung des gleichen Andockmechanismus 300. Wie in 3 dargestellt, umfasst der Andockmechanismus 300 einen Kolben 310 und eine im Wesentlichen zylindrische Kammer 312. Der Kolben 310 umfasst einen ersten Abschnitt 310a, der in einem inneren Bereich 314 der Kammer 312 angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt 310b, der sich vom ersten Abschnitt 310a aus erstreckt. Der zweite Abschnitt 310b erstreckt sich teilweise, durch einen Durchbruch an der Oberseite der Kammer 312 hindurch, außerhalb der Kammer 312. Die Kammer 312 umfasst vorzugsweise einen oberen Abschnitt 312a und einen Basisabschnitt 312b, der am oberen Abschnitt 312a mit Hilfe von Verbindungselementen, beispielsweise Schrauben, befestigt ist.
Die Fluidleitungswege 318 und 320 werden jeweils durch den oberen Abschnitt 312a und den Basisabschnitt 312b der Kammer 312 für das Aufbringen des Fluiddruckes auf die obere und untere Fläche 322 und 324 des Kolbens 310 bereitgestellt. Als Reaktion auf einen Fluiddruck, der über den Fluidleitungsweg 318 aufgebracht wird, wird der Kolben 310 in eine Abwärtsrichtung gedrückt, wodurch der zweite Abschnitt 310b des Kolbens in die Kammer 312 zurückgezogen wird. Als Reaktion auf den Fluiddruck, der über den Fluidleitungsweg 320 aufgebracht wird, wird der Kolben 310 in eine Aufwärtsrichtung gedrückt, wodurch sich der zweite Abschnitt 310b des Kolbens mindestens teilweise außerhalb der Kammer 312 erstreckt.
Wegen der Zweckmäßigkeit und der relativen Wartungsfreiheit wird vorzugsweise Luft als Fluid für die Leitung des Fluiddruckes auf die obere und untere Fläche 322 und 324 des Kolbens 310 eingesetzt.
Der Umfang der Kammer 312 ist an den Stellen 326, 328, 330 und 332 mit O-Ring-Dichtungen versehen, um ein Fluidleck zu verhindern. Der Luftdruck wird vorzugsweise auf einem Wert von etwa 550 kPa (80 p.s.i.) gehalten.
Es ist im Allgemeinen eine beträchtliche Kraft erforderlich, um den Kolben 310 relativ zur Kammer 312 zu verschieben. Deshalb umfasst der Kolben 310 vorzugsweise die hinterdrehten Bereiche 334 und 336. Die hinterdrehten Bereiche erstrecken sich vorzugsweise um den Gesamtumfang des Kolbens 310. Wenn der Kolben 310 vollständig zur Oberseite der Kammer 312 hin ausgefahren ist, stellt der hinterdrehte Bereich 334 sicher, dass der über den Leitungsweg 318 aus aufgebrachte Fluiddruck gegen einen bekannten Flächeninhalt des Kolbens wirkt. Weil eine Kraft, die auf den Kolben 310 aufgebracht wird, gleich dem Fluiddruck mal dem Flächeninhalt ist, wird der Flächeninhalt des hinterdrehten Bereiches 334 zur Verschiebung des Kolbens direkt in eine bekannte Anfangskraft umgewandelt. Sobald sich der Kolben zu verschieben beginnt, wird die gesamte obere Fläche 322 des Kolbens 3l0 über den Weg 318 dem Fluiddruck ausgesetzt und die Kraft hinter dem Kolben erhöht sich stark.
In einer ähnlichen Weise stellt der hinterdrehte Bereich 334 sicher, dass der Fluiddruck über den Weg 320 anfangs gegen einen bekannten Flächeninhalt wirkt, um eine bekannte Kraft zur Verschiebung des Kolbens in einer Aufwärtsrichtung zu erzeugen, wenn der Kolben 310 anfangs an der Unterseite der Kammer 312 positioniert ist.
Zur Vereinfachung der Ausführung werden die Fluidleitungswege 318 und 320 vorzugsweise als Löcher bereitgestellt, die jeweils in den oberen Abschnitt und den Basisabschnitt, 312a und 312b, der Kammer 312 gebohrt werden. Der erste Fluidleitungsweg 318 umfasst vorzugsweise zwei Löcher, ein erstes Loch 318a, das von der Unterseite aus, aber nicht durch den oberen Abschnitt der Kammer 312 gebohrt wurde, und ein zweites Loch 318b, das vom Innenbereich der Kammer aus diagonal gebohrt wurde und in das erste Loch ausläuft. Der zweite Fluidleitungsweg 320 ist einfach ein Loch, das durch den Basisabschnitt 312b gebohrt wurde. Die Löcher 318 und 320 sind so bemessen, dass sie zu den herkömmlichen Luftschlauchkupplungen (nicht dargestellt) passen, die die Druckluft zu den Fluidleitungswegen 318 und 320 leiten.
Im Allgemeinen wird der erste Fluidleitungsweg 318 mit dem Fluiddruck beaufschlagt, um den Kolben 310 nach unten in die Kammer 312 zu schieben (beispielsweise indem ein Peripheriegerät zum Prüfkopf hin heruntergezogen wird). Während dieser Phase wird der zweite Fluidleitungsweg 320 vorzugsweise auf dem Wert des atmosphärischen Druckes gehalten. Um den Kolben 310 in der Kammer nach oben zu schieben, wird der zweite Fluidleitungsweg 320 mit dem Fluiddruck beaufschlagt und der erste Weg 318 wird vorzugsweise auf dem Wert des atmosphärischen Druckes gehalten.
Über die Steuerung der Position des Kolbens 310 steuert der Andockmechanismus 300 die relative Position des Prüfkopfes in Bezug auf das Peripheriegerät, d. h. ob das Peripheriegerät gegen den Prüfkopf „heruntergezogen" wird. Zusätzlich steuert der Andockmechanismus 300 auch die Fähigkeit des Andockmechanismus 300, die Verriegelung und Entriegelung an einer Aufnahme 112, an der das Peripheriegerät befestigt ist, zu bewirken.
Um die Verriegelung und Entriegelung an einer Aufnahme 112 zu bewirken, umfasst der zweite Abschnitt 310b des Kolbens einen hohlen, im Wesentlichen zylindrischen Bereich 340. Eine Verriegelungshülse 350 erstreckt sich von einer Öffnung an der Oberseite des zylindrischen Bereiches 340 aus und ein Verriegelungsstift 352 erstreckt sich koaxial durch die Mitte der Verriegelungshülse 350 und kann sich in Bezug auf die Verriegelungshülse 350 nach oben und unten verschieben. In ähnlicher Weise, wie es oben unter Bezug auf 1 erläutert wurde, bestimmt die relative Position des Verriegelungsstiftes 352 in Bezug auf die Verriegelungshülse 350, ob ein Verriegelungszustand oder ein Entriegelungszustand hergestellt wurde. Die Kugellager (nicht dargestellt) sind in den Löchern 354 auf dem Umfang der Verriegelungshülse 350 angeordnet. Wie beim Andockmechanismus 100 von 1 bewirkt der Durchmesser des Verriegelungsstiftes an der Kontaktstelle mit den Kugellagern, dass die Kugellager entweder nach außen herausgeschoben werden, um einen verriegelten Zustand zu bewirken oder nach innen zusammengeschoben werden, um einen nichtverriegelten Zustand zu bewirken.
Im Gegensatz zum Andockmechanismus von 1 umfasst der Verriegelungsstift 352 vorzugsweise einen länglichen Abschnitt 352a und einen Basisabschnitt 352b. Ein Vorspannmechanismus, beispielsweise eine Feder 356, übt eine Vorspannkraft zwischen dem Verriegelungsstift 352 und der Verriegelungshülse 350 aus. Die Vorspannkraft schiebt den Verriegelungsstift 352 in Bezug auf die Verriegelungshülse 350 nach unten, was dazu dient, den nichtverriegelten Zustand zu bewirken. Die Feder 356 wird vorzugsweise in einem offenen Bereich 358 der Verriegelungshülse 350 angeordnet, und zwar konzentrisch um den länglichen Abschnitt 352a des Verriegelungsstiftes 352. Ein Sicherungsring 360 ist in eine Kreisnut 362 eingepasst, um eine untere Grenze für die Position des Verriegelungsstiftes 352 in der Verriegelungshülse 350 festzusetzen.
Um den Verriegelungsstift 352 in Bezug auf die Verriegelungshülse 350 nach oben zu verschieben, wird ein Fluiddruck auf den Basisabschnitt 352b des Verriegelungsstiftes 352 aufgebracht. Wegen der Zweckmäßigkeit wird zur Bereitstellung des Fluiddruckes vorzugsweise Luft als Fluid eingesetzt. Ein dritter Fluidleitungsweg 364 wird durch den Basisabschnitt 312b der Kammer 312 hindurch bereitgestellt, und zwar vorzugsweise über ein Loch, das durch den Basisabschnitt 312b der Kammer 312 gebohrt wird. Wie bei den Löchern des ersten und zweiten Leitungsweges, 318 und 320, ist das Loch für den dritten Leitungsweg 364 vorzugsweise so bemessen, dass es zu den herkömmlichen Luftschlauchkupplungen passt.
Wenn der dritte Fluidleitungsweg 364 mit dem Fluiddruck beaufschlagt wird, wird der Verriegelungsstift 352, gegen die Vorspannkraft der Feder 356, nach oben gedrückt. Die Feder 356 wird zusammengedrückt und der Verriegelungsstift 352 wird in der Verriegelungshülse 350 vorgeschoben, um den verriegelten Zustand zu bewirken. Ein O-Ring wird vorzugsweise an der Stelle 366 bereitgestellt, um ein Fluiddruckleck zu verhindern.
Wenn der über den dritten Fluidleitungsweg 364 aufgebrachte Fluiddruck verringert wird, nähert sich der Druck im zylindrischen Bereich 340 dem Wert des atmosphärischen Druckes an und die Vorspannkraft der Feder 356 übt am Verriegelungsstift 352 eine nach unten gerichtete Schubkraft aus. Der Verriegelungsstift verschiebt sich in Übereinstimmung mit der Vorspannkraft nach unten, um den nichtverriegelten Zustand herzustellen.
Bei einem Stromausfall sinkt der Fluiddruck auf den Wert des atmosphärischen Druckes ab. Somit ergibt sich der gleiche Ereignisablauf wie bei der Verringerung des Druckes. Der Verriegelungsstift 352 verschiebt sich somit in Übereinstimmung mit der Vorspannkraft in den nichtverriegelten Zustand. Somit bewirkt ein Stromausfall, der beispielsweise durch einen Netzausfall verursacht wird, dass der Andockmechanismus 300 in den nichtverriegelten Zustand übergeht. Der Prüfkopf und das Peripheriegerät lassen sich leicht trennen, ohne dass ein Bediener einen direkten Zugang zum Andockmechanismus benötigt oder Spezialwerkzeuge verwenden muss.
Bei der bevorzugten Ausführungsform versorgt ein Drucklufterzeuger (nicht dargestellt) den ersten, zweiten und dritten Leitungsweg, 318, 320 und 364, über eine Bank von elektronisch betätigten Ventilen (d. h. ein Sammelrohr) mit Fluiddruck. Die Steuerung der jeweiligen Ventile ergibt sich als Reaktion auf ein elektronisches Steuersignal. Jedes der Ventile weist einen mit Druck beaufschlagten Drucklufterzeuger-Eingangskanal, einen Auslasseingangskanal und einen Ausgangskanal auf, der über einen Schlauch an einen Leitungsweg des ersten, zweiten und dritten Leitungswegs gekoppelt ist. Bei Vorliegen eines 1-Zustandes für das elektronische Steuersignal, das zur Ansteuerung eines der Ventile dient, wird vom Ventil Luft zwischen dem mit Druck beaufschlagten Eingangskanal und dem Ausgangskanal durchgeleitet, wodurch Druckluft am jeweiligen Leitungsweg des Andockmechanismus 300 bereitgestellt wird. Bei Vorliegen eines 0-Zustandes für das elektronische Steuersignal – oder bei einem Energieausfall – nimmt das Ventil einen Vorgabezustand an, in dem der mit Druck beaufschlagte Eingangskanal gesperrt und der Auslasskanal an den Ausgangskanal gekoppelt wird. Unter diesen Umständen wird atmosphärischer Druck am jeweiligen Leitungsweg bereitgestellt.
Die Verriegelungshülse 350 wird vorzugsweise nicht fest am zweiten Abschnitt 310b des Kolbens 310 angebracht. Stattdessen weist die Verriegelungshülse 350 eine Schulter 370 auf, die sich um den äußeren Umfang erstreckt und locker an einer Lippe 372 anliegt, die sich um einen inneren Umfang am Loch des zweiten Abschnittes 310b des Kolbens erstreckt. Normalerweise wird die Verriegelungshülse 350 durch die Vorspannkraft der Feder 356, die an der Verriegelungshülse 350 eine nach oben gerichtete Schubkraft ausübt, in ihrer Position gehalten. Während der Verriegelung kann eine Aufnahme 112 die Verriegelungshülse 352 jedoch in Bezug auf den zweiten Abschnitt 310b des Kolbens nach unten schieben.
Wenn sich der Verriegelungsstift 352 in seiner verriegelten (oberen) Position befindet, kann die Verriegelungshülse 350 in eine Aufnahme 112 eingeführt werden. Durch das Einführen der Verriegelungshülse in die Aufnahme wird bewirkt, dass die Aufnahme die Verriegelungshülse 350 in Bezug auf den Verriegelungsstift 352 nach unten drückt. Einen Moment lang wird ein nichtverriegelter Zustand hergestellt, in dem die um den Verriegelungsstift 352 befindlichen Kugellager nach innen um einen schmalen Bereich 374 des Verriegelungsstiftes zusammengeschoben werden. Sobald die Aufnahme die Kugellager passiert hat, federt die Verriegelungshülse 350 nach oben, wodurch der verriegelte Zustand wieder hergestellt und die Aufnahme 112 in ihrer Position festgehalten wird.
WERKSTOFFE
Der Andockmechanismus 300 ist vorzugsweise an der Oberseite des Prüfkopfes angebracht und die Aufnahme ist vorzugsweise an einem Peripheriegerät, wie z. B. einem Prober oder Handler, befestigt. Um das Gewicht des Prüfkopfes relativ niedrig zu halten, ist die Kammer 312 des Andockmechanismus 300 vorzugsweise mit Hilfe eines leichten, aber starken Werkstoffes wie Aluminium ausgeführt. Wegen der Festigkeit und Nachgiebigkeit ist der Kolben 310 vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl gefertigt.
Ein zylindrischer Messing-Einsatz 376 wird vorzugsweise im Durchbruch an der Oberseite der Kammer 312 bereitgestellt, um zu verhindern, dass der Kolben 310 und die Wände der Kammer 312 beschädigt werden, während sich der Kolben 310 in der Kammer 312 nach oben oder unten bewegt. Der Messing-Einsatz ist in den oberen Abschnitt 310a der Kammer vorzugsweise eingepresst.
Die an den Stellen 326, 328, 330, 332 und 366 bereitgestellten O-Ringe bestehen vorzugsweise aus Gummi. Es wird herkömmliches O-Ring-Fett auf die O-Ringe aufgetragen, um einen luftdichten Verschluss sicherzustellen.
Die Feder 326 ist vorzugsweise eine einfache Schraubenfeder, die bei vollständiger Kompression eine Kraft von 4,54 kg (10 lbs.) liefert. Die Kraft der Feder muss ausreichend sein, um den durch den O-Ring an der Stelle 366 eingeleiteten Dichtungswiderstand zu überwinden, damit ein nichtverriegelter Zustand hergestellt werden kann, wenn der Druck auf den Verriegelungsstift abgebaut wird.
ANORDNUNGEN DES ANDOCKMECHANISMUS
Der Andockmechanismus 300 gestattet, dass seine Bestandteil-Komponenten im Wesentlichen auf dreierlei Weise positioniert werden können:
der Kolben 310 kann sich entweder oben oder unten in der Kammer 312 befinden;
der Verriegelungsstift 352 kann sich entweder oben oder unten im zweiten Abschnitt 310b des Kolbens 310 befinden; und
die Verriegelungshülse 350 kann sich entweder oben oder unten im zweiten Abschnitt 310b des Kolbens 310 befinden.
Unter Außerachtlassung der Zwischenpositionen dieser Komponenten (d. h. zwischen oben und unten) gibt es insgesamt acht mögliche Anordnungen des Andockmechanismus 300. Von diesen sind vier für die Aufgabenstellung des Ankoppelns eines Prüfkopfes an ein Peripheriegerät besonders relevant. Diese Anordnungen sind in den 5A–5D dargestellt.
5A zeigt den Andockmechanismus 300 in einer „verriegelungsbereiten" Anordnung. Der Kolben 310 befindet sich oben (nicht heruntergezogen), der Verriegelungsstift 352 befindet sich oben (verriegelt) und die Verriegelungshülse 350 befindet sich oben. Bei Vorliegen dieser Anordnung ist der Andockmechanismus 300 noch nicht in eine Aufnahme eingeführt worden.
5B zeigt den Andockmechanismus 300 in einer „Verriegelungs"-Anordnung. Diese Anordnung ist weitgehend mit der verriegelungsbereiten Anordnung von 5A identisch, nur dass sich die Verriegelungshülse 350 in der unteren Position befindet. Die Verriegelungsanordnung wird zu dem Zeitpunkt hergestellt, an dem die Verriegelungshülse 350 in eine Aufnahme eingeführt wurde. Eine Ringscheibe (nicht dargestellt) in der Aufnahme übt an den Kugellagern in der Verriegelungshülse 350 eine nach unten gerichtete Schubkraft auf, was bewirkt, dass die Verriegelungshülse heruntergedrückt und die Feder 356 zusammengedrückt wird. Sobald die Ringscheibe die Kugellager passiert hat, federt die Verriegelungshülse 350 zurück. Es wird dann erneut die verriegelungsbereite Anordnung von 5A hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Aufnahme unter den Kugellagern um die Verriegelungshülse 350 herum festgehalten.
In 5C ist der Andockmechanismus 300 in einer „heruntergezogenen" Anordnung dargestellt. Der Andockmechanismus 300 wurde schon mit der Aufnahme verriegelt. Der Kolben 310 wird betätigt, damit er seine untere Position annimmt, um den Prüfkopf und das Peripheriegerät zusammenzuziehen. Die Kraft des Kolbens 310 drückt die Federkontakte im Prüfkopf und Peripheriegerät zusammen und somit kann der Tester elektrische Verbindungen mit dem Bauteil herstellen, das der Prüfung zu unterziehen ist. Der Andockmechanismus behält diese Anordnung so lange bei, bis die Prüfung abgeschlossen ist.
Sobald die Prüfung durchgeführt wurde, nimmt der Andockmechanismus 300 eine „nichtverriegelte" Anordnung, wie sie in 5D dargestellt ist, ein. Der Kolben 310 wird in seine obere Position (nicht heruntergezogen) bewegt und der Verriegelungsstift 352 wird in seine untere Position (nichtverriegelt) verschoben. In der nichtverriegelten Anordnung lassen sich der Prüfkopf und das Peripheriegerät einfach durch Auseinanderziehen voneinander trennen.
Bei einem zufälligen Energieausfall nimmt der Andockmechanismus 300 die nichtverriegelte Anordnung von 5D an. Wie oben bereits beschrieben, bewirkt ein Energieausfall, dass der vom Sammelrohr zugeführte Druck auf den Wert des atmosphärischen Druckes absinkt. Weil die Federkontakte im Prüfkopf und Peripheriegerät dazu neigen, den Prüfkopf vom Peripheriegerät abzustoßen, tendieren die Federkontakte dazu, den Kolben 310 in seine obere Position zurückzutreiben. In der Verriegelungshülse 350 schiebt die Feder 356 den Verriegelungsstift 352 in seine untere Position und der Andockmechanismus 300 wird an der Aufnahme entriegelt.
ABLAUF FÜR DAS ANKOPPELN EINES PRÜFKOPFES AN EIN PERIPHERIEGERÄT
Die 6A–6C zeigen einen Ablauf für das Ankoppeln eines Prüfkopfes 610 an ein Peripheriegerät 612 unter Verwendung des Andockmechanismus 300. Diese Figuren zeigen nicht alle beim Ankoppeln beteiligten Komponenten in erschöpfendem Maße und sind nicht maßstäblich gezeichnet. Es handelt sich stattdessen um stark vereinfachte Zeichnungen, die die allgemeinen Prinzipien zeigen sollen, die beim Ankoppeln eines Prüfkopfes an ein Peripheriegerät zur Anwendung kommen.
Wie in 6A dargestellt, umfasst ein Prüfkopf 610 ein Paar Andockmechanismen 300, ein Paar äußere Ausrichtungs-Führungsbuchsen 614, ein Paar konische Führungssäulen 616 und ein Paar DIB-(Geräteschnittstellenkarte) Ausrichtungsstifte 618. Die Prüftürme 620 erstrecken sich vom Prüfkopf 610 aus, um elektrische Signale von einer DIB (nicht dargestellt) im Prüfkopf 610 zum Peripheriegerät 612 zu leiten. Die Federkontaktstifte 622 erstrecken sich von den Prüftürmen 620 aus, um elektrische Verbindungen mit dem Peripheriegerät 612 herzustellen.
Das Peripheriegerät 612 umfasst ein Paar äußere Ausrichtungsstifte 630, die für den Eingriff in die äußeren Ausrichtungsbuchsen 614 des Prüfkopfes 610 positioniert sind. Die Aufnahmen 632 sind an der Außenseite des Peripheriegerätes 612 positioniert, um die Verriegelungshülsen 350, die von Andockmechanismen 300 aus hervorstehen, aufzunehmen. Die DIB-Ausrichtungsbuchsen 634 in einem DIB-Ausrichtungsteil 638 nehmen die inneren Ausrichtungsstifte 636 auf, die sich vom Peripheriegerät 612 aus erstrecken. Außerdem sind die DIB-Ausrichtungsbuchsen 634 für die Aufnahme der DIB-Ausrichtungsstifte 618 ausgelegt, die vom Prüfkopf 610 aus hervorstehen.
Wenn der Prüfkopf und das Peripheriegerät anfangs zum Ankoppeln zusammengebracht werden, müssen sie nicht hundertprozentig ausgerichtet sein. Im Allgemeinen wird der Prüfkopf 610 maschinell gesteuert zu einer ungefähren Position mit entsprechender Ausrichtung relativ zum Peripheriegerät 612 bewegt, so wie es in 6A dargestellt ist. Sobald die gewünschte Position und Ausrichtung ungefähr erreicht ist, übernimmt ein Bediener im Allgemeinen die manuelle Steuerung für die Bewegung des Prüfkopfes 610, um den Prüfkopf und das Peripheriegerät aneinander zu verriegeln.
6B zeigt die Position des Prüfkopfes 610 und die des Peripheriegerätes 612, nachdem der Bediener sie durch Verriegelung aneinander befestigt hat. Die äußeren Ausrichtungsstifte 630 greifen in die äußeren Ausrichtungsbuchsen 614, die DIB-Ausrichtungsstifte 618 greifen in die DIB-Ausrichtungsbuchsen 634 und die Andockmechanismen 300 greifen in die Aufnahmen 632. Es ist zu beachten, dass die Federkontakte 622 noch nicht zusammengedrückt sind.
Um den Ankopplungsablauf abzuschließen, werden die Andockmechanismen 300 gleichzeitig so betätigt, dass sie ihre herunterzogenen Zustände annehmen (siehe 5C). Die Ziehwirkung der Andockmechanismen 300 bewirkt, dass die Federstifte 622 zusammengedrückt werden und somit elektrische Verbindungen zwischen dem Prüfkopf 610 und dem Peripheriegerät 612 entstehen. Es kann dann mit der Schnellprüfung von Halbleiterbauelementen begonnen werden.
VORTEILE
Es sollte anhand der vorangehenden Beschreibung offensichtlich sein, dass der Andockmechanismus 300 mit einem sehr niedrigen Profil ausgeführt werden kann, damit er einfach in die obere Fläche eines Prüfkopfes passt. Somit wirkt sich der Andockmechanismus 300 nicht signifikant störend auf die sonstige kritische Ausrüstung im Prüfkopf aus. Vorzugsweise ist der Andockmechanismus 300 mit der oberen Fläche des Prüfkopfes bündig und nicht dicker als die obere Abdeckung des Prüfkopfes.
Es ist ferner offensichtlich, dass bei einem Energieausfall durch den Andockmechanismus automatisch eine Entriegelung erfolgt. Deshalb braucht ein Bediener keine Spezialwerkzeuge zu benutzen, um den Prüfkopf manuell vom Peripheriegerät abzukoppeln. Ebenso wenig muss sich der Bediener einen direkten Zugang zum Andockmechanismus 300 nach dem Auftreten eines Energieausfalls verschaffen.
Zusätzlich ist von Vorteil, dass die Schläuche, die den Fluiddruck zum Andockmechanismus übertragen an ortsfesten Positionen bleiben, und zwar unabhängig von der Anordnung des Andockmechanismus. Es besteht die Auffassung, dass die ortsfesten Positionen der Schläuche die Lebensdauer der Schläuche erhöhen und die Wahrscheinlichkeit verringern, dass die Schläuche über die Lebensdauer des Produktes vom Andockmechanismus 300 getrennt werden.
ALTERNATIVLÖSUNGEN
Zusätzlich zu der bevorzugten Ausführungsform und den oben beschriebenen Varianten lassen sich weitere Ausführungsformen und Varianten bauen.
Beispielsweise wird, wie oben beschrieben, der Verriegelungsstift 352 durch den Fluiddruck betätigt, um seine obere Position anzunehmen, und von einer Feder 356 nach unten vorgespannt. Alternativ lässt sich ein Elektromagnet einsetzen, um den Verriegelungsstift 352 zu betätigen und vorzuspannen. Wenn dem Elektromagnet Leistung zugeführt wird, wird der Verriegelungsstift 352 vom Elektromagneten zur verriegelten Position vorgeschoben. Nachdem dem Elektromagneten keine Leistung mehr zugeführt wird, wird der Verriegelungsstift 352 vom Elektromagneten in die nichtverriegelte Position zurückgezogen. Bei diesem Szenario ist die Feder 356 nicht erforderlich, weil der Elektromagnet den Verriegelungsstift wieder in die nichtverriegelte Position bringt, wenn keine Leistung mehr zugeführt wird. Es ist eine ziemlich kleine Kraft erforderlich, um den Verriegelungsstift zu verschieben. Deshalb können der Elektromagnet und die zugeordnete elektronische Steuereinheit recht klein sein und in Bezug auf das niedrige Profil des Andockmechanismus 300 müssen keine Abstriche gemacht werden.
Der Vorspannmechanismus wurde oben als Feder 356 beschrieben. Es könnten jedoch sonstige Vorspannmechanismen eingesetzt werden, beispielsweise ein Elastomerwerkstoff, ein Permanentmagnet oder ein sonstiger Mechanismus, die die Kraft jeweils weiterhin aufbringen, nachdem keine Leistung mehr zugeführt wird.
Wie oben beschrieben, verwendet der Andockmechanismus 300 einen Fluiddruck, um den Kolben 310 wieder in seine obere Position in der Kammer 312 zu bringen. Obwohl viel Kraft im Allgemeinen erforderlich ist, um den Kolben 310 (zum Zusammendrücken der Federkontakte im Prüfkopf und Peripheriegerät) in seine untere Position zu verschieben, ist im Allgemeinen eine relativ kleine Kraft erforderlich, um den Kolben 310 wieder in seine obere Position zu bringen. Deshalb könnte als Alternative zur Beaufschlagung mit dem Fluiddruck, die dazu dient, den Kolben 310 wieder in seine obere Position zu bringen, ein zweiter Vorspannmechanismus eingesetzt werden, um eine Aufwärts-Vorspannkraft am Kolben 310 aufzubringen. Der zweite Vorspannmechanismus könnte, wie der erste Vorspannmechanismus eine Feder, ein Elastomerwerkstoff oder ein Permanentmagnet sein. Bei einer weiteren Alternativlösung könnte der Kolben 310 einfach zu seiner oberen Position gezogen werden, indem manuell eine Kraft auf die Verriegelungshülse 350 aufgebracht wird. Somit könnte sowohl der Fluiddruck als auch ein zweiter Vorspannmechanismus vermieden werden.
Wegen der Zweckmäßigkeit und der leichten Wartung wurde, wie beschrieben, Luft als bevorzugtes Fluid für das Aufbringen des Fluiddruckes auf die beweglichen Teile des Andockmechanismus 300 verwendet. Anstelle von Luft könnten andere Fluide, und zwar sowohl gasförmige als auch flüssige Fluide eingesetzt werden. Die Verwendung eines Fluides im flüssigen Zustand bietet den Vorteil, dass die Kammer 312 hinsichtlich ihrer Größe verringert werden kann, da Flüssigkeiten im Allgemeinen mit einem höheren Druck als Gase bereitgestellt werden können. Deshalb lässt sich der Andockmechanismus 300 durch Verwendung einer Flüssigkeit für die Bereitstellung des Fluiddruckes sogar kleiner ausführen.
Wie oben beschrieben, wird ein Überdruck aufgebracht, um die beweglichen Teile des Andockmechanismus 300 zu betätigen. Es kann jedoch auch ein Unterdruck (Vakuum) eingesetzt werden, wenn geringfügige Anpassungen, die der Fachmann kennt, an der Konstruktion vorgenommen werden.
Es werden, wie oben beschrieben, vorzugsweise O-Ringe zusammen mit O-Ring-Fett an den Kupplungen der Komponenten eingesetzt, um Fluidlecks zu verhindern. Alternativ können fettlose O-Ringe eingesetzt werden. Bei einer weiteren Alternativlösung können die O-Ringe vollständig entfallen und die Abmessungen des Kolbens und der Kammer sehr gut aufeinander abgestimmt werden, so dass Luftlecks auf ein annehmbares Maß verringert werden (geläppte Dichtflächen). Außerdem lassen sich T-Dichtungen, Lippendichtungen und sonstige Elastomerdichtungen einsetzen.
In der obigen Beschreibung sind der Andockmechanismus 300 am Prüfkopf und die Aufnahme am Peripheriegerät befestigt. Alternativ könnte dieser Aufbau umgekehrt werden, wobei der Andockmechanismus am Peripheriegerät und die Aufnahme am Prüfkopf befestigt wird.
Jede dieser Alternativlösungen und Varianten, sowie noch weitere, sind durch die Erfinder in Erwägung gezogen worden und sollen Gegenstand des Schutzbereiches der gegenwärtigen Erfindung sein. Es ist deshalb zum Verständnis deutlich zu machen, dass die vorangehende Beschreibung nur zur exemplarischen Illustration dient.

Claims

Andockmechanismus (300), der für das Ankoppeln eines Prüfkopfes an ein Peripheriegerät geeignet ist, umfassend: eine Verriegelungshülse (350); einen in der Verriegelungshülse verschiebbar angeordneten Verriegelungsstift (352); einen Druckmechanismus (364) für das Aufbringen einer Kraft auf den Verriegelungsstift in einer ersten Richtung, um einen verriegelten Zustand herzustellen, wobei der Druckmechanismus nach dem Auftreten eines Energieausfalls im Wesentlichen keine Kraft erzeugt und im Wesentlichen mit der Bewegung des Verriegelungsstiftes im Einklang steht; und einen Vorspannmechanismus (356) für das Aufbringen einer Vorspannkraft entgegen der ersten Richtung auf den Verriegelungsstift zum Herstellen eines nichtverriegelten Zustandes, wobei der Vorspannmechanismus im Wesentlichen seine Kraft nach dem Auftreten eines Energieausfalls aufrechterhält.
Andockmechanismus nach Anspruch 1, bei dem der Druckmechanismus eine Fluiddruckquelle (364) umfasst, die angeordnet ist, um einen Fluiddruck aufzubringen, um den Verriegelungsstift zum Herstellen des verriegelten Zustandes relativ zur Verriegelungshülse zu verschieben.
Andockmechanismus nach Anspruch 2, bei dem der Vorspannmechanismus eine an den Verriegelungsstift und die Verriegelungshülse gekoppelte Feder (356) umfasst und eine Kraft zwischen dem Verriegelungsstift und der Verriegelungshülse ausübt.
Andockmechanismus nach Anspruch 1, bei dem der Druckmechanismus einen an den Verriegelungsstift gekoppelten Elektromagneten umfasst, um zum Herstellen des verriegelten Zustandes eine Kraft für das Verschieben des Verriegelungsstiftes relativ zur Verriegelungshülse aufzubringen.
Andockmechanismus nach Anspruch 4, bei dem der Vorspannmechanismus eine an den Verriegelungsstift und die Verriegelungshülse gekoppelte Feder umfasst und eine Kraft zwischen dem Verriegelungsstift und der Verriegelungshülse ausübt.
Andockmechanismus nach Anspruch 1, der außerdem Folgendes umfasst: eine im Wesentlichen hohle zylindrische Kammer (312) und einen Kolben (3l0), der einen ersten Abschnitt (310a), der in der Kammer verschiebbar angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt (310b) aufweist, der sich vom ersten Abschnitt aus und durch ein Loch in der Kammer erstreckt, wobei der Kolben als Reaktion auf einen Fluiddruck, der auf eine Fläche des Kolbens aufgebracht wird, verschoben wird und wobei sich die Verriegelungshülse von einem Loch im zweiten Abschnitt des Kolbens aus erstreckt.
Andockmechanismus nach Anspruch 6, bei dem der Kolben als Reaktion auf einen Fluiddruck (318), der auf eine erste Fläche (322) des Kolbens aufgebracht wird, in einer ersten Richtung verschoben wird und als Reaktion auf einen Fluiddruck (320), der auf eine zweite Fläche (324) des Kolbens aufgebracht, in eine zweite Richtung verschoben wird.
Andockmechanismus nach Anspruch 6, bei dem der Verriegelungsstift, die Verriegelungshülse und der Kolben bezüglich einer gemeinsamen vertikalen Achse konzentrisch ausgerichtet sind.
Andockmechanismus nach Anspruch 6, bei dem der erste Abschnitt des Kolbens eine obere Fläche (322) aufweist und die Kammer einen Leitungsweg (318) zum Bereitstellen eines Fluiddruckes an der oberen Fläche des Kolbens umfasst, wobei der durch den Leitungsweg bereitgestellte Fluiddruck dazu dient, den zweiten Teil des Kolbens mindestens teilweise in die Kammer hineinzuziehen.
Andockmechanismus nach Anspruch 9, bei dem der Leitungsweg einen Durchbruch (318b) in die Kammer aufweist und die obere Fläche des ersten Abschnitts des Kolbens einen hinterdrehten Bereich (334) umfasst, der über den Fluiddruck an den Durchbruch in die Kammer gekoppelt ist, wobei der hinterdrehte Abschnitt einen Flächeninhalt aufweist, der groß genug ist, um den Fluiddruck in eine Kraft umzusetzen, die ausreicht, um den Kolben zu verschieben.
Andockmechanismus nach Anspruch 9, der außerdem mindestens eine fluidbeständige Dichtung (326, 328, 330, 332) zwischen dem Kolben und der Kammer umfasst, die einen Verlust des über den Leitungsweg aufgebrachten Fluiddruckes verhindert.
Verfahren für das Ankoppeln eines Prüfkopfes an ein Peripheriegerät, umfassend: Einführen einer, an einem Teil der aus Prüfkopf und Peripheriegerät bestehenden Einheit angebrachten Verriegelungshülse (350) in eine, an einem anderen Teil der aus Prüfkopf und Peripheriegerät bestehenden Einheit angebrachten Aufnahme (112); Aufbringen einer Bewegungskraft auf einen Verriegelungsstift (352), der in der Verriegelungshülse angeordnet ist, um den Verriegelungsstift zu einer Verriegelungsposition mit der Aufnahme zu verschieben, wobei die Kraft nach dem Auftreten eines Energieausfalls im Wesentlichen bis auf null reduziert wird; Aufbringen einer Vorspannkraft entgegen der Bewegungskraft auf den Verriegelungsstift, wobei die Vorspannkraft dazu dient, den Verriegelungsstift in der Verriegelungshülse zu einer nichtverriegelten Position relativ zur Aufnahme zu verschieben, wobei die Vorspannkraft nach dem Auftreten eines Energieausfalls im Wesentlichen aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das außerdem Folgendes umfasst: Einziehen der Verriegelungshülse zur Verringerung eines Abstandes zwischen dem Prüfkopf und dem Peripheriegerät, einschließlich des Aufbringens eines Fluiddruckes auf einen Kolben (310) in einer Kammer (312), wobei der Kolben mechanisch so an die Verriegelungshülse gekoppelt wird, dass die Bewegung des Kolbens in eine Bewegung der Verriegelungshülse umgesetzt wird.