KR101265230B1 - 적층가능한 반도체 테스트 시스템용 휴대용 조종기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로버(40) 또는 다른 기준계에 대해 테스트 헤드(90)를 위치설정하기 위한 조종기(50)를 제공한다. 조종기(50)는 프레임(51); 프레임(51)에 결합되고 각각의 피봇(180, 185)에 대해 회전 자유도를 가지는 제 1 및 제 2 링크(110, 120) 그리고 제 1 및 제 2 링크(110, 120)에 결합되는 제 3 링크(130)를 포함하는 링키지(100); 및 상기 제 3 링크(130)에 결합되어 테스트 헤드(90)에 부착되도록 구성되는 어댑터를 가지며, 상기 제 3 링크(130)는 이동 및 회전 운동 자유도를 가지도록 한다. 본 발명은 또한 조종기(50)를 제어하는 방법을 제공한다.

Description

적층가능한 반도체 테스트 시스템용 휴대용 조종기 {PORTABLE MANIPULATOR FOR STACKABLE SEMICONDUCTOR TEST SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 중량 및 크기 때문에 다루기 쉽지 않은 모듈을 위한 조정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동화 테스트 시스템의 다른 요소에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조정기, 및 이의 이용 방법에 관한 것이다.

반도체 산업은 주요 장비 설계에서 제조 공간, 속도, 및 소유 비용 중요 인자에서 경제적 효율성을 추구한다. 설비는 제조하기에 종종 수 십억 달러가 소요되는 초 고가이기 때문에, 공간이 중요하다. 이 같은 설비의 소유자에게는 투자를 최대로 회수하기 위하여 기계를 밀집되게 배치하는 것이 매우 바람직하다. 따라서, 주요 장비 설계에서의 추세는 최소 플로어 풋프린트(minimal floor footprint)를 구비하는 수직방향으로 적층가능한 시스템 및 기계이다.

속도는 출력량을 결정하기 때문에 중요하다. 제조 속도를 증가시키기 위해, 제조 및 테스트 시스템은 자동화 및 모듈형이 된다. 통상적인 테스트 시스템에서, 로봇 취급기는 물품을 측정 장비를 구비하는 모듈형 테스트 헤드로 및 모듈형 테스트 헤드로부터 순환시킨다. 측정에 따라, 테스트 헤드는 취급기에 대해 "헤드 위", "헤드 아래", 또는 "수직면" 위치일 수 있다. 테스트 헤드는 전체로서 조종 기를 이용하여 시스템의 나머지로부터 장착 및 분리될 수 있어, 테스트 헤드 또는 인터페이스 요소의 신속한 교환을 가능하게 하여, 상이한 측정, 또는 테스트 헤드 측정, 또는 부수 관리를 수행하도록 한다.

소유 비용 또한 중요하다. 테스트 헤드 조종기에 대해, 비용은 일반적으로 자유도 및 중량 지지 능력에 따라 결정된다. 따라서, 조종기 설계에서 비용 융통성 압박(cost-flexibility tension)이 존재하여, "특정 목적(dedicated)" 또는 "일반 목적"으로서 분류되는 공지된 테스트 헤드 조종기를 초래한다. 특정 목적 조종기는 통상적으로 테스트 시스템의 또 다른 요소에 고정되어 설계 중량 제한, 크기 제한 및 운동 범위가 일대일로 맞추어진다(customize). 그러나 일대일 맞춤(customization)은 테스트 헤드 중량, 크기, 위치설정 또는 적층 요구조건 변화와 같은 탈 설계 적용가능성에 역효과를 미친다. 결과적으로, 특정 목적의 조정기는 시간이 많이 소모되거나 고가의 변형 또는 교체가 요구될 수 있다.

비교하면, 일반 목적의 조종기는 통상적으로 독립적이고 최고 6개의 운동 자유도(six degrees of freedom of movement)를 가진다. 그러나, 폭 넓은 목적을 달성하기 위해 필요한 설계 거래는 이러한 조종기가 탈설계 일대일 맞춤 장치로서 많은 분야에 대해 부적절한 것으로 될 수 있거나, 조정기가 지나치게 고가가 될 수 있다.

설계 균형을 위해서, 다수의 공지된 일반 목적 및 특정 목적의 조종기는 힌지의 축선을 중심으로 하는 회전을 허용하면서 테스트 헤드의 중량을 지지하기 위하여 힌지를 적용한다. 이러한 힌지형 구조물은 수천 파운드의 테스트 헤드 중량 을 지지할 수 있고 적절한 운동 자유도를 제공하지만, 불리하게는 상당한 헤드룸(headroom) 및 플로어 스페이스를 요구하여 호형부(arc)의 테스트 헤드의 스윙을 수용한다. 더욱이, 수직방향 이동(translation)이 요구되는 경우, 다른 구조물이 힌지에 부가하여 요구되며, 이는 비용을 증가시킨다.

반도체 산업이 증가되는 공간 효율을 위해 요구하는 것은, 대신, 무거운 테스트 헤드를 "헤드 위", "헤드 아래", 또는 "수직 평면" 배향으로 이동 및 회전을 위한 컴팩트형의, 휴대용 조종기이며, 이러한 기능은 감소된 플로어 공간 및 헤드룸 요구조건 및 비용에 따라 일대일 맞춤 없이 달성된다.

본 발명은 프로버(prober) 또는 다른 기준계(reference)에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조정기를 제공한다. 조정기는 프레임, 프레임에 결합되고 각각의 피봇을 중심으로 회전 자유도를 가지는 제 1 및 제 2 링크 및 제 1 및 제 2 링크에 결합되는 제 3 링크를 포함하는 링키지; 및 제 3 링크에 결합되어 테스트 헤드에 부착되도록 구성되는 어댑터를 포함하며, 제 3 링크는 이동 및 회전의 운동 자유도를 가진다. 본 발명은 또한 조정기를 제어하는 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 자동 테스트 시스템의 사시도이고,

도 2는 도 1에 도시된 조종기의 내부 구조물의 상세 단면도이고,

도 3은 도 1에 도시된 조종기의 아암의 사시도이고,

도 4는 프로버 상에 테스트 헤드를 장착하기 위한 위치설정 순서에서 제 1 또는 서비스, 위치를 보여주는 도 1의 시스템의 측면도이고,

도 4a는 조종기가 도 4에 도시된 위치에 있을 때, 도 2에 대응하는, 조종기의 내부 구조의 측면도이고,

도 5는 테스트 헤드의 상방 수직 이동을 수행한 후, 도 4의 시스템의 측면도이고,

도 5a는 조종기가 도 5에 도시된 위치에 있을 때, 도 2에 대응하는, 조종기의 내부 구조의 측면도이고,

도 6은 테스트 헤드의 회전을 수행한 후, 도 5의 시스템의 측면도이고,

도 6a는 조종기가 도 6에 도시된 위치에 있을 때, 도 2에 대응하는, 조종기의 내부 구조의 측면도이고,

도 7은 테스트 헤드의 추가 회전을 수행한 후, 도 6의 시스템의 측면도이고,

도 7a는 조종기가 도 7에 도시된 위치에 있을 때, 도 2에 대응하는, 조종기의 내부 구조의 측면도이고,

도 8은 테스트 헤드의 수평 이동을 수행한 후, 도 7의 시스템의 측면도이고,

도 8a는 조종기가 도 8에 도시된 위치에 있을 때, 도 2에 대응하는, 조종기의 내부 구조의 측면도이고,

도 9는 테스트 헤드의 하방 수직 이동을 수행한 후, 도 8의 시스템의 측면도이고,

도 9a는 조종기가 도 9에 도시된 위치에 있을 때, 도 2에 대응하는, 조종기의 내부 구조의 측면도이다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 테스트 시스템의 사시도이다. 본 발명의 폭 넓은 원리의 예를 보여주는 이러한 실시예에서, 테스트 시스템(30)은 프로버(40), 프로버에 근접하게 위치하는 조종기(50), 및 제거가능한 테스트 헤드(90)를 포함한다. 도 1의 테스트 시스템은 명료성을 위해 수직 적층 시스템이 아니지만, 적층 될 수 있는 다른 시스템이 기꺼이 인정된다.

도 1의 전형적인 실시예에서, 프로버(40)는 웨이퍼 프로버이다. 이와 달리 통상적인 웨이퍼 프로버는 통상적으로 웨이퍼를 공급원으로부터 집어서 웨이퍼를 인터페이스에 대해 부드럽고 정확하게 배치하기 위한 로봇 취급 기구를 포함한다. 인터페이스의 대향 측부 상에 위치설정되는 테스트 헤드는 다양한 프로빙 테스트(probing test)를 수행할 수 있다. 이와 다른 실시예는 프로버를 패키지 취급기, 또는 다른 장치로 대체한다. 다수의 변형예가 본 발명에 따른다.

도 1은 프로버(40)에 대해 분리된 위치로 요크(65)에 의해 조정기(50)에 부착된 테스트 헤드(90)를 보여준다. 그러나, 테스트를 위해, 조종기는 테스트 헤드를 상방으로 상승시키고, 90도 회전시키고, 가이드 레일(61)을 따라 이동시키고, 그리고 섀시(45)의 장착면(46)으로 하강시킴으로써 테스트 헤드를 재배치한다. 테스트 헤드의 이 같은 장착 및 분리가 아래 상세하게 설명되고 본 명세서에서 참조되는 도면의 순서로 설명된다. 일단 위치되면, 분야 및 이용 환경에 따라, 테스트 헤드의 상이한 실시예가 수 분으로부터 수 일 수 개월 또는 몇 년으로 상이한 시간 길이에 대해 실시될 수 있다.

도 1에서, 섀시(45)를 포함하는 프로버(40)는 설비의 지지 표면, 또는 플로어 상에 고정된다. 대비하면, 조종기(50)는 선택적으로 프레임(51)에 결합되는 휠(53)을 포함하며, 이는 유용하게는 이용자가 설비 내에서 요구되는 바와 같이 조종기를 이동시키기는 것이 가능하게 된다. 로드를 지지하기 전에 조종기를 고정 및 안정화하기 위해, 휠이 더 이상 플로어와 접촉되지 않을 때까지 프레임은 플로어와 접촉하여 하방으로 연장하여 조종기를 상방으로 상승시킬 수 있도록 회전될 수 있는, 잭 스탠드(jack stand; 54)를 포함한다. 고정된 조종기의 옵션이 되는 롤러 또는 스키드(skid) 또는 공기 쿠션과 같은 다수의 다른 운동 및 안정화 수단은 본 발명에 따른다.

일단 섀시(45)에 장착되면, 테스트 물품은 다양한 다른 종래의 이송 수단에 의해 테스트 헤드(90)로 및 테스트 헤드(90)로부터 이송될 수 있다. 도 1의 실시예는 프로버(40) 내에 로봇 이송 수단을 포함하며 이는 명료성을 위해 도시되지 않았다. 통상적인 이송 수단은 픽 앤 플레이스(pick and place) 웨이퍼 취급기 또는 로봇을 포함하여, 웨이퍼를 웨이퍼의 보트(boat)로부터 집어서 웨이퍼를 미리결정된 테스트 위치에 배치한다. 다수의 다른 이송 수단은 본 발명의 원리에 따른다.

테스트 헤드(90)는 유용하게는 신속한 교환을 가능하게 하는, 제거가능한 모듈이다. 모듈 테스트 헤드가 소정의 이유를 위해 재배치 또는 서비스가 요구되는 경우, 신속하게 제거된다. 본 발명의 바람직한 실시예가 테스트 헤드를 조정하는 동안, 중량 및 크기 때문에 폭 넓지 못한 다른 수단의 조종은 또한 본 발명의 폭 넓은 원리 내에 있다.

테스트 헤드(90)는 통상적으로 제조 공정에서 물품을 테스트하기 위한 측정 장비를 포함한다. 테스트 헤드는 반도체 웨이퍼, 회로 기판 등 상의 전자 장치를 평가하기 위한 장비를 포함할 수 있다. 동일하게, 테스트 헤드는 테스트 물품 상에 표면 또는 구조물의 선택적 진단을 위한 장비를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 테스트 헤드는 스타일러스(stylus)를 구비한 표면 프로파일링과 같은, 기계적 테스트를 위한 장비를 포함할 수 있다. 따라서, 테스트 헤드는 테스트 진단이 기계적 또는 전기적 또는 자기적 또는 선택적, 또는 다른 과학적 원리를 기초로 하는지에 따라, 매우 다양한 방식으로 테스트 물품과 결합할 수 있다.

바람직한 일 실시예에서, 테스트 헤드(90)는 반도체 웨이퍼에 형성된 일렉트로닉스를 테스트하기 위한 전자 테스터이다. 프로버(40)의 장착면(46) 상에 장착되면, 핀은 테스트 헤드의 일 부분으로부터 하방으로 연장한다. 테스트를 수행하기 위해, 프로버 내의 이송 수단은 테스트 웨이퍼를 하방으로 연장하는 핀을 향하여 상방으로 이송시킨다. 따라서, 웨이퍼 상의 구조물은 전자 테스트를 수행하기 위해 테스트 헤드의 핀과 부드럽고 정밀하게 기계적으로 접촉한다. 예를 들면, 발명의 명칭이 "프로브 카드를 평면화하기 위한 장치 및 이의 이용 방법(Apparatus for Planarizing a Probe Card and Method for Using Same) "이고 2004년 7월 28일에 출원되고 본 명세서에서 전체적으로 참조되는, 미국 특허 출원 제 10/902188호를 참조하라.

다수의 다른 테스트 헤드 물품 구성은 본 발명에 따라 가능하다. 예를 들면, 상술된 " 헤드 위 " 대신, 테스트 헤드는 " 수직면 " 배향일 수 있으며, 여기 에서 이송 수단은 테스트 물품을 테스트 헤드의 측면쪽 수직 부분으로 이동할 수 있다. 이와 다른 실시예는 테스트 헤드가 " 헤드 아래 " 구성이 될 수 있으며, 이 구성에서 이송 수단은 테스트 물품을 테스트 헤드의 상부를 향하여 낮추게 된다.

동일하게, 테스트 헤드는 " 수직면 " 배향일 수 있으며, 여기에서 이송 수단은 테스트 물품을 테스트 헤드의 측면쪽 수직 부분으로 이동할 수 있다.

도 1은 또한 제어 시스템(75)을 보여주며, 이 제어 시스템은 위치 및 경사 센서(도 2 참조)에 결합되는 디지털 컴퓨터 프로세서를 포함하며 위치 및 결합 센서는 조종기(50)를 제어하여 테스트 헤드(90)를 위치설정한다. 통상적으로, 디지털 컴퓨터 프로세서는 다른 통상적인 데스크탑 컴퓨터의 일 부분이다. 도 1은 외부 장착 배치를 보여준다. 그러나, 이와 다른 실시예의 범위는 " 단일 보드(single board) " 배치의 컴퓨터 프로세서를 가지며, 여기서 단일 보드는 외부에 장착된다. 즉 조종기 내에 있다. 이러한 " 단일 보드 "의 장점은 도 1에서와 같이, 외부에 장착되는 데슨크탑에 비해 공간을 절약한다. 키이패드 또는 키이보드 및 CRT 또는 LCD 스크린과 같은 모니터는 외부에 장착된다.

제어 시스템(75)은 바람직하게는 디지털, 또는 혼합형 아날로그/디지털, 제어 시스템이다. 그러나, 조종기(50)의 다른 실시예는 전적으로 아날로그 전자기계 제어 시스템을 가진다. 다른 실시예는 제어 시스템을 가지지 않으며 수동 작동된다. 바람직하게는, 비록 필요하지는 않지만, 제어 시스템은 또한 이송 수단(도시안됨)에 의해 테스트 헤드로 및 테스트 헤드로부터 테스트 물품의 이송을 제어하도록 구성되어 테스트 헤드에 의해 테스트한다.

도 2는 도 1에 도시된 조종기의 내부 구조의 측면도로서, 상세 단면도이다. 도 1과 대비하면, 도 2는 조종기(50)의 내부 구조를 보여주기 위하여 테스트 헤드(90), 커버(52), 아암(60), 요크(65) 및 프레임(51)의 부분이 생략된다. 도 1에 도시된 바와 같은, 이러한 실시예는 본 발명을 설명하는 예이다. 도 2에 도시된 것으로부터의 다양한 변형예는 본 발명에 따라 가능하다.

본 발명의 폭 넓은 원리에 따라, 조종기(50)는 다중 링크 링키지(100)를 포함한다. 테스트 헤드의 외부를 통과하는 힌지 축선에 비해, 테스트 헤드를 통과하는 축선을 중심으로 테스트 헤드를 회전하는 동안, 링키지의 결합된 링크는 테스트 헤드의 중량을 지지함으로써 공간 효율적인 테스트 헤드 운동을 가능하게 한다. 힌지 조종기의 넓은 스윙하는 호형부(arc)에 비해, 본 발명의 바람직한 실시예는 테스트 헤드가 테스트 헤드 섀도우(shadow)의 크기에 대한 감소된 풋프린트(footprint) 내에서 "요동(tumble)"되도록 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예는 하나의 구조물이 두 개의 자유도, 이동 및 회전에서의 운동에 영향을 미치도록 한다. 이는 각각의 운동 자유도에 대한 분리된 하드웨어를 가지는 조종기에 비해 비용적 장점을 제공한다.

도 2에서, 링키지(100)는 세장형 리드 스크류인, 각각의 제 1 및 제 2 링크(110 및 120)를 포함한다. 제 1 및 제 2 리드 스크류는 각각 말단부(111)를 가지며, 말단부는 베어링 조립체(175)에 의해 회전가능하게 지지된다. 따라서, 제 1 및 제 2 리드 스크류는 각각의 제 1 및 제 2 회전 축선(191 및 196)을 중심으로 회전 자유도를 가지며, 이 회전 축선들은 리드 스크류를 통하여 각각의 종방향 축선에 대응한다. 더욱이, 후술되는 바와 같이, 리드 스크류의 나사부는 중량을 지지할 수 있으며 다른 요소를 작동시키도록 리드 너트를 구동할 수 있다.

제 1 및 제 2 링크(110 및 120)는 차례로 프레임(51)에 부착되는 바닥판(55)에 피봇가능하게 결합된다(도 1 참조). 베어링 조립체(175)는 플랜지들(176) 사이에 지지된다. 플랜지는 플랜지 및 피봇 블록 내의 홀을 통과하는, 베어링 조립체 및 샤프트에 의해 블록(182)을 피봇하도록 결합한다. 따라서, 제 1 및 제 2 리드 스크류는 각각의 제 1 및 제 2 피봇(180 및 185), 및 대응하는 피봇 축선(181 및 186)을 중심으로 회전 자유도를 가진다. 각각의 리드 스크류의 피봇 및 회전 축선은 서로에 대해 수직하다.

링키지(100)는 제 3, 또는 크로스(cross), 링크(130)를 더 포함한다. 도 2의 실시예에서, 리드 너트(140)는 각각 제 1 및 제 2 리드 스크류(110 및 120) 상으로 나사결합된다. 차례로, 리드 너트는 다른 보통의 관습적인 수단에 의해 제 3 링크의 마주하는 단부들에 피봇가능하게 부착된다. 따라서, 제 3, 또는 크로스, 링크는 세장형 제 1 및 제 2 링크의 길이를 따라 운동 자유도를 가진다. 제 3 링크의 마주하는 단부들은 제 1 및 제 2 링크를 따라 동일한 속도로 이동하고, 이어서 제 3 링크는 이동하지만 회전하지 않는다. 한편, 제 3 링크의 마주하는 단부들은 제 1 및 제 2 링크를 따라 상이한 속도로 이동하고, 이어서 제 3 링크는 제 3 피봇(183)을 중심으로 회전한다.

제 1 및 제 2 링크(110 및 120) 각각의 피봇(180 및 185)에 비해, 제 3 피봇(183)은 바닥판(55) 또는 제 1 및 제 2 링크에 대해 고정되지 않으며, 제 3 링크 를 따라 이동될 수 있다.

다른 실시예의 범위는 상술된 리드 스크류 및 리드 너트 배열체를, 리드 너트와 리드 스크류 나사부 사이의 슬라이딩하는 금속 대 금속 접촉으로, 저 마찰 배열체로 대체하며, 제 1 및 제 2 링크(110 및 120) 상의 스크류 나사부는 예를 들면, 볼 또는 원통형 롤러와 같은 롤링 요소와 결합한다. 비교적 낮은 마찰은 적은 토크가 링크를 작동시키기 위해 요구된다는 장점을 제공하여, 더 작은 저가의 구동 트레인을 초래한다. 한편, 볼 스크류를 적용하는 것과 같은, 비교적 낮은 마찰 실시는, 토크가 제 1 및 제 2 링크로부터 제거될 때, "역 구동(backdrive)", 또는 미끄러짐을 초래할 수 있다. 따라서, 이러한 범위에서의 바람직한 실시예는 브레이크 또는 다른 브레이킹 수단, 또는 역 구동 방지 기구 또는 다른 역 구동 방지 수단을 포함할 수 있다.

통상적인 일 실시예에서, 링키지(100)는 액츄에이터에 결합된다. 그러나, 다른 실시예는 수동으로 작동된다. 가장 바람직하게는, 제 1 및 제 2 링크가 두 개의 독립 액츄에이터, 또는 전력이 분기되는 하나의 액츄에이터에 결합된다. 링키지의 상이한 부분의 독립 작동은 유용하게는 안정성 및 제거를 개선한다.

도 2에서, 액츄에이터는 체인 및 스프로켓 구동 트레인으로 결합하는, 두 개의 독립적 전기 모터(165)이다. 각각의 제 1 및 제 2 리드 스크류는 각각의 링크 스프로켓(173)에 부착된다. 체인(172)은 링크 스프로켓을 기어 박스(170)에 부착되는 구동 스프로켓(171)에 결합된다. 기어 박스는 장착판(166)에 추가로 부착된다. 전기 모터는 기어 박스에 고정된다.

다른 실시예에서, 액츄에이터는 링키지로 전력을 전달하기 위하여 기계적 또는 전자기적 또는 다른 원리로 작동될 수 있다. 전기 모터, 및 공기압 또는 수압 피스톤은 액츄에이터의 예이다. 다수의 변형예는 본 발명에 따라 가능하다.

링키지(100)의 바람직한 실시예는 선택적으로 보강 수단을 포함하여 굽힘 또는 비틀림, 또는 둘다의 강성을 개선한다. 보강은 무거운 테스트 헤드(90)를이용하는 경우 유용하다(도 1 참조). 테스트 헤드가 통상적으로 수천 파운드의 무게가 나가면서, 과도한 정적 또는 동적 변형이 링키지의 고장을 초래할 수 있다.

도 2에서, 제 1 및 제 2 피봇(180 및 185) 사이의 바닥판(55)의 일 부분이 각각 강성의 고정 링크로서 작용한다. 또한, 수직판(105)은 수직판 내의 세장형 또는 실질적으로 직사각형 통공인, 슬롯(125)을 포함한다. 박스(150)는 슬롯의 제한 내에 위치하여 가이드 휠 및 레일 시스템(도시안됨)으로 연결한다. 박스는 제 3 베어링 조립체(184)를 포함하여 박스에 대해 제 3 링크(130)의 회전을 수용한다. 또한, 바닥판 및 수직판은 서로에 대해 강성으로 부착된다. 이와 같이, 박스 및 수직판은 유용하게는 무거운 테스트 헤드(90)에 대한 굽힘 또는 비틀림에 대한 강성을 제공한다.

링키지(100)가 다중 링크 및 다중 운동 자유도를 가지기 때문에, 조종기(50)의 바람직한 실시예는 선택적으로 링키지의 작동을 제어하기 위한 시스템을 포함한다. 비록 다른 실시예가 아날로그 제어 시스템, 또는 수동 제어 하드웨어를 포함하지만, 컴퓨터 프로세서를 포함하는 디지털 제어 시스템이 가장 바람직하다.

도 2에서, 브래킷(112)은 각각의 회전 축선(191 및 196)에 대한 제 1 및 제 2 리드 스크류(110 및 120)의 회전에 대해 민감한 엔코더(113)를 홀딩한다. 바람직하게는, 엔코더는 부분 회전을 카운트한다. 들 정확한 실시예는 단지 총 회전만을 카운트한다. 선택적 경각계(inclinometer; 114)는 제 3 링크(130)에 제 3 피봇(183) 근처에 부착된다. 아래에서 상세하게 설명된 바와 같이, 이러한 엔코더 및 선택적 경각계는 제어 시스템(75)(도 1 참조)이 제 3 링크의 위치, 속도, 및 각도적 배향을 결정하도록 한다. 경각계를 포함하지 않는 실시예는 엔코더 값을 기초로 하여 각도 또는 경사를 결정할 수 있다. 엔코더 및 경각계는 모터(165)와 소통하는 컴퓨터 프로세서와 소통한다. 엔코더 및 경각계와 같은 센서로부터의 데이터를 이용하여, 컴퓨터는 링키지의 운동을 제어하기위하여 피드백 제어 알고리즘을 실행할 수 있다.

작동 중, 모터(165)는 스프로켓(171 및 173), 그리고 체인(172)을 통하여 각각의 제 1 및 제 2 리드 스크류(110 및 120)를 구동한다. 리드 스크류는 각각의 제 1 및 제 2 회전 축선(191 및 190)을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있다. 나사 스크류의 나사부는 제 3 링크(및 부착된 테스트 헤드(90))의 중량을 지지한다. 제 3 링크를 수직방향으로 이동시키기 위해, 모터는 구동하여 제 3 링크의 마주하는 단부가 리드 스크류를 따라 동일한 속도로 이동하도록 한다. 제 3 링크를 회전시키기 위해, 모터는 상이한 속도로 제 3 링크의 마주하는 단부를 구동한다. 속도는 링크를 따라 각각의 링크 또는 상이한 방향을 따라 상이한 속도에 의해 상이할 수 있다. 상이한 속도로 운동함으로써, 제 2 피봇이 고정되어 있거나 수직방향으로 이동하는 동안 제 3 링크의 마주하는 단부는 제 3 피봇(183)에 대해 회전한다. 제 3 링크가 피봇할 때, 제 1 및 제 2 링크는 제 1 및 제 2 피봇(180 및 185)을 각각 회전시킴으로써 변화를 수용한다.

테스트 헤드 또는 다른 목적물을 조정하기 위하여, 제 3 링크(130)(도 2 참조)는 어댑터에 부착되고, 이어서 테스트 헤드에 부착된다. 바람직한 실시예는 연장가능한 어댑터를 포함한다. 그러나, 다른 실시예는 연장가능하지 않은 어댑터를 포함한다.

도 3은 도 1에 도시된 조종기의 아암의 사시도이다. 아암(60)은 박스 비임(64)을 포함한다. 박스 비임의 측부(59)는 기계적 패스너와 같은 보통의 종래 수단에 의해 피봇(183) 근처의 제 3 링크(130)(도 2 참조)에 강성으로 부착된다. 제 3 링크에 강성으로 부착됨으로써, 아암은 제 3 링크에 의해 회전 및 이동한다.

아암(60)은 연장가능한 어댑터이며, 이 어댑터는 박스 비임(64)에 부착된 한 쌍의 아암 가이드 레일(61)을 포함한다. 테스트 헤드(90)(도 1 참조)를 수용하여 고정하도록 하는 형상 및 크기를 가지는, 요크(65)는 부착된 가이드 휠(도시안됨)에 가이드 레일을 배치한다.

아암 모터(62)는 박스 비임(64) 내에 위치한다. 아암 리드 스크류(64) 및 리드 스크류 상에 나사 결합되고 요크(60)에 결합되는 리드 너트(도시안됨)는 이동 기구를 형성하여 요크를 가이드 레일(61)을 따라 마주하는 제 1 및 제 2 방향 중 어느 하나로 운동하도록 한다. 바람직한 실시예는 아암 모터, 아암 리드 스크류 및 리드 너트에 도달하기 위해 액세스 포트(66)를 포함한다.

가이드 레일(61)을 따른 수평 이동이 상대적으로 적은 힘을 요구하기 때문 에, 아암(60)의 다른 실시예의 범위는 수동 이동을 위한 간단한 핸들을 포함한다. 실시예의 다른 범위는 모터형 리드 스트류 및 리드 너트 배열체 대신, 공기압 또는 수압 액츄에이터와 같은 압력 액츄에이터를 포함한다. 다수의 다른 선택예는 본 발명에 따라 가능하다.

기능성의 일 예를 지금부터 참조하면, 도 4 내지 도 9는 전형적인 테스트 헤드 장착 작동 진보로서, 도 1의 시스템의 측부를 보여준다. 조종기가 도 4 내지 도 9에 각각 도시된 위치에 있을 때, 도 4a 내지 도 9a는 조종기의 내부 구조의 측부를 보여준다. 도 4a 내지 도 9a에 도시된 구조는 도 2에 도시된 구조에 대응한다.

도 4에서, 테스트 헤드(90)는 "서비스" 위치에서, 프로버(40)로부터 분리된다. 도 4a는 서비스 위치에서 링키지(100)의 위치를 보여준다. 운동의 순서에서 전방으로 가는 경우, 조종기(50)는 프로버 상의 최종 장착된, 또는 "독킹된(docked)" 위치로 테스트 헤드를 이동하여 회전시킨다.

대응하는 도 5 및 도 5a에 의해 도시된, 제 1 제어 단계에서, 이용자는 스위치 또는 다른 장치를 작동시키고 제어 시스템(75)(도 1 참조)은 제 1 및 제 2 리드 스크류(110 및 120)를 동시에 구동함으로써 제 3 링크(130)의 수직 이동을 시작한다. 제 1 및 제 2 리드 스크류가 회전할 때, 제 3 링크의 마주하는 단부는 동일한 속도로 각각의 리드 스크류를 따라 이동한다. 따라서, 제 3 링크의 회전이 없다. 각각이 제 3 링크에 부착되기 때문에 아암(60) 및 테스트 헤드(90)는 수직방향으로 이동한다. 리드 스크류에 결합된, 회전 또는 부분 회전을 카운트하는, 엔코더와 같은 통상적이고 관습적인 센서는 리드 스크류를 따른 거리 및 이에 따른 리드 스크류의 공지된 나사결합을 기초로 하는 높이를 결정하기 위하여 피드백을 제공한다. 제 3 링크가 미리결정된 "회전 높이"에 도달할 때까지 이러한 운동은 계속된다.

대응하는 도 6 및 도 6a에 의해 도시된, 제 2 단계에서, 제 3 링크(130)가 회전하고, 이어서 아암(60) 및 테스트 헤드(90)가 회전한다. 회전을 수행하기 위해, 제어 시스템(75)은 상이한 속도로 제 3 링크(130)의 마주하는 단부를 구동한다. 바람직하게는, 제 2 리드 스크류(120)가 회전을 계속할 때, 제 1 리드 스크류(110)는 회전을 중단한다. 이와 달리, 제 1 리드 스크류는 비 제로 회전 속도로 회전할 수 있거나 회전의 방향(sense of rotation)을 역전시킨다. 제 3 링크가 제 3 피봇(183)에 대해 회전할 때, 제 1 및 제 2 리드 스크류는 제 1 및 제 2 피봇(180 및 185) 각각을 중심으로 피봇한다. 제 3 링크가 예정된 경사, 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같은 45도 테스트 헤드 회전을 초래하는, 도 6a의 경사로 도달할 때까지 이러한 회전 운동은 계속된다.

상술된 회전 운동 동안, 링키지(100)에 결합되는 엔코더(113)와 같은 통상적이고 관습적인 센서는 경사를 결정하기 위하여 피드백을 제공한다. 엔코더 보다 비교적 들 정밀할 수 있는, 선택적 경각계(114)는 통상적으로 지구의 중력에 대해 초기 기준 경사를 제공한다. 경각계 또는 다른 것에 의해 시작되면, 제어 시스템(75)은 엔코더 "카운트"(회전양)를 저장한다. 엔코더 카운더를 이용하여, 제어 시스템은 나사 스크류의 공지된 나사결합으로 주어지는 경사를 결정한다. 엔코더 카운트가 통상적으로 일 회전의 작은 부분이기 때문에, 미리결정된 경사(동일하게, 미리결정된 수직 위치)는 큰 정밀도 및 반복가능성을 가지고 달성될 수 있다.

대응하는 도 7 및 도 7a에 의해 도시된, 선택적인 제 3 단계에서, 제 3 링ㅋ크(30)는 수직방향으로 이동하고, 이어서 아암(60) 및 테스트 헤드(90)를 수직방향으로 이동한다. 이동을 달성하기 위하여, 위에서 상술된 제 1 단계에서와 같이 제어 시스템(75)은 동시에 제 1 및 제 2 리드 스크류를 구동한다. 제 3 링크가 프로버(40) 위의 미리 결정된 위치에 도달할 때까지 이러한 운동은 계속된다.

선택적인 제 4 단계에서, 제 3 링크(130)의 경사는 상술된 제 2 단계에서와 같이 회전에 의해 미세하게 조정되거나 정정될 수 있다.

대응하는 도 8 및 도 8a에 의해 도시된 바와 같이, 제 5 단계에서, 제 3 링크(130)는 고정되어 있으며 아암(60)은 수평방향으로 테스트 헤드(90)를 이동시키기 위해 연장된다. 이동을 수행하기 위해, 제어 시스템(75)은 아암 모터(62)에 전기를 공급하여 아암 리드 스크류(63)를 구동하도록 하여, 가이드 레일(61)(도 3 참조)을 따라 요크(65)를 이동시킨다. 아암 리드 스크류에 결합되는 엔코더와 같은 통상적이고 관습적인 센서에 피드백을 제공하여 프로버 상의 실제 위치를 결정하도록 한다. 요크 및 이에 따라 부착된 테스트 헤드가 프로버(40) 상의 미리결정된 위치에 도달할 때까지 이러한 운동이 계속된다.

대응하는 도 9 및 도 9a에 의해 도시된 바와 같이, 제 6 단계에서, 제 3 링크(130)는 수직 하방으로 변환하여, 이어서 차례로 아암(60)을 하방으로 그리고 테스트 헤드(90)를 하방으로 이동한다. 이동을 달성하기 위하여, 회전 방향이 역전 되는 것을 제외하고 상술된 제 1 단계에서와 같이 제어 시스템(75)은 제 1 및 제 2 리드 스크류를 동시에 구동한다. 제 3 링크가 테스트 헤드가 프로버에 대한 " 도킹(docking) 위치 "또는 장착 상태에 있는 프로버(40) 위의 미리결정된 위치에 도달할 때까지 이러한 운동이 계속된다.

프로버(40)로부터 테스트 헤드(90)를 분해 또는 "분리(de-docking)"하여 "서비스" 위치로 복귀하도록, 이용자는 스위치를 작동시켜 제어 시스템(75)(도 1 참조)은 상술된 단계를 역으로 시작한다. 선택적 단계가 도킹 순서에 포함될 때조차, 경사 정정의 제 4 단계가 생략될 수 있다.

따라서, 조종기(50)는 최소 양의 헤드룸 및 플로어 풋프린트를 가지고, "서비스" 위치로부터 "도킹" 위치로, 또는 역으로 테스트 헤드(90)를 이동시킨다. 테스트 헤드의 외부를 통과하는 힌지 축선에 비해, 테스트 헤드를 관통하는 축선을 중심으로 테스트 헤드를 회전시키는 동안, 링키지(100)(도 2 참조)는 테스트 헤드의 중량을 지지함으로써 공간-효율 테스트 헤드 운동을 가능하게 한다. 힌지 조종기의 폭 넓은 스윙 아크부에 비해, 본 발명의 바람직한 실시예는 도 4 내지 도 9의 도면에 의해 도시된 바와 같이 테스트 헤드 섀도우의 크기에 대해 감소된 풋프린트 내에서 텍스트 헤드가 "요동(tumble)"되도록 한다. 인정할 수 있는 바와 같이, 수직 이동 및 타이트한 요동 운동은 수직방향으로 적층되는 시스템에 대해 특히 유용하다.

또한, 조종기(50)는 하나의 구조물이 두 개의 이동 및 운동 자유도에서의 운동에 영향을 미치도록 한다. 이는 각각의 운동 자유도에 대한 개별 하드웨어를 가 지는 조종기에 비해 비용적인 장점을 제공한다.

더욱이, 제어 시스템(75)을 이용하여, 이용자는 버튼의 터치에 의해 상술된 복잡한 운동을 수행할 수 있다. 이는 다수의 공지된 조종기에 대해 유용하며, 통상적으로 단지 온/오프 액츄에이터 작동을 한다.

지금부터 제어 방법을 보면, 다수의 제어 알고리즘 또는 기술은 본 발명에 따른다. 예를 들면, 리드 스크류(110 및 120)(도 2 참조)를 제어하기 위한 하나의 기술은 원하는 개수의 리드 스크류 회전을 입력하기 위한 것이고(리드 스크류의 길이 및 나사부 카운트가 공지되어 있기 때문에, 위치에 관련된다) 원하는 개수의 회전이 미리결정된 허용오차 내에서 달성될 때까지 리드 스크류를 구동하기 위해 제어 루프를 실시한다. 원하는 개수의 회전이 미리결정된 허용오차 내에 있을 때, 리드 스크류가 정지한다.

전형적인 제어 루프 내에서, 리드 스크류의 회전의 명목적인 속도는 두 개의 조건(term)의 합으로서 결정된다. 하나의 조건은 원하는 개수의 회전에 도달하도록 하기 위한 회전에 관한 것이다. 이러한 조건은 구동 순서의 초기에 가장 크며감소되는 회전수만큼 감소한다. 원하는 회전 개수로의 더 빠른 접근을 위해, 제 2 조건은 각각의 위치로부터 전진하는 회전의 위치에 대한 합과 관련된다. 이러한 두번째 조건은 구동 순서의 초기에서 가장 적으며, 구동 순서에 걸친 합이기 때문에 증가한다. 상이한 실시예에서, 조건들은 선형 또는 비선형일 수 있으며, 다수의 변형예는 본 발명에 따른다.

동시 회전을 위해, 제어 시스템(75)은 명목적인 속도로 제 1 및 제 2 리드 스크류(110 및 120) 둘다 구동한다. 명목적인 속도를 달성하기 위하여, 모터(165)(도 2 참조)로의 입력은 3개의 조건의 합으로써 모터 입력을 표현함으로써 전형적인 제어 루프 내에서 결정된다. 제 1 조건은 위에서 명목적인 속도를 위한 모터 입력에 대응한다. 명목적인 속도를 위한 표현과 유사한 방식으로, 제 2 조건은 제 1 및 제 2 리드 스크류의 회전수들 사이의 차이에 관련되고, 제 3 조건은 제 1 및 제 2 리드 스크류의 회전들 사이의 차이의 위치에 걸친 합에 관련된다. 따라서, 제 1 및 제 2 리드 스크류 사이의 속도 차이가 있을 때, 대응하는 제 2 조건 및 제 3 조건은 동일한 속도를 향한 정정을 제공한다.

동시 회전을 위해, 제어 시스템(75)은 상이한 속도로 제 1 및 제 2 리드 스크류(110 및 120)를 구동한다. 명목적인 속도 및 모터 입력으로, 전형적인 제어 알고리즘은 상이한 경향으로 조건의 합으로부터 결정되는 모터 입력으로 리드 스크류의 회전에 루프(loop)를 포함할 수 있다.

소유 비용의 조건에서 부가 장점을 제공하기 위하여, 조종기(50)의 바람직한 실시예의 범위는 전력 중단이 있는 경우 회전 수를 손실할 수 있는 엔코더를 포함한다. 이러한 엔코더는 엡솔루트 엔코더(absolute encoder) 보다 상대적으로 가격이 싸며, 전력 중단에도 불구하고 회전 수를 유지한다. 이러한 실시예에서, 제어 시스템(75)은 엔코드가 리셋될 수 있는 기준 위치, 또는 "홈(home)"을 찾기 위하여 위치 센서로부터의 입력으로 알고리즘을 실행할 수 있다.

전형적인 일 실시예에서, 제어 시스템(75)은 수직 "홈" 센서가 트리거될 때까지 테스트 헤드(90)를 이동시키기 위해 동시에 제 1 작동 리드 스크류(110 및 120)에 의해 "홈" 알고리즘을 실행한다. 두번째, 제어 시스템은 위에서, 제 1 단계에서와 같이 수직 위치를 재조정하는 것이 후속되는, 동시에 리드 스크류를 작동함으로써 수직 "홈"에서의 미리결정된 경사 내에서 테스트 헤드의 경사를 설정한다. 세번째, 요크(65)가 가이드 레일(61) 상의 이동의 말단부 또는 다른 말단부에 도달할 때까지 제어 시스템은 아암 모터(62)를 작동시키고, 이어서 요크를 가이드 레일을 따라 이동의 "홈"으로 이동시킨다. 이어서, 제어 시스템은 아암 리드 스크류(63)에 결합된 엔코더를 리셋한다. 네번째, 제어 시스템은 아암 모터를 작동시켜 요크를 가이드 레일 상의 "서비스" 위치로 이동시킨다. 다섯번째, 제어 시스템은 동시에 제 1 및 제 2 리드 스크류를 작동시켜 테스트 헤드를 약간 낮춘다. 여섯번째, 제어 시스템은 리드 스크류의 동시 작동에 의해 높은 정밀도로 테스트 헤드의 경사를 설정한다. 마지막으로, 수직 "홈" 센서가 트리거될 때까지 제어 시스템은 동시에 리드 스크류를 작동시킨다. 이어서, 제어 시스템은 제 1 및 제 2 리드 스트류에 결합되는 엔코더를 리셋한다.

Claims (19)

1. 프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하는 장치로서,

   프레임,

   세장형 제 1 리드 스크류 및 세장형 제 2 리드 스크류로서, 상기 제 1 리드 스크류 및 상기 제 2 리드 스크류 각각은 상기 프레임에 피봇가능하게 결합되는 말단부를 가지며, 상기 제 1 리드 스크류는 제 1 피봇 축선에 대해 피봇가능하고 상기 제 2 리드 스크류는 상기 제 1 피봇 축선에 대해 평행하게 연장하는 제 2 피봇 축선에 대해 피봇가능하고, 상기 제 1 리드 스크류 및 상기 제 2 리드 스크류는 각각의 제 1 회전 축선 및 제 2 회전 축선에 대해 회전가능하고, 상기 제 1 회전 축선은 상기 제 1 피봇 축선에 대해 수직하게 연장하고 상기 제 2 회전 축선은 상기 제 2 피봇 축선에 대해 수직하게 연장하는, 세장형 제 1 리드 스크류 및 세장형 제 2 리드 스크류,

   상기 제 1 리드 스크류에 회전가능하게 결합되는 제 1 단부 부분 및 상기 제 2 리드 스크류에 회전가능하게 결합되는 제 2 단부 부분을 가지는 링크,

   상기 제 1 회전 축선에 대해 반대되는 제 1 방향 및 제 2 방향으로 상기 제 1 리드 스크류를 회전시키기 위해 그리고 제 2 회전 축선에 대해 반대되는 제 1 방향 및 제 2 방향으로 상기 제 2 리드 스크류를 회전시키기 위해 상기 제 1 리드 스크류 및 상기 제 2 리드 스크류에 결합되는 하나 이상의 액츄에이터, 및

   상기 링크에 결합되어 상기 테스트 헤드를 지지하도록 하는 아암을 포함하여,

   상기 제 1 방향으로 상기 제 1 리드 스크류 및 상기 제 2 리드 스크류의 회전이 상기 링크를 상기 제 1 리드 스크류 및 상기 제 2 리드 스크류에 대해 이동하도록 하여 상기 프레임에 대해 상기 테스트 헤드를 이동시키고, 상기 제 1 방향으로 상기 제 1 리드 스크류의 회전 및 상기 제 2 방향으로 상기 제 2 리드 스크류의 회전이 상기 링크를 상기 제 1 리드 스크류 및 상기 제 2 리드 스크류에 대해 회전하도록 하여 상기 프레임에 대해 상기 테스트 헤드를 피봇시키는,

   프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하나 이상의 액츄에이터는 상기 제 1 리드 스크류에 결합되는 제 1 액츄에이터 및 상기 제 2 리드 스크류에 결합되는 제 2 액츄에이터를 포함하는,

   프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하는 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 아암은 상기 아암을 따라 반대되는 제 1 방향 및 제 2 방향으로 상기 테스트 헤드를 운동시키기 위한 이동 기구를 포함하는,

   프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하는 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 이동 기구는 선형 가이드 레일을 포함하는,

   프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하는 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 리드 스크류 및 상기 제 2 리드 스크류 중 하나 이상은 롤링 요소 스크류인,

   프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하는 장치.
6. 프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조종기로서,

   프레임,

   상기 프레임에 결합되고, 각각의 피봇에 대해 회전 자유도를 가지는 제 1 링크 및 제 2 링크 그리고 상기 제 1 링크 및 상기 제 2 링크에 결합되어 운동의 회전 및 이동의 자유도를 가지도록 하는 제 3 링크를 포함하는 링키지, 및

   상기 제 3 링크에 결합되고 테스트 헤드에 부착하도록 구성되는 어댑터를 포함하는,

   프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조종기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 링크 및 상기 제 2 링크가 리드 스크류인,

   프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조종기.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 링크 및 상기 제 2 링크는 롤링 요소 스크류인,

   프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조종기.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 3 링크는 두 개의 독립적으로 제어가능한 액츄에이터로 결합되는,

   프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조종기.
10. 제 9 항에 있어서,

    하나의 액츄에이터는 전기 모터, 유압 액츄에이터, 및 공기압 액츄에이터로 이루어지는 액츄에이터의 그룹에 포함되는,

    프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조종기.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 링키지의 동시 및 비동시 작동을 위한 제어 시스템을 더 포함하는,

    프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조종기.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 제어 시스템은 컴퓨터 프로세서, 위치 센서, 및 배향 센서를 포함하는,

    프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조종기.
13. 제 6 항에 있어서,

    상기 제 3 링크에 대해 상기 테스트 헤드를 이동시키기 위해 상기 제 3 링크에 결합되는 아암을 더 포함하는,

    프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조종기.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 아암은 선형 가이드 레일을 포함하는,

    프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조종기.
15. 제 6 항에 있어서,

    상기 프레임은 지지면에 대해 상기 프레임을 이동시키기 위한 복수의 휠을 포함하는,

    프로버에 대해 테스트 헤드를 위치설정하기 위한 조종기.
16. 자동 테스트 시스템으로서,

    섀시,

    상기 섀시에 장착되고 테스트 물품과 결합하도록 구성되는 테스트 헤드,

    테스트 물품을 상기 테스트 헤드를 향하여 그리고 상기 테스트 헤드로부터 멀어지도록 이동시키기 위한 이송부, 및

    상기 섀시에 대해 상기 테스트 헤드를 장착 및 분리하도록 상기 테스트 헤드를 이동 및 회전시키기 위한 링키지를 포함하는 조종기로서, 상기 링키지는 가동 피봇을 가지는, 조종기를 포함하고,

    상기 조종기는 청구항 제 1 항의 장치인,

    자동 테스트 시스템.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 섀시에 대해 상기 테스트 헤드를 선택적으로 이동 및 회전시키기 위한 제어 시스템을 더 포함하는,

    자동 테스트 시스템.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 테스트 헤드 및 상기 테스트 물품은 기계적으로 결합되도록 구성되는,

    자동 테스트 시스템.
19. 삭제

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