TWI572874B

TWI572874B - 在用於測試半導體元件之測試系統中置換接合單元的模組及具有此模組的測試系統

Info

Publication number: TWI572874B
Application number: TW102115824A
Authority: TW
Inventors: 史戴芬瑟麥爾; 班諾史堤格洛爾
Original assignee: 特柏戴奈米克斯有限公司
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2017-03-01
Also published as: DE102012103893A1; WO2013164407A1; US20150123685A1; TW201350887A; DE112013002297A5; US9519023B2

Description

在用於測試半導體元件之測試系統中置換接合單元的模組及具有此模組的測試系統

本發明是關於一個在用於測試半導體元件的測試系統中置換接合單元(Interface Unit)的模組及具有此模組的測試系統。

JP 9 159 730 A已揭露一種用於測試半導體元件的測試裝置，在此裝置中效能板連接到測試頭，使其可被如抽屜般橫向地從測試頭拉出。效能板具有測試頭的導引針腳為了放置效能板而延伸通過的導引孔。效能板可被橫向地拉出而輕易地置換。

EP 1 495 339 B1及US 2003/019 4821 A1已揭露另一種用於測試半導體元件的測試裝置，在此裝置中支撐接合單元的次組件以樞轉的方式附接到測試系統。次組件的樞轉配置使輕易地從測試系統移除接合單元並置換變得可能。較佳地，次組件’上提供一個望遠鏡狀的延伸裝置，允許接合單元從測試系統的區域被拉出。

DE 102 05 115 B4揭露一種耦接裝置，被實施以連接被扣緊在電子零件的測試裝置之第一板與被扣緊在電子零件的操作裝置之第二板。進料框架在第一板上被導引使其被允許垂直於板的平面而移動。第二板以位於其邊緣區域之輔助框架的形式，連接到一個附加的耦接裝置。第二板可被可分開地經由此輔助框架耦接到進料框架。在兩相對邊的每一邊，輔助框架具有兩個各自向外延伸的掣動凸台，其可被嵌入進料框架之相對應的滑動導引器，並藉由平行於進料框架之平面而滑動輔助框架，可以掣動方式接合這些對應的滑動導引器，以精準定義的位置接合。此啟動動作由輸送帶的方式發生。

DE 197 52 229 A1描述一種用於晶圓測試器的可伸縮耦接器。於此例，測試頭被安裝在台車上。測試頭以樞轉連接的方式被安裝在台車上。此樞轉連接的方式允許測試頭被放置在向上放置的位置，使得裝載板及校正或扣緊板與DUT板可以插槽的方式，被附接在電子電路測試器的測試頭。測試頭可被樞轉到不同角度的位置，使得插槽與自動材料處理裝置之間構成一介面。為了要製造位於插槽與自動材料處理裝置或晶圓測試站的圓片測試器之間的介面，框架可被連接到測試頭。對應到框架的夾具裝置為了校準測試頭與處理裝置或測試站，被安裝到自動材料處理裝置或晶圓測試站上，使得插槽或晶圓探針接觸欲測試的元件或電路。

接合單元可以如抽屜的方式被拉出與推入的測試系統亦為習知；在抽屜縮回的位置，接合單元以垂直接合單元平面的線性移動而移動到末端位置。移動到末端位置由氣壓缸的方式被啟動，且為自動執行。額外的氣壓缸也被提供給末端位置的固定單元。此裝置和EP 1 495 339 B1習知的裝置相比相當具有優勢，因接合單元以直線移動的方式被帶到末端位置。在EP 1 495 339 B1得知的樞轉移動，在接觸測試系統與接合單元的針腳，或校準與接合單元中對應之校準孔接合的針腳，存在著重大的風險。接合單元在測試系統中移入與移出的複雜軌跡需要多個彼此獨立可被氣壓驅動的汽缸/活塞單元。此機構確實允許更安全地置換接合單元而不造成接觸針腳的損傷，讓使用者可以少量動作快速地完成置換。然而，此裝置比EP 1 495 339 B1習知的裝置貴上許多。

本發明的目的是創造一個在測試半導體元件的測試系統中置換近似平面的接合單元的模組，其可允許安全且可靠地置換接合單元而不損傷接觸針腳或校準針腳，此為不昂貴的設計與基本上不需維修。

此目的藉由具有如申請專利範圍第1項特徵的模組來達成。本發明的較佳實施例在申請專利範圍的附屬項被揭露。

根據本發明之在測試半導體元件的測試系統中置換近似平面的接合單元之模組，其包含：基底元件，其可被扣緊到測試系統；支撐裝置，其可容納接合單元；以及多個導引元件，支撐裝置可藉其扣緊到基底元件，使得支撐裝置可在基底元件的末端位置與移除位置之間移動；在末端位置，接合單元係位於一接合平面，而導引支撐裝置通過一預定之軌跡的導引單元包含：至少一個橫桿機構，其係設計至少用以導引支撐裝置從末端位置開始朝著垂直接合平面的方向，線性平移移動(Linear Translation Movement)一定的距離；至少一個滑動導引器，其係用以啟動橫桿機構，滑動導引器被支撐使其可以交叉接合單元之線性平移移動的方向移動；以及啟動裝置，用以移動滑動導引器，使得橫桿機構被啟動。

此模組可用其基底元件被扣緊到測試系統。常規來講，測試半導體元件的測試系統包含一個測試單元(「測試器(tester)」)及一個操作單元(「操作器(handler)」或「探針(prober)」)。測試單元包含一個測試頭，其被用來接觸待測的半導體元件並配備有評估電子設備。操作單元包含將待測半導體元件提供給測試單元的元件。為了使這樣的測試系統可測試不同的半導體元件，接合單元被提供，其位於測試單元與操作單元之間的接面區域，並具有用與接觸待測電子半導體元件之接觸元件。接觸元件分別配置為特定於待測半導體元件之圖樣，使其可正確地接觸半導體元件的接觸點。取決於測試系統，此接合單元必須被扣緊到測試單元或操作單元。根據本發明的模組以基底元件扣緊到測試單元或操作單元，而非以接合單元直接地扣緊至測試單元或操作單元。

接合單元為通常由剛性電路板組成的一近似平面元件。整合到此接合單元的接觸針腳及電子元件可從此電路板突出。當測試系統被使用時，接合單元必須被放置在測試單元中的特定位置或測試系統的操作單元內。在使用中於其位置包含近似平面之接合單元的平面將在下述被稱為接合平面。根據本發明的模組被設計使得基底元件以對應導引元件之方式而被扣緊到測試系統，使其可移動接合單元到位於接合平面的末端位置。

該模組的導引元件被設計使得接合單元可與支撐被導引通過預定軌跡的接合單元的支撐裝置，在此末端位置與移除位置之間移動。此軌跡包含至少一線性平移移動，從與接和平面垂直一定距離之末端位置開始。此預定軌跡的線性組件係由橫桿機構導引。導引元件更包含至少一滑動導引器，其被支撐使其可與支撐裝置線性平移移動的方向交叉移動。滑動導引器可與接合橫桿機構的滑動導引器以啟動裝置被移動，使得橫桿機構在滑動導引器移動時被啟動。

較佳地，該滑動導引器被設計以固定橫桿機構到末端位置。

較佳地，該模組具有兩個橫桿機構，其可接合支撐裝置之個別的相對邊，而每一橫桿機構可由滑動導引器而被啟動。

此移動滑動導引器的啟動裝置較佳地為環狀輸送帶。此輸送帶可為齒狀帶、鋼纜線或鏈條。啟動裝置更可為桿機構。

較佳地，橫桿機構具有至少一個橫桿臂，其一端可樞轉地被扣緊在基底元件而另一端可樞轉地被扣緊在支撐裝置；滑動導引器具有凸輪軌(cam track)，其與位於此橫桿臂之樞轉針腳按順序接合，通過滑動導引器的移動以控制橫桿相對於基底元件的樞轉移動；該橫桿臂具有一固定針腳，其位於比樞轉針腳遠的扣緊在基底元件之橫桿臂之末端，且至少在末端位置接合滑動導引器上的另一個固定凸輪軌。

凸輪軌被實施以相對接合平面而傾斜；每一個凸輪軌較佳地具有個別的固定部分，其中對應的針腳係位於末端位置，而此固定部分比凸輪軌的剩餘部分具有相對於接合平面更平緩的傾斜度。藉由此固定部分，支撐裝置及接合單元都藉由滑動導引器固定於他們的末端位置，且只需要輕微力量以在此位置支撐滑動導引器。此系統的磨擦力或彈簧元件足夠達成此舉，特別是可用以協助在末端位置進出動作的氣壓彈簧。

較佳地，提供了一個啟動橫桿，其可被用以啟動滑動導引器。此啟動橫桿可具有一個至少有對應於末端位置及中間位置之掣動位置之掣動機構。

橫桿機構較佳地具有一個直線導引器，其包含兩個藉由共享樞轉接頭的方式以樞接方式互相耦接的橫桿臂；這兩個橫桿臂分別個別藉由樞轉接頭的手段以樞接方式連接到在一端的基底元件及/或支撐裝置，且至少其中一個橫桿臂以樞接方式被配置在此對包含支撐裝置及基底元件之橫桿臂之分別的其他部分，而從共享樞轉接頭到橫桿臂貼附到支撐裝置與基底元件的個別的樞轉接頭為相同長度。

在一實施例中，橫桿機構可具有有兩個互相耦接的橫桿臂的直線導引器，及一個具有至少一個橫桿臂之附加導引器，其樞轉動作分別地由滑動導引器之分離式凸輪軌所控制，使得支撐裝置從末端位置開始，先執行垂直於接合平面的線性平移移動，接著再執行樞轉移動。

較佳地，支撐裝置具有滑軌，其可以伸縮的方式延伸，以允許接合單元以直線方式移動。

根據本發明的模組，當接合單元被置換，接合單元從末端位置移動出，而進入到中間位置，其中所有接觸都被鬆開且所有校準針腳及校準孔都互相脫離，接著以伸縮滑軌，移出中間位置，而進入接合單元可被簡單地置換的移除位置。於此例，只需要抬高測試單元一特定距離。不需要將測試單元從操作單元完全移除。這種方式節省了大量的時間在置換接合單元上。

根據本發明的模組實質上由機械元件構成，且基本上不需要電子或氣動控制。因此維護需求相當低且可靠。

該模組可被整合到全自動的測試系統並連接到對應的控制單元。這只需要一個單獨的自動控制啟動器，如電子馬達或氣壓活塞/缸單元，以啟動輸送帶。

接合單元可具有兩個向下凸出的定位針腳以接合對應的定位套筒。定位套筒被固定在操作單元上。定位針腳與定位套筒構成一個可由氣壓啟動的定位系統(對接系統(docking system))，並根據US 6,870,362 B2被實施。一個以直線方式從末端位置抬起接合單元到中間位置之機構置換接合單元的模組，及一個拉出接合單元的裝置，例如伸縮滑軌，的組合，構成獨立的發明構想，由於該模組只需要在末端位置粗略地定位接合單元，而細微的調整就可以定位系統完成。

該模組可具有一個距離調整裝置，其包含複數個螺紋元件以輸送帶方式互相耦接，在特別的螺紋凸緣或螺紋套筒，其與操作單元或測試單元上對應的螺紋元件接合。輸送帶可以啟動元件，如手動轉輪，啟動，使得距離調整裝置所有的螺紋元件同步旋轉，且改變該模組到操作單元或測試單元的距離。此距離調整裝置在一個以直線提升運動從末端位置抬起接合單元到中間位置方式之機構置換接合單元的模組，及一個拉出接合單元的裝置，例如伸縮滑軌，的組合非常具有優勢，由於這使得可能使用多種不同類型且具有不同厚度及高度之接合單元，且易於置換、定位及調整該接合單元。

1‧‧‧測試系統

2‧‧‧模組

3‧‧‧操作單元

4‧‧‧測試單元

5‧‧‧基底元件

6‧‧‧前端側邊支架

7‧‧‧後端側邊支架

8‧‧‧右端縱向支架

9‧‧‧左端縱向支架

10‧‧‧橫桿機構

11‧‧‧橫桿臂

12‧‧‧橫桿臂

13‧‧‧樞轉接頭

14‧‧‧樞轉接頭

15‧‧‧伸縮滑軌

16‧‧‧樞轉接頭

17‧‧‧樞轉接頭

18‧‧‧樞轉接頭

19‧‧‧支撐框架

20‧‧‧接合單元

20/1‧‧‧強化框架

20/2‧‧‧接合板

21‧‧‧凹槽

22‧‧‧凸部

23‧‧‧支撐板

24‧‧‧定位套筒

25‧‧‧滑動導引器

26‧‧‧樞轉凸輪軌

26/1‧‧‧第一平坦部分

26/2‧‧‧傾斜部分

26/3‧‧‧第二平坦部分

27‧‧‧固定凸輪軌

28‧‧‧固定針腳

29‧‧‧輸鏈帶

30‧‧‧導引滾輪

31‧‧‧拉桿

32‧‧‧啟動橫桿

33‧‧‧氣壓彈簧

34‧‧‧接合平面

35‧‧‧支架

36‧‧‧滑軌

37‧‧‧扣緊架

38‧‧‧樞轉針腳

39‧‧‧固定板

40‧‧‧固定部分

41‧‧‧長孔

42‧‧‧針腳

43‧‧‧晶圓

44‧‧‧連接板

45‧‧‧長橫桿臂

46‧‧‧短橫桿臂

47‧‧‧分離式橫桿臂

48‧‧‧樞轉接頭

49‧‧‧樞轉接頭

50‧‧‧樞轉接頭

51‧‧‧樞轉接頭

52‧‧‧樞轉接頭

53‧‧‧樞轉接頭

54‧‧‧轉動式針腳

55‧‧‧針腳

56‧‧‧長孔

57‧‧‧樞轉針腳

58‧‧‧滑動導引器

59‧‧‧樞轉凸輪軌

60‧‧‧樞轉凸輪軌

60/1、59/1‧‧‧下方啟動部分

60/2、59/2‧‧‧上方固定部分

61‧‧‧固定凸輪軌

62‧‧‧固定針腳

63‧‧‧把手

64‧‧‧小板

65‧‧‧距離調整裝置

66‧‧‧距離調整元件

67‧‧‧螺紋凸緣

68‧‧‧齒輪

69‧‧‧軸承墊圈

70‧‧‧輸送帶

71‧‧‧導引滾輪

72‧‧‧拉桿

73‧‧‧手動轉輪

74‧‧‧預先定心針腳

75‧‧‧偏轉連桿

本發明將由顯示於圖式中的例子而被更詳細的解釋。在圖式中：

第1圖為具有用於置換接合單元之模組的測試系統的示意圖及透視圖。

第2圖顯示在移除位置之第1圖的模組。

第3圖顯示在中間位置之第1圖的模組。

第4圖顯示在末端位置之第1圖的模組。

第5圖為第1圖之模組之滑動導引器之側面視圖。

第6圖為在垂直測試系統內用於置換接合單元的模組之透視圖。

第7圖為第6圖之模組在上端橫桿機構區域之部份透視圖。

第8圖為第7圖之橫桿機構與伸縮滑軌，不包含模組剩餘部份的透視圖。

第9圖至第11圖為水平測試系統之置換模組之透視圖，其在不同位置被扣緊到測試系統之下方。

第12圖為第9圖到第11圖之置換模組之橫桿機構之部份透視圖。

第13圖顯示第12圖之橫桿機構，其中支撐板從滑動導引器被移除因此可看見其他部分。

第14圖到第16圖為第12圖及第13圖之橫桿機構不同平面之部分切去圖。

第17圖及第18圖為滑動導引器兩邊視圖。

第19圖為第6圖之模組之透視圖，以爆炸視圖描繪之具有接合單元在末端位置及距離調整裝置。

第20圖為根據第19圖之距離調整裝置之距離調整元件之部份透視圖。

第21圖為可被扣緊到測試系統下方之水平測試系統之置換模組之橫桿機構之部份透視圖。

第22圖為第21圖之橫桿機構之滑動導引器之側邊視圖。

第1圖到第5圖以根據之本發明之用於置換接合單元(Interface Unit)之模組2之第一例示性實施例示意描繪用於測試半導體元件之測試系統1。

「半導體元件(semiconductor elements)」一詞包含半導體構件及晶圓。

測試系統具有一操作單元3(探針)及測試單元4(測試器)。在操作過程中，操作單元3位於測試單元4下方(第1圖)；用於置換接合單元之模組2位於操作單元3及測試單元4之間。此模組2將在下述被稱為置換模組2。

在第一例示性實施例，操作單元3被用以提供晶圓43到接合單元20。操作單元3及測試單元4皆實施為近似塊狀，而模組2所位於其中之面向彼此之側邊表面，被水平放置。此測試系統被稱為水平測試系統。

置換模組2具有扣緊到測試系統1之基底元件5。在本例示性實施例，基底元件5被扣緊到操作單元3。基底元件5為由鋁或鋼構成的框架狀物體，其係與操作單元3的輪廓相符。基底元件5具有前端及後端側邊支架6,7及右側及左側縱向支架8,9。「前進」及「後退」與「左側」及「右側」的位置指的是測試系統1之操作者之視角，因為此種測試系統通常有一邊使操作者能夠操作此系統，在本例示性實施例，為第1圖到第4圖圖式之右下方。

縱向支架8,9之內部各有各別的橫桿機構10連接其上。在本例示性實施例，各橫桿機構10完全相同地被實施，因此下述只解釋兩個橫桿機構10之其中之一。

橫桿機構具有由第一橫桿臂11及第二橫桿臂12組成的剪刀狀接頭。

在一端，第一橫桿臂11以固定樞轉接頭13連接到縱向支架8,9之內部。在其另一端，第一橫桿臂11以另一個樞轉接頭14連接到伸縮滑軌15。伸縮滑軌15將在下述更詳細地描述。樞轉接頭14被實施以伸縮滑軌15之縱向方向移動。

第一橫桿臂11及第二橫桿臂12以樞轉方式使用樞轉接頭16大略地連接於其縱向中間位置。

在一端，第二橫桿臂12以樞轉接頭17連接到縱向支架8,9之內部，其可以縱向支架8,9之縱向方向移動。在其另一端，第二橫桿臂12以另一個固定樞轉接頭18連接到伸縮滑軌15。

剪刀狀接頭可如一雙剪刀般被折疊打開(第2圖及第3圖)或關閉(第4圖)。當剪刀狀接頭被折疊打開或關閉時，伸縮滑軌相對於基底元件5被抬高或降低。當此情況發生時，伸縮滑軌15總是平行於個別的縱向支架8,9。

既然兩個固定樞轉接頭13,18互相位於對邊，而橫桿臂從共享樞轉接頭16延伸到樞轉接頭13,14,17,18的部分，其中橫桿臂11,12連接到基底元件5及伸縮滑軌15，皆為相同長度，打開及關閉剪刀狀接頭可造成伸縮滑軌15的線性移動。剪刀狀接頭因此構成線性導引器因其引導伸縮滑軌15沿著線性軌跡移動。

兩個伸縮滑軌15支撐形成支撐器以支撐接合單元20之支撐框架19。接合單元20由強化框架20/1及接合板20/2組成。

支撐框架以移動方式由伸縮滑軌15所支撐，因此可被拉出操作單元3上方的區域。

支撐框架19具有凹槽21使得從接合單元凸出的凸部22可插入，因此接合單元20可被固定在支撐框架19。

兩塊支撐板23由接合單元20之強化框架20/1之外部凸出。兩個向下凸出的定位針腳位於每一塊支撐板上。定位針腳可接合對應的定位套筒24。定位套筒24被扣緊到操作單元3。定位針腳及定位套筒24構成氣壓啟動定位系統(對接系統(docking system))並根據US 6,870,362 B2而實施。

橫桿機構10各自連接到分別的滑動導引器25。滑動導引器25被基底元件5所支撐而以線性方式移動。本例示性實施例之滑動導引器25具有第一凸輪軌26及第二凸輪軌27。第一凸輪軌26將在下述以樞轉凸輪軌26表示，而第二凸輪軌27以固定凸輪軌27表示。凸輪軌26,27為滑動導引器內的延長凹槽，使得第一橫桿臂11接合樞轉針腳(在第1圖到第5圖看不到)及固定針腳28。

兩個滑動導引器25，其在本發明例示性實施例中完全相同地被實施，係耦接到輸送帶29，而複數個導引滾輪30在基底元件5上被提供，使得輸送帶的一個部分延著兩個橫桿機構之其中一個延伸，而在這些輸送帶的部分，分別地與兩個滑動導引器之其中之一接合，因此當輸送帶29移動時，輸送帶使兩個滑動導引器以線性方式移動。

本例示性實施例之輸送帶29可為齒狀帶。然而，其還可被實施為鏈條、鋼纜線或桿機構之形式。

在基底元件上，提供了拉桿31，其從基底元件之前端凸出特定距離。在拉桿31的遠端具有一個啟動橫桿32提供了掣動機構。啟動橫桿32耦接到以嵌齒方式(cogged fashion)接合輸送帶的小齒輪，因此當小齒輪以啟動橫桿的方式轉動時，使得輸送帶29移動。此拉桿31從基底元件5凸出足夠距離，使啟動橫桿32即使在測試系統關閉時仍可被自由地使用。

當要取代啟動橫桿32時，也可提供自動啟動裝置，如氣動升降/活塞機構，以使輸送帶29移動。

彈簧元件33，其在本例示性實施例可為氣壓彈簧33，在輸送帶29及基底元件5之間耦接。在本例示性實施例，氣壓彈簧33的一端連接到兩個滑動導引器之其中之一，而另一端連接到基底元件5。

第4圖描述在末端位置之接合器(adapter)20，在此位置定位針腳與對應的定位套筒24接合與固定。在此末端位置，接合單元處於為測試系統1之操作所需要之位置。在第4圖中，接合單元20以簡化示意之接合板20/2被描述。此位於末端位置之接合板20/2在下述以接合平面34被表示。

樞轉凸輪軌26(第5圖)具有第一平坦部分26/1(在第5圖下方)、更陡峭地傾斜部分26/2及第二平坦部分26/3(在第5圖上方)。這三部分的傾斜度為相對於接合平面的傾斜度，即，平坦部分26/1及26/3相對於接合平面34僅有平緩的傾斜度，而傾斜部分26/2相對於接合平面34則有較大的傾斜度。在下述，第一傾斜部分26/1以第一固定部分26/1表示，第二傾斜部分26/2以啟動部分26/2表示，而第三傾斜部分26/3以第一固定部分26/3表示。

在滑動導引器25之滑動過程，橫桿臂11之樞轉針腳在樞轉凸輪軌26內滑動，使得樞轉針腳從第一固定部分26/1沿著啟動部分26/2滑動到第二固定部分26/3，針腳被抬起結果橫桿臂11環繞樞轉接頭13而樞轉。樞轉動作主要由樞轉針腳及啟動部分26/2之合作而執行。固定部分26/1及26/3被實施為平坦的，因此不會產生樞轉動作或只產生輕微的樞轉動作。在這個樞轉針腳從第一固定部分26/1沿著啟動部分26/2滑動到第二固定部分26/3之動作中，剪刀狀接頭被打開，而具有接合器20之支撐框架19從末端位置被抬高到中間位置(第3圖)。因為第二固定部分26/3被實施為相當平坦，滑動導引器25在此中間位置固定剪刀狀接頭。

在此中間位置，支撐框架19及接合器20可被以伸縮滑軌之方式拉出操作單元3之區域。支撐框架19及接合器20接著位於使用者可輕易置換接合器20之移除位置(第2圖)。一些裝置被提供以防止伸縮滑軌不在中間位置時被拉出。這些裝置並未在第1圖到第5圖的簡化圖示中被描述。

如果滑動導引器25被移回，使得樞轉針腳從第二固定部分26/3沿著啟動部分26/2滑動到第一固定部分26/1，橫桿臂11則向下樞轉以關閉剪刀狀接頭。關閉位置(第4圖)為末端位置。在降低橫桿臂之過程中，固定針腳28與固定凸輪軌27接合，固定凸輪軌上方具有開口並以相對接合平面34平坦的方向延伸(相對於接合平面34具有輕微傾斜)。固定針腳28及固定凸輪軌27皆位於比樞轉針腳及對應的樞轉凸輪軌26更遠離樞轉接頭13之位置，而由於較長的橫桿，在末端位置產生剪刀狀接頭之更佳地額外固定。

固定針腳28及固定凸輪軌27提供伸縮滑軌15額外的固定並防止支架彎曲。因此可符合所需的公差，甚至不需要包含定位針腳及定位套筒24的定位系統。這特別應用在測試半導體元件的測試系統，因為此系統的公差可比測試晶圓的測試系統來的大。

在降低過程中，氣壓彈簧33被壓縮使得氣壓彈簧33抵銷支撐框架19、接合器20及接合單元的重量。結果，啟動橫桿32可以較小的力量被啟動以移動模組從末端位置(第4圖)進入中間位置(第3圖)及移回。啟動橫桿之掣動機構至少具有末端位置及中間位置之掣動位置，使得在以固定動作連接樞轉凸輪軌26及固定凸輪軌27之狀況下，置換模組2在末端位置及中間位置被安全地支撐。

在中間位置，支撐框架可以伸縮滑軌15的方式被拉出，以使用接合單元置換接合器20。

以橫桿臂11,12線性導引剪刀狀接頭確保定位針腳可被正確地導引進出定位套筒24，如接合單元上提供額外的接觸針腳，可確保這些接觸針腳不會被損傷。

上述之第一例示性實施例為測試晶圓之測試系統，提供配備操作單元(探針)之接合單元。在本發明的上下文，該測試系統更可被實施以測試半導體元件。為習之技藝者所了解的是，提供晶圓之操作單元被表示為探針，而提供個別積體電路之操作單元被表示為操作器。

第6圖到第8圖描述測試系統中置換模組2之第二例示性實施例設計以測試半導體元件。此測試系統為垂直測試系統，換句話說，操作單元及測試單元(圖未示)位於彼此旁邊而連接彼此之連接側面被垂直地定位。相對應地，位於操作單元3及測試單元4之間的近似平面，必須被垂直地放置。

此垂直測試系統之置換模組2基本上與水平測試系統之置換模組以同樣地方式被實施，如第1圖到第5圖所述。因此，同樣的組件被提供以同樣的參考符號，而不再贅述。此置換模組2也具有兩個橫桿機構10，下方橫桿機構及上方橫桿機構，其各自具有分別由第一橫桿臂11及第二橫桿臂12組成之剪刀狀接頭。這兩個橫桿機構10完全相同地被實施。下方橫桿機構10必須支撐接合單元20、支撐框架19及伸縮滑軌15之重量。因此，第一橫桿臂11及第二橫桿臂12被實施為較粗與較寬於第一例示性實施例之橫桿臂，以吸收地心引力之重量而不使其扭曲而傳送到基底元件5。

每一滑動導引器25以個別的連接板43，扣緊到兩個個別的支架35。如第7圖所示，連接板被省略以提供支架及滑動導引器較佳地視角。支架35以可移動的方式支撐在滑軌36上。支架35以扣緊架37之方式連接，其扣緊到輸送帶29。

滑動導引器25具有與第一例示性實施例相同的凸輪軌26,27。固定針腳28及樞轉針腳38(第8圖)接合到凸輪軌。固定針腳28及樞轉針腳38以從橫桿臂11凸出之滾輪方式而實施並嵌入凸輪軌26,27之凹槽中。

伸縮滑軌15具有固定板39以樞轉方式安裝於其上；固定板39以樞轉方式大略連接在伸縮滑軌15之縱向中央，其係連接到第一及第二橫桿臂11,12之部分。從此連接點，第一固定板39延伸到該部分的末端，使其他伸縮滑軌15之部分可從此處被拉出。該部分的末端被固定板之固定部分40所封閉。相鄰於固定部分40，固定板39具有一個長孔41，使固定在伸縮滑軌15之針腳42延伸通過，藉此定義固定板39之樞轉動作。在固定板39內，相鄰於橫桿臂11之凸輪軌被提供，其以從橫桿臂11凸出之接腳接合，因而當剪刀狀接頭封閉時，固定板39被樞轉因此其固定部分40固定伸縮滑軌使其不可被延伸。如伸縮滑軌處於延伸位置(第7圖)，接著固定板39之固定部分40撞擊伸縮滑軌15之延伸部分，以防止樞轉移動回固定板39之固定狀態。此固定動作經由固定板39及第一橫桿臂11之間的凸輪軌/針腳機構被傳送，使得當伸縮滑軌15被延伸時，橫桿機構10被固定並不可被折疊封閉。

固定板39因此確保伸縮滑軌15只可被延伸到中間位置，並當橫桿機構10被折疊封閉時被縮回。

第9圖到第18圖描述置換模組之第三例示性實施例。此置換模組2與前兩個例示性實施例相似地被實施，因此同樣的組件被提供以同樣的參考符號。這些組件將不再被贅述。

根據第三例示性實施例之置換模組2係再一次地被提供為測試半導體元件之水平測試系統；於此例，置換模組連接到測試系統4之下方，其係於第9圖到第11圖中僅以板的形式，以示意圖之方式描繪。

在此例示性實施例，橫桿機構10與先前例示性實施例不同之處在於支撐框架19及接合單元20之導引，因為並非提供剪刀狀接頭，而是提供包含長橫桿臂45、短橫桿臂46之線性導引器，以及具有分離式橫桿臂47之附加導引器(第15,16圖)。

線性導引器之短橫桿臂46對應於第一及第二例示性實施例之第一橫桿臂11。長橫桿臂45以固定樞轉接頭48連接到伸縮滑軌15，並以可動的樞轉接頭49連接到基底元件5。短橫桿臂46以固定樞轉接頭50連接到基底元件5，並以另一個樞轉接頭51連接到長橫桿臂45大略中間之處。位於一端之樞轉接頭48及49到位於另一端之樞轉接頭51之間之距離(長橫桿臂之有效橫桿距離)，與樞轉接頭50與樞轉接頭51之間的距離(相對於連接點到長橫桿45之短橫桿臂46之有效橫桿距離)相同。這兩個相對的接頭48,50為固定的，使得線性導引器在樞轉長橫桿臂45環繞可移動的樞轉接頭49之過程中導引樞轉接頭50，其被固定在基底元件5，沿著垂直於接合單元之直線延伸。

分離式橫桿臂47以固定樞轉接頭52連接到基底元件5，並以可動的樞轉接頭53連接到伸縮滑軌15。可動的樞轉接頭53由支撐在伸縮滑軌15上之轉動式針腳54及在分離式橫桿臂被提供且以橫桿臂47之縱向方向延伸之長孔56而組成。

可動式樞轉接頭49由長孔56及轉動式針腳54組成，其中長孔平行於接合平面延伸。

短橫桿臂46具有一個向外凸出的樞轉針腳56，而分離式橫桿臂47也具有另一個向外凸出的樞轉針腳57。

以線性方式可動的滑動導引器58具有第一樞轉凸輪軌59及第二樞轉凸輪軌60。第一樞轉凸輪軌59被線性導引器之第一樞轉針腳56接合。第二樞轉凸輪軌60被分離式橫桿臂47(第14圖)之第二樞轉針腳57連接。這兩個樞轉凸輪軌59,60各別位於分別的板條狀滑動導引器58之末端區域。

滑動導引器58具有底部打開的固定凸輪軌61在其縱向中間區域。固定針腳62被以相對的支撐裝置扣緊到伸縮滑軌15，使得固定針腳62可與固定凸輪軌61接合。

每一個樞轉凸輪軌59,60都分別具有傾斜的下方啟動部分59/1及60/1，及相對於接合單元輕微傾斜或與其平行之上方固定部分59/2及60/2。

如果滑動導引器被移動，使得樞轉針腳56,57從啟動部分59/1及60/1的下端朝著固定部分59/2及60/2的方向向上滑動，則短橫桿臂46向上環繞樞轉接頭50而樞轉，而分離式橫桿臂47向上環繞樞轉接頭52而樞轉。這將伸縮滑軌15、支撐框架19及接合單元20一起抬高。

當伸縮滑軌15到達一個特定高度，固定針腳62接合固定凸輪軌61。如同兩個其他凸輪軌59,60，固定凸輪軌61具有一個平坦的固定部分，使得當滑動導引器58滑動到其末端位置時，全部三個針腳56,57,62同時在固定部分。

當滑動導引器58移動回來時，三個針腳沿著樞轉凸輪軌59,60及固定凸輪軌61滑動。啟動部分59/1及60/1之形狀定義了橫桿臂46及47之樞轉動作；滑動導引器58移動的距離定義兩個橫桿45,47樞轉了多遠。在本例示性實施例中，這些啟動部分59/1及60/1之形狀已被選擇，使得當滑動導引器58移動時，連接到伸縮滑軌15的橫桿臂45及47的末端最先被降低同樣的長度，並在移動特定距離之後，分離式橫桿臂47比線性導引器的長橫桿臂45被降得更低。結果，伸縮滑軌15相對於接合平面34輕微的傾斜。此利用不同樞轉凸輪軌59,60之不同的致動係難以在由肉眼檢視樞轉凸輪軌59,60時觀察。這些樞轉元件可，例如，以啟動部分60/1之下方區域之更大傾斜的方式被製造。於此例，橫桿臂之長度與樞轉針腳之接合點必須被考慮，使得凸輪軌更急遽的傾斜不會造成更快的下降。基本上，然而，凸輪軌傾斜程度越大，對應的橫桿或橫桿機構下降的越快。

相對的滑動導引器58當被輸送帶29啟動時以相反的方向移動。每一個凸輪軌位於對應的滑動導引器58之內部。結果，當朝著凸輪軌的方向看時，每一個滑動導引器朝著同樣的方向移動，例如在第17圖及第18圖從左到右。兩個滑動導引器58之凸輪軌因此朝向同樣方向。這兩組凸輪軌，然而，因樞轉元件而有微小的不同。

在此例示性實施例中，分離式橫桿臂47由分離式樞轉凸輪軌控制，獨立於各自的線性導引器。此獨立性被用以使伸縮滑軌15起先以平行接合平面的方向移動，而經過一定的距離之後，以樞轉的動作將他們降低。

第9圖描述置換模組2的支撐框架19與接合單元20皆被全程抬起。在第10圖中，支撐框架被降低一定的距離而仍然平行於接合平面34。在第11圖中，支撐框架在中間位置，其中伸縮滑軌15相對於基底元件5而被降低。支撐框架的前端下降的比後端快，由於相對於線性導引器45,46以分離式橫桿臂47更快的下降。因為此傾斜，接合單元20的支撐框架可朝往下傾斜的方向被拉出。對應的把手63被提供在支撐框架19上以便於拉出。

基底元件5具有兩個小板64位於相鄰收起的伸縮滑軌15之前端。小板64從基底元件往下延伸直到其覆蓋伸縮滑軌的一部分，只要伸縮滑軌15平行於基底元件且平行於接合平面。如果伸縮滑軌樞轉到中間位置(第11圖)，則其不再被小板64所覆蓋。伸縮滑軌可與支撐框架19及接合單元20一起被延伸。這些小板因此在支撐框架或接合單元離接合平面足夠遠之前，防止支撐框架被拉出。

在第6圖被描述之第二例示性實施例之置換模組2具有距離調整裝置65，其在第19圖以爆炸圖被描述，其被抬高遠離基底元件5。此距離調整裝置65具有四個距離調整元件66(第20圖)。每一距離調整元件66具有螺紋凸緣67。螺紋凸緣67被實施為細管狀且在其外部表面具有外部螺紋。螺紋凸緣67之一端被拴入齒輪68。齒輪68位於軸承墊圈69上。齒輪68以軸向或徑向軸承之轉動方式(圖未示)支撐。

此四個距離調整元件66分布在基底元件邊緣，而其螺紋凸緣67從基底元件5朝著操作元件的方向凸出。

第二輸送帶70藉導引滾輪71沿著基底元件5的邊緣區域導引，使得輸送帶70與全部的齒輪68接合。基底元件具有另一個從基底元件5凸出的拉桿72扣緊於其上。拉桿72支撐手動啟動之手動轉輪73，其耦接到另一個齒輪(圖未示)。此齒輪也與輸送帶70接合使得輸送帶可以轉動手動轉輪73而被移動。手動轉輪73的轉動因此傳送到距離調整元件66全部的螺紋凸緣67。手動轉輪73具有一個數位量表(圖未示)，其計算手動轉輪的旋轉圈數。

個別的中空螺紋凸緣67在測試單元中以螺釘被扣緊到對應的螺紋孔(圖未示)；螺釘延伸通過中空螺紋凸緣67。

為了將測試單元4加入到操作單元3，預先定心針腳74被提供，其從基底元件凸出並接合操作單元3中對應的孔。當這兩個元件結合時，預先定心針腳74被導引進入對應的孔。

藉由以手動轉輪73旋轉螺紋凸緣67，與螺紋凸緣67嚙合的齒輪沿著螺紋凸緣67移動，造成藉由軸承墊圈69連接到齒輪之基底元件沿著凸緣一起移動。因此可從操作單元調整基底元件5的距離。在此實施例，距離可被自由地變更到40mm。原則來說，螺紋凸緣67可被實施為更長，因此能有更大的調整範圍。距離調整以精度1/100mm被實行。

距離調整裝置65使其可使用不同種類的接合單元20，其必須位於與距離操作單元不同距離之處。在此配備距離調整裝置的置換模組2，可使多種類型的接合單元被快速地且簡單地置換，並以少量動作調整而正確地定位。

在可以從末端位置以線性方式抬起接合單元到中間位置並具有如伸縮滑軌以拉出接合單元之裝置之置換模組2上之距離調整裝置的提供，構成獨立的發明構想，因其有效地增加了全部測試系統的彈性且允許使用不同種類的接合單元。

在上述第三例示性實施例，橫桿機構10以單一滑動導引器被啟動，該滑動導引器具有線性導引器45,46及分離式橫桿臂47。為了與本發明連接，自然更可提供兩個滑動導引器以分別地啟動線性導引器及分離式橫桿臂。

在上述解釋之例示性實施例，兩個滑動導引器25,28分別由輸送帶朝相反方向被移動。為了與本發明連接，兩個滑動導引器也可能朝相同方向被移動使得每一滑動導引器在同時間朝同方向移動，即，同步朝向前端側邊支架6或同步朝後端側邊支架。隨著他們朝同方向移動的安排，在一個滑動導引器之凸輪軌必須對應地以鏡像影像的方式轉向。

另一個具有橫桿機構10之置換模組2(第21,22圖)之例示性實施例將於以下被描述；橫桿機構10被提供於測試半導體元件的水平測試系統，其中置換模組被扣緊到測試單元4的下方。

橫桿機構10大略對應到於第一例示性實施例被描述的橫桿機構。同樣的組件被提供為同樣的參考符號。

此類的橫桿機構10被扣緊到每一縱向支架8,9內部。根據第四例示性實施例，兩個橫桿機構10以鏡像影像的方式被實施。

橫桿機構10具有剪刀狀接頭連接第一及第二橫桿臂11,12。

第一橫桿臂11的一端藉由固定樞轉接頭13連接到縱向支架8,9的內部。在其另一端，第一橫桿臂11以樞轉接頭14的方式連接到伸縮滑軌15。樞轉接頭14被實施為在伸縮滑軌15的縱向方向為可動的。

大略在其縱向中間，第一及第二橫桿臂11,12以樞轉方式連接到樞轉接頭16。

第二橫桿臂12的一端藉由在伸縮滑軌15的縱向方向為可動的樞轉接頭17連接到縱向支架8,9的內部。第二橫桿臂12的另一端藉由另一個固定樞轉接頭18連接到伸縮滑軌15。

這兩個橫桿臂11,12形成剪刀狀接頭。剪刀狀接頭可如一雙剪刀般的被折疊打開或關閉。當剪刀狀接頭被折疊打開及關閉時，伸縮滑軌相對於基底元件5被降低及升起。當此發生時，伸縮滑軌15總是平行於分別的縱向支架8,9。

由於兩個固定樞轉接頭13,18互相位於對邊，而橫桿臂從共享接合樞轉接頭16延伸到樞轉接頭13,14,17,18的部分，其中橫桿臂11,12連接到基底元件5及伸縮滑軌15，皆為相同長度，伸縮滑軌15係以剪刀狀接頭打開及關閉剪而線性移動，且伸縮滑軌15與個別的縱向支架8,9總是彼此平行。剪刀狀接頭構成線性橫桿導引器因其引導伸縮滑軌15沿著線性軌跡移動，而不造成其來回擺動。

兩個伸縮滑軌15支撐形成支撐裝置以支撐接合單元20之支撐框架19。

每一橫桿機構10都耦接到滑動導引器25。滑動導引器25被支撐在基底元件上使其可以線性方式移動。本例示性實施例之滑動導引器25具有第一凸輪軌26及兩個第二凸輪軌27。第一凸輪軌26在下述被稱為樞轉凸輪軌26，而第二凸輪軌27在下述被稱為固定凸輪軌27。凸輪軌26,27為滑動導引器25內的延長凹槽，其中橫桿臂11,12分別接合樞轉針腳及固定針腳28。以凸輪軌接合之固定針腳28固定了自由端，即，連接到樞轉接頭14,18之兩個橫桿臂11,12的末端。

固定針腳28及固定凸輪軌27也可固定伸縮滑軌15並防止支架彎曲。這特別具有優勢，因固定到測試系統下方的置換模組具有一股從下方施加於其上的力量。

這兩個滑動導引器25，其於本例示性實施例被實施為鏡像對稱到對稱的垂直平面，兩端都被耦接到偏轉連桿75。這兩個滑動導引器因此在啟動時朝同樣方向移動。藉由移動偏轉連桿75，這兩個滑動導引器可以線性方式移動。

還可提供齒狀帶、鏈條或鋼纜線以替代偏轉連桿75。然而，這兩個偏轉連桿75接著可被實施為對稱的或非對稱的。

啟動橫桿32，其配備了掣動機構，被提供以移動偏轉連桿75。啟動橫桿32耦接到以嵌齒方式接合偏轉連桿75的小齒輪，因此當小齒輪以啟動橫桿的方式轉動時，移動偏轉連桿75。

還可提供一個自動啟動裝置以替代啟動橫桿32，例如氣壓升降/活塞結構，以移動偏轉連桿75。

某些上述之例示性實施例表明為較佳地實施，並可用於測試半導體元件之水平測試系統或垂直測試系統。在本發明內文中，全部例示性實施例都可用於測試半導體元件之水平測試系統或垂直測試系統，即使他們被特別地實施為測試半導體元件之水平測試系統或垂直測試系統。

本發明可簡短地總結如下：

本發明係關於一個在用於測試半導體元件之測試系統中置換一個近似平面的接合單位之模組。此模組包含基底元件、支撐裝置以及導引元件。導引元件被實施使得接合單位可以線性、平移的移動方式，從末端位置移動到中間位置再從中間位置到位於測試系統外的移除位置。此結構包含一個由滑動導引器控制的橫桿機構且被支撐，使其可交叉於支撐裝置的線性平移移動(Linear Translation Movement)而移動。

根據本發明的模組因此構成一個抽取式系統，其允許接合單元快速地被移進及移出；線性移動進入末端位置確保安全的、可靠的插入接合單元到測試系統中，使得定位針腳被正確地導引進入對應的定位孔，而不傷害到凸出的彈簧接觸針腳。