[发明专利]测试头对接系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子测试头对接的领域，更具体而言是涉及用于利用由一个或多个用于对接致动的致动器驱动的凸轮进行的测试头对接的方法和设备。

背景技术

在制造集成电路(ICs)和其它电子器件时，使用自动测试设备(ATE)在整个制造过程的一个或多个步骤中进行测试。使用专用处理设备将待测试的器件安置就位以进行测试。在某些情况下，当器件被测试时，该专用处理设备还可以使待测试的器件处于适当的温度和/或保持适当的温度。该专用处理设备具有多种类型，包括用于测试晶片上的无封装器件的“探针”以及用于测试封装部分的“器件处理装置”；在本文中，术语“处理设备”或“外围设备”是用来表示各种类型的这类设备。电子测试本身是由大型且昂贵的ATE系统来执行的，该ATE系统包括需要与处理设备连接和对接的测试头。被测器件(DUT)需要精确、高速的信号以便进行有效的测试；因此，在ATE内的用于测试DUT的“测试电子元件”通常设于必须尽可能靠近DUT设置的测试头中。测试头非常沉重，并且随着DUTs因电连接数量的增多而变得越来越复杂，测试头的尺寸和重量从几百磅增长到目前的两千到三千磅。测试头通常通过电缆连接到ATE的固定的主机，该电缆提供了信号、接地以及电力的传导路径。另外，测试头可能需要被提供液体冷却剂，该液态冷却剂通过柔性管道供给到测试头，该柔性管道通常被捆扎在电缆中。此外，某些现代的测试头是通过经由柔性管道吹入的空气或液态冷却剂和空气的结合而冷却的。在过去，测试系统通常包括主机，用以容置供电装置、控制器计算机等。在测试头中包含有将主机电子设备耦接于“引脚电子设备”的电缆。目前，一些现代的系统将几乎所有的电子元件设置在可移动的测试头中，同时主机仍可被用来容置冷却设备、电源等。

在测试复杂的器件时，在测试头与DUT之间必须要设置数百到数千个电连接。这些连接是由许多精细、密集并且相互隔开的触点来实现。在测试晶片上的无封装器件时，通常由安装在探针卡上的针状的探针来实现与DUT的实际连接。在测试封装器件时，通常使用安装在“DUT板”上的测试用插座。无论是测试无封装器件还是封装器件的情况，探针板或DUT板通常被适当地固定到处理设备，由此使多个DUTs中的每一者依次地处于进行测试的位置。无论是测试无封装器件还是封装器件的情况，探针板或DUT板还提供连接点，测试头可通过这些连接点实现相应的电连接。测试头通常配备有接口单元(interface unit)，该接口单元包括用于实现与探针板或DUT板连接的触点元件。触点元件通常为弹簧加载的“伸缩插脚”。总之，这种触点非常纤弱和精细，因而必须受到保护以免被损坏。

可使用测试头操纵器来相对于处理设备操纵该测试头。这种操纵可跨越大约一米或更高的量级的相对较大的距离。这样设置的目标是使得能够从一个处理设备迅速地转变到另一处理设备、或者能够将测试头移离当前的处理设备以便维护和/或更换接口部件。当测试头被保持在相对于处理设备的适当位置，使得测试头与探针板或DUT板之间的所有的连接都已完成时，测试头称作“对接”到处理设备。为了成功地实现对接，测试头必须在相对于笛卡儿坐标系统的六个自由度上精确定位。最经常的是，使用测试头操纵器来操控测试头到达位于对接位置的大约几厘米的范围内的粗略对准的第一位置，随后使用“对接设备”完成最终的精确定位。通常，对接设备的一部分设置在测试头上，而其余部分设置在处理设备上。由于一个测试头可用于多个处理设备，所以通常优选的是使对接设备的较昂贵的部分设置在测试头上。对接设备可包括将待对接的两部分组合在一起的致动机构，由此使测试头对接，这被称作“致动器驱动”的对接。对接设备或“对接”具有多个重要功能，包括：(1)将测试头与处理设备对准，(2)使测试头和处理设备组合在一起，然后将两者分离，(3)提供电接触的预对准保护，以及(4)将测试头和处理设备锁定和保持在一起。