DE69533078T2

DE69533078T2 - Schnittstelle für automatische Testanordnung

Info

Publication number: DE69533078T2
Application number: DE69533078T
Authority: DE
Inventors: Alexander H. Concord Slocum; Michael A. Chiu
Original assignee: Teradyne Inc
Current assignee: Teradyne Inc
Priority date: 1994-09-01
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2015-09-02
Also published as: US5821764A; US6104202A; JPH0926458A; CN1125898A; TW273635B; EP0699913A3; KR960012412A; EP0699913B1; CN1113404C; KR100379811B1; EP0699913A2; DE69533078D1

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen eine automatische Testanordnung und insbesondere eine Vorrichtung für das Koppeln der automatischen Testanordnung mit Vorrichtungen, die Halbleiterelemente für ein Testen positionieren.
Während der Herstellung von Halbleiterbauelementen werden die Bauelemente in verschiedenen Stadien getestet. Die Hersteller haben eine bedeutende wirtschaftliche Motivation, fehlerhafte Bauelemente so früh im Herstellungsprozeß wie möglich nachzuweisen und auszusondern. Beispielsweise werden zahlreiche Halbleiter-integrierte Schaltungen im allgemeinen auf einem großen Silicium-Wafer hergestellt. Der Wafer wird geschnitten, und die integrierten Schaltungen werden in Chips getrennt. Die Chips werden danach in Rahmen montiert. Bonddrähte werden befestigt, um den Chip mit Leitungen zu verbinden, die sich vom Rahmen aus erstrecken. Der Rahmen wird danach in Kunststoff oder einem anderen Verpackungsmaterial eingekapselt, wodurch ein fertiges Produkt hergestellt wird.
Dieser Herstellungsprozeß ist relativ kostspielig. Dementsprechend testen die meisten Halbleiterhersteller jede integrierte Schaltung auf dem Wafer, bevor der Wafer geschnitten wird. Die fehlerhaften integrierten Schaltungen werden markiert und ausgesondert, nachdem der Wafer geschnitten ist. Auf diese Weise werden die Kosten für die Verpackung der fehlerhaften Chips eingespart. Als endgültige Prüfung testen die meisten Hersteller das fertige Produkt, bevor es versandt wird. Die meisten Hersteller, die garantieren, daß ein sehr hoher Prozentanteil der an ihre Kunden gelieferten Halbleiterbauelemente richtig funktionieren wird, können höhere Preise für ihre Produkte ansetzen.
Halbleiterbauelemente werden im allgemeinen in großen Mengen hergestellt. Um große Mengen von Bauelementen schnell zu testen, wird eine automatische Testanordnung (im allgemeinen „Testgeräte") eingesetzt. Ein Testgerät erzeugt schnell Eingangssignale für ein Anlegen an der integrierten Schaltung und kann ermitteln, ob die geeigneten Reaktionssignale erzeugt werden. Weil die Testgeräte in starkem Maß automatisiert sind, können sie eine Reihe von Millionen von Testfällen in einigen Sekunden durchlaufen.
Um wirksam integrierte Schaltungen zu testen, ist eine bestimmte Vorrichtung erforderlich, um das zu testende Element zu bewegen und schnell mit dem Testgerät zu verbinden. Um Wafer zu bewegen, wird eine Vorrichtung verwendet, die als „Prober" bezeichnet wird. Um die verpackten Teile zu bewegen, wird eine Vorrichtung verwendet, die als „Handhabegerät" bezeichnet wird. Diese Vorrichtungen positionieren das zu testende Bauelement genau, so daß es einen elektrischen Kontakt mit den Ausgängen des Testgerätes bewirkt. Prober, Handhabegeräte und andere Vorrichtungen für das Positionieren eines zu testenden Elementes relativ zum Testkopf werden im allgemeinen als „Handhabevorrichtungen" bezeichnet.
Das Verbinden der Handhabevorrichtung mit dem Testgerät bringt mehrere Herausforderungen mit sich. Erstens können die Halbleiterschaltungen viele Eingänge und Ausgänge aufweisen. Typische Schaltungen könnten zwischen 20 und 100 Eingänge und Ausgänge aufweisen. Jedoch werden bestimmte größere Schaltungen mit bis zu 500 Eingängen und Ausgängen und Schaltungen mit über 1000 Eingängen und Ausgängen in Betracht gezogen. Daher muß das Testgerät hunderte von Signalen erzeugen und empfangen. Die elektronische Schaltung, die für das Steuern und Empfangen dieser Signale erforderlich ist, muß so nahe am zu testenden Element wie möglich sein, um einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu gestatten.
Folglich sind die meisten Testgeräte mit einem Testkopf konstruiert, der die gesamte Steuer- und Empfangsschaltung umfaßt. Der Testkopf ist mittels eines Kabelbündels mit einem Elektronikschrank verbunden, der die Datenverarbeitungsschaltung enthält, die festlegt, welche Signale gesteuert werden sollten, und die empfangenen Signale mit den erwarteten Werten vergleicht.
Der Testkopf kann einen Durchmesser von bis zu einigen ft. aufweisen, um die gesamte Steuer- und Empfangsschaltung aufzunehmen. Das zu testende Element ist in der Größenordnung von 2,54 cm × 2,54 cm (1 in.²) im Fall eines fertigen Produktes und ist im Fall einer integrierten Schaltung auf einem Wafer noch kleiner. Um einen elektrischen Kontakt herzustellen, müssen hunderte von Signalen, die den Testkopf verlassen, in einen sehr kleinen Bereich gepreßt werden.
Das EP 0260024 A beschreibt ein Schnittstellensystem für einen Testkopf. Drei drehbare Zug- und Trennschrauben befestigen den Testkopf und gestatten das Positionieren einer Testfläche. Dieses System gestattet jedoch nicht das schnelle Koppeln/Entkoppeln des Testkopfes am/vom Handhabesystem.
1A zeigt einen Testkopf 102, der mit einem Prober 104 mittels einer Schnittstelle 100 verbunden ist. Signale werden mit der Elektronik im Testkopf 102 mittels Federstiften 152 verbunden (1B). Federstifte sind leitende Stifte, die federbelastet sind, so daß, wenn eine leitende Fläche gegen die Stifte gepreßt wird, ein guter elektrischer Kontakt hergestellt wird.
Eine Geräteschnittstellenplatte 114 wird gegen die Federstifte 152 (1B) im Testkopf 102 gepreßt. Die Geräteschnittstellenplatte 114 ist eine Mehrebenenleiterplatte. Sie umfaßt auf ihrer oberen Ebene Kontaktanschlußflächen 116. Einer der Federstifte 152 (1B) preßt gegen eine jede Kontaktanschlußfläche 116, um Signale vom Testkopf 102 auf die Geräteschnittstellenplatte 114 zu führen. Die Geräteschnittstellenplatte 114 könnte ebenfalls elektronische Bauelemente (nicht gezeigt) enthalten, die erforderlich sind, um die Schaltung innerhalb des Testkopfes 102 mit einem spezifischen zu testenden Element elektrisch zu koppeln.
Auf der Geräteschnittstellenplatte 114 führen Leiterbahnen 118 die Signale in Richtung der Kontaktlöcher 120 in der Mitte der Platte. Die Kontaktlöcher 120 liefern einen leitenden Signalweg zum untersten Teil der Geräteschnittstellenplatte 114. Weitere Kontaktanschlußflächen (nicht gezeigt) sind am untersten Teil der Geräteschnittstellenplatte 114 positioniert.
Federstifte 124 in einer Verlängerungshülse 122 stellen einen Kontakt zu den Kontaktanschlußflächen (nicht gezeigt) am untersten Teil der Geräteschnittstellenplatte 114 her. Die Verlängerungshülse 122 umfaßt ebenfalls Federstifte 150 (1B) auf ihrer unteren Fläche. Die Federstifte 124 und 150 (1B) sind elektrisch innerhalb der Verlängerungshülse 122 so verbunden, daß elektrische Signale durch die Verlängerungshülse 122 geführt werden.
Federstifte 150 (1B) pressen gegen die Kontaktanschlußflächen 130 auf der Meßkarte 128. Die Meßkarte 128 ist ebenfalls eine Mehrebenenleiterplatte. Die Kontaktanschlußflächen 130 sind mit Leiterbahnen 132 verbunden, die Signale zu Kontaktlöchern 134 führen. Die Kontaktlöcher 134 (ihren die Signale zum untersten Teil der Meßkarte 128. Die Kontaktlöcher 134 sind mit Meßdrähten 154 verbunden (1B).
Die Meßkarte 128 ist in einer Meßkartenversteifungseinrichtung 126 montiert. Die Meßkartenversteifungseinrichtung 126 verstärkt mechanisch die Meßkarte 128. Meßdrähte 154 (1B) werden präzisionsgefertigt, so daß ihre Enden alle in der gleichen Ebene sind. Eine Ablenkung der Meßkarte 128 würde diese Genauigkeit verringern. Die Meßkartenversteifungseinrichtung 126 verringert die Ablenkung.
Die Meßkartenversteifungseinrichtung 126 sitzt auf dem Absatz 136 in der oberen Fläche 146 des Probers 104 auf. Die Meßkartenversteifungseinrichtung 126 ist stationär an der oberen Fläche 146 befestigt, so daß die Meßdrähte 154 (1B) in einer stationären Position relativ zum Prober 104 sind.
Innerhalb des Probers 104 hält ein Chuck 110 einen Silicium-Wafer 106. Der Silicium-Wafer 106 weist auf seiner oberen Fläche zahlreiche integrierte Schaltungen 108 auf.
Der Chuck 110 ist an einem X-Y-Positioniersystem 112 befestigt. Der Wafer 106 kann so bewegt werden, daß jede der integrierten Schaltungen 108 wiederum mit den Meßdrähten 154 in Kontakt gebracht werden kann (1B). Der Prober 104 kann den Wafer 106 mit großer Genauigkeit positionieren. Außerdem führen die Prober typischerweise ein Eichprogramm durch, das gestattet, daß der Prober die Stelle der Meßdrähte 154 ermittelt, so daß der Prober 104 ebenfalls mit einer großen Genauigkeit funktioniert, so lange wie sich keine Abschnitte der Schnittstelle 100 bewegen, nachdem das Eichprogramm läuft.
Eine Schwierigkeit bei einer derartigen Anordnung ist immerhin, daß es oftmals erforderlich ist, die Geräteschnittstellenplatte 114 oder die Meßkarte 128 auszuwechseln. Eine andere Geräteschnittstellenplatte oder Meßkarte wird wahrscheinlich erforderlich sein, um unterschiedliche Arten von Bauelementen zu testen, oder um unterschiedliche Tests an der gleichen Art von Bauelement durchzuführen. Um die Veränderung vorzunehmen, ist es erforderlich, daß der Testkopf 102 aus dem Prober 104 entfernt wird.
Der Testkopf 102 ist eine große Vorrichtung und kann über 250 kg (500 lbs.) wiegen. Um die Bewegung zu verleichtern, wird der Testkopf 102 an einem Manipulator (nicht gezeigt) mittels eines Stützarmes 142 befestigt. Der Manipulator enthält Gegengewichte oder andere mechanische Vorrichtungen, um die Bewegung des Testkopfes 102 leichter zu machen. Der Manipulator könnte ebenfalls so geeicht werden, daß er, wenn der Testkopf 102 bewegt wird, so nahe wie möglich an die gleiche Stelle zurückgeführt werden kann, die bei seiner Konstruktion und den Toleranzen bei der Herstellung vorgegeben wurde. Führungsstifte 144 am Prober 104 unterstützen ebenfalls das Zurückführen des Testkopfes 102 in seine Ausgangsposition.
Falls, wenn der Testkopf 102 wieder positioniert wird, es nicht genau die gleiche Stelle ist, werden die Kräfte, die auf die Meßkarte 128 und die obere Fläche 146 ausgeübt werden, anders sein als vor der Bewegung des Testkopfes. Wenn die Kräfte ausreichend anders sind, wird die Meßkarte 128 oder die obere Fläche 146 ausreichend abgelenkt werden, so daß sich die Meßdrähte 154 nicht relativ zum Wafer 106 bewegen werden. Quellen der Kräfte werden in 1B gezeigt. Der Testkopf 102 muß gegen die Schnittstelle 100 (1A) mit einer ausreichenden Kraft pressen, damit die Federstifte 124, 150 und 152 einen guten elektrischen Kontakt herstellen. Klemmringe (nicht gezeigt) oder andere mechanische Anordnungen wurden verwendet, um einige der Federstifte zusammenzudrücken. Beispielsweise könnte ein Klemmring verwendet werden, um alle Stücke der Schnittstelle 100 zusammen zu ziehen. Eine Reihe von Federstiften muß jedoch immer durch eine Kraft F zusammengedrückt werden, die an der oberen Fläche 146 nach unten drückt.
Eine weitere Quelle der Kraft kommt vom Kabel 140. Das Kabel 140 ist sehr schwer und kann hunderte von Pfund (d. h., über 90 kg) wiegen. Das Kabel 140 ist sehr unelastisch, da es bis zu 30,5 cm (12 in.) im Durchmesser betragen könnte. Es hängt vom Testkopf 102 weg und wendet ein Drehmoment T an.
Wegen der unelastischen Beschaffenheit des Kabels zeigt es das, was als ein „Hystereseeffekt" bezeichnet wird. Selbst wenn das Kabel 140 an genau die gleiche Position zurückgeführt wird, kann sich das Drehmoment, das am Testkopf 102 angewandt wird, verändern, nachdem das Kabel 140 bewegt wird.
Jegliche Veränderungen bei dieser Kraft können kleine Ablenkungen bei der Meßkarte 128 oder der oberen Fläche 146 hervorrufen. Eine Bewegung von weniger als 0,0254 mm (ein Tausendstel eines in.) ist ausreichend um eine erneute Eichung des Probers 104 zu erfordern. Während die erneute Eichung typischerweise etwa zwanzig Minuten in Anspruch nimmt, wäre es sehr wünschenswert, wenn der Testkopf 102 so bewegt und neu positioniert werden könnte, daß er an die gleiche Stelle zurückkehrt und das gleiche Maß an Kraft auf die Meßkarte 128 und die obere Fläche 146 ausübt.
Außerdem kann ein Eichprogramm nur eine Verschiebung des Testkopfes 102 in eine Ebene regulieren, die parallel zur oberen Fläche des Wafers 106 verläuft. Diese Ebene wird manchmal als die X-Y-Ebene bezeichnet. Wenn der Testkopf 102 relativ zur X-Y-Ebene geneigt wird, könnten einige der Meßdrähte 154 nicht den Wafer 106 kontaktieren. Gleichfalls, wenn die Meßkarte 128 durch die Kraft F oder das Drehmoment T verzerrt wird, so daß die Enden der Meßdrähte 154 nicht länger koplanar sind, werden einige der Meßdrähte 154 nicht den Wafer 106 an den geeigneten Stellen kontaktieren. Die vorhandenen Eichprogramme können diese Fehlerquellen nicht kompensieren. Dementsprechend, um eine größere Genauigkeit zu erreichen, ist es erforderlich, daß jegliche Schnittstelle die Meßkarte 128 so flach und so parallel wie möglich zum Wafer 106 hält.
Wir haben ein zweites Problem in Verbindung mit dem Bewegen des Testkopfes 102 erkannt. Die Kontaktanschlußflächen oder Federstifte werden manchmal beschädigt, während der Testkopf 102 neu positioniert wird. Wenn der Testkopf 102 zuerst senkrecht zur oberen Fläche 146 bewegt wird, so daß die Federstifte gegen ihre Kontaktanschlußflächen gepreßt und danach parallel mit der oberen Fläche 146 bewegt werden, werden die Federstifte über die Kontaktanschlußflächen gezogen. Wenn eine ausreichende Beanspruchung an den Federstiften zu verzeichnen ist, werden die Kontaktanschlußflächen oder Federstifte beschädigt werden. Dementsprechend ist es wünschenswert, daß das Positioniersystem nur die Bewegung des Testkopfes senkrecht zur oberen Fläche 146 gestattet, während der Testkopf 102 in die Nähe seiner endgültigen Position gelangt.
Mit dem vorangegangenen Hintergrund im Gedächtnis ist ein Ziel der Erfindung die Bereitstellung einer verbesserten Schnittstelle für die automatische Testanordnung.
Es ist ebenfalls ein Ziel, eine mechanische Schnittstelle zwischen einem Testkopf und einer Handhabevorrichtung bereitzustellen, die genau und wiederholt eine elektrische Schnittstelle relativ zur Handhabevorrichtung positioniert.
Es ist ein weiteres Ziel, eine mechanische Schnittstelle zwischen einem Testkopf und einer Handhabevorrichtung bereitzustellen, die eine konstante Kraft zwischen dem Testkopf und der Handhabevorrichtung liefert.
Es ist ein noch weiteres Ziel, eine mechanische Schnittstelle zwischen zwei Körpern bereitzustellen, die nur eine senkrechte Bewegung gestattet.
Die vorangehenden und weitere Ziele werden durch eine Schnittstelle erreicht, die eine kinematische Kopplung zwischen dem Testkopf und der Handhabevorrichtung einschließt. Bei einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine automatische Testanordnungsvorrichtung mit einem Testkopf bereit, der mit einer Handhabevorrichtung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine kinematische Kopplung zwischen dem Testkopf und der Handhabevorrichtung aufweist, wobei die kinematische Kopplung aus sechs Kontaktpunkten gebildet wird, um so eine relative Bewegung zwischen dem Testkopf und der Handhabevorrichtung in nur einer Richtung zu gestatten.
Bei einer Ausführung wird die kinematische Kopplung durch gewölbte Bauteile bereitgestellt, die mit Nuten in Eingriff kommen. Bei einer bevorzugten Ausführung weisen die gewölbten Bauteile Stifte auf, die sich von dort aus erstrecken, die sich durch Löcher in den Nuten erstrecken und mit einer konstanten Kraft gezogen werden.
Bei einer weiteren Ausführung wird eine zweite kinematische Kopplung benutzt, um einen Halter für die Meßkarte am Testkopf zu montieren.
Bei einer noch weiteren Ausführung werden elektrische Kontakte zwischen Elementen der Schnittstelle mittels Nulleinsteuerungskraftbuchsen hergestellt.
Entsprechend einem weiteren charakteristischen Merkmal der Erfindung wird eine mechanische Kopplung zwischen zwei Körpern aus einer kinematischen Fläche gebildet, die auf jedem Körper montiert ist, wobei ein Körper zwei kinematische Eingriffsflächen aufweist, die zwischen den kinematischen Flächen angeordnet sind. Eine Eingriffsfläche liegt zu jeder kinematischen Fläche hin. Der Körper ist eingeschränkt, um sich nur in einer Richtung relativ zu einer der Eingriffsflächen zu bewegen.
Die Erfindung kann mit Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, die zeigen:
1A eine auseinandergezogene Darstellung einer Schnittstelle zwischen einem Testkopf und einem Prober nach dem Stand der Technik;
1B eine Schnittdarstellung der 1A;
2A eine auseinandergezogene Darstellung einer Schnittstelle zwischen einem Testkopf und einem Prober entsprechend der Erfindung;
2B eine Schnittdarstellung der 2A;
3 eine Schnittdarstellung einer Kopplung entsprechend einer Ausführung der Erfindung; und
4A bis 4C Schnittdarstellungen einer Kopplung entsprechend einer alternativen Ausführung der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
Wendet man sich 2A zu, so wird ein Testkopf 202 gezeigt, der mit einer Handhabevorrichtung, wie beispielsweise einem Prober 204, koppelt wird. Die Schnittstelle 200 umfaßt eine Geräteschnittstellenplatte 214 wie beim bisherigen Stand der Technik. Jedoch anders als beim bisherigen Stand der Technik enthält die Geräteschnittstellenplatte 214 eine Vielzahl von elektrisch leitenden Stiften 216. Signale vom Testkopf 202 werden durch die Stifte 216 auf die Geräteschnittstellenplatte 214 geführt.
Die Stifte 216 sind mit Leiterbahnen 218 verbunden. Die Leiterbahnen 218 führen die Signale zu Kontaktlöchern 220. Die Kontaktlöcher 220 führen die Signale zu der unteren Fläche (nicht gezeigt) der Geräteschnittstellenplatte 214 und stellen eine Verbindung zu den Stiften 252 her (2B).
Ein Nulleinsteuerungskraftring 222 ist unterhalb der Geräteschnittstellenplatte 214 montiert. Der Nulleinsteuerungskraftring 222 enthält Löcher 224, die Stifte 252 aufnehmen. Innerhalb der Löcher 224 sind leitende Platten 258 vorhanden (2B). Die Platten 258 sind so positioniert, daß die Stifte 252 sie nicht berühren, wenn der Nulleinsteuerungskraftring 222 in eine erste Position gedreht wird. Auf diese Weise ist im wesentlichen kein Widerstand gegen das Einsetzen der Stifte 252 in die Löcher 224 vorhanden. Die Platten 258 sind jedoch so angeordnet, daß, wenn der Nulleinsteuerungskraftring 222 gedreht wird, die Stifte 252 einen elektrischen Kontakt mit den Platten 258 herstellen.
Die Meßkarte 228 ist ebenfalls in der Schnittstelle 200 eingeschlossen. Die Meßkarte 228 enthält Stifte 230. Die Stifte 230 sind mit Löchern (nicht gezeigt) auf der Unterseite des Nulleinsteuerungskraftringes 222 ausgerichtet. Der Nulleinsteuerungskraftring 222 enthält Platten 256 ( 2B), die positioniert werden, um die Stifte 230 elektrisch zu kontaktieren, wenn der Nulleinsteuerungskraftring 222 gedreht wird.
Wie in 2B gezeigt wird, werden die Platten 256 und 258 miteinander verbunden. Daher, wenn der Nulleinsteuerungskraftring 222 gedreht wird, werden elektrische Wege für Signale von der Geräteschnittstellenplatte 214 zur Meßkarte 228 gebildet. Obgleich nur eine begrenzte Anzahl derartiger leitender Signalwege gezeigt wird, wird ein typisches Testgerät hunderte bis über eintausend Signale erzeugen, und für jedes ist ein separater Weg erforderlich. Stifte 216 auf der Geräteschnittstellenplatte 214 könnten ebenfalls mit dem Testkopf 202 mittels eines Nulleinsteuerungskraftringes verbunden werden.
Um den Signalweg zu vervollständigen, werden die Signale über die Leiterbahnen auf der Meßkarte 228 mit den Kontaktlöchern 234 gekoppelt. Die Signale gelangen durch die Kontaktlöcher zur Unterseite (nicht gezeigt) der Meßkarte 228. Die Kontaktlöcher 234 sind mit Meßdrähten 254 (2B) verbunden, die den Wafer 206 kontaktieren.
Die Schnittstelle 200 liefert eine elektrische Kopplung vom Testkopf 202 zum Wafer 206. Weil Federstifte nicht verwendet werden, ist keine Kraft senkrecht zur oberen Fläche 246 erforderlich, um die Verbindung zu bewirken.
Die Meßkarte 228 ist am Meßkartenhalter 226 befestigt. Irgendeine zweckmäßige Einrichtung zur Befestigung kann benutzt werden. Beispielsweise könnte die Meßkarte 228 am Halter 226 angeschraubt werden. Beispiele für andere geeignete Befestigungsmethoden sind Epoxid und eine Schnappverschlußkopplung.
Der Meßkartenhalter 226 umfaßt drei Kugeln 270. Stifte 272 erstrecken sich durch die Mitte der Kugeln 270. Die Kugeln 270 sind so konstruiert, daß sie genutete Blöcke 262 kontaktieren, die am Positionierring 260 montiert sind. Die Kugeln 270 und die genuteten Blöcke 262 sind maschinell aus steifem, hartem Material gefertigt. Gehärteter nichtrostender Stahl ist ein Beispiel für ein geeignetes Material. Siliciumkarbid oder Siliciumnitrid könnten ebenfalls verwendet werden, sind aber schwieriger maschinell zu bearbeiten. Die genuteten Blöcke 262 und die Kugeln 270 passen zueinander, um eine kinematische Kopplung zu bilden, die die Meßkarte 228 relativ zum Testkopf 202 genau und wiederholbar positioniert. Die kinematische Kopplung wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
Der Positionierring 260 ist am Testkopf 202 in einer Art und Weise montiert, die nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Die Stifte 272 sind so konstruiert, daß sie durch die Löcher 264 im Positionierring 260 gelangen. Die Löcher 264 sollten ausreichend groß sein, damit die Stifte 272 nicht die Seiten der Löcher 264 berühren. Die Stifte 272 kommen mit einem linearen Betätigungselement 346 (3) in Eingriff, was den Meßkartenhalter 226 am Testkopf 202 mit einer konstanten Kraft hält. Jene Kraft ist ungeachtet der Position des Testkopfes 202 konstant.
Der Testkopf 202 weist auf seiner unteren Fläche drei genutete Blöcke 282 (2B) montiert auf. Die genuteten Blöcke 282 nehmen die Kugeln 280 auf, die auf der oberen Fläche 246 des Probers 204 montiert sind. Die genuteten Blöcke 282 und die Kugeln 280 werden maschinell aus einem steifen, verschleißfesten Material hergestellt, wie beispielsweise nichtrostendem Stahl.
Die Stifte 284 gelangen durch Löcher in den genuteten Blöcken 282 und kommen mit einem linearen Betätigungselement 346 (3) im Testkopf 202 in Eingriff Das lineare Betätigungselement 346 hält den Testkopf 202 am Prober 204 mit einer konstanten Kraft.
Die genuteten Blöcke 262 und 282 werden separat hergestellt. Gleichfalls werden die Kugeln 270 und 280 separat hergestellt. Diese Stücke werden vorzugsweise maschinell auf enge Toleranzen (±0,00254 mm, Äquivalent zu ±0,0001'') mit einer Oberflächenrauheit von 0,000254 mm (0,00001'') oder besser bearbeitet. Die Stifte 272 und 284 müssen nicht mit den gleichen engen Toleranzen hergestellt werden. Sie werden separat hergestellt und danach an den Kugeln 270 und 280 befestigt. Ein weiteres geeignetes Mittel zum Befestigen ist das Versehen der Enden der Stifte 272 und 284 mit Gewinde und danach deren Einschrauben in ein Gewindeloch in den Kugeln 270 und 280.
Die genuteten Blöcke 282 werden an der unteren Fläche des Testkopfes 202 in einer zweckmäßigen starren Weise befestigt. Beispielsweise können Schrauben verwendet werden. Für eine größere Stabilität werden die genuteten Blöcke 282 so nahe am Umfang des Testkopfes 202 wie möglich montiert. Eine kinematische Kopplung wird eine stabile und wiederholbare Befestigung ungeachtet der genauen Position der Kontakte bilden, wobei das Positionieren der genuteten Blöcke 282 nicht kritisch ist. Für eine leichte Montage wird bevorzugt, daß die kinematischen Kopplungen an der unteren Fläche des Testkopfes 202 befestigt werden, während sie vom übrigen Testkopf losgelöst ist.
Als nächstes wird der Positionierring 260 hergestellt. Da er viel kleiner ist als der gesamte Testkopf, könnten die genuteten Blöcke 262 als Teil des Ringes 260 gebildet oder separat gebildet und danach am Ring 260 befestigt werden, beispielsweise mit Schrauben. Um zu sichern, daß der Meßkartenhalter 226 und daher die Meßkarte 228 parallel zur oberen Fläche 246 sind, ist es erforderlich, daß die genuteten Blöcke 262 parallel zu den genuteten Blöcken 282 montiert werden. Um ein richtiges Positionieren zu sichern, wird eine präzisionsgefertigte Vorrichtung verwendet. Die Vorrichtung wird auf einer sehr stabilen flachen Fläche hergestellt, wie sie üblicherweise bei der Herstellung einer Präzisionsanlage verwendet wird. Drei Stifte mit kugelförmigen Enden werden auf der Oberfläche montiert, um mit den Nuten in den genuteten Blöcken 282 in Eingriff zu kommen. Die Höhen der Stifte der Vorrichtung werden sorgfältig kontrolliert, damit sie die gleichen sind, so daß die untere Fläche des Testkopfes 202 parallel zur flachen Fläche der Vorrichtung verläuft. Eine weitere Reihe von drei kugelförmigen Stiften wird an der flachen Fläche der Vorrichtung montiert. Die Höhen dieser Stifte werden ebenfalls sorgfältig kontrolliert, damit sie die gleiche Höhe aufweisen, so daß, wenn der Positionierring 260 an den Stiften angebracht wird, er genau parallel zur flachen Fläche der Vorrichtung und daher parallel zur unteren Fläche des Testkopfes 202 sein wird.
Der Positionierring 260 wird etwas kleiner hergestellt als die Öffnung im Testkopf 202, in die er paßt. Ein Zwischenraum von 76,2 mm (0,3'') wird bei der bevorzugten Ausführung angewandt, aber die genaue Abmessung ist nicht kritisch. Um den Positionierring 260 an der richtigen Stelle zu halten, wird der Positionierring in Epoxid oder einem anderen geeigneten Replicanten eingebettet. Epoxid der Art, die als ein Replicant in der Werkzeugmaschinenindustrie verwendet wird, ist geeignet.
Der Meßkartenhalter 226 wird separat hergestellt. Weil der Meßkartenhalter 226 relativ klein ist, ist es möglich, die Kugeln 270 bei Anwendung traditioneller Hochpräzisionsfertigungsverfahren ohne die Verwendung einer separaten Vorrichtung zu positionieren. Die Kugeln 270 müssen ebenfalls nicht mit einer hohen Genauigkeit positioniert werden, weil die Meßdrähte an der Meßkarte 228 planarisiert sind, wobei bekannte Verfahren angewandt werden, während die Meßkarte 228 im Meßkartenhalter 226 montiert wird. Daher kann eine Schräge des Meßkartenhalters 226 relativ zur oberen Fläche 246, die durch eine ungenaue Anordnung der Kugeln 270 eingebracht wird, beim Planarisationsvorgang korrigiert werden.
Der Prober 204 kann separat hergestellt werden, und die Kugeln 280 können montiert werden, nachdem der Prober 204 hergestellt ist. Wiederum ist die genaue Ebene über der oberen Fläche 246, wo die Kugeln 280 mit den genuteten Blöcken 282 in Eingriff kommen, nicht kritisch. Dementsprechend müssen spezielle Verfahrensweisen nicht angewandt werden, um die Kugeln 280 zu montieren. Wie detaillierter in Verbindung mit 3 gezeigt wird, sind die Kugeln 280 nicht vollständig kugelförmig. Eher sind die Stifte an einem Ende maschinell bearbeitet, so daß sie ein kugelförmiges Ende aufweisen. Das andere Ende des Stiftes könnte mit Gewinde für eine Befestigung am Prober 204 versehen werden. Weitere Befestigungsmethoden könnten zur Anwendung gebracht werden. Beispielsweise könnten Schrauben durch die obere Fläche 246 eingesetzt werden, um die Kugeln 280 zu halten.
Der Prober 204 kann leicht Verschiebungen der Meßkarte 228 in der Ebene der oberen Fläche 246 (der X-Y-Ebene) ausgleichen. Der Prober 204 kann jedoch nicht die Tatsache ausgleichen, daß die Meßkarte 228 nicht parallel zur oberen Fläche 246 ist. Daher ist die Höhe der Kugeln 280 über der oberen Fläche wichtig, um die Genauigkeit zu erreichen, die für die bevorzugte Ausführung gewünscht wird.
Eine Möglichkeit, diese Genauigkeit zu erreichen, ist, das bewirkt wird, daß die relativen Höhen der Kugeln 280 regulierbar sind. Kommerziell verfügbare Prober weisen im allgemeinen eine obere Fläche auf, die reguliert werden kann. Wenn die Kugeln 280 auf der oberen Fläche 246 montiert werden, kann eine richtige Positionierung einfach durch Regulieren der oberen Fläche 246 erreicht werden. Die Regulierung kann mit Hilfe einer präzisionsgefertigten Reguliervorrichtung vorgenommen werden.
Eine geeignete Vorrichtung würde drei Nuten aufweisen, die auf einer flachen Platte positioniert sind, wie die Nuten in den genuteten Blöcken 282, die auf der Unterseite des Testkopfes 202 angeordnet sind. In der Mitte der Vorrichtung würden drei Verschiebungswandler montiert, wobei ihre Enden in einer Ebene parallel zur flachen Platte der Vorrichtung angeordnet werden. Die Enden der Verschiebungswandler würden nach unten in Richtung einer Testfläche zeigen, die im Chuck 210 montiert ist. Die obere Fläche 246 würde danach reguliert, bis alle drei Verschiebungswandler die gleiche Ablesung zeigten. Ein derartiger Zustand zeigt, daß die Oberseiten der Kugeln 280 eine Ebene parallel zu dem Stück im Chuck 210 definieren.
Alternativ ist es nicht erforderlich, daß eine separate Vorrichtung konstruiert wird, um die Höhen der Kugeln 280 zu regulieren. Wenn die Meßkarten 228 durch eine Haltevorrichtung ersetzt würden, die drei Verschiebungswandler hält, würde sie genau wie die vorangehend beschriebene Vorrichtung funktionieren.
Es ist ebenfalls nicht erforderlich, daß ein Prober mit einer regulierbaren oberen Fläche verwendet wird. Es könnte bevorzugt werden, daß die Kugeln 280 am Rahmen des Probers 204 montiert werden, da sich der Rahmen weniger wahrscheinlich bewegen wird als die obere Fläche, und daß gestattet, daß die Kugeln für eine größere Stabilität breiter beabstandet werden. Wenn die Kugeln 280 direkt am Rahmen montiert oder an einem Prober ohne eine regulierbare obere Fläche montiert werden, bevorzugt man, daß sie mit bestimmten Einrichtungen montiert werden, die eine Regulierung ihrer Höhe gestatten. Beispielsweise könnten sie mit Feinstellkopfschrauben montiert werden.
FUNKTION DER KINEMATISCHEN KOPPLUNG
Die kinematische Kopplung ist gut bekannt. Sie wird in Bezugstexten, wie beispielsweise Precision Machine Design von Alexander H. Slocum, Prentice Hall 1992, und in Artikeln beschrieben, wie beispielsweise A. Slocum, Kinematic Coupling For Precision Fixturing – Part 1: Formulation of Design Parameters, Precis. Eng., Band 10, Nr. 2, 1988; A. Slocum und A. Donmez, Kinematic Couplings for Precision Fixturing – Part 2: Experimental Determination of Repeatability and Stiffness, Precis. Eng., Band 10, Nr. 3, 1988; und Design of Three-Groove Kinematic Couplings von Alexander H. Slocum, Precis. Eng., Seite 67–75, 1992, auf die man sich alle hierin bezieht. Kurz gesagt, die Theorie betreffs der kinematischen Kopplung ist, daß, um einen Körper genau zu positionieren, er an der geringsten Anzahl von Punkten berührt werden sollte, die erforderlich ist, um eine Bewegung in allen drei Freiheitsgraden einzuschränken, in denen die Bewegung verhindert werden soll. Um die Bewegung in den sechs Freiheitsgraden einzuschränken, sind sechs Kontaktpunkte erforderlich, vorausgesetzt, daß nicht mehr als zwei der Kontaktpunkte kolinear sind.
Bei der bevorzugten Ausführung werden drei Kugeln in drei Nuten in Eingriff gebracht. Jede Nut weist zwei Flächen auf, von denen eine jede eine Kugel in nur einem Punkt berührt. Daher bildet die Kombination von drei Kugeln und drei Nuten eine kinematische Kopplung, die ausreichend ist, um die Bewegung in den sechs Freiheitsgraden einzuschränken.
Bei der bevorzugten Ausführung sind die Nuten so breit beabstandet, wie es praktisch ist. Außerdem sind die Nuten ausgerichtet, um die größtmögliche Stabilität entsprechend den Verfahrensweisen bereitzustellen, die in den vorangehend erwähnten Literaturhinweisen detailliert beschrieben werden.
Ein jedes Paar einer Kugel und einer Nut wird als ein „kinematischer Kontakt" bezeichnet, weil das Paar einige der Kontakte liefert, die erforderlich sind, um die kinematische Kopplung zu bilden. Jede Seite einer Nut wird als eine „kinematische Fläche" bezeichnet, weil sie einen Kontakt an einem einzelnen Punkt bewirkt. Die Kugel wird als eine „kinematische Paßfläche" bezeichnet, weil sie eine kinematische Fläche an nur einem Punkt berührt. Für eine zufriedenstellende Funktion einer kinematischen Kopplung ist es nicht erforderlich, daß Nuten verwendet werden, um die kinematischen Flächen zu bilden. Andere Formen, wie beispielsweise ein gotischer Bogen, können ebensogut zur Anwendung gebracht werden. Es ist ebenfalls nicht erforderlich, daß eine Kugel als die kinematische Paßfläche verwendet wird. Weitere Formen, wie beispielsweise die Spitze eines Kegels, können dazu gebracht werden, daß sie eine Fläche an einem einzelnen Punkt berühren. Gleichfalls ist es nicht erforderlich, daß jeder kinematische Kontakt zwei kinematische Flächen umfaßt. Beispiele für andere geeignete kinematische Kontakte sind: eine Kugel, die gegen eine flache Fläche preßt (eine kinematische Fläche pro Kontakt); eine Kugel, die gegen ein Tetraeder preßt (drei kinematische Flächen pro Kontakt); oder eine Kugel, die gegen drei Kugeln preßt (drei kinematische Flächen pro Kontakt). Verschiedene Arten von Kontakten können in einer Kopplung zur Anwendung gebracht werden, so lange wie sechs kinematische Flächen insgesamt vorhanden sind.
Wenden wir uns jetzt 3 zu, so wird ein größeres Detail vom kinematischen Kontakt der bevorzugten Ausführung gezeigt. 3 zeigt den Körper 302, der mit dem Körper 304 gekoppelt wird. Der Kugelabschnitt 306 ist am Körper 302 montiert.
Der Kugelabschnitt 306 weist einen gewölbten Abschnitt 316 auf, der so angepaßt ist, daß er die konische Fläche 314 im genuteten Block 308 berührt. Der Kugelabschnitt 306 muß nicht vollständig kugelförmig sein. Bereiche des Kugelabschnittes 306, die nicht den genuteten Block 308 berühren, können irgendeine Form aufweisen, um die Herstellung zu erleichtern. Hier wird ein Stöpselabschnitt 318 so angepaßt, daß er in die Aussparung 320 paßt, um den Kugelabschnitt 306 an Ort und Stelle zu halten.
Der Stift 310 erstreckt sich durch den Kugelabschnitt 306. Der Stift 310 weist ein Gewindeende 324 auf, das an den Körper 302 geschraubt wird. Ein Flansch 322 am Stift 310 unterstützt das Halten des Kugelabschnittes 306 am Körper 302.
Der genutete Block 308 enthält ein Aussparung 312. Die Aussparung 312 ist groß genug, damit, wenn der gewölbte Abschnitt 316 mit der konischen Fläche 314 in Eingriff kommt, der Stift 310 und der Flansch 322 nicht den genuteten Block 308 berühren.
Der genutete Block 308 wird am Körper 304 montiert. Der Stift 310 erstreckt sich in den Körper 304 und kommt mit einer Schnellverbindungskopplung 330 in Eingriff Die Kopplung 330 ist irgendeine Kopplung, die den Stift 310 ergreifen kann, daran zieht und ihn freigibt. Kopplungen, die diese Bewegungen mit den am wenigsten möglichen Bewegungen durchführen, werden bevorzugt.
Eine Kopplung, die für eine Verwendung als eine Schnellverbindungskopplung 330 geeignet ist, ist eine Schnellverbindungskopplung, wie sie manchmal verwendet wird, um einen Luftschlauch mit einem Kompressor zu verbinden. Sie weist eine innere Hülse 332 und eine äußere Hülse 334 auf. Die äußere Hülse 334 gleitet relativ zur inneren Hülse 332. Die äußere Hülse 334 ist mit der inneren Hülse 332 mittels einer Feder verbunden, die die äußere Hülse 334 nach unten treibt.
Die Schnellverbindungskopplung 330 umfaßt ebenfalls eine Kugel 340. Im allgemeinen sind drei oder vier derartige Kugeln eingeschlossen, aber nur eine wird der Deutlichkeit halber gezeigt. 3 zeigt eine Kugel 340, die in der Aussparung 342 des Stiftes 310 in Eingriff gebracht wird, wobei die äußere Hülse 334 die Kugel 340 an Ort und Stelle hält.
Die innere Hülse 332 ist mit dem Kolben 344 verbunden. Der Kolben 344 ist wiederum mit einem linearen Betätigungselement 346 verbunden. Das lineare Betätigungselement kann irgendeine Vorrichtung sein, die den Kolben 344 in Richtung des Stiftes 310 niederdrückt, und um am Kolben 344 mit einer konstanten Kraft zurückzuziehen. Hierbei wird ein Druckluftzylinder verwendet.
Bei der Funktion wird der Stift 310 in den Körper 304 eingesetzt. Der Stift 310 preßt gegen die Kugel 340. Die Kugel 340 bewirkt, daß die äußere Hülse 334 relativ zur inneren Hülse 332 hochrutscht. Wenn die äußere Hülse weit genug hochgerutscht ist, um die Kugel 340 freizugeben, gleitet die Kugel 340 weg vom Stift 310. Der Stift 310 kann sich danach an der Kugel 340 vorbeibewegen, und die Kugel 340 kann in die Aussparung 342 gleiten. Die federbelastete Kraft an der äußeren Hülse 334 zieht dann die äußere Hülse 334 nach unten zurück, wobei die Kugel 340 in die Aussparung 342 gedrückt wird. Die äußere Hülse 334 gleitet ausreichend weit nach unten, um zu verhindern, daß die Kugel 340 aus der Aussparung 342 herauskommt, wodurch der Stift 310 an Ort und Stelle verriegelt wird.
Wenn die Kugel 340 in der Aussparung 342 in Eingriff ist, zieht das Betätigungselement 346 dann am Kolben 344 mit einer vorgegebenen Kraftgröße nach oben. Da der Kolben 344 mit der Schnellverbindungskopplung 330 verbunden ist, die wiederum mit dem Stift 310 verbunden ist, zieht diese Aufwärtskraft den Abschnitt 306 gegen die genuteten Block 308. Daher ist die konstante Kraft beim kinematischen Kontakt die Kraft, die durch das lineare Betätigungselement 346 geliefert wird. Um eine wiederholbare Positionierung zu haben, ist es wichtig, daß die Kontaktkraft, an jedem kinematischen Kontakt wiederholbar ist.
Das Betätigungselement 346 und die Schnellverbindungskopplung 330 werden vorzugsweise so montiert, daß die einzige Kraft, die auf den Stift 310 wirkt, längs der Achse des Stiftes 310 verläuft. Um dieses Ergebnis zu erreichen, könnte das Betätigungselement 346 mit einer Kugelgelenkbefestigung oder an einem Elastomer montiert werden. Ebenfalls sollte ein ausreichender Abstand um die Schnellverbindungskopplung vorhanden sein, um sie an einem Berühren des Körpers 304 zu hindern.
Um die Schnellverbindungskopplung 330 freizugeben, wird der Kolben 344 weiter niedergedrückt. Sowohl die äußere Hülse 334 als auch die innere Hülse 332 werden weiter nach unten gepreßt als erforderlich, um mit der Kopplung in Eingriff zu kommen. Die Abwärtsbewegung der äußeren Hülse 334 kommt zum Stillstand, wenn der Flansch 336 mit dem Vorsprung 338 in Eingriff kommt. Während der Kolben 344 weiter niedergedrückt wird, rollt die Kugel 340 unter die äußere Hülse 334 und federt aus der Aussparung 342 heraus. Auf diese Weise wird die Verbindung freigegeben.
Das Betätigungselement 346 kann mittels eines Steuersystems (nicht gezeigt) gesteuert werden, oder es könnte als Reaktion auf einen menschlichen Operator funktionieren, der verschiedene Schalter drückt. Bei der Funktion wird erwartet, daß ein Robotermanipulator (nicht gezeigt) oder sogar ein menschlicher Operator den Testkopf 202 nahe genug an den Prober 204 heranbringt, damit die Stifte 284 mit den Schnellverbindungskopplungen innerhalb des Testkopfes 202 in Eingriff kommen. Danach würde der Manipulator eine so geringe Kraft wie möglich auf den Testkopf 202 ausüben, so daß alle Kontaktkräfte durch die Betätigungselemente geliefert würden. Auf diese Weise kann eine „Teile pro Million"-Wiederholbarkeit erhalten werden.
ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGEN
4A zeigt eine alternative Ausführung eines kinematischen Kontaktes. Ein Körper 402 wird mit einem Körper 404 gekoppelt. Der Körper 402 weist eine darin ausgebildete Nut 408 auf. Der Körper 404 weist eine darin ausgebildete Nut 410 auf.
Die Kugel 406 wird über der Nut 410 an einem Biegelager 412 befestigt. Ein Biegelager ähnelt einem dünnen Blech. Das Biegelager 412 gestattet, daß sich die Kugel 406 in der Richtung bewegt, die mit Z gekennzeichnet ist. Es gestattet jedoch nicht eine Bewegung irgendeiner Richtung senkrecht zur Richtung Z.
Die Mittellinie CL_B der Kugel 406 ist mit der Mittellinie CL₂ der Nut 410 ausgerichtet. Bei der Funktion werden die Körper 402 und 404 zusammengebracht. Die Kugel 406 wird sich zuerst in der Nut 408 absetzen und die Mittellinie CL₁ der Nut 408 mit der Mittellinie CL_B der Kugel 406 ausrichten, wie in 4B gezeigt wird. Während die Körper 402 und 404 näher zusammengebracht werden, wird die Kugel 406 in die Nut 410 gepreßt, wie in 4C gezeigt wird. Sobald die Kugel 406 mit der Nut 408 in Eingriff ist, wie in 4B, erfolgt jegliche weitere Bewegung der Körper 404 und 402 in der Z-Richtung. Es wird keine senkrechte Bewegung gestattet.
4 zeigt nicht deutlich, wie die Kraft angewandt wird, um die Körper 402 und 404 zusammenzubringen. Ein Stift, der durch die Kugel 406 hindurchgeht, wie in 3 gezeigt wird, könnte verwendet werden.
Weitere Verfahren, die nur eine Richtungsbewegung der Kugel 406 zulassen, könnten zur Anwendung gebracht werden. Beispielsweise könnte die Kugel 406 auf einen Stift klettern, der sich vom Boden der Nut 410 erstreckt. Bei jener Ausführung könnte die Kugel 406 weg vom Körper 404 mittels einer Feder oder eines bestimmten anderen Mechanismus vorgespannt werden.
Die kinematische Kopplung aus 4 ist teilweise für Schnittstellen nützlich, die Federstifte verwenden. Bei einer derartigen Kopplung, sobald der Testkopf nahe genug am Prober ist, um eine Kraft an den Federstiften anzuwenden, wird keine seitliche Bewegung der Stifte gestattet werden. Eine Beschädigung an den Kontaktflächen durch die Federstifte wird dadurch vermieden.
Verschiedene Veränderungen und Substitutionen könnten ebenfalls bei den offenbarten bevorzugten Ausführungen vorgenommen werden, ohne daß man von der Erfindung abweicht. Beispielsweise zeigt 3 ein pneumatisches Betätigungselement, das benutzt wird, um eine Vorbelastungskraft auf einen kinematischen Kontakt anzuwenden. Irgendwelche anderen Einrichtungen für die Anwendung einer Vorbelastungskraft könnten verwendet werden.
Ebenfalls werden in der Beschreibung verschiedene Fertigungstoleranzen aufgelistet. Eine funktionierende Vorrichtung könnte hergestellt werden, selbst wenn diese Toleranzen nicht genau beachtet werden, obgleich sie eine geringere Genauigkeit aufweisen könnte als beschrieben wird. Gleichfalls könnte eine Vorrichtung mit größeren Toleranzen hergestellt werden und sollte eine größere Genauigkeit zeigen.
Kugeln und Nuten werden als die kinematischen Kontakte gezeigt. Die Position der Kugeln und Nuten könnte ausgetauscht werden. Beispielsweise könnten die Nuten 282 am Prober 204 angebracht werden, und die Kugeln 280 könnten am Testkopf 202 angebracht werden. Ebenfalls müssen die kinematischen Kontakte nicht auf Kugeln und Nuten begrenzt werden. Jegliche kinematischen Kontakte, die eine kinematische Kopplung bilden, könnten benutzt werden.
Außerdem zeigt die offenbarte Ausführung eine äußere kinematische Kopplung des Testkopfes 202 am Prober 204 und eine innere kinematische Kopplung der Meßkarte 228 am Testkopf 202. Vorteile könnten erhalten werden, indem nur eine dieser Kopplungen verwendet wird.
Ebenfalls zeigt 2 einen Nulleinsteuerungskraftring, der benutzt wird, um eine Nulleinsteuerungskrafthülse auszuführen. Andere Arten von Nulleinsteuerungskrafthülsen könnten verwendet werden. Beispielsweise könnten bestimmte Nulleinsteuerungskrafthülsen ausgeführt werden, indem ein Stift gequetscht wird, der in die Hülse zwischen zwei leitenden Elementen eingesetzt wird. Ein leitendes Element ist mit einem Hebel verbunden und bewegt sich in Richtung des anderen, wenn der Hebel bewegt wird.
Außerdem wurde eine Meßkarte mit Meßdrähten veranschaulicht. Die Erfindung kann ungeachtet des Verfahrens angewandt werden, das zur Anwendung gebracht wird, um ein Element zu messen. Beispielsweise funktioniert die Erfindung gleichermaßen gut, wenn eine leitende Membran oder Zungen für das Messen eines Wafers verwendet werden.
Außerdem wurden Meßkarten und Geräteschnittstellenplatten als Leiterplatten veranschaulicht. Irgendein Substrat, das die leitenden Wege trägt, könnte verwendet werden.
Es sollte ebenfalls bemerkt werden, daß die Erfindung veranschaulicht wurde, als sie benutzt wurde, um einen Testkopf mit einem Prober zu koppeln. Die Erfindung kann ebenfalls als eine Schnittstelle für ein Handhabegerät für verpackte IC-Teile verwendet werden. Wenn sie bei einem Handhabegerät verwendet wird, könnte keine Notwendigkeit für eine Meßkarte vorhanden sein. Traditionell stecken die Handhabegeräte die verpackten Teile in Hülsen, die an der Geräteschnittstellenplatte montiert sind. Ebenfalls sind die Handhabegeräte im allgemeinen vertikal ausgerichtet, wohingegen die Prober im allgemeinen horizontal ausgerichtet sind. Die Schnittstelle der Erfindung ist bei allen Ausrichtungen nützlich.

Claims

Automatische Testanordnungsvorrichtung mit einem Testkopf (202), der mit einer Handhabevorrichtung (204) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine kinematische Kopplung (280, 282) zwischen dem Testkopf und der Handhabevorrichtung aufweist, wobei die kinematische Kopplung aus sechs Kontaktpunkten gebildet wird, um so eine relative Bewegung zwischen dem Testkopf und der Handhabevorrichtung in nur einer Richtung zu gestatten.
Automatische Testanordnungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die kinematische Kopplung drei kinematische Kontakte aufweist, wobei jeder kinematische Kontakt aus einem ersten Körper (282) gebildet wird, der auf dem Testkopf (202) montiert ist, wobei der erste Körper (282) so ausgeführt ist, daß er zu einem zweiten Körper (280) paßt, der an der Handhabevorrichtung (204) montiert ist.
Automatische Testanordnungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erste Körper (282) eines jeden kinematischen Kontaktes einen genuteten Block (308) aufweist, und bei der der zweite Körper (280) eines jeden kinematischen Kontaktes einen gewölbten Abschnitt (316) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der ein jeder kinematische Kontakt außerdem eine Aussparung (312), die im genuteten Block (308) gebildet wird, und einen Stift (310) aufweist, der sich vom gewölbten Abschnitt (316) erstreckt, so daß die Aussparung (312) so ausgeführt ist, daß sie den Stift (310) aufnimmt.
Automatische Testanordnungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die kinematische Kopplung eine vorbelastete kinematische Kopplung ist und eine Einrichtung (330, 346) für die Anwendung einer Kraft auf den Stift (310) aufweist.
Automatische Testanordnungsvorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem aufweist: (a) einen Meßkartenhalter (226); (b) eine zweite kinematische Kopplung (262, 270) zwischen dem Meßkartenhalter (226) und dem Testkopf (202).
Automatische Testanordnungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der: (a) die Kontaktpunkte auf der Vielzahl der ersten Körper eine erste Ebene unterhalb des Testkopfes definieren; (b) die Kontaktpunkte auf der Vielzahl der zweiten Körper eine zweite Ebene über der Handhabevorrichtung definieren; und (c) die Vorrichtung zusätzlich eine Einrichtung für das Regulieren der Ausrichtung der ersten Ebene relativ zur zweiten Ebene aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Einrichtung für das Regulieren eine Einrichtung (324) für das Regulieren der Ausrichtung einer oberen Fläche (246) der Handhabevorrichtung (204) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der: (a) die Vielzahl der zweiten Körper (280) Stifte (310) mit darauf ausgebildeten halbkugelförmigen Abschnitten aufweist; und (b) die Einrichtung für das Regulieren eine Schraube (324) aufweist, die mit einem jeden der Vielzahl von Stiften (310) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem eine Nulleinsteuerungskrafteinrichtung (222) für das Bilden elektrischer Wege zwischen Elementen (214, 228) des Testkopfes (202) aufweist.