專利名稱：用于自動檢測儀的連接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及自動檢測儀，特別是涉及用于把自動檢測儀連接到對檢測中的半導(dǎo)體器件進行定位的器械上的裝置。
在制造半導(dǎo)體器件的過程中，需要在各個階段對制造中的半導(dǎo)體器件進行檢測。制造者從獲得顯著的經(jīng)濟利益出發(fā)，需要盡可能早的檢測出并報廢那些不合格的半導(dǎo)體器件。例如，通常是先把很多半導(dǎo)體集成電路制作在一塊大的硅片上，然后切割該硅片，將這些集成電路分成管芯。把這些管芯裝到座里，焊接連接絲，以便使管芯同從座中伸出的引線相連，最后用塑料或其它材料封裝該座，形成最終的產(chǎn)品。
這個制造工藝的成本是相當高的，因此，很多生產(chǎn)者在切割硅片之前就要對在該硅片上的每個集成電路進行檢測，對檢測出的不合格集成電路作出標記，在切割該硅片之后就將這些不合格品報廢，從而省去了封裝那些不合格的管芯的費用。很多生產(chǎn)者在交貨之前要對每個最終產(chǎn)品進行核查。生產(chǎn)者通過保證交付給用戶的功能正常的高百分率的半導(dǎo)體元件而可以獲得高的實價。
半導(dǎo)體器件通常是批量生產(chǎn)的，為了快速檢測批量的器件而采用自動檢驗設(shè)備(通常稱為檢測儀)。一個檢測儀迅速地產(chǎn)生施加到集成電路上的輸入信號，然后確定是否產(chǎn)生適當?shù)捻憫?yīng)信號。由于檢測儀是高度自動化的，所以在幾秒鐘內(nèi)可以通過千百萬個檢測件。
為了有效地檢測集成電路，為了移動并快速使被檢測器件同檢測儀相連接而需要某種器械。為了移動硅片，而用一個所謂“探測器”的器械。為了移動封裝后的器件，而用一個所謂“近距離機械手”。這些器械能精確地使被檢驗器件定位，以便使該器件同檢測儀的輸出進行電接觸。用于使一個在檢測中相對檢測頭定位的探測器、機械手或其它器械通常被稱為“操縱器械(handling device)”。
把操縱器械同檢測儀相連存在幾個困難問題。首先，半導(dǎo)體電路有多個輸入和輸出，典型的電路可以有20到100個輸入和輸出端，但是某些容量比較大的電路具有多達500個輸出和輸入端，超過1000個輸入和輸出端的電路正在設(shè)計之中。因此，檢測儀必須產(chǎn)生和接收幾百個信號。為驅(qū)動和接收這些信號所需要的電子電路必須盡可能地靠近該被檢測的器件，以便使其高速操作。
因此，很多檢測儀的設(shè)計帶有一個包括所有驅(qū)動和接收電路的檢測頭。該檢測頭通過一個電纜束連接到一個電子操縱臺上，該電子操縱臺包括確定哪些信號應(yīng)該被驅(qū)動并且使那些接收的信號同期望值相比的數(shù)據(jù)處理電路。
為了容納所有的驅(qū)動和接收電路，檢測頭的直徑可以大到幾英尺以上，在一個最終產(chǎn)品的情況下的被檢測器件的大小是在一平方英寸數(shù)量級，而在一個硅片上的一個集成電路的情況下，待檢測器件甚至小得多。為了實現(xiàn)電連接，必須使經(jīng)過該檢測頭的數(shù)百個信號擠到一個非常小區(qū)域中。


圖1A示出一個通過連接裝置100連接到一個探測器104上的檢測頭102。信號經(jīng)過彈簧針152(圖1B)同檢測頭102的電子電路相連接。彈簧針是靠彈簧加載的導(dǎo)電針，當一個導(dǎo)電表面緊壓著這些針時，便實現(xiàn)良好的電接觸。
將一個器械連接板11 4緊壓住檢測頭102上的彈簧針152(圖1B)。器械連接板114是一個多層印刷電路板。它包括在其上平面的接觸焊接點116，彈簧針152(圖1B)中的一個壓住一個接觸焊接點116以便將信號按規(guī)定路線從檢測頭102傳送到器械連接板114上。器械連接板114還可以包括一些使檢測頭內(nèi)的電路102同一個被檢測的具體器械相連的電子部件(未示出)。
在器件連接板114上的導(dǎo)電交叉線118使信號按規(guī)定路線朝向在該板中心的通路孔120(hole)傳送。通路孔120提供一個到器件連接板114底部的傳導(dǎo)信號通路。另外，在器械連接板114的底面布置有一些接觸焊點(未示出)。
在一個延長的環(huán)狀體(extension collar)122上的彈簧針124同在器械連接板114底面上的接觸焊點(未示出)相連接。在延長的環(huán)狀體122的下表面上還有一些彈簧針150(圖1B)。這些彈簧針124和150(圖1B)在延長的環(huán)狀體122的內(nèi)部電氣相連，以便使電信號能通過延長的環(huán)狀體122。
使彈簧針150(圖1B)緊壓在探測器插板(probe card)128上的接觸焊點130。測頭插板128也是一塊多層印刷電路板。接觸焊點130同把信號按規(guī)定路線發(fā)送到通路孔134的導(dǎo)電交叉線132相連。通路孔134把信號轉(zhuǎn)送到探測器插板128的底面上。通路孔134同探測器導(dǎo)線154(圖1B)相連接。
探測器插板128固定在探測器插板加強條126上，探測器插板加強條126加強了探測器插板128的機械強度。將探測器導(dǎo)線154(圖1B)精確地加工成使導(dǎo)線端部在同一個平面上。探測器插板128的傾斜將降低這個精度。探測器插板的加強條126減少了傾斜。
探測器插板加強條126跨接在探測器104的上表面146上的突出部分136上。探測器插板加強條126固定連接在該上表面146上，以便使探測器導(dǎo)線154(圖1B)位于相對探測器104的一個固定位置上。
在探測器104內(nèi)一個吸盤110保持一個硅片106。硅片106的上表面上已經(jīng)制成很多集成電路108。
吸盤110安裝在X—Y定位系統(tǒng)112上，通過使硅片106運動，便可以使每個集成電路依次同探測器導(dǎo)線154(圖1B)接觸。探測器104可使硅片106高精度定位。此外，探測器還完成一個使探測器確定探測器導(dǎo)線154的位置的例行的校準程序，這樣，在該校準程序執(zhí)行后，只要沒有連接裝置的各部分的運動，探測器104就可以以高精度操作。
可是，這樣裝置引起一個困難的問題，即需要經(jīng)常更換器械連接板114或探測器插板128。為了檢測不同類型的元件或?qū)ν活愋偷脑M行不同的檢測，需要不同的器械連接板114或探測器插板128。為了進行更換，必須從探測器104中移開檢測頭102。
檢測頭102是一個重量可超過500磅的大型裝置，為使其便于運動，通過一個支撐臂142將檢測頭102同一個操縱裝置(manipulator)(未示出)相連接。為了使檢測頭102易于運動，該操縱裝置包括一些平衡塊或其它機械部件，還要對操縱裝置進行校準，以便在移動檢測頭102后，可以使它盡可能地返回到靠近其設(shè)計給出的那個位置并在制造的公差內(nèi)。在探測器104上的導(dǎo)向柱144也有助于檢測頭102返回到其原來的位置上。
如果使檢測頭102重新定位后，它不能精確地定位在原來的相同位置上，則作用在探測器插板128和上表面146上的力將與檢測頭移動之前不同。如果這兩個力相差足夠大，則探測器插板128或上表面146將發(fā)生傾斜以至使探測器導(dǎo)線154相對硅片106移動。在圖1B中示出了一些力的來源。檢測頭102必須以足夠大的力緊壓住連接裝置100(圖1A)，以便保持同彈簧針124、150、152的良好電接觸。鎖緊環(huán)(未示出)或其它的機械裝置用于對某些彈簧針加壓。例如，可以利用一個鎖緊環(huán)把連接裝置100的所有部分拉到一起?？墒菍τ谝唤M彈簧針必須始終用一個將向下的壓在上表面146上的力F來加壓。
另一個力的來源是來自電纜140，電纜140是一個重量可達數(shù)百磅的笨重物，由于電纜140的直徑可以達到12英寸時，所以是很難彎曲的。將它掛在檢測頭102上后便產(chǎn)生一個力矩T。由于電纜的不可彎曲的特性，它表現(xiàn)一種所謂的“滯后”效應(yīng)，即使電纜140精確地返回到原來的那個位置上，這個作用到檢測頭102上的力矩可能在電纜140移動后發(fā)生了變化。
這些力中的任何變化就能引起探測器插板128或上表面146傾斜。小于千分之一英寸的位移就需要對探測頭104重新校準。因為重新校準通常需要20分鐘左右，所以假如檢測頭102在移動后重新定位時能夠返回到其原來的同一位置上并且使作用在探測頭插板128和上表面146上的力也相同那可太令使用者滿意了。
此外，例行的校準程序只能用于調(diào)整檢測頭102在一個平面上的位移，該平面與硅片106的上表面平行，這個平面有時被稱為X—Y平面。如果檢測頭102相對該X—Y平面傾斜，則可能發(fā)生探測器的某些導(dǎo)線154沒有接觸硅片106。同樣，如果探測器插板128由于力F或轉(zhuǎn)矩T而引起變形，從而又使探測器導(dǎo)線154不再共面，則引起探測器的某些導(dǎo)線154不能在適當?shù)奈恢蒙辖佑|硅片106。目前的校準程序不能用于補償這些誤差源。因此，為了達到比較高的精度，必須保持使探測器插板128盡可能平放并且盡可能平行于硅片106。
我們已經(jīng)指出了同檢測頭102的運動相連系的第二個問題。接觸焊點或彈簧針在檢測頭重新定位過程中可能被損壞。如果檢測頭102首先垂直于上表面146移動，以便使彈簧針緊壓住它們各自的接觸焊點，然后又平行上表面146移動，則一些彈簧針將跨過幾個接觸焊點拉出。如果加到這些彈簧針上的負荷足夠大，則可能損壞這些接觸焊點或彈簧針。因此，要求該定位系統(tǒng)在檢測頭102靠近其最終位置時只允許檢測頭垂直于上表面146運動。
考慮到上述的背景技術(shù)，本發(fā)明的目的是提供一種改進的用于自動檢測設(shè)備的連接裝置。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種在檢測頭和操縱器械之間的機械連接裝置，該裝置能精確地和可重復(fù)地使一個電連接裝置相對操縱器械定位。
本發(fā)明的另一目的是提供一種在檢測頭和操縱器械之間的機械連接裝置，該裝置在檢測頭和操縱器械之間提供恒定的力。
本發(fā)明又一個目的是提供只允許一個垂直運動的在兩個物體之間的機械連接裝置。
上述的目的和其它的目的可以通過一個包含在檢測頭和操縱器械之間的運動偶合的連接裝置達到。在一個實施例中，該運動偶由一個同凹槽配合的曲面形部件提供。在一個最佳實施例中，該曲面形部件具有幾個伸出的并且延伸到在該凹槽的孔中和受恒定拉力的柱(post)。
在另一個實施例中利用一個第二運動偶合，以將探測器插板的夾持器安裝到檢測頭上。
在另一實施例中，是通過零插入力插座在該連接裝置的元件之間實現(xiàn)電接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特征，一個在兩個構(gòu)件之間的機械偶是由一個安裝在每個構(gòu)件上的一個運動面形成的，并帶有位于兩個運動表面之間的兩個運動配合面的物體。一個配合面朝向每個運動面，該物體的結(jié)構(gòu)只能在相對于配合面之一的一個方向運動。
通過下面的詳細描述和附圖可以更清楚理解本發(fā)明。
圖1A是已有技術(shù)中的一個在檢測頭和探測器之間的連接裝置的部件分解圖。
圖1B是圖1A的剖面圖。
圖2A是本發(fā)明的一個在檢測頭和探測器之間的連接裝置的部件分解圖。
圖2B是圖2A的剖面圖。
圖3是本發(fā)明的一個實施例中的一個運動偶的剖視圖。
圖4A至4C是本發(fā)明的一個可供選擇的實施例的一個運動偶的剖視圖。
結(jié)構(gòu)參看圖2A，圖中示出一個與操縱器械例如探測器204連接的檢測頭202。連接裝置200包括一個類似已有技術(shù)中的器件連接板214，但是與已有技術(shù)不同，器件連接板214包括許多導(dǎo)電柱216。來自檢測頭204的信號經(jīng)過這些導(dǎo)電柱216到器件連接板214上。
導(dǎo)電柱216同交叉線218相連，交叉線218把信號傳送到通路孔220。通路孔220把信號傳送到器件連接板214的下表面(未示出)并同導(dǎo)電柱252(圖2B)相連。
零插入力環(huán)(Zero insertion force ring)220安裝在器件連接板214的下方，它包括一些容納導(dǎo)電柱252的孔224。在孔224的內(nèi)部有一些導(dǎo)電片258(圖2B)，導(dǎo)電片258的安裝應(yīng)能使在零插入力環(huán)220轉(zhuǎn)動進入一第一位置時，導(dǎo)電柱252不同導(dǎo)電片相接觸。由此可見，導(dǎo)電柱252實際上不受阻力地插入到孔224中。但是導(dǎo)電片258的布置應(yīng)使在零插入力環(huán)222轉(zhuǎn)動時，保證導(dǎo)電柱252同導(dǎo)電片258電接觸。
探測器插板228也包括在連接裝置200中，探測器插板228包括導(dǎo)電柱230，導(dǎo)電柱230同在零插入力環(huán)220底面上的孔(未示出)對準，零插入力環(huán)220包括一些能在零插入力環(huán)220轉(zhuǎn)動時保證同導(dǎo)電柱230電接觸的導(dǎo)電片256(圖2B)。
如圖2B所示，導(dǎo)電片256和258連接在一起，當零插入力環(huán)220轉(zhuǎn)動時，形成了從器件連接板214到探測器插板228之間的導(dǎo)電信號通路，雖然圖中只示出了這些導(dǎo)電信號通路中的有限的幾個，一個典型的檢測儀將產(chǎn)生數(shù)百個到多于1000個信號，并且每個信號需要一個單獨的通路。在器件連接插板214上的針216也可以經(jīng)過零插入力環(huán)連接到檢測頭202上。
為了構(gòu)成信號通路，這些信號通過在探測器插板228上的交叉線傳送到通路孔234。這些信號經(jīng)過這些通路孔到探測器插板228的下表面上。通路孔234連接到探測器導(dǎo)線254上，探測器導(dǎo)線254與硅片206相接觸(圖2B)。
連接裝置200提供從檢測頭到硅片206的電連接。由于沒有使用彈簧針，根本不需要為建立該連接而作用在垂直于上表面246的力。
測探器插板228固定在探測器插板座226上，也可以采用任何已知的固定手段，例如，可以將探測器插板228用螺釘固定到座226上。其它的適當?shù)墓潭ǚ椒ǖ睦影ōh(huán)氧樹脂固定連接扣固定連接等。
探測器插板座226包括三個球體270，支柱272伸到球體270的中心。球體270被設(shè)計成能接觸到安裝在定位環(huán)260上的帶凹槽的塊262，球體270和帶凹槽塊262是由剛性的硬材料加工的。淬硬不銹鋼是適合的材料的例子。也可以用碳化硅氮化硅，但是機械加工困難。帶凹槽塊262和體球270相配合形成一個運動偶，該運動偶可以使探測器插板228相對檢測頭202精確和可重復(fù)地定位。下面詳細描述該運動偶。
定位環(huán)260以下面詳述的方式安裝在檢測頭202上。柱272被設(shè)計成能通過在定位環(huán)260上的孔264?？?64應(yīng)足夠大以使柱272不接觸孔264的側(cè)面。柱272同一個線性執(zhí)行機構(gòu)346(圖3)接合，線性執(zhí)行機構(gòu)346使測頭插板座226以恒定的力作用在檢測頭202上。這個力是恒定賓，與檢測頭202的位置無關(guān)。
檢測頭202已安裝在其上表面拓個帶凹槽的塊282(圖2B)上，帶凹槽的塊282接收安裝在探測器204的上表面246上的球280。帶凹槽的塊282和球280是由剛性的耐磨材料例如不銹鋼加工而成。
針284穿過在帶凹槽的塊282上的孔并且同在檢測頭202上的一個線性傳動機構(gòu)(linear actuator)346(圖3)相接合，它保持檢測頭202以恒定的力作用在探測器204上。不管檢測頭202的位置如何，這個力是恒定的。
組裝帶凹槽的塊262和282是分別制造的，同樣，球體270和280也是分別制造的，最好是把這些零件機械加工成緊密配合公差(+/-)0.0001時，表面光潔度為0.00001時或更高。柱272和284不需要制造成相同的緊配合公差。在它們分別加工成之后，安裝到球體270和280上。一個合適方法是將柱272和284的端部加工成螺紋，將柱272和284的螺紋端擰入球體270和280的螺孔中。
用任何傳統(tǒng)的剛性方式將帶凹槽的塊282裝配到檢測頭202的下表面上，例如可以利用螺紋連接。為了獲得更大的穩(wěn)定性，應(yīng)使帶凹槽的塊282盡可能靠近檢測頭202的周邊固定。如果一個運動偶將形成一個穩(wěn)定的和可重復(fù)的連接，而不管所述連接的精確位置，則帶凹槽塊282的定位是不嚴格的。為了便于組裝，可取的是如果將這些運動偶安裝在檢測頭202的下表面上則同時又能從檢測頭的其它部分拆開。
接著，加工定位環(huán)260。如果它比整個的檢測頭小很多，則可以把帶凹槽的塊262加工成環(huán)260的一部分或者分別加工，然后再通過例如螺紋安裝到環(huán)260上。為了保證探測器插板座226及探測器插板228平行于上表面246，必需使帶凹槽的塊262平行帶凹槽的塊282固定。為了保證正確的定位而利用一個精密制造的定位模具。該定位模具上加工有一個象在制造精密部件上經(jīng)常用的那種穩(wěn)定的平面。將帶有球形端的三個柱安裝在所述的面上，以便使該三個柱同帶凹槽的塊282上的凹槽相配合，仔細地調(diào)整定位模具上的三個柱的高度使它們相同，從而使檢測頭202的下表面平行于定位模具的那個平面。將另一組端部成球形的三個柱安裝在定位模具的平面上，仔細控制這三個柱的高度使其相同，從而使當定位環(huán)26安置在這三個柱上時，定位環(huán)260將精確地平行于定位模具的那個平面，因此也平行于檢測頭202的下表面。
將定位環(huán)260加工成比同它配合的檢測頭的開口稍少一些，在優(yōu)選實施例中采用0.3英寸的間隙，但是這個精度尺寸不是嚴格的。為了使定位環(huán)260保持在正確位置上，將定位環(huán)插在環(huán)氧樹脂或其它合適的復(fù)型劑中。機床工業(yè)中使用的各種環(huán)氧樹脂是合適的。
探測器插板座226是分別制造的，由于探測器插板座226相當較小，所以可以利用傳統(tǒng)的高精密制造技術(shù)而不用一個專門的定位模具定位球體270。球體270也沒有必要高精度定位，由于在探測器插板228上的探測器導(dǎo)線是利用公知的技術(shù)平面化的，同時探測器插板228固定在探測器插板座226上。因此，在平面化過程中的球體的不精密位置都會導(dǎo)致探測器插板座226相對上表面246的傾斜。
探測器204可以分別制造，而球體280可以在探測器204制造后安裝。上表面246上方的球體280同帶凹槽的那個精確平面也不是嚴格。因此，安裝球體280不需要采用特殊的工序。如結(jié)合圖3所詳細說明那樣，球體280不是一個完整的球，而是把柱的一端加工成一個球形端。柱的另一端可以通過用螺紋擰入固定到探測器204上。也可以利用其它的固定方法，使螺紋穿過上表面246以便固定球體280。
探測器204容易補償探測器插板228在上表面246(X—Y平面)的那個平面上的偏移，但是探測器204不能補償不平行上表面246的探測器插板228的偏移。因此為了達到可取的實施例所期望的精度，上表面上方的球體280的高度是重要的。
達到這個精確度的一種方法是使這些球體280的高度可以調(diào)。市場上可以賣到的探測器通常都有一個可以調(diào)整的上表面，如果把球280安裝在上表面246上，通過簡單地調(diào)整上表面246可以實現(xiàn)正確的定位。這個調(diào)整可以借助一個精密加工的定位模具進行。
一個合適的定位模具有三個類似安裝在檢測頭202下側(cè)的帶有凹槽的塊282上的凹槽的定位在一個平面上的凹槽中。在定位模具的中心安裝有三個位移傳感器，使這三個傳感器的三個頂端定位在一個同該定位模具的平板平行的平面上。使三個位移傳感器的三個頂端向下朝著一安裝在吸盤210上的一個檢測面，然后調(diào)整上表面246，直到三個位移傳感器的讀數(shù)相同為止。這樣的狀態(tài)表明球體280的頂部限定一個平行于吸盤210上的那個器件的一個平面。
此外，為了調(diào)整球體280的高度，沒有必要專門制造一個定位模具。如果借助一個保持有三個位移傳感器的定位裝置重新放置探測器插板228，則可按上述方法精確地進行。
使探測器非得有一個可調(diào)整的使用表面也不是必需的?？扇〉氖菍⑶蝮w208安裝在探測器204的架上，而這個架移動的可能性比上表面的小，還可以使球體之間的間隔更寬一些，以便提高穩(wěn)定性。如果把球體208直接安裝在架上或安裝在不帶有可調(diào)整上表面的探測器上，則最好是借助某個能調(diào)整高度的手段安裝球體208。例如可以用螺旋測微頭安裝球208。
運動偶的操作運動偶是公知的，在參考文件，例如下列文件中有描述“精密機械設(shè)計”(Alexander H.Slocum，Prentice Hall(1922))和在論文集中，例如A.Slocum的“用于精確固定的運動偶第1部分設(shè)計參數(shù)的形成”(Precis.Eng.，Vol.10 No.2，1988)；A.locum及A.Donmez，的“用于精確固定的運動偶，第二部分重復(fù)性和剛性的實驗”(Precis.Eng.Vol.10，No.3，1988)；和Alexander H.Slocum撰寫的“三槽運動偶的設(shè)計”(Precis Eng.，PP67—75,1992)。所有上述文件被本申請作為參考文件引證。概括地說，運動偶的理論基礎(chǔ)是為了定位一個物體，應(yīng)該使該物體對要禁止運動的所有自由度上進行約束運動所需要的最少數(shù)目的點上接觸。為了在六個自由度上的約束運動，需要六個接觸點，但其中不能有兩個以上的接觸點共面。
在這個可取的實施例中，三個球分別安裝在三個凹槽中。每個凹槽有兩個面，每個面同一個球只接觸在一個點上，這樣，三個球和三個凹槽的組合便形成一個運動偶，該運動偶足以在六個自由度上約束運動。
在這個可取的實施例中，這些凹槽之間的間隔應(yīng)該在實際允許的情況下盡可能的寬。此外，應(yīng)按照在上述參考文件中所評述的技術(shù)操作調(diào)整這些凹槽的取向，以便能獲得最大可能的穩(wěn)定性。
每個球和凹槽對被稱作“運動接觸”，因為該對提供幾個形成運動偶所必需的接觸。一個凹槽的每一側(cè)被稱作“運動面”，因為它提供一個單點接觸，這個球被稱為“運動配合面”，因為它只在一點上同一個運動面接觸。為了能滿意地操作一個運動偶，用凹槽形成運動面不是必需的。也可以用其它的形狀(倒如一個弧邊菱形)。把一個球用作運動配合面也不是必需的，其它的形狀(例如一個圓錐的頂)也可以用來形成以單點接觸一個面。同樣，每個運動接觸包括兩個運動面也不是必需的。其它的合適的運動接觸的例子有將一個球緊壓在一個平的面上(每個接觸有一個運動面)；將一個球緊壓在一個四面體上(每個接觸有三個運動面)或?qū)⒁粋€球緊壓在三個球上(每個接觸有三個運動面)?？梢允共煌愋偷慕佑|用在一個運動偶上，只要總共有六個運動面就可以。
現(xiàn)在參看圖3，圖中示出了這個優(yōu)選實施例的運動接觸的更詳細的部分。同物體304相連接的物體302。球部分306安裝在物體302上。
球部分306具有一個適合于接觸在帶凹槽塊308中的錐形面314上的曲面部分316。球部分306不必需是完全的球。不與帶凹槽塊接觸308的球部的區(qū)域可以是任何方便制造的形狀。圖中，插入部分318適合裝入凹槽320中，以便保持球306的定位。
柱310延伸到球部306，柱310有一個旋入到物體302中的螺紋端324。在柱310上的凸緣有助于保持球部分306在物體302的定位。
帶凹槽的塊308包括一個槽312，槽312大到在曲面部分316接觸到錐形面314時，柱310和凸緣322不能接觸帶凹槽的塊308。
帶凹槽的塊308安裝在物體304上。柱310延伸入物體104中并能快速地與連接裝置330配合。連接裝置330是可以扳住柱310的任何可連接偶，對其施加拉力后才能釋放。以可能最少的運動完成這些運動的一些連接裝置是可取的。
一個適合的快速連接裝置如通常把一個空管連到一個壓縮機上那樣的連接裝置330。它有一個內(nèi)套筒332和一個外套筒334。外套筒334相對內(nèi)套筒332滑動。外套筒334借助一個把外套筒推向下方的彈簧同內(nèi)套筒332相連。
快速連接器330還包括球340，通常包括三個或四個這樣的球，但是為了清楚起見，圖中只示出一個。圖3示出球340嵌入柱310的槽342中，借助外套筒334保持球340定位。
內(nèi)套筒332同一個柱塞344相連。柱塞344又同線性傳動機構(gòu)346相連，線性傳動機構(gòu)可以是任一個可以將柱塞344壓向柱310并以作用在柱塞344上的恒定拉力使其返回的裝置，在此使用的是一個充有氣體的氣瓶。
在操作時，將柱310插入物體304中。柱310緊壓住球340，球340使外套筒334相對內(nèi)套筒332上升。當外套筒334上升到足以離開球340的位置時，小球便離開柱310滑動。然后柱310移動球340，而球340可以滑進槽342。作用在外套筒334上的彈簧加載力使外套筒334朝下拉回，強迫球340進入槽342中。外套筒344向下滑動得足夠的遠，以便防止球340離開槽34，借此使柱310鎖住定位。
使球340進入槽342中，線性傳動機構(gòu)以預(yù)先確定的力向上拉柱塞344。如果柱塞344同隨后與柱130相連的快速連接裝置330相連，這個向上的力便拉球部分306靠住帶凹槽的塊308。因此，在該運動接觸的接觸力是一由線性傳動機構(gòu)346提供的力。為了能重復(fù)地定位，使在每個運動接觸上的接觸力是可重復(fù)的這點很重要。
傳動機構(gòu)346和快速連接裝置330最好安裝成能使作用在柱310上的力只沿著柱310的軸線方向。為了獲得這個結(jié)果，傳動機械346可以借助一個球和座固定安裝或安裝在一個彈性體上。在快速連接裝置的周圍應(yīng)有足夠的間隔，以便防止快速連接裝置接觸物體304。
為了釋放快速連接裝置330，可以進一步壓柱塞344。將外套筒334和內(nèi)套筒332二者向下壓的距離比給合成該快速連接裝所需的距離要遠。外套筒334的向下運動到柱塞36接觸到凸出部338為止。如果再壓柱塞344，則球340便滾到外套筒334的下面道彈出槽342的外面。因此，使該連接脫開。
傳動機構(gòu)346可以由一個控制系統(tǒng)(未示出)控制，或者可以由操作人員按各種開關(guān)進行操作。在操作時，最好是由一個機械手操縱裝置或甚至操作人員使檢測頭202靠近探測器204到足夠的程度，以便使柱284同在檢測頭202內(nèi)部的快速連接裝置實現(xiàn)連接。該操縱裝置將盡可能小的力施加在檢測頭202上，以便由執(zhí)行機械提供所有的接觸力，利用這種方法可以獲得具有百萬分之一的精度的可重復(fù)性。
幾個可供選擇的實施例圖4A示出一個運動連接的實施例。物體402同物體404相連。物體402上加工有一個凹槽408，物體404上加工有一個凹槽410。
球406越過凹槽410同撓性支承412接觸。撓性支承類似一薄金屬片，它允許球406沿標著Z的方向運動。但是不允許在垂直于Z的方向有任何運動。
使球406的中心線CLB同凹槽410的中心線對準。在操作時，將物體402和404裝配在一起，球406將首先進入凹槽408中，并且使凹槽408的中心線CLI同球406的中心線CLB對準，如圖4B所示。如果使物體402和404比較精密地配合在一起，則球?qū)⒈粔喝氚疾?10中，如圖4C所示，一旦球406進入凹槽408，如圖4B所示，則物體404和402的以后的運動只能沿X方向，在垂直方向的運動是根本不允許的。
圖4中沒有表示出這個力的作用是如何使物體402和404配合在一起的?？梢岳靡粋€通過球406的如圖3所示的柱。
也可以用只允許球406在一個方向運動的其它方法。例如，可以使球406靠在從凹槽410的底面伸出的柱上。在這個實施例中，可以借助一個彈簧或其它機構(gòu)使球偏離物體404。
圖4的運動偶是特別適合用于采用彈簧針的連接。利用這樣的運動偶，只要將檢測頭足夠靠近探測器就在彈簧產(chǎn)生一個力，就不能使這些彈簧針產(chǎn)生一點橫向移動。從而防止了由彈簧針同接觸焊點的接觸損壞。
在不違背本發(fā)明的條件下，還可以對這個所描述的實施例作出各種改變和替換。例如，圖3中示出一個用于將一個預(yù)載力加到一個運動接觸上的氣動傳動機構(gòu)。可以采用任何能施加一個預(yù)載力的任何裝置。
另外，在本說明書中也可以列出各種制造公差。即使這些公差沒有被嚴格地觀測出也可以制造出一個功能器件，盡管它們精度比所描述的要低。同樣可以以較高的公差制造出，并且應(yīng)具有較高的精度。
球和凹槽是作為運動接觸示出的。球和凹槽的位置可以交換。例如凹槽282可以安裝在探測器204上，而球280可以安裝在檢測頭202上。另外，運動接觸不必需限定于球和凹槽?？梢杂萌魏文苄纬梢粋€運動偶的運動接觸。
另外，在這個所描述的實施例中指出把檢測頭202連接到探測器204上的外部運動連接和一個把探測器插板228連接檢測頭202上的內(nèi)部運動連接。通過只用這兩個連接之一便可以獲得這些利益。
圖2還示出一個用于供給零插入力座的一個零插入力不。也可以利用其它類型的零插入力座，例如借助壓入一個插進位于兩個導(dǎo)電部件之間的柱提供些零插入力座。一個導(dǎo)電部件同一個桿相連，并且在該桿運動時，它朝向另一個導(dǎo)電部件移動。
另外，帶有探測器導(dǎo)線是探測器插板作為例子舉出的，本發(fā)明的應(yīng)用不受檢測一個器件的使用方法的限制。例如，如果將導(dǎo)電部件或刀形開關(guān)用于檢測一個晶片，本發(fā)明同樣奏效。
另外，探測器插板和器連接接板是印刷電路板是作為例子提出的。任何帶有導(dǎo)電通路的部件都可以用。
應(yīng)該指出，雖然本發(fā)明是以在用于把檢測頭和探測器相連接時為例子進行說明的，但是本發(fā)明還可以用在連接一個供封裝過集成電路組件用的機械手上。如果用在機械手上，就不需要探測器插板。通常用機械手將封閉過的部件插入到安裝在器件連接板的插座中。另外，機械手通常是垂直取向的。而探測器通常是水平取向的。本發(fā)明的連接適合于所有取向。
顯然，本發(fā)明只有權(quán)利要求書的精髓和范圍限定。
權(quán)利要求
1.在一種把檢測頭連接到一個操縱器械上的自動檢測儀的裝置中，其改進在于包括一個在檢測頭和操縱裝置之間的運動偶。
2.如權(quán)利要求1所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于該運動偶包括a)一些安裝在檢測頭上的運動表面和b)一些安裝在操縱器械上的運動配合面。
3.如權(quán)利要求2所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于，所述的那些運動表面包括六個面。
4.如權(quán)利要求3所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于，所述的六個運動面包括三個帶凹槽的塊。
5.如權(quán)利要求1所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于所述的運動偶包括一個預(yù)加載的運動偶。
6.如權(quán)利要求5所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于所述的預(yù)加載的運動偶包括a)一些相類似的物體，每個物體有一個曲面部分；b)一個從每個物體上伸出的柱；和c)將力施加在每個柱上的部件。
7.如權(quán)利要求6所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于還包括一些帶凹槽的塊，每個帶凹槽的塊上加工有一個通路孔，該孔的直徑比該柱的直徑大，以及每個所述的帶凹槽的塊位于其中一個具有曲面部分的那些物體和一個用于施加力的部件之間。
8.如權(quán)利要求1所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于還包括a)一個探測器插板座b)一個位于在探測器插板座和檢測頭之間的第二運動偶。
9.如權(quán)利要求8所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于還包括a)一個物體b)一個把該物體固定在檢測頭上的固定件；c)所述的運動偶包括一些在上述物體上的運動面和一些在該探測器插板座上的運動配合面。
10.如權(quán)利要求2所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于。a)一些在該運動面上的接觸點，它們在一些接觸點上同一些在該運動配合面上的一些點接觸。b)在這些運動面上的那些接觸點限定一個在檢測頭下方的第一平面。c)在這些運動配合面上的那些接觸點限定一個在操縱器械上方的第二平面；d)該裝置還包括用于調(diào)整第一平面相對第二平面取向的機構(gòu)。
11.如權(quán)利要求10所述的自動檢測儀的裝置，所述的運動接觸的特征是該運動配合面固定在操縱器械的上表面上，而用于調(diào)整的機構(gòu)包括一個用于調(diào)整該上表面取向的裝置。
12.如權(quán)利要求10所述的自動檢測儀的裝置，所述的運動接觸的特征在于a)運動配合面包括一些上面加工有半球部分的柱；和b)用于調(diào)整的裝置包括一個同那些柱的每一個相連接的螺旋測微計。
13.一種運動接觸，包括a)一個具有一第一運動面的第一物體；b)一個具有一第二運動面的第二物體；c)一個位于第一和第二物體之間的第三物體，該第三物體具有朝向該第一運動面的第一運動配合面和朝該第二運動面的第二運動配合面；d)用于允許該第三物體在離開該第一運動面的第一方向上運動和用于約束在另一方向的運動并使該第三物體在該第一方向偏移一個距離的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的運動接觸，其特征在于用于允許運動的裝置包括一個使該第一物體連接到該第二物體上的撓性支承。
15.如權(quán)利要求13所述的運動接觸，其特征在于用于允許運動的裝置包括a)一個同該第一物體相連并通過該第二物體上的一個孔的軸；b)一個安裝在位于在第一和第二物體之間該軸周圍的彈簧。
16.如權(quán)利要求13所述的運動接觸，其特征在于第一和第二運動配合面分別為一個曲面。
17.如權(quán)利要求16所述的運動接觸，其特征在于所述的第一物體包括一個至少具有兩個面的凹槽部分，這兩個面之一是該第一運動面，所述的第二物體包括一個至少具有兩個面的凹槽部分，這兩個面之一是該第二運動面。
18.一種包括權(quán)利要求13的運動接觸的自動檢測儀的裝置，包括a)一個檢測頭；b)一個操縱器械；c)一些實現(xiàn)同被操縱器械保持的器件相接觸的裝置；d)一些檢測頭和一些接觸部件之間電性連接的可縮回的導(dǎo)電針；和e)其中，從由第一物體和第二物體組成的組中選擇出的一個物體安裝在檢測頭上，而由第一物體和第二物體組成的組中的另一個物體安裝在操縱器械上。
19.如權(quán)利要求18所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于a)還包括一個上面形成有導(dǎo)電通路和導(dǎo)電焊點的基底；b)可縮回的導(dǎo)電針包括一個彈簧加載針；c)使這些彈簧加載針同導(dǎo)電焊點電接觸。
20.一種自動檢測儀的裝置包括a)一個具有一些電輸出端的座；b)一些同這些輸出端電連接的導(dǎo)電柱；c)一個內(nèi)部形成有一些孔的插座，每個孔含有一個導(dǎo)電體，該孔具有一個足夠大的部分，以便容納這些導(dǎo)電柱之一而不同該導(dǎo)電體接觸。d)在導(dǎo)電柱和插座中的那些孔的每一個中的導(dǎo)電部件之間形成電接觸的裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于，用于形成電接觸的裝置包括一個保持該插座的轉(zhuǎn)動連接裝置。
22.如權(quán)利要求21所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于該插座有一個貫通的圓形開口，該轉(zhuǎn)動連接裝置包括一個延伸到該圓形開口中的圓柱體。
23.如權(quán)利要求20的自動檢測儀的裝置，還包括a)一個第一印刷電路板，一些導(dǎo)電柱從該印刷電路板的一個面上伸出。b)一個第二印刷電路板，從上面伸出許多第二導(dǎo)電柱的；c)其中該插座有一第一表面和一第二表面，那些孔形成在該第一表面上，該插座具有一形成在該第二表面上的許多第二孔，所述的每個孔中有一個導(dǎo)電體，在該第一表面上的孔中的每個導(dǎo)電體同在該第二表面上的孔中的導(dǎo)電體電性連接。d)其中，從該第二印刷電路板上伸出的導(dǎo)電柱位于在該插座的第二表面上的孔中并且同位于在孔內(nèi)的導(dǎo)電體電性接觸。
24.如權(quán)利要求23所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于，該第二印刷電路板包括一個上面伸出有一些探測器導(dǎo)線的探測器插板。
25.一種自動檢測儀的裝置，包括a)一個檢測頭；b)一個適于將一個檢測中的器件保持在第一平面上的操縱器械；c)一個下面具有一些探測器導(dǎo)線的探測器插板；d)一個固定連接到該探測器插板上的探測器插板座；e)一個位于在該探測器插板座和該檢探測器之間的第一運動偶；f)一個位于在該檢測頭和該操縱器械之間的第二運動偶。
26.如權(quán)利要求25所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于該第一和第二運動偶分別是一個預(yù)加載運動偶。
27.如權(quán)利要求26所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于每個預(yù)加載運動偶包括三個運動接觸，每個運動接觸具有a)一個上面有一個通孔的凹槽體；b)一個半球形體，c)一個從該半球件伸出的柱，該柱伸到該孔中；d)用于接觸該柱點把一個預(yù)載力施加在該柱上的裝置。
28.如權(quán)利要求26所述的自動檢測儀的裝置，還包括一個具有一個平面的部件，該部件固定連接到檢測頭上，該平面將位于在探測器插板座和檢測頭之間的那個運動偶的那些運動面固定在檢測頭上。
29.如權(quán)利要求28所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于還包括a)一個伸出有許多第一導(dǎo)電柱的器件連接板；b)一個從探測器插板上伸出的許多第二導(dǎo)電柱；c)一個將在該器件連接板上的那些柱連接到探測器插板上的零插入力插座。
30.如權(quán)利要求29所述的自動檢測儀的裝置，其特征在于該零插入力插座有一個帶有通孔的環(huán)形體，探測器插板座將一部分伸到該孔中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在自動檢測儀的檢測頭部分和一個操縱器械(例如一個探測器)之間的連接裝置，該連接裝置在檢測頭和操縱裝置之間以及在探測器插板和檢測頭之間分別采用預(yù)加載的運動偶，這些運動偶允許探測器插板相對在操縱器械中的器件重復(fù)定位，這些運動偶還減少了作用在探測器插板上的力，從而防止了探測器插板的變形。該連接裝置提供機械和電分開的連接，從而使機械的精度與電氣結(jié)構(gòu)無關(guān)。
文檔編號G01R31/02GK1125898SQ9511559
公開日1996年7月3日 申請日期1995年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月1日
發(fā)明者亞歷山大H·斯諾克姆, 米歇爾A·喬 申請人:高級工程系統(tǒng)及產(chǎn)品公司