(57)【要約】【解決手段】テストヘッドを周辺装置とドッキングさせるためのドッキング機構は、空圧駆動ピストン（３１０）から伸張しているラッチ機構を含んでいる。ラッチ機構は、ラッチバレル（３５０）と、ラッチピン（３５２）と、付勢ばね（３５６）とを含んでいる。第１流体経路（３６４）を通してラッチピンに流体圧を掛けると、ラッチピンがラッチ位置まで進む。第１経路から流体圧を解除すると、ラッチピンは、付勢ばねに従ってラッチ解除位置まで引っ込む。第２流体経路（３１８）を通してピストン（３１０）の表面に流体圧を掛けると、ラッチ機構全体が引っ込む。テストヘッドと周辺装置が互いにラッチされている場合、この引っ込み動作によって、周辺装置がテストヘッドに対して引き下げられるので、テストヘッドとテストを受けるデバイスとの間に電気的接続が形成されるようになる。【選択図】図３
2004518961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テストヘッドを周辺装置とドッキングさせるのに適したドッキング機構において、
ラッチバレルと、
前記ラッチバレル内に移動可能に配置されているラッチピンと、
ラッチ状態を確立するために、前記ラッチピンに第１方向に力を掛けるための強制機構であって、電力が切れた後は、実質的にゼロの力を作り出し、前記ラッチピンの運動に実質的に従う強制機構と、
ラッチ解除状態を確立するために、前記ラッチピンに前記第１方向と逆方向に付勢力を掛けるための付勢機構であって、電力が切れた後も、その力を実質的に維持する付勢機構と、を備えているドッキング機構。
【請求項２】
前記強制機構は、前記ラッチ状態を確立するために流体圧を掛けて前記ラッチピンを前記ラッチバレルに対して動かすように配置されている流体圧力源を備えている、請求項１に記載のドッキング機構。
【請求項３】
前記付勢機構は、前記ラッチピン及び前記ラッチバレルと連結されていて前記ラッチピンと前記ラッチバレルとの間に力を作用させるばねを備えている、請求項２に記載のドッキング機構。
【請求項４】
前記強制機構は、力を掛けて前記ラッチピンを前記ラッチバレルに対して動かし前記ラッチ状態を確立するために前記ラッチピンと連結されているソレノイドを備えている、請求項１に記載のドッキング機構。
【請求項５】
前記付勢機構は、前記ラッチピン及び前記ラッチバレルと連結されていて前記ラッチピンと前記ラッチバレルとの間に力を作用させるばねを備えている、請求項４に記載のドッキング機構。
【請求項６】
実質的に中空の円筒形の室と、
前記室内に移動可能に配置されている第１部分と前記第１部分から前記室内の穴を通って伸張する第２部分とを有するピストンと、を更に備えており、
前記ピストンは、前記ピストンの表面に掛けられる流体圧に応じて室内で動かされ、前記ラッチバレルは、前記ピストンの前記第２部分内の開口から伸張している、請求項１に記載のドッキング機構。
【請求項７】
前記ピストンは、前記ピストンの第１表面に掛けられる流体圧に応じて第１方向に動かされ、前記ピストンの第２表面に掛けられる流体圧に応じて第２方向に動かされる、請求項６に記載のドッキング機構。
【請求項８】
前記ラッチピン、前記ラッチバレル及び前記ピストンは、全て垂直軸に関して同心に整列している、請求項６に記載のドッキング機構。
【請求項９】
前記ピストンの前記第１部分は上部表面を有しており、前記室は、流体圧を前記ピストンの前記上部表面に供給するための誘導経路を含んでおり、前記誘導経路によって供給される前記流体圧は、前記ピストンの前記第２部分を少なくとも部分的には前記室内へ引っ込めるように作用する、請求項６に記載のドッキング機構。
【請求項１０】
前記誘導経路は前記室内への開口を有しており、前記ピストンの前記第１部分の前記上部表面は、前記室内への前記開口と流体圧により連結されている彫り込み領域を含んでおり、前記彫り込み部分は、前記流体圧を、前記ピストンを動かすに十分な力に変換することのできる広い表面積を有している、請求項９に記載のドッキング機構。
【請求項１１】
前記ピストンと前記室との間に、前記誘導経路を通して掛けられる流体圧の消散を防ぐ少なくとも１つの流体抵抗シールが更に備えられている、請求項９に記載のドッキング機構。
【請求項１２】
テストヘッドを周辺装置とドッキングさせるのに適したドッキング機構において、
実質的に中空の円筒形の室と、
前記室内に移動可能に配置されている第１部分と前記第１部分から前記室内の穴を通って伸張する第２部分とを有するピストンであって、その表面に掛けられる流体圧に応じて前記室内で動かされるようになっているピストンと、
前記周辺装置とのラッチ状態及びラッチ解除状態を確立するために、前記ピストンの前記第２部分内の開口から伸張しているラッチ機構と、を備えているドッキング機構。
【請求項１３】
前記ピストンは、前記ピストンの第１表面に掛けられる流体圧に応じて第１方向に動かされ、前記ピストンの第２表面に掛けられる流体圧に応じて第２方向に動かされる、請求項１２に記載のドッキング機構。
【請求項１４】
前記ピストンの前記第１部分は上部表面を有しており、前記室は、前記ピストンの前記上部表面に流体圧を供給するための誘導経路を含んでおり、前記誘導経路によって供給される前記流体圧は、前記ピストンの前記第２部分を少なくとも部分的には前記室内へ引っ込めるように作用する、請求項１２に記載のドッキング機構。
【請求項１５】
前記誘導経路は前記室内への開口を有しており、前記ピストンの前記第１部分の前記上部表面は、前記室内への前記開口と流体圧により連結されている彫り込み領域を含んでおり、前記彫り込み部分は、前記流体圧を、前記ピストンを動かすに十分な力に変換することのできる広い表面積を有している、請求項１４に記載のドッキング機構。
【請求項１６】
前記ピストンと前記室との間に、前記誘導経路を通して掛けられる流体圧の消散を防ぐ少なくとも１つの流体抵抗シールが更に備えられている、請求項１４に記載のドッキング機構。
【請求項１７】
前記ピストンの前記第１部分は下側表面を有しており、前記室は、前記ピストンの前記下側表面に流体圧を供給するための第２誘導経路を含んでおり、前記流体圧は、前記ピストンの前記第２部分を少なくとも部分的には前記室の外側に進めるように作用する、請求項１４に記載のドッキング機構。
【請求項１８】
前記第２誘導経路は前記室内への開口を有しており、前記ピストンの前記第１部分の前記下側表面は、前記第２誘導経路の前記室への前記開口と流体圧によって連結されている彫り込み領域を含んでいる、請求項１７に記載のドッキング機構。
【請求項１９】
前記ピストンの前記第２部分の開口から伸張しているラッチバレルと、
前記ラッチバレル内に移動可能に配置されているラッチピンと、
ラッチ状態を確立するために、前記ラッチピンに第１方向に力を掛けるための強制機構であって、電力が切れた後は、実質的にゼロの力を作り出し、前記ラッチピンの運動に実質的に従う強制機構と、
ラッチ解除状態を確立するために、前記ラッチピンに前記第１方向と逆方向に付勢力を掛けるための付勢機構であって、電力が切れた後も、その力を実質的に維持する付勢機構と、を更に備えている、請求項１２に記載のドッキング機構。
【請求項２０】
前記ピストンの前記第２部分は、少なくとも１つの内側側面を有する実質的に中空の領域を含んでおり、
前記ラッチピンは、流体抵抗シールを通して、前記実質的に中空の領域の前記少なくとも１つの内側側面と接触する基部を含んでいる、請求項１９に記載のドッキング機構。
【請求項２１】
前記室は、流体圧を前記ラッチピンの前記基部に供給するための第２誘導経路を有している、請求項２０に記載のドッキング機構。
【請求項２２】
前記流体圧により前記ラッチピンの前記基部に対して掛けられる力は、前記ラッチピンを前記ラッチ状態に動かすように作用する、請求項２１に記載のドッキング機構。
【請求項２３】
前記付勢機構は、ばねを備えている、請求項２２に記載のドッキング機構。
【請求項２４】
前記ラッチバレルは、前記ピストンの前記第２部分内に移動可能に配置されており、前記ラッチバレルの前記第２部分の前記開口を通って部分的に伸張している、請求項２３に記載のドッキング機構。
【請求項２５】
前記ばねは、前記ラッチピンと同軸に配置されており、前記ラッチピンの前記基部から前記ラッチバレルまで伸張していて、前記ラッチピンと前記ラッチバレルとの間に反発力を作用させる、請求項２４に記載のドッキング機構。
【請求項２６】
テストヘッドを周辺装置とドッキングさせるのに適したドッキング機構において、
実質的に中空の円筒形の室と、
前記室内に移動可能に配置されている第１部分と前記第１部分から前記室内の穴を通って伸張する第２部分とを有するピストンであって、その表面に掛けられる流体圧に応じて前記室内で動かされるようになっているピストンと、
前記周辺装置とのラッチ状態及びラッチ解除状況を確立するためのラッチ機構であって、
前記ピストンの前記第２部分の開口から伸張しているラッチバレルと、
前記ラッチバレル内に移動可能に配置されているラッチピンと、
ラッチ状態を確立するために、前記ラッチピンに第１方向に力を掛けるための強制機構であって、電力が切れた後は、実質的にゼロの力を作り出し、前記ラッチピンの運動に実質的に従う強制機構と、
ラッチ解除状態を確立するために、前記ラッチピンに前記第１方向と逆方向に付勢力を掛けるための付勢機構であって、電力が切れた後も、その力を実質的に維持する付勢機構を含んでいるラッチ機構と、を備えているドッキング機構。
【請求項２７】
テストヘッドを周辺装置とドッキングさせるための方法において、
前記テストヘッド及び前記周辺装置の内の一方に取り付けられているラッチバレルを、前記テストヘッド及び前記周辺装置の内の他方に取り付けられているレセプタクルに挿入する段階と、
前記ラッチバレル内に配置されているラッチピンに強制力を掛けて、前記ラッチピンを前記レセプタクルとのラッチ位置へ動かす段階であって、前記力は、電力が切れた後には実質的にゼロになるまで低下するようになっている段階と、
付勢力を前記強制力とは反対方向に前記ラッチピンに掛ける段階であって、前記付勢力は、前記ラッチバレル内の前記ラッチピンを、前記レセプタクルに対してラッチ解除位置へ動かすように作用し、前記付勢力は、電力が切れた後も実質的に維持されるようになっている段階と、から成る方法。
【請求項２８】
前記ラッチバレルを引っ張って前記テストヘッドと前記周辺装置との間の距離を短縮する段階であって、流体圧を室内のピストンに掛ける段階を含んでおり、前記ピストンが前記ラッチバレルと機械的に連結され前記ピストンの運動が前記ラッチバレルの運動に変換されるようになっているような段階を、更に備えている、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概括的には、自動試験装置に関する。より具体的には、本発明は、自動試験装置を、テストのために半導体デバイスの位置決めをする機械装置に機械的に取り付ける装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体製造業者は、一般的に、様々な製造の段階で半導体デバイスをテストする。製造の際、１つのシリコンウェーハ上に大量の集積回路が製作される。ウェーハは、ダイと呼ばれる個々の集積回路に切断される。各ダイはフレーム内に載置され、ダイをフレームから伸張しているリード線に接続するため、ボンディングワイヤが取り付けられる。装填済みのフレームは、次に、プラスチック又は他のパッケージ材料でカプセル封緘され、完成品となる。
【０００３】
製造業者は、経済面を考慮して、製造過程の中で欠陥要素をできるだけ早く検出し、廃棄したいという強い動機を持っている。従って、多くの半導体製造業者は、ウェーハがダイに切断される前に、ウェーハのレベルで集積回路をテストする。欠陥回路には印が付けられ、通常はパッケージング前に廃棄されるので、欠陥ダイをパッケージする経費が節約できる。多くの製造業者は、最終検査として出荷前に各完成品をテストする。
【０００４】
大量の半導体部品を迅速にテストするため、製造業者は、一般的に自動試験装置（「ＡＴＥ」又は「テスター」）を使う。テスターは、テストプログラムの指示に応えて自動的に入力信号を生成し、入力信号を集積回路に送り、出力信号をモニターする。テスターは、出力信号を、期待される応答と比較して、テスト中のデバイス、即ち「ＤＵＴ」が欠陥品かどうか判定する。テスターは高度に自動化されているので、僅か数秒で非常に数多くのテストを実行することができる。
【０００５】
通常、半導体部品のテスターは、２つの異なる部分で設計されている。「テストヘッド」と呼ばれる第１部分は、例えば駆動回路、受信回路、及び短い電気経路が不可欠の他の回路のようなＤＵＴに近接して配置されるのが望ましい回路を含んでいる。「テスターボデー」と呼ばれる第２部分は、ケーブル経由でテストヘッドに接続されており、ＤＵＴに近接して配置する必要の無い電子部品を含んでいる。
【０００６】
専用の機械が、高速で連続的にデバイスを動かし、テスターへ電気的に接続する。「プローバ」は、デバイスを半導体ウェーハのレベルで動かすのに用いられる。「ハンドラ」は、デバイスをパッケージ済みデバイスのレベルで動かすのに用いられる。プローバ、ハンドラ及びテスターに対するＤＵＴの位置決めをするための他の装置は、一般的に「周辺装置」と呼ばれている。周辺装置は、一般的に、ＤＵＴをテストのために配置する場所を含んでいる。周辺装置はＤＵＴをテスト場所へ迅速に送り、テスターはＤＵＴをテストし、周辺装置は、他のＤＵＴがテストできるように、ＤＵＴをテスト場所から運び去る。
【０００７】
テストヘッド及び周辺装置は、一般的に別々の支持構造を有する別々の機械装置である。従って、テストヘッドと周辺装置は、テストが始まる前に、互いに組み付けておかなければならない。この操作では、通常、テストヘッドを、周辺装置に向けて動かし、周辺装置に対して慎重に整列させ、周辺装置にラッチする。ラッチ操作が済むと、ドッキング機構は、テストヘッドと周辺装置を共に引っ張り、テストヘッドと周辺装置との間のばね負荷接点を押して、テスターとＤＵＴとの間に電気的接続を形成する。テストヘッドを周辺装置に対して整列させ、取り付けるこの操作は、一般的に「ドッキング」と呼ばれている。
【０００８】
図１は、テストヘッドを周辺装置とドッキングするための従来型機構を示している。図１のドッキング機構は、通常、マサチューセッツ州ボストンのテラダイン社により提供されるＣａｔａｌｙｓｔＴＭテストシステムと連結して用いられている。図１に示すように、ドッキング機構１００は、レセプタクル１１２に取り付けられている。一般的に、幾つかののドッキング機構１００が、テストヘッドの上端付近でテストヘッドの外側に取り付けられる。一般的に、幾つかのレセプタクルが、ドッキング機構１００をレセプタクル１１２と連結させることができる相補的位置で、周辺装置と連結されている。図１のドッキング機構１００とレセプタクル１１２は、完全にドッキングされた形態、即ち、電気的テスト装置として機能するする形態で示されている。
【０００９】
図１に示すように、ドッキング機構１００は、ラッチバレル１１０と、ラッチバレル１１０内で軸方向に走っているラッチピン１１８とを含んでいる。４つの玉軸受け１１６は、ラッチバレル１１０の穴の中に、ラッチピン１１８の外周を取り巻いて配置されている。穴への外側入口は、完全な円形から僅かに変形されている（図面ではわからない）。変形された領域は、玉軸受け１１６がラッチバレル１１０から脱落しないようにするバリアを形成している。
【００１０】
ラッチピン１１８は長手方向に沿って異なる部分１１８ａと１１８ｂとを有しており、この異なる部分は直径が異なっている。ラッチ及びラッチ解除を行うため、ラッチピン１１８は、ラッチバレル１１０に対して前進し、後退する。ラッチピン１１８が動くと、ラッチピン１１８の玉軸受け１１６との接触部分が変化する。その結果、玉軸受け１１６の半径方向位置が変化する。例えば、ラッチピンの半径が比較的大きい部分１１８ａが玉軸受け１１６と整列している場合は、玉軸受けは、ラッチバレル１１０の中心から外側方向に出てラッチバレル１１０の有効外周を増大させる。ラッチピン１１８の半径が比較的小さい部分１１８ｂが玉軸受け１１６と整列している場合は、玉軸受けは、自由に内側に入ってきてラッチバレル１１０の有効外周を減少させる。
【００１１】
レセプタクル１１２は、玉軸受け１１６が一杯に引っ込んだ状態でのラッチバレル１１０の外径よりも僅かに大きい内径を有するワッシャー１１４を含んでいる。ラッチバレル１１０に対するラッチピン１１８の位置次第で、玉軸受け１１６は、ワッシャー１１４とラッチバレル１１０とが分離しないようにするか、又は、ワッシャー１１４がラッチバレル１１０上を自由に滑り落ちたり上がったりできるようにする。
【００１２】
アクチュエータ１２０は、ラッチピン１１８の位置を確定する。ラッチピン１１８は、アクチュエータ１２０内へと伸張するねじ部分（見えない）を有している。アクチュエータ１２０は、アクチュエータ１２０に対して固定した位置を有していて、ラッチピン１１８のねじ部分と係合するナット（見えない）を含んでいる。ラッチピンは、アクチュエータ１２０内に在るモーター及びギア（見えない）の制御の下で回転させることができる。ラッチピン１１８は、回転の方向次第で、アクチュエータに対して前進又は後退する。
【００１３】
図２Ａ−Ｃは、ドッキング機構１００が通常の使用中に呈する様々な状態を示している。図２Ａは、ラッチバレル１１０がレセプタクル１１２内に挿入される前の、「ラッチ準備完了」状態のドッキング機構１００を示している。ラッチピン１１８は一杯に後退している。ばね（図示せず）が、ラッチバレル１１０（ベース領域２２０）に、ラッチピン１１８に対して上向きの力２１６を働かせるので、ラッチピン１１８から伸張しているタブ２１０は、ラッチバレル１１０の下部内側ショルダ２１４ｂに着座している。比較的大きい直径を有するラッチピンの第１部分１１８ａが玉軸受け１１６に相対しており、玉軸受け１１６は、ラッチバレル１１０の穴を通して部分的に突き出ている。
【００１４】
図２Ｂは、ラッチバレル１１０がレセプタクル１１２（図示せず）内に挿入された瞬間のドッキング機構１００を示している。ラッチバレル１１０がレセプタクル１１２内に挿入されると、ワッシャー１１４は、玉軸受け１１６を捉えて、下向きの力を掛ける。すると、ラッチバレル１１０は下方向に押され、玉軸受け１１６は、ラッチピン１１８の比較的細い部分１１８ｂと接触するまで動かされる。玉軸受けは内向きに入り込み、ラッチバレル１１０は、レセプタクル１１２のワッシャー１１４を通って入る。一旦玉軸受け１１６がワッシャー１１４を通過すると、ラッチバレル１１０は、ばね力２１６に応じて上方向に飛び上がる。次に、レセプタクル１１２は、ドッキング機構１００により、適所にしっかりと保持される。
【００１５】
図２Ｃは、ラッチ解除状態のドッキング機構１００を示している。ここでは、ラッチピン１１８は前進した状態にあるので、ラッチピン１１８のタブ２１０がラッチバレル１１０の内側上部ショルダ２１４ａに押しつけられ、ラッチバレル２１０は固定ストッパ２１８に押しつけられている。固定ストッパ２１８は、アクチュエータ１２０に対して固定された位置にある。この状態では、ラッチピン１１８の比較的細い部分１１８ｂが玉軸受け２１６と整列しており、玉軸受け１１６は自由に内側へ入り込める状態にある。従って、ドッキング機構１１０を、レセプタクル１１２へ自由に挿入し、或いは引き出すことができる。
【００１６】
図２Ａ−２Ｃに示す状態に加えて、ラッチピンは、図１に示すような、完全ドッキング状態を取ることもできる。完全ドッキング状態は、ラッチピン１１８とラッチバレル１１０がアクチュエータ１２０によって引き下げられていることを除けば、図２Ａに示される構成と同じである。完全ドッキング状態では、テストヘッドと周辺装置との間に近接した接点が形成されるので、先に述べたように、ばね負荷接点を押し付けることにより、テストヘッドと周辺装置との間に電気接続を作り出すことができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の更なる目的、利点及び新しい特徴は、図面を参照しながら以下の説明を読んで頂ければ明らかになるであろう。
【００１８】
ドッキング機構１００は非常に効果的であることが証明されてはいるが、我々は、ある将来の用途に関してこれを利用する魅力が薄れる新しい要件を認識している。特に、最近、ＣａｔａｌｙｓｔＴＭテストシステムに用いられているテストヘッドよりも相当大きなテストヘッドを備えたテスターが開発されている。テストヘッドのサイズが大きくなったため、ドッキング機構を、テストヘッドの側面からテストヘッドの頂部に配置し直す必要がでてきている。しかし、テストヘッドの頂部には、電子機器と他の構成要素が密集しており、ドッキング機構１００に必要な垂直なスペースを容易には提供できない。
【００１９】
更に、ラッチ機構１００へ送られる電力が切れると、ラッチ機構１００はその位置に保持されることになる。電力が切れてテストヘッドと周辺装置とがドッキング状態になると、オペレータは、アクチュエータ１２０に手動アクセスしてドッキング状態を解除しなければならない。具体的には、オペレータは、アクチュエータ１２０内のシャフト１２２を、通常は三日月形レンチを使って回転させ、アクチュエータ１２０内のギアを手動で回し、ラッチピン１１８を動かさなければならない。ラッチ機構が、テストヘッドの側面ではなく上面に配置されている場合、オペレータは、シャフト１２２にアクセスできないので、テストヘッドを周辺装置から容易にドッキング解除することができなくなる。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
以上の背景に鑑み、本発明の目的は、従来のドッキング機構と比較して垂直スペースを殆ど必要としないドッキング機構を提供することである。
【００２１】
本発明のもう１つの目的は、電力が切れた時に、オペレータが、ドッキングを解除するために直接アクセスする必要のないドッキング機構を提供することである。
【００２２】
上記目的、及びその他の目的及び利点を達成するために、テストヘッドを周辺装置とドッキングさせるのに好適なドッキング機構には、ピストンと、中空円筒室が備えられている。ピストンは、該室内に移動可能に配置されている第１部分と、前記第１部分から該室の穴を通って伸張している第２部分とを有している。ラッチバレルは、レセプタクルに取り付けるのに適しており、ピストンの第２部分の開口部から伸張している。ラッチピンは、ラッチ状態及びラッチ解除状態を確立するために、ラッチバレル内に移動可能に配置されている。例えばばねによって作り出される付勢力は、ラッチバレルに対するラッチピンの位置を、ラッチ解除状態に向けて付勢する。ラッチピンに作用力を掛けることによって、ラッチバレル内でラッチピンを付勢力に抗して動かし、ラッチ状況を確立することができる。例えば電力が切れたことよって、この作用力が取り除かれると、付勢力はラッチピンをラッチ解除状況に戻す。ピストンの表面に流体圧を掛けることによって、ピストンを中空円筒室に対して動かし、該室に対するラッチバレルの伸張量を変えることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
ドッキング機構の構造
図３は、本発明によるドッキング機構３００の断面図であり、ドッキング機構３００の構造を詳細に示している。図４は、同じドッキング機構３００の斜視図である。図３に示すように、ドッキング機構３００は、ピストン３１０と実質的に円筒形の室３１２とを含んでいる。ピストン３１０は、室３１２の内側領域３１４内に配置された第１部分３１０ａと、前記第１部分３１０ａから伸張している第２部分３１０ｂとを含んでいる。第２部分３１０ｂは、室３１２の頂部の開口を通って室３１２の外側に部分的に伸張している。室３１２は、頂部３１２ａと、例えばねじのような留め具を使って前記頂部３１２ａに取り付けられている基部３１２ｂとを含んでいるのが望ましい。
【００２４】
流体圧をピストン３１０の上面３２２及び下面３２４に掛けるために、流体誘導経路３１８及び３２０が、それぞれ室３１２の頂部３１２ａ及び基部３１２ｂに設けられている。ピストン３１０は、流体誘導経路３１８を通して掛けられた流体圧によって下方向に押され、ピストンの第２部分３１０ｂが室３１２内へ引っ込む。また、ピストン３１０は、流体誘導経路３２０を通して掛けられた流体圧によって上方向に押され、ピストンの第２部分３１０ｂが、少なくとも部分的には室３１２の外側に伸び出る。
【００２５】
ピストン３１０の上面３２２及び下面３２４に流体圧を伝える流体としては、便利で保守もそれほど必要ないため、空気を用いるのが望ましい。流体の漏れを防ぐために、室３１２の周囲には、３２６、３２８、３３０、３３２の各位置にＯリングシールが装着されている。空気圧は、約８０ｐ．ｓ．ｉに維持されるのが望ましい。
【００２６】
室３１２に対してピストン３１０を動かすには、一般的に相当な力が必要である。従って、ピストン３１０には、彫り込み領域３３４及び３３６を設けておくのが望ましい。彫り込み領域は、ピストン３１０の全円周に亘って伸張しているのが望ましい。ピストン３１０が室３１２の頂部まで一杯に入り込んでいる場合は、彫り込み領域３３２が、誘導経路３１８から掛けられる流体圧を、ピストンの既知の表面領域に対して確実に作用させる。ピストン３１０に掛かる力は、流体圧掛ける表面積に等しいので、彫り込み領域３２２の表面領域は、ピストンを動かすための既知の初期作用力に直接関係することになる。ピストンが動き始めると、ピストン３１０の上側表面３２２全体に経路３１８からの流体圧が掛かることになり、ピストンに掛かる力は大幅に増える。
【００２７】
同じように、ピストン３１０が最初に室３１２の底部に相対して配置されている場合、ピストンを上方向に動かす既知の力を作り出すために、彫り込み領域３３４は、経路３２０からの流体圧を、最初に既知の表面領域に対して確実に作用させる。
【００２８】
構造を単純にするために、流体誘導経路３１８及び３２０は、それぞれ室３１２の上部及び基部３１２ａ及び３１２ｂに穿孔された孔として設けられているのが望ましい。第１流体誘導経路３１８は、底部から上向きに穿孔され室３１２の上部までは貫通していない第１孔３１８ａと、室内側から斜めに穿孔され前記第１孔に食い込んでいる第２孔３１８ｂとの２つの孔で構成されているのが望ましい。孔３１８及び３２０は、圧縮空気を流体誘導経路３１８及び３２０に運ぶ従来型の空気ホースカップリング（図示せず）に合う大きさになっている。
【００２９】
通常、ピストン３１０を室３１２内へと下方向に押すため（例えば、周辺装置をテストヘッドに向けて引き下ろす場合）に、流体圧が第１流体誘導経路３１８に掛けられる。この段階の間、第２流体誘導経路３２０は大気圧に維持されるのが望ましい。ピストン３１０を室内で上方向に押すためには、流体圧が第２流体誘導経路３２０に掛けられ、その際、第１経路３１８は大気圧に維持されるのが望ましい。
【００３０】
ドッキング機構３００は、ピストン３１０の位置を制御することにより、周辺装置に対するテストヘッドの相対位置、即ち、周辺装置がテストヘッドに対して「引っ込められる」かどうかを制御する。更に、ドッキング機構３００は、ドッキング機構３００の機能を制御して、周辺装置に取り付けられているレセプタクル１１２をラッチし、ラッチ解除する。
【００３１】
レセプタクル１１２のラッチ及びラッチ解除を行うために、ピストンの第２部分３１０ｂには、中空の実質的に円筒形の領域３４０が設けられている。ラッチバレル３５０は、円筒形領域３４０頂部の開口から伸張しており、ラッチピン３５２は、ラッチバレル３５０の中心を通って軸方向に伸張していて、ラッチバレル３５０に対して上下に動くことができるようになっている。図１に関連して先に述べたのと同じ方法で、ラッチバレル３５０に対するラッチピン３５２の相対位置が、ラッチ又はラッチ解除状態が確立しているかどうかを決定する。玉軸受け（図示せず）は、ラッチバレル３５０の周囲を取り巻く孔３５４内に配置されている。図１のドッキング機構３００では、玉軸受けと接触する点のラッチピンの直径によって、玉軸受けが外方向に伸張してラッチ状況になるか、又は玉軸受けが内方向に引っ込んでラッチ解除状態になる。
【００３２】
図１のドッキング機構とは対照的に、ラッチピン３５２は、好適に、伸張部３５２ａと基部３５２ｂとを含んでいる。例えばばね３５６のような付勢機構が、ラッチピン３５２とラッチバレル３５０との間に付勢力を作用させている。付勢力は、ラッチバレル３５０に対してラッチピン３５２を下方向に押し、ラッチ解除状態を作り出そうとする。ばね３５６は、ラッチバレル３５０の開口領域３５８内に、ラッチピン３５２の伸張部３５２ａの周りに同心に配置されるのが望ましい。止め輪３６０が、環状溝３６２内に填め込まれ、ラッチバレル３５０内での、ラッチピン３５２の位置に下限を設定している。
【００３３】
ラッチピン３５２をラッチバレル３５０に対して上方向に動かすために、ラッチピン３５２の基部３５２ｂに流体圧が掛けられる。利便性を考慮して、流体圧供給に用いられる流体は空気であるのが望ましい。第３流体誘導経路３６４は、室３１２の基部３１２ｂを貫通して、即ち、望ましくは室３１２の基部３１２ｂを貫通する穿孔された孔によって設けられる。第１及び第２誘導経路３１８、３２０用の孔と同じ様に、第３誘導経路３６４用の孔は、従来型空気ホースカップリングと合う大きさになっているのが望ましい。
【００３４】
第３流体誘導経路３６４を通して流体圧が掛けられると、ばね３５６の付勢力に抗して、ラッチピン３５２は上方向に動かされる。ばね３５６が圧縮され、ラッチピン３５２はラッチバレル３５０内を前進して、ラッチ状態に達する。流体圧の漏れを防ぐために、Ｏリングを位置３６６に配備するのが望ましい。
【００３５】
第３流体誘導経路３６４を通して掛けられた流体圧が解除されると、円筒形領域３４０内の圧力は大気圧に近づき、ばね３５６の付勢力はラッチピン３５２を下方向に押す。ラッチピンは、付勢力に従って下方向に動き、ラッチ解除状態を確立する。
【００３６】
電力が切れると、流体圧は大気圧まで低下する。従って、圧力が解除される際と同じ順番の事態が出現する。ラッチピン３５２は付勢力に従って動き、ラッチ解除状態に至る。従って、例えば電力失陥によって電力が切れると、ドッキング機構３００はラッチ解除する。そのため、オペレータは、ドッキング機構に直接アクセスするか又は専用のツールを用いる必要なしに、テストヘッドと周辺装置を容易に分離できるようになる。
【００３７】
この好適な実施例では、空気圧縮機（図示せず）が、電子駆動バルブのバンク（即ち、マニホルド）経由で、流体圧を第１、第２、第３誘導経路３１８、３２０、３６４に供給する。バルブは、それぞれ電子制御信号に応えて作動する。それぞれのバルブは、圧縮器からの加圧入力ポートと、排気入力ポートと、ホース経由で第１、第２、第３誘導経路の１つと連結される出力ポートを有している。バルブの１つに対して電子制御信号が提示されると、そのバルブは、加圧入力ポートと出力ポートとの間に空気を導き、加圧された空気を、ドッキング機構３００の対応する誘導経路へ供給する。電子制御信号の提示が止むか、電力が切れるかすると、バルブは、加圧入力ポートが遮断され、排気ポートが出力ポートと連結されるデフォルト状態を呈する。この状況では、大気圧が各誘導経路へ供給される。
【００３８】
ラッチバレル３５０は、ピストン３１０の第２部分３１０ｂに固定的に取り付けられているわけではない。そうではなく、ラッチバレル３５０は、自身の外周回りに伸張するショルダ３７０を有しており、ピストンの第２部分３１０ｂの開口部で内周回りに伸張するリップ３７２と緩く嵌合している。普通は、ラッチバレル３５０は、ラッチバレル３５０を上方向に押し上げるばね３５６の付勢力によって所定の位置に保持されている。しかし、ラッチの間には、レセプタクル１１２は、ラッチバレル３５０をピストンの第２部分３１０ｂに対して下方向に押し下げることができる。
【００３９】
ラッチピン３５２がラッチ（上部）位置にあれば、ラッチバレル３５０を、レセプタクル１１２内に挿入することができる。ラッチバレルをレセプタクル内に挿入する動作によって、レセプタクルは、ラッチバレル３５０をラッチピン３５２に対して下方向に押し付けることになる。ラッチ解除状態が一瞬に確立され、ラッチピン３５２の周りの玉軸受けが、ラッチピンの細い領域３７４の周りに内側方向に引っ込む。一旦レセプタクルが玉軸受けを通過すると、ラッチバレル３５０は上方向に跳ね上がり、レセプタクル１１２が適所にしっかりと保持されるラッチ状態が再確立される。
材料
ドッキング機構３００はテストヘッドの先に取り付けるのが望ましく、レセプタクルはプローバ又はハンドラのような周辺装置に取り付けるのが望ましい。テストヘッドの質量を比較的軽く保つため、ドッキング機構３００の室３１２は、アルミニウムのような軽くて強い材料で作るのが望ましい。ピストンは、強度と弾性が必要なので、ステンレス鋼であるのが望ましい。
【００４０】
ピストン３１０が室３１２内で上下に動く際に、ピストン３１０及び室３１２の壁が損傷を受けないようにするため、室３１２頂部の開口部に、真鍮の円筒形インサート３７６を配設するのが望ましい。真鍮のインサートは、室の上部３１０ａ内に圧入嵌合するのが望ましい。
【００４１】
３２６、３２８、３３０、３３２、３６６の各位置に装着されているＯリングは、ゴム製であるのが望ましい。気密シールを保証するため、Ｏリングには通常のＯリンググリスが塗布されている。
【００４２】
ばね３２６は、全圧縮時に約１０ｌｂｓの力を発生する簡単なコイルばねであるのが望ましい。ラッチピンに掛かる圧力が解除されたときにラッチ解除状態を確立するため、ばねの力は、位置３６６に装着されたＯリングによるシール抗力に打ち勝つ強さがなければならない。
ドッキング機構の構造
ドッキング機構３００の構造は、その構成要素を基本的に以下の３つの様式で配置できるようになっている。
・ピストン３１０は、室３１２内で上げるか、又は下げることができる。
・ラッチピン３５２は、ピストン３１０の第２部分３１０ｂ内で上げるか、又は下げることができる。
・ラッチバレル３５０は、ピストン３１０の第２部分３１０ｂ内で上げるか、又は下げることができる。
【００４３】
これら構成要素の中間位置（即ち、上と下との中間）を除くと、ドッキング機構３００には可能な構成が８つある。これらの内で、特に４つは、テストヘッドを周辺装置とドッキングさせる問題と関係している。これらの構造を、図５Ａ−５Ｄに示す。
【００４４】
図５Ａは、「ラッチ準備完了」状態のドッキング機構３００を示している。ピストン３１０は上がっており（引き下げられていない）、ラッチピン３５２は上がっており（ラッチされている）、ラッチバレル３５０は上がっている。この状態では、ドッキング機構３００は、まだレセプタクル内に挿入されていない。
【００４５】
図５Ｂは、「ラッチ途中」状態のドッキング機構３００を示している。この状態は、ラッチバレル３５０が下位置にあることを除けば、図５Ａのラッチ準備完了状態と同じである。ラッチ途中状態は、ラッチバレル３５０がレセプタクル内に挿入される瞬間に出現する。レセプタクル内のワッシャー（図示せず）がラッチバレル３５０内の玉軸受けを下方向に押して、ラッチバレルを押し下げ、ばね３５６を圧縮する。一旦ワッシャーが玉軸受けを通過すると、ラッチバレル３５０は跳ね戻る。次いで、図５Ａのラッチ準備完了の状態が再設定される。この時点で、レセプタクルは、ラッチバレル３５０の周りの玉軸受けの下にしっかりと保持される。
【００４６】
図５Ｃは、「引き下げられた」状態のドッキング機構造３００を示している。ドッキング機構３００は、既にレセプタクルにラッチされている。ピストン３１０は、下位置に動かされ、テストへッドと周辺装置を共に引っ張っている。ピストン３１０の力は、テストヘッドと周辺装置内のばね接点を押し付けるので、テスターが、テスト中のデバイスと電気的接続を構築できるようになる。ドッキング機構は、テストが完了するまでこの状態を維持する。
【００４７】
一旦テストが終了すると、ドッキング機構３００は、図５Ｄに示す「ラッチ解除」状態を呈する。ピストン３１０は、その上位置（引き下げされていない）に動かされ、ラッチピン３５２は、その下位置（ラッチ解除）に動かされる。ラッチ解除状態では、テストヘッドと周辺装置は、それらを引き離すことによって簡単に分離できる。
【００４８】
偶然に電力が切れると、ドッキング機構３００は、図５Ｄのラッチ解除状態を呈する。上記のように、電力が切れると、マニホルドから供給される圧力が大気圧まで低下する。テストヘッド及び周辺装置内のばね負荷接点は、テストヘッドを周辺装置から反発させる方向に働くので、ばね負荷接点は、ピストン３１０を上位置に戻すように働く。ラッチバレル３５０内で、ばね３５６は、ラッチピン３５２を下位置に押し、ドッキング機構３００はレセプタクルからラッチ解除される。
テストヘッドを周辺装置とドッキングさせるための順序
図６Ａ−６Ｃは、ドッキング機構３００を使ってテストヘッド６１０を周辺装置６１２とドッキングさせるための順序を示している。これらの図は、ドッキングに関わる全構成要素を網羅的に示しているわけではなく、正確な縮尺で描いているわけでもない。そうではなく、テストヘッドを周辺装置とドッキングさせる際の一般的な原理を示すために作った、非常に単純化した図面である。
【００４９】
図６Ａに示すように、テストヘッド６１０には、一対のドッキング機構３００と、一対の外側整列ブッシング６１４と、一対の先細ガイドポスト６１６と、一対のＤＩＢ（デバイスインターフェースボード）整列ピン６１８とが含まれている。テストヘッド６１０内のＤＩＢ（図示せず）から周辺装置６１２へ電気信号を伝えるため、プローブタワー６２０がテストヘッド６１０から伸張している。ばね負荷接点ピン６２２は、周辺装置６１２との電気的接続を確立するために、プローブタワー６２０から伸張している。
【００５０】
周辺装置６１２は一対の外側整列ピン６３０を含んでおり、テストヘッド６１０の外側整列ブッシング６１４と係合するように配置されている。レセプタクル６３２は、ドッキング機構３００から突き出しているラッチバレル３５０を受け入れるために、周辺装置６１２の外側に配置されている。ＤＩＢ整列ブラケット６３８内のＤＩＢ整列ブッシング６３４は、周辺装置６１２から伸張している内側整列ピン６３６を受け入れる。更に、ＤＩＢ整列ブッシング６３４は、テストヘッド６１０から突き出しているＤＩＢ整列ピン６１８も受け入れるようになっている。
【００５１】
テストヘッドと周辺装置を互いにドッキングさせるために最初に動かすときには、両者が完璧に整列している必要はない。一般的に、テストヘッド６１０は、機械制御によって、図６Ａに示すような周辺装置６１２に対する大まかな位置と方向にまで動かされる。一旦大まかな位置と方向が設定されると、オペレータはテストヘッド６１０を大まかに手動制御で動かし、テストヘッドと周辺装置をラッチさせる。
【００５２】
図６Ｂは、オペレーターがテストヘッド６１０と周辺装置６１２とをラッチした後の、両者の位置を示している。外側整列ピン６３０は外側整列ブッシング６１４と係合し、ＤＩＢ整列ピン６１８はＤＩＢ整列ブッシング６３４と係合し、ドッキング機構３００はレセプタクル６３２と係合している。ばね負荷接点６２２は、まだ圧縮されてないことに注目頂きたい。
【００５３】
両ドッキング機構３００が引き下げ状態（図５Ｃ参照）にまで同時駆動されると、一連のドッキング操作が完了する。ドッキング機構３００の引き下げ動作により、ばね負荷ピン６２２が押し付けられ、テストヘッド６１０と周辺装置６１２との間に電気的接続が形成される。そうすると、半導体デバイスの高速テストを開始することができる。
利点
以上の説明から、ドッキング機構３００を非常に低い高さで構築することができるので、テストヘッドの上面内に容易に填め込めることは明らかである。従って、ドッキング機構３００は、テストヘッド内の他の重要な装置にそれほど干渉することはない。好適にも、ドッキング機構３００は、テストヘッドの上面と面一になっており、テストヘッドのトップカバーより厚くない。
【００５４】
電力が切れたときに、ドッキング機構３００が自動的にラッチ解除されることも明らかである。従って、オペレーターは、専用のツールを使ってテストヘッドを周辺装置から手動で係合解除する必要はない。また、オペレーターは、電力が切れた後、ドッキング機構３００に物理的にアクセスする必要もない。
【００５５】
更なる利点として、流体圧をドッキング機構に伝えるホースは、ドッキング機構の状態に関係なく固定位置にある。ホースの位置が固定されているとホースの寿命が延びるので、ホースが製品の期待寿命の間にドッキング機構３００から係合解除されることになる公算が低減されると考えられる。
代替案
上記の好適な実施例及び変更例に、他の実施例及び変更案を付け加えることもできる。
【００５６】
例えば、上記説明では、ラッチピン３５２は、流体圧によって上方向に動かされ、ばね３５６によって下方向に付勢されている。代わりに、ソレノイドを使って、ラッチピン３５２を駆動し付勢してもよい。ソレノイドに電力が供給されると、ソレノイドはラッチピン３５２をラッチ位置に進める。ソレノイドへの電力供給が止まると、ソレノイドはラッチピン３５２をラッチ解除位置まで引っ込める。この方式では、電力供給が止まると、ソレノイドはラッチピンをラッチ解除位置まで引っ込めるので、ばね３５６は必要無い。ラッチピンを動かすのに必要な力は、比較的小さい。従って、ソレノイド及び関連電子制御回路は非常に小さくてもよいので、ドッキング機構３００の低い高さを損なうことはない。
【００５７】
付勢機構は、ばね３５６として説明されている。しかし、例えばエラストマー材料、永久磁石、又は電力供給停止後に力を掛け続ける別の機構等、他の付勢機構を用いてもよい。
【００５８】
上記説明では、ドッキング機構３００は、流体圧を利用してピストン３１０を室３１２内の上位置へ戻している。一般的には、ピストン３１０を下位置へ動かす（テストヘッド及び周辺装置内のばね負荷接点を押し付ける）ためには大きい力が必要だが、一般的にピストン３１０を上位置へ戻すのに必要な力は比較的小さい。従って、ピストン３１０をその上位置へ戻すために流体圧を掛ける代わりに、第２付勢機構を用いてピストン３１０に上向きの付勢力を掛けるようにしてもよい。第２付勢機構は、第１付勢機構と同じく、ばねでも、エラストマー材料でも、永久磁石でもよい。更に別の代替案として、ラッチバレル３５０に手で力を掛けて、ピストン３１０を上位置へ引っ張るだけでもよい。このようにすれば、流体圧と第２付勢機構を両方とも省くことができる。
【００５９】
便利で保守が容易なことから、ドッキング機構３００の可動部品に流体圧を掛けるのに好適な流体として、空気を記述してきた。別の流体、即ち、気体、液体のどちらでも、空気の代わりに用いることができる。液体は一般的に気体より高圧で使うことができるので、液状の流体を使用すれば、室３１２のサイズを小さくできるという利点が実際に生じる。従って、流体圧を供給するのに液体を用いると、ドッキング機構３００を更に小さくすることができる。
【００６０】
上記説明では、ドッキング機構３００の可動部品を駆動するために、正圧が掛けられている。しかし、設計に小規模な調整を施せば、負圧（真空）を用いることもでき、これは当業者には既知の通りである。
【００６１】
上記説明では、構成要素の連結部には、流体漏れを防ぐために、Ｏリングを、Ｏリンググリースと共に用いている。代わりに、グリスレスのＯリングを用いてもよい。更に、Ｏリングも省いて、ピストンと室の寸法を密な嵌合（研磨シール）状態にして、空気の漏れを受容可能なレベルに低減してもよい。Ｔ字型シール、リップシール及び他のエラストマーシールを用いてもよい。
【００６２】
上記説明では、ドッキング機構３００はテストヘッドに取り付けられ、レセプタクルは周辺装置に取り付けられている。代わりに、逆の配置にして、ドッキング機構３００を周辺装置に取り付け、レセプタクルをテストヘッドに取り付けてもよい。
【００６３】
これらの代替及び変更案等々は、本発明者の考慮済みのものであり、全て本発明の範囲内に収まるよう意図されている。従って、上記説明は例示を目的としたものであって、本発明は、特許請求の範囲に述べる精神及び範囲によってのみ制限されるものであると理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
先行技術による、レセプタクルに取り付けられている状態のドッキング機構の図である。
【図２】
図２Ａ−２Ｃは、図１のドッキング機構の異なるラッチ状態を示す断面図である。
【図３】
本発明に従って構成されたドッキング機構の断面図である。
【図４】
図３のドッキング機構の斜視図である。
【図５】
図５Ａ−５Ｄは、図３及び４のドッキング機構の一連のラッチ状態を示している。
【図６】
図６Ａ−６Ｃは、図３−５のドッキング機構を使って、テストヘッドを周辺装置とドッキングさせる一連の操作を示している。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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