CN1708693A

CN1708693A - 测试头定位装置

Info

Publication number: CN1708693A
Application number: CNA028297083A
Authority: CN
Inventors: 克里斯蒂安·米勒
Original assignee: InTest IP Corp
Current assignee: InTest Corp
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2022-10-02
Also published as: HK1086885A1; DE60220729T2; DE60220729D1; WO2004031782A1; JP4511354B2; EP1549961B1; ATE364844T1; EP1549961A1; AU2002368253A1; US20060156850A1; HK1078135A1; JP2006501464A; HK1078135B; CN100383534C

Abstract

本发明公开了一种定位用于测试电子元件的测试头的定位装置，所述定位装置包括：外气缸；与所述外气缸相连用于支撑所述测试头的支撑件。所述定位装置还包括布置在所述外气缸中的活塞，所述活塞和所述外气缸限定出位于所述外气缸中的流体腔。所述定位装置还包括压力调节器，用于维持所述流体腔内的压力，从而使所述测试头可以悬挂在基本失重状态，所述基本失重在竖直方向可调。所述定位装置还包括用于升高和降低所述外气缸的提升装置，所述提升装置包括与所述活塞相连的带螺纹驱动机构。所述定位装置还包括用于操作所述带螺纹驱动机构的驱动装置，以将所述测试头移动到预定位置。

Description

测试头定位装置

技术领域

本发明通常涉及用于测试电子元件的测试头的定位***，尤其是涉及为测试电子元件的测试头提供竖直顺应(compliant)运动的定位***。

背景技术

在电子元件如集成电路(IC)的自动测试中，通常使用包括“操纵装置”的***来处理待测试物件。所述操纵装置可以是小型装置处理机、晶片探头或其他操纵设备。所用操纵装置的类型可以根据测试进行时的制造和开发阶段的不同而不同。操纵装置依次将每个受测试装置(DUT)带到测试点，在此处，它与测试插座、探头卡等相连，进行电子测试。

电子测试本身通过大而精细的自动测试***来进行，其包括一个测试头。所述测试头常常通过电缆与主机相连，所述电缆携载着电能、信号和其他所需项如测试头冷却剂。测试头向DUT提供电能和测试信号。测试头与精密高速电子电路致密地封装在一起，以得到复杂装置的精确高速测试。这样测试头就很重，约为40-1000kg或更多。在很复杂的测试头中，电路学需要通过测试头抽出冷却剂，这对测试头重量、以及电缆的重量和弹性产生很大影响。

在测试时，测试头必须尽可能靠近操纵装置的测试点，以使信号的降级最小化。相应地，测试头可能需要与操纵装置接合。可使用测试头定位***来相对于操纵装置对测试头进行定位，该测试头定位***可以设计成便于灵活地将测试头接合到各种操纵装置中以及从其中分离测试头。测试头定位***也被称为测试头***或测试头操纵器。测试头定位***已在许多专利中公开，且其中某些专利将在下面予以描述。

所述接合通常是公知的，且在专利文献中已有记载。例如，美国专利4,589,815(Smith的)描述了一种早期的接合***，其原理一直在使用。另外，WIPO国际公开WO 02/25292 A2(Ny等人)和WO 01/64389 A2(Holt等人)中提供了更多的关于接合问题的讨论，且包括许多其他的参考文件。一些相关内容在下面的描述中进行了适当的总结。

通常需要随时将给定的测试头与不同的操纵装置进行接合。例如，可能会用某个特定小型装置处理机进行一段时间的测试，然后又需要换成另一小型装置处理机。在另一些情况下，可能需要在晶片探头和小型装置处理机间进行更换。在这些情况下，测试头要从原来的操纵装置上分离，并将该操纵装置移动到不碍事的地方。然后新的操纵装置再移入位，测试头再接合于其中。同样，也经常需要将测试头从操纵装置上分离以进行维修。这样，就需要很容易地将测试头接合到各种不同操纵装置上以及从其中分离下测试头。测试地点的位置和方位从一个操纵装置到下一个操纵装置各不相同。其可以水平朝上放置(DUT朝上)、水平朝下放置(DUT朝下)、竖直或以任意角度放置。这样，根据要接合的装置，测试头可以大体朝上、朝下、水平、或以任意角度移动。相应地，需要测试头定位***具有较宽的移动范围。例如，要求竖直移动范围约为1米或更多是并不罕见的。

测试头定位***是这样一种机械装置，其允许操作者将几百公斤或更重的自动测试设备测试头带到操纵装置处，并允许测试头接合到操纵装置中。因为半导体芯片已经且还在不断地变得越来越快越来越复杂，测试头的尺寸和重量也逐渐变大。更甚者，将测试头连接到自动测试设备电控柜的电缆的尺寸、重量、弹性也相应地增加。这些因素就需要测试头定位***具有更多的承载量和更大的移动范围。当测试头接合到操纵装置中时，几百或几千的精密电触头必须精确对准和匹配，以确保测试信号和电能可以在DUT和测试头之间传输。总之，设计出这样一种装置是很困难的，其能自由移动近几百公斤重的负载，且具有与几百或几千个独立精密电触头匹配所需要的精度。

正如前述WIPO公布中所详细讨论的那样，有两类接合法：驱动器驱动和操纵器驱动。驱动器驱动接合在815专利中有介绍，是到目前为止最广为接受且使用最多的一类，驱动器驱动接合要求有补充对准结构，如(但不限于)对准销或槽，分别连接到测试头和操纵装置上。还需要一种驱动机构，如(但不限于)杠杆驱动凸轮，其连接到测试头和操纵装置中的一个上，并与驱动结构相配合，如(但不限于)凸轮随动件，其连接到测试头和操纵装置中的另一个上。简言之，接合要求测试头首先被定位成处于离操纵装置最近处(例如，在约1cm范围内)且位于与测试点大约对准处。于是***就被称为处于“准备接合”位置。测试头移动到靠近其接合位置，直到驱动机构与驱动结构开始啮合。通常，设有粗对准结构以确保此动作可以精确进行，而不会损坏精密触头。该***现在被称为处于“准备启动”位置。现在可以操作驱动器，其进行进一步的接合动作，将测试头拉进与测试点完全电接触的“完全接合”状态。通常，设有精细对准结构，以确保触头在所需的公差范围内精确对准。驱动器产生出必要的力以克服***摩擦力和接触力。根据***不同，驱动器可以电动也可以手动。测试头从靠近“准备接合”的位置移动到“完全接合”的位置这一相对小的动作通常称为测试头位置的微调。

这样，很显然，操纵器必须在允许驱动器将测试头拉进“完全接合”位置的同时支撑住测试头的重量。在微调和接合启动的过程中，测试头的通常轨迹取决于操纵装置的测试点的方位。另外，在接合启动过程中，可以进行测试头的精细对准，要求在几个方向进行很小的动作。这样，在支撑着测试头重量的同时，测试头定位***要求允许测试头顺应地以基本失重的方式在几个自由度上自由移动。即，所需定位负载的力基本小于所需支撑负载的力。虽然所有六个自由度上的顺应移动是最优选的，但公知的是具有更少自由度的测试头定位***。另外，在测试过程中，操纵装置可以产生机构振动，其振动能量必须由***来吸收，因此，为了使振动不被精密电子触头以损坏的方式吸收，使用者通常要保持测试头在测试过程中处于顺应状态。

保持测试头在其整个移动范围内处于基本失重状态的测试头定位***是公知的，这种***允许操作者抓住测试头(或与它相连的手柄)并手动移动通过一段空间。在驱动器驱动接合中顺应移动是其中固有的。这样，为了接合，操纵者手动将测试头放入准备启动位置，然后操作驱动器。美国专利4,529,942(Smith)公开了一种测试头***，其提供了这种六个自由度的自由移动。为了实现它，配重在竖直方向上提供自由移动，旋转轴不位于水平面中且基本穿过测试头的重心，整个过程中使用低摩擦轴承。

美国专利4,589,815、4,705,447和5,149,029(全为Smith)公开了一种可替换的***，其使用增加的气缸和活塞代替配重来提供整个竖直移动范围内的基本失重移动。其描述了一种气动的可伸缩竖直柱，其中，可移动部分为气动活塞。在这种结构中，保持恒定的气动压力提供了与测试头和电缆的重量相平衡的平衡力。测试头通过适当的支撑结构连接到活塞上，随着测试头竖直移动，活塞相应地在气缸内移动。压缩空气或其他适当的流体注射到气缸中，且调节器控制其压力，使活塞上的压力保持与活塞所承载的负载的重量相对应。调节器在测试头负载移动时保持此恒定压力，因此提供了基本失重状态。***还布置成使气缸和活塞形成可伸缩竖直柱，其高度对应于测试头的高度。

在某些情况下，特别是测试头变得更大更重时，需要提供驱动单元，如电机、手动曲柄等来驱动测试头定位***中所选择的轴。通常驱动单元首先需要驱动竖直轴。在用于驱动器驱动接合中，驱动单元将驱动所述轴直到达到准备接合或准备启动位置。然后测试头可以相对于驱动单元顺应地移动以被接合。在如815专利(如上所述)中公开的可伸缩气动***中，这可以通过如汽车起重机中那样，控制气缸中的空气压力来实现。但是，很难有足够的控制。更实际的做法是WIPO国际公布号WO 00/41536(Holt等)中所公开的，其公开了一种以保持顺应性的方式给完全平衡的操纵器的竖直和其他轴增加驱动电机单元的技术。

另外，因为测试头已经越来越大而重，特别是随着竖直冲程增加，其定位***也相应地越来越大而高。这样，就需要可伸缩的竖直结构，以便于运输、移动通过门口、维修等。另外，因为测试头变得越来越重，越来越不需要使用配重(其有时候比所结合的测试头的重量还重)、其支撑结构、以及其所支撑的电缆。如815专利中所述的一种全气动***在冲程上受到限制，且如前所述，很难达到精确定位。美国专利5,931,048(Slocum等)公开了一种由电机和螺栓机构来驱动的可伸缩的测试头操纵器，没有使用配重，且螺栓机构支撑着负载。竖直顺应性由位于基座和可伸缩竖直柱间的气动机构来提供。这样，竖直顺应机构要求在柱下有可用空间，这可能限制了竖直行程和/或受限于整个顺应范围。弹簧等提供了其他轴上的顺应性。美国专利5,949,002(Alden)描述了与048专利中相同的操纵器，只是具有负载室，且布置有复杂的电子控制***以提供顺应性以及代替气动方案。据报告，这使***更适于不同的或变化的负载条件。

其他现有技术也有报导，WIPO公开WO 01/64389 A2(Holt等)公开了一种具有滚珠螺杆驱动的竖直轴的可伸缩操纵器，负载由被驱动的螺杆来支撑。提供有竖直顺应机构，其包括具有机械优点的装置(如滚珠螺杆)和具有其质量是负载一部分的配重。WIPO公开WO 02/25292 A2(Ny等)中公开的技术涉及力传感器、力产生器、复杂的控制，以在各种可能的从动轴中提供平衡和顺应性，以便于接合。

德国专利44 36 045 A1中也有相关的公开，其中，有一种提升装置，其具有由电机驱动的球芯轴(ball spindle shaft)，该提升装置可以在竖直方向移动承载有工件的滑架或其他装置。此处，滑架使用磁铁和气缸来操作。此技术还没有被应用于测试头定位***，且它似乎并没有提供顺应性。

需要一种改进的测试头定位***，其具有带顺应性的从动竖直轴，用于接合。为使维修和改动简单化以及成本最小化，其应该与负载室和与复杂控制***相组合的其他传感器无关。为了使整个重量最小化，不应该使用配重。竖直驱动件最好应该由电动控制，以平稳操作和适用于其他操作者推压按钮控制或计算机控制。顺应性指的是应该提供可接受的顺应移动范围，且可重复地调节以满足各种条件和应用范围。

发明内容

在本发明的一个示例性实施例中，提供一种定位用于测试电子元件的测试头的定位装置，所述定位装置包括：外气缸；与所述外气缸相连用于支撑所述测试头的支撑件。所述定位装置还包括布置在所述外气缸中的活塞，所述活塞和所述外气缸限定出位于所述外气缸中的流体腔。所述定位装置还包括压力调节器，用于维持所述流体腔内的压力，从而使所述测试头可以悬挂在基本失重位置，所述基本失重位置在竖直方向可调。所述定位装置还包括用于升高和降低所述外气缸的提升装置，所述提升装置包括与所述活塞相连的带螺纹驱动机构。所述定位装置还包括用于操作所述带螺纹驱动机构的驱动装置，以将所述测试头移动到预定位置。

在本发明的另一示例性实施例中，再提供一种定位用于测试电子元件的测试头的定位装置，所述定位装置包括：用于在竖直方向移动测试头的驱动机构，所述定位装置还包括与所述驱动机构相连的气动顺应连接机构，所述气动顺应连接机构将所述测试头支撑在基本失重状态下，且提供一个竖直方向上的测试头移动范围，所述气动顺应连接机构被定位在所述驱动机构上方且固定在其上，从而所述驱动机构在竖直方向移动所述测试头时移动所述气动顺应连接机构。

在本发明的又一示例性实施例中，提供一种定位用于测试电子元件的测试头的方法，所述方法包括以下步骤：提供进入与所述测试头相连的流体腔中的流体流。该方法还包括使用驱动机构在竖直方向将测试头机械移动到一个所需位置。该方法还包括通过维持位于所述测试头和驱动机构间的流体腔内的流体压力，将测试头流体地悬挂在基本失重状态。

附图说明

通过结合附图来阅读下面的详细描述，将可以更好地理解本发明。需要强调的是，按照通常的作法，附图中的各结构特征并不是成比例的。相反，各结构特征的尺寸被任意地进行了放大和缩小，以便于清楚说明，附图中包括以下图：

图1为根据本发明实施例的带有测试头的定位装置透视图；

图2为根据本发明实施例的带有接合在操纵装置10中的测试头的定位装置透视图；

图3为根据本发明实施例的定位装置中的两个气缸的正剖视图，其中包括有螺杆；

图4到图6为本发明实施例定位装置中外气缸相对于内气缸设在不同高度位置处的正剖视图；

图7为根据本发明实施例的压力调节装置的气动连接图；

图8为根据本发明实施例的定位装置一部分的透视图；

图9为本发明实施例的定位装置中的两个气缸和一个螺杆的截面的局部详细透视图；

图10为本发明实施例的定位装置中的两个气缸和一个螺杆的截面的局部透视图；

图11为用于支撑本发明实施例定位装置中的两个气缸和一个螺杆的基座透视图。

具体实施方式

图1和图2为定位装置1的透视图，其包括支撑着用于测试电子元件的测试头3的载臂装置2。

定位装置1包括停靠在底板上的基座框架4，竖直柱结构5从此底板处向上延伸。柱结构5可以通过滑架6在Y方向移动，载臂装置2可以在X方向相对于柱结构5移动。柱结构5包括底部管状内气缸7和顶部管状外气缸8，外气缸8放在内气缸7上，从而气缸7和8彼此可伸缩地啮合。通过调节外气缸8相对于内气缸7的高度，也可调节与外气缸8(和测试头3)相连的载臂装置2的高度，即，在Z方向调节。另外，载臂装置2可以在V方向绕水平轴旋转。测试头3可以在W方向绕水平轴以及在U方向绕竖直轴旋转。测试头3连接在载臂装置2的自由端处。使用这种布局，测试头3可以在各个方向上***纵，即，具有六个自由度。用于支撑与测试头3和/或定位装置1相连的电缆吊杆9也在图1和图2中示出。

图2同样示出了定位装置1，其包括用于支撑测试头3的载臂装置2。在图2中，测试头3接合到操纵装置10中。电子元件通过操纵装置10被引导到测试头3处，从而可以测试它们的电特性。同样地，也需要相对于操纵装置10对测试头3进行精确定位。

可以通过例如使用对准结构(如对中销和/或双头螺钉)来实现测试头3相对于操纵装置10的对准，该对准结构例如在测试头3的方向上从设在操纵装置10上的框架处延伸，并被引入到位于测试头3或与测试头3相连的框架上的各开口或槽中。

所述接合通常通过驱动测试头3在U、V、W、X、Y和/或Z向作尽可能精确的相应运动并进入紧邻操纵装置10的准备接合位置中来实现的。如果必要的话，可以手动进行微调以进入准备启动位置，直到接合驱动元件彼此啮合。然后可以用接合驱动器将测试头3拉进前述的完全接合位置。

在本文中，如以下详细所述，使用本发明的定位装置1，可以以非常简单和精确的方式进行测试头3的竖直微调对准，即，在Z方向上的微调调节。

图3中详细示出了竖直柱结构5，其包括内气缸7和外气缸8。外气缸8布置成可以在内气缸7上滑动，从而形成可伸缩对准结构。为了得到理想的滑动特性，在气缸7和8之间设有两个滑动套筒11和12。顶部滑动套筒11位于内气缸7顶端附近，而底部滑动套筒12位于外气缸8底端附近。

活塞13布置在外气缸8的顶端部分附近，从此处，中间提升杆14向下竖直延伸。提升杆14可在导向套筒15和16内纵向移动。顶部导向套筒15由水平保持腹板17来夹持，该腹板从外气缸8内周壁处向内径向延伸，并紧固在内周壁上定位。保持腹板和导向套筒15位于外气缸8的顶端区域附近，距气缸8顶端面18一定距离，其在如图3所示的实施例中对应于气缸8总长度的约11％。当然，这一距离也可以根据所需的活塞移动范围而变，例如可以是气缸8长度的5-20％。

底部套筒16设在内气缸7顶端面19的中间，因而提升杆14向下延伸到内气缸7中。另外，提升杆14的截面和导向套筒15、16的开口可以为方形，以防止提升杆14在柱结构5内转动。在提升杆14底端处相连且靠近内气缸7底端的是螺杆螺母20。

为了在竖直方向移动提升杆14(以及其活塞、外气缸8、载臂装置2和测试头3)，螺杆21设成向下延伸进内气缸7且与螺杆螺母20配合。提升杆14可以为中空形结构，从而螺杆21可以延伸进提升杆14中。螺杆21向下延伸穿过内气缸7的下端，且连接到驱动电机上(图3中未示出)。如图3所示，螺杆端部21a延伸到内气缸7下面。通过转动螺杆21(使用驱动电机)，螺杆螺母20和提升杆14一起沿着固定的螺杆21上下竖直移动。活塞13、提升杆14、螺杆螺母20和螺杆21为提升装置31的部件。

活塞13具有径向突出密封颈环22，其将活塞13相对于外气缸8内壁密封。于是，在活塞13和外气缸8的顶端面18之间限定出密封的流体容纳腔23。该流体容纳腔23通过位于顶端面18中的开口24连接到流体管线25上，从而流体(例如，压缩空气)可以被引入到流体容纳腔23中，以及从其中排出。

如果流体被引入流体容纳腔23中，活塞13仍保持静止，则外气缸8向上受压。图4-6示出了外气缸8相对于活塞13的三个不同位置。例如，图4示出了外气缸8相对于活塞13下降到最大程度的位置，从而活塞13推压在顶端面18上。图5示出了气缸8的升起位置。图6示出了气缸8相对于活塞13的最大升起位置。为了与这一过程相反而相对于活塞降低气缸8，要将流体从流体容纳腔23中释放出，从而气缸8在与气缸8相连的支撑臂装置2和测试头3的重量作用下相对于活塞13下降。

同样，在接合操作开始时，如果流体容纳腔23中的空气供给量不足，空气就会注入流体容纳腔23中，以补偿测试头3(及相关***元件)的重量，从而将测试头3悬挂在大体失重状态下。然后操作者可以将测试头3移动到活塞13移动范围的中间位置(例如，图5所示位置)，或者其他想要的位置。

如下面将更详细描述的，在将测试头3接合到操纵装置10的过程中，经常需要将测试头3保持在大体失重状态下，其可以无需过大的力来竖直调节，从而可以实现对测试头3的位置的微调。该大体失重状态可以被称为顺应状态，其中，测试头可以沿着竖直轴在某个移动范围内顺应地移动，无需过大的外力。例如，图5中外气缸8的位置表示测试头3处于顺应状态，其中气缸可以沿着竖直移动范围上下移动(朝图4和图6所示的位置)。

为了能够以简单方式进行测试头3竖直位置的微调调节，且无需过大的力，测试头3由定位装置1保持在悬挂状态的理想高度上，从而可以用相对较小的力来以精确方式在某个范围内调节高度。为此，提供有如图7所示的压力调节装置26。该压力调节装置26调节压力产生装置27和流体容纳腔23之间的流体流量和压力。为此，压力产生装置27连接到压力微调调节器28上，其以很精确的方式调节流体压力，从而可以保持特定的压力目标值。在流体管线25中压力下降的情况下，可以马上将流体引入到流体容纳腔23中，而在压力增加到目标值以上时，流体会马上从流体容纳腔23中排出。

如图7所示，由压力产生装置27供给的流体首先流经电磁控制的3/2通阀29，其被转换以在激活状态下流过。此3/2通阀29具有弹性回复件，从而在断电时，分配阀29被压回到一个位置，此位置处，从流体容纳腔23出来的回流被阻断。

与该3/2通阀29并联设置的是单通节流阀30，其也防止流体从流体容纳腔23中的回流，且除此之外，还可以允许测试头3稍微手动升高，以用于定位。在3/2通阀29和单通节流阀30的下游，两个支线合并为管线25，其通向外进入外气缸8的流体容纳腔23中。

如果为了对升高位置进行微调调节(当测试头3处于大体失重状态下时)而手动升高测试头3一定距离时，流体容纳腔23中的压力根据提升力而减少。压力调节装置26会识别出此压力的降低，而通过将额外的流体引入到流体容纳腔23中，增加流体压力，直到再次达到原始目标压力。随着测试头3的连续稍提升，外气缸8和测试头3可以连续向上移动，且只用很小的力，直到外气缸8到达图6所示的位置，其中，活塞13压靠着导向套筒15的保持腹板17。可替换地，如果在微调调节过程中测试头3被向下压(当测试头3处于大体失重状态下时)，流体容纳腔23中的压力增加，压力控制装置26识别出这一压力增加，而将流体从流体容纳腔23中排出，直到再次达到原始目标压力值。通过不断地、稍微向下的压力，测试头3可以以这种方式向下移动而无需施加过大的力，直到外气缸8达到图4所示的位置。

通过这种方式，可以为测试头3高度位置的容易而顺应的手动微调调节提供悬挂的或漂浮的***。

图8为定位装置1一部分的透视图，如上所述，外气缸8和内气缸7彼此可伸缩地配合，内气缸7安装在滑架6上，其他元件也可以安装在滑架6上，例如电源单元32和34、以及控制电子外壳33，如图8所示。图8还提供了容纳在滑架6下面的***元件的透视图。电机(在图8中不可见)安装在滑架6顶侧。如图8所示，电机轴36在滑架6下面延伸，电机轴36连接到电机带轮38上。

螺杆21连接到编码器驱动带轮44，螺杆带轮42可刚性地固定到螺杆21上，或可选地可以通过编码器驱动带轮44连接到螺杆上(例如，包括有螺杆带轮42和编码器驱动带轮44的带台阶的带轮)。螺杆带轮42通过驱动带40连接到电机带轮38上。这样，当电机轴36旋转时，电机带轮38也旋转，从而驱动驱动带40，驱动带40使螺杆带轮42旋转，从而操作螺杆21。同样，通过在任一方向操作电机，螺杆21可以***作，以便如上所述升高或降低活塞13，从而升高或降低测试头3。

编码器驱动带轮44通过定时带46连接到编码器带轮48上，同样，当编码器驱动带轮44旋转时，编码器带轮48也旋转。编码器50可以从编码器带轮48中取回数据，例如，定时数据、转数等。此数据可以转换成与螺杆21和测试头定位***的操作相关的信息(例如测试头3的竖直位置)。同样，编码器50可以将反馈数据提供给计算机或控制***。虽然本发明实施例中的传感器为编码器，但也可以使用任何类型的传感器，例如，传统的位置传感器(例如，string pot)。

图9为气缸7和8剖面的局部放大图。提升装置31的各元件在图9中也至少部分可见，包括螺杆21和螺杆螺母20。位于引导螺母20下面的是止挡件51，止挡件51可以优选地用于防止滚珠螺杆螺母20在预定位置下的机械移动。螺杆21包括台肩21b，台肩21b由轴承53来轴颈支撑。

电机52在图9中所示为安装于滑架6上。在滑架6下表面的下面，电机轴36从电机52处延伸。编码器50、编码器带轮48、定时带46、编码器驱动带轮44、螺杆带轮42、驱动带40、以及电机带轮38在图9中都以剖面被示出。如图9所示，螺杆端部21a连接到编码器驱动带轮44上。

图10为定位***的局部剖视图，其包括气缸7、8，以及提升装置31。如前所述，提升装置31包括螺杆21和螺杆螺母20。电机52也被示出安装在滑架6上，具有在滑架6下表面下面延伸的电机轴36。如图9所示，编码器50、编码器带轮48、定时带46、编码器驱动带轮44、螺杆带轮42、驱动带40、以及电机带轮38在图10中都以剖面被示出。

图11为滑架6上部的透视图。气缸7和8彼此伸缩地配合，且安装在滑架6上。电机52也示出被安装在滑架6上。另外，电源单元54和56也被示出位于电机52的两侧。

同样，本发明提供一种定位装置1，其允许测试头3以简单、安全、有效的方式接合到操纵装置10中。

如前所述，在一个实施例中，本发明提供一种定位装置，其包括内气缸7，内气缸与外气缸8彼此可伸缩地配合。提升装置31包括布置在外气缸8内的活塞13，外气缸8可相对于活塞13移动。流体容纳腔23中的压力可以被调节成使外气缸8与载臂装置2和测试头3一起处于悬挂位置，该位置相对于活塞13的高度可调。

通过定位装置1的操作，测试头3被保持在悬挂状态或漂浮状态下的某个高度。在此实施例中，测试头3的高度位置在没有外力施加于测试头3或载臂装置2上的时候被保持住。但是，如果操作者或接合驱动器试图在接合时向上或向下移动测试头3，以将其处于需要的位置时，测试头3就移动到需要的竖直位置，而基本无需施加力。测试头3和载臂装置2的重量由流体容纳腔中所容纳的流体来承载和补偿。

例如，如果操作者想要稍提升测试头3，流体容纳腔23中的压力就下降一个与手动提升力相应的量。压力调节装置26识别出此力，并相应地增加流体容纳腔23中的压力，从而再次得到所设定的目标压力值。另一方面，如果测试头3下降，操作者使用相对较小的外力向下拉或推测试头3时，流体容纳腔23中的压力就增加。压力调节装置26识别出该压力增加，并将流体从流体容纳腔23中排出，以再次得到原始的设定目标压力值。这样就降低了测试头3。因此要手动施加的力表示一个控制信号，其使压力调节装置26将流体增加到流体容纳腔23中，或从其中排出，以再现设定的目标压力值。通过这种方式，测试头3可以处于接合过程所需的精确的竖直位置，无需施加力，且以非常精确的方式进行。

在本发明的实施例中，提升装置31包括提升杆14，其可使用螺杆21(与螺杆螺母20相连)来竖直调节，同样，活塞13的高度也可调。螺杆21可以是这样的一类螺杆，其可以以简单而节省空间的方式实施，例如，螺杆21可以布置成被定位从而被保护在气缸7和8的组合体中。可替换地，取代此类螺杆的是，其他提升装置也可以用于粗略设定高度位置，例如，剪式连杆机构、液压驱动件或任何类型的提升机构。

在本发明的一个实施例中，提升装置31包括一个中空提升杆14，其可通过螺杆21(与螺杆螺母20相连)来调节高度，此处，螺杆21中央地布置在内气缸7内，螺杆21可以至少部分地***到中空提升杆14中，这样一种实施例可以以简单而节省空间的方式来实施。

在本发明的一个实施例中，流体容纳腔23由外气缸8的顶端面18在顶部以及由活塞13在底部限定出。这意味着流体容纳腔23位于外气缸8的顶端，且活塞13相对于外气缸8的内周壁密封。

在本发明的一个实施例中，压力调节装置26包括一个压力微调调节器28，用于维持引入流体容纳腔23中的流体管线中的恒定压力。在此流体管线中，设有3/2通阀29和与该3/2通阀并联相连的单通节流阀30。通过这种方式，在断电时，可防止测试头3的不希望的降低。另外，在断电过程中，测试头3还可以以简单的方式，在手动移动的某个范围内被升高，以允许接合或分离测试头3。

如上所述，提升装置31可以用于提供测试头3相对于操纵装置10的粗略定位。例如，提升装置31可以用于驱动测试头3到一个准备接合或准备启动的位置，这两个位置在前面都有描述。另外，由气动设备所提供的移动顺应范围可以用于提供一个测试头3相对于操纵装置10精确对准的移动范围，其中测试头3处于基本失重状态。

虽然已描述了本发明的各个实施例，其中，用螺杆来作为驱动机构，但驱动机构也可以是能驱动外气缸和测试头的任何类型的机构。例如，驱动机构可以为带螺纹的驱动机构(例如，螺杆或滚珠螺杆)、气动驱动机构、或任何其他类型的可用于驱动竖直负载的驱动机构。

已就竖直轴描述了本发明的各实施例，例如，已经描述了驱动机构用于在竖直方向移动测试头，另外，此处所述的气动顺应连接机构提供了竖直方向的顺应性。但是，应该意识到，这些特征也可以应用于测试头的其他运动轴上。例如，驱动机构可以在任何方向驱动测试头而不仅是竖直方向(例如，45度角方向、水平方向等)，且顺应机构可以提供任何方向的顺应性而不仅是竖直方向。另外，此处所描述的术语“失重”指的是测试头相对于任何施加到测试头上的外力而不仅仅是重力(例如，电缆力、接合力等)而言的失重。

尽管参照某些特定实施例在此进行了说明和描述，但本发明不应限定于所示出的细节，而是在不偏离本发明精神的前提下在权利要求的等效范围内可以作各种细节上的修改。

Claims

1.一种定位用于测试电子元件的测试头的定位装置，所述定位装置包括：

外气缸；

与所述外气缸相连且用于支撑所述测试头的支撑件；

布置在所述外气缸中的活塞，所述活塞和所述外气缸限定出位于所述外气缸中的流体腔；

压力调节器，用于维持所述流体腔内的压力，从而使所述测试头可以悬挂在基本失重位置，所述位置在竖直方向可调；

用于升高和降低所述外气缸的提升装置，所述提升装置包括与所述活塞相连的驱动机构；以及

用于操作所述驱动机构的驱动装置，以将所述测试头移动到预定位置。

2.根据权利要求1所述的定位装置，其中，所述驱动机构为带螺纹的驱动机构。

3.根据权利要求2所述的定位装置，其中，所述驱动机构为螺杆机构。

4.根据权利要求1所述的定位装置，其中，所述流体腔位于所述驱动机构上方，从而当所述驱动机构在竖直方向驱动所述流体腔时，所述测试头也在竖直方向被驱动。

5.根据权利要求1所述的定位装置，还包括：

用于检测测试头竖直位置的位置传感器。

6.一种定位用于测试电子元件的测试头的定位装置，所述定位装置包括：

用于在竖直方向移动测试头的驱动机构；以及

与所述驱动机构相连的气动顺应连接机构，所述气动顺应连接机构将所述测试头支撑在基本失重状态，且提供一个竖直方向上的测试头移动范围，所述气动顺应连接机构被定位在所述驱动机构上方且固定在其上，从而所述驱动机构在竖直方向移动所述测试头时移动所述气动顺应连接机构。

7.根据权利要求6所述的定位装置，其中，所述驱动机构带有螺纹。

8.根据权利要求6所述的定位装置，其中，所述气动顺应连接机构包括流体腔和用于维持流体腔内压力的压力调节器，从而测试头可以悬挂在基本失重状态下。

9.一种定位用于测试电子元件的测试头的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)提供进入与所述测试头相连的流体腔中的流体流；

(b)在步骤(a)之后，使用驱动机构在竖直方向将测试头机械移动到一个所需位置；以及

(c)通过维持位于所述测试头和驱动机构间的流体腔内的流体压力，将测试头流体地悬挂在基本失重状态。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

用固定到驱动机构上的活塞对流体腔进行扩张和压缩。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

施加外力，以调节测试头的所需位置。

12.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

使空气流流入到流体腔中，从而保持测试头的基本失重状态。

13.根据权利要求9所述的方法，还包括步骤：

使空气流从流体腔中流出，从而保持测试头的基本失重状态。

14.一种用于测试电子元件的电子测试***的测试头的定位装置，所述定位装置包括：

内气缸；

外气缸，其放在所述内气缸上面，从而可以在纵向上滑动；

承载测试头且连接到外气缸上的载臂装置；

用于升高和降低外气缸的提升装置；

设在所述外气缸内的流体容纳腔；以及

压力产生装置，其通过流体管线连接到流体容纳腔，且设计成可产生与测试头和支撑臂装置的重量相反向的流体压力，其中

提升装置包括一个布置在外气缸中的活塞，所述外气缸可以相对于活塞滑动，且流体容纳腔中的压力可以通过一个压力调节装置调节成使外气缸、支撑臂装置和测试头一起处于悬挂位置，该位置的高度可以相对于活塞进行调节。

15.根据权利要求14所述的定位装置，其中，所述提升装置包括提升杆，其可以通过带螺纹的驱动机构在高度上进行调节，且将活塞承载在提升杆的顶端处。

16.根据权利要求14或15所述的定位装置，其中，所述提升装置包括一个中空提升杆，其可以通过带螺纹的驱动机构在高度上进行调节，所述带螺纹的驱动装置具有中央地布置在所述内气缸内的带螺纹的驱动件，该驱动件被引入到中空的提升杆中。

17.根据权利要求14-16中任一项所述的定位装置，其中，所述流体容纳腔由外气缸的顶端面在项部以及由活塞在底部限定。

18.根据权利要求14-17中任一项所述的定位装置，其中，所述压力调节装置包括压力调节器，其用于维持引入流体容纳腔中的流体管线中的恒定压力，且在流体管线中，设有3/2通阀和一个单通节流阀，这些阀彼此并联。