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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet
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Diese
Offenbarung betrifft im Allgemeinen Einrichtungen, die zum Testen
von elektronischen Baugruppen, wie zum Beispiel integrierten Schaltungen,
verwendet werden, und insbesondere ein Gerät zum Ankoppeln von elektronischen
Baugruppen und Testeinrichtungen.
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Stand der Technik
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Integrierte
Schaltungs-(IC – Integrated
Circuit) Baugruppen (zu testende Vorrichtungen) sind typischerweise
lösbar
in Sockeln aufgenommen, welche wiederum auf einem Schaltungssubstrat
aufgenommen sind, das üblicherweise
als Platte für
zu testende Vorrichtungen oder DUT-Platte (DUT – Device Under Test) bezeichnet
wird. Die Sockel haben einzelne Kontakte zum elektrischen Verbinden
jedes Anschlusses einer zu testenden Vorrichtung an einen einzelnen
Schaltungsweg auf der DUT-Platte. Die DUT-Platte ist wiederum elektrisch
verbunden mit computergesteuerten Testeinrichtungen. Diese Anordnung
erleichtert das Testen durch Vorsehen einer Oberseiten-Bestückung und – Entladung
und ist fertig angepasst zur Verwendung mit verschiedenen ICs; sie
hat jedoch gewisse Einschränkungen.
Eine dieser Einschränkungen
bezieht sich auf die Höhe, welche
für die
Ankopplungseinrichtung, d.h. die Sockel, erforderlich ist. Der Abstand
zwischen den Anschlüssen
der zu testenden Vorrichtung und der Anordnung der Verbindung mit
den entsprechenden Schaltungswegen auf der DUT-Platte ist ein wichtiger Parameter,
welcher die Genauigkeit des hierdurch geleiteten elektrischen Signals
maximiert. Die Genauigkeit des elektrischen Signals wird dadurch
beeinträchtigt,
dass der Abstand eine größtenteils
unkontrollierte Impedanz und ein hohes Rauschen hat.
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Das
auf Kocher lautende
US-Patent
Nr. 6,512,389 offenbart ein Gerät zum Durchleiten von Testsignalen
zwischen einer Mutterplatte und einer Tochterplatte, bei welchem
Federmessfühler
in Löchern
in der Mutterplatte positioniert sind.
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US-A-5 641 315 offenbart
eine teleskopierbare Federsonde mit einem Zylinder mit einem hohlen
zylindrischen Körper
mit einem Durchgang, welcher sich von dem geschlossenen Zylinderende
zu dem offenen Zylinderende erstreckt.
US-A-5 727 954 offenbart
einen Verbinder mit relativ zueinander bewegbaren unteren und oberen
Anschlüssen.
US-A-5 877 554 offenbart
einen Buchsenanschluss, welcher zum Verbinden der entsprechenden
Kontaktbereiche einer Leiterplatte ausgebildet ist.
US-A-5 151 040 beschreibt
einen Verbinder für
wiederholte Verbindungen zu integrierten Leitergitteranordnungseinrichtungen.
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Es
besteht ein Bedarf nach verbesserten Methoden und Einrichtungen
zur Verbesserung der Genauigkeit von elektrischen Signalen, die
von Testeinrichtungen zu zu testenden Vorrichtungen geleitet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Gerät zum Ankoppeln von elektronischen
Baugruppen und Testeinrichtungen für die Baugruppen. Das Gerät weist
eine Leiterplatte mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Oberflächen auf.
Eine Mehrzahl von Durchgängen
kann in der Leiterplatte in einem vorbestimmten Muster ausgebildet
sein, wobei jeder Durchgang obere und untere Enden und einen Innendurchmesser
aufweist. Das Gerät
weist außerdem
einen Testsockel auf, welcher die erste Oberfläche der Leiterplatte bedeckt,
wobei der Testsockel eine erste Platte und eine zweite Platte, welche
die erste Platte bedeckt, aufweist. Sowohl die erste als auch die
zweite Platte weisen eine Mehrzahl von Löchern entsprechend den Durchgängen in
der Leiterplatte auf. Das Gerät
weist außerdem
ein leitendes Hülsenelement
auf, welches in jedem Durchgang angeordnet ist. Das Hülsenelement
hat ein oberes und ein unteres Ende. Weiterhin weist das Gerät ein Spannelement
auf. Das Gerät
weist außerdem
einen Kolben mit einem sich nach außen erstreckenden ringförmigen Flansch
auf. Der Kolben weist weiterhin einen ersten Gestängebereich,
welcher sich aufwärts von
dem Flansch erstreckt, und einen zweiten Gestängebereich, welcher abwärts von
dem Flansch herabhängt,
auf. Der erste Gestängebereich
weist eine obere Oberfläche
auf, die einen ausgewählten Kontaktbereich
definiert, und kann mindestens teilweise in dem leitenden Hülsenelement
aufgenommen sein. Der Flansch kann in den Löchern der zweiten Platte aufgenommen
sein. Der obere Gestängebereich
kann mindestens teilweise in den Löchern der ersten Platte aufgenommen
sein. Wenn sich das Gerät
in einer Betriebsposition befindet, ist der Kolben durch das Spannelement
aufwärts
gedrängt,
um einen elektrischen Kontakt mit einem Baugruppenanschluss herzustellen.
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In
einer Ausführungsform
weist der Kolben einen zylindrischen Körper auf, und der ringförmige Flansch
erstreckt sich radial von dem Körper.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Spannelement gegen ein unteres Ende des leitenden Hülsenelements
gesetzt, wobei das Spannelement einen äußeren Durchmesser hat, der
kleiner ist als ein innerer Durchmesser des leitenden Hülsenelements,
und bewegbar in dem leitenden Hülsenelement
ist und wobei der zweite Gestängebereich
gegen das Spannelement anliegt. In einer weiteren Ausführungsform
kann ein Spannelement um den zweiten Gestängebereich angeordnet und gegen
die obere Oberfläche
der Leiterplatte und die untere Oberfläche des ringförmigen Flansches
gesetzt sein.
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Die
vorgenannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Offenbarung
werden durch die folgende präzisere
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
deutlich, wie sie in den beiliegenden Zeichnungen, in welche gleiche Bezugszeichen
sich auf die gleichen Teile in allen verschiedenen Ansichten beziehen,
gezeigt sind. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu,
stattdessen ist die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung
hervorgehoben. Die Prinzipien und Merkmale dieser Offenbarung können in
verschiedenen und vielzähligen
Ausführungsformen
angewendet werden, ohne von dem Umfang der Offenbarung, wie sie
in den beiliegenden Ansprüchen
definiert ist, abzuweichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Zeichnungen sind dahingehend zu verstehen, dass sie sie nur zum
Zweck der Veranschaulichung vorgesehen sind und nicht die Grenzen
der Offenbarung definieren sollen. Die vorgenannten und weiteren
Ziele und Vorteile der Ausführungsformen, welche
hierin beschrieben sind, werden mit Bezug auf die folgende detaillierte
Beschreibung deutlich, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
genommen wird, in welchen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines IC-Aufnahmesockels in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Offenbarung, welcher auf einer DUT-Platte angeordnet
ist, und die in den Löchern des
Testsockels angeordneten Kontaktkolbenanordnungen und die Durchgänge der
DUT-Platte zeigt, ist;
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2 eine
Explosionsansicht eines IC-Aufnahmesockels und der DUT-Platte aus 1 ist;
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3 eine
Querschnittsansicht des IC-Aufnahmesockels und der DUT-Platte aus den 1–2 ist,
wobei die IC-Anordnung leicht von dem Sockel angehoben ist und die
Kontaktkolbenanordnungen, welche sich durch die Löcher des
Testsockels und die Durchgänge
der DUT-Platte erstrecken, zeigt;
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4 eine
Querschnittsansicht eines einzelnen IC-Aufnahmesockels der in 3 gezeigten DUT-Platte
ist;
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5 eine
vergrößerte Querschnittsansicht einer
einzelnen in 3 gezeigten Kontaktkolbenanordnung
ist;
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6 eine
Explosionsansicht der in 5 gezeigten Kontaktkolbenanordnung
ist;
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7 eine
Querschnittsansicht eines einzelnen in 4 gezeigten
IC-Aufnahmesockels
mit einer hierin angeordneten Kontaktkolbenanordnung ist;
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8 ein
vergrößerter ausgeschnittener
Bereich des IC-Aufnahmesockels und der DUT-Platte, welche in 1 gezeigt
sind, mit mehreren Kontaktpositionen in verschiedenen Phasen der
Zusammensetzung ist;
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9 eine
Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines IC-Aufnahmesockels
und einer DUT-Platte nach der vorliegenden Ausführungsform, gezeigt mit einer
PGAIC-Baugruppe, welche etwas von dem Sockel entfernt ist;
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10 eine
vergrößerte Querschnittsansicht des
in 9 gezeigten IC-Aufnahmesockels
und der gezeigten DUT-Platte ist;
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11 eine
Querschnittsansicht des in 9–10 gezeigten
IC-Aufnahmesockels
und der DUT-Platte ist, gezeigt mit der IC-Baugruppe in einer vollständig zusammengesetzten
Position;
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12 eine
vergrößerte Querschnittsansicht des
in 11 gezeigten IC-Aufnahmesockels und der DUT-Platte ist;
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13 eine
vergrößerte Querschnittsansicht einer
einzelnen in 9-12 gezeigten
Kontaktkolbenanordnung ist;
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14 eine
Explosionsansicht der in 13 gezeigten
Kontaktkolbenanordnung ist;
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15 ein
vergrößerter ausgeschnittener Bereich
des IC-Aufnahmesockels und der in 9 gezeigten
DUT-Platte ist, mit mehreren Kontaktpositionen in verschiedenen
Phasen der Zusammensetzung;
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16 eine
vergrößerte ausgeschnittene Querschnittsansicht
eines Bereichs einer alternativen Ausführungsform eines IC-Aufnahmesockels und
einer Kontaktkolbenanordnung, ausgeführt in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Offenbarung, die eine BGAIC-Baugruppe zeigt, die etwas über dem
Sockel angeordnet ist;
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17–24 Querschnittsansichten
von alternativen Ausführungsformen
von Testgeräten
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Offenbarung sind, in denen ein Spannelement
extern zu der DUT-Platte ist; und
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25–29 Querschnittsansichten
von weiteren alternativen Ausführungsformen
eines Testgeräts
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Offenbarung sind, bei denen ebenfalls ein Spannelement
extern zu der DUT-Platte ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Gerät zur Maximierung der Genauigkeit
eines von dem Testgerät
zu einer IC-Baugruppe oder einer zu testenden Vorrichtung (DUT – Device
Under Test) geleiteten elektrischen Testsignals durch Verringerung des
Abstandes zwischen dem Testgerät
und den Anschlüssen
der DUT. Das Gerät
weist einen Testsockel zum Halten der DUT auf, welcher auf eine
Leiterplatte („DUT-Platte") in bekannter Weise
montiert ist. Die DUT-Platte beinhaltet eine Mehrzahl von Löchern, in denen
Kontaktsensoranordnungen aufgenommen sind und deren Form zwischen
dem Testgerät
und der DUT vermittelt.
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1–8 zeigen
in ihrer Gesamtheit eine Ausführungsform
eines Geräts 10 gemäß der vorliegenden
Offenbarung. Wie in 1–3 gezeigt, weist
das Gerät 10 einen
Testsockel 12 auf, der auf einer DUT-Platte 14 in
bekannter Weise montiert ist. Eine elektronische oder IC-Baugruppe
(im Folgenden als Baugruppe bezeichnet) 16, die in den
vorliegenden Ausführungsformen
eine eine DUT tragende PGA-Baugruppe ist, ist in dem Testsockel 12 in
einer bekannten Weise eingerichtet. Die Baugruppe 16 weist
eine vorbestimmte Anordnung von Kontaktstiften 17, welche
der DUT entsprechen, auf. Die DUT-Platte 14 weist gegenüberliegende
obere und untere Oberflächen 14a,
b und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (bezeichnet als Durchgänge) 18 auf,
die in einer vorbestimmten Anordnung entsprechend der Anordnung
der Kontaktstifte der DUT an geordnet sind und sich von der oberen
Oberfläche 14a zu
der unteren Oberfläche 14b erstrecken.
Die Durchgänge 18 sind
im Allgemeinen überzogen
mit einem elektrisch leitenden Material, wie zum Beispiel Lötzinn.
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Der
Testsockel 12 weist obere und untere Platten 12a,
b auf, wobei jede eine entsprechende Anordnung von Löcher 13, 15 aufweist,
die sich vollständig
durch jede Platte 12a, b erstrecken und in einer vorbestimmten
Anordnung entsprechend der Anordnung der Kontaktstifte 17 der
Baugruppe 16 angeordnet sind.
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4 zeigt
einen einzelnen Durchgang 18 mit einem oberen und unteren
Ende 18a, b. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich jeder Durchgang 18 durch
die DUT-Platte 14 von
einer oberen Oberfläche 14a zu
einer unteren Oberfläche 14b.
In der vorliegenden Ausführungsform
weist jeder Durchgang 18 eine Schulter 18s an
jeder der oberen und unteren Enden 18a, b auf. Die Durchgänge 18 können einen
konstanten inneren Durchmesser oder einen variierenden haben, so
wie in der vorliegenden Ausführungsform,
in der jeder Durchgang 18 einen inneren Durchmesser d1 an jedem Ende 18a, b hat, der
größer ist
als ein innerer Durchmesser d2.
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5–6 zeigen
detaillierter die Kontaktkolbenanordnung 20. Jede Kontaktkolbenanordnung 20 weist
ein Hülsenelement 22,
ein Spannelement 24 und einen Kolben 26 auf. Das
Spannelement 24 kann zum Beispiel eine Kontaktkraftschraubenfeder
sein, die in der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt ist. Das
Spannelement 24 kann aus jeglichem geeigneten elektrisch
leitenden Material gebildet sein, wie zum Beispiel vergoldetem,
gehärteten
Beryllium, Kupfer oder Stahl. In der vorliegenden Ausführungsform
weist das Hülsenelement 22 obere
und untere Hülsenelementabschnitte 28, 30 und
ein Axialloch 33 auf, das sich hierdurch erstreckt. Der
obere Hülsenelementabschnitt 28 hat
obere und untere Enden 28u, l und der untere Hülsenelementabschnitt 30 hat
obere und untere Enden 30u, l. Das Hülsenelement 22 hat
in einer zusammengebauten Konfiguration vorzugsweise einen äußeren Durchmesser,
der im Wesentlichen dem inneren Durchmesser der Durchgänge 18 entspricht,
um eine Presspassung zwischen diesen zu bilden. Entsprechend der
vorliegenden Offenbarung kann das Hülsenelement 22 ein
oder mehrere Teile sein und kann dieses unten offen oder geschlossen
sein.
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Der
obere Hülsenelementabschnitt 28 hat
einen kleineren axialen Längenbereich 28c an
dem oberen Ende 28u mit einem ersten äußeren Durchmesser d3, welcher ausgewählt ist, um eine Presspassung
mit den Durchgängen 18 der
DUT-Platte 14 zu bilden, und einen zweiten größeren axialen
Längenbereich 28d,
welcher durch eine Schulter 28z begrenzt ist, und einen
zweiten äußeren Durchmesser d4 hat, der kleiner ist als der Durchmesser
d3. Das obere Ende 28u des oberen
Hülsenelementabschnitts 28 ist
offen, wohingegen in der vorliegenden Ausführungsform das untere Ende 28l des
oberen Hülsenelementabschnitts 28 verengt
oder geschlossen ist, wodurch ein interner Federsitz 28s gebildet ist.
Das obere Ende 28u des oberen Hülsenelementabschnitts 28 weist
einen sich radial nach außen
erstreckenden Flansch 28f auf.
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Der
untere Hülsenelementabschnitt 30 hat ebenfalls
einen kleineren axialen Längenbereich 30c am
unteren Ende 30l mit einem ersten Durchmesser d5, welcher ausgewählt ist, um eine Presspassung zwischen
den Durchgängen 18 der
DUT-Platte 14 zu bilden, und einen zweiten größeren axialen
Längenbereich 30d mit
einem zweiten Durchmesser d6, welcher kleiner
ist als der Durchmesser d5. Das untere Ende 30b des
unteren Hülsenelementabschnitts 30 weist
einen sich radial nach außen
erstreckenden Flansch 30f auf.
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Die
Flansche 28f, 30f können integral mit den Hülsenelementabschnitten 28, 30 geformt
sein oder können
ein separates Teil sein, welches an den oberen und unteren Oberflächen 14a,
b der DUT-Platte 14 aufgenommen ist und elektrisch mit dem
Hülsenelement 22 verbunden
ist. Vorzugsweise sind das Hülsenelement 22 oder
die Hülsenelementabschnitte 28, 30 aus
einem geeigneten, elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise
einer Kupferlegierung, vorzugsweise vergoldet, gebildet.
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Weiterhin
mit Bezug auf die 5–6 hat der
Kolben 26 eine allgemein längliche, zylindrische Form
und weist einen Körper 32 und
erste und zweite Gestängebereiche 34, 36 auf,
welche sich von entgegengesetzten Enden des Körpers 32 entlang einer Längsachse „A" des Kolbens 26 erstrecken.
Der erste Gestängebereich 34 hat
einen Durchmesser, der größer als
der Durchmesser des zweiten Gestängebereichs 36 ist,
und weist eine ausgewählte
Kontaktgestaltung 38 an seinem oberen Ende auf. In der
vorliegenden Ausführungsform
ist die ausgewählte
Kontaktgestaltung 38 eine Vierzackkrone, jedoch sollte verständlich sein,
dass jegliche Kontaktgestaltung verwendet werden kann. Der äußere Durchmesser des
ersten Gestängebereichs 34 ist
ausge wählt,
um etwas kleiner als der des Körpers 32 zu
sein, aus einem Grund, der weiter unten diskutiert wird. Der zweite
längliche
Gestängebereich 36 hängt von
dem Körper 32 herab
und ist von einer Größe, um nah
und verschiebbar in dem Loch 33 des Hülsenelementes 22 im
Bereich der Region des Abschnitts 28d aufgenommen zu sein.
Der Körper 32 hat
vorzugsweise einen sich umfangseitig erstreckenden Ringbereich 32r,
welcher sich angrenzend an den zweiten Gestängebereich 36 radial
nach außen
erstreckt.
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7 zeigt
eine Kontaktkolbenanordnung 20, welche sich in einem Durchgang 18 einer DUT-Platte 14 mit
dem Anschluss 17, der die Kontakte 38 des Kolbens 26 kontaktiert,
angeordnet ist.
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8 zeigt
verschiedene Phasen einer Zusammensetzung für das Gerät 10. Wie in POS 1
gezeigt, kann das untere Hülsenelement 30 manuell oder
automatisch in die unteren Enden 28b der entsprechenden
Durchgänge 18 eingedrückt werden, bis
der Flansch 30f an die untere Oberfläche 14b der DUT-Platte 14 anliegt,
oder gegen diese gedrückt
ist. Das untere Hülsenelement 30 bildet
eine Presspassung mit dem Durchgang 18 der DUT-Platte 14 und ist
hierdurch fest in Position gehalten und stellt eine gute elektrische
Verbindung hiermit bereit, teilweise in Folge das plattierten Materials
im Inneren des Durchgangs. In ähnlicher
Weise kann das obere Hülsenelement 28 manuell
oder automatisch in die entsprechenden oberen Enden 18a der
Durchgänge 18 und
auch in die unteren Hülsenelemente 30 eingedrückt werden,
bis der Flansch 28f fest gegen die obere Oberfläche 14a der
DUT-Platte 14 gedrückt
ist. Das obere Hülsenelement 28 bildet
eine Presspassung mit den Durchgängen 18 der
DUT-Platte 14 und mit dem unteren Hülsenelement 30 und
ist hierdurch fest in Position gehalten und stellt eine gute elektrische
Verbindung mit sowohl dem unteren Hülsenelement 30 als
auch mit der DUT-Platte 14 bereit.
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Folglich
ist ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Gerät, das ein
relativ einfaches und schnelles Verfahren zur Ersetzung von schlecht
funktionierenden Elementen der leitenden Kolbenanordnungen, einschließlich der
Hülsenelemente,
die manuell von der DUT-Platte entfernt werden können, bereitstellt. Zum Beispiel
können
die Hülse
oder Hülsenabschnitte
aus der Unterseite des Durchgangs 18 herausgedrückt werden,
wenn es gewünscht
ist, das leitende Hülsenelement 22 zu
ersetzen.
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Die
untere Platte 12l des Testsockels 12 kann dann
auf die DUT-Platte 14 aufgesetzt werden, so dass die Löcher 15 im
Wesentlichen in gerader Linie mit den Durchgängen 18 angeordnet
sind. Das Spannelement 24 kann dann in das Hülsenelement 22 eingesetzt
werden, bis dieses an den Sitzen 22s anliegt. Der Kolben 26 kann
in das Loch 33 der Hülse 18 eingesetzt
werden, bis das untere Ende 36l des unteren Gestängebereichs 36 an
der Feder 24 anliegt. Man wird sehen, dass die Löcher 15 der
unteren Platte 12b einen Durchmesser haben, der ausgewählt ist,
um den Körper 32 der
Kolben 26 aufzunehmen, so dass Ringbereiche 32r nah
und verschiebbar darin aufgenommen sind. Demnach erstreckt sich,
wenn zusammengebaut, der untere Bereich 36 des Kolbens 26 zumindest
teilweise in den Abschnitt 28d des Hülsenelements 22, worin
es eng gehalten ist, ist jedoch von dem Abschnitt 28c des
Hülsenelements 22 aufgrund
der Differenz in den inneren Durchmessern der Abschnitte 28c,
d beabstandet.
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Die
obere Platte 12a kann dann über der unteren Platte 12b angeordnet
werden, wobei die Löcher 13 im
Wesentlichen in gerader Linie mit den entsprechenden Löchern 15 und
Durchgängen 18 angeordnet
sind. Der Durchmesser der Löcher 13 ist
gewählt,
um geringfügig
kleiner zu sein als der Durchmesser des Körperbereichs 32 des
Kolbens 26 und geringfügig
größer als
der Durchmesser des oberen Gestängebereichs 34 des
Kolbens 26. Die Differenz der Durchmesser der Löcher 13, 15 bewirkt,
dass die Kolben 26 zu einer anfänglichen Einbauposition mit einer
ersten ausgewählten
Kraft von zum Beispiel 10 Gramm gedrückt werden. Der Durchmesser
der Löcher 13 ist
ausgewählt,
um verschiebbar die entsprechenden Anschlusselemente 17 der
Baugruppen 16 sowie den oberen Gestängebereich 34 aufzunehmen.
Die Löcher 13 können einen
optionalen kegelstumpfförmigen Öffnungsbereich 13a aufweisen,
um eine Führung
der Anschlussstifte 17 in die Löcher 13 zu erleichtern.
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Die 9–15,
wenn zusammengenommen, veranschaulichen eine weitere Ausführungsform
eines Geräts 10' mit einem Testsockel 12,
welcher auf einer DUT-Platte 14 in einer konventionellen Art
angebracht ist, und eine alternative Kontaktkolbenanordnung 20'. Die DUT-Platte 14 ist
im Wesentlichen ähnlich
der DUT-Platte der vorangehenden Ausführungsform und wird nicht nochmals
in gleich detaillierter Weise beschrieben.
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9–10 zeigen
eine PGA-Baugruppe 16, die eine DUT (nicht gezeigt) trägt, die
von dem Testsockel 12 beabstandet ist, bevor sie in eine
Betriebsposition zusammengesetzt ist. In den 11–12 ist
eine PGA-Baugruppe 16 gezeigt, die zu einer Betriebsposition
zusammengesetzt ist, wobei die Kontaktstifte 17 die Kontakte 38 des
Kolbens 26 kontaktieren, die hierdurch gedrückt sind und
eine Kontaktkraft von zum Beispiel 21 Gramm bereitstellen.
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Wie
in der vorangehenden Ausführungsform hat
jeder Durchgang 18 der DUT-Platte 14 einen inneren
Durchmesser d1 an jedem Ende 18a,
b, der größer ist
als der innere Durchmesser d2, allerdings ist
die Differenz zwischen d1 und d2 geringer als in der vorangehenden
Ausführungsform,
was zu einer Schulter 18s führt, die nicht so ausgeprägt ist wie
in der vorangehenden Ausführungsform.
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13–14 zeigen
eingehender eine alternative Kontaktkolbenanordnung 20' mit einem Hülsenelement 22,
einem Spannelement 24 und einem Kolben 26. Das
Spannelement 24 und der Kolben 26 sind im Wesentlichen
die gleichen wie in der vorausgehenden Ausführungsform und werden nicht
nochmals beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform weist das Hülsenelement 22 nicht
zwei Abschnitte auf. Demnach hat das Hülsenelement 22 obere
und untere Enden 22u, l und einen kleineren axialen Längenbereich 22c,
wobei das obere Ende 22u einen ersten Durchmesser d7 hat, der ausgewählt ist, um eine Presspassung
mit den Durchgängen 18 der
DUT-Platte 14 zu
bilden. Die Hülse 22 hat ebenfalls
einen zweiten größeren axialen
Längenbereich 22d mit
einem zweiten Durchmesser d8, der kleiner
ist als der Durchmesser d7. Das obere Ende 22u des
Hülsenelements 22 ist
offen und das untere Ende des Hülsenelements 22 ist
verengt oder geschlossen, wodurch ein interner Federsitz 22s gebildet
ist. Das obere Ende 22u des Hülsenelements 22 weist
einen sich radial nach außen
erstreckenden Flansch 22f auf. Der Flansch 22f kann
integral mit dem Hülsenelement 22 gebildet
oder ein separates Teil sein, das auf den oberen und unteren Oberflächen 14a,
b der DUT-Platte 14 aufgenommen ist und elektrisch mit
dem Hülsenelement 22 verbunden
ist. Vorzugsweise ist das Hülsenelement 22 aus
einem geeigneten, elektrisch leitenden Material, wie zum Beispiel
einer Kupferlegierung, gebildet und ist vorzugsweise vergoldet.
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Mit
Bezug auf 15 kann das Gerät 10' durch Drücken des
Hülsenelements 22 in
die entsprechenden Durchgänge 18,
bis der Flansch 22f an der oberen Oberfläche 14a der
DUT-Platte 14 anliegt, zusammengesetzt werden. Das Hülsenelement 22 bildet
eine Presspassung mit den Durchgängen 18 der
DUT-Platte 14 und ist fest in Position darin gehalten und
stellt eine gute elektrische Verbindung mit der DUT-Patte 14' bereit.
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In
der Position POS 1 sind die Löcher 13, 15 und
die Durchgänge 18 ohne
weitere Struktur in der oberen Platte 12a, der unteren
Platte 12b beziehungsweise der DUT-Platte 14 gezeigt.
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POS
2 zeigt ein Hülsenelement 22,
welches mit Presspassung in den Durchgang 18 eingesetzt ist,
wobei der Flansch 22f auf die obere Oberfläche 14a der
DUT-Platte 14 aufgesetzt ist oder an dieser anliegt.
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POS
3 zeigt ein Spannelement 24, das in dem Hülsenelement 22 angeordnet
ist, wobei der Körper 32 des
Kolbens 26 in dem Loch 15 der unteren Platte 12b und
der untere Gestängebereich 36 in dem
Loch 33 angeordnet ist. Hierdurch begrenzt die obere Platte 12a die
Aufwärtsbewegung
des Kolbens 26 auf die anfängliche Einbauposition.
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POS
4 zeigt einen Kolben 26 in der gleichen Position wie POS
3 mit einem Anschlussstift 17 einer über dem Kontaktpunkt 38 angeordneten
PGA-Baugruppe 26, vor einem Betrieb.
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POS
5 und POS 6 zeigen beide einen Kolben 26 in einer Betriebsposition
in elektrischer Verbindung mit einem Anschlussstift 17 der
PGA-Baugruppe 16, welche weggebrochen ist.
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16–24 veranschaulichen,
wenn zusammengenommen, noch eine weitere Ausführungsform eines Geräts 10''' mit
einem alternativen Testsockel 11, welcher auf einer DUT-Platte 14 in
konventioneller Art angeordnet ist, und noch eine weitere alternative
Kontaktkolbenanordnung 20'', bei der die Spannelemente 24 extern
zu der DUT-Platte sind.
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Wie
in 16 gezeigt, hat der auf der DUT-Platte 14 eingerichtete
Sockel 11 obere und untere Platten 11a, b. Die
obere Platte 11a weist sich hierdurch erstreckende Löcher 13 auf,
die jedes einen oberen kleinen Durchmesserbereich 13b und
einen unteren größe ren Durchmesserbereich 13c,
zwischen denen ein Absatz 13s gebildet ist, aufweisen. Die
Löcher 13 können angepasst
sein, um Lötbälle 17 einer
BGA IC-Baugruppe 16 zum Testen aufzunehmen, und können optional
einen kegelstumpfförmigen
Bereich 13a aufweisen. Die untere Platte 11b weist
sich hierdurch erstreckende Löcher 15 auf,
die einen Durchmesser haben, der im Wesentlichen der gleiche ist,
wie der untere größere Durchmesserbereich 13c der
oberen Platte 12a. Es ist verständlich, dass die BGA-Baugruppe 10''' lediglich
zur Veranschaulichung gezeigt ist und dass die Offenbarung mit verschiedenen
Typen von elektronischen Baugruppen, wie zum Beispiel LGA-Baugruppen, verwendet
werden kann.
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Wie
gezeigt, sind die Löcher 13 und 15, wenn
in einer zusammengesetzten Konfiguration, vorzugsweise in gerader
Linie mit den Durchgängen 18 der
DUT-Platte 14 angeordnet, in denen die elektrisch leitenden
Hülsenelemente 22 vorzugsweise aufgenommen
sind. Die Hülsenelemente 22 haben vorzugsweise
ein geschlossenes unteres Ende 22l, das sich von dem unteren
Ende 14b der DUT-Platte 14 erstreckt, und einen
Flansch 22f an dem oberen Ende 22u des Hülsenelements 22.
Der Flansch 22f kann integral mit dem Hülsenelement 22 geformt sein,
oder, wenn gewünscht,
ein separates Teil sein, welches an der oberen Oberfläche 14a der
DUT-Platte 14 aufgenommen ist, und kann elektrisch mit
dem Hülsenelement 22 verbunden
sein. Wie oben dargestellt, sind die Durchgänge 18 allgemein mit
einem elektrisch leitenden Material plattiert und die Hülsenelemente 22 eng
hierin aufgenommen in einer elektrisch leitenden Verbindung mit
dem Plattierungsmaterial.
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Weiterhin
mit Bezug auf 16 hat der Kolben 26' eine allgemein
längliche
zylindrische Form und weist erste und zweite Gestängebereiche 34, 36 und
einen sich radial nach außen
erstreckenden Flansch 40, welcher zwischen dem ersten und
dem zweiten Gestängebereich 34, 36 angeordnet
ist, auf. Der erste und der zweite Gestängebereich 34, 36 erstrecken
sich von gegenüberliegenden
Enden des Flansches 40 entlang einer Längsachse „A". In der vorliegenden Ausführungsform
sind die Außendurchmesser
der Gestängebereiche 34, 36 im
Wesentlichen die gleichen. Der erste Gestängebereich 34 weist
eine ausgewählte
Kontaktkonfiguration 38 an einem oberen Ende hiervon auf,
die in der vorliegenden Ausführungsform
eine Vierzackkrone ist. Es sollte klar sein, dass jegliche Kontaktkonfiguration
verwendet werden kann. Der zweite Gestängebereich 36 hängt von
dem Flansch 40 herab und ist derart dimensioniert, dass
er eng und verschiebbar in dem Loch 33 des Hülsenelements 22 aufgenommen
ist. Das untere Ende 36a des Gestänges 36 kann, wie
in der vorliegenden Ausführungsform,
angespitzt sein und ist vorzugsweise von dem unteren Ende 22l des Hülsenelements 22 und
von dem unteren Ende 14b der DUT-Platte 14 beabstandet.
Der Flansch 40 hat einen äußeren Durchmesser, der ausgewählt ist,
um frei in einen Lochbereich 13c der Platte 12a mit
einem größeren Durchmesser
zu passen, jedoch größer als
ein Lochbereich 13b mit einem kleineren Durchmesser, wodurch
die Bewegung des Flansches 40 durch Eingriff mit dem Absatz 13s begrenzt
ist. Der Absatz 13s stellt auch einen flachen Wandfedersitz
für das
Wandelement 24 bereit, welches zwischen dem Flansch 40 und
dem Flansch 22f des Hülsenelements 22 aufgenommen
ist. Der Flansch 22f bildet eine gegenüberliegende flache Wand für einen Zweck,
welcher im Folgenden beschrieben wird. Der zweite Gestängebereich 36 ist
eng und verschiebbar in jedem Hülsenelement 22 aufgenommen.
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Bei
Zusammensetzung des Geräts
werden die Hülsenelemente 22 in
die Durchgänge 18 der DUT-Platte 14 eingesetzt
und die untere Platte 12b des Testsockels 12 wird
derart positioniert, dass die Löcher 15 im
Wesentlichen in gerader Linie mit den Durchgängen 18 angeordnet
sind. Die Kolben 26 werden mit den Spannelementen 24,
welche die zweiten Gestängebereiche 36 umgeben,
zusammengesetzt, und dann werden beide in die Löcher 33 des Hülsenelements 22 eingelassen.
Die obere Platte 12a des Sockels 12 wird dann
derart positioniert, dass die Löcher 13 im
Wesentlichen in gerader Linie mit den Löchern 15 angeordnet
sind, und derart, dass die Kolben 26 durch Drücken der
Flansche 40 gegen die Spannung der Spannelemente 24 in
Position gehalten werden.
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Bei
Gebrauch sind die Anschlüsse 17 der Baugruppe 16 in
Eingriff mit den Kontaktbereichen 38 und drücken die
Kolben 26 gegen die Kraft des Spannelements 24 nieder,
wenn die Baugruppe 16 in konventioneller Art auf den Sockel 12 aufgeladen
wird.
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Um
einen einzelnen Kontakt in dem Gerät 10'' zu
reparieren oder zu ersetzen, kann die obere Platte 12a entfernt
werden, um die Kontaktkolbenanordnung 20'' freizulegen.
Jede zu reparierende oder zu ersetzende Kontaktkolbenanordnung 20'' wird dann einzeln zur Reparatur
oder zum Ersetzen aus dem entsprechenden Hülsenelement herausgenommen.
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17–24 zeigen
verschiedene alternative Ausführungsformen
einer Kontaktkolbenanordnung 20'',
die in einer der vorangehenden Ausführungsformen verwendet werden
kann, mit kleineren Veränderungen,
zum Beispiel bezüglich
der Durchgänge 18 und/oder
des Testsockels 12.
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17 zeigt
eine Kontaktkolbenanordnung 41 mit einer im Wesentlichen
gleichen Struktur wie die Kontaktkolbenanordnung 20''. Die Kontaktkolbenanordnung 41 hat
das zusätzliche
Merkmal, dass die Feder 24 mit n plus einer halben Umdrehung
ausgestattet ist, so dass die Federenden 24a, b auf diametral
gegenüberliegenden
Seiten des unteren Gestänges 36 angeordnet
sind, um eine Drehkraft auf den Kolben 26 auszuüben, um
das entfernte freie Ende des unteren Gestänges 36 gegen das
Hülsenelement 22 vorzuspannen.
Dieses vereinfacht oder verbessert die elektrische Verbindung mit
dem Hülsenelement 22,
wenn die Feder 24 asymmetrisch auf die flachen Oberflächen der
Flansche 22f, 40, die bevorzugt in Ebenen liegen,
die im Wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse der Kolben 26 und
dem Hülsenelement 22 sind.
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18 zeigt
eine Kontaktkolbenanordnung 43, welche ebenfalls eine im
Wesentlichen gleiche Struktur wie die Kontaktkolbenanordnung 20'' hat. Die Kontaktkolbenanordnung 41 hat
das zusätzliche Merkmal,
dass die asymmetrische Erscheinung des Eingriffs der Feder 24 durch
einen keilförmigen
Einsatz 42, der mit einer angewinkelten, geneigten oberen
Oberfläche
(nicht gezeigt) gebildet ist, bereitgestellt oder vergrößert ist.
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19 zeigt
eine Kontaktkolbenanordnung
45 mit einer im Wesentlichen
gleichen Struktur wie die Kontaktkolbenanordnung
41 und
zusätzlich
mit einem längs
laufenden Schlitz
44, der zwei Arme
46a, b in
dem unteren Gestänge
36 des
Kolbens
26 definiert. Die Arme
26a, b sind vorzugsweise
leicht auseinander gebogen, um eine radial nach außen gerichtete
Federkraft bereitzustellen, wobei eine Presspassung mit dem Hülsenelement
22 gebildet ist.
Folglich bilden die Arme
46a, b eine weitere Verbesserung
der elektrischen Verbindungskraft mit dem Hülsenelement
22, wenn
diese zu der durch die diametral angeordneten Federenden
24a,
b hervorgerufenen Drehspannung hinzugefügt werden oder diese ersetzen.
Beispiele von Kontaktsonden, die geschlitzte Kolben aufweisen, sind
in dem gemeinsamen
U.S.-Patent
Nr. 6,159,056 gezeigt.
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20 zeigt
eine Kontaktkolbenanordnung 47 mit einer im Wesentlichen
gleichen Struktur wie die Kontaktkolbenanordnung 41. In
der vorliegenden Ausführungsform
weist das Hülsenelement 22 zusätzlich eine
Ergänzung 48 an
seinem oberen Ende 22u auf, die mit einem sich in Längsrichtung
erstreckenden Schlitz 50, welcher zwei Arme 52a,
b definiert, gebildet ist. Die Arme 52a, b sind vorzugsweise leicht
innwärts
gebogen, um eine Federkraft bereitzustellen, wodurch eine Presspassung
mit dem Hülsenelement 22 zur
Bereitstellung einer guten elektrischen Verbindungskraft mit dem
unteren Gestänge 36 gebildet
wird.
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21 zeigt
eine Kontaktkolbenanordnung 49 mit einer im Wesentlichen
gleichen Struktur wie die Kontaktkolbenanordnung 41 mit
asymmetrischen Federenden 24a, b. In der vorliegenden Ausführungsform
ist der Sockel 11 modifiziert, indem eine Unterlegplatte 54 mit
einer keilförmigen
oder geneigt-angewinkelten oberen Oberfläche (nicht gezeigt), welche
innerhalb der entsprechenden Lochbereiche 15 mit kleinerem
Durchmesser der unteren Platte 11b angeordnet ist, vorgesehen
ist, um eine vergrößerte asymmetrische
Kraft des Kolbengestängebereichs
gegen das Hülsenelement
bereitzustellen.
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22 zeigt
eine Kontaktkolbenanordnung 51 mit einer im Wesentlichen
gleichen Struktur wie die Kontaktkolbenanordnung 41 mit
asymmetrischen Federenden 24a, b. Die Kontaktkolbenanordnung 51 weist
außerdem
ein zusätzliches
Spannelement 27 auf, das in dem Hülsenelement 22 zwischen
dem unteren Ende 36a des unteren Gestänges 36 und dem geschlossenen
Ende 22l des Hülsenelements 22 angeordnet
ist. Die zusätzliche
Feder 27 stellt eine zusätzliche Kontaktkraft zur Verbindung
mit den Lötbällen 17 der
Baugruppe 16 bereit.
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23 zeigt
eine Kontaktkolbenanordnung 53 mit einer im Wesentlichen
gleichen Struktur wie die Kontaktkolbenanordnung 41 mit
asymmetrischen Federenden 24a, b. Das Hülsenelement 22 der
Kontaktkolbenanordnung 53 weist einen verjüngten Bereich 22t mit
einem reduzierten Durchmesser an einem unteren, geschlossenen Ende 22l auf,
der das Zusammensetzen und Löten
vereinfacht.
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24 zeigt
eine Kontaktkolbenanordnung 55 mit einer im Wesentlichen
gleichen Struktur wie die Kontaktkolbenanordnung 41, bei
der die asymmetrische Position der Federenden 24a, b eine asymmetrische
Kraft auf das untere Gestänge 36 bereitstellt.
In der vorliegenden Ausführungsform
ist das Federende 24a der Feder 24 abgeflacht,
so dass die erste Umdrehung mit der Sitzoberfläche in der Ruheposition im
Wesentlichen über
360 Grad in Eingriff steht, wohingegen das gegenüberliegende Ende 24b der
Feder lediglich geschnitten ist, so dass nur das entfernte freie
Ende der Feder mit der Sitzoberfläche in der Ruheposition in
Eingriff steht. Diese Anordnung stellt die gewünschte Drehkraft ohne Rücksicht auf
die relativen Winkelpositionen der zwei entfernten freien Enden
der Feder bereit.
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25–29 zeigen
weitere alternative Konfigurationen von DUT-Platten und Kontaktkolbenanordnungen,
die in einer der vorgenannten Ausführungsformen verwendet werden
können,
mit kleineren Veränderungen
an den Durchgängen 18 und/oder
den Testsockeln 12.
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25 zeigt
eine Kontaktkolbenanordnung 60, die ein erstes Hülsenelement 23 und
ein zweites Hülsenelement 22 aufweist.
Das Hülsenelement 23 hat
ein erstes offenes Ende 23a, welches mit einem radial nach
außen
sich erstreckenden Flansch 23f, ähnlich dem Flansch 22f des
Hülsenelements 22,
gebildet ist. Das Hülsenelement 23 hat
auch ein zweites gegenüberliegendes
Ende 23, das ebenfalls offen ist und hinter die untere
Oberfläche 14b der
Leiterplatte 14 sich erstreckend gezeigt ist. Wenn gewünscht, kann
das Hülsenelement 23 die
gleiche Länge
wie das Hülsenelement 22 haben.
Das Hülsenelement 23 weist
außerdem
einen mittleren axialen Längenabschnitt 25 auf,
der mit einem verlängerten
Durchmesserbereich 25a, gezeigt in kegelstumpfförmiger Gestalt,
gebildet ist, der eine Presspassung mit dem Durchgang 18 bildet
oder verbessert. Das Hülsenelement 22 hat
ein offenes Ende (nicht gezeigt), welches mit einem sich radial
nach außen
erstreckenden Flansch 22f gebildet ist, welcher angeordnet
ist, um an den Flansch 23f des Hülsenelements 23 anzustoßen. Das
Hülsenelement 22 hat
ein geschlossenes zweites Ende 22l, welches sowohl als
Federsitz 22s für
das Spannelement 24 dient als auch den Eintritt von Verunreinigungen
verhindert.
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Ein
Kolben 24 weist einen Körperbereich 32 mit
einem radialen Flansch 32r auf, welcher sich nach außen von
dem Körper 32 erstreckt.
Der Kolben 24 weist außerdem
einen oberen Gestängebereich 34,
welcher sich nach oben von dem Körper 32 neben
dem Flansch 32r erstreckt, und einen unteren Gestängebereich 36 auf,
welcher von dem Körper 32 herabhängt. Der
Kolben 24 kann eine geeignete Kontaktkonfiguration 38 aufweisen,
die in der vorliegenden Ausführungsform
eine abgerundete Spitze ist.
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Zum
Zusammensetzen wird das Hülsenelement 23 zuerst
in den Durchgang 18 gedrückt, um eine Presspassung zu
bilden. Das Hülsenelement 22 wird
dann in das Loch des Hülsenelements 23 eingeführt, bis
der Flansch 22f an dem Flansch 23f des Hülsenelements 23 anliegt.
Hiernach wird das Spannelement 24 in das Loch (nicht gezeigt)
des Hülsenelements 22 eingesetzt,
gefolgt durch den Kolben 26, bis das untere Gestänge 36 an
das Spannelement 24 anliegt.
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26 zeigt
eine Kontaktanordnung 70 mit den gleichen ersten und zweiten
Hülsenelementen wie
Kontaktanordnung 60, unterscheidet sich jedoch hiervon
durch den Durchmesser und die Position des Spannelements 24.
Externes Neigen der DUT-Platte 14 zwischen dem Flansch 22f und
dem Flansch 32r. Es ist weiterhin zu erkennen, dass die
untere Windung des Spannelements 24, welches in der vorliegenden
Ausführungsform
eine Schraubenfeder ist, in einer Ebene liegt, die im Wesentlichen
senkrecht zu der Längsachse
des Kolbens 24 ist, wohingegen die obere Windung einen
nicht-neunzig Grad
Winkel bildet, was eine Rotationskraft auf den Kolben 24 relativ zu
der Längsachse
aufbringt, um den elektrischen Kontakt zwischen der Kolbenstange 36 und
dem Hülsenelement 22 zu
verbessern.
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Zum
Zusammensetzen wird das Hülsenelement 23 zuerst
in den Durchgang 18 gedrückt, um eine Presspassung zu
bilden. Das Hülsenelement 22 wird
dann in das Loch des Hülsenelements 23 eingeführt, bis
der Flansch 22f an den Flansch 23f des Hülsenelements 23 anliegt.
Hiernach wird das Spannelement 34 verschiebbar auf das
untere Gestänge 24 des
Kolbens 26 aufgenommen und hiernach wird das untere Gestänge 24 in
das Loch (nicht gezeigt) des Hülsenelements 22 eingeführt, bis
die untere Wicklung an den Flansch 22f und die obere Wicklung
an den Flansch 32r anliegt.
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27 zeigt
eine Kontaktanordnung 80 mit nur einem einzelnen Hülsenelement 23,
welches in den Durchgang 18 passt. Der Kolben 26 hat
im Wesentlichen die gleiche Struktur wie der in 25–26 gezeigte
Kolben 24, außer
dass das untere Gestänge 36 einen
größeren Durchmesser haben
kann, so dass es eng und verschiebbar in das Loch des Hülsenelements 23 passt.
Ein Ball 82, wie beispielsweise ein Zinnball, ist am unteren
Ende 23l des Hülsenelements 23 angeordnet,
um Verunreinigungen und ähnliches
auszuschließen.
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28 zeigt
eine Kontaktanordnung 90 mit einer im Wesentlichen gleichen
Struktur wie die Kontaktanordnung 80, außer dass
sie nicht den Lötball 82 aufweist,
wodurch das untere Ende 23l des Hülsenelements 23 offen
ist.
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29 zeigt
eine Kontaktanordnung 100 mit einer im Wesentlichen gleichen
Struktur wie die Kontaktanordnung 90, außer dass
das Hülsenelement 23 ein
geschlossenes unteres Ende 23l und einen als runden oder
gewölbten
Abschnitt ausgebildeten vergrößerten Durchmesserbereich 25a aufweist,
der eine verbesserte Presspassung bereitstellt. Es ist verständlich,
dass, wenn gewünscht,
das Hülsenelement 23 ein
offenes unteres Ende 23l haben kann.
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Der
Betrieb der in 25–29 gezeigten Kontaktanordnungen
ist ähnlich
dem der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen.
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Während diese
Offenbarung anhand einer bevorzugten Ausführungsform hiervon insbesondere gezeigt
und beschrieben wurde, ist es für
den Fachmann klar, dass verschiedene Veränderungen hinsichtlich Form
und Details ausgeführt
werden können,
ohne von dem Umfang der Offenbarung, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert,
abzuweichen.