DE19605630C2 - Keilsonde zum Verbinden einer Testausrüstung mit Anschlüssen einer integrierten Schaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Keilsonde zum Verbinden einer Testausrüstung mit Anschlüssen einer integrierte Schaltungen.

Ein Keilverbinder für integrierte Schaltungen ist in der nicht vorveröffentlichten europäischen Anmeldung EP-0 650 063-A2 beschrieben. Der darin beschriebene Keilver­ binder weist angespitzte Finger aus leitfähigem Metall auf, die durch einen Isolator getrennt sind. Die angespitzten Finger sind keilförmig, derart, daß sie an ihren Spitzen am dünnsten sind, damit sie einfacher in den Raum zwischen be­ nachbarten Beinen, die die Anschlüsse einer integrierten Schaltung (IC; IC = Integrated Circuit) bilden, eintreten können. Eine Reihe angespitz­ ter Keile (d. h. angespitzter Finger) ist angeordnet und be­ abstandet, um sich interdigital mit den Beinen des IC anzu­ ordnen. D. h., daß die Beine des IC ebenfalls eine Reihe mit einem Betrag an Zwischenbeinbeabstandung zwischen den Beinen entlang der Richtung der Reihe bilden. Die IC-Beine weisen Seiten auf, die sich entlang der Richtung der Reihe gegen­ überliegen, und die durch den Betrag an Zwischenbeinbeab­ standung getrennt sind. Unter interdigitalem Anordnen ist zu verstehen, daß die zugespitzten Finger oder Keile in den Zwi­ schenbeinabstand eindringen und die sich gegenüberliegenden Seiten der IC-Beine kontaktieren. Somit wird die linke Seite eines Keils, der in einen speziellen Zwischenbeinabstand eintritt, in elektrischen Kontakt mit der rechten Seite des IC-Beins auf der linken Seite dieses Zwischenbeinabstandes kommen, während die rechte Seite dieses Keils in elektri­ schen Kontakt mit der linken Seite des IC-Beins auf der rechten Seite dieses Zwischenbeinabstands kommen wird. Sowie die Eindringtiefe erhöht wird, treten die dickeren Teile des Keils in den Zwischenbeinabstand ein, füllen ihn vollständig aus und bewirken eine gute Wischwirkung und einen starken Kontaktdruck zwischen den Seiten der IC-Beine und den Seiten der Keile.

Innerhalb der Reihe von Keilen ist die linke Seite jedes Keils elektrisch mit der rechten Seite seines linksseitigen Nachbarkeils elektrisch verbunden, was als Folge bedeutet, daß die rechte Seite jedes Keils ferner mit der linken Seite seines rechtsseitigen Nachbarkeils elektrisch verbunden ist. Diese Verbindungen zwischen den Keilen in einer Reihe er­ zeugt einen sehr wünschenswerten Effekt: wenn n-fache Beine an dem IC und n + 1-Keile in einer Reihe vorhanden sind, dann ist jedes Bein des IC an zwei verschiedenen Plätzen mit zwei verschiedenen Keilen in einer elektrischen Verbindung. Dies liefert dem Keilverbinder eine robuste Zuverlässigkeit.

Die Fig. 1 in dieser Anmeldung (welche auch Fig. 1 in der oben erwähnten Anmeldung ist) stellt allgemein die oben be­ schriebene Technik dar. Es wird angemerkt, daß die Keile und die sich gegenüberliegenden Seiten von benachbarten Keilen des ICs interdigital angeordnet sind, und daß kein Versuch unternommem ist, um einen Kontakt mit den äußeren Seiten der Beine des IC herzustellen. Stattdessen laufen die Keile zwi­ schen den Beinen durch.

So vorteilhaft die oben beschriebene Keilverbindungstechnik auch ist, so brachte die Erfahrung mit Keilverbindern, wie sie in der EP-0 650 063-A2 beschrieben ist, gelegentliche Probleme bei ihrer Verwendung zutage. Kurz zusammengefaßt kann es manchmal auftreten, daß bestimmte Keile des Verbin­ ders keinen elektrischen Kontakt mit entsprechenden Beinen des IC herstellen, es sei denn, daß unangenehm große Kräfte verwendet werden, um den Verbinder in seinen Platz zu drücken. Eine weitere Konsequenz ist die erhöhte Schwierig­ keit des sicheren Entfernens. Dies erhöht nicht nur die Be­ denken bezüglich einer zusätzlichen mechanischen Belastung des IC, sondern auch bezüglich einer versehentlichen Beschä­ digung des Keilverbinders durch einen Prozess, der dem ähn­ lich ist, der auftreten kann, wenn ein IC von einem engen Sockel unter Verwendung des Daumens und des Zeigefingers entfernt wird.

Ein weiteres Problem wurde ebenfalls festgestellt, welches darin besteht, daß Lötmittel durch die Spitzen der Keile von den verzinnten Beinen des ICs abgeschabt wird. Dies kann in einer Anhäufung von Lötmittelresten an der Spitze eines Keils resultieren, wodurch die beiden Seiten dieses Keils miteinander kurzgeschlossen werden. Dies ist sehr uner­ wünscht, da die beiden Seiten eines Keils zwei unterschied­ lichen Beinen eines ICs zugeordnet sind, wobei das Kurz­ schließen der Seiten eines Keils diese Beine kurzschließt, wenn der Keilverbinder auf dem IC eingebaut ist.

Es würde deswegen wünschenswert sein, die Kompressibilität und Seite-an-Seite-Flexibilität der Keile zu erhöhen, der­ art, daß sie besser den Variationen bei den Bein-zu-Bein- Zwischenräumen von ICs entsprechen, wodurch die benötigte Einfügekraft reduziert wird, um einen Kontakt zwi­ schen den Keilen und den Seiten der Beine sicherzustellen.

Es würde ferner wünschenswert sein, die Ansammlung von Löt­ mittelresten von den Spitzen der Keile zu eliminieren.

Es würde ferner wünschenswert sein, wenn die erhöhte Kom­ pressibilität und Flexibilität und die Vorkehrungen gegen­ über Lötmittelresten die anfängliche Ausrichtung des Kan­ tenverbinders mit dem IC vereinfachen würden, und es ferner einfacher machen würden, zu erkennen, wann eine derartige interdigitale Anordnung erhalten ist.

In dem U. S. Patent Nr. 5,015,946 ist eine Sonde zum Antasten eines integrierten Schaltungsgehäuses, das auf einer Schal­ tungsplatine befestigt ist, offenbart. Diese Sonde umfaßt ein Sondengehäuse mit einer mittleren Öffnung und einem einstückig ausgeführten Ring. Die Sonde umfaßt ferner eine Ausrichtungsplatte mit einer Mehrzahl von Löchern, durch die sich Sondenstifte erstrecken. Zwischen den Löchern befinden sich Keile, die dimensioniert sind, um zwischen Anschluß­ leitungen des integrierten Schaltungsgehäuses zu passen. Wird die Sonde auf Anschlußleitungen einer integrierten Schaltung gebracht, so treten die aus isolierendem Material ausgeführten Keile zwischen die Anschlußleitungen, woraufhin die Anschlußstifte einen elektrischen Kontakt mit den Anschlüssen des integrierten Schaltungsgehäuses herstellen können, indem sie durch die Löcher der Ausrichtungsplatte gleiten und auf den Anschlußleitungen zur Auflage kommen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Keilsonde zum Verbinden einer Testausrüstung mit den Beinen einer integrierten Schaltung zu schaffen, die eine höhere Zuverlässigkeit und Robustheit bei ihrer Anwendung ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird durch eine Keilsonde zum Verbinden einer Testausrüstung mit den Beinen einer integrierten Schaltung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Eine Lösung für das Problem der Keilnachgiebigkeit besteht darin, die Keile mit Luftzwischenräumen zwischen den Ab­ schnitten ihrer inneren Materialschichten herzustellen, die den zugespitzten Abschnitten des Keils entsprechen. Dies macht die Keile in ihrer zugespitzten Region zusammendrück­ barer sowie in der Seite-zu-Seite-Richtung etwas mehr bieg­ bar. Eine verwandte Lösung für das Problem des Sicherstel­ lens einer korrekten anfänglichen Interdigitalanordnung be­ steht darin, die Enden der leitfähigen Oberflächen an den Spitzen der Keile abzufasen. Dies reduziert den Querschnitt der Keile und macht sie "schärfer", derart, daß sie einfa­ cher die leeren Zwischenbeinabstände in Eingriff nehmen. Ei­ ne Lösung für das Problem der Lötmittelresteanhäufung be­ steht darin, ein Mittelstück aus isolierendem Material an dem zentralen Kern des Keils zu haben, das sich über das angespitzte Ende des Keils um einen kleinen Betrag, bei­ spielsweise um 0,254 mm, hinaus erstreckt. Das Abfasen der leitfähigen Seiten der zugespitzten Keile hilft ebenfalls beim Bekämpfen der Lötmittelreste, da schärfere Kanten ein kleineres Fach darstellen, mit dem das Lötmittel ausgestochen werden kann, und mit dem ein Aufbau abgeschab­ ter Lötmittelreste zusammengetragen werden kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung wird nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Keilsonde mit vier Reihen von Keilen oder zugespitzten Fingern, die über einer integrierten Schaltung mit vier Rei­ hen von Beinen positioniert ist, mit denen die Son­ de durch keilartig zugespitzte, doppelseitige Leiter zwischen diesen Beinen einen Kontakt herstellen soll;

Fig. 2 eine Ansicht eines integrierten Schaltungsgehäu­ ses mit zwei Reihen von Beinen auf den Seiten, wel­ ches durch eine Keilsonde angetastet ist, die der von Fig. 1 mit Ausnahme davon ähnlich ist, daß sie aus Übersichtlichkeitsgründen nur zwei Reihen von Keilen aufweist;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 2, welche darstellt, wo auf den Beinen eines normalen Ober­ flächen-befestigten ICs die Verkeilung auftritt; und

Fig. 4 eine Kantenansicht von verbesserten Keilen, die bei verschiedenen Graden des Eindringens in die Zwi­ schenbeinzwischenräume zwischen den Beinen einer integrierten Schaltung gezeigt sind.

Nachfolgend wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine per­ spektivische Ansicht einer Keilsonde 1 mit neun Keilen pro Seite 2 gezeigt ist, die über einem IC 4 mit Reihen von Bei­ nen 3, die acht Beine pro Reihe aufweisen, schwebt. Der IC 4 ist auf einer gedruckten Schaltungsplatine 5 befestigt. Die Verwendung von acht Beinen pro Seite auf dem IC entspricht meist nicht der tatsächlichen Anzahl , sondern es sind fünfundzwanzig oder mehr wahrscheinlich. Acht Beine pro der Reihe 9 und neun Keile pro der Seite 2 sind in der Figur lediglich aus Klar­ heitsgründen und aufgrund der Einfachheit der Darstellung gezeigt. Die Details des oberen Abschnitts der Keilsonde, die die Tatsache betreffen, wie die leitfähigen Oberflächen der Keile mit dem Anschlußstiftblock oben verbunden werden sollen, und die genaue Art und Weise der Herstellung der Keile selbst sind in der EP 0 650 063-A2 eingehend erörtert und müssen daher nicht wiederholt werden.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht, die Fig. 1 ähnlich ist, mit Ausnahme davon, daß der IC 7 die Beine 9 auf nur zwei Seiten aufweist.

In der Figur sind deutlich Keile oder angespitzte Finger 8 gezeigt, die zwischen den Beinen 9 durchlaufen. Die Kontaktregion zwischen den Keilen und den Beinen des ICs ist im wesentli­ chen die S-Kurve 10, die sich zwischen dem Punkt, an dem die Beine den IC verlassen und sich herunterbiegen, und dem Punkt befindet, wo sie sich wieder biegen, um die Platine 5 zu treffen. Ferner ist ein angewinkelter Keil 11 gezeigt, der dabei hilft, die Keilsonde über den IC zu positionieren.

Fig. 3 ist die Seitenansicht der in Fig. 2 gezeichneten Si­ tuation. In Fig. 2 wurden die leitfähigen Seiten 12 der Kei­ le 8 viel dicker gezeigt, als sie tatsächlich sind, damit sie deutlicher unterschieden werden können. Ferner wurden Details der inneren Abschnitte der Keile in dieser Figur nicht gezeichnet, diese Details sind jedoch in Fig. 4 ge­ zeichnet. Ein Trennstück aus isolierendem Material 13 er­ streckt sich von der Unterseite jedes Keils nach unten. Dies ist ebenfalls in Fig. 2 gezeichnet. Es wird ferner ange­ merkt, daß die leitfähigen Oberflächen an den Spitzen der Keile abgefast sind.

Das Abfasen der Keilspitzen und das vorstehende Stück aus isolierendem Material erfüllen zwei Zwecke. Zuerst machen sie die Spitzen der Keile schärfer, derart, daß die äußerste Spitze eine kleinere Strecke in der Richtung entlang der Reihe von Keilen oder Beinen besetzt. Dies hilft beim an­ fänglichen Ausrichten einer vorläufigen interdigitalen An­ ordnung vor dem vollen Eindringen der gesamten Dicken der Keile in den Zwischenbeinzwischenraum. Dasselbe hilft ferner dabei, die elektrische Überbrückung der zwei leitfähigen Seiten jedes Keils durch Lötmittelreste zu verhindern. Das vorstehende Stück aus Isoliermaterial ist eine mechanische Barriere gegenüber der Überbrückung und die abgefasten Spit­ zen kratzen weniger Lötmittel von den Beinen des ICs ab und liefern ferner ein kleineres Fach, um dieselben irgendwie bei sich anzusammeln.

Eine Seitenansicht der verbesserten Keile (8, 14-20) ist in Fig. 4 gezeigt. Bezugnehmend nun auf einen Keil 14 wird angemerkt, daß er aus einer schichtweisen Anordnung von Ma­ terialien aufgebaut ist. Auf der Außenseite befinden sich leitfähige Oberflächen 21 und 22 aus 0,0762 mm dickem BeCu. Ein mittlerer Kern 25 besteht aus einem 0,0508 mm dicken Polyimid. Die leitfähigen Oberflächen 21 und 22 sind mit dem Mittelkern 25 durch jeweilige Schich­ ten 23 und 24 aus Klebstoff verbunden, welche 0,0508 mm dick sind. Es wird angemerkt, daß die Kleb­ stoffschichten 23 und 24 sich nicht über die gesamte Länge des Keils 14 bis 20 erstrecken. Stattdessen laufen sie nur teilweise zur Spitze hin und schaffen somit Luftzwischenräu­ me 26 und 27. Diese geben den Keilen eine elastische Nach­ giebigkeit, wenn sie zwischen einem Paar benachbarter Beine 30 und 31 des IC zusammengedrückt werden. Es wird ferner an­ gemerkt, daß die Spitzen 28 und 29 der leitfähigen Oberflä­ chen feingeschliffen worden sind, um eine Fase zu erzeugen, und daß sich der mittlere Kern um einen geeigneten Betrag, z. B. 0,254 mm, über die Spitze hinaus er­ streckt.

Fig. 4 zeigt zwei Luftzwischenräume 26 und 27. Abhängig von den Dicken der verwendeten Materialien, dem Grad an benötig­ ter Kompressibilität und vielleicht weiterer Faktoren kann ein einziger Luftzwischenraum ausreichend sein. D. h., daß sich die Klebstoffschicht 24 (unter der Voraussetzung, daß der Luftzwischenraum 27 für unnötig erachtet wird), über die gesamte Länge der Keile erstrecken würde. Wenn ein sehr dicker Keil benötigt wird, der aus zusätzlichen Klebstoff­ schichten oder Isolationen auf jeder Seite der mittleren Kernisolationsschicht 25 aufgebaut sein würde, könnte ein derartiger dicker Keil auf eine ähnliche Art und Weise drei oder vier Luftzwischenräume aufweisen, um einen entspre­ chenden Betrag an Kompressibilität zu erzeugen. Ferner kön­ nen diese "zusätzlichen" Luftzwischenräume (nicht gezeigt) an Positionen entlang der Länge des Keils anfangen, die sich von denen unterscheiden, an denen die "ursprünglichen" Luft­ zwischenräume (d. h. 26, 27) beginnen.

Die sich ergebenden Dicken des Keils 14 sind an verschie­ denen Positionen entlang der Länge des Keils gezeigt. Die Positionen sind in Schritten von 0,0254 mm über die weiteste Ausdehnung der abgefasten Spitzen 28 und 29 der leitfähigen Oberflächen 21 und 22 hinaus gezeigt und be­ ziehen sich auf eine integrierte Schaltung mit einem maxi­ malen Zwischenbeinzwischenraum von 0,254 mm für Beine, die sich bei einer Mitte-zu-Mitte-Beabstandung von 0,5 mm befinden.

Die Keile 15 bis 20 sind derart gezeichnet, daß sie sich in ver­ schiedenen Höhen über benachbarten Paaren von IC-Beinen befinden bzw. diese kontaktieren. Es wird auf die nach innen gerichtet Biegungswirkung der Keile 19 und 20 hinge­ wiesen, da ihre Luftzwischenräume 26 und 27 durch das we­ sentliche Eindringen der Keile in die Zwischenbeinzwischen­ räume des ICs aufgebraucht werden. Der Zwischenbeinzwischen­ raum kann für das Beispiel, das in Fig. 4 gezeigt ist, mit 0,254 mm angenommen werden.

Bei der Verwendung des verbesserten Keils, der oben beschrieben wurde, wird bedeutend weniger Kraft benötigt um ihn anzubringen. Eine Keilsonde des nicht-verbesserten Typs für ein 144-Oberflächenbefestigungs­ bauteil mit Beinen mit einer Mitte-zu-Mitte-Beabstandungen von 0,5 mm dürfte abhängig von den Variatio­ nen der tatsächlichen Bein-zu-Bein-Zwischenräume für die einzelne integrierte Schaltung bis zu 18,14 Kilogramm an Kraft benötigen, um angebracht zu werden. Eine Keilsonde, die erfindungsgemäß verbessert ist, dürfte ledig­ lich 4,54 kg an Kraft zum Anbringen auf den glei­ chen IC benötigen. Dies entspricht einer Kraftreduktion von etwa 2,79 g/cm oder 3,72 g/cm auf etwa 0,93 g/cm oder 1,86 g/cm pro Bein der integrierten Schaltung.

Claims (3)

1. Keilsonde zum Verbinden einer Testausrüstung mit Anschlüssen (9, 10) einer integrierten Schaltung, mit folgenden Merkmalen:
zumindest einer Reihe von n + 1 zugespitzten Keilen (8, 14­ -20), wobei zwei benachbarte Keile voneinander beab­ standet sind, damit ein Anschluß integrierten Schaltung zwischen zwei benachbarten Keilen angeordnet werden kann;
wobei ein Keil (8, 14-20) folgende Merkmale aufweist:
eine erste und eine zweite Schicht (21, 22), wobei jede Schicht eine leitfähige Oberfläche aufweist;
einen Isolator (25), der die erste und die zweite Schicht (21, 22) trennt;
eine erste und eine zweite Klebstoffschicht (23, 24), wobei die erste Klebstoffschicht (23) die erste Schicht mit dem Isolator (25) verbindet, während die zweite Klebstoffschicht (24) die zweite Schicht mit dem Isolator (25) verbindet;
wobei sich der Isolator (25) und die erste und die zweite Schicht (21, 22) von einem Spitzenende eines Keils (8, 14-20) zu einem Befestigungsende dessel­ ben erstrecken, wobei das Spitzenende eines Keils in einen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Anschlüssen (30-31) der integrierten Schaltung eintreten kann, und wobei das Befestigungsende eines Keils an einer Trägerstruktur befestigt ist, die die Reihe der Kei­ le physisch aufnimmt und eine elektrische Verbindung zwischen leitfähigen Oberflächen der ersten und der zweiten Schichten (21, 22) der Keile und der Test­ ausrüstung durchführt; und
wobei sich zumindest eine Klebstoffschicht (23, 24) zwischen dem Befestigungsende eines Keils (8, 14-­ 2 0) und einer von dem Spitzenende entfernten Posi­ tion entlang der Länge des Keils erstreckt, derart, daß am Spitzenende ein Zwischenraum (26, 27) zwi­ schen der Schicht (21, 22), mit der die zumindest eine Klebstoffschicht (23, 24) verbunden ist, und dem Isolator (25) vorhanden ist.

2. Keilsonde gemäß Anspruch 1, bei der sich der Isolator (25) über das Spitzenende eines Keils hinaus (13) er­ streckt.

3. Keilsonde gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die erste und die zweite Schicht (21, 22) an den Spitzenenden eines Keils abgefast (28, 29) sind, um Meißelpunkte zu bilden.