JP4579732B2 - ケルビンコンタクト用のコンタクトアセンブリ、絶縁回路基板、及び、テストシステム - Google Patents

Description

本件は、米国特許法１１１条（ａ）の下で提出された正規の出願であり、既に米国特許法１１１条（ｂ）に基づいて２００４年３月２２日に提出された仮出願第６０／５５５，３８３号の優先権を米国特許法１１９条（ｅ）（１）の下で主張する。

本発明は、超小型回路テストシステム用のケルビンコンタクトモジュールに関する。

回路基板上にはんだ付けする前に超小型回路を試験することは製造において適正な習慣である。不良の超小型回路を回路基板から取り外すことは難しいかまたは不可能であるので、不良の超小型回路を組み込むことにより、通常、回路基板全体を廃棄しなければならなくなる。全般に、個々の超小型回路の試験は、超小型回路端子に一時的にテストコンタクトを接続し、次に、超小型回路の機能を試験する目的で超小型回路を動作させる為に、テストコンタクトに接続された特別なテスト回路を用いる。

超小型回路は多数の異なるパッケージタイプで提供される。テストコンタクトを特定のタイプの超小型回路に接続する手段は、超小型回路を封入しているパッケージのタイプとパッケージに保持されるコンタクトのタイプとに依存する。もちろん、個々のテストコンタクトと、関連する超小型回路端子との間で良好な接触がなされることは非常に重要であり、これは、１つの超小型回路端子に対してでもテスト接続が不良であると、実際には超小型回路が十分に機能できるにもかかわらず、その超小型回路を不良であると示してしまうからである。

本発明において関心があるパッケージのタイプはいわゆるリードレスパッケージであり、このパッケージでは、一面の端部に沿った小型のコネクタパッドが、パッケージを回路基板に電気的かつ機械的に接続するはんだ端子を形成している。内部の配線が内部の超小型回路をはんだ端子に接続する。以下、用語「パッケージ」は、特に明記しない限り又は文脈がはっきりと違うことを示していない限り、いわゆるリードレスパッケージのことを指す。更に、被試験超小型回路は、一般的に、「ＤＵＴ」、即ち、被試験装置（ｄｅｖｉｃｅ ｕｎｄｅｒ ｔｅｓｔ）と呼ばれる。

このようなパッケージはんだ端子は、パッケージ表面の端部に沿って２〜５ｍｍの幅、および約５ｍｍの長さを有し得る。端子同士間の間隔は１〜２ｍｍであり得る。
製造工程における不可避のばらつきにより、リードレスパッケージのコネクタパッド表面は完全に共平面上にあるわけではない。このことは、はんだが回路基板コンタクトとパッケージ端子との間を埋めることができるので、はんだ付け処理には影響を及ぼさない。

しかしながら、テストコンタクトをパッケージ端子に一時的に接続する際、コネクタパッド表面が共平面上にないことにより、テストコンタクトとパッケージ端子との間の接触が悪化したり、それどころかテストコンタクトとパッケージ端子とを接触しなくしたりする恐れがある。この為に、テストコンタクトは、通常、追従可能であるように、即ち、各テストコンタクトがパッケージ端子と固体力学的かつ電気的に接触するように荷重がかかった状態で変位または移動するように設計される。

コネクタパッド表面が共平面にないことが、リードレスパッケージで超小型回路を試験する際に問題を引き起こすだけでなく、他の問題もテストコンタクトとパッケージ端子との間の電気的接続を悪くする恐れがある。例えば、特に、用いられる電流は多くの場合に
μＡ又はｍＡの範囲にあるので、酸化物が電気的接続を妨げる恐れがある。別の場合では、テストコンタクトとパッケージ端子との間の汚損が電気的な接続を劣化させたり、なくしたりする恐れがある。

これらの状態が生じると、実際には全体としては機能できるパッケージが不良であると見なされてしまう恐れがある。そしてこれらのパッケージは無駄に処分され、このことは明らかに製造工程の不要なコストを増大させる。従って、超小型回路パッケージを試験する際に、テストコンタクトとパッケージ端子との間の良好な電気的接続を保証するように実質的な予防措置をとることは通例、費用対効果が大きい。

テストコンタクトとパッケージ端子との間において劣化した電気的接続を検出する１つのアプローチとして、２つのテストコンタクトを各パッケージ端子に配置することがある。超小型回路端子に対するこれらのタイプのコンタクトは、技術用語「ケルビンコンタクト（Ｋｅｌｖｉｎ ｃｏｎｔａｃｔ）」によって与えられる。種々のタイプのケルビンコンタクト試験システムは、特許文献１〜３の３つの特許に示されている。

試験システムは、各パッケージ端子上の２つのテストコンタクトによって、テストコンタクトとＤＵＴパッケージ端子との間の良好な電気的接続について容易に確認することができる。感知した接続抵抗が大きすぎる場合、これは、ＤＵＴではなく、むしろ、テストシステムそのものに伴う問題を示している場合がある。いずれにせよ、ケルビン試験システムを用いることにより、多くの場合において、誤った故障表示は著しく低減される。

更なる問題は、形状追従性のテストコンタクトの設計に関わる。特許文献４は、テストコンタクト端を備えた導電性の弓形のスライダを有する種類のテストコンタクトを示している。前記スライダは、導電性のフレーム要素内の対応する弓形チャネル内部で摺動するような形状に形成されている。テストコンタクト端はチャネルから突出している。弾性エラストマーのばねがスライダをチャネルから推進する。多数のこれらのスライダ／フレームユニットが、テストシステムの一部を形成する回路基板に並置され、ＤＵＴの個々の端子同士の隙間と整合されて配列されている。

使用時には、ＤＵＴの端子は整合されているテストコンタクト端に押し付けられる。スライダは、チャネルからテストシステム回路基板の上に突出する量を調整し、ＤＵＴ端子との良好な機械的かつ電気的な接触をもたらす。
米国特許第６，２９３，８１４号 米国特許第５，５６５，７８７号 米国特許第６，０６９，４８０号 米国特許第５，６０９，４８９号

リードレスパッケージに収容された超小型回路の電気性能を試験するためのテストアセンブリは、ケルビンコンタクトを有する。複数のコンタクトアセンブリのスライダコンタクトは、パッケージ上の端子が共平面上にないことに対応するために、応従的に摺動する。スライダコンタクトに力を作用させて、それらのスライダコンタクトを超小型回路端子に対して押し付けるように、コンタクトアセンブリを支持し、かつ整合させるハウジングのフィーチャと干渉する関係で、弾性エラストマーブロックがコンタクトアセンブリの内部空間内に挿入される。

最初に図１〜図３に注目すると、テストシステム１０又は１０’の一部は、電気絶縁材料から形成されたハウジング１３を備える。ハウジング１３は、第１の列のスロット２０ａ及び第２の列のスロット２０ｂ等のような離間された多数のフレームスロットを有する
。第１の列の個々のスロット２０ａ等と第２の列の個々のスロット２０ｂ等との間の中心離間距離およびスロット２０ａ，２０ｂ等の数は、ＤＵＴの端子符号７３（図１）の中心離間距離及び端子の数に一致しなくてはならない。

ハウジング１３は、テスト回路基板１７上に取り付けられる。ハウジング１３は、隣接するスロット２０ｂの各対の間にあるような一連の開口３３ｂを有し、また、隣接するスロット２０ａの各対の間にも一対のスロット（不可視）を有する。開口３３ｂが互いに実質的に横方向に整合されており、また、隣接するスロット２０ａの対の間にあるスロットも同様である。スロット２０ａ等の中央寄りの端部は、下方に向いた突出部３５ａを備えている。スロット２０ｂ等の中央寄りの端部は、下方に向いた突出部３５ｂを備えている。

基板１７上の第１組の電気的コンタクトパッドは、スロット２０ａ等の下にこれらのスロット２０ａ等と整合されて、第１の列のコンタクトパッド３１ａ等及び第２の列のコンタクトパッド３４ａ等にそれぞれ配列されている。基板１７上の第２組の電気的コンタクトパッドは、スロット２０ｂ等の下でこれらのスロット２０ｂ等と整合されて、第１の列のコンタクトパッド３１ｂ等及び第２の列のコンタクトパッド３４ｂ等にそれぞれ配列されている。コンタクトパッド３１ａ，３１ｂ，３４ａ，３４ｂ等は、ＤＵＴを試験する為に、図示しないテストハードウェアに接続されることになっている。

第１の列のコンタクトパッド３１ａ等は、第２の列のコンタクトパッド３４ａ等に対して偏倚されている。第１の列のコンタクトパッド３１ｂ等と、第２の列のコンタクトパッド３４ｂ等とも同様に、互いに偏倚されている。第１の列のコンタクトパッド３１ａ等及びコンタクトパッド３１ｂ等が、第２の列のコンタクト３４ａ等及びコンタクト３４ｂ等に対して、それぞれ偏倚されて配列されている理由について、以下で説明する。

基板１７上の第１組の支持パッドは、スロット２０ａ等及びコンタクト３１ａ等と整合された、第１の列のパッド２５ａ等に配列されている。基板１７上の第１組の支持パッドは更に、スロット２０ａ等及びコンタクト３４ａ等と整合されている第２の列のパッド２８ａ等を有する。

基板１７上の第２組の支持パッドは、スロット２０ｂ等及びコンタクト３１ｂ等と整合された、第１の列のパッド２５ｂ等に配列されている。基板１７上の第２組の支持パッドは更に、スロット２０ｂ等及びコンタクト３４ｂ等と整合されている第２の列のパッド２８ｂ等を有する。

各スロット２０ａ等は、図３に示されているように、コンタクトアセンブリ３０ａ等を保持する。各スロット２０ｂ等は、更に図３に示されているように、コンタクトアセンブリ３０ｂ等を保持する。コンタクトアセンブリ３０ａとコンタクトアセンブリ３０ｂとは通常は全く同一である。

各コンタクトアセンブリ３０ａ，３０ｂは、図５、図６Ａ、および図６Ｂに示されているように、フレームアセンブリ６０を備え、さらに、図１〜図４に示されているように、第１のスライダコンタクト５３ａ及び第２のスライダコンタクト５６ａを備えている。各コンタクトアセンブリ３０ａ及び３０ｂは更に、一対のスライダコンタクト５３ａ及び５６ａを、図１及び図２にコンタクトアセンブリ３０ａについて示されたように有している。

各フレームアセンブリ６０は、電気的に伝導性の感知薄片４２と、導電性の強制薄片４０と、薄片４０と薄片４２との間の絶縁薄片７０とを備えている。絶縁薄片７０は、強制
薄片４０から感知薄片４２を電気的に絶縁するように機能する。３つの薄片４０，４２，７０は、図５では一体に見えるが、実際には各薄片は他の薄片に対して自由に摺動可能である。

図６Ａは強制薄片４０を側面図で示す。薄片４０は、開口９５ａとスロット９１ａとを画定している壁９４ａを有する。開口９５ａは第１の停止面７７ａと第２の停止面７９ａとを有する。左側即ち後側において、外側テール８７ａは、該テール８７ａの後端即ち左端の近くに、下方へ突出した支持脚部６６を備える。壁９４ａは更に、壁９４ａの前端即ち右端から離間されて下方へ突出したコンタクト脚部６９と、壁９４ａから突出した外側ノーズ８８ａとを備える。

図１及び図４に示されているように、テストシステム１０が完全に組み立てられると、コンタクト脚部６９は、回路基板１７の表面のコンタクトパッド３１ａ又はコンタクトパッド３４ｂ上に載置され、コンタクトパッド３１ａ又はコンタクトパッド３４ｂと電気的な接続をなすことになる。支持脚部６６は、支持パッド２５ａ又は支持パッド２５ｂ上に載置されることになる。

図６Ｂは、感知薄片４２を側面図で示す。薄片４２は、開口９５ｂとスロット９１ｂとを画定している壁９４ｂを有する。開口９５ｂは第１の停止面７７ｂと第２の停止面７９ｂとを有する。壁９４ｂは、左側即ち後側において、外側のテール８７ｂを備える。壁９４ｂは更に、テール８７ｂから離間されて下方へ突出した支持脚部８０を備える。壁９４ｂは、その下部において突出した外側ノーズ８８ｂと、壁９４ｂの下端かつ前端即ち右端の近くで下方に突出したコンタクト脚部８３とを備える。

図３及び図４に示されているように、テストシステム１０が完全に組み立てられると、コンタクト脚部８３は、回路基板１７の表面のコンタクトパッド３４ａ又はコンタクトパッド３４ｂに載置され、コンタクトパッド３４ａ又はコンタクトパッド３４ｂと電気的な接続をなすことになる。支持脚部８０は支持パッド２５ａ又は支持パッド２５ｂに載置されることになる。

重要なことに、各コンタクト脚部８３は、隣接するコンタクト脚部６９に対して互い違いに配置されている。この互い違いに配置された関係により、各コンタクト脚部６９は、コンタクトパッド３１ａ又はコンタクトパッド３１ｂのみに載置され、かつ各コンタクト脚部８３はコンタクトパッド３４ａ又はコンタクトパッド３４ｂのみに載置されることが可能になる。

薄片４０，４２の各々は、それぞれ、開口９５ａ，９５ｂの内部に、ほぼ同一の停止端部７９ａ，７９ｂと、ほぼ同一の停止端部７７ａ，７７ｂとを有する。停止端部７９ａ，７９ｂ，７７ａ，７７ｂは、スライダコンタクト５３ａ，５６ａ上のフィーチャと相互作用することにより、それぞれ、スロット９１ａ，９１ｂ内におけるスライダコンタクト５３ａ，５６ａの運動を制限する。

図１はその相互作用を示す。スライダ５３ａは、開口９５ａの内部に内側の端部がくるように、スロット９１ａ内に取り付けられていることが分かる。スライダ５３ａの内側の端部のフィーチャが停止端部７７ａと相互に作用し、これによりスライダ５３ａがスロット９１ａ及び開口９５ａの内部に保持される。同時に、接触端５８ａ，５９ａは、図３に示されているように、スロット９１ａ，９１ｂから上方に突出している。突出した接触端５８ａ，５９ａの各対はＤＵＴの単一のコンタクト７３を押す。もちろん、コンタクトアセンブリ３０ａ又は３０ｂの各薄片４０，４２は、スライダ５３ａ，５６ａの各々がもたらすＤＵＴ端子７３上における接触を除いて、互いに電気的に分離されていなくてはなら
ない。

図１〜図３は、スロット２０，２０ｂ等の内部の個々のコンタクトアセンブリ３０ａ，３０ｂ等を示す。コンタクトアセンブリ３０ａ，３０ｂ等の寸法により、スロット２０ａ，２０ｂ等がコンタクトアセンブリ３０ａ，３０ｂ等をぴったりと収容することができると同時に、スロット２０ａ，２０ｂ等の内部での回路基板１７に直交する平面内におけるコンタクトアセンブリ３０ａ，３０ｂ等の若干の移動を許容することが可能となる。

ハウジング１３が回路基板１７に取り付けられる前に、スロット２０ａ，２０ｂ等には、コンタクトアセンブリ３０ａ，３０ｂ等が装入されている。ハウジング１３は、各コンタクト脚部６９がコンタクトパッド３１ａ又は３１ｂの上に載るように、かつ各コンタクト脚部８３がコンタクトパッド３１ｂ又は３４ｂの上に載るように、回路基板１７上に搭載される。

図２は、開口９５ａ，９５ｂ並びに開口３３ｂの全てを通過する第１のエラストマーブロック６３を示す。開口９５ａ，９５ｂ、開口３３ｂ、エラストマーブロック６３の大きさ及び形状は、回路基板１３上にハウジング１７を設置することによってブロック６３が圧縮されるようになっている。これによって、コンタクト脚部６９，８３及び支持脚部６６，８０は、回路基板１３に保持されている種々のパッド２５ａ、２８ａ、３１ａ等に対して圧迫される。

更に、ブロック６３が、各スライダ５３ａ，５６ａ等の内側の端部を押圧することによって、スライダ５３ａ，５６ａ等が隣接するＤＵＴ端子７３に対して圧迫される。エラストマーブロック６３が各スライダ５３ａ，５６ａ等に対して一定の圧力を掛けて、端部５８ａ，５９ａはＤＵＴ端子７３に対して圧迫される。

第２のエラストマーブロック６１は、個々のコンタクトアセンブリ３０ａ，３０ｂ等に保持されている個々のノーズ８８ａ，８８ｂと、隣接する下向きの突出部３５ａ，３５ｂとの間に配置されている。図３では、ただ１つのエラストマーブロック６１が、突出部３５ａと、コンタクトアセンブリ３０ａ，３０ｂ等の各々のノーズ８８ａ，８８ｂとの間に配置されて示されている。もちろん突出部３５ｂと隣接するノーズ８８ａ，８８ｂとの間にも同様なブロックが配置される。

、ハウジング１３が回路基板１７に取り付けられると、ブロック６３があるので、ブロック６１は歪められ圧縮される。ブロック６１，６３の弾性によって、コンタクト脚部６９，８３はコンタクトパッド３１ａ，３１ｂ，３４ａ，３４ｂ等へと押しやられる。この力がコンタクトアセンブリ３０ａ，３０ｂ等のばらつきに対応し、これにより、コンタクトパッド３１ａ，３１ｂ，３４ａ，３４ｂ等とコンタクト脚部６９，８３との間の一定した接触力が保証される。

試験の発生の間、ＤＵＴ上に保持されている複数の端子７３は、個々のコンタクトスライダ５３ａ，５６ａ等の対の端部５８ａ，５９ａ等に押し付けられる。ブロック６３の弾性によって、スライダ端部５８ａ，５９ａ等が端子７３と良好な電気的な接触をすることを保証する力が提供される。ブロック６３の弾性により、端５８ａ，５９ａ等が端子７３の共平面性の偏差に対応できる。

本開示が、多くの点で、説明の為のものでしかないことが理解されるであろう。詳細な変形、特に、部品の形状、サイズ、材料、配列のことについては、本発明の範囲を超えることなく、変形がなされてもよい。従って、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲における文言で定義された通りである。

コンタクトアセンブリが電気的な接触をなす回路基板に取り付けられた、ハウジング内に組み立てられた複数のコンタクトアセンブリを示すテストシステムの斜視図。 ハウジング内に組み立てられた複数のコンタクトアセンブリを保持し作動させるように挿入されたエラストマーブロックを示す、図１の斜視図と同様なテストシステムの斜視図。 ハウジング内に組み立てられている、組み込み済みのコンタクトアセンブリの２つのセットを示す、図１及び図２の斜視図と同様なテストシステムの斜視図。 コンタクトアセンブリ上に備えられたコンタクト脚部が回路基板上のコンタクトパッドと電気的かつ機械的な接触をなす方法を示す底面斜視図。 コンタクトアセンブリのフレームを形成するように全て正しく並 置された２つの導電性薄片及び絶縁薄片の斜視図。 コンタクトアセンブリを形成する導電性薄片の側面図。 コンタクトアセンブリを形成する別の導電性薄片の側面図。

Claims (7)

1. ケルビンコンタクトシステム用のコンタクトアセンブリであって、
   ａ）第１及び第２の導電性スライダコンタクトであって、第１及び第２の導電性スライダコンタクトの各々は、所定の形状の細長い本体とその端部上の接触面とを有することと、
   ｂ）第１及び第２の導電性薄片であって、第１及び第２の導電性薄片の各々は内部空間と前記第１及び第２の導電性薄片の外部から前記内部空間へと延びるスロットとを有し、前記第１の導電性薄片のスロットは、前記第１のスライダコンタクトを受容するため、および前記第１のスライダコンタクトが前記スロットに沿って前記内部空間に出入りするように摺動することを可能にするために、所定の前記第１のスライダコンタクトに合致しており、前記第２の導電性薄片の前記スロットは、前記第２のスライダコンタクトを受容するため、および前記第２のスライダコンタクトが前記スロットに沿って前記内部空間に出入りするように摺動することを可能にする為のものであることと、
   ｃ）前記第１及び第２の導電性薄片の内部空間と実質的に合致した内部空間と、前記第１及び第２の導電性薄片の外部形状と実質的に合致した外部形状とを有する、絶縁薄片とを備え、
   前記コンタクトアセンブリは、前記第１及び第２の導電性薄片を、前記第１及び第２の導電性薄片同士の間に配置された前記絶縁薄片と、前記第１及び第２の導電性薄片のスロットの内部の前記第１及び第２のスライダコンタクトとに対して整合されて並置された状態で備えている、コンタクトアセンブリ。
2. 少なくとも前記第１の導電性薄片のスロットは、前記内部空間の一部を画定する前記第１の導電性薄片の底面壁から遠ざかる方向に延出しており、前記底面壁は、前記内部空間から遠ざかる方向に突出する第１のコンタクト脚部を有する、請求項１に記載のコンタクトアセンブリ。
3. 前記第２の導電性薄片は、前記第１の導電性薄片の底面壁と隣り合った底面壁を有し、前記第２の導電性薄片の底面壁は、前記内部空間から遠ざかる方向に突出し、かつ前記第１のコンタクト脚部に対して互い違いに配置された第２のコンタクト脚部を有する、請求項２に記載のコンタクトアセンブリ。
   
4. 請求項３に記載の複数の前記コンタクトアセンブリ用の絶縁回路基板であって、前記回路基板はその表面上に、
   ａ）第１の線に沿って実質的に整合されている第１の複数のコンタクトパッドと、
   ｂ）第２の線に沿って実質的に整合されている第２の複数のコンタクトパッドとを有し、第２の複数のコンタクトパッドの各コンタクトパッドは、第１の複数のコンタクトパッドのコンタクトパッドに対して、第２の線に沿って偏倚された関係にあり、第１の複数のコンタクトパッドと第２の複数のコンタクトパッドとの間における偏倚された関係と、第１の複数のコンタクトパッドと第２の複数のコンタクトパッドとの間の間隔とにより、個々の第１のコンタクトパッドは、前記コンタクトアセンブリの第１のコンタクト脚部と整合され、かつ、隣接する第２のコンタクトパッドは前記コンタクトアセンブリの第２のコンタクト脚部と整合される、絶縁回路基板。
5. 請求項３に記載の前記回路基板に取り付けられた絶縁ハウジングを有するテストシステムであって、前記ハウジングは複数の並んだスロットを有し、各スロットは単一のコンタクトアセンブリを受容する為のものであり、前記スロットの各々は第１のコンタクトパッド及び第２のコンタクトパッドと整合されており、前記スロットの整合によって、第１のコンタクトアセンブリの第１のコンタクト脚部が第１のコンタクトパッドに接触でき、かつ、第２のコンタクトアセンブリの第２のコンタクト脚部が第２のコンタクトパッドに接触できる、テストシステム。
6. 前記ハウジングの壁は各スロットの一側面を画定しており、前記壁は、前記コンタクトアセンブリの前記第１及び第２の導電性薄片の内部空間と整合された開口を有し、前記壁の開口及び前記第１及び第２の導電性薄片の内部空間の各々を通過するエラストマーブロックを有し、前記エラストマーブロックは前記スライダコンタクトの内側の端部に接触して該端部に弾性的な力
   を作用させる、請求項５に記載のテストシステム。
7. 各第１及び第２の導電性薄片は、前記底面壁から突出したノーズを有し、前記ハウジングは、前記回路基板及び前記第１及び第２の導電性薄片のノーズに向かう突出部と、前記突出部と前記ノーズとの間に配置されるエラストマーブロックとを有し、前記エラストマーブロックは前記コンタクト脚部を前記コンタクトパッド上に押し付ける、請求項６に記載のテストシステム。

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