AT7714U1 - Vorrichtung zum nachschleifen von kontaktspitzen - Google Patents
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Abstract
Um abgenützte Kontaktspitzen (13) von beispielsweise in der Halbleitertechnik verwendeten Prüfnadeln nachzuschleifen, wird eine Vorrichtung mit einer Halterung (24, 26)) für Prüfnadeln (10), deren Kontaktspitzen (13, 14) nachzuschleifen sind, mit einem Bearbeitungskopf (22) mit einem Schleifkopf (30) mit einem Antrieb zum Bewegen des Schleifkopfes (30) vorgeschlagen. Bei dieser Vorrichtung ist am Bearbeitungskopf (22) ein Tastkopf (40) zum Ermitteln der Höhenlage der nachzuschleifenden Kontaktspitzen (13, 14) der in der Vorrichtung festgelegten Prüfnadeln (10) vorgesehen.
Description
AT 007 714 U1
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachschleifen von abgenützten Kontaktspitzen von Prüfnadeln, insbesondere von in der Halbleitertechnik verwendeten Prüfnadeln, mit einer Halterung für die Prüfnadeln, deren Kontaktspitzen nachzuschleifen sind, mit einem Bearbeitungskopf mit einem Schleifkopf und mit einem Antrieb zum Ausführen der Bewegungen des Schleifkopfes relativ 5 zu den Prüfnadeln.
Bei solchen Kontaktspitzen handelt es sich insbesondere um Kontaktspitzen von Nadelkarten, wie sie zur Prüfung von Halbleiter-Mikrochips eingesetzt werden.
Die hier in Rede stehenden Kontaktspitzen sind die Enden von Drahtstücken, die eine halbkugelförmige oder kegelstumpfförmige Form besitzen. 10 Bei der elektrischen Prüfung von Halbleiter-Mikrochips werden zum elektrischen Kontaktieren des "nackten", sich noch im Halbleiter-Wafer befindlichen Mikrochip, sogenannte "Nadelkarten" eingesetzt. Diese Nadelkarten besitzen Nadeln, z.B. aus Wolfram, mit Drahtstärken von 100 bis 400 pm und einer an abgewinkelten Enden angeordneten halbkugelförmigen Spitze mit einem Durchmesser im Bereich von 15 bis 150 pm. Diese Nadeln stellen den elektrischen Kontakt zur 15 Prüfspitze dar.
Beim Prüfen eines Mikrochips werden die Prüfspitzen der Nadeln zum Zweck des Kontaktie-rens an die entsprechenden Kontaktflächen (sogenannte "Bond-Pads") des Mikrochip angedrückt. Dabei führen die Prüfspitzen der Nadeln auf der metallischen Kontaktfläche eine gleitende Bewegung aus und dringen wenige Mikrometer tief in die Kontaktfläche ein. Wegen der hohen Anzahl 20 von Kontaktierungen in der Serienprüfung von Mikrochips verschleißen die Prüfspitzen und die ursprünglich halbkugelförmigen Spitzen der Nadeln flachen nach und nach ab. Bei kegelstumpfförmigen Kontaktspitzen wird durch die beschriebene Abnützung die Kontaktfläche größer, was nicht nur ein schlechteres Kontaktieren zur Folge hat, sondern auch die Gefahr der Beschädigung der Halbleiter-Mikrochips durch das Reiben der Kontaktspitzen am Halbleiter-Mikrochip, wenn die 25 Kontaktspitze aufgesetzt und angedrückt wird, erhöht. Dieses Abflachen verschlechtert die Kontakteigenschaften und vergrößert die Kontaktfläche, was die Prüfnadeln schlußendlich unbrauchbar macht.
Bislang wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass die Prüfnadeln ausgetauscht wurden. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Nadelkarten komplett neu zu bauen. 30 Aus der JP 63005542 A ist eine Anordnung mit Prüfnadeln (probes) zum Prüfen von Halbleiterwafern mit dem Ziel, den Druck der Prüfnadeln zu erfassen, bekannt. Dabei soll mit Hilfe von Dehnmessstreifen in einer Druckmessdose der Druck bestimmt werden, mit dem die Prüfnadeln gegen den zu prüfenden Wafer gedrückt werden. Die Höhenlage der Prüfnadeln gegenüber einem Werkzeug zum Bearbeiten derselben ist mit dieser bekannten Anordnung allerdings nicht erfass-35 bar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung anzugeben, mit dem die Kontaktspitzen, die zur Prüfung von Mikrochips in der oben beschriebenen Art und Weise eingesetzt werden, wieder nachgeschliffen werden können, nachdem sie durch Gebrauch abgenützt worden sind, ohne dass die Gefahr besteht, die Prüfnadeln zu beschädigen. 40 Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, welche die Merkmale des unabhängigen Anspruches aufweist.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise an einem xyz-Lineartisch verwirklicht 45 sein, wobei das Zustellen des Schleifkopfes in Richtung der z-Achse erfindungsgemäß mit Hilfe eines Tastkopfes (Sensor) verwirklicht wird. Bei der Erfindung arbeitet der Tastkopf so, dass er beim Berühren der zu bearbeitenden Nadelspitzen, beispielsweise der Nadelkarte, einen elektrischen Kontakt schließt, wobei die Lage des Tastkopfes in z-Richtung in diesem Moment der Lage der Enden der Nadelspitzen ("Nulllage") entspricht. 50 Dies kann in der Praxis so ausgeführt sein, dass neben dem Schleifkopf auf dem xyz-Lineartisch der Tastkopf für das Feststellen der Nullebene montiert ist.
Dabei kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Kontaktfläche des Tastkopfes für das Bestimmen der Nulllage in ihrer Halterung elastisch federnd gelagert ist und durch Anlegen der Kontaktfläche an die Spitze der Prüfnadeln, z.B. der Nadelkarte, ein elektrischer Steuerkreis 55 geschlossen wird, der die Nulllage, also die Lage der Spitze der Nadel definiert. 2 AT 007 714 U1
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung. Es zeigt: Fig. 1a eine neue Nadel mit halbkugelförmiger Prüfspitze, Fig. 1b eine Nadel mit durch Verschleiß abgenützter Prüfspitze und flacher Kontaktfläche, Fig. 1c eine nachgeschliffene Prüfnadelspitze, Fig. 1d eine kegelstumpfförmige Kontaktspitze, Fig. 1e eine abgenützte kegelstumpfför-5 mige Kontaktspitze und Fig. 1f eine nachgeschliffene kegelstumpfförmige Kontaktspitze, Fig. 2a eine Nadelkarte, Fig. 2b die andere Seite der Nadelkarte von Fig. 2a, Fig. 3 schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zum Schleifen von Nadelspitzen, Fig. 4a einen Schleifkopf, Fig. 4b den Schleifkopf aus Fig. 4a in anderer Ansicht und teilweise weggebrochen, Fig. 5a bis d in einer Bildfolge die Relativbewegung zwischen einem Schleifplättchen und einer Nadelspitze und 10 Fig. 6 schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Sensor zum Ermitteln der Lage von Nadelspitzen.
Wenngleich im folgenden die Vorrichtung gemäß der Erfindung insbesondere mit Bezugnahme auf das Nachschleifen von Prüfnadeln einer Nadelkarte, wobei die Prüfnadeln halbkugelförmige Spitzen (Kontaktspitzen) besitzen, beschrieben wird, ist die Erfindung nicht auf das Nachschleifen 15 von solchen Kontaktspitzen beschränkt. Vielmehr kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung grundsätzlich bei jeder Art von Kontaktspitzen angewendet werden, wobei beispielsweise auch kegelstumpfförmige Kontaktspitzen nachgearbeitet werden können.
Die Fig. 2a und 2b zeigen eine Nadelkarte 1, in deren Zentrum 2 eine Prüfnadelanordnung 3 angeordnet ist, wobei die Prüfnadeln 10, wenn sie neu sind, die in Fig. 1a gezeigte Form besitzen, 20 d.h. deren Spitzen 12 sind halbkugelförmig abgerundet.
Mit Hilfe solcher Nadelkarten 1 werden, wie eingangs erwähnt, noch im Halbleitenwafer befindliche Mikrochips geprüft, wobei die Prüfnadeln 10, z. B. Wolframnadeln, zur elektrischen Kontaktierung des (nackten) Halbleiter-Mikrochip herangezogen werden.
Durch mehrfaches Benützen von solchen Nadelkarten 1 flachen die Spitzen der Wolframna-25 dein 10 ab, so dass sie schließlich die in Fig. 1b gezeigte abgeflachte Spitze 14 mit vergrößerter Kontaktfläche haben.
Durch die Vorrichtung können abgenützte Nadelspitzen 14 wieder rundgeschliffen werden, so dass sie dann die in Fig. 1c gezeigte runde, neue Spitze 16 besitzen. Ein derartiges Nachschleifen abgenützter (abgeflachter) Nadelspitzen 14 kann an mehrere Mal erfolgen, bis schlußendlich die 30 Prüfnadeln 10 zu kurz geworden sind. Für gewöhnlich können Prüfnadeln 10 durchschnittlich etwa viermal nachgeschliffen werden.
Sinngemäßes gilt für Prüfnadeln mit kegelstumpfförmigen Kontaktspitzen 11, wie sie in Fig. 1d gezeigt sind. Bei einer neuen, in Fig. 1d gezeigten Kontaktspitze 11 hat die Endfläche des Kegelstumpfe, also die eigentliche Kontaktfläche, den Durchmesser d1. Durch Benützen wird der Kegel-35 stumpf kürzer und die Kontaktfläche nimmt an Größe zu, bis sie schließlich den Durchmesser d2 erhält, also die Kontaktfläche so groß geworden ist, das eine ordnungsgemäße Benützung der Kontaktspitze 13 nicht mehr möglich ist. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine nicht mehr brauchbare Kontaktspitze 13 gemäß Fig. 1e nachgeschliffen werden, derart, dass sie dann wieder eine Kontaktfläche mit dem Durchmesser d1 hat. Es ist ersichtlich, dass die 40 Mantelfläche des Kegelstumpfes an der Kontaktspitze 15 der Prüfnadel 10 dabei eine mehr oder weniger stark konvex bombierte Form annimmt.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Vorrichtung besitzt einen Grundrahmen 20, in dem durch Schrittmotoren, beispielsweise aufgrund einer Computersteuerung, ein Bearbeitungskopf 22 in x- und y-Richtung linear verschoben werden 45 kann. Zusätzlich kann der Bearbeitungskopf 22 in z-Richtung verstellt werden (Höhenverstellung). An der Grundplatte 24 der Vorrichtung kann eine Nadelkarte 1 über Klemmvorrichtungen 26 an einer weitgehend beliebigen Stelle befestigt werden.
An dem Bearbeitungskopf 22 ist neben einem Tastkopf 40 (Fig. 6) zum Bestimmen der Lage der Nadelspitzen 14 bzw. 13 ein Schleifkopf 30 montiert, der um eine Rotationsachse 32, die 50 parallel zur z-Achse ausgerichtet ist, drehangetrieben ist.
In dem Schleifkopf 30 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Pakete 34 aus biegeelastischen Schleifplätten 36, die mit Schleifkörpern beschichtet sein können, eingespannt. Schleifplättchen 36 in jedem der beiden Pakete 34 besitzen voneinander Abstand.
Die Schleifplättchen 36 sind im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel alle mit Abstand 55 von der Rotationsachse 32 des Schleifkopfes 30 angeordnet, so dass sie bei sich drehendem 3 AT 007 714 U1
Schleifkopf 30 eine Kreisbewegung um die Rotationsachse 32 ausführen.
Der in den Fig. 4a und 4b gezeigte Schleifkopf 30 trägt im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Pakete 34 von jeweils zueinander parallel ausgerichteten Schleifplättchen 36. Die Schleifplättchen 36 jedes Paketes 34 besitzen einen Abstand voneinander, was durch zwischen die Schleifplätt-5 chen 36 eingelegte Distanzplättchen 35 erreicht wird.
Um die Schleifplättchen 36 am Schleifkopf 30 festzuhalten, besitzt dieser einen mittleren Steg 31, an den von beiden Seiten die Pakete 34 aus Schleifplättchen 36 und Distanzplättchen 35 angelegt werden. Außerhalb der Pakete 34 aus Schleifplättchen 36 und Distanzplättchen 35 sind Andrückplatten 33 vorgesehen, die mit Hilfe von je zwei Schrauben 37, die von beiden Seiten her 10 in Gewindelöcher 37' eingedreht sind, zum mittleren Steg 31 am Schleifkopf 30 hin verspannt werden. Um eine genaue Zentrierung und Justierung der Schleifplättchen 36 zu erreichen, also um zu verhindern, dass durch das Anziehen der Schrauben 37 die vorher gewählte Ausrichtung der Schleifplättchen 36 verändert wird, sind beidseits der Spannschrauben 37 noch Passstifte 38 in Löcher 39 im mittleren Steg 31 eingesetzt, welche bis in Löcher in den Andrückplatten 33 reichen 15 und diese exakt führen. Die Passstifte greifen auch durch Löcher in den Distanzplättchen 35.
Neben dem Schleifkopf 30 ist am Bearbeitungskopf 22 der erwähnte Tastkopf 40 zum Bestimmen der Nulllage angeordnet, der beispielsweise wie in Fig. 6 schematisch dargestellt, ausgeführt sein kann.
Der Tastkopf 40 besitzt in einem Halter 42 verschiebbar aufgenommen ein Kontaktplättchen 20 44, das von einer Feder 46 nach unten in Anlage an eine Schulter 48 im Halter 42 gedrückt wird.
Durch Verfahren des Kopfes 22 und damit des Sensors 40 in z-Richtung wird dieser der Anordnung aus Prüfnadeln 10 einer in der in der Vorrichtung festgeklemmten Nadelkarte 1 angenähert. Sobald die Kontaktplatte 44 an den Prüfnadeln 10 auffährt, wird ein elektrischer Kreis einer Signaleinrichtung 55 geschlossen (hiezu sind die Prüfnadeln 10 elektrisch kontaktiert). In diesem Moment 25 entspricht die Höhenausrichtung (z-Achse) des Tastkopfes 40 und damit des Bearbeitungskopfes 22 der Nulllage, also der Ebene 50, in der die Spitzen 14 der Nadeln 1 liegen. So kann die "Nulllage" 50 auf einfache Weise festgestellt werden.
Die gegen die Kraft der Feder 46 zurückschiebbare Anordnung des Kontaktplättchens 44 und wenigstens ein im Inneren des Sensors angeordneter Hilfskontakt 60 stellt sicher, dass bei unzu-30 reichender elektrischer Kontaktierung der Prüfnadeln 10 die Anordnung aus Bearbeitungskopf 22 mit Schleifkopf 30 und Tastkopf 40 nicht zu weit auf die Nadelkarte 1 herunterfährt und diese beschädigt.
Nachdem die Nulllage, also die Lage der (abgeflachten) Spitzen 14/13 der Prüfnadeln 10 z.B. in einer Nadelkarte 1, definiert ist, wird der xy-Antrieb des Bearbeitungskopfes 22 und der Drehan-35 trieb für den Schleifkopf 30 in Gang gesetzt und der Schleifkopf 30 in geraden Bahnen aus verschiedenen Richtungen über die Prüfnadeln 10 geführt, so dass diese nachgeschliffen werden. Dieses Nachschleifen erfolgt durch die Drehbewegung des Schleifkopfes 22 und die gleichzeitige Linearbewegung in der Ebene senkrecht zur Rotationsachse 32 des Schleifkopfes 30. Dadurch werden die freistehenden Kanten der Schleifplättchen 34 über die Nadelspitzen 14/13 gezogen, 40 wobei sie eine Drehbewegung relativ zu den Nadelspitzen 14/13 ausführen. Dadurch erfolgt ein rundum gleichmäßiges Abschleifen von Material von der Nadelspitze 14/13 und die zunächst abgeflachte Nadelspitze 14 (Fig. 1b) erhält wieder eine annähernd halbkugelförmige Form 16 (Fig. 1c), bzw. eine kegelstumpfförmige Kontaktspitze 13 wird wieder zu einer Kotaktspitze 15 mit einer Kontaktfläche mit dem ursprünglichen Durchmesser d1 (vgl. Fig. 1f). 45 Das Schleifen kegelstumpfförmiger Prüfspitzen (Kontaktspitzen) wird anhand der stark sche matisierten Fig. 5a bis 5d erläutert.
Fig. 5a zeigt die Situation, wenn sich ein Schleifplättchen 36, das in dem Schleifkopf 30 eingespannt ist, an die Prüfspitze 13 anlegt. Dabei ist in der Darstellung von Fig. 5a links die Blickrichtung so gewählt, dass sie senkrecht zur Ausrichtung des Schleifplättchens 36 ist, wogegen in 50 Fig. 5a rechts die Blickrichtung so gewählt ist, dass sie in Richtung der Ebene des Schleifplättchens 36 ist. Hinzuweisen ist darauf, dass das Schleifplättchen 36 einseitig fest eingespannt ist, elastisch ist und an der Oberfläche beidseitig mit Schleifkörpern belegt sein kann.
Fig. 5b zeigt die Situation bei fortgesetzter Bewegung des Schleifplättchens 36, wobei durch die strich-punktiert dargestellte ursprüngliche Relativlage der Nadelspitze 13 zum Schleifplättchen 55 36 erkennbar ist, dass sich eine schräge, gleitende Bewegung der Prüfspitze 13 relativ zur Kante 4
Claims (4)
- AT 007 714 U1 des Schleifplättchens 36 ergibt, wobei sich das Schleifplättchen 36 elastisch verformt und die abrasive Abtragung von Material durch den Schleifvorgang im Bereich der freien Kante der Prüfspitze 13 erfolgt. In Fig. 5c ist die Situation gezeigt, wenn das Schleifplättchen 36 über das freie Ende der Prüf-5 nadelspitze 13 "springt". Fig. 5d zeigt, dass durch das fortgesetzte Verdrehen des Schleifkopfes 30, in dem das Schleifplättchen 36 eingespannt ist, in weiterer Folge die andere Seite des Schleifplättchens 36 für eine Schleifarbeit wirksam wird. Durch mehrfaches Wiederholen der in den Fig. 5a bis 5d gezeigten und oben beschriebenen 10 Vorgänge wird das gewünschte Nacharbeiten von Kontaktspitzen erreicht, wobei es durch die relative Ausrichtung zwischen Schleifkopf 30 einerseits und zu schleifenden Kontaktspitzen anderseits möglich ist, wahlweise halbrund nachgeschliffene Kontaktspitzen (Fig. 1a bis 1c) bzw. nachgeschliffene kegelstumpfförmige Kontaktspitzen (Fig. 1d bis Fig. 1f) zu erhalten. Die Linearbewegung des Schleifkopfes in xy-Richtung dient dazu, gleichzeitig eine Anordnung 15 aus mehreren Prüfnadeln zu bearbeiten, wobei die einzelnen Nadeln von allen Seiten gleichmäßig geschliffen werden. ANSPRÜCHE: 20 25 30 35 1. Vorrichtung zum Nachschleifen von abgenützten Kontaktspitzen von Prüfnadeln, insbesondere von in der Halbleitertechnik verwendeten Prüfnadeln, mit einer Halterung (24, 26) für die Prüfnadeln (10), deren Kontaktspitzen (13,14) nachzuschleifen sind, mit einem Bearbeitungskopf (22) mit einem Schleifkopf (30) und mit einem Antrieb zum Ausführen der Bewegungen des Schleifkopfes (30) relativ zu den Prüfnadeln (10), dadurch gekennzeichnet, dass am Bearbeitungskopf (22) ein Tastkopf (40) zum Ermitteln der Höhenlage der nachzuschleifenden Kontaktspitzen (13, 14) der in der Vorrichtung festgelegten Prüfnadeln (10) vorgesehen ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Tastkopf (40) eine Signaleinrichtung (55) zugeordnet ist, die anspricht, wenn der Tastkopf (40) die nachzuarbeitenden Kontaktspitzen (13, 14) berührt.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Tastkopf (40) ein entgegen die Kraft einer Druckfeder (46) verschiebbares Kontaktplättchen (44) vorgesehen ist.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Tastkopf (40) ein Hilfskontakt (60) vorgesehen ist, der dem verschiebbaren Kontaktplättchen (44) zugeordnet ist, und dass bei am Hilfskontakt (60) anliegenden Kontaktplättchen (44) die Signaleinrichtung (55) betätigt und/oder der Vorschub des Bearbeitungskopfes (22) unterbrochen ist. 40 HIEZU 8 BLATT ZEICHNUNGEN 45 50 5 55
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IT202000012556A1 (it) | 2020-05-27 | 2021-11-27 | Crea Collaudi Elettr Automatizzati Srl | Sistema di sicurezza per scheda sonda ad aghi per test ad alta tensione ed alta corrente su dispositivi a semiconduttore di potenza e relativa macchina di test. |
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2005
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IT202000012556A1 (it) | 2020-05-27 | 2021-11-27 | Crea Collaudi Elettr Automatizzati Srl | Sistema di sicurezza per scheda sonda ad aghi per test ad alta tensione ed alta corrente su dispositivi a semiconduttore di potenza e relativa macchina di test. |
US12092659B2 (en) | 2020-05-27 | 2024-09-17 | Crea Collaudi Elettronici Automatizzati S.R.L. | Safety system for needle probe card for high-voltage and high-current test on power semiconductor devices, related test machine and corresponding testing method |
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