CN1696708A

CN1696708A - 电气检测设备

Info

Publication number: CN1696708A
Application number: CNA2005100714746A
Authority: CN
Inventors: 贡特尔·伯姆
Original assignee: Feinmetall GmbH
Current assignee: Feinmetall GmbH
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2025-05-13
Also published as: JP4855711B2; EP1596204A1; EP1596204B1; US7164280B2; DE102004023987B4; TW200606444A; JP2005328053A; US20050253608A1; TWI301544B; CN100451660C; DE102004023987A1

Abstract

本发明提供一种特别用于晶片检测的电气检测设备。这种检测设备带有一个与被测件相对的触头，触头上带有形成触针布置的销状接触元件；这种设备还带有一个电气连接装置，它的接触面与接触元件上背朝被测件的一端相接触。本发明的特征在于，一个借助滑动导向件从而允许在径向上出现温度膨胀变化的定中心装置使触头和连接装置的中心相互对准。

Description

电气检测设备

技术领域

本发明涉及一种特别用于晶片检测的电气检测设备。这种检测设备带有一个与被测件对应的触头，触头上带有形成触针布置的销状接触元件；这种设备还带有一个电气连接装置，它的接触面与接触元件上背朝被测件的一端相接触。

背景技术

本发明开头所提到的这种电气检测设备被用来和被测件进行电接触，以测试它的功能。这种电气检测设备与被测件之间为电连接，也就是说，它一方面与被测件的电气端子接触，另一方面又将电接触用来连接一个检测系统，这个系统通过检测设备向被测件发送电信号，测量它的电阻、电流和电压等以检测它的功能。由于电气上的被测件常常是极其细小的、用来制作电子部件的电子元件如晶片，因此，触头的销状接触元件的尺寸也极小。为了能与检测系统连接，探头的接触元件与一个连接装置相接触，这个装置通过转换使接触间隙变大，从而可以与通向检测系统的连接电缆相连接。由于在测试时会出现不同的室温，并且优选的是，在被测件温度不同时对它进行测试，以便在一个确定的温度范围内检测它的功能。但是，已知的电气检测设备会有以下危险：由于温度变化而产生的长度变化使得定位出现误差，从而无法再保证接触元件和连接装置上相对应的接触面之间实现准确的接触。这种位置偏移是由所用材料的温度膨胀系数的不同而造成的，在这里，由于设计上的原因必须采用某种材料，这样就不可能通过使触头和连接装置使用同一种材料的方式解决上述问题。另外各部件加热时所达到温度的不同也会导致位置偏移。

发明内容

本发明的目的是提供一种开头所提到的电气检测设备，在这种设备上不会出现前面所提到的问题。

在本文开头所提到的电气检测设备上，本发明的任务通过一个借助滑动导向件允许在径向上出现温度膨胀变化的定中心装置实现，这个装置使触头和连接装置在中心相互对准。本发明所描述的电气检测设备，又被称为垂直检测卡板，它拥有一个位于触头和连接装置之间的定中心装置，这种装置保证长度在温度变化的影响下，只是从上述各部件的中心开始并在相应的滑动导向件的作用下沿径向发生变化。触头和连接装置的中心正好相对；特别是它们都处在上述部件的同一中心垂直线上。按照本发明所述，虽然不同的材料由于温度的变化而产生长度上的变化，但通过前面所述的带有径向滑动导向功能的定中心装置，这种变化不会累积到接触元件的端面无法触及连接装置的接触面的程度，从而保证了可靠的接触。如果不采用本发明所描述的结构，那就无法保证实现前面所述的定中心作用，并可能导致以下情况：位于边缘处的接触元件的触点位置正好落在连接装置上相对应的接触面的中央，但是从整个触针布置的纵向对角线看，与之正好相对的接触元件的位置却由于长度的变化而远离它所对应的接触面，这样，由于定位误差就只出现了一次边缘处的电接触，或者甚至由于接触元件的端面没有触及到所对应的接触面，而是落在它旁边的位置，也就是连接装置的绝缘材料上，那就根本不会有任何接触。

按照本发明的一个实施形式，定中心装置位于触针布置之外。这种布置使得定中心工具不会进入到触针布置，这样，围绕着连接装置和触头中心的区域就只会被销状连接元件接触，因此也就可以配合不同被测件的测试

具有优点的是，定中心装置带有至少三个在角度上相互错开布置的滑动导向件。优选的是，这三个滑动导向件相互之间的角度为120°，或者三个滑动导向件中的第一个与第二个之间的角度为90°，第二个与第三个之间的角度也为90°，这样，第一个与第三个滑动导向件之间的角度就为180°。这样就明确地确定了中心，也就是说，在接触平面(X-Y-平面)上不可能在检测设备的中心出现位置偏差。特别的是采用四个滑动导向件，它们相互之间的角度为90°。

按照本发明的一个改进方案，每个滑动导向件由一个位于触头或连接装置之上的突出状部件和一个在连接装置和/或触头中的、在径向上有间隙而在切线方向上无间隙地将突出状部件容纳在内的凹口形成。每个滑动导向件只允许凹口中的突出状部件在一个方向上移动，这个方向是指径向，也就是说以检测设备的中心为起点向外延伸。前面所提到的切线方向与径向垂直，并与检测平面平行，在这个方向上是处于无间隙状态的，这样就排除了触头和连接装置之间的旋转偏差。在测试时，销状接触元件上朝向被测件的一端沿与检测平面垂直的方向，即沿轴向接近被测件，以便最终接触被测件。另外，在这个方向上，接触元件和探头互相向着对方运动，以最终实现这两个部件之间的电接触。

优选的是，突出状部件采用异型销的形式。该销的截面为圆形，或者，优选的不是圆形，而是与圆形不同的形状，以便与凹口壁相互配合来保证径向上的导向。

特别是，凹口采用孔的形式，优选的是采用长孔的形状。

按照本发明的一个改进方案，突出状部件穿过连接装置，并延伸到一个对连接装置施加作用的支承装置中。在这里，突出状部件固定在支承装置上。固定是通过突出状部件的一端实现的。突出状部件的另一端最好固定在触头上。在松开连接装置时，为了将或能够将支承装置和触头所形成的结构在轴向上分离开，触针采用一种分段式结构，并且它在其位于连接装置内的那部分上带有一个接口缝。在这种结构下，突出状部件的两段可以通过所形成的径向滑动导向沿切线方向无间隙地相互对准，并可在完全保证电气检测设备的功能可靠性的同时，在径向上(以检测设备的中心为准)出现由于温度系数不同而导致的位置偏差。特别的是，突出状部件的两段之间的接口缝位于一个与检测平面平行的平面上。按照本发明的另一个实施例，突出状部件或异型销在它的外表面带有两个正好相对的、平行的导向平面，它们各自与检测设备的径向平行。如同前面所描述的，“径向”是指以检测设备的中心为起点，与检测平面相平行延伸的方向。

一个具有优点的形式是，突出状部件四周无间隙地固定在支承装置的一个固定凹口中。这里的突出状部件就是前面所提及的异型销，这样，它的一端就被固定在支承装置的固定凹口中。它的另一自由端则从上述部件中向外延伸，以接纳一个或多个其它的部件，这个或这些部件带有一个或多个允许径向运动的凹口，从而形成了径向上的滑动导向。

特别的是，凹口带有平行的凹口壁，在它们之间可以无间隙地或基本无间隙地容纳导向件，特别是突出状部件或异型销的导向面。如果凹口是一个槽口或一个孔，那么槽口也带有平行的槽口壁，或孔也带有平行的孔壁，从而各自形成径向滑动导向件。为了能相对于中心进行径向位移，凹口、槽口或孔可呈长孔状。

特别的是，凹口壁、槽口壁或孔壁分别与检测设备的径向平行。这一点也可同样适用于各相应的突出状部件即异型销上的平行导向平面。

连接装置优选地由印刷电路板构成，在这里特别是指多层印刷电路板，也就是说，它所带有的印刷导线位于板中的不同层面。印刷导线一方面通向所提及的接触面，而接触面则与探头的接触元件在电气上共同作用；另一方面，印刷导线又通向连接线，而它又通过连接电缆与检测系统相连。

优选用作接触元件的有触针，例如弹簧触针，或者当尺寸特别小时，如用于晶片检测时，使用的是桡曲导线(Knickdrhten)。接触元件在触头中可在纵向上移动。

另外具有优点的是，突出状部件，特别是异型销在边侧带有一个沟槽，它与触头和/或支承装置上的开口相对，并且一个配合件，特别是一个配合板条被插入到沟槽和开口之中，以使突出状部件在轴向上固定。突出状部件在轴向上被固定，但由于配合件与槽口和/或开口之间为摩擦连接，因此突出状部件可在与轴向成90°的方向上移动，也就是进行径向位移，这样前面所提到的温度膨胀就可以进行。开口的起点是凹口的边侧，而沟槽和开口沿径向延伸。

附图说明

下面借助附图和实施例来详细说明本发明，其中

图1为一种电气检测设备的剖面示意图。

图2为图1中所示的检测设备的俯视图，图中略去与本发明无关的部件。

图3为图1和2中滑动导向件所在区域的剖面图。

图4为一种电气检测设备的另一个实施例。

图5为另一个实施例中滑动导向件所在区域的剖面图。

具体实施方式

图1为一个电气检测设备1的剖面示意图，它可以通过一个图中未示的电缆连接到一个图中未示的检测系统上以实现与被测件2的接触，从而可对被测件进行电气检测。以晶片3形式出现的被测件2位于被称为卡盘的支架4之上，支架可被加热或冷却。通过这种方式就可在电气检测过程中使被测件处于不同的温度之下，例如从-50℃到+200℃，从而可以测试它在这一温度范围内是否可以保持完好无损。

为了与晶片3上相应的连接点相接触，本发明采用一种构成检测设备1的垂直检测卡板5。

检测设备1具有一个触头6和一个连接装置7。连接装置7紧靠在支承装置8上。触头6上带有众多可沿纵向移动的接触元件9，这些接触元件的一端指向被测件2，另一端则指向接触装置7。接触装置7由一个带有印刷导线11的多层印刷电路板10构成，而印刷导线11在其指向触头6的一端带有若干接触面12，它们分别对应于各接触元件9，并在其径向外端带有电气连接面13，这些电气连接面可以通过前面提及的电缆(未在图中显示)连接到检测系统(也未在图中显示)上。这种布置使得连接装置7成为一个转换装置，也就是说，细微的接触面12(例如直径从50到300μm)之间的间隔非常小，而通过印刷导线11这种间隔则转换为连接面13之间较大的间隔。并且各连接面13的大小可以实现与电缆的连接。

在检测被测件2时，检测设备1在支承装置8的作用下沿轴向(箭头14)朝被测件2运动，直到接触元件9的一端触及晶片3，而另一端触及接触面12。由于接触元件9由挠曲导线15构成，也就是说通过弯曲它在轴向上带有灵活的弹性，从而可以形成良好的接触。

触头6具有两块相互平行并隔一定距离的陶瓷板16和17，它们带有用来安装挠曲导线15的轴孔18。这两个相互平行的陶瓷板16和17之间的间隔是通过一个垫块19实现的。

迄今为止，触头6和连接装置7之间已知的连接方式都是固定连接，而本发明则在上述两个部件之间采用了定中心装置20，如图2所示，它由四个在切线方向上(双箭头21)相互之间分别成90°角的滑动导向件构成。从图2中可以看出，晶片3由一个圆板构成。它带有未在图中显示的集成电路。为了对电路进行电气检测，基本上呈正方形的触头6带着位于不同位置的挠曲导线15(未在图2中显示)多次下降到晶片之上，这样就可以每次对晶片3上一个相应的区域进行检测。图2的下部是滑动导向件22的放大图。它有着一个突出状部件23，而它则形成一个异型销24，它沿轴向(与图1中箭头14所示方向相反)从触头6中伸出。异型销24在外壳表面25上有两个正好相对并相互平行的导向平面26。另外，异型销24的自由端伸入到连接装置7，即印刷电路板10上的一个凹口27之中。优选地，凹口27形成印刷电路板10上的孔28。这个孔呈长孔状，也就是说形成长孔29。凹口27带有两个相互平行的凹口壁30，它们之间的间离大小应使它们与异型销24的导向面26之间基本上不存在间隙。长孔29的纵向长度大于异型销24相应的纵向长度，这样，按照图2中的放大图，触头6和连接装置7，即印刷电路板10之间可以出现一个沿图中双箭头31所示方向的相对运动。而与之垂直的方向上则不可能出现一个相对运动，因为导向面26在凹口壁30上的导向作用防止了它的产生。

从图2中可以清楚地看出，四个导向件22位于两条假想的、相互之间成90°角的射线32和33之上，这两条射线32和33在中点34相交，并且中点34形成检测设备1及被测件2上待检测区域的中心。在中心35周围布置挠曲导线15，它们形成了一个触针分布36。这四个滑动导向件22在径向上位于触针分布36之外，而确定长孔29的纵向延伸的方向时，应使长孔的中心分别落在射线32和33之上。各异型销24的导向面26按照各长孔29的长孔定向而成形。

显然，材料由于温度变化产生膨胀或收缩时，通过位于中心35区域的定中心装置20，触头6和连接装置7等部件可以相互固定，并且相对运动只可能出现在射线32和33所在的方向上。通过这种方式，由于部件所用材料的温度膨胀系数的不同而产生的前面所提到的长度变化，就不会导致严重的、使挠曲导线15的朝向印刷电路板10的一端无法触及接触面12的偏移。通过定中心装置20的定中心作用，所出现的长度变化是从中心开始的并相对于中心对称分布，从而能防止严重的偏移，而从径向方向上看，这种长度变化只相当于未使用本发明时所出现的偏移程度的一半，在后者的情况中，当位于外侧的挠曲导线15被放到其所指向的接触面12的中心时，那些正好相对的、同样位于外侧的挠曲导线15则由于累积的长度膨胀或长度收缩而出现接触失败。

从图3中可以看出，各异型销24被一个沿轴向位于间隔件19中的配合板条37固定在凹口27中。当然也可以使用其它的固定方式，只要这些固定方式是在轴向上进行固定并允许在径向方向上的温度膨胀。另外，图3中还展示了与图2中所示的不同的异型销结构。在这里，异型销分成两部分，也就是说，它由固定在触头6上的第一段销39和固定在支承装置上8的第二段销40组成。如图3中所示，在两段销39和40之间是一条接口缝41，它处在连接装置7，即印刷电路板10的范围内。这两段销39和40的外形与图2中的放大图所示的外形相同。这同样也适用于印刷电路板10中的凹口27和触头6中的凹口27。两个凹口27形成孔28和长孔29。长孔的方向如同图3中的箭头52所示，即沿着径向。分段销39在侧面带有一个沟槽48，与之相对的是触头6上位于侧面的一个开口50。配合板条37被插入到沟槽48和开口50之中。开口50从触头6中的长孔29开始并沿径向(箭头52)延伸。在这里可以清楚地看出，在轴向上的各部件可以很容易地拆卸并可以毫无困难地重新组装在一起，并如同图2中所示的那样进行定中心，但在这里由于销的分段，一方面在触头6和印刷电路板10之间和另一方面在支承装置8和印刷电路板10之间由温度引起的长度变化是不同的。在配合板条的导向下，在轴向上同时位于触头6的长孔29和印刷电路板10的长孔29之中的分段销39可沿径向运动。分段销40被固定开口51四周无间隙地固定在支承装置8之中。它在与检测平面平行的平面上可以移动，而相对于支承装置8不可以移动。但由于印刷电路板10中的长孔29，支承装置8和印刷电路板10之间可以在径向上有一个相对的位移。另外，两个分段销39和40之间可以在径向上相对运动。

图4为检测设备的另一个实施例，它与图1中所示的实施例的唯一区别在于，印刷电路板10有一个中央凹口42，里面放置一个浇注块43，其中浇注着电气连接芯线44。芯线的端面45形成前面所提到的接触面12，它与挠曲导线15接触，而芯线的另一端则通向印刷导线端子46，印刷导线端子则位于印刷电路板10在支承装置8的空腔47中背朝触头6的一侧上。电气连接芯线44与印刷导线端子46的连接优选采用钎焊或熔焊。图4中所示的实施例当然也同样带有本发明所描述的定中心装置20，但它并未在图4中显示出。

从以上看出，本发明所描述的垂直检测卡板5的四槽定中心装置与触头6(Kontakt Head)和连接装置7(Anschlusskopf或Connector)在中央相互对准，并在中心35区域相互固定。连接装置(Connector)通常由印刷电路板构成，它紧靠在支承装置8之上以避免出现弯曲或类似的情况。支承装置8又被称为加强件(Stiffener)，优选由金属制成。如果印刷电路板11与触头6的接触元件9直接接触，就形成一个直接连接结构(Direct-Attach-Bauform)(见图1)。如果通过中间导线接触，也就是通过图4中所示的连接芯线44，这样就是一个布线连接头(Wired Connector)。该布线连接头上的接触面非常小。它们具有代表性的直径是在50μm和300μm之间。

被测件2的检测既可以在室温也可以在很高或很低的温度下进行。如果对晶片进行检测，它通常被加热到200℃，然后又被冷却到-50℃，以检测其功能在这个温度范围内是否可以得到保证。由于晶片温度很高或很低，检测设备1的部件也被相应地加热或冷却。如前所述，由于所使用的材料的温度膨胀系数不同，并且试验中材料所达到的温度也不同，因此，各部件相互之间产生定位误差，也就是说，支承装置、印刷电路板、陶瓷板16和17、间隔件19、晶片3和/或支架4会出现位置偏移。为了将温度差异所造成定位误差减少到最小程度，并避免接触元件无法精确触及连接装置或接触元件无法精确触及晶片以及接触不稳定的情况出现，上述部件按照本发明通过定中心装置20相互对准中心，也就是说，它们没有被固定地连接在一起，因为这会导致机械应力的产生并可能损坏部件。

按照本发明，印刷电路板11的中央位置，即印刷电路板的中心35在膨胀时不会出现位移，而是被四个异型销24固定住，同时，膨胀从中心35开始均匀地出现在按照射线32和34所示的所有四个方向上。这同样适用于其它的部件，也就是说，适用于触头6或支承装置8，只要它们如同图3所示一同处在定中心装置20的作用之下。

原则上，突出状部件23，即异型销24可以通过横向旋拧固定在各部件上。特别是，异型销24可在与它的纵轴相垂直的方向上在边缘处带有沟槽48，它与垫块(间隔件19)中的相应开口50对准。开口50的起点位于凹口27的边侧，而异型销24的端部则插入到凹口27中。按照图2和3，配合板条37插入到沟槽48和与之对应的开口50中，配合板条则在与定位销(异型销24)垂直的方向上将其相对于垫块固定住，同时不阻碍径向上的膨胀运动。图2中箭头31的方向与图3中箭头52的方向相同。

本发明特别使用至少三个或四个定位销，而在一个优选的实施形式中也使用六个定位销，它们相互之间的角距离相同。定位销在截面上可以为圆形、扁平状、矩形或类似的形状。也可以将部件如导向板(陶瓷板16、17)、垫块和印刷电路板在不采用形状配合的水平连接方式的情况下安装在支承装置上。部件如导向板、垫块和印刷电路板可以带有前面所述的长孔，这样在中心固定的情况下就可以出现所需的径向上的运动。

图5为检测设备1的另一个实施例，它基本上与图3中实施例的相同。因此下面将只涉及与图3不同的地方。图3中的结构形式相应地适用于图5的实施例。差别在于，这里的异型销24是一个完整的销，也就是说，它没有接口缝41。另外，支承装置8与连接装置7之间为固定连接，优选采用螺栓连接(图5中未显示)。异型销24四周无间隙地固定在连接装置7上的固定开口51中，并且没有伸入到支承装置8之中。其余的部分均与图3相同。

Claims

1.用于检测晶片的电气检测设备，带有一个与被测件相对的触头，触头上带有形成触针布置的销状接触元件；这种设备还带有一个电气连接装置，它的接触面与接触元件上背朝被测件的一端相接触，其特征在于，一个借助滑动导向件(22)从而允许在径向上出现温度膨胀变化的定中心装置(20)使触头(6)和连接装置(7)的中心相互对准。

2.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，定中心装置(20)位于触针布置之外。

3.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，定中心装置(20)带有至少三个，特别使四个在角度上相互错开布置的滑动导向件(22)。

4.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，每个滑动导向件(22)由一个位于触(6)头或连接装置(7)之上的突出状部件(23)和一个在连接装置(7)和/或触头(6)中的、在径向上有间隙而在切线方向上无间隙地将突出状部件(23)容纳在内的凹口(27)形成。

5.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，突出状部件(23)是一个异型销(24)。

6.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，凹口(27)是一个开口(28)。

7.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，凹口(27)是一个长孔(29)。

8.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，突出状部件(23)穿过连接装置(7)，并延伸到一个对连接装置(7)施加作用的支承装置(8)中。

9.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，突出状部件(23)四周无间隙地固定在支承装置(8)的一个固定凹口(51)中。

10.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，突出状部件(23)固定在支承装置(8)上。

11.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，突出状部件(23)固定在触头(6)上。

12.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，突出状部件(23)被分开，并且在其位于连接装置(7)内的那部分上带有一个接口缝(41)。

13.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，接口缝(41)位于一个与检测平面平行的平面上。

14.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，突出状部件(23)或异型销(24)在它的外表面(25)带有导向工具，特别是两个正好相对的、平行的导向平面(26)，它们各自与检测设备(1)的径向平行。

15.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，凹口(27)带有平行的凹口壁。

16.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，凹口(27)是一个带有平行的槽口壁的槽口或一个带有平行的孔壁的孔。

17.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，凹口(27)、槽口或孔优选采用长孔形状。

18.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，凹口(27)壁、槽口壁或孔壁分别与检测设备(1)的径向平行。

19.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，连接装置(7)是一个印刷电路板(10)。

20.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，接触元件(9)是可沿纵向移动的挠曲导线(15)。

21.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，突出状部件(23)，特别是异型销(24)在边侧带有一个沟槽(48)，它与触头(6)和/或支承装置(8)上的开口(50)相对，并且一个配合件，特别是一个配合板条(37)被插入到沟槽(48)和开口之(50)中，以使突出状部件(23)在轴向上固定。

22.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，开口(50)的起点是凹口(27)的侧边。

23.根据前述权利要求之一所述的检测设备，其特征在于，沟槽(48)和开口(50)沿径向延伸。