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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Prüfeinrichtung, insbesondere
zur Prüfung
von Wafern, mit einem dem Prüfling
zuzuordnenden, mit eine Kontaktstiftanordnung bildenden, stiftförmigen Kontaktelementen
versehenen Kontaktkopf und mit einer elektrischen Anschlussvorrichtung,
die Kontaktflächen
aufweist, die mit den, dem Prüfling
abgewandten Enden der Kontaktelemente in Berührungskontakt stehen.
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Elektrische
Prüfeinrichtungen
der eingangs genannten Art dienen dazu, einen Prüfling elektrisch zu kontaktieren,
um seine Funktionsfähigkeit
zu testen. Die elektrische Prüfeinrichtung
stellt elektrische Verbindungen zum Prüfling her, das heißt, sie
kontaktiert einerseits elektrische Anschlüsse des Prüflings und stellt andererseits
elektrische Kontakte zur Verfügung,
die mit einem Prüfsystem
verbunden werden, das über
die Prüfeinrichtung
dem Prüfling
elektrische Signale zuführt,
um für
eine Funktionsprüfung beispielsweise
Widerstandsmessungen, Strom- und Spannungsmessungen und so weiter
durchzuführen. Da
es sich bei dem elektrischen Prüfling
oftmals um extrem kleine elektronische Bauelemente handelt, beispielsweise
um Wafer, aus denen elektronische Bauelemente gefertigt werden,
besitzen die stiftförmigen
Kontaktelemente des Kontaktkopfes extrem kleine Abmessungen. Um
nun eine Anschlussmöglichkeit
zum erwähnten
Prüfsystem
zu schaffen, stehen die Kontaktelemente des Prüfkopfs in Berührungskontakt
mit einer Anschlussvorrichtung, die eine Umsetzung auf einen größeren Kontaktabstand vornimmt
und insofern das Anschließen
von elektrischen Verbindungskabeln ermöglicht, die zum Prüfsystem
führen.
Da bei der Prüfung
unter schiedliche Raumtemperaturen vorliegen können und vorzugsweise die Prüfung auch
bei unterschiedlichen Prüflingstemperaturen
durchgeführt
wird, um seine Funktion auch innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs
prüfen
zu können,
besteht bei den bekannten elektrischen Prüfeinrichtungen die Gefahr,
dass aufgrund von thermisch bedingten Längenänderungen eine Kontaktgabe
zwischen den Kontaktelementen und den zugeordneten Kontaktflächen der
Anschlussvorrichtung nicht immer aufgrund von entstehenden Positionsfehlern
einwandfrei gewährleistet ist.
Diese Positionsverschiebungen resultieren aus unterschiedlichen
Temperaturausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien,
wobei es aus konstruktiven Gründen
erforderlich ist, bestimmte Materialien einzusetzen, so dass das
geschilderte Problem nicht durch die Wahl gleichen Materiales bei Kontaktkopf
und Anschlussvorrichtung gelöst
werden kann. Auch unterschiedlich starke Erwärmung einzelner Teile führt zu Positionsverschiebungen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Prüfeinrichtung
der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei der die
erwähnten
Probleme nicht auftreten.
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Diese
Aufgabe wird bei einer elektrischen Prüfeinrichtung der eingangs genannten
Art gelöst durch
eine, nur radiales Temperaturausdehnungsspiel durch Gleitführungen
zulassende Mittenzentriereinrichtung zur zentrischen Ausrichtung
von Kontaktkopf und Anschlussvorrichtung zueinander. Die erfindungsgemäße elektrische
Prüfeinrichtung,
die auch Vertikal-Prüfkarte
genannt wird, besitzt somit zwischen Kontaktkopf und Anschlussvorrichtung
die Mittenzentriereinrichtung, die sicherstellt, dass durch Temperaturspiel
auftretende Längenänderungen
nur von dem jeweiligen Zentrum der erwähnten Bauteile ausgehen und
jeweils in radialer Richtung aufgrund der dementsprechend gestalteten
Gleitführungen vorliegen.
Die Zentren von Kontaktkopf und Anschlussvorrichtung liegen einander
diametral gegenüber;
sie befinden sich insbesondere auf gleicher Mitten-Hochachse der
genannten Bauteile. Da somit erfindungsgemäß zwar aufgrund der unterschiedlichen Materialien
Längenänderungen
durch Temperaturspiel auftreten werden, die sich jedoch durch die
erwähnte
Mittenzentriereinrichtung in Verbindung mit den radialen Gleitführungen
nicht derart groß aufsummieren,
dass eine Stirnfläche
eines Kontaktelements nicht mehr die zugehörige Kontaktfläche der Anschlussvorrichtung
trifft, ist eine sichere Kontaktgabe gewährleistet. Wird keine erfindungsgemäße Ausbildung
vorgesehen, so ist die erwähnte
Mittenzentrierung nicht sichergestellt und könnte dazu führen, dass beispielsweise Berührungskontaktstellen randseitig
liegender Kontaktelemente einwandfrei mittig auf der jeweils zugeordneten
Kontaktfläche
der Anschlussvorrichtung liegen, dass jedoch – über die diagonale Längserstreckung
der gesamten Kontaktstiftanordnung gesehen – die diametral dazu liegenden
Kontaktelemente aufgrund der Längenänderungen
schon derart weit in ihrer Position relativ zu den zugeordneten
Kontaktflächen
entfernt liegen, dass die Positionsfehler nur einen elektrischen
Randkontakt zulassen oder sogar gar kein Kontakt mehr zustande kommt,
weil sie nicht mit ihren Stirnflächen auf
die zugeordneten Kontaktflächen
treffen, sondern danebenliegen, sich also am Isoliermaterial der
Anschlussvorrichtung abstützen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittenzentriereinrichtung
außerhalb
der Stiftanordnung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung gestattet
es, den Bereich der Kontaktstiftanordnung von den Zentriermitteln
freizuhalten, so dass das Gebiet um das jeweilige Zentrum von Anschlussvorrichtung
und Kontaktkopf ausschließlich
für die
Aufnahme von stiftförmigen
Kontaktelementen zur Verfügung
steht und daher die Vielseitigkeit zur Anpassung an unterschiedliche
Prüflinge
erhalten bleibt.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Mittenzentriereinrichtung mindestens drei
winkelversetzt zueinander angeordnete Gleitführungen aufweist. Vorzugsweise liegen
diese drei Gleitführungen
um 120° zueinander winkelversetzt
oder die erste der drei Gleitführungen schließt mit der
zweiten Gleitführung
einen 90° Winkel
und die zweite mit der dritten Gleitführung ebenfalls einen 90° Winkel ein,
so dass die dritte zur ersten Gleitführung 180° winkelversetzt liegt. Hierdurch ist
die Zentrierung eindeutig bestimmt, das heißt, in der Kontaktebene (X-Y-Ebene) kann es nicht
zu einem Positionsversatz im Zentrum der Prüfeinrichtung kommen. Insbesondere
ist vorgesehen, dass vier Gleitführungen
zum Einsatz kommen, die zueinander um 90° winkelversetzt liegen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jede der Gleitführungen
durch einen Vorsprung an dem Kontaktkopf oder der Anschlussvorrichtung und
eine den Vorsprung mit radialem Spiel und in Umfangsrichtung spielfrei
aufnehmende Vertiefung in der Anschlussvorrichtung und/oder dem
Kontaktkopf gebildet ist. Jede der Gleitführungen lässt daher eine Verlagerung
des Vorsprungs in der Vertiefung nur in einer Richtung zu, wobei
es sich bei dieser Richtung um die radiale Richtung handelt, also – ausgehend von
dem Zentrum der Prüfeinrichtung – entsprechend
jeweils radial nach außen.
Quer zur radialen Richtung verläuft – parallel
zur Prüfebene – die erwähnte Umfangsrichtung,
in der Spielfreiheit besteht, so dass ein Drehversatz zwischen Kontaktkopf
und Anschlussvorrichtung ausge schlossen ist. Senkrecht auf der Prüfebene,
also in axialer Richtung, erfolgt bei der Prüfung ein Annähern der
Enden der dem Prüfling
zugewandten stiftförmigen
Kontaktelemente und dem Prüfling,
um den Prüfling
zu kontaktieren. In dieser Richtung erfolgt ferner ein aufeinander
Zubewegen von Kontaktelement und Prüfkopf, um die elektrische Kontaktierung
zwischen diesen beiden Bauteilen zu bewerkstelligen.
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Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass der Vorsprung als Profilstift ausgebildet
ist. Das Querschnittsprofil des Stiftes ist kreisförmig oder
vorzugsweise nicht kreisförmig,
sondern abweichend von der Kreisform gestaltet, um im Zusammenspiel mit
den Wandungen der Vertiefung die Radialführung zu gewährleisten.
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Insbesondere
ist die Vertiefung als Durchbruch, bevorzugt als Langloch ausgebildet.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Vorsprung die Anschlussvorrichtung
durchsetzt und sich bis in eine die Anschlussvorrichtung beaufschlagende
Abstützvorrichtung
erstreckt. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Vorsprung an der Abstützvorrichtung
befestigt ist. Dies erfolgt mit dem einen Endbereich des Vorsprungs.
Der andere Endbereich des Vorsprungs kann vorzugsweise an dem Kontaktkopf
befestigt sein. Um die Anordnung aus Abstützvorrichtung und Kontaktkopf
unter Freigabe der Anschlussvorrichtung axial zu trennen oder trennen
zu können,
weist der Kontaktstift insbesondere eine geteilte Ausbildung auf
und besitzt daher im Bereich der Anschlussvorrichtung eine Teilungsfuge. Diese
Ausgestaltung ermöglicht
es, dass die beiden Abschnitte des Vorsprungs durch die gebildete
radiale Gleitführung
in Umfangsrichtung spielfrei zueinander ausgerichtet werden, jedoch
in radialer Richtung (in Bezug auf das Zentrum der Prüfeinrichtung)
Positionsabweichungen aufgrund unterschiedlicher Temperaturkoeffizienten
problemlos unter Beibehaltung der vollen Funktionsfähigkeit
der elektrischen Prüfeinrichtung
einnehmen können.
Die Teilungsfuge der beiden Teile des Vorsprungs liegt insbesondere
in einer Ebene, die parallel zur Prüfebene verläuft. Eine Weiterbildung der
Erfindung sieht vor, dass der Vorsprung beziehungsweise der Profilstift
an seiner Mantelfläche
zwei, einander diametral gegenüberliegende,
parallele, ebene Führungsflächen aufweist, die
jeweils parallel zur radialen Richtung der Prüfeinrichtung verlaufen. Unter „radialer
Richtung" ist – wie vorstehend
bereits erläutert – die jeweilige
radiale Richtung – ausgehend
vom Zentrum der Prüfeinrichtung – zu verstehen,
die parallel zur Prüfebene
verläuft.
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Es
ist vorteilhaft, wenn der Vorsprung allseitig spielfrei in einer
Befestigungsvertiefung der Abstützvorrichtung
gehalten ist. Handelt es sich bei dem Vorsprung beispielsweise um
den erwähnten
Profilstift, so ist dieser innerhalb der Befestigungsvertiefung
mit seinem einen Endbereich an der Abstützvorrichtung zur Befestigung
gehalten. Er ragt mit seinem freien Ende von dem entsprechenden
Bauteil weg, um ein anderes Bauteil oder mehrere andere Bauteile,
das eine Radialverlagerungen zulassende Vertiefung beziehungsweise
die Radialverlagerungen zulassende Vertiefungen aufweist beziehungsweise aufweisen,
zur Bildung der radialen Gleitführung
zu empfangen.
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Insbesondere
kann die Vertiefung parallele Vertiefungswandungen aufweisen, zwischen
denen die Führungsmittel,
insbesondere Führungsflächen des
Vorsprungs beziehungsweise Profilstiftes spielfrei beziehungsweise
im Wesentlichen spielfrei aufgenommen sind. So fern die Vertiefung
eine Nut oder ein Durchbruch ist, ist die Nut mit parallelen Nutwandungen
beziehungsweise der Durchbruch mit parallelen Durchbruchswandungen
zur Ausbildung der jeweiligen Radial-Gleitführung ausgestattet. Um die
radiale Verlagerungsmöglichkeit
bezogen auf das Zentrum zu schaffen, ist die Vertiefung, die Nut
beziehungsweise der Durchbruch langlochartig gestaltet.
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Insbesondere
sind die Wandungen der Vertiefung, Nutwandungen beziehungsweise
Durchbruchswandungen jeweils parallel zur radialen Richtung der
Prüfeinrichtung
verlaufend ausgebildet. Entsprechendes gilt für die parallelen, ebenen Führungsflächen des
jeweils zugeordneten Vorsprungs beziehungsweise Profilstifts.
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Bevorzugt
kann die Anschlussvorrichtung als Leiterplatte ausgebildet sein.
Hierbei handelt es sich insbesondere um eine mehrlagige Leiterplatte,
das heißt,
sie weist Leiterbahnen auf, die in unterschiedlichen Ebenen der
Platte liegen. Die Leiterbahnen führen einerseits zu den erwähnten Kontaktflächen, die
mit den Kontaktelementen des Prüfkopfes
elektrisch zusammenwirken und führen
andererseits zu Anschlüssen,
die – beispielsweise über Kabelverbindungen – zum Prüfsystem
führen.
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Als
Kontaktelemente kommen insbesondere Kontaktstifte, beispielsweise
Federkontaktstifte oder – bei
sehr kleinen Abmessungen, wie sie beispielsweise bei der Waferprüfung vorliegen – Knickdrähte zum
Einsatz. Die Kontaktelemente sind längsverschieblich im Kontaktkopf
gelagert.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn der Vorsprung, insbesondere der Profilstift,
einen randseitigen Schlitz aufweist, der in eine Öffnung des
Kontaktkopf und/oder der Abstützvorrichtung übergeht
und dass in Schlitz und Öffnung
ein Passelement, insbesondere eine Passleiste, zur axialen Fixierung
des Vorsprungs eingeschoben ist. Der Vorsprung wird dadurch axial
fixiert, kann jedoch in 90° dazu
stehenden Richtungen aufgrund des reibschlüssigen Eingriffes des Passelementes
in Schlitz- und/oder Öffnung
verlagert werden, also eine Radialverlagerung vornehmen, um die
erwähnten
Temperaturausdehnungen zuzulassen. Die Öffnung geht seitlich von der
Vertiefung aus, wobei Schlitz und Öffnung in radialer Richtung
orientiert sind.
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Die
Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
und zwar zeigt:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht durch eine elektrische Prüfeinrichtung
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2 eine
Draufsicht auf die Prüfeinrichtung der 1 unter
Weglassen von nicht für
die Erfindung relevanter Teile,
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3 eine
Querschnittsansicht im Bereich einer Gleitführung der Anordnung der 1 und 2,
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4 eine
elektrische Prüfeinrichtung
nach einem weiteren Ausführungsbeispiel
und
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5 eine
Querschnittsansicht im Bereich einer Gleitführung nach einem anderen Ausführungsbeispiel.
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Die 1 zeigt
in schematischer Darstellung den Querschnitt durch eine elektrische
Prüfeinrichtung 1,
die zur Kontaktierung eines Prüflings 2 mittels einer
nicht dargestellten elektrischen Kabelverbindung an ein nicht dargestelltes
Prüfsystem
angeschlossen werden kann, um den Prüfling einer elektrischen Prüfung zu
unterziehen. Der Prüfling 2,
der als Wafer 3 ausgebildet ist, befindet sich auf einem abstützenden
Träger 4,
der als Chuck bezeichnet wird und gekühlt oder geheizt werden kann.
Auf diese Art und Weise ist es möglich,
den Prüfling
während der
elektrischen Prüfung
unterschiedlichen Temperaturen auszusetzen, beispielsweise im Bereich
von –50°C bis +200°C, um zu
prüfen,
ob er in diesem Temperaturbereich einwandfrei arbeitet.
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Zur
Kontaktierung entsprechender Anschlussstellen des Wafers 3 ist
eine Vertikal-Prüfkarte 5 vorgesehen,
die die Prüfeinrichtung 1 bildet.
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Die
Prüfeinrichtung 1 weist
einen Kontaktkopf 6 und eine Anschlussvorrichtung 7 auf.
Die Anschlussvorrichtung 7 stützt sich an einer Abstützvorrichtung 8 ab.
Der Kontaktkopf 6 ist mit einer Vielzahl von längsverschieblich
gelagerten Kontaktelementen 9 versehen, die mit ihren einen
Endbereichen dem Prüfling 2 und
mit ihren anderen Endbereichen der Anschlussvorrichtung 7 zugeordnet
sind. Die Anschlussvorrichtung 7 ist als mehrlagige Leiterplatte 10 mit
Leiterbahnen 11 ausgebildet, wobei die Leiterbahnen 11 an
ihren dem Kontaktkopf 6 zugeordneten Enden Kontaktflächen 12 aufweisen,
die den jeweiligen Kontaktelementen 9 zugeordnet sind und
an ihren radial außen
liegenden Enden elektrische Anschlussflächen 13 besitzen,
die über
die erwähnten, nicht
dargestellten Kabelverbindungen mit dem Prüfsystem (ebenfalls nicht dargestellt)
verbindbar sind. Die Anordnung ist derart getroffen, dass die Anschlussvorrichtung 7 eine
Umsetzvorrichtung bildet, das heißt, der sehr enge Abstand der
winzig kleinen Kontaktflächen 12 (Durchmesser
zum Beispiel 50 bis 300 μm)
wird über
die Leiterbahnen 11 in größere Abstände der An schlussflächen 13 umgesetzt.
Auch haben die Anschlussflächen 13 jeweils
eine Größe, um die
Kabelverbindungen herstellen zu können.
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Bei
der Prüfung
des Prüflings 2 bewegt
sich – abgestützt durch
die Abstützvorrichtung 8 – die Prüfeinrichtung 1 in
axialer Richtung (Pfeil 14) auf den Prüfling 2 zu, sodass
die Stirnenden der Kontaktelemente 9 einerseits auf den
Wafer 3 und andererseits auf die Kontaktflächen 12 auftreffen.
Da die Kontaktelemente 9 als Knickdrähte 15 ausgebildet
sind, das heißt
in axialer Richtung durch Durchbiegung leicht federnd gestaltet
sind, ist eine einwandfreie Kontaktierung möglich.
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Der
Kontaktkopf 6 besitzt zwei mit Abstand zueinander liegende
parallele Keramikplatten 16 und 17, die mit Lagerbohrungen 18 zur
Aufnahme der Knickdrähte 15 versehen
sind. Die parallele Abstandslage der beiden Keramikplatten 16 und 17 wird mittels
eines Abstandshalters 19 realisiert.
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Anstelle
einer bisher bekannten starren, festen Verbindung zwischen Kontaktkopf 6 und
Anschlussvorrichtung 7 ist erfindungsgemäß eine Mittenzentriereinrichtung 20 zwischen
den genannten Bauteilen vorgesehen, die von vier in Umfangsrichtung
(Doppelpfeil 21) mit einem Winkelabstand von 90° zueinander
versetzt liegenden Gleitführungen 22 gebildet
ist, wie dies aus der 2 hervorgeht. Die 2 lässt ferner
erkennen, dass der Wafer 3 als Kreisplatte ausgebildet
ist. Er weist nicht dargestellte integrierte Schaltkreise auf. Um
die Schaltkreise elektrisch zu prüfen, wird der im Grundriss
quadratisch ausgebildete Kontaktkopf 6 mit seinen in 2 nicht
dargestellten Knickdrähten 15 in
verschiedenen Positionen mehrfach auf den Wafer abgesenkt, um jeweils
einen entsprechenden Bereich des Wafers 3 prüfen zu können. Die
in 2 unten liegende Gleitführung 22 ist vergrößert herausgezeichnet.
Sie weist einen Vorsprung 23 in Form eines Profilstiftes 24 auf,
der in axialer Richtung (in entgegengesetzter Richtung zu Pfeil 14 in 1)
aus dem Kontaktkopf 6 herausragt. Der Profilstift 24 weist
an seiner Mantelfläche 25 zwei,
einander diametral gegenüberliegende,
parallele, ebene Führungsflächen 26 auf.
Ferner erstreckt sich der Profilstift 24 mit seinem freien Ende
bis in eine Vertiefung 27 hinein, die an der Anschlussvorrichtung 7,
also an der Leiterplatte 10, ausgebildet ist. Die Vertiefung 27 ist
bevorzugt als Durchbruch 28 der Leiterplatte 10 ausgestaltet.
Sie besitzt eine Langlochform, stellt also ein Langloch 29 dar. Die
Vertiefung 27 weist zwei parallel zueinander verlaufende
Vertiefungswandungen 30 auf, die derart beabstandet zueinander
liegen, dass sie die Führungsflächen 26 des
Profilstiftes 24 im Wesentlichen spielfrei aufnehmen. Die
Längserstreckung
des Langlochs 29 ist größer ausgebildet,
als die dementsprechende Längsabmessung
des Profilstiftes 24, sodass zwischen Kontaktkopf 6 und
Anschlussvorrichtung 7, also Leiterplatte 10,
gemäß der vergrößerten Darstellung
der 2 eine Relativbewegung in Richtung des eingezeichneten
Doppelpfeils 31 stattfinden kann. Quer dazu ist eine Relativbewegung nicht
möglich,
da dies durch die Führung
der Führungsflächen 26 an
den Vertiefungswandungen 30 verhindert ist.
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Aus
der 2 wird deutlich, dass die vier Gleitführungen 22 derart
angeordnet sind, dass sie auf zwei, sich unter einem Winkel von
90° kreuzenden,
gedachten Radialen 32 und 33 liegen, wobei sich
die Radialen 32 und 33 in einem Mittelpunkt 34 kreuzen
und der Mittelpunkt 34 das Zentrum 35 der Prüfeinrichtung 1 und
auch des zu prüfenden
Bereichs des Prüflings 2 bildet.
Um das Zentrum 35 sind die Knickdrähte 15 angeordnet,
die eine Kontaktstiftanordnung 36 bil den. Die vier Gleitführungen 22 befinden
sich radial außen
liegend zur Kontaktstiftanordnung 36, wobei die Längserstreckungen
der Langlöcher 29 derart
orientiert sind, dass sie jeweils mittig auf den Radialen 32 und 33 liegen.
Entsprechend der Langlochausrichtung der Langlöcher 29 sind die Führungsflächen 26 der
einzelnen Profilstifte 24 ausgestaltet.
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Aus
alledem wird deutlich, dass bei einer durch Temperaturbeaufschlagung
entstehenden Materialausdehnung beziehungsweise Materialschrumpfung
die Bauteile Kontaktkopf 6 und Anschlussvorrichtung 7 aufgrund
der Mittenzentriereinrichtung 20 im Bereich des Zentrums 35 zueinander fixiert
sind und Relativbewegungen nur in Richtung der Radialen 32 und 33 erfolgen
können.
Hierdurch ist sichergestellt, dass die erwähnten Längenänderungen, die aus unterschiedlichen
Temperaturausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien der
Bauteile resultieren, nicht dazu führen können, dass derart große Versatzstrecken
auftreten, dass die der Leiterplatte 10 zugeordneten Stirnenden
der Knickdrähte 15 nicht
mehr auf die Kontaktflächen 12 treffen.
Die Mittenzentrierung aufgrund der Mittenzentriereinrichtung 20 verhindert
derart große
Versatzstrecken, da die auftretenden Längenveränderungen vom Zentrum ausgehend
beginnen und somit symmetrisch zur Mitte liegen und damit – in radialer Richtung
gesehen – nur
halb so groß sind,
wie ein Versatz, der – bei
Nichtverwendung der Erfindung – auftreten
könnte,
wenn außenliegende
Knickdrähte 15 zentral
auf die zugeordneten Kontaktflächen 12 aufsetzen,
sodass die diametral gegenüberliegenden,
ebenfalls außen
liegenden Knickdrähte 15 aufgrund
der sich aufsummierenden Längenausdehnungen
beziehungsweise Längenschrumpfung
zu Fehlkontakten führen.
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Gemäß 3 ist
erkennbar, dass der jeweilige Profilstift 24 mittels einer
Passleiste 37 axial in dem Abstandshalter 19 innerhalb
der Vertiefung 27 gehalten ist. Selbstverständlich sind
auch andere Befestigungsarten möglich,
die die Temperaturausdehnungen in radialer Richtung zulassen und
eine axiale Fixierung ermöglichen.
Ferner zeigt die 3 eine Variante der Profilstiftausbildung
gegenüber
der Ausgestaltung der 2. Diese besteht darin, dass
der Profilstift 24 zweiteilig ausgebildet ist, das heißt, er besteht
aus einem ersten Stiftteil 39, der am Kontaktkopf 6 befestigt
ist und aus einem zweiten Stiftteil 40, der an der Abstützvorrichtung 8 befestigt
ist. Zwischen den beiden Stiftteilen 39 und 40 ist – in dem aus
der 3 hervorgehenden Zustand – eine Teilungsfuge 41 ausgebildet,
die im Bereich der Anschlussvorrichtung 7, also der Leiterplatte 10 liegt. Die
Profilierung der beiden Stiftteile 39 und 40 entspricht
der Profilierung, so wie sie aus dem vergrößerten Bereich der 2 hervorgeht.
Dies gilt entsprechend auch für
die Vertiefung 27 in der Leiterplatte 10 und die
Vertiefung 27 in dem Kontaktkopf 6. Beide Vertiefungen 27 sind
als Druckbrüche 28 und als
Langlöcher 29 ausgebildet.
Die Langlochrichtungen sind in 3 mittels
des Pfeils 52 dargestellt; dies sind radiale Richtungen.
Der Stiftteil 39 ist seitlich mit einem Schlitz 48 versehen,
zu dem eine seitliche Öffnung 50 des
Kontaktkopfs 6 liegt. In Schlitz 48 und Öffnung 50 ist
eine Passleiste 37 eingeschoben. Die Öffnung 50 geht von
dem Langloch 29 des Kontaktkopfs 6 aus und besitzt
eine radiale Richtung (Pfeil 52). Aus alledem wird deutlich,
dass die einzelnen Bauteile in axialer Richtung einfach und problemlos
auseinandergenommen und wieder zusammengesetzt werden können und
dennoch die Mittenzentrierung erfolgt, so wie sie anhand der 2 beschrieben
wurde, wobei zusätzlich
aufgrund der Stiftteilung unterschiedliche, temperaturbedingte Längen veränderungen
zwischen dem Kontaktkopf 6 und der Leiterplatte 10 einerseits
und der Abstützvorrichtung 8 und
der Leiterplatte 10 andererseits geführt werden. Aufgrund des passleistengeführten Stiftteils 39 kann sich
dieser in radialer Richtung innerhalb des Langlochs 29 des
Kontaktkopfes 9 und innerhalb des Langlochs 29 der
Leiterplatte 10 radial bewegen. Der Stiftteil 40 ist
mittels einer Befestigungsvertiefung 51 allseitig spielfrei
in der Abstützvorrichtung 8 befestigt, insbesondere
eingepresst. Eine Verlagerung in eine Ebene, die parallel zur Prüfebene liegt,
ist daher relativ zur Abstützvorrichtung 8 nicht
möglich.
Aufgrund des Langlochs 29 in der Leiterplatte 10 ist
jedoch eine relative Verlagerung in radialer Richtung zwischen Abstützvorrichtung 8 und
Leiterplatte 10 möglich.
Ferner können
sich die beiden Stiftteile 39 und 40 relativ zueinander
in radialer Richtung bewegen.
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Die 4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Prüfeinrichtung,
das sich gegenüber
dem Ausführungsbeispiel
der 1 lediglich dadurch unterscheidet, dass die Leiterplatte 10 eine
zentrale Öffnung 42 aufweist,
in der ein Gießblock 43 eingebracht
ist, in dem elektrische Verbindungsadern 44 eingegossen
sind, die mit ihren Stirnflächen 45 die bereits
erwähnten
Kontaktflächen 12 für die Knickdrähte 15 bilden
und deren andere Enden zu Leiterbahnanschlüssen 46 führen, die
auf der dem Kontaktkopf 6 abgewandten Seite der Leiterplatte 10 in einer
Höhlung 47 der
Abstützvorrichtung 8 liegen.
Die Verbindung der elektrischen Verbindungsadern 44 mit
den Leiterbahnanschlüssen 46 erfolgt
vorzugsweise durch Lötung
oder Schweißung.
Das Ausführungsbeispiel
der 4 besitzt selbstverständlich ebenfalls die erfindungsgemäße Mittenzentriereinrichtung 20,
die in der 4 jedoch nicht dargestellt ist.
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Aus
alledem ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Vier-Schlitz-Zentrierung der Vertikal-Prüfkarte 5 den
Kontaktkopf 6 (Kontakt-Head)
und die Anschlussvorrichtung 7 (Anschlusskopf oder Connector)
zentral zueinander ausrichten und im Bereich des Zentrums 35 quasi
zueinander fixieren. Der Connector wird in der Regel als Leiterplatte
ausgebildet, die sich an der Abstützvorrichtung 8 zur
Vermeidung von Durchbiegungen und dergleichen abstützt. Diese Abstützvorrichtung 8 wird
auch Stiffener genannt und besteht vorzugsweise aus Metall. Wird
die Leiterplatte 11 von den Kontaktelementen 9 des
Kontaktkopfes 6 direkt kontaktiert, so liegt eine Direct-Attach-Bauform vor (1).
Erfolgt die Kontaktierung über
Zwischendrähte,
nämlich über die
aus der 4 hervorgehenden Verbindungsadern 44,
so spricht man von einem verdrahteten Anschlusskopf (Wired Connector).
Die am Connector zu kontaktierenden Flächen sind sehr klein. Sie haben
typischerweise einen Durchmesser zwischen 50 μm und 300 μm.
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Die
Prüfung
des Prüflings 2 kann
sowohl bei Raumtemperatur als auch bei sehr hohen beziehungsweise
tiefen Temperaturen erfolgen. Im Falle eines Wafers wird dieser üblicherweise
bis auf 200°C aufgeheizt
und anschließend
bis auf –50°C abgekühlt, um
zu prüfen,
ob die Funktionen innerhalb dieses Temperaturbereichs gewährleistet
sind. Bedingt durch die sehr hohen beziehungsweise sehr tiefen Wafertemperaturen
erwärmen
sich die Bauteile der Prüfeinrichtung 1 entsprechend
oder sie werden dementsprechend abgekühlt. Da – wie erwähnt – die Temperaturausdehnungskoeffizienten
der verwendeten Materialien unterschiedlich sind und diese Materialien
im Test auch unterschiedliche Temperaturen erreichen, entstehen
Positionsfehler der einzelnen Bauteile zueinander, also Positionsverschiebungen von
Stiffener, Leiterplatte, Keramikplatten 16, 17,
Abstandshalter 19, Wafer 3 und/oder Träger 4.
Um die durch diese Temperaturunterschiede entstehenden Positionsfehler
zu minimieren und ein ungenügend genaues
Treffen der Kontaktelemente zum Connector und/oder der Kontaktelemente
zum Wafer zu vermeiden und somit instabile Kontaktierungen nicht aufkommen
zu lassen, werden die genannten Bauteile erfindungsgemäß durch
die Mittenzentriereinrichtung 20 zueinander zentriert,
also nicht fest miteinander verbunden, was zu mechanischen Spannungen und
möglicherweise
zu Beschädigungen
der Bauteile führen
könnte.
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Aufgrund
der Erfindung ist bei einem Ausdehnen der Leiterplatte 11 gewährleistet,
dass sich die Mittenposition, also das Zentrum 35 der Leiterplatte
nicht verlagert, sondern durch die vier Profilstifte 24 fixiert
ist, wobei die Ausdehnung – ausgehend vom
Zentrum 35 nach allen vier Richtungen entsprechend der
Radialen 32 und 34 – gleichmäßig erfolgt. Dieses gilt auch
für die
anderen Komponenten, nämlich
für den
Kontaktkopf 6 beziehungsweise für die Abstützvorrichtung 8, sofern
sie gemäß der Anordnung
der 3 mit in die Mittenzentriereinrichtung 20 einbezogen
ist.
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Die
Erfindung lässt
demgemäß eine relative, durch
die unterschiedliche Temperaturausdehnung der einzelnen Komponenten
verursachte Positionsverlagerung der Bauteile zueinander zu, wobei
sie jedoch auf das unvermeintliche Maß reduziert ist und es wird
die Mittenposition jeweils beibehalten.
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Grundsätzlich können die
Vorsprünge 23, also
die Profilstifte 24, durch Querschrauben an den jeweiligen
Bauteilen befestigt sein. Die Profilstifte 24 können insbesondere
mit den quer zu ihren Längsachsen
verlaufenden randseitigen Schlitzen 48 versehen sein, mit
denen die entsprechenden Öffnungen
50 im Spacer (Abstandshalter 19) fluchten. Die Öffnungen 50 gehen
seitlich von den Vertiefungen 27 aus, in die Endbereiche
der Profilstifte 24 eingesteckt sind. In die Schlitze 48 und
zugeordneten Öffnungen 50 sind
gemäß 2 und 3 Passleisten 37 eingeschoben,
die die vertikale Lage der Ausrichtstifte (Profilstifte 24)
zum Spacer, ohne dass radiale Ausdehnungsbewegungen behindert werden,
fixieren. Die Richtungen des Pfeils 31 der 2 entsprechen denen
des Pfeils 52 in 3.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass mindestens drei, beispielsweise vier Ausrichtstifte
verwendet werden, wobei eine bevorzugte Ausführungsform auch sechs Ausrichtstifte
vorsieht, die gleichmäßig winkelbeabstandet
zueinander liegen. Die Ausrichtstifte können im Querschnitt rund, seitlich
abgeflacht, rechtwinklig oder dergleichen ausgeführt sein. Es kann vorgesehen
sein, dass die Komponenten Führungsplatten
(Keramikplatten 16, 17), Spacer und Leiterplatte
ohne formschlüssige
horizontale Verbindungen am Stiffener montiert sind. Die Komponenten Führungsplatten,
Spacer und Leiterplatte können
mit den erwähnten
Langlöchern
versehen sein, um die gewünschte
radiale Bewegung bei zentraler Fixierung zu ermöglichen.
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Die 5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Prüfeinrichtung 1,
das im Wesentlichen dem der 3 entspricht.
Nachstehend wird daher nur auf die Unterschiede zu 3 eingegangen.
Die Ausführungen
in der 3 gelten insoweit beim Ausführungsbeispiel der 5 entsprechend.
Unterschiedlich ist, dass es sich bei dem Profilstift 24 um einen
einteiligen Stift handelt, das heißt, er besitzt keine Teilungsfuge 41.
Ferner ist die Abstützvorrichtung 8 fest
mit der Anschlussvorrichtung 7 verbunden, insbesondere
verschraubt (in 5 nicht dargestellt). Der Profilstift 24 ist
allseitig spielfrei in einer Befestigungsvertiefung 51 der
Anschlussvorrichtung 7 befestigt und erstreckt sich demgemäß nicht
bis in die Abstützvorrichtung
8. Die übrigen
Gegebenheiten entsprechen denen der 3.