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Die
Erfindung betrifft eine Kontaktiervorrichtung zum elektrischen Verbinden
eines Prüflings
mit einer elektrischen Prüfeinrichtung,
mit mehreren, mindestens einem Haltelement zugeordneten elektrischen
Prüfkontakten
zur Kontaktierung des Prüflings und
mit einer Umsetzeinrichtung zur Vergrößerung des Abstandes benachbarter
Kontaktwege, wobei die Umsetzeinrichtung Kontaktelemente zur Berührungskontaktierung
der Prüfkontakte
aufweist.
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Eine
bekannte Kontaktiervorrichtung der eingangs genannten Art weist
einen Prüfkopf
auf, der mehrere, im Abstand zueinander angeordnete Halteelemente
aufweist, die als Führungsplatten
ausgebildet sind und Führungsbohrungen
aufweisen, in denen als Knickdrähte
ausgebildete Prüfkontakte längsverschieblich
einliegen. Die Prüfkontakte
stehen mit einer Umsetzeinrichtung in Berührungskontakt, wobei die Umsetzeinrichtung
dazu dient, den sehr engen, durch den Kontaktabstand des Prüflings vorgegebenen
Kontaktabstand der Prüfkontakte
zu vergrößern, so
dass benachbarte Kontaktwege einen größeren Abstand voneinander besitzen.
Hierzu sind die dem Prüfkopf
abgewandten Enden der Kontaktelemente der Umsetzeinrichtung mit
einer Leiterplatte verbunden, wobei die Leiterplatte mit einer elektrischen
Prüfeinrichtung
in Verbindung steht, mit der eine elektrische Prüfung des mit den Prüfkontakten des
Prüfkopfs
kontaktierten Prüfling
vorgenommen wird. Auf diese Art und Weise lassen sich beispielsweise
in der Computertechnik einzusetzende Wafer prüfen. Da die Kontaktierung der
Prüfkontakte
des Prüfkopfes
mit den Kontaktelementen der Umsetzeinrichtung durch Aneinanderdrücken erfolgt,
liegt eine einwandfreie Kontaktierung nur dann vor, wenn Oxydschichten
und Verunreinigungen vermieden werden. Demgemäss werden bei der Umsetzeinrichtung
als Kontaktelemente Kupferdrähte
eingesetzt, die an ihren Kontaktstellen vergoldet sind. Trotz der Vergoldung
kann es durch Umwelteinflüsse
oder Wartungsmaßnahmen
zu einer nicht optimalen Kontaktierung kommen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktiervorrichtung
der eingangs benannten Art zu schaffen, bei der stets eine gute
Kontaktierung zwischen den Prüfkontakten
und den Kontaktelementen der Umsetzeinrichtung gegeben ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Kontaktelemente aus Edelmetall oder aus einer Edelmetalllegierung
oder einer Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil oder aus
elektrisch leitfähigem
Kunststoff bestehen. Das Edelmetall, die Edelmetalllegierung, die
Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil beziehungsweise
der elektrisch leitfähige
Kunststoff wird derart gewählt,
dass insbesondere sehr gute elektrische Eigenschaften vorliegen
und vorzugsweise auch bei hohen Temperaturen und/oder hoher Luftfeuchtigkeit die
Bildung von Oxydschichten vermieden wird. Die Edelmetalllegierung
weist nur Edelmetalle (mindestens zwei) auf. Die Legierung mit mindestens
einem Edelmetallanteil weist mindestens einen Edelmetallanteil oder
mehrere Edelmetallanteile auf und mindestens einen Nichtedelmetallanteil
oder mehrere Nichtedelmetallanteile. Bei dem Nichtedelmetallanteil
kann es sich um ein unedles Metall handeln oder einen Stoff, der
nicht aus Metall besteht. Gegenüber einer
Vergoldung führt
der erfindungsgemäße Einsatz
von massivem Edelmetall oder einer massiven Edelmetalllegierung
oder einer massiven Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil
oder einem massiven elektrisch leitfähigem Kunststoff dazu, dass
mit einer Beschichtung zusammenhängende Probleme,
wie sie beispielsweise bei einer Goldbeschichtung dann auftreten,
wenn diese abrasiv gereinigt wird, um die Kontaktierung zu verbessern,
nicht auftreten können.
Vielmehr ist aufgrund der massiven Edelmetall- oder Edelmetalllegierungs-
oder Legierung-mit-mindestens-einem-Edelmetallanteil- oder
Kunststoff-Ausbildung auch bei einer Reinigung eine stets gleichbleibende,
gute elektrische Kontaktierung gegeben. Bei hohen Temperaturen und/oder hoher
Luftfeuchtigkeit sind aufgrund des erfindungsgemäß eingesetzten Materials stets
niederohmige Berührungskontakte
möglich.
Das ausgewählte
Edelmetall und/oder die ausgewählte
Edelmetalllegierung und/oder die ausgewählte Legierung mit mindestens einem
Edelmetallanteil und/oder der gewählte Kunststoff kann an die
unterschiedlichen Temperaturbereiche des jeweiligen Einsatzortes
durch entsprechende Materialauswahl angepasst werden. Insbesondere
ist es auch möglich,
dass die Prüfkontakte
des Prüfkopfes
ebenfalls aus massivem Edelmetall oder einer massiven Edelmetalllegierung
oder einer massiven Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil
oder massivem elektrisch leitfähigem
Kunststoff bestehen, dass also auch hier keine Beschichtungsprozesse
durchgeführt
werden. Insbesondere können
die Kontaktelemente und die Prüfkontakte
aus denselben Materialen bestehen, so dass aufeinander angepasste
Verhältnisse
vorliegen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Edelmetall
Silber, Gold oder Palladium ist. Silber, Gold oder Palladium verfügen über ausgezeichnete
elektrische Werte.
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Ebenso
ist es vorteilhaft, wenn die Edelmetalllegierung Silber, Gold und/oder
Palladium aufweist.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Legierung
mit mindestens einem Edelmetallanteil als Edelmetallanteil Silber, Gold
und/oder Palladium aufweist.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil
neben dem Edelmetallanteil Kupfer und/oder Nickel aufweist. Diese Legierungsbestandteile
führen
zu sehr guten Eigenschaften hinsichtlich eines niedrigen elektrischen
Widerstandes beziehungsweise eines konstanten Widerstandes über einen
weiten Temperaturbereich.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Legierung mit mindestens
einem Edelmetallanteil eine Kupfer-Silber-Legierung ist. Hierbei
kann insbesondere CuAg zum Einsatz kommen. Mit Cu ist Kupfer und
mit Ag ist Silber gekennzeichnet.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil
eine Silber-Kupfer-Legierung ist. Hierbei kommt insbesondere AgCu1
bis AgCu30, vorzugsweise AgCu3 bis AgCu20 zum Einsatz. Mit den vorstehenden
Ziffern 1, 30, 3 und 20 sind die Gewichtsprozente des davor stehenden
Kupfers gekennzeichnet. AgCu1 bedeutet demgemäß, dass 1 Gew.-% der Legierung
aus Kupfer und der Rest aus Silber besteht. Die Bereichsangabe AgCu1
bis AgCu30 bedeutet, dass Legierungen vorliegen, deren Kupferanteil
1 bis 30 % beträgt, wobei
jeweils der Rest Silber ist. Ebenso sind entsprechende Angaben in
dieser Anmeldung zu lesen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Legierung
mit mindestens einem Edelmetallanteil eine Silber-Kohlenstoff-Legierung
ist, insbesondere AgC1 bis AgC6, vorzugsweise AgC3. Mit C ist Kohlenstoff
gekennzeichnet. Auch hier gibt wieder die Ziffer nach dem mit C
angegebenen Kohlenstoff die Gewichtsprozente an (also 1 % bis 6
%, vorzugsweise 3 % Kohlenstoff und der Rest jeweils Silber).
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Legierung mit mindestens
einem Edelmetallanteil eine Gold-Nickel-Legierung ist. Vorzugsweise wird
AuNi1 bis AuNi10, vorzugsweise AuNi5 eingesetzt. Mit Au ist Gold
gekennzeichnet, mit Ni Nickel. Die Ziffern geben wiederum die Gewichtsprozente an,
so bedeutet AuNi5 beispielsweise, dass 5 % Nickel in der Legierung
vorhanden sind, die im übrigen aus
Gold besteht.
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Es
ist ferner vorteilhaft, wenn die Edelmetalllegierung eine Gold-Palladium-Legierung
ist, insbesondere AgPd10 bis AgPd60, vorzugsweise AgPd40. Mit Pd
ist Palladium gekennzeichnet und die Ziffern geben wiederum die
Gewichtsprozente an.
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Die
Kontaktelemente können
insbesondere als Kontaktdrähte
ausgebildet sein, die massiv aus Edelmetall oder massiv aus einer
Edelmetalllegierung oder massiv aus einer Legierung mit mindestens
einem Edelmetallanteil oder massiv aus elektrisch leitfähigem Kunststoff
bestehen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kontaktdrähte in Durchbrüchen der
Umsetzeinrichtung mit ihren Enden einliegen oder diese Durchbrüche durchgreifen.
Eine derartige Umsetzeinrichtung wird üblicherweise auch als „Interface" oder „Connector" bezeichnet. Die
Umsetzeinrichtung weist demgemäss
ein Halteglied auf, dass von dem erwähnten Durchbrüchen durchsetzt
ist, wobei das Kontaktmuster der Durchbrüche dem Kontaktmuster der Prüfkontakte
des Prüfkopfs
entspricht. In den Durchbrüchen
sind die Kontaktelemente derart angeordnet, dass sie mit Kontaktflächen den
als Prüfstifte oder
Knickdrähte
ausgebildeten Prüfkontakten
gegenüberliegen.
Um die Kontaktelemente am Halteglied zu befestigen, sind die Kontaktelemente,
insbesondere Kontaktdrähte,
durch Vergießen
in den Durchbrüchen
befestigt. Sofern die Kontaktelemente als Kontaktdrähte ausgebildet
sind, ist es möglich, dass
sie aus der dem Prüfkopf
abgewandten Seite der Umsetzeinrichtung herausschauen und mit einer Anschlusseinrichtung
verbunden sind, die insbesondere als Leiterplatte (PCB) ausgebildet
sein kann. Insbesondere ist vorgesehen, dass die entsprechenden
Enden der Kontaktdrähte
mit Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch verbunden sind. Die
Anschlusseinrichtung steht mit der elektrischen Prüfeinrichtung
in Verbindung oder ist ein Teil der elektrischen Prüfeinrichtung.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Edelmetall
oder die Edelmetalllegierung oder die Legierung mit mindestens einem
Edelmetallanteil ein getempertes Edelmetall oder eine getemperte
Edelmetalllegierung oder eine getemperte Legierung ist. Demzufolge
wird das Edelmetall getempert, also einer Wärmebehandlung unterzogen. Gleiches
gilt für
die Edelmetalllegierung oder die Legierung mit mindestens einem
Edelmetallanteil. Auf diese Art und Weise werden die elektrischen
Eigenschaften, insbesondere die Widerstandswerte des Kontaktelements
besonders günstig beeinflusst,
sodass vorzugsweise eine möglichst
niederohmige Verbindung geschaffen werden kann und/oder vorzugsweise
ein konstanter Widerstandswert über
einen weiten Temperaturbereich vorliegt.
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Es
ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Edelmetall, die Edelmetalllegierung
oder die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil ein mindestens
30 Minuten, insbesondere mindestens 60 Minu ten, getempertes Edelmetall
oder eine mindestens 30 Minuten, insbesondere 60 Minuten, getemperte
Edelmetalllegierung oder Legierung ist. Demzufolge erfolgt der Tempervorgang
zeitgesteuert, das heißt,
die Erwärmung
auf die Tempertemperatur erfolgt innerhalb eines bestimmten, vorgegebenen Zeitrahmens,
der mindestens 30 Minuten, insbesondere mindestens 60 Minuten, beträgt, sodass
eine hinreichend lange Zeitspanne vergeht, bis die gewünschte Tempertemperatur
erreicht ist. Alternativ erfolgt der Tempervorgang bei einer vorgegebenen Tempertemperatur
in mindestens 30 Minuten, vorzugsweise mindestens 60 Minuten.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn das Edelmetall, die Edelmetalllegierung
oder die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil nach dem
Temperprozess, insbesondere direkt nach dem Temperprozess, über einen
vorbestimmten Zeitraum auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Der Zeitraum beträgt insbesondere
mindestens 15 Minuten, vorzugsweise mindestens 30 Minuten. Demzufolge
wird im Anschluss an den Temperprozess eine kontrollierte Abkühlung vorgenommen,
die mindestens einen Zeitraum von 15 Minuten, vorzugsweise mindestens 30
Minuten beträgt.
Hierbei wird bevorzugt bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Auch
dieses kontrollierte Abkühlen
sorgt dafür,
dass die vorstehend erwähnten
elektrischen Eigenschaften beim Kontaktelement erzielt werden.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen mindestens
eines Kontaktelements einer Kontaktiervorrichtung zum elektrischen
Verbinden eines Prüflings
mit einer elektrischen Prüfeinrichtung,
mit mehreren, mindestens einem Halteelement zugeordneten elektrischen
Prüfkontakten
zur Kontaktierung des Prüflings
und mit einer Umsetzeinrichtung zur Vergrößerung des Abstandes benach barter Kontaktwege,
wobei die Umsetzeinrichtung Kontaktelemente zur Berührungskontaktierung
der Prüfkontakte
aufweist, wobei jedes der Kontaktelemente aus Edelmetall oder einer
Edelmetalllegierung oder aus einer Legierung mit mindestens einem
Edelmetallanteil oder aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gefertigt wird.
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Vorzugsweise
ist verfahrensmäßig vorgesehen,
dass das Edelmetall, die Edelmetalllegierung oder die Legierung
mit mindestens einem Edelmetallanteil mindestens 30 Minuten, vorzugsweise
mindestens 60 Minuten, getempert wird.
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Vorteilhaft
ist es, wenn das Tempern bis auf eine Temperatur von 80°C bis 160°C, vorzugsweise bis
auf eine Temperatur von 120°C
erfolgt oder bei einer Temperatur von 80°C bis 160°C, vorzugsweise bei einer Temperatur
von 120°C
durchgeführt
wird.
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Nach
dem Tempern, insbesondere unmittelbar nach dem Tempern, erfolgt
vorzugsweise eine Abkühlung über einen
Zeitraum von mindestens 15 Minuten, vorzugsweise mindestens 30 Minuten.
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Schließlich ist
es vorteilhaft, wenn die Abkühlung
bis auf Raumtemperatur, insbesondere bis auf eine Temperatur von
15°C bis
25°C, vorzugsweise bis
auf eine Temperatur von 20°C,
erfolgt.
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Die
Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels,
das eine Seitenansicht einer Kontaktiervorrichtung zeigt.
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Die
Figur zeigt eine Kontaktiervorrichtung 1, mit der beispielsweise
ein als Wafer 2 ausgebildeter Prüfling 3 zur Prüfung kontaktiert
wird. Die Kontaktiervorrichtung 1 steht hierzu mit einer
nicht dargestellten elektrischen Prüfeinrichtung in Verbindung, die über eine
Vielzahl von Kontaktwegen die einwandfreie Funktion des Prüflings prüft und bei
Funktionsfehlern den Prüfling
als defekt meldet.
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Die
Kontaktiervorrichtung 1 weist einen Prüfkopf 4 auf, der mehrere,
beispielsweise 3 parallel zueinander mit Abstand liegende
Halteelemente 5 aufweist, die als Führungsplatten 6, 7 und 8 ausgebildet sind.
Die Führungsplatten 6, 7, 8 verlaufen
parallel zueinander. Sie sind von Führungsbohrungen 9, 10 und 11 durchsetzt,
die miteinander fluchten oder auch leicht versetzt zueinander liegen
können.
In den Führungsbohrungen 9 bis 11 sind
Prüfkontakte 12 angeordnet,
vorzugsweise eingesteckt, so dass sie axial verschieblich gelagert
sind. Bei nichtfluchtenden Führungsbohrungen 9 bis 11,
beispielsweise bei einer Fluchtung der Führungsbohrungen 9 und 11 und
einer hierzu nicht vorliegenden Fluchtung der Führungsbohrungen 10,
werden die insbesondere als Knickdrähte 13 ausgebildeten
Prüfkontakte 12 leicht
seitlich ausgelenkt, so dass sie einerseits nicht aus dem Prüfkopf 4 herausfallen
können
und andererseits eine Vorzugsrichtung beim Ausknicken erhalten,
wenn sie zur Kontaktierung des Prüflings 3 axial belastet
werden.
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Die
dem Prüfling 3 zugewandten
Enden 14 der Prüfkontakte 12 stehen
Prüflingskontakten 15 gegenüber, wobei
sich der Prüfling 3 auf
einer Unterlage 16 befindet, insbesondere abstützt.
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Den
gegenüberliegenden
Enden 17 der Prüfkontakte 12 liegt
eine Umsetzeinrichtung 18 gegenüber, die ein Halteglied 19 in
Form einer Halteplatte 20 aufweist. Die Halteplatte 20 wird
von Durchbrüchen 21 durchsetzt,
die fluchtend zu den Führungsbohrungen 9 der
Führungsplatte 6 angeordnet
sind. In den Durchbrüchen 21 befinden sich
Kontaktelemente 22, die als Kontaktdrähte 23 ausgebildet
sind. Zur Befestigung der Kontaktdrähte 23 in den Druchbrüchen 21 sind
diese durch Vergießen
mittels einer ausgehärteten
Vergussmasse 24 axial und unverschiebbar gehalten. Die
Kontaktdrähte 23 führen bogenförmig (180° Bögen) zur
einer Anschlusseinrichtung 25, die als Leiterplatte 26 ausgebildet
ist. Die Enden 27 der Kontaktdrähte 23 sind mit Leiterbahnen 28 der
Leiterplatte 26 verlötet.
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Die
Kontaktelemente 22, die bevorzugt als Kontaktdrähte 23 ausgebildet
sind, bestehen aus Edelmetall. Bevorzugt wird als Edelmetall Silber, Gold,
Palladium oder Platin verwendet, so dass massive Elemente bzw. Drähte vorliegen.
Nach einer alternativen Lösung
ist vorgesehen, dass als Material für die Kontaktelemente 22,
insbesondere Kontaktdrähte 23,
eine Edelmetalllegierung verwendet wird, die vorzugsweise Silber,
Gold, Palladium und/oder Platin aufweist. Als weitere Möglichkeit
bestehen die Kontaktelemente aus einer Legierung mit mindestens
einem Edelmetallanteil der vorstehend genannten Edelmetalle, hinzu
kommt mindestens ein weiterer Stoff, der kein Edelmetall ist. Als
weiterer Stoff kommt insbesondere Kupfer, Nickel und/oder Kohlenstoff
zum Einsatz. Nach einer weiteren alternativen Lösung ist vorgesehen, dass als
Material für
die Kontaktelemente 22, insbesondere Kontaktdrähte 23,
elektrisch leitfähiger
Kunststoff zum Einsatz gelangt.
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Für eine Prüfung des
Prüflings 3 werden Kontaktiervorrichtung 1 und
Prüfling 3 aufeinander
zu bewegt, so dass die Enden 14 der Knickdrähte 13 auf die
Prüflingskontakte 15 aufsetzen.
Ferner treten die Enden 17 der Prüfkontakte 12, insbesondere
Knickdrähte 13,
und die entsprechend gegenüberliegenden
Enden 29 der massiv aus Edelmetall oder alternativ massiv
aus einer Edelmetalllegierung oder alternativ massiv aus einer Legierung
mit mindestens einem Edelmetallanteil oder alternativ massiv aus elektrisch
leitfähigem
Kunststoff bestehenden Kontaktelemente 22, insbesondere
Kontaktdrähte 23,
gegeneinander, so dass auch hier Berührungskontakte gebildet werden.
Auf diese Art und Weise wird der Prüfling 3 über die
Prüfkontakte 12 des
Prüfkopfs 4 mit
den Kontaktelementen 22 der Umsetzeinrichtung 18 verbunden,
wobei die mit den Kontaktelementen 22 verbundenen Leiterbahnen 28 der
Umsetzeinrichtung 18 zu einer nicht dargestellten Prüfeinrichtung führen, die über die
einzelnen Stromwege den Prüfling 3 elektrisch
auf Funktion prüft.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente 22 möglichst
günstige
Eigenschaften aufweisen, um bestimmte Anwendungen durchführen zu
können.
So kann bei einer Anwendung eine sehr niederohmige Verbindung notwendig
sein, die jedoch nur in einem sehr engen Temperaturbereich vorliegt,
beispielsweise im Bereich der Raumtemperatur. Andere Anwendungen
erfordern es, über
einen weiten Temperaturbereich einen möglichst konstanten Widerstandswert
bei dem jeweiligen Kontaktelement 22 einzuhalten. Hier
wird ein Material, insbesondere eine Legierung benötigt, die
einen niedrigen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands
besitzt. Die in dieser Anmeldung aufgezeigten Materialien haben
ferner eine nur geringe Neigung zur Oxidation.
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Für niederohmige
Verbindungen eignen sich bei den Kontaktelementen 22 insbesondere
Kupfer-Silber-Legierungen, die vorzugsweise eine spezifische Leitfähigkeit
(m/Ωmm2) > 40
besitzen. Dies sind bevorzugt: CuAg, AgC3, AgCu3 bis AgCu20. Für Verbindungen
mit einem möglichst
konstanten Widerstandswert über
einen weiten Temperaturbereich, von zum Beispiel –50°C bis +150°C, eignen
sich Materialien mit einem Nickelanteil zur Ausbildung der Kontaktelemente 22,
bei denen der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands
(K–1·10–4) < 4 ist. Vor allem
sind geeignet: AuNi5, AgPd40.
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Um
die vorstehend genannten elektrischen Eigenschaften zu erreichen,
müssen
die Materialien mindestens 60 Minuten bei 120°C getempert werden und anschließend über einen
Zeitraum von mindestens 30 Minuten auf Raumtemperatur abkühlen.
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Die
erfindungsgemäßen Kontaktelemente 22 werden
bevorzugt als gezogene Drähte
ausgebildet, die vorzugsweise mit einer elektrischen Isolierung versehen
werden.