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Ausführungsformen
der Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf die Inbetriebnahme
und das Testen von Bauteilen. Insbesondere beziehen sie sich auf
eine Kontaktierung von Bauteilen mit geringem Kontaktabstand (Fine-Pitch
Bauteile), Kontakte zur Kontaktierung von Bauteilen, und ein Verfahren zur
Inbetriebnahme und zum Testen eines Bauteils. Im speziellen beziehen
sie sich auf einen Kontaktelement, eine Kontakteinheit, ein Verfahren
zur Herstellung einer Kontakteinheit und ein Verfahren zur Inbetriebnahme
eines Bauteils.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Elektronische
Bauteile wie zum Beispiel Dioden werden während der Produktion oder im
Anschluss an die Produktion getestet oder müssen charakterisiert werden.
Automatische Testvorrichtungen (automatic test equipment, ATE) können zum
Beispiel dazu genutzt werden, um elektronische Bauteile marginalen
Tests, Parametertests oder Funktionstest zu unterziehen. Dabei muss
das ATE eine dem Testobjekt (device under test, DUT) angepasste
Kontaktiervorrichtungen besitzen.
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Auf
Grund der fortschreitenden Miniaturisierung wird auch der Kontaktabstand
von Bauteilen, zum Beispiel Fine-Pitch Dioden, d. h. Dioden mit
verringertem Abstand der Kontaktflächen für die Kontaktierung, zunehmend
kleiner gewählt.
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Die
Anforderungen, die an Test- und Charakterisierungsverfahren gestellt
werden, erhöhen
die Produktionskosten. Daher ist eine schnelle, preisgünstige und
robuste Testvorrichtungen wünschenswert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Bezug hierauf ist ein Kontaktelement gemäß unabhängigem Anspruch 1, eine Kontakteinheit gemäß unabhängigem Anspruch
6, ein Verfahren zur Herstellung einer Kontakteinheit gemäß unabhängigem Anspruch
15 und Verfahren zur Inbetriebnahme eines Bauteils gemäß unabhängigem Anspruch
18 zur Verfügung
gestellt.
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Weiter
Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der
Beschreibung und den Figuren.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist ein Kontaktelement zur Verfügung
gestellt. Das Kontaktelement zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes hat
eine lasergeschnittene leitende Platte, wobei die Kontur der lasergeschnittenen
leitenden Platte zumindest zwei Spitzen beinhaltet, die als Kontaktspitzen
für ein
Kontakt-Pad eines Bauteils ausgebildet sind, und die durch einen
Trennungsbereich so miteinander verbunden sind, dass ein einstückiges Halbzeug
ausgebildet ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist eine Kontakteinheit zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes
zur Verfügung
gestellt. Die Kontakteinheit beinhaltet ein Kontaktelement mit einer
Kontur mit zumindest zwei Spitzen, die als Kontaktspitzen für ein Kontakt-Pad
eines Bauteils ausgebildet sind, beinhaltet, eine isolierende Kontakthalterung, die
mit dem Kon taktelement verbunden ist, wobei das Kontaktelement zumindest
einen Trennungsbereich beinhaltet, der durch Laserschneiden zur
Verfügung gestellt
ist, und wobei durch den Trennungsbereich die zumindest zwei Spitzen
elektrisch voneinander isoliert sind.
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Gemäß einer
noch weiteren Ausführungsform
ist ein Verfahren zur Herstellung einer Kontakteinheit zur Verfügung gestellt.
Das Verfahren enthält:
Schneiden einer einstückigen
leitenden Platte, wobei die Kontur der leitenden Platte zumindest
zwei Spitzen, die als Kontaktspitzen für ein Kontakt-Pad eines Bauteils
ausgebildet sind, beinhaltet, Verbinden der leitenden Platte mit
einer Halterung, Biegen von einem an die zumindest zwei Spitzen
angrenzenden Bereich der leitenden Platte, und Laserschneiden der
leitenden Platte an zumindest einem Trennungsbereich, wobei die
Spitzen elektrisch isoliert werden, wobei das Laserschneiden der
leitenden Platte an dem zumindest einem Trennungsbereich nach dem
Verbinden durchgeführt
wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Bauteils zur Verfügung gestellt.
Das Verfahren enthält:
Schneiden einer einstückigen
leitenden Platte, wobei die Kontur der leitenden Platte zumindest
zwei Spitzen, die als Kontaktspitzen für ein Kontakt-Pad eines Bauteils ausgebildet
sind, beinhaltet, Verbinden der leitenden Platte mit einer Halterung,
Biegen von einem an die zumindest zwei Spitzen angrenzend Bereichen
der leitenden Platte, Laserschneiden der leitenden Platte an zumindest
einem Trennungsbereich, wobei die Spitzen elektrisch isoliert werden,
wobei das Laserschneiden der leitenden Platte an dem zumindest einem
Trennungsbereich nach dem Verbinden durchgeführt wird, Kontaktieren eines
Bauteils, und Inbetriebnehmen des Bauteils.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung anhand von in den anhängenden
Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen
beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die konkret beschriebenen
Ausführungsformen
beschränkt,
sondern kann in geeigneter Weise modifiziert und abgewandelt werden.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Merkmale und Merkmalskombination
einer Ausführungsform
mit Merkmalen und Merkmalkombinationen einer anderen Ausführungsform
zu kombinieren.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht einer Kontakthalterung und eines daran
befestigten Kontaktelements, die eine Kontakteinheit gemäß hierin beschriebenen
Ausführungsformen
ausbilden;
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2 zeigt
eine schematische Aufsicht eines Kontaktelements bei der Kontaktierung
eines Fine-Pitch-Bauteils gemäß hierin
beschriebenen Ausführungsformen;
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3 zeigt
eine schematische Aufsicht einer Kontakthalterung und eines Kontaktelements,
die eine Kontakteinheit ausbilden, bei der Kontaktierung eines Fine-Pitch-Bauteils
gemäß hierin
beschriebenen Ausführungsformen;
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4 zeigt
eine schematische Aufsicht einer weiteren Kontakteinheit bei der
Kontaktierung eines Fine-Pitch-Bauteils gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen;
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5 zeigt
eine schematische Ansicht einer weiteren Kontakthalterung gemäß hierin
beschriebenen Ausführungsformen;
und
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6 zeigt
ein Flussdiagramm zur Illustration von Verfahren zur Kontaktierung
von Eine-Pitch Bauteilen gemäß hierin
beschriebenen Ausführungsformen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
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Um
das Verständnis
der Beschreibung zu vereinfachen, werden im Folgenden identische
Referenznummern verwendet, wenn es sich um identische Elemente handelt,
die gemeinsam in den Figuren verwendet werden. Es ist vorgesehen,
dass Elemente in einer Ausführungsform
auch in einer anderen Ausführungsform
verwendet werden können, ohne
dass dies jeweils einzeln erwähnt
wird.
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1 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer Kontakteinheit zur Kontaktierung
von Bauteilen, wie z. B. einer Fine-Pitch Diode. Die Kontakteinheit enthält einen
Kontakthalter 110 und ein Kontaktelement 120.
Der Kontakthalter 110 hat gemäß einer Ausführungsform
ein erstes Fenster 112, das geeignet ist, das Kontaktelement 120 von
oben bildlich zu erfassen oder zu betrachten. Darüber hinaus
besteht ein Fenster 114, welches einen Teil des Kontaktelements 120 von
oben zur Bearbeitung zugänglich macht.
Dieses Fenster wird im Folgenden als Bearbeitungsfenster 114 bezeichnet.
Gemäß weiteren Ausführungsformen
beinhaltet die Kontakthalterung zum Beispiel eine Bohrung 116 um
die Kontakthalterung an darüber
hinausreichenden Komponenten einer Testvorrichtung oder einem anderen
ATE zu befestigen.
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Das
Kontaktelement 120 in 1 enthält einen
Kontaktierungsbereich 122, der über den Kontakthalter 110 hinausragt
(in 1 auf der rechten Seite) und ferner einen gebogenen
Teil 124, der in einer Spitze 126 endet, die angepasst
ist auf Kontakt-Pads einer Fine-Pitch Diode einen Kontakt herzustellen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann eine Spitze angepasst sein, einen Bereich von z. B. 0.1 bis 0.4 μm zu kontaktieren.
Hierbei kann sich die Längenangabe
zum Beispiel auf die Seitenlänge
eines rechteckigen Kontakt-Pads, einen Durchmessers eines kreisförmigen Kontakt-Pads,
o. ä. beziehen.
Gemäß weiteren
Ausführungsformen,
kann ein typischer Abstand zwischen benachbarten Kontakt-Pads eines
Bauteils zwischen 0.1 μm
0.6 μm betragen. Dies
ist z. B. in 2 zu erkennen. In 2 kontaktieren
jeweils zwei Spitzen 126 die Kontakt-Pads 22 des
Bauteils 20.
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In
der in 1 dargestellten schematischen Seitenansicht erkennt
man die Dicke des Kontaktelements 120. Das Kontaktelement
besteht aus einer leitenden Platte, wie zum Beispiel einem Metallblech. Es
kann eine Dicke von 0.5 mm bis 2 mm haben.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist das Kontaktelement 120 in 2 einstückig ausgebildet
und hat einen Trennungsbereich 128, der die beiden Spitzen 126 elektrisch
voneinander isolieren kann. Hierdurch ist es möglich preisgünstige und
fertigungstaugliche Kontakte zur Verfügung zu stellen. Gemäß einer
Ausführungsform
können
diese Kontakte für eine
HF-Messung zur Verfügung
gestellt sein, wobei z. B. zwei Kontakt-Pads eines Bauteils mit
jeweils einer Spitze 126 kontaktiert werden.
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Wie
in 1–3 dargestellt
ist, wird ein Kontaktelement 120 zur Verfügung gestellt.
Ein Kontaktelement kann mehrere Bereiche haben, die jeweils durch
eine Spitze und einen Kontaktierungsbereich vorgegeben sind, und
die für
einen Test elektrisch voneinander getrennt sind. Gemäß unterschiedlichen
Ausführungsformen
kann ein Kontaktelement zwei, vier oder mehr Bereiche haben. Die
Bereiche sind durch die Trennungsbereiche 128 vor dem Verbinden
mit dem Halter miteinander verbunden, so dass das Halbzeug einstückig ausgebildet
ist.
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Typischerweise
kann ein Kontaktelement aus einem Metallblech durch Laserschneiden
hergestellt werden. Um die Metallbleche schnell und präzise zu
strukturieren, können
sie mittels Lasermikroabtrag bearbeitet werden. Hierzu kann eine
Mikrostrukturierungsanlage mit einem frequenzverdoppelten (532 nm)
oder frequenzverdreifachten (355 nm) Nd:YAG-Laser oder ein Nd:YAG-Laser bei seiner
ursprünglichen
Wellenlänge
von 1064 nm verwendet werden. Auch einzelne Linien eines Argon-Ionenlasers
oder ein Diodenlaser können
für das
Laserschneiden bzw. den Materialabtrag verwendet werden. Über Scannersystem
können
die einzelnen Positionen zur Bearbeitung mit dem Laserstrahl angefahren
werden. Gemäß weiteren
Ausführungsformen ist
der Einsatz von gepulster Laserstrahlung möglich, um das Abtragsverhalten
zu optimieren.
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Es
lassen sich mit diesen Verfahren sehr feine Strukturen (ca. 50 μm) bei hohen
Aspektverhältnissen
und Kantenwinkeln im Bereich von 5 bis 7° realisieren.
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Für die weitere
Optimierung kann zur Fertigung durch Präzisionsabtrag eine Laseranlage
mit VUV Laserstrahlung verwendet werden. Ein Fluorlaser hat z. B.
eine Wellenlänge
von λ =
157 nm. Mit dieser Wellenlänge
ist ein kontrollierter Tiefenabtrag im Bereich von 100 nm Auflösung und
eine Bearbeitung von Werkstoffen möglich.
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Das
lasergeschnittene einstückige
Kontaktelement 120, wie es in 2 dargestellt
ist, kann preisgünstig
zur Verfügung
gestellt werden und wird anschließend mit einem Kontakthalter 110 verbunden.
Nachdem das Kontaktelement 120 mit den Kontakthalter 110 verbunden
worden ist, kann das Kontaktelement 120 in dem Trennungsbereich 128 durch Laserschneiden
elektrisch voneinander getrennt werden. Hierzu kann z. B. das Bearbeitungsfenster 114 in
dem Kontakthalter 110 dienen.
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Auf
Grund dieses Herstellungsverfahrens des Kontaktelementes ist es
möglich,
die Kontakte einstückig
an einem Kontakthalter zu montieren und somit eine Position der
Kontaktspitzen 126 in Bezug zueinander solange aufrecht
zu erhalten, bis das Kontaktelement 120 an dem Kontakthalter 110 montiert.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist es auch möglich,
dass der Kontakthalter 110 lasergeschnitten ist und somit
ebenfalls kostengünstig, schnell
und individuell zur Verfügung
gestellt werden kann.
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Der
Kontakthalter 110, wie er anhand der 1–3 beschrieben
ist, wird aus einem isolierenden Material hergestellt, so dass die
Kontaktspitzen 126 elektrisch voneinander isoliert sind
und die Kontaktierungsbereiche 122 jeweils individuell
für eine
Kontaktelementspitze 136 zur Verfügung stehen.
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Gemäß noch weiteren
Ausführungsformen kann
das Kontaktelement 120 an den Kontakthalter 110 geklebt
werden, oder kann mit diesem durch andere Verbindungen wie Schrauben
oder Schweißen, z.
B. Laserschweißen,
verbunden werden.
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Typischerweise
ist es gemäß verschiedenen Ausführungsformen
möglich,
dass das Kontaktelement 120 aus einem Metallblech besteht,
wobei eine große
Vielfalt an Materialauswahl besteht. Es kann z. B. Federstahl oder
Kupferberyllium verwendet werden. Beispiel für typische Dicken, die für Ausführungsformen,
wie sie hierin beschrieben sind, verwendet werden können, sind
im Bereich von 0.5 bis 2 mm liegen.
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Wie
in 1–3 zu
sehen ist, wird der Bereich 124, in der gebogenen wurde,
auf die Kontakt-Pads des Bauteils gedrückt. Hierzu kann eine federnde
Eigenschaft des gebogenen Bereichs 124 vorteilhaft sein.
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Wie
in 3 dargestellt, ist mit der Kontakteinheit bestehend
aus einer Kontakthalterung 110 und einem Kontaktelement 120 das
Bauteil 20 durch die Spitzen 126 kontaktiert.
In 3 ist der Trennungsbereich 328 (siehe
Bereich 128 in 2) nach dem die Kontakthalterung 110 mit
dem Kontaktelement 120 verbunden worden ist, durch Laserschneiden
beziehungsweise Laserablation getrennt worden. Hierdurch und angesichts
der isolierenden Eigenschaft der Kontakthalterung 110 sind
die Kontaktspitzen 126, die jeweils auf einem Kontakt-Pad 22 zur Herstellung
eines Kontaktes angeordnet sein können, elektrisch voneinander
isoliert. Mit der Kontakteinheit, die nun individuelle Kontaktspitzen
und Kontaktierungsbereiche 122 zum Ansteuern bzw. zum Empfangen
von Messsignalen enthält,
kann eine Inbetriebnahme, ein Test oder eine Charakterisierung eines
Bauteils vorgenommen werden.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Kontaktelementes 420. Das Kontaktelement 420 besteht
aus vier Bereichen, die mit Trennungsbereichen 328 durch
Laserschneiden voneinander getrennt worden sind. Somit sind die
vier Kontakt spitzen 126 elektrisch voneinander getrennt.
Die vier Spitzen 126 bilden einen Kelvin-Testkontakt zur
Charakterisierung oder zum Testen des Bauteils 20 mit den
Kontakt-Pads 22. Der Kontakthalter 410, der in 5 dargestellt
ist, ist, bevor die Spitzen 126 an den Trennungsbereichen 328 elektrisch
voneinander getrennt worden sind, mit dem Kontaktelement 420 verbunden
worden, so dass die Spitzen 126 zueinander in einer festen
Position stehen bevor eine elektrische Vereinzelung der Spitzen
vorgenommen wird. In 4 ist dies durch den gestrichelten
Kontakthalter 410 angedeutet.
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Typischerweise
ist es gemäß verschiedenen Ausführungsformen
möglich,
dass das Kontaktelement 120 aus einem Metallblech besteht,
wobei eine große
Vielfalt an Materialauswahl besteht. Es kann z. B. Federstahl oder
Kupferberyllium verwendet werden.
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Um
die Metallbleche schnell und präzise
zu strukturieren, können
sie mittels Lasermikroabtrag bearbeitet werden. Hierzu kann eine
Mikrostrukturierungsanlage mit einem frequenzverdoppelten (532 nm)
oder frequenzverdreifachten (355 nm) Nd:YAG-Laser oder ein Nd:YAG-Laser bei seiner
ursprünglichen
Wellenlänge
von 1064 nm verwendet werden. Auch einzelne Linien eines Argon-Ionenlasers
oder ein Diodenlaser können
für das
Laserschneiden und den Materialabtrag verwendet werden. Über Scannersystem
können
die einzelnen Positionen zur Bearbeitung mit dem Laserstrahl angefahren
werden. Gemäß weiteren
Ausführungsformen ist
der Einsatz von gepulster Laserstrahlung möglich, um das Abtragsverhalten
zu optimieren.
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Es
lassen sich mit diesen Verfahren sehr feine Strukturen (ca. 50 μm) bei hohen
Aspektverhältnissen
und Kantenwinkeln im Bereich von 5 bis 7° realisieren. Weitere Optionen
für das
Laserschneiden von einem Kontaktelement, einer Kontakthalterung, oder
eines Trennungsbereiches können
analog zu anderen hierin aufgeführten
Ausführungsformen durch
geführt
werden.
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Auch
bei einem Kelvin-Testkontakt, werden typischerweise die folgenden
Dimensionen für
die Kontakt-Pads und somit für
den Abstand der Kontaktspitzen 126 zur Verfügung gestellt.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
kann eine Spitze angepasst sein, einen Bereich von z. B. 0.1 bis
0.4 μm kontaktieren.
Hierbei kann sich die Längenangabe
zum Beispiel auf die Seitenlänge
eines rechteckigen Kontakt-Pads, einen Durchmessers eines kreisförmigen Kontakt-Pads,
o. ä. beziehen.
Gemäß weiteren
Ausführungsformen,
kann ein typischer Abstand zwischen benachbarten Kontakt-Pads eines
Bauteils zwischen 0.1 μm
0.6 μm betragen.
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Bei
der Trennung eines Testkontaktes 420, wie zum Beispiel
eines Kelvin-Testkontaktes, zur Messung mit vier Spitzen 126 wird
ein Test-Kontakt in vier Bereiche getrennt, dies ist in 5 durch
die vier Bearbeitungsfenster 514 angedeutet. Das Fenster 512,
wie es in 5 dargestellt ist, und welches
analog zu dem Fenster 112 in 1 anzusehen
ist, dient z. B. dafür,
die Kontakteinheit in einem Inbetriebnahme-Verfahren auf das Bauteil
auszurichten. Durch das Fenster 512, kann eine visuelle
Ausrichtung der Kontakteinheit in Bezug auf das Bauteil durchgeführt werden.
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6 zeigt
ein Verfahren, welches Ausführungsformen
zum Durchführen
der Inbetriebnahme oder des Testens eines Bauteils illustriert.
In Schritt 602 wird durch Laserschneiden ein einstückiges Kontaktelement
zur Verfügung
gestellt. Das einstückige
Kontaktelement wird in Schritt 604 an dem Kontakthalter
befestigt. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform,
kann auch der Kontakthalter durch Laserschneiden hergestellt wer den.
Typische Ausführungsformen
des Befestigens des Kontaktelements an einem Kontakthalter beinhalten
kleben, schrauben oder schweißen,
z. B. laserschweißen.
In Schritt 606 werden die in 1 mit dem
Bezugszeichen 124 bezeichneten Bereiche des Kontaktelementes
gebogen, so dass diese anschließend
auf ein Kontakt-Pad gedrückt
werden können.
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In 6 sind
das Befestigen des Kontaktelements an dem Kontakthalter und das
Biegen des Kontaktelementes beziehungsweise der Kontaktspitzen parallel
zueinander dargestellt. Dies dient zur Illustration unterschiedlicher
Ausführungsformen,
da das Biegen des Kontaktelementes vor der Befestigung an dem Kontakthalter
oder nach der Befestigung an dem Kontakthalter durchgeführt werden kann.
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Nachdem
das Kontaktelement an dem Kontakthalter befestigt worden ist, werden
in Schritt 608 die einzelnen Bereiche des Kontaktelementes
durch Laserschneiden voneinander getrennt. Hierdurch werden die
Kontaktspitzen mit den jeweils zugehörigen Kontaktierungsbereichen 122 für die jeweilige Kontaktelementspitze
elektrisch voneinander getrennt. Mit der Kontakteinheit, die nun
individuelle Kontaktspitzen zum Ansteuern bzw. zum Empfangen von
Messsignalen enthält,
kann in Schritt 610 eine Inbetriebnahme, ein Test oder
eine Charakterisierung eines Bauteils vorgenommen werden.
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Ausführungsformen
richten sich auch auf mit den beschriebenen Kontaktelementen, Kontakteinheiten,
und mit den Verfahren zum Testen von Bauteilen getesteten Bauteilen.
Hierbei können
diese Bauteile gegebenenfalls durch die von den Kontaktspitzen hinterlassenen
Abdrücken
in den Kontakt-Pads des Bauteils identifiziert werden.
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Währen das
oben aufgeführte
auf Ausführungsformen
gerichtet ist, können
andere Ausführungsformen
hiervon abgeleitet werden, ohne vom Umfang der durch die Ansprüche bestimmten
Erfindung abzuweichen.
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- 110
- Kontakthalter
- 112
- Fenster
- 114
- Bearbeitungsfenster
- 116
- Bohrung
- 120
- Kontaktelement
- 122
- Kontaktierungsbereich
- 124
- gebogener
Teil
- 126
- Spitze
- 128
- Trennungsbereich
- 20
- Bauteil
- 22
- Kontakt-Pad
- 328
- Trennungsbereich
- 410
- Kontakthalter
- 420
- Kontaktelement
- 512
- Fenster
- 514
- Bearbeitungsfenster
- 602
- Laserschneiden
Kontaktelement
- 604
- Befestigung
Kontaktelement-Kontakthalter
- 606
- Biegen
Kontaktelement
- 608
- Lasertrennen
- 610
- Testem