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Die Erfindung betrifft eine Prüfkarte zum elektrischen Verbinden eines Prüflings mit einer elektrischen Prüfeinrichtung, mit zumindest einem Halteelement und mehreren elektrisch leitfähigen und von dem Halteelement geführten und/oder getragenen Kontaktvorrichtungen, wobei das Halteelement zum Führen und/oder Tragen der Kontaktvorrichtungen mehrere Öffnungen aufweist, durch welche sich jeweils eine der Kontaktvorrichtungen hindurch erstreckt.
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Prüfkarten der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift
DE 10 2006 054 734 A1 eine Prüfkarte, die insbesondere als Vertikal-Prüfkarte ausgebildet ist, und Kontaktvorrichtungen in Form von Kontaktnadeln, insbesondere Knicknadeln, aufweist, die sich im Wesentlichen senkrecht durch zwei parallel und beabstandet voneinander angeordnete Führungsplatten, die Halteelemente für die Kontaktvorrichtungen bilden, hindurch erstrecken, um einendig einen Prüfling elektrisch zu kontaktieren und anderendig eine Testeinrichtung. Die elektrische Kontaktierung erfolgt dabei beidseitig insbesondere durch Berührungskontakt. Ist die elektrische Verbindung durch die Kontaktvorrichtungen zwischen dem Prüfling und der Testeinrichtung hergestellt, führt diese einen Test durch, indem sie den Prüfling an gewünschter Stelle mit einer elektrischen Spannung oder einem elektrischen Signal beaufschlagt und die elektrische Reaktion des Prüflings auswertet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Prüfkarte zu schaffen, die bei geringem Mehraufwand eine erhöhte Funktionalität sowie eine verbesserte Handhabung der Prüfkarte erlaubt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Prüfkarte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass das Halteelement dreidimensional strukturiert ist. Unter einer dreidimensionalen Strukturierung des Halteelements ist zu verstehen, dass im Unterschied zu bisherigen Halteelementen, die zweidimensional strukturiert sind, Strukturen ermöglicht sind, die bei zweidimensional strukturierten Halteelementen nur durch das Hinzufügen zusätzlicher Elemente möglich sind. Durch die dreidimensionale Struktur erhält das Halteelement eine Form, die Strukturen aufweist, die sich in drei Dimensionen erstrecken, sodass sich ein Körper ergibt, der nicht allein aus der Projizierung einer zweidimensional geformten Grundfläche entsteht. Durch die dreidimensionale Struktur ist das Halteelement derart strukturierbar, dass es mehrere Funktionen übernimmt, beispielsweise in Bezug auf die Führung der Kontaktvorrichtungen oder auf Versteifungsmittel, durch welche das Halteelement eine höhere Steifigkeit erlangt.
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Bevorzugt ist das Halteelement ein dreidimensional strukturiertes Glas, insbesondere Quarzglas. Zum dreidimensionalen Strukturieren von Glas sind bereits unterschiedliche Herstellungsverfahren bekannt. Durch das Verwenden von Glas wird ein robustes Halteelement geboten, das durch seine dreidimensionale Struktur außerdem die oben genannten Vorteile erhält. Durch das dreidimensionale Strukturieren von Glas werden besonders feine Strukturen ermöglicht, wie beispielsweise Mikroöffnungen oder -bohrungen, die zum einen besonders klein ausführbar sind, und zum anderen eine besondere Formgebung zulassen, welche die Funktionsvielfalt der Prüfkarte erhöht. Das Strukturieren erfolgt dabei insbesondere mittels Lasertechnologie, wobei durch einen Laserstrahl gezielt Bereiche des Glases strukturiert werden können. Insbesondere sind die Öffnungen durch diese Strukturierung verschleißarm, präzise, mit von einer Kreisform abweichenden Konturen und mit eindeutigen Anlagenflächen für die Kontaktvorrichtungen herstellbar. Darüber hinaus sind die Öffnungen durch das dreidimensional strukturierte Glas insbesondere derart geformt, dass die freien Kontaktspitzen der Kontaktvorrichtungen, die dem Prüfling zugewandt beziehungsweise zuordenbar sind, in der jeweiligen Öffnung verschiebbar gelagert sind, um bei einer axialen Belastung, also beim Berührungskontaktieren des Prüflings, seitlich verschoben zu werden. Dieses sogenannte „Scrubbing“ bewirkt, dass die Kontaktspitzen über die Kontaktstellen des Prüflings bewegt werden, wodurch sie sich in die Kontaktstellen des Prüflings einkratzen und dadurch einen sicheren elektrischen Kontakt herstellen. Durch die vorgebbare Form der Öffnungen, insbesondere deren Kontur ist damit eine Vorzugsrichtung zum Verschieben der Kontaktvorrichtungen beziehungsweise der freien Kontaktspitzen präzise vorgebbar.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Halteelement ein dreidimensional strukturiertes Keramikelement. Es ergeben sich dabei die gleichen Vorteile, wie vorstehend bereits zu dem Quarzglas beschrieben. Lediglich im Herstellungsverfahren unterscheidet sich das Keramikelement von dem Quarzglas, weil hier gegebenenfalls andere Verfahrensschritte angewendet werden müssen, um das Keramikelement in die gewünschte dreidimensionale Struktur zu verbringen.
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Vorzugsweise ist die jeweilige Kontaktvorrichtung als nadelförmiges Kontaktelement, insbesondere als Knicknadel, oder als Federkontaktstift ausgebildet. Hierdurch ergibt sich eine einfache und sichere elektrische Kontaktierung des Prüflings.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Halteelement als Führungsplatte für die Kontaktvorrichtungen ausgebildet, wobei die Öffnungen als Mikrobohrungen mit einem von einem Zylinder abweichenden Verlauf in Längserstreckung ausgebildet sind. Die Mikrobohrungen beziehungsweise Mikrokanäle unterscheiden sich somit von herkömmlichen Führungsöffnungen dadurch, dass sie im Längsschnitt gesehen einen sich verändernden Querschnitt aufweisen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die zuvor beschriebene Verschiebung der Kontaktspitzen auf der dem Prüfling zugewandten Seite bei einer axialen Beaufschlagung der Kontaktvorrichtungen gezielt in eine gewünschte Richtung zu führen. Darüber hinaus sind Abschnitte im Verlauf der Mikrobohrung möglich, die im Vergleich zu anderen Abschnitten derselben Mikrobohrung ein größeres oder kleineres seitliches Spiel für die Kontaktvorrichtungen erlauben. Dadurch kann beispielsweise gezielt eine Führung der Kontaktvorrichtungen erreicht werden, die bei ausreichend hoher Bewegungsfreiheit zu einem verringerten Verschleiß im Betrieb führt, sodass die Prüfkarte eine hohe Lebens- oder Nutzungsdauer erreicht.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass zumindest eine der Mikrobohrungen einen Öffnungseintritt aufweist, der in seiner Gestalt von einem Öffnungsaustritt derselben Mikrobohrung abweicht. So ist beispielsweise vorgesehen, dass der Öffnungseintritt in seiner Kontur der Kontur des aufzunehmenden Kontaktelements zumindest im Wesentlichen entspricht, wohingegen die Kontur des Öffnungsaustritts der eines Langlochs entspricht, sodass die Kontaktspitze in Richtung des Langlochs verschiebbar ist, um das Scrubbing durchzuführen. Auch können beispielsweise Öffnungseintritt und Öffnungsaustritt jeweils als Langloch ausgebildet sein, die jedoch in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind. Auch können die Konturen von Öffnungseintritt und Öffnungsaustritt vertauscht sein, sodass beispielsweise der Öffnungsaustritt eine Kreisform aufweist, während der Öffnungseintritt eine Langlochform aufweist. Dies stützt insbesondere das Durchbiegen oder seitliche Ausbiegen der Kontaktvorrichtungen bei axialer Belastung, das zu einer Axiallängenanpassung des jeweiligen Kontaktelements an die übrigen Kontaktvorrichtungen und an den Prüfling erlaubt.
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Besonders bevorzugt weisen Öffnungseintritt und Öffnungsaustritt eine unterschiedliche Größe und/oder eine unterschiedliche Kontur auf. Je nach Anwendungsfall ergeben sich hierdurch weitergehende Vorteile. Beispielsweise nimmt der Querschnitt der Mikrobohrung in Richtung des Öffnungsaustritts bei gleichbleibender Querschnittsform ab, sodass sich eine zentrierende Führung des Kontaktelements in der Mikrobohrung beziehungsweise der Öffnung ergibt, die insbesondere dem Kontaktelement derart viel Spiel lässt, dass es sich bei axialer Belastung auf der vom Prüfling abgewandten Seite, insbesondere zwischen zwei benachbarten Führungsplatten, seitlich ausbiegen kann und ein Kipplager in der Öffnung an deren engsten Querschnittsstelle ausbildet.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest eine Mikrobohrung in ihrer Längserstreckung einen Hinterschnitt, insbesondere durch eine Querschnittsverengung oder Aufweitung gebildet, aufweist. Durch den Hinterschnitt ergeben sich in der Mikrobohrung in ihrer Längserstreckung Stufen, die beispielsweise als Axialanschlag für das Kontaktelement genutzt werden können. Auch können die Stufen dazu genutzt werden, gezielt Führungsabschnitte in der Mikrobohrung auszubilden, die zur Berührungskontaktierung und Führung des jeweiligen Kontaktelements dienen, wobei ansonsten das Kontaktelement berührungsfrei in der Mikrobohrung einliegt.
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Besonders bevorzugt weist zumindest eine Mikrobohrung im Bereich von Öffnungseintritt und Öffnungsaustritt jeweils einen Führungsquerschnitt für ein Kontaktelement auf, und in einem dazwischenliegenden Abschnitt, also zwischen Öffnungseintritt und Öffnungsaustritt, einen Querschnitt, der größer ist als der jeweilige Führungsquerschnitt. Während der Führungsquerschnitt zweckmäßigerweise an eine Kontur des jeweiligen Kontaktelements angepasst ist, um dieses vorteilhaft zu führen oder zu halten, ist der dazwischenliegende kontaktfreie Abschnitt verschleißmindernd für das Kontaktelement. Zum einen lässt sich dadurch das Kontaktelement leicht in der Öffnung in Axialrichtung bewegen, und zum anderen ergibt sich eine erhöhte Lebensdauer aufgrund des verringerten Verschleiß.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weisen der Öffnungseintritt und/oder der Öffnungsaustritt jeweils eine Einführschräge oder -Rundung auf. Die Einführschräge oder Einführrundung erleichtert das Einführen des jeweiligen Kontaktelements in die jeweilige Mikrobohrung, wodurch sowohl Kontaktelement als auch Führungsplatte beziehungsweise Halteelement insbesondere bei der Montage geschont werden. Der Verschleiß wird dabei reduziert und die Dauerhaltbarkeit der Prüfkarte erhöht.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Prüfkarte einen Kontaktkopf aufweist, der Führungsmittel zur Ausrichtung an der Prüfeinrichtung aufweist und zumindest die eine Führungsplatte trägt. Der Kontaktkopf dient somit zur Lagerung und Halterung der einen, vorzugsweise mehrerer Führungsplatten, und weist Führungsmittel zur einfachen Ausrichtung und Anordnung an der Prüfeinrichtung auf. Dadurch ist eine einfache Ausrichtung der Führungsplatte in Bezug auf die Prüfeinrichtung gewährleistet, sodass ein elektrischer Berührungskontakt zwischen den Kontaktvorrichtungen an der Führungsplatte und den Kontaktstellen der Prüfeinrichtung einfach und sicher herstellbar ist. Vorzugsweise sind die Führungsmittel einstückig mit dem Kontaktkopf ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Kontaktkopf, wie auch das Halteelement, aus dreidimensional strukturiertem Quarzglas oder Keramikelement gefertigt, sodass sich auch für den Kontaktkopf die zuvor bereits genannten Vorteile ergeben.
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Besonders bevorzugt ist der Kontaktkopf einstückig mit der Führungsplatte ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine integrale Ausbildung der Führungsplatte an dem Kontaktkopf, durch welche eine vorteilhafte Gestaltung des Kontaktkopfs insgesamt ergibt. Insbesondere ist die Führungsplatte durch die integrale Ausbildung besonders robust und belastbar. Darüber hinaus wird durch die einstückige Ausbildung die Anzahl der Einzelteile der Prüfkarte und einer die Prüfkarte aufweisenden Prüfvorrichtung reduziert, sodass die Montage vereinfacht und Bauteiltoleranzen und/oder Fertigungstoleranzen verringert werden. Darüber hinaus ist die Handhabung des Kontaktkopfs vereinfacht.
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Vorzugsweise trägt der Kontaktkopf zumindest eine weitere Führungsplatte, die insofern separat zu dem Kontaktkopf ausgebildet ist, die insbesondere einen von dem Kontaktkopf verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausweist, um ein verbessertes Zusammenwirken, insbesondere mit der Prüfeinrichtung, zu erreichen. Insbesondere ist das Material der weiteren Führungsplatte korrespondierend zu dem der Prüfungseinrichtung und/oder der Kontaktabstandumsetzeinrichtung ausgewählt.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kontaktkopf zumindest einen Abstandshalter zwischen den Führungsplatten aufweist, durch welchen die Führungsplatten also formschlüssig auf Abstand zueinander gehalten sind. Hierdurch wird insbesondere zwischen den Führungsplatten ein Freiraum geschaffen, in welchem die insbesondere als Knicknadeln ausgebildeten Kontaktvorrichtungen bei axialer Belastung ausknicken können.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kontaktkopf insbesondere durch mindestens eine prüflingsseitige Schräge, derart ausgebildet ist, dass er die prüflingsseitige Führungsplatte nicht überragt. Hierdurch ergibt sich, dass die prüflingsseitige Führungsplatte von dem Kontaktkopf vorsteht und dadurch beim Zuführen des Kontaktkopfs an den Prüfling gewährleistet ist, dass der Prüfling oder auf dem Prüfling befindliche Bauelemente durch den Kontaktkopf nicht beschädigt werden, insbesondere falls der Kontaktkopf toleranzbedingt nicht parallel zum Prüfling in der Prüfeinrichtung montiert wurde.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Führungsplatte zumindest eine integrale Versteifungsrippe auf. Durch die dreidimensionale Struktur ist die Versteifungsrippe ohne weiteres an der Führungsplatte ausbildbar. Durch die integrale Ausbildung stützt die Versteifungsrippe die Führungsplatte bei geringem zusätzlichem Montage- beziehungsweise Herstellungsaufwand und aufgrund der einstückigen Ausbildung mit nur geringem Gewichtszuwachs. Durch die erhöhte Steifigkeit der Führungsplatte wird erreicht, dass diese bei einer axialen Belastung nicht oder nur geringfügig verformt wird, sodass die hauptsächliche Belastung durch die Kontaktvorrichtungen und insbesondere deren elastische Verformung aufgenommen wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weichen mehrere Mikrobohrungen von einer senkrechten Ausrichtung insbesondere ihrer Längsmittelachse zur Führungsplattenebene ab, insbesondere so, dass die dem Prüfling zuordenbaren Öffnungsaustritte näher beieinanderliegen als die der Testeinrichtung zuordenbaren Öffnungseintritte. Dadurch wird erreicht, dass die Kontaktspitzen der Kontaktvorrichtungen auf der dem Prüfling zugewandten Seite dichter zusammengeführt werden, wodurch kleinere Prüfraster am Prüfling realisierbar sind. Durch die von der senkrechten Ausrichtung abweichende Ausrichtung der Mikrobohrung, also durch eine schräge Ausrichtung der Mikrobohrungen, wird erreicht, dass bei engem Raster auf der dem Prüfling zugewandten Seite ein größeres Raster beziehungsweise ein weniger dichtes Raster auf der vom Prüfling abgewandten Seite der Prüfkarte vorliegt, wodurch die elektrische Kontaktierung der Kontaktvorrichtungen und damit das Durchführen der Prüfung vereinfacht werden.
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Vorzugsweise bildet das Halteelement mit den Kontaktvorrichtungen eine Kontaktabstandumsetzeinrichtung der Prüfkarte. Insbesondere sind dazu die Kontaktvorrichtungen als elektrische Leiter in Form von Drähten, Beschichtungen, Durchkontaktierungen oder mit elektrischem Material gefüllten Öffnungen des Halteelements ausgebildet. Insbesondere verlaufen die Leiter dabei von einer Oberfläche zur anderen des Halteelements derart, dass sie den Abstand benachbarte Leiterenden, die jeweils eine Kontaktstelle bilden, von der einen Oberfläche zur anderen Oberfläche verändern, insbesondere vergrößern oder verkleinern, sodass die insbesondere prüflingsnah eng beieinanderliegenden Kontaktstellen zu weiter auseinanderliegenden Kontaktstellen auf der vom Prüfling abgewandten Seite des Halteelements führen. Insbesondere weist die Kontaktabstandumsetzeinrichtung eine Ausbildung auf, wie sie untenstehend für eine separate Kontaktabstandumsetzeinrichtung, die zusätzlich zum Halteelement vorgesehen ist, beschrieben ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Prüfkarte zusätzlich zu dem Halteelement mit der Kontaktvorrichtung zumindest eine Kontaktabstandumsetzeinrichtung auf, die eine elektrisch nicht-leitfähige Platte mit einer prüflingsseitigen ersten Oberfläche und einer prüfeinrichtungsseitigen zweiten Oberfläche aufweist, wobei an beiden Oberflächen jeweils mehrere elektrisch leitfähige Kontaktstellen verteilt angeordnet sind, und wobei die Kontaktstellen an der ersten Oberfläche näher zueinander angeordnet sind als an der zweiten Oberfläche, und mit die Platte jeweils durchsetzenden elektrischen Leitern, die jeweils eine Kontaktstelle auf der ersten Oberfläche mit einer Kontaktstelle auf der zweiten Oberfläche elektrisch miteinander verbinden. Die Kontaktabstandumsetzeinrichtung, auch Space-Transformer genannt, führt somit zu einer Entflechtung beziehungsweise Verbreiterung der Kontaktstellen von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche. Dadurch ist das Raster der Kontaktstellen auf der ersten Oberfläche kleiner als das auf der zweiten Oberfläche. Hierdurch wird gewährleistet, dass insbesondere die Prüfeinrichtung einfach mit den Kontaktvorrichtungen der Prüfkarte elektrisch verbindbar ist. Insbesondere können die Kontaktstellen der an der zweiten Oberfläche mit der Prüfeinrichtung durch Bond-Verbindungen, elektrisch leitfähigen Federelemente, insbesondere Spring Interposer, oder Federkontaktstifte elektrisch kontaktiert werden. Grundsätzlich sind auch andere elektrische Verbindungen denkbar. Dadurch, dass die benachbarten Kontaktstellen auf der zweiten Oberfläche verhältnismäßig weit voneinander entfernt sind, sind viele verschiedene Verbindungsverfahren möglich. Auf der ersten Kontaktfläche sind jedoch aufgrund des engen Rasters derartige Verbindungsverfahren gegebenenfalls nicht möglich und für eine Auswechselbarkeit oder Kontaktvorrichtungen nicht sinnvoll, weswegen hier die Berührungskontaktierung durch die von dem Prüfling abgewandten Kontaktspitzen der Kontaktvorrichtungen vorgesehen ist. Die elektrischen Leiter verbinden dabei jeweils eine auf der ersten Oberfläche liegende Kontaktstelle mit einer auf der zweiten Oberfläche liegenden Kontaktstelle, sodass der elektrische Weg zu den Kontaktvorrichtungen gewährleistet ist. Vorzugsweise ist auch die Kontaktabstandumsetzeinrichtung durch ein dreidimensional strukturiertes Quarzglas und/oder ein Keramikelement, wie vorstehend bereits erwähnt, gefertigt. Dadurch ist die Kontaktabstandumsetzeinrichtung individuell und präzise fertigbar.
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Vorzugsweise sind die Leiter in die Platte durchsetzenden Kanälen angeordnet. Die Kanäle sind vorzugsweise in der Art von den zuvor genannten Mikrobohrungen gefertigt, wodurch sich die vorstehend genannten Vorteile in Bezug auf die variable Gestaltung der Kanäle ergeben. Durch die Kanäle werden die Leiter in vorteilhafter Art durch die Platte hindurchgeführt, wobei die Kanäle beispielsweise schräg zur Plattenebene ausgerichtet sein können, oder kontaktfreie Bereiche und Führungsquerschnitte aufweisen können.
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Vorzugsweise weist zumindest einer der Kanäle einen sich zu der ersten Oberfläche hin verjüngenden Kanalquerschnitt auf. Hierdurch ist eine besonders dichte Rasterung der Kontaktstellen auf der ersten Oberfläche gewährleistet, weil benachbarte Leiter oder Kanäle sich nicht überschneiden und besonders dicht in Richtung der ersten Oberfläche aneinander herangeführt werden können. Zweckmäßigerweise weisen daher mehrere der Kanäle einen sich zur ersten Oberfläche hin verjüngenden Kanalquerschnitt auf.
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Bevorzugt sind die Leiter als Beschichtung oder als Füllung in den Kanälen ausgebildet. In der ersten Variante sind die Leiter als elektrisch leitfähige Beschichtungen auf der Innenseite der Kanäle ausgebildet, sodass insbesondere ein Durchgangskanal verbleibt, durch den beispielsweise eine Gasströmung erfolgen kann oder ein zusätzliches Kontaktelement führbar ist. Alternativ, gemäß der zweiten Variante, sind die Leiter als Füllungen in den Kanälen ausgebildet, sodass ein Leiter den jeweiligen Kanal insbesondere vollständig ausfüllt. Dadurch wird der elektrische Widerstand des jeweiligen Leiters reduziert, sodass sich diese Variante besonders bei Anwendungen mit hohen elektrischen Strömen von Vorteil ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Platte beziehungsweise die Kontaktabstandumsetzeinrichtung sowohl Kanäle mit einer Füllung als Leiter als auch Kanäle mit einer Beschichtung als Leiter auf.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind zumindest zwei der Kanäle in Richtung einer der Oberflächen der Platte zusammengeführt. Insbesondere werden dadurch auch die in den Kanälen liegenden Leiter elektrisch zusammengeführt. Dadurch erfolgt eine Bündelung von Signalen und/oder eine Aufteilung der Stromsignale auf mehrere Kontaktstellen, wodurch die Prüfung des Prüflings weiter individualisiert und optimiert werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Platte der Kontaktabstandumsetzungseinrichtung einstückig mit dem zumindest einen Halteelement und/oder mit dem Kontaktkopf ausgebildet. Hierdurch ergibt sich eine hochintegrierte Prüfkarte, die eine besonders einfache Handhabung bei geringer Bauteilezahl erlaubt.
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Vorzugsweise weist das dreidimensional strukturierte Glas eine elektrisch nicht-leitende Verschleißschutzschicht auf, welche den Verschleiß sowohl der Prüfkarte als auch des jeweiligen Kontaktelements reduziert. Insbesondere weist die Verschleißschutzschicht einen diamantähnlichen Kohlenstoff auf, durch welchen eine besonders hohe Kratzfestigkeit des Halteelements, der Platte und/oder des Kontaktkopfes erreicht wird, oder keramisches Material oder Siliziumnitrid.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Prüfkarte, insbesondere wie sie vorstehend beschrieben wurde, wobei zumindest ein Halteelement und mehrere elektrisch leitfähige und von dem Halteelement führbare und/oder tragbare Kontaktvorrichtungen bereitgestellt werden, wobei das Halteelement zum Führen und/oder Tragen der Kontaktvorrichtungen mit mehreren Öffnungen versehen wird, in welche jeweils eines der Kontaktvorrichtungen eingeführt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Halteelement dreidimensional strukturiert beziehungsweise durch ein dreidimensionales Strukturierungsverfahren hergestellt wird. Es ergeben sich hierdurch die vorstehend bereits genannten Vorteile. Insbesondere wird das Halteelement durch ein dreidimensionales Strukturierten eines Glas, insbesondere Quarzglas oder Keramikelements hergestellt. Insbesondere wird das Quarzglas durch Laserbearbeitung strukturiert und in einem anschließenden chemischen Ätzbad das durch die Laserbearbeitung modifizierte Glas abgetragen, um die gewünschte Form zu erhalten.
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Weitere Vorteile und bevorzugten Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
- 1 eine Prüfeinrichtung mit einer vorteilhaften Prüfkarte in einer vereinfachten Schnittdarstellung,
- 2A und 2B ein erstes Ausführungsbeispiel der Prüfkarte in einer Detailansicht,
- 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Prüfkarte in einer Detailansicht,
- 4A und 4B ein drittes Ausführungsbeispiel der Prüfkarte in einer Detailansicht,
- 5 einen vorteilhaften Kontaktkopf der Prüfeinrichtung in einer vereinfachten Schnittdarstellung und
- 6 eine vorteilhafte Kontaktabstandumsetzeinrichtung der Prüfeinrichtung in einer vereinfachten Schnittdarstellung.
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1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Prüfkarte 1 zum elektrischen Kontaktieren eines Prüflings 2. Die Prüfkarte 1 ist zwischen dem Prüfling 2 und einer Prüfeinrichtung 3 anordenbar und durch Berührungskontaktierung mit beiden elektrisch verbindbar.
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Dazu weist die Prüfkarte 1 zwei Halteelemente 4 und 5 auf, die als obere Führungsplatte 6 beziehungsweise als untere Führungsplatte 7 ausgebildet sind und jeweils eine Vielzahl von Öffnungen 8 aufweisen, wobei sich durch zumindest einige der Öffnungen 8 jeweils ein Kontaktelement 9 erstreckt. Die Kontaktvorrichtungen 9 sind dabei vorliegend als Kontaktnadeln, insbesondere als Knicknadeln ausgebildet, die beidendig eine Berührungskontaktspitze 10 aufweisen. Jede Kontaktnadel 9 erstreckt sich durch eine Öffnung 8 beider Führungsplatten 6, 7.
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Die Führungsplatten 6, 7 sind an einem Kontaktkopf 11 gehalten, dem optional eine Kontaktabstandumsetzeinrichtung 12 (Space Transformer) zugeordnet ist, welche der Prüfeinrichtung 3 zugewandte Kontaktstellen 13 auf einer ersten Oberseite 14 und den Kontaktnadeln 9 zugewandte zweite Kontaktstellen 15 auf einer zweiten Oberseite 16 aufweist. Die Kontaktstellen 13 sind auf der Oberseite 14 weiter voneinander beabstandet als die Kontaktstellen 15 auf der Oberseite 16 und mit jeweils einer der Kontaktstellen 15 verbunden, sodass auf der Oberseite 16 eine höhere Kontaktstellendichte vorliegt als auf der Oberseite 14. Damit werden die Abstände benachbarter elektrischer Kontaktstellen durch die Kontaktabstandumsetzeinrichtung 12 in Richtung der Prüfeinrichtung 3 hin vergrößert beziehungsweise entflochten, sodass eine einfache und sichere Berührungskontaktierung der einzelnen Kontaktnadeln möglich ist. Die Anordnung und Anzahl der Kontaktstellen 15 auf der den Kontaktvorrichtungen 9 zugewandten Oberseite 16 entspricht dabei beispielsweise der Anzahl und Anordnung der Kontaktvorrichtungen 9, sodass jedes Kontaktelement 9 in Berührungskontakt mit einer der Kontaktstellen 15 bringbar ist.
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Die Kontaktstellen 13 der Kontaktabstandumsetzeinrichtung 12 sind mit einer eine Vielzahl von elektrischen Kontaktbahnen 42 aufweisenden Leiterplatte 43 elektrisch verbunden, wobei die Leiterplatte 43 Bestandteil der Prüfeinrichtung 3 oder der Prüfkarte 1, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von 1 gezeigt, ist. Die Kontaktbahnen 42 der Leiterplatte 43 sind dann entsprechend mit Kontaktanschlüssen der Prüfeinrichtung 3, wie beispielsweise Federkontaktstifte, elektrisch kontaktiert. Optional ist zwischen der Leiterplatte 43 und der Kontaktabstandumsetzeinrichtung 12 beziehungsweise der Prüfkarte 1 ein Interposer 44 zum elektrischen Verbinden der Kontaktstellen 13 mit den elektrischen Leiterbahnen/Kontaktbahnen 42 der Leiterplatte 43 angeordnet.
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Die Kontaktnadeln sind insbesondere axial verschieblich in den Führungsplatten 6, 7 gelagert, sodass der Berührungskontakt automatisch hergestellt wird, wenn der Kontaktkopf 11 insgesamt auf den Prüfling 2 aufgesetzt wird. Dadurch, dass die Kontaktnadeln verschiebbar und insbesondere auch elastisch verformbar sind, können sie seitlich ausknicken beziehungsweise sich seitlich auswölben, um dadurch eine Anpassung ihrer axialen Länge an die Kontakte des Prüflings 2 vorzunehmen und dadurch insgesamt zu gewährleisten, dass alle Kontaktstellen des Prüflings 2 elektrisch mit der Prüfeinrichtung 3 verbunden werden.
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Die Halteelemente 4, 5 beziehungsweise die Führungsplatten 6, 7 sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus dreidimensional strukturiertem Glas, insbesondere Quarzglas gefertigt, wobei insbesondere die Öffnungen 8 eine dreidimensionale Struktur aufweisen.
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Alle Öffnungen 8 sind insbesondere als Mikrobohrungen 17 ausgebildet, die in Richtung ihrer Längserstreckung von der Form eines Zylinders abweichen, also beispielsweise Hinterschnitte, Schrägen oder dergleichen aufweisen.
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2A und 2B zeigen hierzu eine Detailansicht der Führungsplatte 7 gemäß dem gestrichelten Kreis A aus 1.
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2A zeigt dazu eine Schnittdarstellung der Führungsplatte 7 und 2B eine Draufsicht auf die Führungsplatte 7.
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Die gezeigte Öffnung 8 ist, wie zuvor bereits erwähnt, als dreidimensional strukturierte Mikrobohrung 17 ausgebildet, die einen sich verändernden Querschnitt in Längserstreckung der Öffnung 8 aufweist. Die Öffnung 8 weist einen Öffnungseintritt 18 und einen Öffnungsaustritt 19 auf, wobei gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Öffnungsaustritt 19 dem Prüfling 2 und der Öffnungseintritt 18 der Führungsplatte 6 zugeordnet ist.
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Die Öffnung 8 erstreckt sich somit kanalförmig von dem Öffnungseintritt 18 zum Öffnungsaustritt 19, wobei sich der Querschnitt der Mikrobohrung 17 in Richtung des Öffnungsaustritts 19 hin verjüngt. Dabei ist außerdem vorgesehen, dass der Öffnungseintritt 18 die Kontur eines Langlochs 20 aufweist, während der Öffnungsaustritt 19 die Kontur einer herkömmlichen Kreisbohrung 21. Damit geht die Öffnung 8 von einer Langlochöffnung in eine Kreislochöffnung über. Hierdurch ergibt sich insbesondere eine Zwangsführung für das in die Öffnung 8 eingesteckte Kontaktelement 9, das sich gemäß dem Langloch 20 in nur eine Richtung quer zur seiner Axialerstreckung bewegen kann. Durch eine derartige Gestaltung ist beispielsweise allen Kontaktvorrichtungen 9, insbesondere Knicknadeln, eine Vorzugsbewegungsrichtung vorgebbar, die verhindert, dass bei stärkerer Belastung benachbarter Kontaktnadeln miteinander in Berührungskontakt geraten können.
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Die besondere Form der Bohrung 8 beziehungsweise Mikrobohrung 17 ist insbesondere durch ein Ätzverfahren oder Laserschneidverfahren oder 3D-Lithografieverfahren hergestellt.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Führungsplatte 7 in einer weiteren Schnittdarstellung im Bereich A aus 1. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel von 2 ist die Bohrung 8 als Mikrobohrung 17 symmetrisch in ihrer Längserstreckung ausgebildet. Dabei weist die Mikrobohrung 17 im Bereich des Öffnungsaustritts 19 und des Öffnungseintritts 18 jeweils einen verengten Führungsquerschnitt 22 und 23 auf, welcher zum Führen des eingesteckten Kontaktelements 9 dient. In dem Bereich zwischen den Führungsquerschnitten 22 und 23 weist die Mikrobohrung 17 einen vergrößerten Querschnitt 24 auf, in welchem das Kontaktelement 9 insbesondere berührungsfrei in der Führungsplatte 7 einliegt. Dadurch wird der Verschleiß zwischen Kontaktelement 9 und Führungsplatte 7 reduziert und dennoch eine sichere Führung gewährleistet.
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Optional, wie im Ausführungsbeispiel von 3 gezeigt, weisen Öffnungseintritt 18 und/oder Öffnungsaustritt 19 außerdem Einführschrägen (Öffnungsaustritt 19) oder Einführrundungen 26 (Öffnungseintritt 18) auf, welche den Verschleiß weiter reduzieren und eine einfache Montage gewährl ei sten.
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4A und 4B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Gestaltung der Öffnungen 8. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Mikrobohrungen 17 derart ausgebildet, dass sowohl Öffnungseintritt 18 als auch Öffnungsaustritt 19 die Kontur eines Rechtecks 27 aufweisen, wobei die Rechtecke 27 um 90° verdreht zueinander ausgerichtet sind, wie insbesondere in der Draufsicht von 4B ersichtlich. Auch hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte Führung des jeweiligen Kontaktelements 9 in der Öffnung 8.
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5 zeigt in einer weiteren Schnittdarstellung ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Kontaktkopfes 11. In diesem Fall ist der Kontaktkopf 11 einstückig mit der Führungsplatte 7 ausgebildet und weist eine Auflagefläche 28 für die Führungsplatte 6 auf. Die Auflagefläche 28 ist dabei als stufenförmige Vertiefung an dem Kontaktkopf 11 ausgebildet. Bevorzugt ist die Führungsplatte 6 durch eine Mittenzentrierung an dem Kontaktkopf 11 ausgerichtet. Hierzu weisen der Kontaktkopf 11 und die Führungsplatte 6 geeignete Führungselemente zur Mittenzentrierung der Führungsplatte 6 auf dem Kontaktkopf 11 auf. Alternativ oder zusätzlich wird die Führungsplatte 6 an ihren Außenumfang durch den Kontaktkopf 11 in der stufenförmigen Vertiefung geführt und ausgerichtet. Dadurch wird eine einfache Montage des Kontaktkopfs 11 insgesamt gewährleistet. Durch die Fertigung der Führungsplatte 7 aus dreidimensional strukturiertem Quarzglas ist auch der übrige Kontaktkopf 11 aus dem gleichen Material und in gleicher Weise gefertigt, wodurch die gewünschten Formen in einfacher und verlässlicher Art und Weise herstellbar sind.
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Insbesondere weist der Kontaktkopf 11 und/oder eine der Führungsplatten 7, 6 integrierte Führungselemente 29 auf, die insbesondere eine Führung und Ausrichtung von Kontaktkopf 11 und/oder Führungsplatte 6, 7 insbesondere an der Kontaktabstandumsetzeinrichtung 12 und/oder den Prüfling 2 erlauben. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Führungsmittel 29 des Kontaktkopfs 11 als Führungsstege ausgebildet, die eine einfache Ausrichtung und Anordnung an der Prüfeinrichtung 3 erlauben. Die stufenförmige Vertiefung mit der Auflagefläche 28 stellt ebenfalls ein Führungsmittel, in diesem Fall jedoch für die Führungsplatte 6, dar.
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Vorzugsweise weist der Kontaktkopf 11 und/oder eine der Führungsplatten 6, 7 außerdem Versteifungsrippen 30 auf, welche die Robustheit des Kontaktkopfs 11 und damit die Robustheit und Steifigkeit der Prüfkarte 1 in einfacher Art und Weise erhöhen. Des Weiteren weist eine der Führungsplatten 6, 7 bevorzugt integrierte beziehungsweise einstückig damit ausgebildete Abstandshalter 31 auf, die insbesondere den Abstand zwischen den beiden Führungsplatten 6, 7 bestimmen. Dazu erstrecken sich die Abstandshalter 31 beispielsweise einstückig von der Führungsplatte 7 aus in Richtung der Führungsplatte 6, sodass die Führungsplatte 6 auf den Abstandshalter 31 und der Auflagefläche 28 zum Aufliegen kommt, wodurch auch die Führungsplatte 6 besonders steif und robust in dem Kontaktkopf 11 gehalten ist.
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Somit weist der Kontaktkopf 11 sowohl die Führungsmittel 29 zum Führen des Kontaktkopfs 11 selbst, sowie der Führungsplatte 6, als auch die Führungsmittel zum Führen der Kontaktvorrichtungen 9, nämlich in Form der Öffnungen 8, auf. Kontaktkopf 11, Führungsmittel 29, Führungsplatten 6, 7, Versteifungsrippen 30 und Abstandshalter 31 können paarweise oder in größeren Gruppen einstückig miteinander ausgebildet sein. Einzelne dieser Elemente können auch konventionell gefertigt sein. Außerdem weist der Kontaktkopf 11 versteifende und kraftaufnehmende Elemente, insbesondere analog zu Kontaktabstandsumsetzern auf. Bevorzugt ist eine Kombination eines derartig einstückig ausgebildeten Kontaktkopfes 11 mit einer Führungsplatte 6 aus einem Material, das einen höheren Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist, als der Kontaktkopf 11 selbst, um in seiner Temperaturausdehnung besser mit den darüber liegenden Elementen, insbesondere der Prüfeinrichtung 3 oder der Kontaktabstandumsetzeinrichtung 12 zusammenzuwirken.
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Optional weist der Kontaktkopf 11 außerdem bevorzugt an seinem dem Prüfling 2 zugewandten Ende neben der Führungsplatte 7 liegend Schrägen 34 auf, sodass die Führungsplatte 7 das am Weitesten vorstehende Teil des Kontaktkopfs 11 ist, und durch die Schrägen 34 eine Kollision mit dem Prüfling sicher vermieden wird.
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6 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Kontaktabstandumsetzeinrichtung 12, die eine Platte 38, die bevorzugt wie die Führungsplatten 6, 7 aus dreidimensional strukturiertem Quarzglas gefertigt ist und mehrere Kanäle 39 aufweist, die schräg zur Plattenebene beziehungsweise Prüfungsebene verlaufen. Insbesondere verlaufen die Kanäle 39, die wie die Mikrobohrungen 17 hergestellt sind, derart, dass die Kanaleintritte 40 auf der der Prüfeinrichtung 3 zugewandten Seite weiter auseinanderliegen als die Kanalaustritte 41 auf der der Führungsplatte 6 zugewandten Seite. Dabei ist der Verlauf der Kanäle 39 nicht unbedingt gerade, sondern vielmehr einander ausweichend kanalförmig derart ausgebildet, dass ein Überschneiden oder Kreuzen von Kanälen 39 verhindert ist. 6 zeigt hierzu beispielhaft das überschneidungsfreie Überlappen von zwei benachbarten Mikrobohrungen an einer Stelle 32, die mit einem Pfeil in 6 gekennzeichnet ist.
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Alternativ oder zusätzlich können zumindest zwei Kanäle 39 durch die Führung der Kanäle 39 zusammengeführt werden, sodass ein Zusammenfügen und/oder Entflechten von elektrischen Verbindungen erfolgt oder zumindest möglich ist.
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Insbesondere sind die Kanäle 39 mit einem elektrisch leitfähigen Material an ihrer Oberseite beschichtet, sodass sie einen elektrischen Leiter 33 aufweisen, der als Beschichtung 33 ausgebildet ist. Der Leiter verbindet dazu eine der Kontaktstellen 13 auf der der Prüfeinrichtung 3 zugewandten Oberseite 14 mit einer der Kontaktstellen 15 auf der dem Prüfling 2 beziehungsweise der Führungsplatte 6 zugewandten Oberfläche 16. Dadurch ist ein Entflechten der Kontaktstellen, wie zuvor beschrieben, einfach gewährleistet.
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Alternativ zum Beschichten der Kanäle 39 mit dem elektrisch leitfähigen Material sind die Kanäle 39 vollständig mit elektrisch leitfähigem Material 36 gefüllt. Auch hierdurch wird der elektrische Kontakt in einfacher Art und Weise hergestellt. Letztere Variante hat den Vorteil, dass die Kontaktstellen 13,15, die insbesondere als Kontaktplättchen ausgebildet sind, jeweils Kanaleintritt 40 und Kanalaustritt 41 überdecken und dadurch eine besonders enge Rasterung der jeweiligen Seite ermöglicht ist. Zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen Verlauf der Kanäle 39 weisen diese außerdem ein sich verändernden Querschnitt auf, und nehmen insbesondere in Richtung der Kanalaustritte 41 in ihrer Breite ab, sodass die Kanalaustritte 41 besonders eng aneinander anliegen und eine besonders enge Rasterung auf der dem Prüfling 2 zugewandten Seite aufweisen.
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Der Kontaktabstandstransformer beziehungsweise die Kontaktabstandumsetzeinrichtung 12 ist dazu vorzugsweise ebenfalls aus dem dreidimensional strukturierten Quarzglas und/oder Keramik gefertigt, wie zuvor beschrieben.
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Um den Verschleiß im Bereich der Mikrobohrungen 17 insbesondere am Quarzglas zu reduzieren, insbesondere an den Stellen, wo die Kontaktvorrichtungen 9, die alternativ zur Ausbildung als Kontaktnadeln auch als Federkontaktstifte ausgebildet sein können, in Berührungskontakt mit dem jeweiligen Halteelement 6, 7 gelangen, ist die Oberfläche des Quarzglases bevorzugt mit einer elektrisch nicht leitenden Verschleißschutzschicht 37 versehen, die beispielsweise aus einem diamantartigen Kohlenstoff, einem keramischen Material oder Siliziumnitrid besteht.
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Während gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 und 6 die Kontaktabstandumsetzeinrichtung 12 als zusätzliches Bauteil ausgebildet ist, ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, hier nicht dargestellt, die Kontaktabstandumsetzeinrichtung 12 durch eines der Halteelemente 4, 5 ausgebildet. Insbesondere kann sich die Prüfkarte 1 dadurch auszeichnen, dass eines der Halteelemente mit den dazu geeignet ausgebildeten Kontaktvorrichtungen, die dann beispielsweise gemäß dem Ausführungsbeispiel von 6 als Beschichtung oder Füllung der Öffnungen 8 ausgebildet sind, die Kontaktabstandumsetzeinrichtung 12 bildet und herkömmliche Führungsplatten zur Führung der beweglichen, insbesondere elastisch verformbaren, Kontaktvorrichtungen 9 aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006054734 A1 [0002]
