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Die
Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch leitende Kontakteinheit
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Der Patentanspruch 1
geht in seinem Oberbegriff von dem aus der
US 5 718 040 A bekannten
Stand der Technik aus. Eine solche Kontakteinheit dient zum Austauschen
von Signalen mit Leiterplatten, elektronischen Vorrichtungen od.
dgl.
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Eine
herkömmliche
elektrisch leitende Kontakteinheit zur Verwendung in Kontaktprüfköpfen zum
elektrischen Testen von Leitermustern von Leiterplatten und elektronischen
Vorrichtungen hat typischerweise ein elektrisch leitendes Nadelteil
und einen rohrförmigen
Halter, der das Nadelteil axial beweglich aufnimmt, wobei das Nadelteil
durch eine Schraubenfeder elastisch in die Richtung gedrängt wird,
in der die Spitze des Nadelteils aus dem vorderen Ende des Halters
hervorsteht, so dass die Spitze des Nadelteils mit einem zu testenden
Objekt elastisch in Kontakt gebracht werden kann.
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Siliciumwafer
und Keramikgehäuse
zur Verwendung bei Halbleitervorrichtungen und Glasplatten zur Verwendung
in LCD-Tafeln bestehen aus Materialien, die eine relativ große Härte haben.
Diese Bauteile sind mit einer elektrischen Schaltungsanordnung versehen
und werden während
des Fertigungsprozesses elektrischen Tests unterworfen. Eine elektrisch
leitende Kontakteinheit (ein Kontaktprüfkopf) wird für einen
solchen Zweck verwendet und ist dafür ausgebildet, elektrischen
Kontakt mit einem Teil der Schaltungsanordnung wie z. B. einer Klemme
herzustellen.
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Eine
Form von solchen Tests ist der Waferebenentest (wafer level test
oder WLT) und manchmal werden Edelmetalllegierungen für das Nadelteil
einer elektrisch leitenden Kontakteinheit zur Verwendung in einem
solchen Test verwendet. Paliney 7 (Markenname von The J. M. Ney
Company, Bloomfield, Connecticut) ist eine von solchen Edelmetalllegierungen und
ist elektrisch gut leitend, hart und verschleißfest für eine Edelmetalllegierung
und beständig
gegen Oberflächenoxidierung,
so dass der Kontaktwiderstand über
einer ausgedehnten Zeitspanne nicht ansteigen wird. Eine elektrisch
leitende Kontakteinheit, bei welcher ein elektrisch leitendes Nadelteil
verwendet wird, das aus diesem Material besteht, ist zum Testen
einer Vorrichtung über
eine Lötkugel
geeignet.
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Wenn
ein Nadelteil wiederholt auf Lötkugeln aufgesetzt
wird, setzt sich das Lot mit der Zeit unvermeidlich auf der Kontaktoberfläche des
Nadelteils ab. Eine solche verschmutzte Kontaktoberfläche kann durch
Schleifen der Oberfläche
in einen ursprünglichen
Zustand zurückversetzt
werden, wenn das Nadelteil aus einer Edelmetalllegierung besteht.
Andererseits, wenn das Nadelteil aus einem SK-Material (einem unlegierten
Werkzeugstahl) besteht und mit einer galvanisch überzogenen Oberfläche versehen ist,
legt Schleifen der Kontaktoberfläche
nur das Material des Nadelteils frei, und die ursprüngliche
elektrische Eigenschaft kann nicht zurückgewonnen werden.
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Ein
Nadelteil, das aus einer Edelmetalllegierung wie Paliney 7 besteht,
weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf, die aber nicht
so günstig
ist wie die eines Nadelteils, das aus Gold besteht oder vergoldet
ist. Da die Leistungsfähigkeit
von Halbleiterprodukten höher
wird, erweisen sich die elektrischen Eigenschaften des vorhandenen
Nadelteils, das aus einer Edelmetalllegierung besteht, mehr und
mehr als unbefriedigend. Durch Vergrößern der Dicke der Vergoldungsschicht
kann das Nadelteil öfter
geschliffen und erneuert werden, bevor das Material des Nadelteils
freigelegt wird. Das Vergrößern der
Dicke der Vergoldungsschicht erhöht
jedoch die Herstellungskosten des Nadelteils, und das Nadelteil
kann nicht so oft wie gewünscht
geschliffen werden.
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Die
eingangs bereits erwähnte
US 5 718 040 A beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von Prüfspitzen. Kontaktstifte aus
leitfähigem
Material werden in eine Anordnung von Führungsröhren in einem Halteteil eingeschoben
und so fixiert, dass die Enden der Kontaktstifte aus den Führungsröhren herausragen.
Anschließend
werden die Enden der Kontaktstifte plangeschliffen, so dass sie
bündig
mit dem Halteteil abschließen.
Daraufhin wird mittels photolithografischer Maskenschritte ein Abdecklack
auf die Unterseite des Halteteils und die Enden der Kontaktstifte aufgebracht.
Mittels eines Ätzprozesses
werden Ringe in die Enden der Kontaktstifte geätzt. Am Ende des Kontaktstifts
bleibt dann ein dünner
Vorsprung stehen, der einen wesentlich kleineren Durchmesser als
der zylindrische Nadelteil hat. Bei diesem bekannten Verfahren stellt
das Abschleifen der Kontaktstifte einen Zwischenschritt bei der
Herstellung der Prüfspitze
dar, denn es dient dazu, einen bündigen
Abschluss der Kontaktstifte mit der Halteplatte zu erzielen, damit
in den darauffolgenden photolithographischen Schritten die eigentliche
Prüfspitze
mit dem Vorsprung strukturiert werden kann.
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Die
WO 1998029751 A1 zeigt
den Typ von Kontakteinheit, auf den sich die Erfindung bezieht. Bei
diesem Stand der Technik hat das Nadelteil jedoch ein zugespitztes
und kein zylindrisches Ende. Das Nadelteil ist in einer röhrenförmigen Halterung axial
beweglich aufgenommen und wird durch eine Druckschraubenfeder aus
der röhrenförmigen Halterung
heraus gedrückt.
Der von der Prüfspitze
abgewandte Teil der Druckschraubenfeder ist eng gewickelt, wobei
das Schaftteil des Nadelteils den eng gewickelten Teil der Druckschraubenfeder
berührt.
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Die
beiden vorgenannten Druckschriften befassen sich nicht mit einer
Verbesserung der elektrischen Eigenschaften einer Kontakteinheit,
die mit zunehmender Leistungsfähigkeit
von zu prüfenden Halbleiterprodukten
erwünscht
wäre.
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Aufgabe
der Erfindung ist das Verbessern der elektrischen Eigenschaften
einer elektrisch leitenden Kontakteinheit der eingangs genannten
Art.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine
elektrisch leitende Kontakteinheit mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Weil
bei der Kontakteinheit nach der Erfindung das Nadelteil aus der
Edelmetalllegierung hergestellt wird, die eine große Härte und
eine große Verschleißfestigkeit
hat, ist es äußerst dauerhaft
in dem Sinne, dass es zahlreiche Kontakte aushalten kann. Dank der
Tatsache, dass die äußere Umfangsoberfläche des
Nadelteils mit einem Material galvanisch überzogen ist, das eine hohe
elektrische Leitfähigkeit
hat, kann die elektrische Leitfähigkeit
des elektrischen Pfades zwischen dem Nadelteil und der Schraubenfeder
maximiert werden. Weil die Kontaktoberfläche durch Freilegen der Edelmetalllegierung durch
Schleifen gebildet wird, kann, selbst wenn die Kontaktoberfläche durch
Lot nach wiederholten Kontakten mit Kontaktobjekten wie Lötkugeln
verschmutzt ist, die Kontaktoberfläche einfach durch Schleifen
der Kontaktoberfläche
erneuert werden, und die erneuerte Oberfläche besteht aus der freiliegenden
Oberfläche
der Edelmetalllegierung, die von der ursprünglichen Kontaktoberfläche nicht
verschieden ist. Deshalb wird der Kontaktwiderstand zwischen der
Kontaktoberfläche
und dem Kontaktobjekt unverändert
bleiben, sogar durch das wiederholte Erneuern der Kontaktoberfläche. Obwohl
die Kontaktoberfläche
zum Erfassen eines zu kontaktierenden Objekts aus einer freigelegten
Edelmetalllegierung besteht, besitzt die erfindungsgemäße Kontakteinheit
eine zum Testen moderner Halbleiterprodukte ausreichende Leitfähigkeit.
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Wegen
des galvanischen Überzugs
mit einem Material hoher Leitfähigkeit
(beispielsweise Gold) weist das Nadelteil der Kontakteinheit nach
der Erfindung deutlich bessere elektrische Eigenschaften auf als
ein Nadelteil, das nur aus einer Edelmetalllegierung wie beispielsweise
Paliney 7 besteht. Insbesondere kann bei Einsatz der Erfindung ein
guter elektrischer Kontakt zwischen Schaftteil und Schraubenfeder
erzielt werden, da der Schaftteil des Nadelteils mit dem Material
hoher elektrischer Leitfähigkeit überzogen
ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung gelingt
es, die Vorteile eines goldüberzogenen Nadelteils
mit den Vorteilen eines nur aus einer Edelmetalllegierung hergestellten
Nadelteils zu verbinden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der elektrisch leitenden Kontakteinheit nach der
Erfindung bilden die Gegenstände
der Unteransprüche.
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Wenn
die Edelmetalllegierung Palladium enthält und wenigstens zwei Mitglieder,
die aus einer Gruppe ausgewählt
worden sind, welche aus Silber, Platin, Gold, Kupfer und Zink besteht,
kann das Nadelteil äußerst hart
und verschleißfest
gemacht werden. Insbesondere wenn die Edelmetalllegierung wenigstens
Palladium, Silber und Kupfer enthält, kann das Nadelteil nicht
nur äußerst hart
und verschleißfest
gemacht werden, sondern auch günstigerweise elektrisch
leitfähig.
Wenn das Überzugsmaterial,
das eine hohe elektrische Leitfähigkeit
hat, aus Gold besteht, können
ein hoher Widerstand gegen Korrosion und günstige elektrische Eigenschaften
auf eine stabile Art und Weise sichergestellt werden.
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Wenn
die elektrisch leitende Kontakteinheit weiter ein zweites elektrisch
leitendes Nadelteil an dem anderen Ende der Schraubenfeder aufweist
und die Schraubenfeder einen eng gewickelten Teil hat, der zwischen
dem ersten Nadelteil und dem zweiten Nadelteil angeordnet ist, kann,
selbst wenn eines der elektrisch leitenden Nadelteile aus einer
Edelmetalllegierung besteht, die eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit
hat, hinsichtlich der Bearbeitbarkeit aber zu schlecht ist, um zu
erlauben, dass der Durchmesser des Nadelteils auf einen gewünschten
Wert reduziert wird, dank des Vorhandenseins des eng gewickelten
Teils in der Schraubenfeder zwischen den beiden Nadelteilen, wie
ohne weiteres einzusehen, das elektrische Signal axial durch den
eng gewickelten Teil der Druckschraubenfeder hindurchgehen, statt
längs eines
spiralförmigen
Pfades, so dass die Induktivität
der elektrisch leitenden Kontakteinheit effektiv minimiert werden
kann. Deshalb, selbst wenn die Länge
von einem der Nadelteile nicht ausreichend vergrößert werden kann und die Distanz
zwischen den beiden Nadelteilen dadurch relativ groß gemacht
wird, kann die Induktivität
des elektrischen Pfades zwischen den beiden Nadelteilen trotzdem minimiert
werden.
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Auch
in dem Fall der elektrisch leitenden Kontakteinheit, die zwei bewegliche
Enden hat, wird bevorzugt, dass die Edelmetalllegierung Palladium und
wenigstens zwei Mitglieder enthält,
die aus einer Gruppe ausgewählt
sind, welche aus Silber, Platin, Gold, Kupfer und Zink besteht,
und insbesondere dass die Edelmetalllegierung wenigstens Palladium, Silber
und Kupfer enthält.
Es wird auch bevorzugt, dass das Überzugsmaterial, das eine hohe
elektrische Leitfähigkeit
hat, aus Gold besteht.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
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1 eine
Vertikalschnittansicht einer elektrisch leitenden Kontakteinheit
nach der Erfindung zur Verwendung in einem Kontaktprüfkopf ist;
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2 eine ähnliche
Ansicht wie in 1 ist und die Kontakteinheit
zeigt, die mit einem Objekt in Kontakt gebracht worden ist;
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3 eine
vergrößerte Teilschnittansicht des
Nadelteils ist;
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4 eine ähnliche
Ansicht wie in 1 ist und eine zweite Ausführungsform
der Erfindung zeigt; und
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5 eine
Ansicht ist, die die zweite Ausführungsform
zeigt, wenn sie auf ein Objekt aufgesetzt ist.
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1 ist
eine Vertikalschnittansicht, die eine elektrisch leitende Kontakteinheit 1 zur
Verwendung in einem Kontaktprüfkopf
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Diese elektrisch leitende Kontakteinheit 1 kann
als solche benutzt werden, ist aber besonders geeignet zur Verwendung
in einem Halter eines mehrere Spitzen aufweisenden Kontaktprüfkopfes
als eine von einer großen
Zahl von ähnlichen
elektrisch leitenden Kontakteinheiten, die eine neben der anderen
angeordnet sind, z. B. für
einen Waferebenentest. Bei einem solchen Kontaktprüfkopf ist
der Halter an einer Platte integral befestigt, die auf ei ner Prüfmaschine über eine
Relaisschaltungsplatte montiert ist. Die Zeichnung dient nur zur Veranschaulichung,
und das tatsächliche
Längenverhältnis kann
sich von dem des dargestellten Beispiels unterscheiden.
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Die
elektrisch leitende Kontakteinheit 1 weist ein elektrisch
leitendes Nadelteil 2 auf, eine Druckschraubenfeder 3 und
einen Halter 4, der aus elektrisch isolierendem Material
besteht und ein Halterloch 4a großen Durchmessers und ein Halterloch 4b kleinen
Durchmessers in koaxialer Beziehung zum Aufnehmen des elektrisch
leitenden Nadelteils 2 und der Druckschraubenfeder 3 hat.
Das elektrisch leitende Nadelteil 2 hat einen Nadelteil 2a mit
einem abgeflachten Spitzenteil, einem Flanschteil 2b, der
einen größeren Durchmesser
als der Nadelteil 2a hat, und einem Schaftteil 2c,
der von dem anderen Ende (dem unteren Ende in der Zeichnung) des
Flanschteils 2b vorsteht und einen kleineren Durchmesser
als der Flanschteil 2b hat. Diese Teile 2a, 2b und 2c sind
jeweils mit einem kreisförmigen
Querschnitt versehen und koaxial zueinander angeordnet.
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Derjenige
Teil des Schaftteils 2c des elektrisch leitenden Nadelteils 2,
der dem Flanschteil 2b benachbart ist, ist mit einem Teil 2d größeren Durchmessers
versehen, welcher einen etwas größeren Durchmesser
als der Rest des Schaftteils 2c hat. Der Teil 2d größeren Durchmessers
ist mit Presssitz in ein Ende der Druckschraubenfeder 3 eingepasst, und
das entsprechende Schraubenende umschließt dadurch elastisch den Teil 2d größeren Durchmessers.
Das elektrisch leitende Nadelteil 2 ist auf diese Art und
Weise mit der Druckschraubenfeder 3 verbunden. Die Verbindung
zwischen dem Teil 2d größeren Durchmessers
und dem entsprechenden Ende der Druckschraubenfeder 3 kann
nicht nur durch das elastische Umschließen hergestellt werden, das
vorstehend beschrieben ist, sondern auch durch andere Maßnahmen
wie z. B. Löten.
Abhängig
davon, wie die Druckschraubenfeder 3 gewickelt ist, besteht
der eine Endteil, der mit dem Teil 2d größeren Durchmessers
verbunden ist, aus einem eng gewickelten Teil, und der Zwischenteil
besteht aus einem grob gewickelten Teil, wohingegen der andere Schraubenfederendteil
mit einem eng gewickelten Teil 3a versehen ist, der eine
vorgeschriebene Länge
hat.
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Das
Halterloch 4b kleinen Durchmessers des Halters 4 nimmt
den zylindrischen Teil des Nadelteils 2a verschiebbar auf,
und das Halterloch 4a großen Durchmessers nimmt den
Flanschteil 2b, den Teil 2d größeren Durchmessers, den Schaftteil 2c und
die Druckschraubenfeder 3 auf. Die in der Zeichnung untere
Oberfläche
des Halters 4 ist an einer Relaisschaltungsplatte 5 befestigt,
die das offene Ende des Halterloches 4a großen Durchmessers
verschließt.
Die Relaisschaltungsplatte 5 ist mit dem Halter 4 durch
in der Zeichnung nicht dargestellte Schrauben fest verbunden und
ist mit einer internen Schaltungsanordnung 5a versehen,
die eine Klemmenfläche
hat, welche dem Halterloch 4a großen Durchmessers gegenüberliegt.
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Gemäß der Darstellung
in der Zeichnung wird, wenn der Halter 4 und die Relaisschaltungsplatte 5 miteinander
zusammengebaut sind, das elektrisch leitende Nadelteil 2 daran
gehindert, aus dem Halterloch herauszukommen, und zwar durch den Flanschteil 2b,
der durch eine Schulter 4c erfasst wird, welche zwischen
dem Halterloch 4b kleinen Durchmessers und dem Halterloch 4a großen Durchmessers
gebildet ist. Die axiale Länge
des Halterloches 4a großen Durchmessers wird derart
bestimmt, dass die Druckschraubenfeder 3 einer vorgeschriebenen
Anfangsbelastung durch eine kompressive Verformung derselben ausgesetzt
ist. Die axialen Längen
des Schaftteils 2c und des eng gewickelten Teils 3a werden
derart festgelegt, dass das in der Zeichnung untere Ende des Schaftteils 2c den
eng gewickelten Teil 3a in dem dargestellten Anfangszustand
(vor dem Test) berührt.
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Gemäß 2,
auf die nun Bezug genommen wird, wird durch Aufsetzen der abgeflachten Spitze
des elektrisch leitenden Nadelteils 2a auf ein zu testendes
Objekt wie z. B. eine Lötkugel 6a einer Wafer 6 ein
elektrisches Signal I von der Seite der Wafer 6 zu der
Relaisschaltungsplatte 5 über das elektrisch leitfähige Nadelteil 2 und
die Druckschraubenfeder 3 übertragen. Das Signal wird
dann zu einem Steuerungssystem, das in der Zeichnung nicht gezeigt
ist, über
eine Schaltungsplatte geleitet, die in der Zeichnung nicht gezeigt
ist, aber mit der Relaisschaltungsplatte 5 verbunden ist,
und ein gewünschter
Test kann durchgeführt
werden.
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In
dem Anfangszustand ist der Schaftteil 2c mit dem eng gewickelten
Teil 3a in Kontakt und ein zuverlässiger Kontakt zwischen dem
Schaftteil 2c und dem eng gewickelten Teil kann zu der
Zeit des Testens sichergestellt werden, wie es in 2 gezeigt
ist. Das elektrische Signal I wird axial durch das elektrisch leitende
Nadelteil 2 und dann zu dem eng gewickelten Teil 3a geleitet.
Es dürfte
ohne weiteres klar sein, dass das elektrische Signal axial durch
den eng gewickelten Teil 3a der Druckschraubenfeder 3 hindurchgehen
kann, statt auf einem spiralförmigen Pfad,
so dass die Induktivität
der elektrisch leitenden Kontakteinheit 1 effektiv minimiert
werden kann.
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Das
elektrisch leitende Nadelteil 2 der elektrisch leitenden
Kontakteinheit 1 nach der Erfindung besteht aus einer gut
leitfähigen,
harten und verschleißfesten
Edelmetalllegierung wie Paliney 7, die weiter oben in Verbindung
mit dem Stand der Technik erwähnt
worden ist, und eine Vergoldungsschicht 8 ist auf der Oberfläche derselben über einer
Ni-Unterschicht 7 gebildet, wie es in 3 dargestellt
ist. Nachdem die Vergoldungsschicht 8 auf der gesamten äußeren Oberfläche des
elektrisch leitenden Nadelteils 2 über der Ni-Unterschicht 7 gebildet
worden ist, wird die Spitze (das obere Ende in der Zeichnung) zu
einer ebenen Oberfläche 2e zugeschliffen,
indem derjenige Teil entfernt wird, der durch gestrichelte Linien
gezeigt ist, und das Material des elektrisch leitenden Nadelteils 2,
das Paliney 7 ist, freigelegt wird.
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Das
Material des elektrisch leitenden Nadelteils 2 beschränkt sich
nicht auf Paliney 7, sondern kann auch aus einer Legierung bestehen,
die Palladium (Pd) und zwei Mitglieder enthält, welche aus einer Gruppe
ausgewählt
worden sind, die aus Silber (Ag), Platin (Pt), Gold (Au), Kupfer
(Cu) und Zink (Zn) besteht. Die Legierung enthält vorzugsweise wenigstens
Palladium, Silber und Kupfer und enthält am bevorzugtesten 35% Palladium,
30% Silber, 10% Platin, 10% Gold, 14% Kupfer und 1% Zink. Sie kann
andere Elemente enthalten, solange sie eine Edelmetalllegierung
ist, die eine große
Härte und
Verschleißfestigkeit
hat.
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Wenn
das elektrisch leitende Nadelteil 2, das auf diese Art
und Weise angefertigt worden ist, auf eine Lötkugel 6a viele Male
aufgesetzt wird, setzt sich Fremdmaterial wie z. B. Lot unvermeidlich
auf der ebenen Oberfläche 2e ab,
so dass die ebene Oberfläche 2e regelmäßig gereinigt
werden muss. Ein solches Reinigen kann durch Schleifen der ebenen
Oberfläche 2e und
Freilegen einer neuen ebenen Oberfläche erfolgen, weil sich die
neu freigelegte ebene Oberfläche
hinsichtlich der elektrischen Eigenschaft nicht von der ursprünglichen
ebenen Oberfläche
unterscheidet (wo die Edelmetalllegierung freiliegt). Durch Wiederholen
eines solchen Reinigungsprozesses kann die ursprüngliche elektrische Eigenschaft
oder eine stabile elektrische Eigenschaft unbegrenzt aufrechterhalten
werden.
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Weil
die ebene Oberfläche 2e gebildet
wird, nachdem die Vergoldungsschicht 8 auf dem elektrisch
leitenden Nadelteil 2 gebildet worden ist, wie weiter oben
dargelegt, ist die äußere Umfangsoberfläche des
elektrisch leitenden Nadelteils 2 mit der Vergoldungsschicht 8 überzogen.
Deshalb sind der Teil 2d größeren Durchmessers, der mit
Presssitz in die Druckschraubenfeder 3 eingepasst ist,
und der Schaftteil 2c, der den eng gewickelten Teil 3a erfasst, vergoldet.
Deshalb kann, wie es in 2 gezeigt ist, der elektrische
Widerstand zwischen dem Schaftteil 2c und dem eng gewickelten
Teil 3a äußerst stabil gemacht
werden. Die Vergoldungsschicht 8 verbessert auch die Korrosionsbeständigkeit
und gewährleistet
einen niedrigen elektrischen Widerstand. Selbst wenn ein Teil des
elektrischen Stroms durch den mit Presssitz erfassten Teil der Druckschraubenfeder 3 fließt, wird
der Kontaktwiderstand in diesem Teil daran gehindert, die Leistungsfähigkeit
des elektrisch leitenden Nadelteils nachteilig zu beeinflussen.
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Zum
Stabilisieren des Kontaktwiderstands und zum Verhindern von Oxidieren
kann die Druckschraubenfeder 3 vergoldet werden. Die ebene Oberfläche 2e wurde
an der Spitze des Nadelteils 2a zur Berührung mit einer Lötkugel 6 in
der dargestellten Ausführungsform
gebildet, sie muss aber nicht exakt eben sein, sondern kann auch
aus einer konkaven oder konvexen Oberfläche bestehen, die einen relativ
großen
Krümmungsradius
hat. Auch in solchen Fällen
kann die Kontaktoberfläche
durch Schleifen der Oberfläche
mit einem geeignet geformten Schneidwerkzeug gereinigt oder erneuert
werden.
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Dauerhaftigkeitstests
wurden an der elektrisch leitenden Kontakteinheit 1, die
oben beschrieben ist, durchgeführt.
Der maximale elektrische Widerstand der Ausführungsform, die ein elektrisch
leitendes Nadelteil hat, das aus Paliney 7 besteht, vergoldet ist
und so geschliffen ist, dass die ebene Oberfläche 2e an seiner Spitze
gebildet ist, betrug ungefähr
210 bis 460 mΩ bei
bis zu 200.000 Mal Kontakt, wohingegen der maximale Widerstand einer
elektrisch leitenden Kontakteinheit, die ein elektrisch leitendes
Nadelteil hat, das einfach aus Paliney 7 hergestellt ist, ungefähr 420 bis
730 mΩ bei
bis 200.000 Mal Kontakt betrug. Das zeigt, dass die elektrisch leitende
Kontakteinheit nach der vorliegenden Erfindung in ihrer Leistungsfähigkeit
der erhöhten
Leistungsfähigkeit
der Halbleiterprodukte angepasst ist.
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Die
vorgenannte Ausführungsform
ist zwar auf eine Kontakteinheit gerichtet, die nur ein bewegliches
Ende hat, die vorliegende Erfindung ist jedoch gleichermaßen bei
Kontakteinheiten anwendbar, die zwei bewegliche Enden an beiden
axialen Enden der Druckschraubenfeder haben. Ein solches Beispiel
ist im folgenden mit Bezug auf 4 beschrieben.
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Der
obere Teil der dargestellten Ausführungsform kann dem der vorherigen
Ausführungsform
gleichen, und gleiche Teile sind mit gleichen Zahlen bezeichnet,
weshalb die Beschreibung dieser Teile nicht wiederholt zu werden
braucht. Eines der elektrisch leitenden Nadelteile 2 der
dargestellten Ausführungsform
(das obere Nadelteil in der Zeichnung) ist an seinem Spitzenteil
derart konisch ausgebildet, dass der Längsschnitt des Spitzenteils
mit einer Trapezform versehen ist. Das elektrisch leitende Nadelteil 2 ist
mit der Druckschraubenfeder 3 durch elastischen Presssitz
des Teils 2d größeren Durchmessers
in einem eng gewickelten Teil 3a verbunden, der an einem
Ende (dem oberen Ende in der Zeichnung) der Druckschraubenfeder 3 vorgesehen
ist, und ein weiteres elekt risch leitendes Nadelteil 12 ist an
dem anderen Ende (dem unteren Ende in der Zeichnung) der Druckschraubenfeder 3 koaxial
vorgesehen.
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In
dieser Kontakteinheit, die zwei bewegliche Enden hat, wird ein elektrisches
Signal zu der Schaltungsanordnung 5a in der Relaisschaltungsplatte 5 über das
elektrisch leitende Nadelteil 12 übertragen, wie es in 5 dargestellt
ist. Die Spitze des Nadelteils 2a des einen elektrisch
leitenden Nadelteils 2 ist mit einer ebenen Oberfläche 2e versehen,
weil es zum Kontaktieren einer Lötkugel 6a ähnlich wie
die vorherige Ausführungsform
vorgesehen ist und weil ein Flächenkontakt
beabsichtigt ist statt eines Punktkontaktes. Andererseits ist der
Nadelteil 12a des anderen elektrisch leitenden Nadelteils 12 mit
einer zugespitzten Spitze versehen, wie es in der Zeichnung gezeigt
ist, weil es einen ebenen Kontaktfleck der Schaltungsanordnung 5a kontaktieren
soll, die in der Relaisschaltungsplatte 5 enthalten ist.
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Das
Material des unteren Nadelteils 12 kann aus einem äußerst gut
bearbeitbaren SK-Material statt aus einer Edelmetalllegierung bestehen,
und seine Oberfläche
kann vergoldet sein, so dass eine hohe elektrische Leitfähigkeit
gewährleistet
werden kann, weil der Nadelteil 12a immer mit der Fläche des Kontaktfleckes
der Schaltungsanordnung 5a in Kontakt gehalten wird und
deshalb nicht zu Reinigungszwecken geschliffen zu werden braucht.
Das elektrisch leitende Nadelteil 12 hat einen Flanschteil 12b, welcher
verhindert, dass das elektrisch leitende Nadelteil 12 sich
lösen kann,
einen Schaftteil 12 und einen Teil 12d größeren Durchmessers.
Der Teil 12d größeren Durchmessers
ist mit Presssitz in ein Schraubenende der Druckschraubenfeder 3 eingepasst,
der aus einem grob gewickelten Teil 3b besteht und benachbart
zu dem Nadelteil 12 angeordnet ist.
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Weil
die Bearbeitbarkeit von Paliney 7 nicht besonders günstig ist,
kann es einige Fertigungsprobleme bei dem Erzielen einer gewünschten
axialen Länge
des Schaftteils 2c geben, wenn der Durchmesser des Schaftteils 2c extrem
klein ist. In einem solchen Fall kann es sein, dass das elektrische
Signal eine relativ lange Strecke längs der Druckschraubenfeder 3 zurücklegen
muss. Insbesondere dann, wenn das elektrische Signal dem Schraubendraht der
Druckschraubenfeder auf einem spiralförmigen Pfad zwischen den beiden
elektrisch leitenden Nadelteilen folgt, wird der elektrische Strom
auf eine beträchtliche
Induktivität
treffen. Deshalb ist in der dargestellten Ausführungsform derjenige Teil der Schraubenfeder 3,
welcher dem elektrisch leitenden Nadelteil 2 benachbart
ist, als ein eng gewickelter Teil 3a ausgebildet, und die
axiale Länge
des eng gewickelten Teils 3a wird derart gewählt, dass
das Ende des eng gewickelten Teils 3a, das dem elektrisch
leitenden Nadelteil 12 benachbart ist, mit dem Schaftteil 12c des
Nadelteils 12 in dem Anfangszustand (vor dem Test) in Kontakt
ist, wie es in 4 gezeigt ist. Alternativ können Vorkehrungen
getroffen werden, dass dieser Kontakt nur als ein Ergebnis einer
gewissen Verlagerung des elektrisch leitenden Nadelteils 12 zu
der Zeit eines Tests hergestellt wird. In jedem Fall kann, wenn
die gesamte axiale Länge
der Kontakteinheit, welche die beiden beweglichen Enden hat, bedeutsam
ist, der Schaftteil 12c des anderen elektrisch leitenden
Nadelteils 12, der aus einem besser bearbeitbarem Material
besteht, langgestreckt sein, so dass der Schaftteil 12c und
der eng gewickelte Teil 3a zu der Zeit eines Tests in gegenseitigen Kontakt
kommen.
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Dadurch
kann das elektrische Signal das untere Nadelteil 12 über den
eng gewickelten Teil 3a erreichen. Es ist klar, dass das
elektrische Signal axial durch den eng gewickelten Teil 3a der
Druckschraubenfeder 3 hindurchgehen kann, so dass der Test
mit dem Vorteil eines sowohl niedrigen als auch stabilen elektrischen
Widerstands ausgeführt
werden kann.
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Der
Halter für
die elektrisch leitende Kontakteinheit, die in 4 gezeigt
ist, besteht aus drei Schichten von isolierenden Plattenteilen.
Ein Halterloch 16 großen
Durchmessers durchquert das obere Plattenteil 13, das Zwischenplattenteil 14 und
das untere Plattenteil 15. Das obere Plattenteil 13 ist
darüber
hinaus mit einem kleinen Halterloch 13a versehen, das so
bemessen ist, dass es den Nadelteil 2a des elektrisch leitenden
Nadelteils 2 verschiebbar aufnimmt und verhindert, dass
der Flanschteil 2b durch es hindurchgehen kann. Ebenso
ist das untere Plattenteil 15 mit einem Halterloch 15a kleinen Durchmessers
versehen, das so bemessen ist, dass es den Nadelteil 12a des
elektrisch leitenden Nadel teils 12 verschiebbar aufnimmt
und den Flanschteil 12b am Hindurchgehen hindert.
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Wenn
die Plattenteile 13, 14 und 15 aufeinander
gelegt und durch Schrauben, die in der Zeichnung nicht dargestellt
sind, integral zusammengehalten sind, ist die Druckschraubenfeder 3 bis
zu einem gewissen Ausmaß zusammengedrückt, so
dass sie eine gewisse Anfangslast erzeugt. Gemäß der Darstellung in 5 ist
eine Relaisschaltungsplatte 5 auf das untere Plattenteil 15 gelegt
und mit demselben durch in der Zeichnung nicht dargestellte Schrauben verbunden,
so dass das elektrisch leitende Nadelteil 12 elastisch
gegen die Schaltungsanordnung 5a in der Relaisschaltungsplatte 5 gedrängt ist.
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Wenn
die elektrisch leitende Kontakteinheit, die zwei bewegliche Enden
hat, auf eine Lötkugel 6a zum
Testen aufgesetzt wird, wird das obere Nadelteil 2 in das
Halterloch 16 großen
Durchmessers gegen die elastische Kraft der Druckschraubenfeder 3 gedrückt, und
das obere Nadelteil 2 legt sich unter der Druckbelastung
der Druckschraubenfeder 3 an die Lötkugel 6a an. Das
obere Nadelteil 2 ist in dem in 5 dargestellten
Zustand vollständig
in dem oberen Plattenteil 13 aufgenommen, was aber nicht
bedeutet, dass dieser Zustand immer zur Zeit des Testens hergestellt
wird.
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Das
elektrische Signal wird zu dieser Zeit von dem oberen Nadelteil 2 zu
dem Schaftteil 12c des unteren Nadelteils 12 über den
eng gewickelten Teil 3a geleitet und erreicht dann die
Relaisschaltungsplatte 5 über das untere Nadelteil 12.
Durch Auswählen
der relativen Längen
des eng gewickelten Teils 3a und des Schaftteils 12c des
unteren Nadelteils 12 kann das elektrische Signal zu dem
unteren Nadelteil 12 über
den eng gewickelten Teil 3a ungeachtet der Kontaktposition
der Lötkugel 6a (oder
der vorstehenden Länge
des oberen Nadelteils 2) übertragen werden. Es ist ohne
weiteres klar, dass das elektrische Signal axial durch die Druckschraubenfeder 3 hindurchgehen
kann, so dass der Test mit dem Vorteil sowohl eines niedrigen als
auch eines stabilen elektrischen Widerstands ausgeführt werden
kann.
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Anhand
der vorstehenden Ausführungsformen
dürfte
klar geworden sein, dass das Nadelteil, weil es aus der Edelmetalllegierung
hergestellt ist, die eine große
Härte und
eine hohe Verschleißfestigkeit
hat, äußerst dauerhaft
in dem Sinne ist, dass es zahlreiche Kontakte aushalten kann. Dank
der Tatsache, dass die äußere Umfangsoberfläche des
Nadelteils vergoldet ist, kann die elektrische Leitfähigkeit des
elektrischen Pfades zwischen dem Nadelteil und der Schraubenfeder
maximiert werden. Insbesondere kann, weil die Kontaktoberfläche durch
Freiliegen der Edelmetalllegierung durch Schleifen gebildet wird,
selbst dann, wenn die Kontaktoberfläche durch Lot nach wiederholten
Kontakten mit solchen Kontaktobjekten wie Lötkugeln verschmutzt ist, die
Kontaktoberfläche
einfach durch Schleifen der Kontaktoberfläche erneuert werden, und die
erneuerte Oberfläche
besteht aus der freiliegenden Oberfläche der Edelmetalllegierung,
die sich nicht von der ursprünglichen
Kontaktoberfläche
unterscheidet. Deshalb wird der Kontaktwiderstand zwischen der Kontaktoberfläche und
dem Kontaktobjekt ungeändert
bleiben, selbst bei wiederholtem Erneuern der Kontaktoberfläche.
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In
dem Falle einer elektrisch leitenden Kontakteinheit, die zwei bewegliche
Enden hat, kann durch Vorsehen eines eng gewickelten Teils in der Druckschraubenfeder
zwischen den beiden elektrisch leitenden Nadelteilen der elektrisch
leitende Pfad zwischen den beiden Nadelteilen so hergestellt werden,
dass er aus dem eng gewickelten Teil der Schraubenfeder besteht.
Dadurch kann, was ohne weiteres einzusehen ist, das elektrische
Signal axial durch den eng gewickelten Teil der Druckschraubenfeder
gehen statt einen spiralförmigen
Weg zu nehmen, so dass die Induktivität der elektrisch leitenden Kontakteinheit
effektiv minimiert werden kann. Deshalb kann, selbst wenn eines
der elektrisch leitenden Nadelteile aus einer Edelmetalllegierung
hergestellt ist, die hinsichtlich der Bearbeitbarkeit zu schlecht sein
kann, um zu erlauben, dass der Durchmesser des Nadelteils auf einen
gewünschten
Wert reduziert wird, und die Strecke zwischen den beiden Nadelteilen
dadurch relativ groß gemacht
wird, die Induktivität des
elektrischen Pfades zwischen den beiden Nadelteilen trotzdem minimiert
werden. Selbst wenn eines der Nadelteile aus der Edelmetalllegierung
hergestellt wird, die eine große
Härte und
eine hohe Verschleißfestigkeit
hat, kann der elektrisch leitenden Kontakteinheit, die zwei bewegliche
Enden hat, eine gewünschte
elektrische Eigenschaft gegeben werden.
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Insbesondere
dann, wenn die Edelmetalllegierung Palladium und wenigstens zwei
Mitglieder enthält,
die aus einer Gruppe ausgewählt
worden sind, welche aus Silber, Platin, Gold, Kupfer und Zink besteht,
kann das Nadelteil äußerst hart
und verschleißfest
für eine
Edelmetalllegierung gemacht werden. Weil die Oberfläche frei
von Oxidierung ist, kann außerdem
der elektrische Widerstand für
eine ausgedehnte Zeitspanne niedrig gehalten werden, und die Kontaktoberfläche braucht
nicht mit einem Material überzogen
zu werden, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat. Deshalb ist dieses
Material besonders geeignet zur Verwendung in Nadelteilen, die zum
Reinigen regelmäßig geschliffen
werden. Wenn die Edelmetalllegierung wenigstens Palladium, Silber und
Kupfer enthält,
kann das Nadelteil darüber
hinaus mit einer günstigen
elektrischen Leitfähigkeit
versehen werden. Wenn das Überzugsmaterial,
das eine hohe elektrische Leitfähigkeit
hat, aus Gold besteht, können
eine hohe Korrosionsfestigkeit und günstige elektrische Eigenschaften
auf stabile Art und Weise gewährleistet
werden.