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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine elektrisch leitende Kontakteinheit zum Austauschen
von Signalen mit Leiterplatten, elektronischen Vorrichtungen od.
dgl.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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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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Wenn das zu testende Objekt aus einem Bauteil
besteht, das aus einem harten Material hergestellt ist wie z.B.
diejenigen, die weiter oben erwähnt
sind, und wenn bei dem Kontaktprüfkopf
Nadelteile verwendet werden, die aus herkömmlichem SK-Material (unlegiertem
Werkzeugstahl) hergestellt sind, wird der wiederholte Gebrauch der
Nadelteile mit der Zeit zum Verschleiß und zur Deformation der Kontaktspitzen
führen.
Infolgedessen kann ein stabiler Kontaktwiderstand schließlich unmöglich werden. Des halb
müssen
die Nadelteile in einer relativ kurzen Zeitspanne ausgetauscht werden,
was die Betriebskosten erhöht.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts dieser Probleme des Standes der
Technik und zur Schaffung einer elektrisch leitenden Kontakteinheit,
die verschleißfest
und äußerst dauerhaft
ist, hat die elektrisch leitende Kontakteinheit nach der vorliegenden
Erfindung ein elektrisch leitendes Nadelteil sowie eine Schraubenfeder,
die das Nadelteil elastisch in eine Richtung drängt, in welcher ein Spitzenteil
des Nadelteils mit einem zu kontaktierenden Objekt in Kontakt gebracht
wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenteil des Nadelteils
integral mit elektrisch leitendem Material ausgebildet ist, das
oxidier- und verschleißfest
ist.
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Dadurch kann der Spitzenteil des
Nadelteils oxidier- und verschleißfest gemacht werden, und es wird
selbst dann verhindert, dass er verschleißt oder verformt wird, wenn
das zu testende Objekt aus einem Material besteht, das eine große Härte hat.
Somit werden die Verschleißfestigkeit
und die Dauerhaftigkeit des Nadelteils verbessert, und es wird ein stabiler
Kontaktwiderstand sichergestellt.
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Insbesondere durch Bilden eines galvanischen Überzuges
aus einem elektrisch gut leitenden oder leitfähigen Material wenigstens auf
dem verbleibenden Teil des Nadelteils, der nicht integral mit dem elektrisch
leitenden Material ausgebildet ist, kann selbst dann, wenn das elektrisch
leitende Material keine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit
hat, weil größerer Wert
auf einen erhöhten
Widerstand gegen Oxidieren und Verschleiß gelegt wird, der elektrische
Pfad zwischen dem Spitzenteil des Nadelteils und demjenigen Teil
desselben, der mit der Schraubenfeder verbunden ist, mit einem elektrisch gut
leitenden Material überzogen
werden, so dass der elektrische Widerstand des elektrischen Pfades zwischen
dem Nadelteil und der Schraubenfeder minimiert werden kann.
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Das elektrisch leitende Material
kann aus Iridium, Titannitrid, Rhodium und Hafniumnitrid bestehen,
und zwar entweder an sich oder als eine Legierung mit Gold oder
Platin. Die günstigen
Eigenschaften von Iridium, Titannitrid, Rhodium und Hafniumnitrid
wie große
Härte,
Wärme-
und Säurebeständigkeit und
stabiler Kontaktwiderstand können
voll ausgenutzt werden, so dass der Spitzenteil des Nadelteils eine
verbesserte Verschleißfestigkeit
und Dauerhaftigkeit erhält
und ein günstiger
leitfähiger
Zustand (wie z.B. ein stabiler Kontaktwiderstand) dank des stabilen
mechanischen Kontakts erzielt werden kann.
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Wenn Iridium, Titannitrid, Rhodium,
Hafniumnitrid oder eine Legierung von irgendeinem derselben mit
Gold oder Platin über
einer Unterschicht vorgesehen wird, um Abblättern zu verhindern, gewährleistet
die Unterschicht eine sichere Befestigung dieses Materials auf dem
Nadelteil selbst dann, wenn ein direktes Aufbringen dieses Materials
auf das Nadelteil nicht in der Lage wäre, für eine ausreichende Haftkraft
zu sorgen. Deshalb kann der elektrisch leitenden Einheit eine gewünschte Verschleißfestigkeit und
Dauerhaftigkeit gegeben werden.
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Durch Verwenden von Gold für das elektrisch gut
leitende Material, das als Überzug
aufgetragen wird, kann, selbst wenn das elektrisch leitende Material
keine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit hat, weil größerer Wert
auf größere Oxidier-
und Verschleißfestigkeit
gelegt wird, dem Nadelteil als Ganzem eine hohe elektrische Leitfähigkeit
gegeben werden.
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Wenn die Vergoldung auf der gesamten Oberfläche des
Nadelteils vorgesehen wird und Iridium, Titannitrid, Rhodium, Hafniumnitrid
oder eine Legierung von irgendeinem derselben mit Gold oder Platin über einer
Unterschicht vorgesehen wird, um Abblättern zu verhindern, gewährleistet
die Vergoldung, die auf der gesamten Oberfläche des Nadelteils vorgesehen
wird, eine hohe elektrische Leitfähigkeit für das Nadelteil als Ganzem,
und die Unterschicht gewährleistet
eine stabile Befestigung des Materials wie Iridium auf dem Nadelteil.
Außerdem
ist die Vergoldungsschicht unter dem Material wie Iridium elektrisch
leitend und ergibt eine sogar noch günstigere elektrische Eigenschaft.
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Wenn eine Vergoldung auf der äußeren Oberfläche von
Iridium, Titannitrid, Rhodium, Hafniumnitrid oder einer Legierung
von irgendeinem derselben mit Gold oder Platin vorgesehen wird,
verbessert das Material wie Iridium die Verschleißfestigkeit, und
die Vergoldungsschicht reduziert den elektrischen Widerstand des
Nadelteils als Ganzem. Selbst wenn die Vergoldungsschicht verschleißt oder
verformt wird und die Unterschicht, die aus einem Material wie Iridium
hergestellt ist, freigelegt wird, hilft die Anwesenheit der Vergoldungsschicht
nahe bei einem solchen freiliegenden Teil, die elektrische Leitfähigkeit
des Nadelteils als Ganzem hochzuhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es wird nun die vorliegende Erfindung
im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in welchen:
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1 eine
Vertikalschnittansicht einer erfindungsgemäßen elektrisch leitende Kontakteinheit
zur Verwendung in einem Kontaktprüfkopf ist;
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2 eine
Ansicht ähnlich
der 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, das mit einer Iridiumschicht überzogen ist;
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4 eine
schematische Ansicht ist, die zeigt, wie ein Bedampfungsprozess
ausgeführt
wird;
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5a, 5b und 5c vergrößerte Teilansichten sind, welche
unterschiedliche Formen der Spitze eines Nadelteils zeigen;
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6 eine ähnliche
Ansicht wie in 3 ist und
eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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7 eine
Ansicht ähnlich
wie in 3 ist und noch
eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFOR-MEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 ist
eine Vertikalschnittansicht, die eine elektrisch leitende Kontakteinheit 1 zur
Verwendung in einem Kontaktprüfkopf
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese elektrisch leitende Kontakteinheit 1 kann
als solche benutzt werden, ist aber besonders geeignet zur Verwendung
in einem Halter (einem Prüfkopf)
eines mehrere Spitzen aufweisenden Kontaktprüfkopfes als eine von einer
großen
Zahl von ähnlichen
elektrisch leitenden Kontakteinheiten, die eine neben der anderen
ange ordnet sind, z.B. für
einen Waferebenentest. Bei einem solchen Kontaktprüfkopf ist
der Halter an einer Platte integral befestigt, die auf einer 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 Ende, einem Flanschteil 2b, der an dem
hinteren Ende des Nadelteils 2a vorgesehen ist und einen
größeren Durchmesser
als der Nadelteil 2a hat, und einen 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 Spitze des Nadelteils 2a auf ein zu
testendes Objekt wie einen Kontaktfleck 6a, der aus Au,
Cu oder Al besteht und auf der Oberfläche der Wafer 6 gebildet
ist, ein elektrisches Signal I von der Seite der Wafer 6 aus
zu der Relaisschaltungsplatte 5 über das Nadelteil 2 und
die Druckschraubenfeder 3 übertragen. Das Signal wird dann
zu einem in der Zeichnung nicht dargestellten Steuerungssystem über eine
in der Zeichnung nicht dargestellte Schaltungsplatte, die mit der
Relaisschaltungsplatte 5 verbunden ist, weitergeleitet,
und ein gewünschter
Test kann ausgeführt
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 3a kann
zu der Zeit des Testens sichergestellt werden, wie es in 2 gezeigt ist. Das elektrische
Signal 1 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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In dieser elektrisch leitenden Kontakteinheit 1,
wie sie in 3 gezeigt
ist, ist die gesamte Oberfläche
des elektrisch leitenden Nadelteils 2 mit einer Vergoldungsschicht 8 über einer
Ni-Unterschicht 7a versehen, und der Nadelteil 2a ist
darüber
hinaus mit einer Iridiumschicht 9 über einer Ni-Unterschicht 7b auf
der Vergoldungsschicht 8 versehen. Die Ni-Unterschicht 7a verbessert
die Haftung der Vergoldungsschicht B. Die Iridiumschicht 9 kann
entweder aus Iridium oder aus einer Iridiumlegierung bestehen.
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Ein Beispiel der Strukturen der verschiedenen
Schichten ist im Folgenden angegeben. Das Nadelteil 2 einschließlich des
Nadelteils 2a, des Flanschteils 2b, des Schaftteils 2c und
des Teils 2d vergrößerten Durchmessers,
die alle in einer Koaxialanordnung sind, wird insgesamt mit Ni überzogen, um
so die Ni-Unterschicht 7a zu bilden, und anschließend vergoldet,
um die Vergoldungsschicht 8 zu bilden, die elektrisch gut
leitfähig
und verschleißfest
ist.
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Gemäß der Darstellung in 4 wird das elektrisch leitende
Nadelteil 2, das mit der Vergoldungsschicht 8 versehen
worden ist, durch eine Haltevorrichtung 10 an dem unteren
Ende (benachbart zu dem Flanschteil 2b) des Nadelteils 2a gehalten. Eine
Ni-Unterschicht 7b,
die eine Dicke von 1 μm oder
weniger hat, wird auf dem Teil des Nadelteils 2a gebildet,
der von der Haltevorrichtung 10 nicht verdeckt wird, und
der Nadelteil 2a, der noch durch die Haltevorrichtung 10 gehalten
wird, wird von einem Ir-Target 11 aus beaufschlagt, so
dass eine Bedampfung auf ihr von oben und von der Seite her erfolgen kann.
Iridium (oder eine Legierung desselben), das beständig gegen
Oxidieren, verschleißfest
und elektrisch leitfähig
ist, wird so auf die gesamte Oberfläche des Nadelteils 2a aufgedampft,
um so eine Iridiumschicht 9 zu bilden, die eine Dicke von
ungefähr
0,5 μm oder
weniger hat. Der Nadelteil 2a wird durch die Haltevorrichtung 10 durch
Festklemmen, wie es in 4 gezeigt
ist, gehalten, kann aber auch durch Verhaken des Flanschteils 2b auf
einer Haltevorrichtung gehalten werden, und die Orientierung des
Nadelteils kann auch horizontal oder umgedreht sein, je nach Bedarf.
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In der dargestellten Ausführungsform
wurde zwar Iridium verwendet, die vorliegende Erfindung beschränkt sich
jedoch nicht auf diese Auswahl des Materials, denn es gibt andere
Materialien, mit denen ein ähnliches
Ergebnis erzielt werden kann, wie z. B. Titannitrid (TiN), Rhodium
(Rh) und Hafniumnitrid (HfN). Eine Titannitridschicht kann gebildet
werden, indem einfach das Iridium-Target der vorgenannten Ausführungsform
durch ein Titannitrid-Target ersetzt wird. Rhodium kann als eine
Schicht einer Legierung aus Platin und Rhodium verwendet werden,
die durch Zerstäuben
einer Mischung aus Platin und Rhodium gebildet wird.
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Hinsichtlich Titannitrid kann durch
Zerstäuben
sowohl von Titannitrid als auch von Gold oder Platin in einer Stickstoffumgebung
eine Schicht einer Legierung aus Titannitrid und Gold oder Platin
gebildet werden. Ebenso kann hinsichtlich Hafniumnitrid durch Zerstäuben sowohl
von Hafniumnitrid als auch von Gold oder Platin in einer Stickstoffumgebung eine
Schicht einer Legierung aus Hafniumnitrid und Gold oder Platin gebildet
werden. Die Rhodium-, Titannitrid- und Haftniumnitridschichten,
die anstelle der Iridiumschicht 9 verwendet werden können, können eine ähnliche
Leistung erbringen, und die Spitze des Nadelteils 2 kann
elektrisch leitend, beständig gegen
Oxidieren und verschleißfest
gemacht werden.
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In dieser Anordnung ist es möglich, die
Vorteile von Materialien wie Iridium, Titannitrid, Rhodium und Hafniumnitrid
auszunutzen. Zu den Vorteilen gehören große Härte, Wärme- und Säurebeständigkeit und ein stabiler Kontaktwiderstand.
Insbesondere die Verschleißfestigkeit
und Dauerhaftigkeit der Spitze des Nadelteils 2a können verbessert
werden, und eine Konduktanz, die auf einem äußerst stabilen mechanischen
Kontakt basiert, kann gewährleistet
werden (der Kontaktwiderstand kann stabil gemacht werden). Weil
die Legierungsschicht oder die metallische Schicht durch galvanisches Überziehen
oder durch Bedampfung gebildet werden kann, können die Vorteile der vorliegenden
Erfindung erzielt werden, ohne dass die vorhandene Form des elektrisch
leitenden Nadelteils modifiziert wird, und das verhindert einen Anstieg
der Fertigungskosten.
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Weil nur derjenige Teil, der aufgrund
von Stößen und
Druck verschleißen
kann oder verformt werden kann mit dem Ziel einer größeren Härte bearbeitet
werden muss (wie die Bildung einer Iridiumschicht in der vorhergehenden
Ausführungsform),
kann der verbleibende Teil des Nadelteils mit einem elektrisch gut
leitenden Material wie einer Vergoldungsschicht überzogen werden. Zum Beispiel,
weil der Teil größeren Durchmessers,
der mit Presssitz in die Druckschraubenfeder eingepasst wird, mit
einer Vergoldungsschicht 8 versehen ist, kann der Kontaktwiderstand
zwischen dem mit Presssitz versehenen Teil der Druckschraubenfeder
und dem Nadelteil minimiert werden. Selbst wenn ein Teil des elektrischen Signals
I über
den Presssitz aufweisenden Teil der Druckschraubenfeder 3 geht,
kann deshalb der Einfluss von dem resultierenden Kontaktwiderstand
her minimiert werden.
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2 zeigt
den Weg, den das elektrische Signal I nimmt, und es ist zu erkennen,
dass das elektrische Signal I durch den Kontaktteil zwischen dem Schaftteil 2c des
Nadelteils 2 und dem eng gewickelten Teil 3a der
Schraubenfeder 3 hindurchgeht. In diesem Fall geht das
elektrische Signal durch das Nadelteil 2 hauptsächlich über die
Vergoldungsschicht 8, und zwar dank des Hauteffektes. Das
elektrische Signal kann durch die Iridiumschicht 9 an der Spitze
des Nadelteils 2a geleitet werden, weil aber die Ver goldungsschicht 8 in
der unteren Schicht des Nadelteils 2a gebildet ist, geht
das elektrische Signal auch durch die Vergoldungsschicht 8.
Auf diese Art und Weise wird, weil die Vergoldungsschicht 8 auf der
gesamten Oberfläche
des Nadelteils 2 gebildet ist, ein äußerst günstiges Ergebnis erzielt. Außerdem ist
die Vergoldungsschicht 8 auf dem Schaftteil 2c vorteilhaft,
wenn die Schraubenfeder 3 daran angelötet wird. Die Vergoldungsschicht 8 gewährleistet
die Korrosionsfestigkeit des Nadelteils 2 und erlaubt,
das Material des Nadelteils 2 relativ frei ohne Rücksicht auf
die elektrische Leitfähigkeit
oder Korrosionsfestigkeit desselben auszuwählen.
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Die Ni-Unterschicht 7b wurde
gebildet, bevor die Iridiumschicht 9 gebildet wird, weil
Iridium beständig
gegen Oxidieren und verschleißfest
ist und elektrisch leitfähig
ist, aber nicht direkt auf die Vergoldungsschicht 8 aufgebracht
werden kann. Durch die Zwischenschaltung der Ni-Unterschicht 7 kann
die Überzugsfestigkeit
(der Widerstand gegen Abblättern)
von Iridium beträchtlich
verbessert werden. Das Material für die Unterschicht 7 beschränkt sich
nicht auf Ni, sondern es können
auch andere Materialien eingesetzt werden, solange diese den Widerstand des
Iridiums gegen Abblättern
verbessern.
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Als die Iridiumschicht 9 auf
der Oberfläche der
Spitze des Nadelteils 2 gebildet wurde, war der Durchmesser
der Spitze ungefähr
5 μm oder
weniger, nachdem sie eine Million Mal auf eine Glasplatte aufgesetzt
worden war und der Verschleiß der
Iridiumschicht 9 relativ unbedeutsam war. Wenn das Nadelteil
nur mit einer Vergoldungsschicht überzogen war, war der Durchmesser
der Spitze ungefähr
20 μm oder
mehr, nachdem er eine Million Mal auf eine Glasplatte aufgesetzt
worden war und das darunter liegende Metall freigelegt worden war.
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Die Spitze des Nadelteils 2a wurde
mit einer angespitzten konischen Form in der dargestellten Ausführungsform
versehen, aber die Form wird durch dieses Beispiel nicht beschränkt. Zum
Beispiel kann die Spitze wie irgendeine derjenigen ausgebildet sein,
die in den 5a bis 5c dargestellt sind. Diejenige,
die in 5a dargestellt
ist, hat eine konische Form mit einer abgerundeten Spitze. Diejenige, die
in 5b dargestellt ist,
ist wie eine Kombination aus einer Vielzahl von prismatischen Formen
geformt. Diejenige, die in 5c dargestellt
ist, ist mit einer stumpfen und ebenen Endoberfläche versehen. Die Form der
Spitze kann zweckmäßig gemäß der Form
des zu kontaktierenden Objekts geeignet ausgewählt werden. Beispielsweise
ist diejenige, die in 5c dargestellt
ist, für
einen Kontakt mit einer Lötkugel
geeignet.
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Weiter, durch Orientieren der Bedampfungsrichtung,
wie es durch einen Pfeil S in 5a gezeigt ist,
kann die Iridiumschicht nur auf jeder der Stirnflächen 12a, 12b und 12c (der
Spitze des Nadelteils) gebildet werden, die in die Bedampfungsrichtung weisen.
In einem solchen Fall wird die Iridiumschicht nur auf derjenigen
Oberfläche
gebildet, die mit einem zu kontaktierenden Objekt in Kontakt zu
bringen ist, und die Materialkosten können minimiert werden.
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In der vorgenannten Ausführungsform
hat die elektrisch leitende Kontakteinheit nur ein Ende, das beweglich
ist. Die vorliegende Erfindung kann jedoch bei elektrisch leitenden
Kontakteinheiten verwendet werden, die zwei bewegliche Enden haben, und
bei denjenigen, bei denen ein elektrisch leitendes Nadelteil verwendet
wird, das freitragend abgestützt
ist. In einem solchen Fall genügt
es, wenn wenigstens die Spitze (derjenige Teil, der mit dem zu kontaktierenden
Objekt in Kontakt kommt) des Nadelteils integral mit einem Material
versehen ist, das beständig
gegen Oxidieren und verschleißfest
ist und elektrisch leitfähig
ist wie Iridium.
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Gemäß der Darstellung in 6 kann eine zusätzliche
Vergoldungsschicht 13 auf der Oberfläche der Iridiumschicht 9 gebildet
sein. In dieser Anordnung sorgt die Iridiumschicht 9 für die verlangte Verschleißfestigkeit,
und die Vergoldungsschicht 13 sorgt für die Korrosionsfestigkeit
und den niedrigen elektrischen Widerstand, und es kann ein Nadelteil, das
einen sogar stabileren Kontaktwiderstand hat, erzielt werden. Selbst
wenn die Vergoldungsschicht 13 verschlissen oder verformt
worden ist und die darunter gelegene Iridiumschicht 9 freigelegt
worden ist, kann dank der Vergoldungsschicht 13, die um
den freiliegenden Teil verbleibt, eine hohe elektrische Leitfähigkeit
des Nadelteils 2 als Ganzem aufrechterhalten werden.
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In den dargestellten Ausführungsformen wurde
die Vergoldungsschicht 8 auf der gesamten Oberfläche des
Nadelteils 2 gebildet, und die Iridiumschicht 9 wurde
nur auf der Spitze des Nadelteils 2 über der Vergoldungsschicht 8 gebildet,
aber die Vergoldungsschicht 8 kann in dem Teil, wo die
Iridiumschicht 9 gebildet wird, weggelassen werden. Mit
anderen Worten, die Vergoldungsschicht muss wenigstens in demjenigen
Teil (wie dem Flanschteil 2b, dem Teil 2d größeren Durchmessers
und dem Schaftteil 2c in dem Falle der dargestellten Ausführungsformen)
vorgesehen werden, wo die Iridiumschicht 9 nicht gebildet
wird.
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7 veranschaulicht
ein solches Beispiel. Die in 7 dargestellte
Ausführungsform
gleicht der in 3 dargestellten,
und die entsprechenden Teile derselben sind mit gleichen Bezugszahlen
versehen, weshalb die Beschreibung dieser Teile nicht wieder holt
zu werden braucht. Gemäß der Darstellung
in der Zeichnung ist eine Ni-Unterschicht 7a über der
gesamten Oberfläche
des Nadelteils 2 vorgesehen, und eine Iridiumschicht 9 ist
auf dem Nadelteil 2a gebildet. Derjenige Teil, wo die Iridiumschicht 9 nicht
vorhanden ist (der Flanschteil 2b, der Teil 2d größeren Durchmessers
und der Schaftteil 2c in dem Falle der dargestellten Ausführungsformen), ist
mit einer Vergoldungsschicht 8 versehen. Die Reihenfolge
des Bildens dieser beiden Schichten 8 und 9 kann
frei ausgewählt
werden, und es kann eine Maske verwendet werden, wenn jede Schicht
gebildet wird. In dem Falle der in 7 dargestellten
Ausführungsform
geht das elektrische Signal zuerst durch die Iridiumschicht 9 und
dann durch die Vergoldungsschicht B. Wenn das bei der Ausführungsform angewandt
wird, die in 6 dargestellt
ist, kann das elektrische Signal von der Vergoldungsschicht 13 aus
zu der Vergoldungsschicht 8 überfragen werden, und die günstigen
elektrischen Eigenschaften von Gold können sogar noch besser vorteilhaft
ausgenutzt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist zwar
anhand von bevorzugten Ausführungsformen
derselben beschrieben worden, einem einschlägigen Fachmann ist jedoch klar,
dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen möglich sind,
ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen,
der durch die beigefügten
Ansprüche
festgelegt wird.
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GEWERBLICHE
ANWENDBARKEIT
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Die vorstehenden Ausführungsformen
dürften
klar zeigen, dass die Spitze des Nadelteils äußerst beständig gegen Oxidieren und äußerst verschleißfest gemacht
werden kann und dass die Verschleißfestigkeit und Dauerhaftigkeit
der elektrisch leitenden Kontakteinheit leicht verbessert werden können, ohne
dass irgendein spezielles Material für das Nadelteil verwendet wird.
Zum Beispiel selbst dann, wenn ein Material wie Iridium, das keine
günstige
elektrische Konduktanz hat, verwendet wird, kann der Widerstand
des elektrischen Pfades zwischen dem Nadelteil und der Schraubenfeder
minimiert werden, indem wenigstens der verbleibende Teil des Nadelteils
mit einem Material überzogen wird,
das eine gute elektrische Leitfähigkeit
hat. Deshalb wird die Dauerhaftigkeit des Nadelteils verbessert,
und die Betriebskosten können
reduziert werden.
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Insbesondere durch Bilden einer Vergoldungsschicht
auf der gesamten Oberfläche
des Nadelteils und durch zusätzliches
Bilden einer Schicht, die aus Iridium, Titannitrid, Rhodium oder
Hafniumnitrid an sich oder aus einer Legierung mit Gold oder Platin
besteht, über
einer Unterschicht zum Verhindern des Abblätterns, reduziert die Vergol dungsschicht,
selbst wenn das Nadelteil aus einem üblicherweise verwendeten Material
wie SK-Material besteht, den elektrischen Widerstand des elektrischen Pfades,
der sich von der Spitze des Nadelteils zu der Schraubenfeder erstreckt,
und die Unterschicht gestattet dem Material wie Iridium, auf der
Vergoldungsschicht fest zu haften. Dadurch können dem Nadelteil die günstigen
Eigenschaften des Materials wie Iridium gegeben werden. Die günstigen
Eigenschaften beinhalten große
Härte,
Beständigkeit
gegen Wärme und
Säure und
einen stabilen Kontaktwiderstand. Die Vergoldungsschicht sorgt auf
stabile Art und Weise für
eine gute elektrische Leitfähigkeit.
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Durch Bilden einer Vergoldungsschicht
auf der Schicht aus einem Material wie Iridium kann die Verschleißfestigkeit
dank des Materials wie Iridium gesteigert werden, und ein niedriger
elektrischer Widerstand kann dank der Vergoldungsschicht gleichzeitig
gewährleistet
werden. In einem solchen Fall hilft, selbst wenn die Vergoldungsschicht
verschlissen oder deformiert ist und die darunter gelegene Schicht,
die aus einem Material wie Iridium besteht, freigelegt ist, das
Vorhandensein der Vergoldungsschicht benachbart zu einem solchen
freiliegenden Teil, die elektrische Leitfähigkeit des Nadelteils als Ganzem
auf einem hohen Wert zu halten.
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Zusammenfassung
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Bei der elektrisch leitenden Kontakteinheit nach
der vorliegenden Erfindung wird eine Vergoldungsschicht auf der
Oberfläche
eines elektrisch leitenden Nadelteils (2) über eine
Ni-Unterschicht (7a) gebildet und eine Schicht aus Iridium
(Titannitrid, Rhodium oder Hafniumnitrid) wird auf der Vergoldungsschicht
(8) des Nadelteils (2a) durch Aufdampfen über einer
Ni-Unterschicht (7b) gebildet. Dadurch erhält der Spitzenteil
eine verbesserte Oxidier- und Verschleißfestigkeit, ohne dass irgendein
spezielles Material für
das Nadelteil verwendet wird, und die Dauerhaftigkeit des Nadelteils
wird verbessert, so dass die Betriebskosten minimiert werden können.