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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Interposer
bzw. Zwischenelemente sehen eine elektrische Schnittstelle zwischen
zwei elektronischen Anordnungen, wie beispielsweise gedruckten Leiterplatten
vor. Durch Vorsehen einer Anordnung von leitenden Gliedern, die
leitende Kontaktfelder bzw. Pads auf beiden elektronischen Anordnungen
koppeln bzw. verbinden, kann der Interposer Leiterbahnen vorsehen,
die Signale von einer elektronischen Anordnung zu einer anderen übertragen.
In Testsystemen können
Interposer eine trennbare Zwischenverbindung zwischen einer Geräte- bzw.
Einrichtungsschnittstellenplatine, mit der die zu testenden Geräte bzw.
Einrichtungen bzw. DUTs (DUT = device under test) verbunden sind,
und einer Testvorrichtungsschnittstellenplatine vorsehen, an die
die Instrumente gekoppelt sein können,
die Testsignale erzeugen und messen.
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In 1 sind
Komponenten eines Testsystems gezeigt. Das Testsystem 1 weist
einen Interposer 2, eine Testvorrichtungsschnittstellenplatine 3, eine
Einrichtungsschnittstellenplatine 4, DUTs 5 und Instrumente 6 auf.
In einem Testsystem sind Instrumente 6 und eine Testvorrichtungsschnittstellenplatine 3 in
einem Testkopf aufgenommen, der aus Gründen der Einfachheit nicht
gezeigt ist. Die Instrumente 6 können durch elektrische Verbindungselemente
direkt an die Einrichtungsschnittstellenplatine 4 gekoppelt
sein oder können
durch Kabel oder Drähte
gekoppelt sein. Unabhängig
davon werden Testsignale durch die Instrumente 6 erzeugt
und gemessen, die durch die Testvorrichtungsschnittstellenplatine 3 gekoppelt
sind.
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Die
Einrichtungsschnittstellenplatine 4 kann mechanisch an
eine Einrichtungshandhabungsvorrichtung oder eine andere Vorrichtung
gekoppelt sein, die die zu testenden DUTs 5 darstellt.
Aus Gründen
der Einfachheit ist die Einrichtungshandhabungsvorrichtung ebenfalls
nicht gezeigt. Im Betrieb sind die DUTs 5 elektrisch mit
der Einrichtungsschnittstellenplatine 4 verbunden, was
gestattet, dass Testsignale an oder von den DUTs 5 durch
die Einrichtungsschnittstellenplatine 4 gekoppelt werden können.
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Der
Interposer 2 vervollständigt
Verbindungen zwischen der Einrichtungsschnittstellenplatine 4 und
der Testvorrichtungsschnittstellenplatine 3, was es Testsignalen
gestattet, zwischen den Instrumenten 6 und den DUTs 5 gekoppelt
zu werden. Um diese Koppelung zu vervollständigen, stellt der Interposer 2 Verbindungen
zwischen den leitenden Kontaktfeldern auf der Unterseite der Testvorrichtungsschnittstellenplatine 3 und
den leitenden Kontaktfeldern auf der Oberseite der Vorrichtungsschnittstellenplatine 4 her.
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Es
wurden verschiedene Mechanismen verwendet, um einen guten elektrischen
Kontakt an beiden Schnittstellen vorzusehen. Diese weisen Federkontakte,
dendritische Kontakte, ”Fuzz
Buttons”, Elastomer-Kontakte
und direkte Kontakte auf. Die Konnektivität bzw. Verbindungsfähigkeit
der Kontakte kann verbessert werden, in dem eine Kraft aufgebracht
wird, die die Testvorrichtungsschnittstellenplatine 3 gegen
die Einrichtungsschnittstellenplatine 4 drückt.
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Ein
Zwischenelement bzw. Interposer weist typischerweise mehrere leitende
Kontakte auf, die Verbindungen von einer Platine zur anderen bilden und
gestatten, dass zahlreiche Testsignale an die DUTs 5 angelegt
oder darauf gemessen werden können.
In manchen Testsystemen wird die Integrität bzw. Unverfälschtheit
der Signale, die durch einen Interposer hindurch laufen dadurch
verbessert, indem einige der leitenden Kontakte geerdet werden.
In manchen Fällen
wird ein Erdungsmuster verwendet, in dem für jeden leitenden Kontakt,
der verwendet wird um ein Signal zu übertragen, mehrere leitenden Kontakte,
die zu dem Signalkontakt benachbart sind, geerdet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem
Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Interposer bzw. ein
Zwischenelement, der bzw. das zur Verwendung in einem Testsystem geeignet
ist. Der Interposer kann eng beabstandete Leiterbahnen aufweisen,
von denen jede einen Impedanz aufweist, die es Hochgeschwindigkeitssignalen gestattet,
ohne eine signifikante Verfälschung,
die mit einer Impedanzfehlanpassung verbunden ist, durch den Interposer
hindurch zu laufen.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
hat ein Interposer ein leitendes Gehäuse mit einer ersten Seite und
einer zweiten Seite. Das leitende Gehäuse besitzt Löcher bzw.
Hohlräume,
die durch sowohl die erste als auch die zweite Seite hindurchgehen.
Eine Vielzahl von Isolationselementen ist zumindest teilweise in
das leitende Gehäuse
eingeschlossen bzw. aufgenommen, jedes in einem entsprechenden Hohlraum.
Der Interposer weist weiter eine Vielzahl von leitenden Federn auf.
Jede Feder hat einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt. Jede
Feder ist zumindest teilweise in einem der Vielzahl von Isolationselementen
eingeschlossen, so dass der erste Kontakt der leitenden Feder von
der erste Seite des leitenden Gehäuses freigegeben bzw. ausgestellt
ist, und der zweite Kontakt der leitenden Feder von der zweiten
Seite des leitenden Gehäuses
freigegeben ist.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers ist das leitende Gehäuse druckgegossen.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers sind die erste und die zweite Seite des leitenden
Gehäuses
parallel.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers sind die Hohlräume
in dem leitenden Gehäuse
senkrecht zur ersten Oberfläche.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers hat jedes Isolationselement eine erste Oberfläche und
eine zweite Oberfläche,
die zur ersten Oberfläche
entgegengesetzt ist. Das Isolationselement ist auf eine solche Weise
angeordnet, dass die erste Oberfläche jedes Isolationselementes
auf der ersten Seite des leitenden Gehäuses freiliegt und die zweite
Oberfläche
jedes Isolationselementes auf der zweiten Seite des leitenden Gehäuses freiliegt.
Weiter dringt der erste Kontakt jeder Feder der Vielzahl von leitenden
Federn in die erste Oberfläche
eines entsprechenden Isolationselementes ein und der zweite Kontakt
jeder Feder der Vielzahl von leitenden Federn dringt in die zweite
Oberfläche
des entsprechenden Isolationselementes ein.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers hat der erste Kontakt jeder der leitenden Federn
eine U-förmige
Krümmung,
und die Basis der U-Form ist nicht in das entsprechende Isolationselement
eingeschlossen.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers weist jedes der Vielzahl von Isolationselementen
eine Seitenfläche
auf, die zum leitenden Gehäuse
benachbart ist. Diese Seitenfläche
wird von der leitenden Feder nicht durchdrungen.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers weist eine der leitenden Federn eine Gold- oder
Silberbeschichtung auf mindestens einem Teil einer leitenden Feder
der Vielzahl von leitenden Federn auf.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
hat der Interposer einen Kontakt zum Erden des leitenden Gehäuses.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers hat jedes der Vielzahl von Isolationselementen eine
Seitenfläche,
die zum leitenden Gehäuse benachbart
ist. Die Seitenfläche
wird von der leitenden Feder nicht durchdrungen.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers liegt die Impedanz, die zwischen der Vielzahl von
leitenden Federn und dem leitenden Gehäuse gemessen wird, zwischen
40 und 60 Ohm in dem Frequenzbereich, der mit Datentransferraten
von 2,5 und 10 Gbps assoziiert ist.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
ist ein Interposer mit einem leitenden Gehäuse, das eine erste Seite und
eine zweite Seite hat. Das leitende Gehäuse besitzt Löcher bzw.
Hohlräume,
die durch die erste Seite und die zweite Seite hindurchgehen. Eine Vielzahl
von Isolationselementen ist zumindest teilweise in einen entsprechenden
Hohlraum in dem leitenden Gehäuse
eingebettet. Jedes Isolationselement hat eine erste Oberfläche und
eine zweite Oberfläche.
Die erste Oberfläche
jedes Isolationselements liegt wird von der ersten Seite des leitenden Gehäuses freigegeben.
Die zweite Oberfläche
jedes Isolationselementes wird auf der zweiten Seite des leitenden
Gehäuses
freigegeben. Der Interposer weist weiter eine Vielzahl von leitenden
Gliedern auf, von denen jedes ein erstes Ende und ein zweites Ende
hat. Jedes leitende Glied ist teilweise in mindestens einem Isolationselement
eingeschlossen, so dass das erste Ende des leitenden Gliedes auf
der erste Oberfläche
des mindestens einen Isolationselementes freiliegt, und das zweite
Ende jedes leitenden Gliedes auf der zweiten Oberfläche des
mindestens einen Isolationselementes freiliegt. Das Isolationselement
hat zusätzlich
eine erste Vielzahl von Kontakten und eine zweite Vielzahl von Kontakten.
Die erste Vielzahl von Kontakten ist jeweils in Kontakt mit dem ersten
Ende eines entsprechenden leitenden Gliedes. Die zweite Vielzahl
von Kontakten ist in Kontakt mit dem zweiten Ende eines entsprechenden
leitenden Gliedes.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers besteht die erste Vielzahl von Kontakten aus Elastomer-Kontakten.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers besteht die erste Vielzahl von Kontakten aus Elastomer-Kontakten
und jeder der Elastomer-Kontakte ist elektrisch von dem leitenden
Gehäuse
isoliert.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers ist das leitende Gehäuse druckgegossen.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers sind die erste und die zweite Seite des leitenden
Gehäuses
parallel.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers hat der Interposer einen Kontakt zum Erden des leitenden
Gehäuses.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Interposers hat der Interposer einen Elastomer-Kontakt zum Erden
des leitenden Gehäuses.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
ist ein Testsystem, das eine Vielzahl von Instrumenten, eine erste
Schnittstellenplatine, eine zweite Schnittstellenplatine und einen
Interposer aufweist. Die Vielzahl von Instrumenten ist ausgelegt,
um ein Testsignal zu erzeugen und/oder zu messen. Die erste Schnittstellenplatine
weist eine erste Vielzahl von Kontaktfeldern auf einer ersten Oberfläche auf.
Die erste Schnittstellenplatine ist dazu ausgelegt, ein Testsignal
zwischen einem Kontaktfeld einer ersten Vielzahl von Kontaktfeldern
und einem Instrument der Vielzahl von Instrumenten zu koppeln. Die
zweite Schnittstellenplatine weist eine zweite Vielzahl von Kontaktfeldern
auf einer zweiten Oberfläche
auf. Die zweite Schnittstellenplatine ist ausgelegt, um ein Testsignal
zwischen einem Kontaktfeld der zweiten Vielzahl von Kontaktfeldern
und einem Testpunkt auf einer zu testenden Vorrichtung bzw. Einrichtung
zu koppeln. Der Interposer ist zwischen der ersten Schnittstellenplatine
und der zweiten Schnittstellenplatine angeordnet. Der Interposer
hat ein leitendes Gehäuse
mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, die der ersten Seite
gegenüberliegt.
Das leitende Gehäuse
hat eine Vielzahl von Hohlräumen,
die durch die erste Seite und die zweite Seite hindurch verlaufen.
Der Interposer hat eine Vielzahl von Isolationselementen, wobei
jedes Isolationselement zumindest teilweise in einem entsprechenden
Hohlraum in dem leitenden Gehäuse
eingeschossen ist. Der Interposer weist weiter eine Vielzahl von
leitenden Gliedern auf, von denen jedes ein erstes Ende und ein
zweites Ende hat. Jedes leitende Glied ist teilweise in mindestens
einem der Vielzahl von Isolatoren eingeschlossen, so dass das erste
Ende jedes leitenden Gliedes von der ersten Seite des leitenden Gehäuses freigegeben
wird, und das zweite Ende des leitenden Gliedes von der zweiten
Seite des leitenden Gehäuses
freigegeben wird. Das erste Ende jedes leitenden Gliedes ist an
ein Kontaktfeld der ersten Vielzahl von Kontaktfeldern gekoppelt
und das zweite Ende jedes leitenden Gliedes ist an ein Kontaktfeld
der zweiten Vielzahl von Kontaktfeldern gekoppelt.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Testsystems ist das leitende Gehäuse des Interposers aus Druckgussmetall.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
des Testsystems weist das Testsystem weiter eine erste Vielzahl
von Kontakten, eine zweite Vielzahl von Kontakten und einen Erdungskontakt
auf. Jeder der ersten Vielzahl von Kontakten koppelt ein erstes
Ende eines leitenden Gliedes der Vielzahl von leitenden Glieder an
ein Kontaktfeld der ersten Vielzahl von Kontaktfeldern. Jeder der
zweiten Vielzahl von Kontakten koppelt ein zweites Ende eines leitenden
Gliedes der Vielzahl von leitenden Gliedern an ein Kontaktfeld der
zweiten Vielzahl von Kontaktfeldern. Der Erdungskontakt koppelt
das leitende Gehäuse
an ein Erdungskontaktfeld auf der ersten Schnittstellenplatine und/oder
der zweiten Schnittstellenplatine.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung und die Ausführungsbeispiele davon
werden besser verständlich,
wenn die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden
Zeichnungsfiguren gelesen wird. In den Figuren sind die Elemente
nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
Im Allgemeinen sind gleiche Elemente, die in mehreren Figuren auftauchen,
durch eine gleiche Referenzbezeichnung identifiziert. In den Zeichnungen
ist Folgendes gezeigt:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht der Komponenten eines Testsystems;
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2 ist
eine aufgeschnittene Ansicht eines Interposers;
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3A ist
eine Skizze eines leitenden Gliedes einer Bauart mit leitender Feder;
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3B ist
eine Skizze eines leitenden Gliedes einer Bauart mit leitendem Stab;
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4A ist
eine perspektivische Ansicht eines rechtwinkligen Einsatzes, der
eine leitende Feder aufweist, die teilweise in ein Isolationselement eingeschlossen
ist;
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4B ist
eine Querschnittsansicht des rechtwinkligen Einsatzes der 4A;
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4C ist
eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Einsatzes, der
einen leitenden Draht aufweist, der teilweise in einem Isolationselement
eingeschlossen ist;
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4D ist
eine Querschnittsdraufsicht auf den zylindrischen Einsatz der 4C;
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5A ist
eine perspektivische Ansicht eines dünnwandigen leitenden Gehäuses für rechtwinklige
Einsätze
während
eines Schrittes des Herstellungsprozesses;
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5B ist
eine perspektivische Ansicht eines dickwandigen leitenden Gehäuses für rechtwinklige
Einsätze;
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5C ist
eine perspektivische Ansicht eines leitenden Gehäuses für zylindrische Einsätze während eines
Schrittes eines Herstellungsprozesses;
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6A ist
eine perspektivische Ansicht eines Interposers mit einem dünnwandigen
leitenden Gehäuse,
das rechtwinklige Einsätze
mit leitenden Federkontakten hat, die in einem Isolationselement eingeschlossen
sind;
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6B ist
eine perspektivische Ansicht eines Interposers mit einem dickwandigen
leitenden Gehäuse,
das rechtwinklige Einsätze
hat, die leitende Federkontakte aufweisen, die in einem Isolationselement
eingeschlossen sind;
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6C ist
eine perspektivische Ansicht eines leitenden Gehäuses für zylindrische Einsätze mit installierten
zylindrischen Einsätzen,
die einen leitenden Stab- bzw. Stiftkontakt haben, der teilweise
in einem Isolationselement eingeschlossen ist;
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, teilweise in Explosionsansicht, eines
leitenden Gehäuses
mit installierten zylindrischen Einsätzen und oberen und unteren
Elastomerkontaktblättern
vor der Installation;
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8 ist
eine perspektivische Ansicht eines Interposers, der ein leitendes
Gehäuse,
zylindrische Einsätze
und obere und untere Elastomerkontakte zeigt;
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9A ist
eine Querschnittsseitenansicht eines geerdeten Einsatzes, der eine
leitende Feder A10 hat, die teilweise in einem leitenden Material 15 eingeschlossen
ist;
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9B ist
eine Querschnittsseitenansicht eines geerdeten Einsatzes, der eine
große
leitende Feder A13 hat;
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9C ist
eine Querschnittsseitenansicht eines geerdeten Einsatzes, der eine
leitende Feder A10 hat, die in einem engen Hohlraum in dem leitenden
Gehäuse
eingeschlossen ist; und
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9D ist
eine Querschnittsseitenansicht eines geerdeten Einsatzes, der einen
leitenden Stab B10 und einen Kurzschluss 19 aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Der
Erfinder hat festgestellt, dass ein Testsystem durch einen Interposer
verbessert werden könnte,
der eine gute Signalintegrität
für Hochgeschwindigkeitssignale
vorsieht. Interposer des Standes der Technik haben bei Datenraten
von über
2,5 Gbps (Gigabits pro Sekunde) verschlechterte Signale. Ausführungsbeispiele
der Erfindung können
mit einer akzeptablen Leistungsfähigkeit
bei Datenraten von über
2,5 Gbps und in manchen Ausführungsbeispielen
von über
10 Gbps hergestellt werden.
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Der
Erfinder hat festgestellt, dass die Zwischenelement- bzw. Interposer-Leistungsfähigkeit durch
Impedanzfehlanpassungen zwischen Signalleitern in dem Interposer
und den elektronischen Anordnungen eingeschränkt wurde, wie beispielsweise der
Testvorrichtungsschnittstellenplatine und/oder der Einrichtungsschnittstellenplatine,
die durch den Interposer verbunden waren. Zum Beispiel können Signalspuren
bzw. Signalleiterbahnen innerhalb dieser elektronischen Anordnungen
eine Impedanz von 50 Ohm haben. Wenn die Signalleiter, die Signale durch
den Interposer übertragen
gleichermaßen
eine Impedanz von näherungsweise
50 Ohm hätten, könnten Reflexionen
und Signalverzerrungen reduziert werden.
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Früher wurden,
um die Impedanzfehlanpassung zu verringern, Leiter innerhalb des
Interposers geerdet. Die Anzahl und die Lage der geerdeten Leiter
relativ zu den Signalleitern legte die Impedanz der Signalleiter
fest. Die Impedanz ist jedoch sowohl eine Funktion der Frequenz
der Signale, die durch die Signalleiter hindurch laufen als auch
der Geometrie der Signalleiter und nahe gelegener Erdungsstrukturen. Entsprechend
benötigen
Interposer, die in Hochfrequenztestsystemen verwendet werden, andere
Konfigurationen der Signal- und Erdungsleiter als ähnliche
Interposer, die in Niedrigfrequenztestsystemen oder anderen Niedrigfrequenzanwendungen
verwendet werden. Insbesondere müssen,
wenn die Signalfrequenz ansteigt, die geerdeten Leiter näher an den Signalleitern
sein, um eine erwünschte
Impedanz des Signalleiters beizubehalten.
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Der
Erfinder hat festgestellt, dass Datenraten von näherungsweise 2,5 Gbps und darüber zu Signalfrequenzen
führen,
die erfordern würden,
dass die geerdeten Leiter näher
an den Signalleitern wären,
als dies leicht unter Verwendung herkömmlicher Interposer-Konstruktionstechniken
hergestellt werden kann.
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Interposer
gemäß einigen
Ausführungsbeispielen
der Erfindung sehen eine bessere Impedanzanpassung und eine Reduktion
von Nebensprechen vor, sogar bei relativ hohen Frequenzen. 2 veranschaulicht
einen Interposer gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der Interposer der 2 kann in
einem Testsystem, wie es in 1 veranschaulicht
ist, verwendet werden, um elektrische Verbindungen zwischen der
Testvorrichtungsschnittstellenplatine 3 und der Einrichtungsschnittstellenplatine 4 herzustellen.
Die Art der elektronischen Anordnungen, die durch einen Interposer
verbunden sind, stellt jedoch keine Einschränkung der Erfindung dar und
Interposer gemäß den Ausführungsbeispielen
der Erfindung können
in jeglichem geeigneten elektronischen System aufgenommen sein,
um jegliche geeigneten elektronischen Anordnungen zu verbinden.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
weist der Interposer 2 ein leitendes Gehäuse 18,
leitende Glieder (von denen aus Gründen der Einfachheit nur das leitende
Glied 10 nummeriert ist), isolierende Glieder (von denen
aus Gründen
der Einfachheit nur das isolierende Glied 14 nummeriert
ist) und Kontakte (von denen aus Gründen der Einfachheit nur die
Kontakte 11 und 12 auf dem leitenden Glied 10 nummeriert sind)
auf. Der Interposer 2 kann mehrere leitende Glieder enthalten,
von denen jedes ein Signal durch den Interposer 2 übertragen
kann. In dem in 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel
sind mehrere leitende Glieder in parallelen Reihen angeordnet, wodurch
sie eine rechtwinklige Anordnung von leitenden Gliedern bilden.
Jedoch ist die Anordnung der leitenden Glieder innerhalb des Interposers 2 nicht wesentlich
für die
Erfindung, jegliche geeignete Anordnung von leitenden Gliedern kann
verwendet werden.
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In
dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
hat jedes der leitenden Glieder eine ähnliche Form und eine ähnliche
Befestigungsanordnung innerhalb des Interposers 2. Dieses
Merkmal kann die Konstruktion und die Verwendung des Interposers 2 vereinfachen,
ist jedoch kein Erfordernis der Erfindung. Jedes der leitenden Glieder
kann jegliche geeignete Form besitzen und auf jegliche geeignete Weise
innerhalb des Interposers 2 befestigt sein.
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Da
das Ausführungsbeispiel,
das in 2 veranschaulicht ist, mehrere ähnliche
bzw. gleiche Reihen von leitenden Gliedern aufweist, kann jegliche
Reihe für
die anderen Reihen repräsentativ
sein. Auf ähnliche
Weise kann, da jedes leitende Glied eine ähnliche Form und Befestigungsanordnung
aufweist, jedes leitende Glied für
alle leitenden Glieder repräsentativ
sein. Entsprechend veranschaulicht 2 aus Gründen der
Einfachheit einen Querschnitt durch eine einzelne Reihe von leitenden
Gliedern im Interposer 2, die nur einen Teil der leitenden Glieder
erkennen lässt.
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Das
leitende Gehäuse 18 sieht
eine strukturelle Halterung für
den Interposer vor und weist eine Anzahl von Hohlräumen auf.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
verläuft
jeder Hohlraum durch das leitende Gehäuse 18 von einer Oberseite zu
einer Unterseite. In dieser Konfiguration sieht jeder der Hohlräume einen
Kanal durch das leitende Gehäuse 18 vor,
um ein leitendes Glied aufzunehmen.
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Ein
isolierendes Glied 14 kann in jedem der Hohlräume angeordnet
sein. Ein leitendes Glied 10 verläuft durch jedes der isolierenden
Glieder 14. Entsprechend positioniert das Einsetzen eines
isolierenden Gliedes 14 ein leitendes Glied innerhalb eines Hohlraums
durch das leitende Gehäuse 18.
Jedes der leitenden Glieder kann ein erstes Ende haben, das in der
Oberseite eines leitenden Gliedes 10 freiliegt und ein
zweites Ende, das in der Unterseite des leitenden Gliedes 10 freiliegt.
Auf diese Weise kann jedes leitende Glied einen Signalpfad durch
den Interposer 2 vorsehen.
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Im
Betrieb kann das leitende Gehäuse 18 geerdet
sein. Entsprechend kann jedes der leitenden Glieder, wie beispielsweise
das leitende Glied 10, in relativer Nähe zu einem Erdungsleiter sein,
der durch die Wände
eines Hohlraums durch das leitende Gehäuse 10 gebildet wird.
Wie im Querschnitt der 2 zu sehen ist, ist jedes leitende
Glied, wie zum Beispiel das leitende Glied 10, von den
Wänden
des Hohlraums beabstandet, in dem es sich befindet, und zwar um
eine Distanz, die näherungsweise
gleich dem Radius r des Hohlraums ist. Die Distanz r kann weniger
als die Distanz d sein, die benachbarte leitende Glieder voneinander
trennt. Entsprechend gestattet das Erden des leitenden Gehäuses 18,
dass der Signal-zu-Erd-Abstand
geringer ist als dies möglich
ist, wenn benachbarte leitende Glieder, die einen Signalleiter umgeben,
geerdet werden. Entsprechend kann ein Interposer gemäß den Ausführungsbeispielen
der Erfindung eine geringere Impedanz vorsehen, sogar bei relativ
hohen Frequenzen, als Interposer des Standes der Technik, in denen
die Impedanz von Signalleitern durch das Erden der leitenden Glieder
gesteuert wurde.
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Eine
elektrische Verbindung zwischen den leitenden Gliedern, wie beispielsweise
dem leitende Glied 10 und elektronischen Anordnungen, die
durch den Interposer 2 miteinander verbunden werden sollen,
kann auf jegliche geeignete Weise hergestellt sein. Zum Beispiel
können
Kontakte, wie beispielsweise die Kontakte 11 und 12,
Federkontakte, dendritische Kontakte (Fuzz Buttons), Elastomer-Kontakte und
direkte Kontakte sein.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
können
die elektrischen Kontakte 11 und 12 ein integraler
Teil des leitenden Gliedes 10 sein. In dem in 3A veranschaulichten
Ausführungsbeispiel
ist das leitende Glied 10 eine leitende Feder A10, die
Federkontakte A11 und A12 an den jeweiligen Enden besitzt. Die Federkonstante
der Federkontakte A11 und A12 kann ausgewählt sein, um eine erwünschte Kontaktkraft
vorzusehen, wenn ein Interposer, der das leitende Glied A10 enthält, gegen
eine elektronische Anordnung gedrückt wird. Sowohl das Material,
das verwendet wird um die leitende Feder A10 zu bilden als auch
die Form der leitenden Feder A10 können ausgewählt sein, um die erwünschte Federkonstante vorzusehen.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
hat das leitende Glied A10 eine Serpentinenform mit mehreren Krümmungen.
Eine solche Form kann sicherstellen, dass das leitende Glied in
einen Hohlraum in dem leitenden Gehäuse 18 passt, ohne eine
elektrische Verbindung mit dem leitenden Gehäuse 18 herzustellen.
Die Serpentinenform gestattet es, dass die Länge jedes der Federkontakte
A11 und A12 größer ist
als die Distanz r (2). Die Form ist für die Erfindung
jedoch nicht kritisch und jegliche geeignete Form kann verwendet
werden.
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In
anderen Ausführungsbeispielen
können die
Kontakte 11 und 12 eine getrennte Komponente sein,
die elektrisch mit dem leitenden Glied 10 verbunden ist.
Zum Beispiel kann das leitende Glied ein leitender Stab B10 sein,
wie er in 3B gezeigt ist. Gegenüberliegende
Enden des leitenden Stabes B10 können
angeordnet sein, um leitende Oberflächen auf elektronischen Anordnungen
in Eingriff zu bringen, die durch den Interposer 2 verbunden
werden sollen. Obwohl eine direkte Verbindung eines oder beider
Enden des leitenden Stabes B10 mit der elektronischen Anordnung
möglich
sein kann, können
in manchen Ausführungsbeispielen
nachgebende Zwischenglieder zwischen den Enden des leitenden Stabes
B10 und den leitenden Strukturen eingesetzt sein, die durch den
Interposer 2 verbunden werden. Die nachgebenden Glieder
können
Kontakte, wie beispielsweise Federkontakte, dendritische Kontakte, ”Fuzz Buttons” oder Elastomer-Kontakte
sein.
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In
dem Beispiel der leitenden Feder A10 können die Federkontakte A11
und A12 durch die Oberflächen
des isolierenden Gliedes A14 freigelegt sein, wie in den 4A und 4B gezeigt
ist. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das isolierende
Glied A14 rechtwinklig. Die leitende Feder A10 und das Isolationselement
A14 bilden zusammen einen rechtwinkligen Einsatz A16. In dem veranschaulichten
Ausführungsbeispiel
kann das isolierende Glied A14 eine Größe annehmen, so dass es in
einen Hohlraum in dem leitenden Gehäuse 18 passt. Das isolierende
Glied A14 kann geformt oder größenmäßig bemessen
sein, um durch eine Presspassung innerhalb des leitenden Gehäuses 18 gehalten
zu werden, obwohl jeglicher geeigneter Anbringungsmechanismus verwendet
werden kann. Darüber
hinaus ist es nicht notwendig, dass das isolierende Glied A14 einen
Hohlraum im leitenden Gehäuse 18 vollständig ausfüllt. Es
können
ein oder mehrere isolierende Glieder verwendet werden, die bemessen
und geformt sind, um einen geeigneten Träger für das leitende Glied A10 vorzusehen.
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In
dem Ausführungsbeispiel
der 4C und 4D ist
der leitende Stab B10 teilweise in einem zylindrischen isolierenden
Glied B14 eingeschlossen. Gemeinsam bilden der leitende Stab B10
und das isolierende Glied B14 einen zylindrischen Einsatz B16. Die
Einsätze
A16 und B16 können
durch das leitende Gehäuse 18 auf
jegliche geeignete Weise in einer Position gehalten werden. 5A zeigt
einen rechtwinkligen Einsatz, der in ein dünnwandiges leitendes Gehäuse A18
eingesetzt wird. 5B zeigt ein dickwandiges leitendes
Gehäuse
A19 für
rechtwinklige Einsätze
eines alternativen Ausführungsbeispiels.
Die Wanddicke kann ausgewählt
werden, um eine geeignete Beabstandung zwischen den leitenden Gliedern
vorzusehen, während
sichergestellt wird, dass die Beabstandung zwischen jedem Signalleiter
und einer benachbarten Erde eine erwünschte Impedanz vorsieht. Es
kann jedoch jede geeignete Wanddicke verwendet werden und die Wanddicke
ist für
die Erfindung nicht kritisch.
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Die
Form der Hohlräume
in dem leitenden Gehäuse
ist ebenfalls nicht kritisch für
die Erfindung. 5C zeigt einen zylindrischen
Einsatz, der in einen zylindrischen Hohlraum in dem leitenden Gehäuse B18
eingefügt
wird.
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Interposer
gemäß den Ausführungsbeispielen
der Erfindung können
auf jegliche geeignete Weise hergestellt sein. Wie in 5A und 5C veranschaulicht,
kann ein leitendes Gehäuse
separat von den Einsätzen,
wie beispielsweise den Einsätzen A16
und B16, ausgebildet werden. Die Einsätze können dann in den Hohlräumen, die
durch das Gehäuse hindurch
verlaufen, unter Verwendung jeglicher geeigneten Herstellungstechnik
eingesetzt bzw. befestigt werden. In anderen Ausführungsbeispielen
jedoch können
isolierende Glieder an eine Stelle festgegossen sein, indem isolierendes
Material in Hohlräume
in einem leitenden Gehäuse
eingespritzt wird. Leitende Glieder können vor dem Einspritzen von isolierendem
Material in den Hohlräumen
positioniert sein oder können
anschließend
eingesetzt werden.
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5A, 5B und 5C stellen
Interposer während
eines Herstellungsstadiums dar. 6A und 6B veranschaulichen
fertiggestellte Interposer A20 und A21, die das dünnwandige
leitende Gehäuse
A18 bzw. das dickwandige leitende Gehäuse A19 verwenden. In beiden
Beispielinterposern A20 und A21 weisen die Einsätze A16 eine leitende Feder A10
in der Form der leitenden Federn A10 und rechtwinklige isolierende.
Glieder in der Form der Einsätze A14
auf. In diesem Beispiel sind die Kontaktteile U-förmig, wobei
sich die Basis des Us von der Oberfläche des Isolationselementes
weg erstreckt, so dass sie nicht in dem Isolationselement eingeschlossen
ist und sich frei bewegen kann.
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6C zeigt
einen Teil eines Interposers B20 mit Einsätzen B16 und dem leitenden
Gehäuse B18.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel enthalten
die Einsätze
B16 leitende Glieder in Form des leitenden Stabes B10 (3B).
Solche leitenden Glieder sehen möglicherweise
keine ausreichende Nachgiebigkeit für manche Ausführungsbeispiele
vor und können
in Verbindung mit nachgiebigen Gliedern verwendet werden, die Kontakte
an einem oder beiden Enden des leitenden Stabes bilden. Es können nachgiebige
Glieder hinzugefügt
werden, um den Interposer dieses Beispiels zu vervollständigen.
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7 kann
einen Interposer B20 in einem darauffolgenden Herstellungsstadium
darstellen, in dem die nachgiebigen Glieder hinzugefügt sind. 7 zeigt
einen teilweise vollständigen
Interposer B20, wobei gerade Elastomerkontakte B22 angebracht werden.
In einem Ausführungsbeispiel
werden die Elastomerkontakte B22 in Elastomerkontaktblättern B24
vorgesehen, wie sie in der Technik bekannt sind. Die Kontakte werden
mit den leitenden Gliedern ausgerichtet und angebracht, wie in 8 gezeigt
ist, die einen vollständigen
Interposer B30 zeigt. Die Elastomerkontakte können mit einem leitenden Haftmittel
oder auf jegliche andere geeignete Weise angebracht sein. In einigen
Ausführungsbeispielen kann
das Blatt B24 unter Verwendung eines nicht-leitenden Haftmittels
angebracht sein, das an Stellen aufgebracht wird, an denen kein
leitender Kontakt erforderlich ist. In anderen Ausführungsbeispielen
kann ein nicht-leitendes Haftmittel verwendet werden, um die Elastomerkontakte
an den isolierenden Gliedern anzubringen.
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Wie
gezeigt ist kontaktieren die Elastomerkontakte B22 das leitende
Gehäuse
B18 nicht. Es wird ausreichend Freiraum vorgesehen, um sicherzustellen,
dass jegliche Expansion aufgrund einer Kompression während der
Verwendung des Interposers nicht zu einem Kontakt zwischen den beiden führt. In
den oben erläuterten
Ausführungsbeispielen wird
eine elektrische Isolierung zwischen leitenden Gliedern vorgesehen,
die durch den Interposer 2 und das leitende Gehäuse des
Interposers 2 hindurch verlaufen. Mit dieser Konfiguration
kann jedes der leitenden Glieder verwendet werden, um ein Signal durch
den Interposer 2 zu übertragen.
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In
manchen Ausführungsbeispielen
können eines
oder mehrere der leitenden Glieder, die durch den Interposer 2 verlaufen,
elektrisch mit dem leitenden Gehäuse 18 verbunden
sein. Entsprechend sind in manchen Ausführungsbeispielen das leitende
Gehäuse 18 und
ausgewählte
leitende Glieder 10 kurzgeschlossen, wodurch diese Kanäle als Erde
bestimmt sind. Jede der 9A–9D veranschaulicht
eine Querschnittsansicht eines leitenden Gliedes, das elektrisch
auf beispielhafte Weise mit einem leitenden Gehäuse verbunden ist. Diagonale
Linien stellen das leitende Gehäuse
dar. Die elektrische Verbindung kann auf jegliche geeignete Weise
erreicht werden, die einen ausreichend leitenden Pfad zwischen dem
leitenden Glied und dem leitenden Gehäuse vorsieht. Zum Beispiel
kann ein leitendes Material 15 (9A) verwendet
werden anstelle des isolierenden Gliedes 14 (2),
ein breites leitendes Glied A13 (9B) kann
verwendet werden anstelle des leitenden Gliedes A10 (das überlagert
ist), die Größe des Hohlraums
in dem leitenden Glied 18 kann verringert werden (9C)
oder ein leitendes Glied 10 kann mittels eines Kurzschlusses 19 mit dem
leitenden Glied 18 verbunden sein.
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Das
Verbinden eines oder mehrerer leitender Glieder mit dem leitenden
Gehäuse
kann es nachgiebigen Gliedern an einem oder mehreren Enden dieser
leitenden Glieder gestatten, eine Verbindung zwischen dem leitenden
Gehäuse 18 und
Erdungsstrukturen an einem oder beiden der elektronischen Anordnungen
zu bilden, die durch den Interposer 2 verbunden werden.
Andere Ansätze
können
jedoch verwendet werden, um eine elektrische Isolierung vorzusehen.
In manchen Ausführungsbeispielen
kann das Elastomermaterial, das verwendet wird um die Elastomerkontaktblätter B24
zu bilden, Richtungsleitungseigenschaften aufweisen. Solch ein Material kann
beispielsweise aus einem Blatt von Elastomermaterial hergestellt
sein, das mehrere leitende Stränge
aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen des
Blattes B24 ausgerichtet sind. Bei einer derartigen Konfiguration
ist es nicht notwendig, separate Kontakte zu haben, die mit leitenden
Gliedern ausgerichtet sind, die Signale durch den Interposer B20 übertragen.
Vielmehr kann eine geeignete Verbindung hergestellt werden, ohne
die leitenden Glieder miteinander oder mit dem leitenden Gehäuse kurzzuschließen aufgrund
der Richtungsleitungseigenschaften des Elastomerblattes.
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Alternativ
können
in manchen Ausführungsbeispielen
Strukturen zum Erden der leitenden Gehäuse A18, A19 und B18 implementiert
sein. Zum Beispiel kann in 7 ein Elastomer-Erde-Kontakt B26
verwendet werden, um einen Kontakt zwischen Erdungsflächen auf
Oberflächen
der elektronischen Anordnungen vorzusehen, die vom Interposer B30 und
dem leitenden Gehäuse
B18 verbunden werden.
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Alternativ
kann ein andere Mechanismus zum Erden des leitenden Gehäuses 18 verwendet werden.
Zum Beispiel können
nachgebende Stifte, Federanschlüsse
oder andere Kontaktstrukturen verwendet werden, um das leitende
Gehäuse 18 mit
einer oder mehreren geerdeten Strukturen auf einer der oder beiden
elektronischen Anordnungen zu verbinden, die durch den Interposer 2 verbunden
sind. Solche Verbindungsstrukturen können auf der elektronischen
Anordnung oder dem leitenden Gehäuse des
Interposers 2 angeordnet sein. In anderen Ausführungsbeispielen
kann das leitende Gehäuse 18 mit
Erde verbunden sein, in dem es gegen eine Erdungsstruktur gedrückt wird
oder auf jegliche andere geeignete Weise.
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Der
Interposer 2 kann so konstruiert sein, dass er jegliche
geeigneten Abmessungen mit jeglichen geeigneten Materialien aufweist.
Zum Beispiel kann das leitende Gehäuse 18 aus Metall
oder metallisierten Komponenten gebildet sein. Beispielsweise kann
das leitende Gehäuse 18 unter
Verwendung bekannter Druckgusstechniken druckgegossen werden.
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Isolierende
Glieder, wie beispielsweise das isolierende Glied 14, kann
auch aus jeglichem geeigneten Material hergestellt sein. Zum Beispiel
können die
isolierenden Glieder aus einem nachgebenden Material, wie beispielsweise
einem Elastomer, gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können jedoch
andere Materialien, wie beispielsweise Kunststoffe, verwendet werden.
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Auf ähnliche
Weise kann jedes geeignete Material verwendet werden, um leitende
Glieder zu bilden. In manchen Ausführungsbeispielen können die
leitenden Glieder aus einem Metall oder metallisierten Komponenten
gebildet sein. Das leitende Gehäuse
jedoch muss nicht ein hochleitendes Material, wie beispielsweise
ein Metall sein, und in manchen Ausführungsbeispielen kann eine
zufriedenstellende Leistungsfähigkeit
mit Gehäusen
erreicht werden, die Leitfähigkeiten
von nur wenigen hundert Siemens pro Meter aufweisen. Zum Beispiel
können
einige Ausführungsbeispiele
Materialien einsetzen, die eine Leitfähigkeit von 300 Siemens pro
Meter oder mehr aufweisen. In anderen Ausführungsbeispielen können Materialien
mit Leitfähigkeiten
von 500 Siemens pro Meter oder mehr verwendet werden. In anderen Ausführungsbeispielen
können
jedoch Materialien mit wesentlich höherer Leitfähigkeit verwendet werden, wie
beispielsweise druckgegossene Metalle mit Leitfähigkeiten in einem Bereich
von 1,0 × 106 bis 2,0 × 107 Siemens
pro Meter.
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Für leitende
Glieder, die Federkontakte aufweisen, kann ein geeignetes federndes
Material verwendet werden. Beispiele von geeigneten Materialien
weisen Kupferlegierungen auf, die Berylliumkupfer und Phosphorbronze
beinhalten.
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Zum
Beispiel kann ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein leitendes Gehäuse
haben, das aus einem druckgegossenen Metall gebildet ist. Das Gehäuse und
die Einsätze
können
einen Höhe
h von 2,75 mm haben. In manchen Ausführungsbeispielen hat das isolierende
Glied 14 eine relative Permittivität bzw. dielektrische Leitfähigkeit εr im
Bereich von 2,7–3,6.
Die Beabstandung der Zentren der leitenden Glieder d ist von 0,8
bis 0,9 mm. Der Spalt g zwischen benachbarten Einsätzen des
leitenden Gehäuses
ist mindestens 0,75 mm. Entsprechend ist der Radius r des Einsatzes
in einer Konfiguration mit maximaler Dichte 0,05 bis 0,15 mm. Die
Abmessungen h, d, g und r sind in 2 bezeichnet.
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Nachdem
somit mindestens ein erläuterndes Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben wurde, werden dem Fachmann Veränderungen,
Modifikationen und Verbesserungen leicht ersichtlich sein.
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Solche
Veränderungen,
Modifikationen und Verbesserungen sollen im Umfang der Erfindung
liegen. Entsprechend soll die vorhergehende Beschreibung nur beispielhaft
sein und nicht einschränkend. Die
Erfindung wird nur eingeschränkt,
wie es durch die folgenden Ansprüche
und ihre äquivalenten
Ausführungen
definiert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Interposer mit einem leitenden Gehäuse wird offenbart. Leitende
Glieder verlaufen durch Isolationselemente, die in Öffnungen
in dem leitenden Gehäuse
angeordnet sind. Das leitende Gehäuse kann geerdet sein, wobei
es eine eng beabstandete Erdungsstruktur für Signalleiter vorsieht, die
durch das leitende Gehäuse
hindurch verlaufen und dadurch sieht es eine erwünschte Impedanz für Signale vor,
die durch die leitenden Glieder übertragen
werden. Solche Interposer können
in einem Testsystem verwendet werden, um Hochgeschwindigkeitssignale zwischen
Instrumenten, die Testsignale zu generieren und messen und zu testenden
Vorrichtungen zu koppeln.