DE19605630A1 - Verbesserter Keilverbinder für integrierte Schaltungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbinder und insbesondere auf Keilverbinder für integrierte Schaltungen.

Ein Keilverbinder für integrierte Schaltungen ist aus der U.S.-Patentanmeldung S/N 07/143,005, die am 26. Oktober 1993 eingereicht wurde, bekannt. Der darin beschriebene Keilver­ binder weist angespitzte Finger aus leitfähigem Metall auf, die durch einen Isolator getrennt sind. Die angespitzten Finger sind keilförmig, derart, daß sie an ihren Spitzen am dünnsten sind, damit sie einfacher in den Raum zwischen be­ nachbarten Beinen einer integrierten Schaltung (IC; IC = Integrated Circuit) eintreten können. Eine Reihe angespitz­ ter Keile (d. h. angespitzter Finger) ist angeordnet und be­ abstandet, um sich interdigital mit den Beinen des IC anzu­ ordnen. D.h., daß die Beine des IC ebenfalls eine Reihe mit einem Betrag an Zwischenbeinbeabstandung zwischen den Beinen entlang der Richtung der Reihe bilden. Die IC-Beine weisen Seiten auf, die sich entlang der Richtung der Reihe gegen­ überliegen, und die durch den Betrag an Zwischenbeinbeab­ standung getrennt sind. Mit interdigitalem Anordnen ist ge­ meint, daß die zugespitzten Finger oder Keile in den Zwi­ schenbeinabstand eindringen und die sich gegenüberliegenden Seiten der IC-Beine kontaktieren. Somit wird die linke Seite eines Keils, der in einen speziellen Zwischenbeinabstand eintritt, in elektrischen Kontakt mit der rechten Seite des IC-Beins auf der linken Seite dieses Zwischenbeinabstandes kommen, während die rechte Seite dieses Keils in elektri­ schen Kontakt mit der linken Seite des IC-Beins auf der rechten Seite dieses Zwischenbeinabstands kommen wird. Sowie die Eindringtiefe erhöht wird, treten die dickeren Teile des Keils in den Zwischenbeinabstand ein, füllen ihn vollständig aus und bewirken eine gute Wischwirkung und einen starken Kontaktdruck zwischen den Seiten der IC-Beine und den Seiten der Keile.

Innerhalb der Reihe von Keilen ist die linke Seite jedes Keils elektrisch mit der rechten Seite seines linksseitigen Nachbarkeils elektrisch verbunden, was als Folge bedeutet, daß die rechte Seite jedes Keils ferner mit der linken Seite seines rechtsseitigen Nachbarkeils elektrisch verbunden ist. Diese Verbindungen zwischen den Keilen in einer Reihe er­ zeugt einen sehr wünschenswerten Effekt: wenn n-fache Beine an dem IC und n+1-Keile in einer Reihe vorhanden sind, dann ist jedes Bein des IC an zwei verschiedenen Plätzen mit zwei verschiedenen Keilen in einer elektrischen Verbindung. Dies liefert dem Keilverbinder eine robuste Zuverlässigkeit.

Die Fig. 1 in dieser Anmeldung (welche auch Fig. 1 in der oben erwähnten Anmeldung ist) stellt allgemein die oben be­ schriebene Technik dar. Es wird angemerkt, daß die Keile und die sich gegenüberliegenden Seiten von benachbarten Keilen des ICs interdigital angeordnet sind, und daß kein Versuch unternommen ist, um einen Kontakt mit den äußeren Seiten der Beine des IC herzustellen. Statt dessen laufen die Keile zwi­ schen den Beinen durch.

So vorteilhaft die oben beschriebene Keilverbindungstechnik auch ist, so brachte die Erfahrung mit Keilverbindern, wie sie in der ′005-Anmeldung beschrieben ist, gelegentliche Probleme bei ihrer Verwendung zutage. Kurz zusammengefaßt kann es manchmal auftreten, daß bestimmte Keile des Verbin­ ders keinen elektrischen Kontakt mit entsprechenden Beinen des IC herstellen, es sei denn, daß unangenehm große Kräfte verwendet werden, um den Verbinder in seinen Platz zu drücken. Eine weitere Konsequenz ist die erhöhte Schwierig­ keit des sicheren Entfernens. Dies erhöht nicht nur die Be­ denken bezüglich einer zusätzlichen mechanischen Belastung des IC, sondern auch bezüglich einer versehentlichen Beschä­ digung des Keilverbinders durch einen Prozeß, der dem ähn­ lich ist, der auftreten kann, wenn ein IC von einem engen Sockel unter Verwendung des Daumens und des Zeigefingers entfernt wird. Das "zweifach in Serie zum Daumen" ergibt sich, wenn der IC in diesem Griff verrutscht, was damit en­ det, daß seine Beine schmerzhaft in den Daumen gedrückt wer­ den. (Ein einfaches Extraktionswerkzeug, das einem winzig kleinen Brecheisen ähnelt, wird tatsächlich für die Aufgabe des Entfernens von Kantensonden bevorzugt. Dabei besteht je­ doch ungünstigerweise der Nachteil, daß es nicht immer zur Hand ist, wenn es benötigt wird). Die Keile sind nicht wirk­ lich scharf und für ein Oberflächen-befestigtes Teil mit Beinen mit einem Mittenabstand von 0,5 mm (0,0197 Zoll) sind dieselben nahe genug zusammen, daß ein derartiger Unfall die Haut nicht verletzt. Dieser Vorfall kann jedoch die Keile deformieren. Dies ist mehr ein Ärgernis als ein schlimmes Ergebnis, da die Keile üblicherweise ohne weiteres mit der Hilfe einer Schneide eines Präzisionsmessers unter einem Niederleistungsmikroskop neu geformt werden können.

Zwei Dinge treten auf, um die oben beschriebenen Schwierig­ keiten zu erzeugen. Eines ist die Ungleichmäßigkeit der Zwi­ schenbeinbeabstandungen des IC (welche aus Abweichungen bei dem Verfahren des Entfernens des Dammstabs entstehen). Das andere ist die Steifheit der einzelnen Teile, welche eine leichte Anpassung an Abweichungen bei den Zwischenbeinab­ ständen verhindert. Die Idee besteht darin, daß mehr Kraft benötigt wird, um in einen kleinen Zwischenbeinabstand ein­ zudringen, und daß derselbe ein vollständiges Eindringen der Keilsonde insgesamt anhalten kann, bevor alle Keile überall einen Kontakt hergestellt haben. (Es scheint, daß keine Va­ riation der Mitte-zu-Mitte-Beabstandung der IC-Beine exi­ stiert, sondern lediglich in der Größe des Zwischenraumes, der zwischen benachbarten Beinen zurückbleibt, wenn der Dammstab herausgehackt wird.)

Ein weiteres Problem wurde ebenfalls festgestellt, welches darin besteht, daß Lötmittel durch die Spitzen der Keile von den verzinnten Beinen des ICs abgeschabt wird. Dies kann in einer Anhäufung von Lötmittelresten an der Spitze eines Keils resultieren, wodurch die beiden Seiten dieses Keils miteinander kurzgeschlossen werden. Dies ist sehr uner­ wünscht, da die beiden Seiten eines Keils zwei unterschied­ lichen Beinen eines ICs zugeordnet sind, wobei das Kurz­ schließen der Seiten eines Keils diese Beine kurzschließt, wenn der Keilverbinder auf dem IC eingebaut ist.

Es würde deswegen wünschenswert sein, die Kompressibilität und Seite-an-Seite-Flexibilität der Keile zu erhöhen, der­ art, daß sie besser den Variationen bei den Bein-zu-Bein- Zwischenräumen für den Lauf von ICs entsprechen, wodurch die benötigte Einfügekraft reduziert wird, um einen Kontakt zwi­ schen den Keilen und den Seiten der Beine sicherzustellen.

Es wurde ferner wünschenswert sein, die Ansammlung von Löt­ mittelresten von den Spitzen der Keile zu eliminieren.

Es würde ferner wünschenswert sein, wenn die erhöhte Kom­ pressibilität und Flexibilität und die Vorkehrungen gegen­ über Lötmittelresten die anfängliche Ausrichtung des Kan­ tenverbinders mit dem IC vereinfachen würden, und es ferner einfacher machen würden, zu erkennen, wann eine derartige interdigitale Anordnung erhalten ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Keilsonde zum Verbinden einer Testausrüstung mit den Beinen einer integrierten Schaltung zu schaffen, die eine höhere Zuverlässigkeit und Robustheit bei ihrer Anwendung ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird durch eine Keilsonde zum Verbinden einer Testausrüstung mit den Beinen einer integrierten Schaltung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Eine Lösung für das Problem der Keilnachgiebigkeit besteht darin, die Keile mit Luftzwischenräumen zwischen den Ab­ schnitten ihrer inneren Materialschichten herzustellen, die den zugespitzten Abschnitten des Keils entsprechen. Dies macht die Keile in ihrer zugespitzten Region zusammendrück­ barer sowie in der Seite-zu-Seite-Richtung etwas mehr bieg­ bar. Eine verwandte Lösung für das Problem des Sicherstel­ lens einer korrekten anfänglichen Interdigitalanordnung be­ steht darin, die Enden der leitfähigen Oberflächen an den Spitzen der Keile abzufasen. Dies reduziert den Querschnitt der Keile und macht sie "schärfer", derart, daß sie einfa­ cher die leeren Zwischenbeinabstände in Eingriff nehmen. Ei­ ne Lösung für das Problem der Lötmittelresteanhäufung be­ steht darin, ein Mittelstück aus isolierendem Material an dem zentralen Kern des Keils zu haben, das sich über das angespitzte Ende des Keils um einen kleinen Betrag, bei­ spielsweise um 0,254 mm (0,001 Zoll), hinaus erstreckt. Das Abfasen der leitfähigen Seiten der zugespitzten Keile hilft ebenfalls beim Bekämpfen der Lötmittelreste, da schärfere Kanten ein kleineres Fach darstellen, mit dem das Lötmittel ausgestochen werden kann, und mit dem ein Aufbau abgeschab­ ter Lötmittelreste zusammengetragen werden kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung wird nachfolgend bezugnehmend auf die bei liegenden Zeichnungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Keilsonde mit vier Reihen von Keilen oder zugespitzten Fingern, die über einer integrierten Schaltung mit vier Rei­ hen von Beinen positioniert ist, mit denen die Son­ de durch keilartig zugespitzte, doppelseitige Leiter zwischen diesen Beinen einen Kontakt herstellen soll;

Fig. 2 eine Endansicht eines integrierten Schaltungsgehäu­ ses mit zwei Reihen von Beinen auf den Seiten, wel­ ches durch eine Keilsonde angetastet ist, die der von Fig. 1 mit Ausnahme davon ähnlich ist, daß sie aus Übersichtlichkeitsgründen nur zwei Reihen von Keilen aufweist;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 2, welche darstellt, wo auf den Beinen eines normalen Ober­ flächen-befestigten ICs die Verkeilung auftritt; und

Fig. 4 eine Kantenansicht von verbesserten Keilen, die bei verschiedenen Graden des Eindringens in die Zwi­ schenbeinzwischenräume zwischen den Beinen einer integrierten Schaltung gezeigt sind.

Nachfolgend wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine per­ spektivische Ansicht einer Keilsonde 1 mit neun Keilen pro Seite 2 gezeigt ist, die über einem IC 4 mit Reihen von Bei­ nen 3, die acht Beine pro Reihe aufweisen, schwebt. Der IC 4 ist auf einer gedruckten Schaltungsplatine 5 befestigt. Die Verwendung von acht Beinen pro Seite auf dem IC entspricht nicht der tatsächlichen Erwartung (obwohl eine solche nicht unpraktikabel wäre), sondern es sind fünfundzwanzig oder mehr wahrscheinlich. Acht Beine pro der Reihe 9 und neun Keile pro der Seite 2 sind in der Figur lediglich aus Klar­ heitsgründen und aufgrund der Einfachheit der Darstellung gezeigt. Die Details des oberen Abschnitts der Keilsonde, die die Tatsache betreffen, wie die leitfähigen Oberflächen der Keile mit dem Anschlußstiftblock oben verbunden werden sollen, und die genaue Art und Weise der Herstellung der Keile selbst sind in der ′005-Anmeldung eingehend erörtert und müssen daher nicht wiederholt werden.

Fig. 2 zeigt eine Endansicht einer Situation, die Fig. 1 ähnlich ist, mit Ausnahme davon, daß der IC 7 die Beine 9 auf nur zwei Seiten aufweist. Dies wurde durchgeführt, um eine unverbaute Endansicht zu ermöglichen, ohne eine Reihe von Beinen in der Zeichenebene zeichnen zu müssen. In der Figur sind deutlich Keile oder angespitzte Finger 8 gezeigt, die zwischen den Beinen 9 durchlaufen. Die Kontaktregion zwischen den Keilen und den Beinen des ICs ist im wesentli­ chen die S-Kurve 10, die sich zwischen dem Punkt, an dem die Beine den IC verlassen und sich herunterbiegen, und dem Punkt befindet, wo sie sich wieder biegen, um die Platine 5 zu treffen. Ferner ist ein angewinkelter Keil 11 gezeigt, der dabei hilft, die Keilsonde über den IC zu positionieren.

Fig. 3 ist die Seitenansicht der in Fig. 2 gezeichneten Si­ tuation. In Fig. 2 wurden die leitfähigen Seiten 12 der Kei­ le 8 viel dicker gezeigt, als sie tatsächlich sind, damit sie deutlicher unterschieden werden können. Ferner wurden Details der inneren Abschnitte der Keile in dieser Figur nicht gezeichnet, diese Details sind jedoch in Fig. 4 ge­ zeichnet. Ein Trennstück aus isolierendem Material 13 er­ streckt sich von der Unterseite jedes Keils nach unten. Dies ist ebenfalls in Fig. 2 gezeichnet. Es wird ferner ange­ merkt, daß die leitfähigen Oberflächen an den Spitzen der Keile abgefast sind.

Das Abfasen der Keilspitzen und das vorstehende Stück aus isolierendem Material erfüllen zwei Zwecke. Zuerst machen sie die Spitzen der Keile schärfer, derart, daß die äußerste Spitze eine kleinere Strecke in der Richtung entlang der Reihe von Keilen oder Beinen besetzt. Dies hilft beim an­ fänglichen Ausrichten einer vorläufigen interdigitalen An­ ordnung vor dem vollen Eindringen der gesamten Dicken der Keile in den Zwischenbeinzwischenraum. Dasselbe hilft ferner dabei, die elektrische Überbrückung der zwei leitfähigen Seiten jedes Keils durch Lötmittelreste zu verhindern. Das vorstehende Stück aus Isoliermaterial ist eine mechanische Barriere gegenüber der Überbrückung und die abgefasten Spit­ zen kratzen weniger Lötmittel von den Beinen des ICs ab und liefern ferner ein kleineres Fach, um dieselben irgendwie bei sich anzusammeln.

Eine Seitenansicht der verbesserten Keile (8, 14-20) ist in Fig. 4 gezeigt. Bezugnehmend nun auf einen Keil 14 wird angemerkt, daß er aus einer schichtweisen Anordnung von Ma­ terialien aufgebaut ist. Auf der Außenseite befinden sich leitfähige Oberflächen 21 und 22 aus 0,0762 mm (0,003 Zoll) dickem BeCu. Ein mittlerer Kern 25 besteht aus einem 0,0508 mm (0,002 Zoll) dicken Polyimid. Die leitfähigen Oberflächen 21 und 22 sind mit dem Mittelkern 25 durch jeweilige Schich­ ten 23 und 24 aus Klebstoff verbunden, welche 0,0508 mm (0,002 Zoll) dick sind. Es wird angemerkt, daß die Kleb­ stoffschichten 23 und 24 sich nicht über die gesamte Länge des Keils 14 bis 20 erstrecken. Statt dessen laufen sie nur teilweise zur Spitze hin und schaffen somit Luftzwischenräu­ me 26 und 27. Diese geben den Keilen eine elastische Nach­ giebigkeit, wenn sie zwischen einem Paar benachbarter Beine 30 und 31 des IC zusammengedrückt werden. Es wird ferner an­ gemerkt, daß die Spitzen 28 und 29 der leitfähigen Oberflä­ chen feingeschliffen worden sind, um eine Fase zu erzeugen, und daß sich der mittlere Kern um einen geeigneten Betrag, z. B. 0,254 mm (0,010 Zoll), über die Spitze hinaus er­ streckt.

Fig. 4 zeigt zwei Luftzwischenräume 26 und 27. Abhängig von den Dicken der verwendeten Materialien, dem Grad an benötig­ ter Kompressibilität und vielleicht weiterer Faktoren kann ein einziger Luftzwischenraum ausreichend sein. D.h., daß sich die Klebstoffschicht 24 (unter der Voraussetzung, daß der Luftzwischenraum 27 für unnötig erachtet wird), über die gesamte Länge der Keile erstrecken würde. Wenn ein sehr dicker Keil benötigt wird, der aus zusätzlichen Klebstoff­ schichten oder Isolationen auf jeder Seite der mittleren Kernisolationsschicht 25 aufgebaut sein würde, könnte ein derartiger dicker Keil auf eine ähnliche Art und Weise drei oder vier Luftzwischenräume aufweisen, um einen entspre­ chenden Betrag an Kompressibilität zu erzeugen. Ferner kön­ nen diese "zusätzlichen" Luftzwischenräume (nicht gezeigt) an Positionen entlang der Länge des Keils anfangen, die sich von denen unterscheiden, an denen die "ursprünglichen" Luft­ zwischenräume (d. h. 26, 27) beginnen.

Die sich ergebenden Dicken des Keils 14 sind an verschie­ denen Positionen entlang der Länge des Keils gezeigt. Die Positionen sind in Schritten von 0,0254 mm (0,001 Zoll) über die weiteste Ausdehnung der abgefasten Spitzen 28 und 29 der leitfähigen Oberflächen 21 und 22 hinaus gezeigt und be­ ziehen sich auf eine integrierte Schaltung mit einem maxi­ malen Zwischenbeinzwischenraum von 0,254 mm (0,010 Zoll) für Beine, die sich bei einer Mitte-zu-Mitte-Beabstandung von 0,5 mm (0,0197 Zoll) befinden.

Die Keile 15 bis 20 sind derart gezeichnet, daß sie bei ver­ schiedenen Höhen über benachbarten Paaren von IC-Beinen schweben und in dieselben eindringen. Es wird auf die nach innen gerichtet Biegungswirkung der Keile 19 und 20 hinge­ wiesen, da ihre Luftzwischenräume 26 und 27 durch das we­ sentliche Eindringen der Keile in die Zwischenbeinzwischen­ räume des ICs aufgebraucht werden. Der Zwischenbeinzwischen­ raum kann für das Beispiel, das in Fig. 4 gezeigt ist, mit 0,254 mm (0,010 Zoll) angenommen werden.

Die Ergebnisse des Verwendens des verbesserten Keils, der oben beschrieben wurde, sind dramatisch. Eine Keilsonde des nicht-verbesserten Typs für ein 144-Oberflächenbefestigungs­ bauteil mit Beinen mit einer Mitte-zu-Mitte-Beabstandungen von 0,5 mm (0,0197 Zoll) dürfte abhängig von den Variatio­ nen der tatsächlichen Bein-zu-Bein-Zwischenräume für die einzelne integrierte Schaltung bis zu 18,14 Kilogramm (40 Pfund) an Kraft benötigen, um angebracht zu werden. Eine Keilsonde, die erfindungsgemäß verbessert ist, dürfte ledig­ lich 4,54 kg (10 Pfund) an Kraft zum Anbringen auf den glei­ chen IC benötigen. Dies entspricht einer Kraftreduktion von etwa 2,79 g/cm (3 Unzen/Fuß) oder 3,72 g/cm (4 Unzen/Fuß) auf etwa 0,93 g/cm (1 Unze/Fuß) oder 1,86 g/cm (2 Unzen/Fuß) pro Bein der integrierten Schaltung.

Claims (4)

1. Keilsonde zum Verbinden einer Testausrüstung mit den Beinen (9, 10) einer integrierten Schaltung, wobei die Keilsonde folgende Merkmale aufweist:

mindestens eine Reihe von n+1 angespitzten Keilen (8, 14-20), die voneinander beabstandet sind, um mit einer Reihe von n Beinen der integrierten Schaltung interdigi­ tal angeordnet zu werden;
wobei jeder angespitzte Keil eine erste und zweite leit­ fähige Oberfläche (21, 22) aufweist, die durch einen Isolator (25) getrennt sind, mit dem dieselben auf ge­ genüberliegenden Seiten durch eine jeweilige dazwischen­ liegende erste und zweite Schicht (23, 24) aus Klebstoff verbunden sind;
wobei jeder zugespitzte Keil eine Spitze aufweist, die für zugespitzte Keile innerhalb der Reihe derselben in den Zwischenbeinzwischenraum zwischen einem benachbarten Paar von Beinen (30-31) der integrierten Schaltung eintritt, und wobei jeder zugespitzte Keil ebenfalls ein Aneinanderfügeende aufweist, das an einer Trägerstruktur befestigt ist, die die zugespitzten Keile in der Reihe derselben physisch aufnimmt, und die eine elektrische Verbindung zwischen der ersten und zweiten leitfähigen Oberfläche und der Testausrüstung durchführt; und
wobei entweder die erste oder die zweite Schicht aus Klebstoff oder beide nur zwischen dem Aneinanderfügeende der zugespitzten Keile und einer inneren Position ent­ lang der Länge der zugespitzten Keile, d. h. zwischen dem Aneinanderfügeende und der Spitze, angeordnet sind, wo­ bei die Abwesenheit des Klebstoffs zwischen der inneren Position und der Spitze einen Zwischenraum (26, 27) zwi­ schen der zugeordneten Oberfläche der ersten und zweiten leitfähigen Oberfläche und dem Isolator erzeugt.

2. Keilsonde gemäß Anspruch 1, bei der sich die Isolierung über die Spitzen der zugespitzten Keile hinaus (13) er­ streckt.

3. Keilsonde gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die ersten und die zweiten leitfähigen Oberflächen an den Spitzen der zugespitzten Keile abgefast (28, 29) sind, um Meißelpunkte zu bilden.