DE19813526A1

DE19813526A1 - Multiple contact device for fine-pitch ball-grid-array (FPBGA) component

Info

Publication number: DE19813526A1
Application number: DE19813526A
Authority: DE
Inventors: Axel Dipl Ing Weber; Josef Dipl Ing Blaschko
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1999-06-17

Abstract

A multiple contacting device for simultaneous electrical contacting of several individual contacts (3) which are arranged in a small-pitch relationship. Contact wires (10) are oriented perpendicularly (A) to the contact surfaces (5) of the contacts (3) and have free-ends (8) functioning as test-probes (7) for individual contacting of the contact surfaces (5). The contact wires (10) have such a shape that a springy elastic suspension of the probes (7) is possible in the vertical direction (A).

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der - insbesondere zu Testzwecken - vorübergehenden gleichzeitigen elektrischen Kontaktierung von elektronischen Bauteilen mit einer Vielzahl einzelner Kontakte, die in feiner Teilung angeordnet sind und jeweils eine Kontaktoberfläche aufweisen.The invention is in the field of - in particular Test purposes - temporary simultaneous electrical Contacting electronic components with a variety individual contacts, which are arranged in fine division and each have a contact surface.

Derartige Bauteile sind beispielsweise aus dem Beitrag "Development of Molded Fine-Pitch Ball Grid Array (FPBGA) Using Through-Hole Bonding Process" von Shuichi Matsuda et al. zur 46^th ECTC 1996, Seiten 727 ff bekannt. Wie auch aus diesem Beitrag hervorgeht, ist grundsätzlich ein Trend zu im mer kleineren zur Verfügung stehenden Anschlußkontakt-Berei chen erkennbar, der eine zunehmende Verfeinerung der Teilung (d. h. des relativen Abstandes im Raster zueinander) der ein zelnen Kontaktoberflächen erfordert. Mit diesem Trend der Bauteilentwicklung geht der Bedarf nach entsprechend angepaß ten Einrichtungen zum Testen der Bauteile einher. Der Begriff "Testen" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung weit gefaßt zu verstehen und beinhaltet z. B. sowohl Prüfvorgänge als auch das vorübergehende Inbetriebsetzen der Bauteile, um bei spielsweise Alterungsvorgänge kontrolliert in Gang zu setzen (sogenanntes Burn-in). Dieser Bedarf wird in dem vorstehend genannten Beitrag nur summarisch unter Hinweis auf laufende Entwicklungen geeigneter Testeinrichtungen erwähnt. Derartige Testeinrichtungen müssen eine hochpräzise, wiederholbare und dennoch kostengünstige Kontaktierungsvorrichtung aufweisen.Such components are, for example, from the article "Development of Molded Fine-Pitch Ball Grid Array (FPBGA) Using Through-Hole Bonding Process" by Shuichi Matsuda et al. to the 46 ^th ECTC 1996, pages 727 ff. As can also be seen from this contribution, there is basically a trend towards increasingly smaller available contact contact areas, which requires an increasing refinement of the pitch (ie the relative spacing in the grid from one another) of the individual contact surfaces. This trend in component development goes hand in hand with the need for appropriately adapted facilities for testing the components. The term "testing" is to be understood broadly within the scope of the present invention and includes z. B. both test processes and the temporary commissioning of the components in order to set in motion, for example, aging processes (so-called burn-in). This need is only mentioned in summary in the above article with reference to ongoing developments of suitable test facilities. Such test devices must have a high-precision, repeatable and yet inexpensive contacting device.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer zu den vorstehend geschilderten Zwecken geeigneten Kontaktie rungsvorrichtung, die einfach aufgebaut ist und eine zuver lässige gleichzeitige Kontaktgabe mit mehreren Kontaktober flächen eines zu testenden Bauteiles mit Kontakten in sehr feiner Teilung bei hohen Testfrequenzen gestattet. Insbeson dere soll eine Testfrequenz von 4 GHz bei einem maximalen Teststrom von bis zu 500 mA gewährleistet sein, wobei Teilun gen von bis zu beispielsweise 0,15 mm kontaktiert werden sol len.The object of the invention is to create a for the purposes described above tion device, which is simple and a verver casual simultaneous contact with several contacts surfaces of a component to be tested with contacts in very fine division allowed at high test frequencies. In particular a test frequency of 4 GHz at a maximum Test current of up to 500 mA can be guaranteed, with division conditions of up to 0.15 mm, for example len.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Mehr fach-Kontaktierungsvorrichtung zum gleichzeitigen elektri schen Kontaktieren mehrerer einzelner Kontakte, die in feiner Teilung angeordnet sind,
This object is achieved according to the invention by a multiple contacting device for the simultaneous electrical contacting of a plurality of individual contacts which are arranged in fine pitch,

- With substantially perpendicular to the contact surfaces of the Contacts oriented contact conductors that act as test probes acting free ends for individual contacting the Have contact surfaces, and
- With such a shape of the contact conductor itself that elastic deflection of the test probes in a vertical direction Direction is enabled.

In einem weiteren Beitrag zur 46^th ECTC 1996 (Seiten 226 ff) mit dem Titel "High Resolution and Low-Cost Test Technique for Unpopulated MCM Substrate" von Bruce C. Kim et al. wird zwar im Hinblick auf einen sogenannten Substrattest ein ein zelner Prüfkontakt mit einer Prüfspitze offenbart. Die Fed erung des Prüfkontakts zur Erzeugung eines ausreichenden Kon taktdruckes muß offenbar durch zusätzliche Maßnahmen aufge bracht werden. Die aus diesem genannten Beitrag hervorgehende Kontaktierungsvorrichtung ist zum gleichzeitigen elektrischen Kontaktieren mehrerer einzelner Kontakte in feiner Teilung ungeeignet.In a further contribution to the 46 ^th ECTC 1996 (pages 226 ff) entitled "High Resolution and Low-Cost Test Technique for Unpopulated MCM Substrate" by Bruce C. Kim et al. an individual test contact with a test tip is disclosed with regard to a so-called substrate test. The suspension of the test contact to generate a sufficient contact pressure must obviously be brought up by additional measures. The contacting device resulting from this article is unsuitable for simultaneous electrical contacting of several individual contacts in fine pitch.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kontaktie rungsvorrichtung besteht in ihrem vergleichsweise einfachen und mit wenigen einzelnen Bauteilen realisierten Aufbau, der auch einen Einsatz in einem Testautomaten ermöglicht. Tests mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben gezeigt, daß sich Testfrequenzen von bis zu 4 GHz bei einem Teststrom von bis zu 500 mA erreichen lassen. Die Formgebung der Kontaktleiter selbst macht zusätzliche Elemente zur Kontaktkrafterzeugung überflüssig; insbesondere müssen die Prüfspitzen nicht zu sätzlich mit Kontaktkräften beaufschlagt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß auf Grund der durch die Formgebung der Kontaktleiter selbst erzeugten Kontaktkräfte eine im we sentlichen unabhängige absolute Einbaulage der Kontaktie rungsvorrichtung gewählt werden kann, solange eine geeignete relative Ausrichtung der Prüfspitzen zu den zu kontaktieren den Kontaktoberflächen gewährleistet ist.A major advantage of the contact according to the invention approximately consists in its comparatively simple and with just a few individual components, the construction of the also enables use in a test machine. Testing with the device according to the invention have shown that Test frequencies of up to 4 GHz with a test current of up to allow to reach 500 mA. The shape of the contact conductor itself makes additional elements for generating contact force superfluous; in particular, the test probes do not have to contact forces are also applied. Another The advantage is that due to the shape the contact conductor itself generated contact forces in the we considerable independent absolute installation position of the contact tion device can be selected as long as a suitable relative alignment of the probes to contact the contact surfaces is guaranteed.

Eine besonders kostengünstige Ausgestaltung der erfindungsge mäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Kontaktleiter Drähte sind.A particularly inexpensive embodiment of the fiction moderate device is that the contact conductor wires are.

Besonders bevorzugt können die Kontaktleiter jeweils einen aus ihrer Hauptlängsachse herausgebogenen Abschnitt aufwei sen, der die federelastischen Eigenschaften der Kontaktleiter und damit das Einfedern der jeweiligen Prüfspitze ermöglicht. Fertigungstechnisch bevorzugt ist der Abschnitt kreisbogen förmig oder mit einem Knick ausgestaltet.The contact conductors can particularly preferably each have one section bent out of its main longitudinal axis sen, the resilient properties of the contact conductor and thus allows the test probe to deflect. The section is preferably circular in terms of production technology shaped or with a kink.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines zeichnerisch dar gestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to a drawing illustrated embodiment further explained. Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Mehrfach-Kontaktierungsvor richtung und Fig. 1 a multi-Kontaktierungsvor direction and

Fig. 2 schematisch ein Kontaktkraft-Federwegdiagramm. Fig. 2 schematically shows a contact force travel diagram.

Die Figur zeigt in außerordentlich starker Vergrößerung ein Bauelement 1, dessen externe Anschlüsse beispielsweise als ein Fine-pitch Ball Grid Array (FPBGA) 2 der einleitend be schriebenen Art ausgebildet sind. Das Array 2 enthält eine Vielzahl von mehreren Hundert einzelnen Anschluß-Kontakten 3, von denen aus Darstellungsgründen in der Figur nur drei Kon takte gezeigt sind. In der dargestellten Situation befinden sich die ballig oder halbkugelartig gestalteten Kontaktober flächen 5 der Kontakte 3 im elektrischen Kontakt mit einer entsprechenden Anzahl Prüfspitzen 7. Die Prüfspitzen 7 sind in einer Teilung t zueinander angeordnet, die der Teilung T von z. B. 0,15 mm der Kontaktoberflächen 5 entspricht. Die Prüfspitzen 7 sind von freien Enden 8 einer entsprechenden Anzahl von Kontaktleitern 10 gebildet. Die Kontaktleiter 10 können beispielsweise Drähte sein, die im wesentlichen in senkrechter Richtung A zu den Kontaktoberflächen 5 ausgerich tet sind. Die Kontaktleiter 10 sind in Halterungen 12, 14, 16 geführt, die jeweils für den jeweiligen Kontaktleiter 10 ent sprechende Führungsöffnungen 12a, 14a, 16a aufweisen. Das je weils andere Ende 18 der Kontaktleiter 10 ist über einen An schlußkontakt 20 (sogenanntes Gold Pad) mit einem Testsockel 22 verbunden, auf dem nicht mehr dargestellte Leiterbahnen zu entsprechenden prüf- oder Ansteuerschaltungen führen. Der Testsockel 22 kann vorteilhafte Weise Bestandteil eines Testautomaten sein und bevorzugt in Oberflächenmontage-Tech nik (SMD-Technik) montiert sein. Dies bietet den Vorteil, daß die Vorrichtung beim Erreichen ihrer Lebensdauer einfach und schnell ausgetauscht werden kann.The figure shows an extremely large enlargement of a component 1 , the external connections of which are designed, for example, as a fine-pitch ball grid array (FPBGA) 2 of the type described in the introduction. The array 2 contains a plurality of several hundred individual connection contacts 3 , of which only three contacts are shown for reasons of illustration in the figure. In the situation shown, the spherical or hemispherical contact surfaces 5 of the contacts 3 are in electrical contact with a corresponding number of test probes 7. The test probes 7 are arranged in a division t that corresponds to the division T of z. B. 0.15 mm of the contact surfaces 5 corresponds. The test probes 7 are formed by free ends 8 of a corresponding number of contact conductors 10 . The contact conductors 10 can, for example, be wires which are aligned in the vertical direction A to the contact surfaces 5 . The contact conductors 10 are guided in brackets 12 , 14 , 16 which each have corresponding guide openings 12 a, 14 a, 16 a for the respective contact conductor 10 . The respective other end 18 of the contact conductor 10 is connected to a connection contact 20 (so-called gold pad) with a test socket 22 , on the conductor tracks, not shown, lead to corresponding test or control circuits. The test base 22 can advantageously be part of a test machine and preferably be mounted in surface mounting technology (SMD technology). This has the advantage that the device can be replaced quickly and easily when it reaches its service life.

In einem Abstand a und bei der in der Figur gezeigten Orien tierung somit unterhalb der Prüfspitze 7 ist ein Abschnitt 24 jeden Kontaktleiters 1 kreisbogenförmig aus seiner Haupt längsachse L herausgebogen. Bei senkrechtem Druck gegen die Prüfspitze 7 kann damit der jeweiliger Kontaktleiter 10 im Bereich seines bogenförmigen Abschnitts 24 einfedern, so daß zwischen der Prüfspitze 7 und der jeweiligen Kontaktober fläche 5 ein entsprechender Kontaktdruck entsteht. Ein we sentlicher dabei auftretender Vorteil besteht darin, daß die Prüfspitze 7 somit auch in der Lage ist, eine etwaig auf der Kontaktoberfläche 55 ausgebildete Oxydschicht 26 zu durchsto ßen und somit eine zuverlässige Kontaktgabe sicherzustellen. Die von dem Kontaktleiter selbst erzeugte Federvorspannung hat nicht nur den Vorteil, von zusätzlichen federnen Elemen ten unabhängig erzeugt zu sein, sondern besteht auch unabhän gig von der jeweiligen Einbaulage der Vorrichtung und ist so mit weitestgehend schwerkraftunabhängig.At a distance a and the orientation shown in the figure, thus below the test tip 7 , a section 24 of each contact conductor 1 is bent out in a circular arc from its main longitudinal axis L. At normal pressure against the probe 7 so that the respective contact conductor 10 can spring in the region of its arcuate portion 24 so that between the probe 7 and the respective contact upper surface 5 of a corresponding contact pressure arises. A significant advantage that arises is that the test probe 7 is thus also able to penetrate an oxide layer 26 possibly formed on the contact surface 55 and thus ensure reliable contacting. The spring preload generated by the contact conductor itself not only has the advantage of being generated independently by additional spring elements, but also exists independently of the respective installation position of the device and is thus largely independent of gravity.

Die Vorrichtung läßt sich leicht in eine automatisierte Test einrichtung (Testhandler) einsetzen und ermöglicht einen äuß erst hohen Testdurchsatz bei geringer Testzeit. Mit der Vor richtung lassen sich Teilungen T von bis zu 0,15 mm kontak tieren. Die Formgebung der Kontaktleiter 10 ermöglicht eine ausreichende Einfederlänge, die je nach konstruktiver Ausle gung beispielsweise 0,1 mm betragen kann.The device can be easily used in an automated test facility (test handler) and enables an extremely high test throughput with a short test time. With the device, graduations T of up to 0.15 mm can be contacted. The shape of the contact conductor 10 enables a sufficient spring length, which may be, for example, 0.1 mm depending on the design.

Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung der besonderen Vorteile bei Verwendung sog. Knick- oder Federdrähte als Kontaktleiter schematisch deren Federkennlinie im Vergleich zur Kennlinie eines Federkontaktstiftes. Geeignete Knickdrähte sind bei spielsweise von der Fa. Feinmetall, Herrenberg/Deutschland erhältlich. Die Drähte haben die vorteilhafte Eigenschaft, daß die ausgeübte Kontaktkraft ab einem Federweg (Hub) von ca. 35% vom weiteren Hub unabhängig nahezu konstant ist. Dagegen zeigt die punktiert dargestellte Kraft-Weg-Kennlinie eines üblichen Federkontaktstiftes eine von vom jeweiligen Hub abhängige Kontaktkraft. Fig. 2 shows to clarify the particular advantages when using so-called. Kink or spring wires as a contact conductor schematically their spring characteristic compared to the characteristic of a spring contact pin. Suitable kink wires are available from Feinmetall, Herrenberg / Germany, for example. The wires have the advantageous property that the contact force exerted is almost constant independently of the further stroke from a spring travel (stroke) of approx. 35%. In contrast, the dotted force-displacement characteristic curve of a conventional spring contact pin shows a contact force that is dependent on the respective stroke.

Claims

1. multiple contacting device for the simultaneous electrical contacting of several individual contacts ( 3 ) which are arranged in fine pitch (T),

- With substantially perpendicular (A) to contact surfaces ( 5 ) of the contacts ( 3 ) oriented contact conductors ( 10 ), which act as test probes ( 7 ) free ends ( 8 ) for individual contacting the contact surfaces ( 5 ), and
- With such a shape of the contact conductor ( 10 ) itself that an elastic deflection of the test tips ( 7 ) in the vertical direction (A) is made possible.

2. Device according to claim 1,

- The contact conductors ( 10 ) are wires.

3. Device according to claim 1 or 2,

- The contact conductors ( 10 ) each have a section ( 24 ) bent out of their main longitudinal axis (L), which enables the deflection of the respective test probe ( 7 ).

4. The device according to claim 3,

- The section ( 24 ) is in the form of a circular arc.