DE19847244A1 - Prüfkopf für Mikrostrukturen mit Schnittstelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Prüfkopf mit einer Kontaktiervorrichtung zum Kontaktieren von vorzugs­ weise eng nebeneinander angeordneten Prüfpunkten eines elektrischen Prüflings, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Prüfköpfe der hier angesprochenen Art dienen zum gleichzeitigen Kontaktieren von mehreren, nebenein­ ander angeordneten Prüfpunkten eines elektrischen Prüflings, beispielsweise eines Halbleiterbauele­ ments. Der Prüfkopf umfaßt mehrere stiftförmige, aus einem elastischen Material bestehende Kontakt­ elemente, die bei einem Prüfvorgang in Anlage mit jeweils einem zugeordneten Prüfpunkt gebracht wer­ den. Die Kontaktkraft wird dabei durch Ausknicken und/oder Ausfedern der Kontaktelemente senkrecht zu ihrer Längserstreckung beim Aussetzen der Kontakt­ elemente auf die Prüfpunkte beziehungsweise der Prüfpunkte auf die Kontaktelemente aufgebracht. Die Kontaktelemente sind in Durchgangsöffnungen von zwei voneinander beabstandeten Führungsplatten an­ geordnet. Aufgrund ihrer Funktion müssen die Kon­ taktelemente in den Durchgangsöffnungen der Füh­ rungsplatten axial beweglich gelagert sein. Um zu verhindern, daß die Kontaktelemente in Bereit­ schaftsstellung des Prüfkopfs, also beispielsweise zwischen zwei Prüfvorgängen, aus dem Prüfkopf beziehungsweise den Durchgangsöffnungen - der Schwerkraft folgend - herausfallen, ist aus der DE 23 64 786 bekannt, im Endbereich eines Kontakt­ elements einen Abstützkopf anzubringen, dessen Außenmaße größer sind als die lichte Weite der Durchgangsöffnungen. Aufgrund der durch den Ab­ stützkopf bedingten Vergrößerung des Durchmessers der Kontaktelemente weist das jeweilige Kontaktele­ ment einen erhöhten Platzbedarf auf. Durch den re­ lativ großen Abstand der Kontaktelemente zueinander können auf engstem Raum angeordnete, kleine Prüf­ punkte, wie sie beispielsweise bei Prüflingen aus der Halbleitertechnik häufig vorkommen, nicht mehr kontaktiert werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Prüfkopf zu schaffen, bei dem die Kontaktelemente eng neben­ einander angeordnet werden können und einfach aus­ tauschbar sind.

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird ein Prüfkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Dieser zeichnet sich dadurch aus, daß die Kontakt­ elemente in der jeweils zugeordneten Durchgangs­ öffnung der Führungsplatten axial verschieblich geführt sind und daß die jeweils einem Kontaktele­ ment zugeordneten Durchgangsöffnungen der Führungs­ platten derart versetzt zueinander angeordnet sind, daß das Kontaktelement in ihnen oder in mindestens einer von ihnen reibschlüssig gehalten ist. Die durch den Reibschluß zwischen der beziehungsweise den Durchgangsöffnungen und dem darin angeordneten Kontaktelement auf dieses wirkende Haltekräfte sind derart hoch, daß in einer Bereitschaftsstellung des Prüfkopfs, also wenn die Kontaktelemente nicht an den Prüfpunkten eines Prüflings anliegen, die Kon­ taktelemente in der beziehungsweise in den Durch­ gangsöffnungen gehalten wird. Ein Herausfallen der Kontaktelemente aus dem Prüfkopf aufgrund ihres Ei­ gengewichts wird somit sicher verhindert. Die durch den Reibschluß auf die Kontaktelemente wirkenden Haltekräfte sind gleichzeitig aber auch so gering, daß bei einem Prüfvorgang die Kontaktelemente in axialer Richtung verlagert werden können. Dabei knicken und/oder federn die Kontaktelemente in dem Zwischenraum zwischen den Führungsplatten senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu ihrer Längser­ streckung aus, wodurch die Kontaktkraft aufgebracht wird. Die Kontaktelemente des Prüfkopfs können eng, also in einem vorzugsweise sehr geringen Abstand nebeneinander angeordnet werden, so daß auch Prüf­ linge auf Funktion geprüft werden können, deren Prüfpunkte klein und auf engstem Raum angeordnet sind. Auf eine Vergrößerung des Durchmessers der Kontaktelemente, um diese am Prüfkopf, das heißt in den Durchgangsöffnungen der Führungsplatten zu hal­ ten, kann also verzichtet werden. Ein weiterer Vor­ teil, der sich durch das reibschlüssige Halten der Kontaktelemente ergibt, besteht darin, daß diese servicefreundlich montierbar sind, das heißt, sie können sowohl einfach in den Prüfkopf eingebracht als auch im Bedarfsfall ausgetauscht werden. Hierzu muß das jeweilige Kontaktelement lediglich aus den Durchgangsöffnungen der Führungsplatten herausgezo­ gen beziehungsweise hindurchgedrückt werden.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Prüfkopfs ist eine dritte Führungsplatte vorge­ sehen, die im Zwischenraum zwischen einer ersten Führungsplatte und einer zweiten Führungsplatte der Kontaktiervorrichtung angeordnet ist, wobei minde­ stens eine der einem Kontaktelement zugeordneten Durchgangsöffnungen zu den anderen Durchgangs­ öffnungen in den anderen Führungsplatten versetzt ist. Vorzugsweise ist die Durchgangsöffnung der dritten Führungsplatte zu den Durchgangsöffnungen der ersten und zweiten Führungsplatte versetzt an­ geordnet, so daß die Kontaktelemente bei zusammen­ gebautem Prüfkopf definiert vorgebogen sind. Da­ durch werden einerseits die Knickkraft vollständig ausgeschaltet und andererseits der Reibschluß zwi­ schen den Kontaktelementen und mit jeweils minde­ stens einer zugeordneten Durchgangsöffnung der Füh­ rungsplatten gebildet. Durch die dritte Führungs­ platte wird ferner sichergestellt, daß die Kontakt­ elemente sich insbesondere während eines Prüfvor­ gangs nicht gegenseitig berühren, so daß gegebenen­ falls auf eine elektrische Isolierung der Kontakt­ elemente gegeneinander hin verzichtet werden kann, was die Kosten des Prüfkopfs reduziert.

Bevorzugt wird auch ein Ausführungsbeispiel des Prüfkopfs, bei dem das den Prüfpunkten zugewandte und/oder abgewandte freie Ende der Kontaktelemente eine Kontaktspitze aufweist. Dadurch können auch sehr kleine, eng nebeneinander angeordnete Prüf­ punkte kontaktiert werden. Aufgrund der geringen Anlagefläche der Kontaktspitze an einem Prüfpunkt ist die sich einstellende Flächenpressung relativ groß, so daß ein guter elektrischer Kontakt gebil­ det wird. Nach einer ersten Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die stiftförmigen, vorzugsweise aus einem federelastischen Material bestehenden Kon­ taktelemente an einem freien Ende oder an beiden freien Enden zur Ausbildung der Kontaktspitze spitz zulaufen beziehungsweise angespitzt sind. Das je­ weilige Kontaktelement und die Kontaktspitze sind also einstückig ausgebildet. Bei einem anderen Aus­ führungsbeispiel ist die Kontaktspitze ein sepa­ rates Teil, das am freien Ende der Kontaktelemente angebracht wird. Dadurch können individuell für je­ den Prüfkopf Kontaktelemente eingesetzt werden, die Kontaktspitzen mit unterschiedlichen Formen und/oder Größen aufweisen, was die Anpassungsfähig­ keit des Prüfkopfs verbessert. Unabhängig von der Ausgestaltung der Kontaktspitze kann deren größter Durchmesser beziehungsweise größte Breite kleiner oder größer als der Durchmesser des Kontaktelements sein oder aber diesem entsprechen. Das heißt, der Übergang vom Kontaktelement zur Kontaktspitze ist entweder fließend und stufenlos oder aber der Über­ gang weist mindestens einen Absatz auf.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Prüfkopfs und

Fig. 2 eine Prinzipskizze eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels des Prüfkopfs.

Der im folgenden beschriebene Prüfkopf dient zur Prüfung elektronischer Bauelemente, deren Prüf­ punkte klein und nebeneinander angeordnet sind. Der Prüfkopf ist allgemein einsetzbar, beispielsweise im Bereich der Halbleitertechnik für den elektri­ schen Test von Feinstleiterplatten und Halbleiter­ wafern.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Prüfkopfs 1 zum gleichzeitigen Kontaktieren von mehreren, nebenein­ ander angeordneten Prüfpunkten 3 eines elektrischen Prüflings 5. Der Prüfkopf 1 umfaßt eine Kontaktier­ vorrichtung 7, die mittels Befestigungsmittel 9, beispielsweise Schrauben, lösbar mit einer Leiter­ platte 11 einer Prüfeinheit verbunden ist. Die Prüfeinheit ist wiederum mit einer Prüfeinrichtung, beispielsweise einer Prüfspannungsquelle oder der­ gleichen verbunden.

Die Kontaktiervorrichtung 7 umfaßt einen hülsenför­ migen Grundkörper 13, der ein Durchgangsloch 15 aufweist, in dem eine erste Führungsplatte 17, eine zweite Führungsplatte 19 und eine dritte Führungs­ platte 21 parallel zueinander und in einem Abstand voneinander gehalten sind. In den Führungsplatten 17, 19, 21 sind Durchgangsöffnungen 23 eingebracht, in denen stiftförmige, auch als Testsonden bezeich­ nete Kontaktelemente 25 axial verschieblich geführt sind. Die Kontaktelemente 25 bestehen aus einem elastischen, vorzugsweise federelastischen Mate­ rial, zum Beispiel Federmetall, und sind hier als Knickdrähte ausgebildet. Die Führungsplatten 17, 19, 21 bestehen vorzugsweise aus einem elektrisch nicht-leitenden Material, beispielsweise einem Kunststoff, Glas, Keramik, Silizium oder der­ gleichen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die jeweils einem Kontaktelement 25 zugeordneten Durchgangsöffnungen 23 der ersten und zweiten Führungsplatte 17 bezie­ hungsweise 19 fluchtend miteinander angeordnet. Die zugeordnete Durchgangsöffnung 23 der in dem Zwi­ schenraum zwischen der ersten und zweiten Führungs­ platte angeordneten dritten Führungsplatte 21 ist zu den Durchgangsöffnungen 23 der Führungsplatten 17, 19 versetzt. Dadurch weisen die in den Durch­ gangsöffnungen 23 angeordneten Kontaktelemente 25 einen Bogen auf. Durch das Auslenken der Kontakt­ elemente 25 senkrecht zu deren Längserstreckung wird ein Reibschluß zwischen den Kontaktelementen 25 und mindestens einer der zugeordneten Durch­ gangsöffnungen 23 der Führungsplatten 17, 19, 21 gebildet. Die Kontaktelemente 25 werden ausschließ­ lich durch Reibung im Grundkörper 13 der Kontak­ tiervorrichtung 7 gehalten. Ein Herausfallen bezie­ hungsweise Herausgleiten der Kontaktelemente 25 aus den Durchgangsöffnungen 23 wird somit sicher ver­ hindert.

Die Kontaktelemente 25 weisen an ihrem den Prüf­ punkten 3 des Prüflings 5 zugewandten freien Ende 27 und an ihrem der Leiterplatte 11 zugewandten freien Ende 28 jeweils eine Kontaktspitze 29 auf, die durch Anspitzen der stiftförmigen Kontaktele­ mente 25 gebildet wird. Die Kontaktelemente 25 sind mit ihrem den Prüfpunkten 3 abgewandten freien Ende 28 an jeweils eine zugeordnete Kontaktstelle 31 an­ drückbar, die bei dem in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsbeispiel auf der Leiterplatte 11 der Prüfeinheit angebracht sind. Das freie Ende 27 der Kontaktelemente 25 ist an jeweils einen zugeordne­ ten Prüfpunkt 3 des Prüflings 5 andrückbar.

Im folgenden wird die Funktion des Prüfkopfs 1 an­ hand eines Prüfvorgangs näher erläutert: In der in Fig. 1 dargestellten Funktionsstellung der Kontak­ tiervorrichtung 7 berühren die Kontaktelemente 25 sowohl die Prüfpunkte 3 des Prüflings 5 als auch die Kontaktstellen 31 auf der Leiterplatte 11. Durch eine Relativbewegung zwischen der Kontaktier­ vorrichtung 7 und dem Prüfling 5 werden die Kon­ taktelemente 25 in den Durchgangsöffnungen 23 der Führungsplatten 19 und 21 axial verlagert. Durch die Druckbeaufschlagung der stiftförmigen Kontakt­ elemente 25 in Längsrichtung werden die durch die versetzte Anordnung der Durchgangsöffnungen der dritten Führungsplatte 21 bereits vorgebogenen Kon­ taktelemente 25 ausgelenkt. Die durch die elasti­ schen Eigenschaften des Materials der Kontaktele­ mente erzeugten Rückstellkräfte pressen dabei die Kontaktelemente 25 mit ihren Kontaktspitzen 29 de­ finiert an die Prüfpunkte 3 des Prüflings 5 und an die Kontaktstellen 31 der Leiterplatte 21, wodurch ein geringer elektrischer Kontaktwiderstand erzielt wird. Die Prüfpunkte 3 können nun auf Durchgang und Isolation gegeneinander hin beziehungsweise der Prüfling 5 auf Funktion überprüft werden. Nachdem der Prüfvorgang abgeschlossen ist, werden die Kon­ taktiervorrichtung 7 und der Prüfling 5 voneinander getrennt. Die ausgelenkten/durchgebogenen Kontakt­ elemente 25 verlagern sich nun aufgrund ihrer ela­ stischen Eigenschaften selbsttätig in ihre Aus­ gangsstellung zurück.

Es wird deutlich, daß die Kontaktstellen 31 auf der Leiterplatte 11 als Widerlager für die Kontaktele­ mente 25 dienen. Es ist bei einem nicht dargestell­ ten Ausführungsbeispiel des Prüfkopfs vorgesehen, daß die Kontaktelemente 25 in Bereitschaftsstellung des Prüfkopfs 1 zu den Kontaktstellen 31 beabstan­ det angeordnet sind. Dadurch werden beim Kontaktie­ ren der Prüfpunkte die Kontaktelemente 25 zunächst soweit axial verlagert, bis diese an den Kontakt­ stellen 31 anliegen. Erst dann können die Kontakt­ elemente 25 weiter durchgebogen und somit die Kon­ taktkräfte erzeugt werden, die die Kontaktspitzen 29 der Kontaktelemente 25 an den jeweiligen Prüf­ punkt 3 beziehungsweise die jeweilige Kontaktstelle 31 anpressen.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Prüfkopfs 1 zeichnet sich durch eine sehr kompakte Bauweise und eine hohe Anpassungsfähigkeit an bei­ spielsweise verschiedene Prüflinge und/oder Prüf­ parameter aus.

Fig. 2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungs­ beispiel des Prüfkopfs 1. Teile, die mit denen in Fig. 1 übereinstimmen, sind mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen, daß insofern auf die Beschreibung zur Fig. 1 verwiesen wird. Im folgenden soll le­ diglich auf die Unterschiede näher eingegangen wer­ den.

Die Kontaktiervorrichtung 7 ist mittels der Be­ festigungsmittel 9 lösbar mit einem Anschlußkopf 33 verbunden, an dem die Kontaktstellen 31 angebracht sind. Diese sind jeweils mit dem freien Ende einer Leitung 35 verbunden, die über nicht dargestellte Steckverbinder oder direkt mit der Prüfeinrichtung verbunden sind. Die Leitungen 35 sind in Löchern 37 des Anschlußkopfs 33 befestigt, beispielsweise ein­ geklebt.

Den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen ist gemeinsam, daß die Kontaktier­ vorrichtung 7 einfach durch Lösen der Befestigungs­ mittel 9 von den übrigen Teilen des Prüfkopfs 1 ge­ trennt werden kann. Die Kontaktelemente 25 sind dann von beiden Öffnungen des Durchgangslochs 15 zugänglich, was einen Austausch einzelner Kontakt­ elemente 25 vereinfacht. Dadurch, daß die Kontakt­ elemente 25 lediglich reibschlüssig in wenigstens einer der Durchgangsöffnungen 23 der Führungsplat­ ten 17, 19, 21 gehalten sind, können diese ohne weiteres aus den Durchgangsöffnungen ausgebracht und neue Kontaktelemente eingesetzt werden.

Zusammenfassend ist festzuhalten, daß der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene Prüfkopf 1 einen einfachen Aufbau aufweist und somit kostengünstig herstellbar ist, insbesondere deshalb, weil die Kontaktelemente lediglich reibschlüssig in den Durchgangsöffnungen der Führungsplatten beziehungs­ weise in der Durchgangsöffnungen einer der Füh­ rungsplatten reibschlüssig gehalten sind. Mit dem Prüfkopf können fein strukturierte Prüflinge, deren Prüfpunkte sehr klein und in einem geringen Abstand voneinander angeordnet sind, geprüft werden, wobei durch die angespitzten Kontaktelemente beziehungs­ weise die Kontaktspitzen der Kontaktelemente -aufgrund der hohen Flächenpressung- ein guter elektrischer Kontakt sowohl zwischen Kontaktelement und Prüfpunkt als auch Kontaktelement und Kontakt­ stelle erreicht wird.

Claims (10)

1. Prüfkopf mit einer Kontaktiervorrichtung zum Kontaktieren von vorzugsweise eng nebeneinander an­ geordneten Prüfpunkten eines elektrischen Prüf­ lings, mit mehreren, mit einer Prüfeinheit, insbe­ sondere mit einer Leiterplatte der Prüfeinheit, ei­ ner Prüfeinrichtung elektrisch verbindbaren Kon­ taktelementen, die in Durchgangsöffnungen von min­ destens zwei Führungsplatten angeordnet sind, wobei die Führungsplatten in einem Abstand voneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (25) in der jeweils zugeordneten Durchgangsöffnung (23) der Führungsplatten (17, 19) axial verschieblich geführt sind und daß die je­ weils einem Kontaktelement (25) zugeordneten Durch­ gangsöffnungen (23) der Führungsplatten (17, 19) derart versetzt zueinander angeordnet sind, daß das Kontaktelement (25) in ihnen oder in mindestens ei­ ner von ihnen reibschlüssig gehalten ist.

2. Prüfkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Führungsplatte (21), die im Zwischen­ raum zwischen einer ersten Führungsplatte (17) und einer zweiten Führungsplatte (19) angeordnet ist, wobei mindestens eine der einem Kontaktelement (25) zugeordneten Durchgangsöffnungen (23) zu den ande­ ren Durchgangsöffnungen (23) in den anderen Füh­ rungsplatten (17, 19) versetzt ist.

3. Prüfkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die jeweils einem Kontaktelement (25) zu­ geordneten Durchgangsöffnungen (23) der ersten und zweiten Führungsplatte (17, 19) fluchtend angeordnet sind und daß die zugeordnete Durchgangsöffnung (23) in der dritten Führungsplatte (21) zu den Durch­ gangsöffnungen (23) der anderen Führungsplatten (17, 19) versetzt ist.

4. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktele­ ment (25) aus einem elastischen, vorzugsweise fe­ derelastischen Material besteht.

5. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktele­ mente (25) als Knickdrähte ausgebildet sind.

6. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das den Prüfpunk­ ten (3) zugewandte und/oder abgewandte freie Ende der Kontaktelemente (25) eine Kontaktspitze (29) aufweist.

7. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das den Prüfpunk­ ten (3) zugewandte Ende (27) der Kontaktelemente (25) an den jeweils zugeordneten Prüfpunkt (3) an­ drückbar ist.

8. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das den Prüfpunk­ ten (3) abgewandte freie Ende (28) der Kontaktele­ mente (25) zur Herstellung des elektrischen Kon­ takts mit der Prüfeinheit an jeweils eine zugeord­ nete Kontaktstelle (31) andrückbar ist.

9. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstelle (31) auf der Prüfeinheit (Leiterplatte (11)) ange­ bracht ist.

10. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstelle (31) mit dem freien Ende einer Leitung (35) verbun­ den ist, die zur Prüfeinrichtung führt.