DE202010002560U1 - Flexibler Messadapter zur Rastererweiterung der Anschlusspins von elektronischen Bauteilen (Pinarrays) - Google Patents

Abstract

Flexibler Messadapter zur Rastererweiterung der Anschlusspins von elektronischen Bauteilen (Pinarrays).
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aufbau dieses flexiblen Messadapters, wie in 6 dargestellt, aus einem Messadapteroberteil (6) zur Aufnahme des Prüflings (3), einer Leiterplatte (7), die als mechanisches Interface zwischen Messadapteroberteil und Messadapterunterteil dient, und einem Messadapterunterteil (8) besteht.
Die einzelnen Komponenten (5, 6, 7, 8, 9) des flexiblen Messadapters sind in 7 in einer Schnittzeichnung dargestellt. In 8 wird dargestellt, wie der Zusammenbau erfolgt, um eine Rastererweiterung von elektronischen Bauteilen (3), auch Pinarrays genannt, auf ein Testerinterfaceboard (TIB) (2) zu ermöglichen. Die Kontaktierung erfolgt über sogenannte Pogopins, wie in 4 und 5 dargestellt. Auf die Darstellung weiterer Details, in Form von zusätzlichen Schrauben oder ähnlichen Dingen, die zum Zusammenbau des flexiblen Messadapters eventuell erforderlich sind, wurde hier in der Darstellung bewusst verzichtet um die wesentlichen Merkmale des flexiblen Messadapters besser zu verdeutlichen. Sie sind aber ebenfalls Bestandteil...

Description

1

Messadapter nach dem heutigen „Stand der Technik”; mechanische Adaption im Verhältnis 1:1

2

Leiterplatte in der Verwendung als Testerinterfaceboard (TIB)

3

Prüfling, elektronisches Bauteil, Beispielsbauteil BGA-256, Pinarray mit 256 Anschlüssen

4

Verschraubung zw. Messadapter und Leiterplatte

5

Pogopins „Stand der Technik”, normale Größe

6

Messadapteroberteil des flexiblen Messadapters

7

Leiterplatte des flexiblen Messadapters

8

Messadapterunterteil des flexiblen Messadapters

9

Pogopins „Stand der Technik”, kleine Größe

10

Tester-Ressourcen

• Allgemeines:
• Messadapterober- oder unterteil = inkl. der notwendigen Pogopins
• TIP = steht stellvertretend für alle ähnlich gestalteten existierenden und zukünftigen Leiterplatten
• Textliche Beschreibung:
• Messadapter werden in der Mess- und Prüftechnik von elektronischen Bauteilen eingesetzt, um deren Funktion vor der Auslieferung an den Kunden zu überprüfen. Über den Messadapter wird die Verbindung zwischen dem elektronischen Bauteil und dem Testerinterfaceboard (TIB), welches mit dem Tester und dessen Ressourcen verbunden ist, hergestellt.
• Die fortschreitende Miniaturisierung von Geräten und elektronischen Bauteilen hat zur Folge, dass auch die Gehäuse von elektronischen Bauteilen immer kleiner werden. Immer mehr Anschlüsse werden auf kleinstem Raum aus dem Bauteil herausgeführt um die Material- und Prozesskosten bei der Herstellung zu verringern. Ein Gehäuse für einen, wie in 1 (3) prinzipiell dargestellten BGA-256 (Ballgridarray mit einer 16×16 Pinmatrix) und 0,40 mm Pitch (Raster-Abstand zwischen den Anschlüssen), hat auf einer Kantenlänge von ca. 6,00 mm × 6,00 mm bereits 256 Anschlüsse. Die einzelnen Anschlüsse haben nur noch einen Durchmesser von etwa 0,30 mm. Der Abstand zwischen den Anschlüssen beträgt nur noch 0,10 mm. In der heutigen Zeit sind BGA's mit einem Pitch von 0,50 mm und 0,40 mm schon Standard. Gehäuse für BGA's mit einem Pitch von 0,30 mm und kleiner werden schon vorbereitet.
• Die Testkosten für die elektronischen Bauteile sind ebenfalls von großer Bedeutung. Deshalb werden immer größere – und wegen der mechanischen Stabilität – auch immer dickere TIB eingesetzt, um gleich 4-fach, 8-fach und mehr zu messen und die Testkosten zu reduzieren. In 13 und 14 sind prinzipielle Darstellungen einer 4-fach-Messung abgebildet, wobei die Messadapter (1) auf dem TIB (2) mit den Ressourcen (10) des Testers verbunden werden. Die Dicken der verschiedenen TIB betragen, je nach Tester und Ausführung, zurzeit 2,00 mm/3,20 mm/3,80 mm und neuerdings sogar bis zu 6,00 mm.
• Beim heutigen Stand der Technik wird die mechanische Adaption vom Prüfling, in diesem Beispiel aus 1 unser BGA-256 (3), über den Messadapter (1) auf das TIB (2) im Verhältnis 1:1 durchgeführt. Das heißt, der BGA-Pitch, in diesem Beispiel 0,40 mm, entspricht auch genau dem Anschluss-Pitch auf dem TIB (2). In 3 ist ein solches Anschlussfeld auf dem Testerinterfaceboard (16×16 Kontakte) dargestellt.
• In 1 ist ein Messadapter (1) prinzipiell dargestellt, der das in diesem Beispiel aufgeführte elektronische Bauteil (3) mit dem TIB (2) verbindet. Der elektrische Kontakt wird über gefederte Pogopins – wie in 4 und 5 dargestellt – hergestellt. Die mechanische Ausführung ist in der Schnittzeichnung 2 beschrieben, wobei der Messadapter (1) mittels Schrauben (4) mit dem TIB (2) verbunden ist.
• Für eine 4-fache Messung des im Beispiel angegebenen BGA-256 (3) benötigt man schon bis zu ca. 1000 Verbindungen zu den Testerressourcen (10). Deshalb sind TIB (2) meistens als Multilayer ausgeführt, um die Vielzahl der Verbindungen zu ermöglichen. In jedem Fall muss durch eine große Anzahl von durchkontaktierten Bohrungen im Anschlussfeld, wie in 3 dargestellt, die Verbindung zu den Innenlagen des TIB (2) hergestellt werden, um die Signale des Prüflings (3) über den Messadapter (1) und das TIB (2) zum Tester und dessen Ressourcen (10) zu übertragen.
• Und genau hier liegt jetzt das Problem:
  Dicke Leiterplatten (TIB) (2) und kleinste Bohrdurchmesser bzw. kleinste Abstände passen technologisch nicht zusammen.
• Die zunehmende Leiterplattendicke der TIB (2) und der immer kleiner werdende Pitch der Bauteile machen die Herstellung der TIB (2) mittlerweile immer teurer, wenn nicht sogar unmöglich, weil es bei der Herstellung der Leiterplatten Grenzen im Bereich der technischen Machbarkeit gibt. Mindestabstände und Mindestleiterbahnbreiten sind einzuhalten. Der kleinste Bohrdurchmesser wird im Verhältnis zur Leiterplattendicke festgelegt. Man spricht hier bei den Bohrungen von „Aspekt Ratio”. Üblicherweise beträgt der Aspekt Ratio nach IPC Klasse II 1:10. Das heißt, dass bei einer LP Dicke von z. B. 2,00 mm der kleinste Bohrdurchmesser 0,20 mm betragen darf, um die TIB (2) sicher und kostengünstig zu fertigen. Dazu kommt noch ein Restring um die Bohrung herum von ca. 0,10 mm. Hier wird also ein Pad von 0,40 mm erforderlich sein. Addiert man noch einen Mindestabstand von 0,10 mm zwischen den Pads hinzu, kommt man rein rechnerisch auf einen Pitch von 0,50 mm. Das heißt, dass ein TIB (2) mit einer Dicke von 2,00 mm normalerweise nur für BGA's mit einem Pitch von maximal 0,50 mm geeignet sind. BGA's mit kleinerem Pitch können mit diesen TIB (2) nicht gemessen werden, da hier noch kleinere Bohrungen (als 0,20 mm) erforderlich sind, die kaum zu fertigen sind.
• Das ist der Stand der Technik:
  Elektronische Bauteile (3) mit kleinem Pitch können mit dicken TIB (2) nicht gemessen werden.
• Die Lösung des Problems bzw. die Idee:
• Anpassung bzw. Aufweitung der mechanischen Grenzen, wie in 6 dargestellt, durch einen zweigeteilten, flexiblen Messadapter, bestehend aus
• – Messadapteroberteil (6),
• – einer sehr dünnen Leiterplatte (7), die als Interface zwischen Messadapteroberteil (6) und Messadapterunterteil (8) dient, und
• – Messadapterunterteil (8)
• In 7 und 8 wird in Schnittzeichnungen dargestellt, wie die einzelnen Komponenten die mechanische Anpassung vornehmen. Unser Beispiel BGA-256 (3) mit einem Pitch von 0,30 mm wird mit seinem Original-Pitch von 0,30 mm im Messadapteroberteil (6) aufgenommen. Die Kontaktierung erfolgt über Pogopins (9) zur darunterliegenden Leiterplatte (7). Die Leiterplatte nimmt die mechanische Anpassung von 0,30 mm auf einen Pitch von 0,60 mm vor. Der Pitch von 0,60 mm wird über Pogopins (5) über das Messadapterunterteil (8) zum TIB (2) übertragen. Alle drei Komponenten (6), (7) und (8) werden auf dem TIB (2) montiert. Die Pogopins (9) und (5) unterscheiden sich nur in der Größe bzw. im Durchmesser.
• Durch diese mechanische Rastererweiterung im Messadapter (6, 7, 8) können jetzt auch elektronische Bauteile mit kleinem Pitch auf dicken TIB gemessen werden.
• Die Technologie zur Umsetzung bzw. Anpassung des Pitch wird in den Messadapter (6, 7, 8) eingebaut. Je nach Anpassung können dann nahezu alle heutigen und zukünftigen Bauteile-Raster realisiert und auf TIB umgesetzt werden.
• Dieser Messadapter (6, 7, 8) ist insofern flexibel, weil mit diesem Prinzip viele verschiedene Raster angepasst werden können. Der Pitch von beispielsweise 0,30 mm könnte genauso gut auf beispielsweise 0,50 mm oder 0,70 mm oder 0,80 mm oder andere Werte eingestellt werden. Hier muss dann nur die Leiterplatte (7) und das Messadapterunterteil (8) angepasst werden.
• Ebenso ist es denkbar und möglich mit diesem Messadaptersystem (6, 7, 8) beispielsweise einen Pitch von 0,40 mm auf 0,80 mm zu erweitern.
• In 11 ist ein prinzipieller Lagenaufbau der Leiterplatte (7) zur Rasteranpassung dargestellt. Er ist für ein Anschlussfeld von 256 Anschlüssen optimiert. Es ist ebenso möglich, durch eine Verringerung oder Erweiterung der Lagenanzahl kleinere oder größere Anschlussfelder zu adaptieren.
• In 9 ist dargestellt, wie das Rasterfeld auf dem TIB (2) nach der Adaption von einem Pitch von 0,30 mm auf 0,60 mm aussieht.
• In 10 ist die Unterseite der Leiterplatte (7) und deren Kontaktflächen für die Kontaktierung durch die Pogopins (5) dargestellt. Diese Seite wird oben auf das Messadapterunterteil (8) montiert. Der Pitch beträgt 0,60 mm.
• In 12 ist die Oberseite der Leiterplatte (7) und deren Kontaktflächen für die Kontaktierung durch die Pogopins (9) dargestellt. Diese Seite wird unten auf das Messadapteroberteil (6) montiert. Der Pitch beträgt 0,30 mm.
• Was durch diese Idee verbessert werden soll:
  Das Messen von elektronischen Bauteilen mit kleinem Pitch, auch Pinarrays genannt, soll auf dicken TIB ermöglicht werden. Die Herstellung der TIB wird einfacher, sicherer und dadurch kostengünstiger.
• Legende zu den Zeichnungen:
• 1: Perspektivische Darstellung des Messadapters „Stand der Technik”
  (1) Zeigt einen Messadapter nach dem heutigen „Stand der Technik”
  (2) Zeigt die Abb. des Testerinterfaceboards (TIB)
  (3) Zeigt die Abb. des Prüflings, Beispielsbauteil BGA-256, Pinarray mit 256 Anschlüssen
• 2: Schnittzeichnung des Messadapters „Stand der Technik”
  (4) Zeigt die Abb. einer Verschraubung
  (5) Zeigt die Abb. eines Pogopins „Stand der Technik”
• 3: Anschlussfeld auf einem Testerinterfaceboard 0,40 mm Pitch, 256 Anschlüsse
• 4: Pogopin (5) „Stand der Technik” normale Größe
• 5: Pogopin (9) „Stand der Technik” kleine Größe
• 6: Perspektivische Darstellung des flexiblen Messadapters
  (6) Zeigt die Abb. Messadapteroberteil des flexiblen Messadapters
  (7) Zeigt die Abb. Leiterplatte des flexiblen Messadapters
  (8) Zeigt die Abb. Messadapterunterteil des flexiblen Messadapters
• 7: Schnittzeichnung des flexiblen Messadapters, unmontiert
• 8: Schnittzeichnung des flexiblen Messadapters, montiert
• 9: Rasterfeld auf dem TIB (2) nach der Adaption von einem Pitch von 0,30 mm auf 0,60 mm
• 10: Abb. der Unterseite der Leiterplatte (7) und deren Kontaktflächen. Der Pitch beträgt 0,60 mm.
• 11: Abb. prinzipieller Lagenaufbau der Leiterplatte (7) zur Rasteranpassung.
• 12: Abb. der Oberseite der Leiterplatte (7) und deren Kontaktflächen. Der Pitch beträgt 0,30 mm.
• 13 und 14: Abb. prinzipielle Darstellungen einer 4-fach Messung, wobei die Messadapter (1) auf dem TIB (2) mit den Ressourcen (10) des Testers verbunden werden.

Claims (7)

1. Flexibler Messadapter zur Rastererweiterung der Anschlusspins von elektronischen Bauteilen (Pinarrays). dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau dieses flexiblen Messadapters, wie in 6 dargestellt, aus einem Messadapteroberteil (6) zur Aufnahme des Prüflings (3), einer Leiterplatte (7), die als mechanisches Interface zwischen Messadapteroberteil und Messadapterunterteil dient, und einem Messadapterunterteil (8) besteht. Die einzelnen Komponenten (5, 6, 7, 8, 9) des flexiblen Messadapters sind in 7 in einer Schnittzeichnung dargestellt. In 8 wird dargestellt, wie der Zusammenbau erfolgt, um eine Rastererweiterung von elektronischen Bauteilen (3), auch Pinarrays genannt, auf ein Testerinterfaceboard (TIB) (2) zu ermöglichen. Die Kontaktierung erfolgt über sogenannte Pogopins, wie in 4 und 5 dargestellt. Auf die Darstellung weiterer Details, in Form von zusätzlichen Schrauben oder ähnlichen Dingen, die zum Zusammenbau des flexiblen Messadapters eventuell erforderlich sind, wurde hier in der Darstellung bewusst verzichtet um die wesentlichen Merkmale des flexiblen Messadapters besser zu verdeutlichen. Sie sind aber ebenfalls Bestandteil des flexiblen Messadapters.
2. Flexibler Messadapter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messadapteroberteil (6) des flexiblen Messadapters derart gestaltet werden kann, dass alle gängigen und zukünftigen Bauformen von elektronischen Bauteilen darin untergebracht bzw. adaptiert werden können, unabhängig von Form, Größe, Material, Gewicht, etc. und unabhängig vom Raster (Pitch) und von der Anzahl der Anschlüsse.
3. Flexibler Messadapter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (7) des flexiblen Messadapters derart gestaltet werden kann, dass dadurch unterschiedlichste Raster von der Oberseite der Leiterplatte (7) zur Unterseite der Leiterplatte adaptiert werden können. Ebenso kann durch hinzufügen von Lagen oder weglassen von Lagen, oder durch andere, verbesserte und zukünftige Leiterplattentechnologien, die Anzahl der zu übertragenden Anschlüsse vergrößert oder verringert werden. Die Anzahl der in 11 beispielhaft dargestellten Leiterplatte hat 8 Lagen, gekennzeichnet durch die Bezeichnung L1 bis L8. Außerdem kann die Leiterplatte (7) durch eine andere mechanische Ausführung (Form, Größe, Gewicht, Material, Eigenschaften) konstruktiv an unterschiedliche Messadapterprofile angepasst werden kann.
4. Flexibler Messadapter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messadapterunterteil (8) des flexiblen Messadapters derart gestaltet werden kann, dass alle Signale, Einstellungen, Anschlüsse, etc., die von der Leiterplatte (7) adaptiert werden, unabhängig von Form, Größe, Material, Gewicht, etc., vom Raster (Pitch) und von der Anzahl der Anschlüsse, auf das darunterliegende TIB übertragen werden können.
5. Flexibler Messadapter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, die Größe, das Gewicht, die Eigenschaften und das verwendete Material des flexiblen Messadapters und aller seiner Einzelteile abhängig ist von der Größe der zu adaptierenden elektronischen Bauteile und der zu adaptierenden Anschlüsse und deren Raster.
6. Flexibler Messadapter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, die Größe, das Gewicht, die Eigenschaften und das verwendete Material der in 4 (5) und 5 (9) dargestellten Pogopins dem heutigen Stand der Technik entsprechend und auch dem zukünftigen Stand der Technik entsprechend, ständig optimal an die zu übertragenden Signale angepasst werden können.
7. Flexibler Messadapter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, die Größe, das Gewicht, die Eigenschaften und das verwendete Material des TIB (2) stellvertretend steht, für ähnlich gestaltete existierende und zukünftige Leiterplatten und/oder Technologien und/oder Baugruppen.