DE2359149A1

DE2359149A1 - Brueckenmessanordnung fuer durchgangspruefungen

Info

Publication number: DE2359149A1
Application number: DE2359149A
Authority: DE
Inventors: Philip John Davies; Angelo S Gasparri; Daniel J Mcatee
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-12-14
Filing date: 1973-11-28
Publication date: 1974-06-20
Also published as: JPS4997573A; GB1394768A; FR2210767A1; US3777260A; FR2210767B1

Description

Böblingen, den 26. November 19 73

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N,Y. 1O504

Amtliches Aktenzeichen: ' Neuanmeldung " Aktenzeichen der Anmelderin: PO 972 054

Brückenmessanordnung für Durchgangsprüfungen

Die Erfindung betrifft eine. Brückenmessanordnung für Durchgangsprüfungen an elektrischen Kontakten auf Keramiksubstraten die über bedruckte Leitungszüge miteinander in Verbindung stehen.

üblicherweise dient hierzu ein Thomson-Brückenmessverfahren bei dem die zu messenden Kontakte mit zwei Prüfspitzen kontaktiert werden. Dies schließt ein, daß.die beiden Prüfspitzen mit zwei Prüfspitzen verbunden werden, wobei der eine Prüfsatz dazu dient elektrischen Strom zwischen die beiden Prüfspitzen zu übertragen und der andere Prüfsatz dazu dient die Spannung über beiden Prüfspitzen zu messen..Die Anwendung dieses Messverfahrens zu Impedanzmessung zwischen beiden Prüfspitzen minimalisiert den Effekt, daß der Kontaktwiderstand zwischen den beiden PrüfSätzen und den Prüfspitzen jeweils innerhalb der Messgenauigkeit liegt. Dies ist dadurch bedingt, daß der Messpfad getrennt ist vom Stromzuführungspfad, wobei das Messinstrument in Serie mit der Impedanz liegt, die groß ist mit Bezug auf die Übergangswiderstände. .

In dem Masse wie sich die Schaltkreise in ihrer Größe reduzieren und damit andererseits komplizierter werden, ist es schwieriger geworden, die eingangs beschriebene Prüfung automatisch durchzu-

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führen; nicht zuletzt auch deshalb, weil die Abmessungen der Prüfspitzen entsprechend reduziert werden müssen. Bei Keramiksubstraten, bei denen eine Anzahl von Halbleiterchips aufzubringen ist, wird dieses Problem noch zusätzlich dadurch erschwert, daß' bestimmte Behandlungsprozesse für die Keramik selbst vorzusehen sind. Wenn z.B. die Grün-Keramiksubstrate behandelt werden, verlagern sich die Stellen an denen elektrischer Kontakt herzustellen ist so, daß ihre Position von Substrat zu Substrat unterschiedlich sein kann. So ist es z.B. möglich, daß eine zu kontaktierende Stelle einen Durchmesser von etwa O,l mm besitzt, jedoch um 0,05 oder 0,06 mm in seiner Lage auf dem Substrat als Ergebnis des oben genannten Behandlungsprozesses schwanken kann.. Dies würde aber bedeuten, daß eine fest angebrachte Prüfspitze, die exakt mit der Sollstelle des elektrischen Kontaktes ausgerichtet ist, bei dem einen oder anderen Substrat überhaupt nicht zur Kontaktierung kommen kann. Eine automatische Mess- oder Prüfeinrichtung läßt sich also ohne weiteres dann nicht anwenden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin eine Prüfeinrichtung so zu verbessern, daß die oben genannten Nachteile nicht eintreten, sondern vielmehr unter allen Umständen gewährleistet ist, daß die zu prüfenden Kontakte für die Messung ausreichend und betriebssicher kontaktiert werden können? selbst wenn eine grosse Anzahl von Prüflingen verarbeitet werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein Kontaktierungsgitter bestehend aus zwei Leitungsmustern auf einer flexiblen gedruckten Schaltungskarte kammartig in der Weise angeordnet ist, daß die freien Leitungsenden beider Leitungmuster ineinandergreifen, wobei der gegenseitige Abstand jeweils kleiner als der Radius der jeweils zu kontaktierenden Kontakte ist, so daß die kontaktierten Kontakte jeweils einen Brückenzweig in der Messanordnung bilden. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß immer in zuverlässiger Weise Kontakt mit den zu messenden Kontaktstellen hergestellt werden kann. Dadurch, daß das Kontaktierungsgitter auf einer nachgiebigen unterlage in Form einer gedruckten

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Schaltung angebracht ist, läßt sich unter Druck das Kontaktierun gsgitter an die zu kontaktierenden Substrate anschieben, um

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dann anschließend die Messung durchführen zu können.

Die Leitungsenden können dabei in vorteilhafter Weise bei zirkulärer Anordnung radial verlaufen oder aber sich bei' rechteckiger Anordnung parallel zueinander erstrecken.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung läßt sich die Kontaktierungseinrichtung für das Kontaktierungsgitter so bereitstellen, daß ein Isolierblock mit einer Anzahl von peripheren Lochungen und einer Mittelöffnung zur Aufnahme des"Kontaktierungs gitter s vorgesehen ist, welches seinerseits mit seiner flexiblen Unterlage auf einem elastischen Substrat auf einer Metallscheibe ruht, die über eine Druckdose das Kontaktierungsgitter axial in der Mittelöffnung zum Kontaktieren zu verschieben vermag.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der unten aufgeführten Zeichnungen und aus den Patentansprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Keramiksubstrat zur

Aufnahme von Halbleiterchips,

Fig. 2 eine schematische Übersicht über die elektrischen Anschlüsse und Verbindungen der erfindungsgemäßen Prüfungsanordnung,

Fig. 3 ein Äusführungsbeispiel zur Realisierung einer

Anordnung nach Fig. 2,

Fig. 4 eine AlternativmögÜchkeit für ein Leitungsgitter wie es in einer Anordnung nach Fig. 3 Verwendung finden kann. '

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Die Draufsicht nach Fig. 1 zeigt den Oberflächenbereich eines Keramiksubstrats, auf den Halbleiterchips anzubringen sind. Am Umfang sind relativ großflächige, rechteckige Anschlußstücke 10, während innen kreisförmig, runde Kontakte 12 angeordnet sind. Die Anschlußstücke 10 sind mit den Kontakten 12 über leitende Durchbohrungen des Keramiksubstats und jeweils anschließenden gedruckten Leitungszügen 14 auf dem hier nicht sichtbaren Oberflächenbereich verbunden. Die durch diese Leitungszüge hergestellten Verbindungen müssen jeweils auf Durchgang bei der Modulfertigung geprüft werden. die Durchgangsprüfung wird üblicherweise mit einer Thomson-Brücke gemessen. Um eine solche Brückenmessung für jede Verbindungsleitung, wie z.B. 14, zwischen einem Anschlußstück IO und einem Kontakt 12 durchzuführen, muß notwendiger Weise jedes Anschlußstück und jeder Kontakt 12 mit entsprechend angelegten Prufspitzen kontaktiert werden, üblicherweise werden hierzu feste Prüfspitzenlagen angewendet, um eine Kontaktierung mit den Anschlußstücken 10 und Kontakten zu realisieren. Infolge der zunehmenden Anwendung von Kleinststromkreisen auf Keramiksubstraten wird es jedoch immer schwieriger Kontakte 12 zu kontaktieren, da das Bestreben dahingeht, auch die Größe der Kontakte 12 zu reduzieren, wobei außerdem noch ihre Lage von Substrat zu Substrat unterschiedlich sein kann.

Die schematische Ansicht in Fig. 2 zeigt, wie sich eine Einzel— verbindung, gemäß vorliegender Erfindung, in Überwindung der genannten Probleme prüfen läßt. Hierin ist das rechteckige Anschlußstück 10 auf dem Substrat über eine leitende Durchbohrung 16 im Substrat mit dem gedruckten Leitungszug 14 auf dem Substrat und über die leitende Durchbohrung 18 im Substrat mit den Kontakt 12 verbunden. Kontaktierungen an das rechteckige Anschlußstück 10 werden durch zwei biegsame Bürstenprüfspitzen 22 und erstellt, die sich unter Kontaktdruck verbiegen. Elektrische Verbindungen zu den Kontakten 12 werden jeweils durch ein leitendes Gitter, das auf einer schmiegsamen Unterlage montiert ist, hergestellt. Ein solches Kontaktierungsgitter besteht aus zwei kammartigen ineinander verschachtelten Leitungsmustern, 2 4 und

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26. Dabei Ist der Leiterabstand zwischen beiden Leiturigsmustern jeweils geringer als der Radius eines jeweiligen Kontaktes 12, so daß auf alle Fälle bei Kontaktierung sichergestellt ist, daß die Kontakte 12 von Leitern 24' und 26' beider Leitungsmuster in gewünschter Weise kontaktiert werden*

Das erste Leitungsmuster 24 ist über einem Widerstand 28, einem Voltmeter 30 und dem Schalter 32 mit dem biegsamen Bürstenkontakt 20 verbunden, während das Leitungsmuster 26 über Stromquelle 34 und Schalter 36 mit dem anderen schmiegsamen Bürstenkontakt 22 in Verbindung steht. Wird nun der Schalter 36 geschlossen, dann fließt ein Strom von der Stromcjuelle 34 über die leitende Durchbohrung 16, die Verblndungsleitung 14·und die leitende Durchbohrung 18 zwischen Anschlußstück 10 und Kontakt 12, wobei hierzwischen ein entsprechender Spannungsabfall entsteht. Dieser . Spannungsabfall zwischen Anschlußstück 10 und Kontakt 12 wird mit Hilfe des Voltmeters 30 gemessen, wenn der Schalter 32 geschlossen ist, da dann das Voltmeter zwischen Anschlußstück lö und Kontakt 12 liegt. Ein Widerstand 28 liegt in Serie mit dem Voltmeter 30, so daß der Kontaktwiderständ zwischen Anschlußstück 10 und Kontakt 12 sowie zwischen Leitung 24' und Kontakt 12 die Messungen nicht beeinflußen kann. Dieser Widerstand 28 ist groß im Verhältnis zu den Kontaktwiderständen, so daß' eine Kontaktwiderstandsänderung von einer Messung zur anderen, nur einen äußerst geringen Bruchteil des Spannungsabfalls über den Kontakten des Voltmeters ausmachen kann. Deshalb läßt sich dieser Kontaktwiderstand· in seiner Wirkung auf, die Messergebnisse vernachlässigen. ,

Die im einzelnen in Fig. 3 gezeigte Anordnung zeigt einen Block 38 nichtleitenden Materials, der am Umfang verteilt-eine Vielzahl von Löchern" aufweist. Diese Löcher sind in zwei rechteckigen Pfaden längs der Peripherie des Blockes 38 angeordnet und enthalten biegsame Bürstenprüf spitzen 20 und 22 an fest vorgegebenen Stellen, um Kontakt mit den Anschlußstücken 10 machen_: zu können. Diese Bürstenprüf spitzen erstrecken sich, jeweils _:

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durch den Isolierblock 38 hindurch, und sind jeweils hieran in nicht gezeigter Weise befestigt. Ebenso ist hier nicht die jeweils hieran befestigte elektrische Verbindung gezeigt.

Wie bereits erwähnt, verbiegen sich diese Bürstenprüfspitzen, wenn sie zur elektrischen Kontaktgabe mit den Anschlußstücken 10 an das Substrat angedrückt v/erden.

Der Isolierblock 38 enthält in seiner Mitte weiterhin eine öffnung 40, die das Kontaktierungsgitter für die Kontakte 12 aufnimmt. Wie aus der Darstellung ersichtlich, erstrecken sich die Leitungen 24 und 26 der das Kontaktierungsgitter darstellenden Leitungsrauster radial von außen nach innen, wobei die Leiter 24 gemeinsam an einen inneren Leitungsring- 42 und die Leiter 26 gemeinsam an einen äußeren Leitungsring 4 4 angeschlossen sind. Der innere Leitungsring 42 ist an ein Anschlußstück 46 über einen gedruckten Leitungszug 48 verbunden, wohingegen der äußere Leitungsring 44 an ein Anschlußstück 50 über den gedruckten Leitungszug 52 angeschlossen ist, so daß jeweils eine elektrische Verbindung zu den Anschlußringen 42 und 4 4 durch Anschluß an die Anschlußstücke 46 und 50 vorgenommen werden kann.

Das oben beschriebene gedruckte Leitungsmuster befindet sich auf einem kreisförmigen Substrat 54, das als gedruckte Schaltungskarte oder biegsame Plastik, wie z.B. ein Polyesterfilm geeigneter Qualität ausgeführt sein kann. Dieses Substrat ist dann seinerseits auf einer Scheibe 56 angeordnet, bestehend aus Polyurethan, das auf einer Metallscheibe 58 ruht, so daß das Substrat 54, die Scheibe 56 und die Metallscheibe 58 zusammen einen Zylinder bilden. Dieser Zylinder ist auf einer Achse 60 befestigt, so daß der Zylinder in der Öffnung 4O axial verschoben werden kann. Die Achse 60 ist hohl, und zwei Drähte 62 und 62 sind hindurchgeführt, um mit den Anschlußkontakten 50 und 46 jeweils zu kontaktieren. Diese Drähte dienen als Zuleitungen für das Kontaktierungsgitter.

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Die Achse 60 ist auf einer Druckdose 6 6 montiert, so daß durch, Änderung des Drucks innerhalb der von der Druckdose 66 eingeschlossenen Kammer 68 die Achse und damit der genannte Zylinder in axialer Richtung in der öffnung 40 bewegt werden.

Zur Durchführung der Widerstandmessungen werden die Prüfspitzen auf das Substrat herabgelassen, bis die Prüfspitzenbürsten 20 und 22 mit den Anschlußstücken 10 kontaktieren, über die Einlaß-Öffnung 72 wird Luft in die Kammer 6 8 eingeblasen, so daß die Leitungsmuster 2 4 und 26 gegen die Kontakte 12 gedrückt werden. Da die gedruckte Schaltungskarte 5 4 vorzugsweise aus einem biegsamen Plastikmaterial besteht, das auf einer Polyurethanscheibe 56 angeordnet ist, verbiegt sie sich etwas unter der Druckeinwirkung, so daß elektrische Kontaktverbindungen über alle Kontakte zu den entsprechenden Leitern 2 4 und 2 6 sicher hergestellt werden. Hiermit ist jeder Kontakt 12 zumindest durch eine Leitung 26 und eine Leitung 24 kontaktiert und jedes Anschlußstück 10 ist zumindest durch eine Prüfspitzenbürste 20 und eine Prüfspitzenbürste 22 kontaktiert. Sind elektrische Kontakte hergestellt,·dann läßt sich die oben beschriebene Messung durch Betätigen der Schaltung 32 und 36 zur Prüfung des Durchgangs durchführen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 werden die das Kontaktierungsgitter darstellenden Leitungsmuster als Radialmuster gezeigt. Dies .ist zweckmäßig', wenn die zu prüfenden Kontakte kreisförmig ange-.ordnet sind. Für andere zu prüfende Fälle kann es jedoch vorteilhafter sein, wenn die Leitungsmuster in Parallelausführung, d.h. mit jeweils paralleler Leitungsführung, in einem Rechteckmuster angeordnet sind, wie es z.B. durch Fig. 4 gezeigt wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Brückenmessanordnungen an elektrischen Kontakten auf Keramiksubstraten, die über gedruckte Leitungszüge miteinander in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontaktierungsgitterbestehend aus zwei Leitungsmustern (24, 26) auf einer gedruckten Schaltungskarte (54) kammartig in der Weise angeordnet ist, daß die freien Leitungsenden (24¹, 26') beider Leitungsmuster (24 und 26) ineinandergreifen, wobei der gegenseitige Abstand jeweils kleiner als der Radius der jeweils zu kontakt!erenden Kontakte (12) ist, so daß die kontaktierten Kontakte (12) jeweils einen Brückenzweig in der Messanordnung (Fig. 2) bilden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsenden (24', 26') sich bei zirkularer Anordnung radial nach innen erstrecken.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsenden (24¹, 26') parallel zueinander liegen.
4. Anordnung nach Anspruch 1, oder einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolierblock (38) mit einer Anzahl von peripheren Lochungen und einer Mittelöffnung (40) zur Aufnahme des Kontaktierungsgitters (24, 26) vorgesehen ist, welches seinerseits mit seiner flexiblen Unterlage (54) auf einem elastischen Substrat (56) auf einer Metallscheibe (58) ruht, die über eine Druckdose (66, 68) das Kontaktierungsgitter (24, 26) axial in der Mittelöffnung (40) zum Kontaktieren zu verschieben vermag.

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