DE3500227A1

DE3500227A1 - Tastnadel

Info

Publication number: DE3500227A1
Application number: DE19853500227
Authority: DE
Inventors: Hans 7801 Schallstadt Barth; Manfred 6980 Wertheim Prokopp; Günter 6980 Wertheim Schmidt
Original assignee: RIBA PRUEFTECHNIK GmbH
Current assignee: RIBA PRUEFTECHNIK GmbH
Priority date: 1985-01-05
Filing date: 1985-01-05
Publication date: 1986-07-10

Description

Tastnadel Die Erfindung betrifft eine Tastnadel, insbesondere für eine Leiterplattenprüfeinrichtung, mit beidseitigen, an zwei Nadelteilen befindlichen Kontaktstücken, wobei die beiden Nadelteile miteinander verbunden und in axialer Richtung gegen die Kraft einer Feder bewegbar sind.
Solche Tastnadeln dienen zum Kontaktieren von Prüfpunkten einer zu überprüfenden Leiterplatte und zum Verbinden mit einem Prüfrechner. Sie weisen in der Regel teleskopartig ineinandergreifende Teile auf, in denen eine Druckfeder untergebracht ist. Die elektrisch leitende Verbindung erfolgt über Berührungs- und Schieifkontakt zwischen den ineinandergreifenden Teilen sowie zwischen diesen und der Feder. Dies hat den Nachteil, daß kein exakt vorbestimmbarer Übergangswiderstand vorhanden ist.
Solche Tastnadeln sind auch vergleichsweise aufwendig im Aufbau und dementsprechend kompliziert ist auch ihre Fertigung. Dies macht sictl zunehmend nacntelllg mit Abnahme der Baugröße bemerkbar. Unterhalb einer Baugröße mit einem Tastnadeldurchmesser von z. B. 1 mm treten weitere Schwierigkeiten auf, da die Druckfeder so klein wird, daß ausreichende Kontaktierkräfte nicht mehr zur Verfügung stehen. Auch die vorhandenen Reibungskräfte wirken sich dann im Vergleich zu der zur Verfügung stehenden Federkraft nachteilig aus im Sinne einer weiteren Reduzierung der Kontaktierkraft.
In einigen Anwendungsfällen ist eine Seitenauslenkung der Tastnadel(n) vorgesehen, zum Ausgleich von nicht fluchtenden Prüfpunkten einer Leiterplatte einerseits und mit dem Prüfrechner verbundenen Kontakten andererseits. Eine solche Auslenkung mit Verbiegung der Tastnadel ist jedoch nur in sehr geringem Maße möglich, da sonst die Funktion der Tastnadel beeinträchtigt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tastnadel zu schaffen, die einfach im Aufbau und auch in sehr kleiner Baugröße bei guter Funktionssicherheit einfach herstellbar ist. Weiterhin soll der Übergangswiderstand der Tastnadel verringert und/oder vorbestimmt festgelegt sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß die beiden Kontakt-Nadelteile an den einander zugewandten Enden einen axialen Abstand voneinander aufweisen, so daß zwischen ihnen auch in radialer Richtung ein freier Zwischenraum vorhanden ist, und daß die Feder diesen Zwischenraum gleichzeitig mechanisch und elektrisch als Verbindungsteil der beiden Kontakt-Nadelteile überbrückt.
In vorteilhafter Weise treten bei dieser Tastnadel praktisch keine Reibungskräfte auf, so daß die Kontaktierkraft nicht gemindert wird. Dadurch sind gut auch Tastnadeln geringer Baugröße mit trotzdem ausreichender Kontaktierkraft herstellbar.Weiterhin ist vorteilhaft, daß der Stromübergang auschließlich über die Feder erfolgt und somit der dadurch auch verringerte übergangswiderstand im wesentlichen fest vorgegeben ist. Schließlich läßt sich eine solche Tastnadel ohne Beeinträchtigung ihrer Funktion erheblich weiter seitlich auslenken.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Feder bereichsweise die Außenkontur der Tastnadel bildet und an den Nadelteilen außenliegend befestigt ist.
Durch eine solche im wesentlichen außenliegend angeordnete Feder kann der durch den vorgegebenen Außendurchmesser der Tastnadel vorgegebene Außenquerschnitt praktisch voll ausgenützt werden, so daß auch bei geringer Baugröße der Tastnadel noch vergleichsweise starke Federn einsetzbar sind.
Neben einer erhöhten Kontaktierkraft weist eine solche Feder auch eine gute Ausknicksicherheit auf.
Zweckmäßigerweise sind die Anschlußenden der Feder mittels Schweißverbindungen, vorzugsweise mittels Laserpunktschweißung jeweils mit den Kontakt-Nadelteilen verbunden.
Dadurch ist ein besonders guter Stromübergang mit geringem Übergangswiderstand gebildet, wobei sonst vorhandene Schleifkontaktstellen vermieden werden.
Vorteilhafterweise weisen die Kontakt-Nadelteile an ihren den Kontaktstellen abgewandten Enden Halteansätze mit gegenüber dem übrigen Nadel teil verminderten Querschnitt für die Befestigung der Feder auf, wobei sich gegebenenfalls an wenigstens einem Halteansatz eine Verlängerung als Federwegbegrenzung und/oder Ausknickschutz anschließt und wobei die Verlängerung vorzugsweise einen gegenüber dem Halteansatz reduzierten Querschnitt hat.
Die Verbindung zwischen Feder und Kontakt-Nadel teilen läßt sich dadurch einfach durch Aufstecken bewerkstelligen, wobei eine sichere Halterung gegeben ist. Durch die Verlängerung(en) als Anschlag braucht die Feder selbst die Anschlagfunktion nicht zu übernehmen, wobei gegebenenfalls gleichzeitig auch ein Ausknickschutz gebildet ist. Der etwas reduzierte Außendurchmesser der Verlängerung vermeidet dabei einen Kontakt mit der Federinnenseite und damit schädliche Reibungskräfte.
Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt in vergrößertem Maßstab: Fig. 1 eine in einer im Schnitt dargestellten Halterung eingesetzte Tastnadel und Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform einer Tastnadel.
Eine Tastnadel 1 befindet sich in Fig. 1 in einer als Halterung 2 dienenden, sogenannten Nadelkassette. In dieser befinden sich üblicherweise eine Vielzahl dieser Tastnadeln 1, wobei deren Position auf Prüfpunkte 3 einer zu überprüfenden Leiterplatte 4 abgestimmt sind.
Die Tastnadeln 1 weisen Kontaktnadelteile 5 auf, die jeweils über die Führungsplatten t der Halterung 2 außen vorstehen. Auf der dem Prüfling (Leiterplatte 4) abgewandten Seite kontaktieren die Tastnadeln 1 jeweils ein Kontaktplättchen 7 eines Grundrasterfeldes 8, in dem die Kontaktplättchen 7 beispielsweise in einem Zehntel-Zoll-Raster angeordnet sind. Die einzelnen Kontaktplättchen 7 sind über Leitungen 9 mit einem hier nicht dargestellten Prüfrechner verbunden.
Während eines Prüfvorganges wird die Leiterplatte 4 auf das aus einer Vielzahl von Tastnadeln 1 bestehende Nadelfeld aufgelegt und mittels einer Andruckeinrichtung angepreßt.
Dabei federn die Tastnadeln 1 gegen eine Federkraft etwas ein, wobei eine Feder 10 für den notwendigen Kontaktierdruck sorgt.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die Tastnadel 1 im wesentlichen aus zwei voneinander zunächst getrennten Kontakt-Nadelteilen 5 besteht, die mittels der Feder 10 miteinander verbunden sind. Dabei übernimmt die Feder sowohl die elektrische Verbindung als auch eine mechanische Führungsverbindung zwischen den beiden Kontakt-Nadelteilen 5.
Die Feder 10 ist als Schrauben-Druckfeder ausgebildet und überbrückt den Abstand a zwischen den Befestigungsstellen 11 an den Kontakt-Ndelteilen 5. Diese weisen an ihren jeweils den Spitzen abgewandten Seiten Halteansätze 12 auf, deren Außendurchmesser etwa dem lichten Innendurchmesser der Feder 10 entspricht. Die maßlichen Verhältnisse sind dabei so einanderabgestimmt, daß die Feder unter Vorspannung auf die Halteansätze 12 aufgeschoben und somit bereits ausreichend fest verbunden ist. Zusätzlich kann noch eine Schweißverbindung, vorzugsweise eine Las.erpunktschweißung im Bereich der Befestigungsstellen 11 vorgesehen sein.
Die in Fig. 1 angedeuteten Schweißpunkte sind mit 13 bezeichnet. Neben einer mechanischen Sicherung an den Befestigungsstellen 11 ergibt sich dadurch auch eine elektrisch durchgehend leitende Verbindung mit geringem Durchgangswiderstand. In den Figuren 1 und 2 ist auch gut erkennbar, daß die Feder 10 im Bereich der Befestigungsstellen 11 ttim Block" mit aneinanderliegenden Windungen gewickelt ist, um eine sichere Halterung in diesem Bereich zu erzielen.
Die Feder 10 bildet in den Ausführungsbeispielen bereichsweise die Außenkontur der Tastnadel 1, wobei die Außenseiten der Kontakt-Nadelteile 5 und die der Feder 10 miteinander etwa fluchten. Es können somit im Außendurchmesser vergleichsweise groß dimensionierte Federn 10 verwendet werden, was insbesondere bei sehr dünnen Tastnadeln z. B.
unterhalb von 1 mm erhebliche Vorteile bezüglich des Kontaktdruckes hat. Die Windungsabstände der Feder 10 außerhalb der Befestigungsstellen 11 ist auf den gesamten, erforderlichen Federweg abgestimmt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 schließen sich an die Halteansätze 12 Verlängerungen 14 an. Deren axiale Länge bzw. der Abstand ihrer freien Enden voneinander ist so bemessen, daß sie eine Federwegbegrenzung bilden. Zweckmäßigerweise ist deren Länge so bemessen, daß sich eine axialer Anschlag bei einer Einfederung einstellt, wo die Feder-Windungen gerade noch nicht aneinander anliegen.
Die Feder bleibt somit auch bei maximaler Einfederung diesbezüglich unbelastet, so daß unerwünschte Ausknickungen der Feder 10 vermieden werden. Dies wird auch zusätzlich noch durch die Verlängerungen 14 unterstützt, die auch Führungen für die Feder 10 bilden. Dabei ist jedoch der Außendurchmesser der Verlängerungen 14 kleiner als der der Halteansätze 12, so daß normalerweise kein Reibkontakt besteht.
In vorteilhafter Geleise steht somit die gesamte Federkraft als Kontaktierkraft zur Verfügung.
In Fig. 2 ist noch eine Ausführungsvariante erkennbar, bei der innerhalb der Feder 10 zwischen den beiden Kontakt-Nadelteilen 5 ein loser Stift 15 eingelegt ist. Auch dieser Stift 15 kann etwa vergleichbar mit den Verlängerungen 14 eine Federwegbegrenzung bilden, wobei in Anschlagstellung seine Stirnseiten an denen der Halteansätze 12 anliegen und gleichzeitig kann auch dieser Stift 15 ein seitliches Ausknicken der Feder 10 insbesondere bei sehr geringem Federdrahtdurchmesser bilden. Andererseits kann die Feder 10 durch ihre außenliegende Anordnung auch bei noch vergleichsweise dünnen Tastnadeln 1 wegen der günstigeren Flatzverhältnisse weitgehend knickfest ausgebildet sein.
Bei fest mit den Kontakt-Nadel teilen 5 verbundenen Verlängerungen 14 (Fig. 1) bzw. bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ohne den Stift 15 besteht die gesamte Tastnadel 1 nur noch aus drei Teilen. Dabei können die beiden Kontakt-Nadelteile 5 auch gleich ausgebildet sein, so daß eine besonders einfache Herstellung möglich ist. In Fig. 1 ist strichliniert noch angedeutet, daß der der Leiterplatte 4 zugewandte Kontakt-Nadel teil 5 auch einen im Außen durchmesser etwas vergrößerten Kopf aufweisen kann, mit dem die Tastnadel 1 auf der oberen Führungsplatte 6 der Halterung 2 aufliegen kann. Dadurch wird vermieden, daß die Tastnadeln 1 beim Entfernen der Halterung 2 von dem Grundrasterfeld 8 durchrutschen.
Erwähnt sei noch, daß die im Bereich der Befestigungsstellen 11 vorgesehene "Blockwicklung" der Feder 10 sich auch in den Zwischenbereich fortsetzen kann. Dabei können die einzelnen Federwindungen auch unter Vorspannung aneinander anliegen, so daß eine erhöhte Knickstabilität vorhanden ist. Die zwischen den Blockwicklungen befindlichen Federwicklungen können dann in ihrer Anzahl oder ihrem lichten Abstand voneinander auf den erforderlichen Federweg abgestimmt sein.
Bei bestimmten Anwendungsfällen kann es erforderlich sein, daß die Tastnadel, insbesondere mit ihrem dem Grundrasterfeld 8 zugewandten Ende seitlich ausgelenkt wird. Dies kann erforderlich sein, wenn ein zu adaptierender Prüfpunkt 3 nicht mit einem gegenüberliegenden Kontaktplättchen 7 des Grundrasterfeldes 8 fluchtet Um zu vermeiden, daß dann die dem Grundrasterfeld 8 zugewandte Tastnadelspitze in einen Zwischenraum zwischen benac'a'Darten Kontaktplättchen 7 gerät, ist durch die DE-OS 32 11 410 bereits vorgeschlagen worden, in den Zwischenbereichen Ableitstege 16 vorzusehen, die ein Ablenken einer darauf auftreffenden Tastnadel 1 auf ein Kontaktplättchen 7 bewirken. Bei einer in Seitenrichtung im wesentlichen starren Tastnadel mit teleskopartigen Führungen kann eine solche Auslenkung aber leicht zu Funktionsstörungen führen. Bei der erfindungsgemäßen Tastnadel 1 dagegen ist ohne Beeinträchtigung ihrer Funktion eine vergleichsweise große seitliche Auslenkung möglich. Für diesen Anwendungsfall ist das Grundrasterfeld-seitige Kontakt-Nadelteil 5 vorzugsweise verlängert ausgebildet, wie dies durch die strichlinierten Trennlinien in Fig. 1 angedeutet ist. Das Führungsloch 17 kann dann entsprechend etwas größer ausgebildet sein oder aber es bildet gleichzeitig die Schwenklagerung, um die das untere Ende der Tastnadel 1 ausgelenkt werden kann.
Die erfindungsgemäße Tastnadel 1 weist insbesondere bei sehr kleinen Baugrößen mit einem Außen durchmesser von 1 mm oder weniger erhebliche Vorteile hinsichtlich ihrer mechanischen und elektrischen Eigenschaften auf, wobei gleichzeitig eine vereinfachte Herstellung und Montage möglich ist. Dies macht sich bei den in der Regel großen Stückzahlen solcher Tastnadeln für eine Leiterplattenprüfeinrichtung mit z. B. mehreren 10.000 Tastnadeln besonders vorteilhaft bemerkbar.
Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beleibiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Claims

Tastnadel Ansprüche 1. Tastnadel, insbesondere für eine Leiterplattenprüfeinrichtung, mit beidseitigen, an zwei Nadelteilen befindlichen Kontaktstücken, wobei die beiden Nadelteile miteinander verbunden und in axialer Richtung gegen die Kraft einer Feder bewegbar sind, d a -durch g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Kontakt-Nadelteile (5) an den einander zugewandten Enden einen axialen Abstand voneinander aufweisen, so daß zwischen ihnen auch in radialer Richtung ein freier Zwischenraum vorhanden ist und daß die Feder diesen Zwischenraum gleichzeitig mechanisch und elektrisch als Verbindungsteil der beiden Kontakt-Nadelteile überbrückt.
2. Tastnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (10) knickfest ausgebildet und/oder angeordnet ist.
3. Tastnadel nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Feder (10) als Schrauben-Druckfeder ausgebildet ist.
4. Tastnadel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (10) bereichsweise die Außenkontur der Tastnadel (1) bildet und an den Kontakt-Nadelteilen (5) außenliegend befestigt ist. g
5 Tastnadel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußenden der Feder (10) zumindest im Bereich der Kontakt-Nadelteile mit gegebenenfalls unter Vorspannung aneinanderliegenden Windungen gewickelt ist und die Kontakt-Nadelteile (5) bereichsweise haltend umfaßt.
6. Tastnadel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußenden der Feder (10) mittels Schweißverbindungen, vorzugsweise mittels Laserpunktschweißung jeweils mit den Kontakt-Nadelteilen (5) verbunden sind.
7. Tastnadel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt-Nadelteile (5) an ihren den Kontaktstellen abgewandten Enden Halteansätze (12) mit gegenüber dem übrigen Nadelteil verminderten Querschnitt für die Befestigung der Feder aufweisen und daß sich gegebenenfalls an wenigstens einem Halteansatz (12) eine Verlängerung (14) als Federwegbegrenzung und/oder Ausknickschutz anschließt, wobei die Verlängerung (14) vorzugsweise einen gegenüber dem Halteansatz (12) reduzierten Querschnitt hat.
8. Tastnadel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Feder (10) etwa gleich, gegebenenfalls kleiner als der Außendurchmesser wenigstens eines Kontakt-Nadelteiles ist.
9. Tastnadel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Kontakt-Nadelteilen (5), innerhalb der Feder (10), ein loser Stift (15) befindet, dessen Länge wenigstens um den Einfederweg kürzer als der lichte Abstand zwischen den Kontakt-Nadelteilen (5) ist.
10. Tastnadel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontakt-Nadelteile (5) gleich ausgebildet sind.

- Beschreibung -