DE3801222C2 - Kontaktiereinrichtung für Prüfzwecke, insbesondere zur Prüfung von Halbleiterbausteinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktiereinrichtung für Prüfzwecke gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kontaktiereinrichtungen für Prüfzwecke können bekanntlich auf verschiedene Art und Weise ausgeführt sein. So gibt es gemäß der DE 31 03 077 A1 Kontaktbausteine, die das Prinzip eines ge­ federten Kontaktkolbens anwenden. Der Kontaktkolben ist dabei in einer Hülse in axialer Richtung beweglich geführt, wobei sein oberes Ende an der Feder anliegt.

Faßt man mehrere Federkontakte zusammen, so lassen sich auch mehrere Kontaktstellen gleichzeitig prüfen. Ein Ausführungs­ beispiel dazu zeigt die DE 33 12 436 A1. Zweiteilige, pa­ rallel in Platten geführte und in axialer Richtung federnd ab­ gestützte Kontaktstifte bilden die Kontaktiereinrichtung. Der eine Kontaktteil jedes einzelnen Kontaktstifts ist biegeela­ stisch ausgeführt oder an einer Platte, in der die Bohrungen die gleiche Anordnung aufweisen wie die zu prüfenden Kontakt­ stellen, gelenkig gelagert, so daß er nach allen Richtungen schwenkbar ist.

Auf die Prüfung einer Vielzahl von Kontaktstellen, insbesondere von Halbleiterbausteinen, weist die DE 37 02 184 A1 hin. Sie beschreibt eine Prüfkarte, die für die Prüfung der einzelnen Chips auf einem viele Chips aufweisenden Wafer vorgesehen ist. Auf dieser Prüfkarte sind winklig gebogene Nadeln zum gleich­ zeitigen Kontaktieren vieler Kontaktstellen auf einem bestimm­ ten Chip angebracht. Dabei wird die Prüfkarte auf den Wafer ab­ gesenkt, bis ein sicherer Kontakt durch die Nadeln hergestellt ist.

Eine weitere Kontaktiereinrichtung ist durch die DE 23 64 786 C2 bekannt. Mehrere, parallel angeordnete, in einer oberen und un­ teren Ausrichteplatte fest eingespannte und elastisch biegbar ausgeführte Kontaktnadeln werden gleichzeitig durch Ausüben einer geregelten Druckkraft auf die Anschlußwarzen des zu prü­ fenden Halbleiterbausteins gedrückt, wodurch lösbare Druckkon­ taktverbindungen entstehen. Die Kontaktdrähte der Nadeln sind dabei in den Bohrungen der unteren Ausrichteplatte gleitbar an­ gebracht und ihre durch die Druckkraft entstandene Ausbiegung erfolgt in einer Richtung.

Eine Ausgestaltung dieser Erfindung bezieht sich auf die Prü­ fung im Hochfrequenzbereich, an die die Kontaktiereinrichtung zweckmäßig anzupassen ist. Die Kontaktnadeln werden deshalb durch Koaxialleiter ersetzt. Jeder dieser Koaxialleiter enthält einen von einem Dielektrikum umgebenen Mittelleiter, der als Mantel eine metallische Abschirmung aufweist.

Jedoch enden Dielektrikum und Abschirmmantel vor der Oberseite der unteren Ausrichteplatte. Sie sind mit dieser auch nicht verbunden, so daß sich eine ungeschirmte Übertragungsstrecke ausbildet. Dadurch können die Signale auf benachbarte Kontakt­ nadeln überkoppeln und es kann zu Signalverfälschungen kommen.

Aus der DE 35 35 929 A1 ist eine Kontaktiereinrichtung für Prüfzwecke bekannt, die aus wenigstens einer Kontaktsonde besteht. Die Kontaktsonde weist einen mit einem Steckeran­ schluß für eine Koaxialleitung versehenen metallischen Trä­ gerkörper auf, der einen Isolierkörper und eine im Kern des Isolierkörpers angeordnete Leiteranordnung umschließt. Die Leiteranordnung weist ein unter Vorspannung beweglich gehalte­ nes Leiterende auf. Für den beweglichen Teil der Leiteran­ ordnung wirkt der Isolierkörper als Führungshülse. In Bezug auf die elektrischen Eigenschaften der Kontaktsonde ist der Isolierkörper als Dielektrikum ausgebildet. Das Dielektrikum hat damit in der bekannten Anordnung zwei Funktionen. Die bekannte Kontaktsonde bildet bis zum beweglichen Leiterende eine Koaxialleitung in den Abmessungen und in den Eigenschaf­ ten nach. Durch die Nachbildung in den Abmessungen ist die Kontaktsonde für sehr fein ausgebildete Prüfpunkte, wie sie bei mikrostrukturierten elektrischen Komponenten zu finden sind, nicht geeignet. Zwar ist aus dem zitierten Dokument auch eine abgewinkelte Kontaktsonde mit mehreren, nahe beieinanderlie­ genden Kontaktierungspunkten beschrieben, doch benötigt die Kontaktsonde aufgrund der Abwinkelung viel Raum, um an die zu kontaktierenden Punkte zu gelangen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine stabile Kontaktier­ einrichtung zu schaffen, die neben einer möglichst störungs­ freien Signalübertragung eine möglichst platzsparende und damit auf Mikrostrukturen anwendbare Kontaktierung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausgangspunkt ist demnach eine Kontaktsonde aus einem metalli­ schen Trägerkörper, der an einem Ende einen Steckeranschluß für eine anzuschließende Koaxialleitung aufweist. Der Trägerkörper nimmt eine Führungshülse auf, die ihm gegenüber isoliert ange­ bracht und einseitig durch ein Führungsrohr verlängert ist. Das Führungsrohr mit der Kontaktnadel, die bis in die Führungshülse reicht und in dieser beweglich unter Vorspannung gehalten wird, ist von einem isolierenden Mantel umgeben, auf den eine Schicht aus leitendem Material aufgebracht ist, wobei diese leitende Schicht mit dem Trägerkörper verbunden ist. Für die gesamte Länge des Führungsrohrs läßt sich dadurch eine Koaxialleitung so nachbilden, daß ihr Wellenwiderstand dem der angeschlossenen Koaxialleitung annähernd angepaßt ist, um für die Signalüber­ tragung vom Steckeranschluß bis unmittelbar zu der zu prüfenden Kontaktstelle keine Stoßstellen zu erhalten. Die Dimensionie­ rung der nachgebildeten Koaxialleitung hängt von der Wahl des isolierenden Materials als Dielektrikum und von den Abmessungen ab.

Weist die Kontaktiereinrichtung mehrere, zu einem Bündel zusam­ mengefaßte Kontaktsonden auf, wobei die Enden der Führungsrohre der einzelnen Kontaktsonden in einer Lochplatte angeordnet sind, so wird die Lochplatte gemäß einer Weiterbildung der Er­ findung aus leitendem Material gebildet und die leitenden Schichten der Führungsrohre stehen jeweils mit der Lochplatte in Verbindung.

Für diese Kontaktiereinrichtung ist gemäß einer weiteren Ausge­ staltung der Erfindung eine Halteplatte vorgesehen, in deren Durchführungen die Führungsrohre der Kontaktsonden gehalten werden, so daß die Halteplatte zusammen mit der Lochplatte eine Halteeinrichtung darstellt, die sich als geschlossenes Gehäuse ausbilden läßt. Eine das Innere des Gehäuses füllende, elek­ trisch leitende Vergußmasse ersetzt dabei die leitenden Schich­ ten der Führungsrohre der einzelnen Kontaktsonden.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung der Führungsrohre und der darin geführten Kontakt­ nadeln aus biegbarem Material wegen der Vergrößerung des für die angeschlossenen Koaxialleitungen ausgebildeten Rasters der Halteplatte gegenüber dem Kontaktstellenraster der Lochplatte.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Im einzelnen zeigen

Fig. 1 eine Kontaktiereinrichtung mit einer erfindungsgemäß aus­ gebildeten Kontaktsonde im Längsquerschnitt und

Fig. 2 eine Kontaktiereinrichtung mit mehreren, in einem abge­ schlossenen Gehäuse angeordneten Kontaktsonden zum gleichzeiti­ gen Prüfen mehrerer Kontaktstellen.

Fig. 1 zeigt eine Kontaktiereinrichtung mit einer Kontaktsonde 1, an die über einen Steckeranschluß 8 eine Koaxialleitung 9 angeschlossen ist. Die Sonde weist einen metallischen Träger­ körper 2, eine Führungshülse 3 und dazwischen einen Isolierkör­ per 14 auf. Die Führungshülse 3 ist durch ein Führungsrohr 5 verlängert, das eine Kontaktnadel 4 aufnimmt. Diese Nadel kann durch Federkraft in axialer Richtung bewegt werden.

Das Führungsrohr 5 ist von einem isolierenden Mantel 6 und einer Schicht 7 aus leitendem Material umgeben, die mit Hilfe einer Quetschhülse 15 angebracht wird und mit dem metallischen Trägerkörper 2 in Verbindung steht. Somit wird durch Führungs­ rohr 5, Isolierungsmantel 6 und Leitungsschicht 7 eine Koaxial­ leitung nachgebildet, die der angeschlossenen Koaxialleitung 9 durch die Wahl des isolierenden Materials und den Abmessungen so anzupassen ist, daß das Signal von der Koaxialleitung 9 bis zur Kontaktstelle annähernd ohne Stoßstellen übertragen wird.

Wählt man beispielsweise für den Isolierungsmantel 6 Teflon mit einer Dielektrizitätszahl ε_r = 2,1 und einem Durchmesser von D = 0,5 mm, für die Kontaktnadel 4 einen Draht aus Wolfram mit einem Durchmesser von 0,08 mm in einem Führungsrohr 5 aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser d = 0,15 mm, so ergibt sich nach der bekannten Formel für den Wellenwiderstand einer Koaxialleitung

ein Wellenwiderstand von 50 Ohm für die nachgebildete Koaxial­ leitung. Die Schicht 7 aus leitendem Material besteht bei­ spielsweise aus versilbertem Kupferdraht und umgibt das Füh­ rungsrohr 5 in seiner gesamten Länge.

Ist die Kontaktiereinrichtung so ausgebildet, daß mehrere Kon­ taktsonden 1 zum gleichzeitigen Prüfen mehrerer Kontaktstellen zu einem Bündel zusammengefaßt sind, so reichen die leitenden Schichten 7 der einzelnen Führungsrohre 5 jeweils bis zu einer aus leitendem Material bestehenden Lochplatte 10, mit der die leitenden Schichten 7 jeweils verbunden sind.

In Fig. 2 ist eine Anordnung dargestellt, bei der die Führungs­ rohre 5 mit ihren Isolierungen 6 in der Lochplatte 10 geführt sind, wobei die Löcher gemäß dem Raster für die Kontaktstellen angeordnet sind. Außer der Lochplatte 10 weist die Kontaktier­ einrichtung eine Halteplatte 11 auf, in deren Durchführungen die Führungsrohre 5 der einzelnen Kontaktsonden 1 in der Nähe der Trägerkörper 2 gehalten werden. Die Halteeinrichtung ist als geschlossenes Gehäuse 13 ausgebildet, deren Inneres eine die leitenden Schichten 7 der einzelnen Führungsrohre 5 erset­ zende Vergußmasse 12 füllt. Für die Führungsrohre 5 mit ihren Isolierungen 6 und für die Kontaktnadeln 4 werden zweckmäßiger­ weise biegsame Materialien verwendet, da das Raster der Halte­ platte für die anzuschließenden Koaxialleitungen gegenüber dem Kontaktstellenraster für den Prüfling vergrößert ist.

Claims (5)

1. Kontakteinrichtung für Prüfzwecke, insbesondere zur Prü­ fung von Halbleiterbausteinen, bestehend aus wenigstens einer Kontaktsonde, die einen einseitig mit einem Steckeranschluß für eine Koaxialleitung versehenen metallischen Trägerkörper aufweist, der einen Isolierkörper und eine im Kern des Iso­ lierkörpers angeordnete Leiteranordnung umschließt, von denen die Leiteranordnung ein unter Vorspannung beweglich gehalte­ nes Leiterende aufweist und der Isolierkörper durch ein sol­ ches Dielektrikum gebildet ist, daß eine annähernd stoßstel­ lenfreie Signalübertragung von einer zu prüfenden Kontakt­ stelle bis zum Steckeranschluß gewährleistet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Leite­ rende als Kontaktnadel (4) ausgebildet ist, die einen im Ver­ gleich zum Durchmesser eines Innenleiters einer Koaxiallei­ tung geringeren Durchmesser aufweist, daß zwischen der Lei­ teranordnung und dem Isolierkörper (14) eine Führungshülse (3) angebracht ist, die einseitig durch ein Führungsrohr (5) für die Kontaktnadel (4) verlängert ist, wobei die Kontaktna­ del (4) in die Führungshülse (3) hineinreicht und in dieser beweglich unter Vorspannung gehalten ist, und daß das Füh­ rungsrohr (5) von einem Mantel (6) aus isolierendem Material umgeben und auf diesem Mantel eine Schicht (7) aus elektrisch leitendem Material aufgebracht ist, die mit dem Trägerkörper (2) in Verbindung steht.

2. Kontakteinrichtung nach Anspruch 1, bestehend aus mehre­ ren, zu einem Bündel zusammengefaßten Kontaktsonden zum gleichzeitigen Prüfen mehrerer, in einem Raster angeordneter Kontaktstellen, wobei die freien Enden der Führungsrohre in einer Lochplatte mit einer dem Kontaktstellenraster entspre­ chenden Löcheranordnung gehalten sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lochplatte (10) aus leitendem Material besteht und die leitenden Schichten (7) der Führungsrohre (5) der einzelnen Kontaktsonden (1) mit der Lochplatte (10) in Verbindung stehen.

3. Kontaktiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsrohre (5) der einzelnen Kontaktsonden (1) in der Nähe der Trägerkörper (2) in Durch­ führungen einer Halteplatte (11) gehalten werden, die mit der leitenden Lochplatte (10) eine Halteeinrichtung bildet.

4. Kontaktiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Halteeinrichtung als geschlosse­ nes Gehäuse (13) ausgebildet ist und daß innerhalb dieses Ge­ häuses die Schichten (7) aus leitendem Material auf den Füh­ rungsrohren (5) der einzelnen Kontaktsonden (1) durch eine das Innere des Gehäuses (13) füllende, elektrisch leitende Vergußmasse (12) ersetzt sind.

5. Kontaktiereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegenüber dem Raster der Loch­ platte (10) vergrößertem Raster der Halteplatte (11) die Füh­ rungsrohre (5) und Kontaktnadeln (4) der einzelnen Kon­ taktsonden (1) ausreichend biegbar ausgebildet sind.