DE60127589T2

DE60127589T2 - Breitbandige testsondeneinheit

Info

Publication number: DE60127589T2
Application number: DE60127589T
Authority: DE
Inventors: Steven Saint Paul FELDMAN
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: EP1368665B1; ATE358278T1; DE60127589D1; JP5188000B2; JP2012013713A; EP1368665A2; EP1722241A2; US6551126B1; JP2004523757A; EP1722241A3; WO2002073219A2; WO2002073219A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Federsondenblocksätze des Typs, der bei automatischen Prüfgeräten (ATE) verwendet wird und insbesondere auf Federsondenblocksätze, die bei hohen Bandbreiten verwendet werden.
Federsondenblocksätze werden verwendet, um kurzzeitige Federkontaktschnittstellen zwischen integrierten Schaltungen oder anderen elektronischen Geräten und dem Prüfkopf des automatischen Prüfgeräts herzustellen, um die notwendigen Prüfungen an den integrierten Schaltungen oder anderen elektronischen Geräten vorzunehmen. Federsondenblocksätze des in automatischen Prüfgeräten verwendeten Typs sind weit verbreitet und sind im Allgemeinen in ähnlicher Weise aufgebaut. Federsondenblockgehäuse werden üblicherweise aus Metallplatten in einer kostspieligen Prozessreihe ausgefräst, die eine genaue Lokalisierung und einen präzisen Durchmesser der Bohrungen gewährleistet, die für die Aufnahme von pressgepassten koaxialen Sonden und Bodenbuchsen geeignet sind. Die Herstellung aus Vollmetall dient darüber hinaus zur allgemeinen Erdung aller Schaltelemente, was bis vor kurzem im Hinblick auf die Intaktheit des Signals als wünschenswert betrachtet wurde. Einige Federsondenblockgehäuse wurden auch aus Polymer formgepresst anstatt aus Metall gefräst zu werden.
Bei beiden Typen, sowohl bei dem aus Metall, als auch dem aus Polymer hergestellten Federsondenblockgehäuse, enden die koaxialen Sondenverbinder einzeln in koaxialen Kabeln an einem Ende bzw. in Federsonden am anderen Ende. Normalerweise ist für jede Signalleitung eine Federsonde vorgesehen, während eine oder mehrere Federsonden dazu vorgesehen sind, als Bezug (Boden) für jede Signalleitung verwendet zu werden. Bei Federsondenblockgehäusen aus Polymer können die mit jeder Signalleitung verbundenen koaxialen Mantelröhren und Bodenfedersonden durch das dielektrische Material des Polymergehäuses von ihren Nachbarn elektrisch isoliert werden. Diese Isolation eines jeden Kanals (bestehend aus einer Signalleitung plus dem ihr zugewiesenen Ground-return-loop) ist zur Erzielung höherer Bandbreiten erforderlich. Die Fähigkeit, bei höheren Bandbreiten zu funktionieren, ist wichtig, da die nächste Generation von automatisierten Prüfgeräten nicht nur zum Prüfen von hochintegrierten Schaltungen, sondern auch zum schnelleren Prüfen von integrierten Schaltungen verwendet wird.
Viele derzeit verfügbare Federsondenblocksätze sind nicht für den Gebrauch bei hohen Bandbreiten geeignet, da ihr Aufbau eine oder mehrere Schwächen besitzt. Insbesondere sehen viele Federsondenblocksätze gemäß dem Stand der Technik (vor allem jene mit Metallgehäuse) eine gemeinsame Erdung aller Bodensonden vor. Wie oben dargelegt wurde, ist eine gemeinsame Erdung bei Anwendungen mit hohen Bandbreiten nicht geeignet. Stattdessen ist bei Anwendungen mit hohen Bandbreiten wünschenswert, dass die Signalsonde und die dazugehörigen Bodensonden elektrisch von den anderen koaxialen Signal- und Bodensonden isoliert sind.
Viele dem Stand der Technik entsprechende Anordnungen (sowohl mit Metall- als auch mit Polymergehäusen) sind aufgrund des Vorliegens von zu großen Ground-return-loops ebenso ungeeignet für Anwendungen mit hohen Bandbreiten. In 1A ist ein dem Stand der Technik entsprechender Federsondenblocksatz 10 dargestellt, bei dem ein Polymergehäuse 12 verwendet wird. Die Bodensonden 14 und die Signalsonde 16 sind durch die Löcher 18 auf der Vorderseite des Polymergehäuses 12 eingesteckt, wobei die Bodensonden 14 von Dosenkontakten 20 aufgenommen werden. Die Dosenkontakte 20 sind am koaxialen Verbinder 22 angelötet, der in einem Koaxialkabel 23 endet und die Signalsonde 16 aufnimmt.
Wie in 1B zu sehen ist, beschränkt die übergroße Länge des Ground-loop (gestrichelte Linie 30) die Bandbreite aufgrund höherer Induktivität. Der Ground-loop 30 verläuft von der Spitze der Signalsonde 16 durch die Bodensonde 14 in einen Dosenkontakt 20, entlang den Stäben 32 des Dosenkontakts 20, durch die Schweißnaht 34 und schließlich entlang des leitfähigen Mantels 36 des koaxialen Verbinders 22. Die Länge des Ground-loop wird verschlechtert durch die Dicke des Polymergehäuses 12, durch das die Signal- und die Bodensonden 16, 14 hindurchgehen müssen.
Es ist bekannt, dass bei hohen Geschwindigkeiten die Induktivität eines bestimmten Rückstromweges sehr viel bedeutender als der Widerstand ist. Tatsächlich folgen Hochgeschwindigkeitsrückströme dem Weg der geringsten Induktivität und nicht dem des geringsten Widerstandes. Darüber hinaus ist es wohl bekannt, dass der induktivitätsärmste Rückstromweg direkt unter einem Signalleiter liegt. Das bedeutet, dass eine Minimierung des gesamten Ground-loop-Bereiches zwischen dem ausgehenden und dem zurückkehrenden Stromweg zur kleinstmöglichen Induktivität führt. So ist in 1B durch die gestrichelte Linie 38 ein idealer Ground-loop dargestellt. (siehe High Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic by Howard Johnson and Martin Graham).
Neben den oben genannten Mängeln benötigen viele der derzeit vorliegenden Ausführungen von Federsondenblocksätzen zusätzliche Bauteile oder Herstellungsschritte, um die Bodenfedersonde im Sondensatz zu befestigen. In manchen Fällen werden rohrförmige Buchsen zur Aufnahme und Befestigung der Bodenfedersonden verwendet. So wird in 2 beispielsweise in einem Federsondenblockgehäuse 40 aus Metall nach dem Ausfräsen eines Loches 42 in das Gehäuse 40 eine rohrförmige Metallbuchse 44 in das Loch 42 pressgepasst und anschließend wird die Bodenfedersonde 46 in die Halterung 44 eingesteckt, wo sie durch Presspassung in Position gehalten wird. Die Buchse 44 wird verwendet, um dem System zusätzliche Nachgiebigkeit zu verleihen und Beschädigungen an der Bodenfedersonde 46 zu vermeiden, da die Bodenfedersonde 46 selbst sehr unnachgiebig ist. Durch Verwendung der Sondenbuchse 44 werden unerwünschte zusätzliche Montageschritte und zusätzliche Teile erforderlich, die inventarisiert werden müssen. In anderen Fällen, in denen keine rohrförmige Buchse verwendet wird, wird die Bodenfedersonde mit einer Art „bananenförmiger Krümmung" angefertigt. Dank dieser bananenförmigen Krümmung kann die Bodenfedersonde in ein zu großes Loch gesteckt und mittels Friktionssitz darin befestigt werden. Allerdings ist die Anfertigung von Federsonden mit bananenförmiger Krümmung schwierig und kostspielig und darüber hinaus müssen verschiedene Federsondenarten für die Signal- und die Bodenleitungen verwendet werden. Es versteht sich, dass die Erschwerung der Herstellung und die zusätzlichen Kosten ebenso wie ein umfangreicheres Inventar unerwünscht sind. In beiden beschriebenen Fällen ist der Austausch einer beschädigten Bodenfedersonde sehr schwierig, ohne die restliche Montagegruppe zu beschädigen.
Die Patentschriften US4724180 (Kern) und US6037787 (Corwith) beschreiben Federsondenblocksätze gemäß dem Stand der Technik zur Verwendung bei ATE.
Es versteht sich, dass ein Federsondenblocksatz benötigt wird, der eine kostengünstige Methode zur Gewährleistung von elektrisch stabilen, induktivitätsarmen Stromwegen zwischen koaxialen Verbindern und deren Bodensonden bietet. Vorzugsweise sollte ein solcher Federsondenblocksatz die Verwendung von Bodensondenbuchsen (samt den damit verbundenen Kosten, Montagearbeiten und längeren Impedanzwegen) überflüssig machen. Darüber hinaus sollten bei einem solchen Federsondenblocksatz keine Bodenfedersonden mit bananenförmiger Krümmung erforderlich sein, wenn keine Buchse verwendet wird. Vorzugsweise sollte der Federsondenblocksatz auch den Austausch von Federsonden und koaxialen Verbindern innerhalb des Blocksatzes erleichtern, ohne eine übermäßige Nachbearbeitung oder gar ein Verschrotten des gesamten Federsondenblocksatzes zu erfordern. Darüber hinaus sollte der Federsondenblocksatz vorzugsweise den hohen Kabelausreißkräften widerstehen, die zu einem unbeabsichtigten Entfernen der koaxialen Verbinder während der Bewegung des automatisierten Prüfgeräts führen können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung sieht einen Federsondenblocksatz für Anwendungen mit hohen Bandbreiten vor, wie in Anspruch 1 mit den abhängigen Ansprüchen bezüglich der einzelnen Ausführungen der Erfindung definiert ist. Der hierin beschriebene Federsondenblocksatz isoliert die Signalsonde und die zugehörigen Bodensonden elektrisch von anderen koaxialen Signal- und Bodensonden und sieht einen induktivitätsarmen Signalrücklaufweg vor. Der Federsondenblocksatz macht darüber hinaus die Verwendung von Bodenbuchsen oder Federsonden mit bananenförmiger Krümmung überflüssig.
Der Federsondenblocksatz umfasst ein isolierendes Gehäuse mit einer Kavität auf einer Vorderseite des Gehäuses. Eine leitfähige Halterung ist in der Kavität an der Vorderseite des Gehäuses angrenzend untergebracht. Die leitfähige Halterung weist Durchlässe zur Aufnahme des Sondenverbinders und der Bodensonden auf. Die leitfähige Halterung stellt einen elektrischen Kontakt der Bodensonde mit dem leitfähigen Mantel des Signalsondenverbinders her, um einen induktivitätsarmen Bodenrücklauf weg für das zugehörige Signal bereitzustellen. Vorzugsweise wird das Gehäuse des Federsondenblocksatzes aus einem dielektrisch isolierenden Material gebildet, welches entweder antistatische oder statisch-dissipative Eigenschaften besitzt.
In einer Ausführungsform werden die Bodensonden durch eine normale Kraft in der leitfähigen Halterung gehalten, die erzeugt wird, wenn die Bodensonde in die Halterung eingesteckt wird. Die normale Kraft wird erzeugt, wenn die Bodensonde durch eine rampenartige Seitenwand im Gehäuse abgelenkt wird. Da die Bodensonde durch die rampenartige Seitenwand abgelenkt wird, wird die Bodensonde mittels Friktion in der Anordnung gehalten. In einer anderen Ausführungsform bewirkt das Einstecken der Bodensonde in die Halterung eine Klemmkraft, die im Sondenverbinderkörper erzeugt wird und dadurch den Sondenverbinder, die Halterung und die Bodensonden in einer festen Verbindung hält.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Bodenelement zur elektrischen Verbindung einer Bodensonde mit einem Kabelmantel eines Signalsondenverbinders, wobei die Bodensonde elastisch durch das Bodenelement verformt wird, um eine Federkraft zwischen dem Bodenelement und der Bodensonde aufrecht zu erhalten. Die elastische Verformung des Bodenelements kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass ein Loch mit nicht linearer Achse vorgesehen wird, in welches die Bodensonde eingesteckt wird. Indem die Bodensonde in das Loch mit nicht-linearer Achse eingesteckt wird, bewirkt die elastische Verformung der Bodensonde eine zu erzeugende Federkraft und hält dadurch die Bodensonde in Position.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es,. die Federsonde in einem Gehäuse mit Ausbildung eines Loches zu halten, welches eine nicht-lineare Achse im Gehäuse aufweist, und anschließend eine lineare Federsonde in das Loch einzustecken. Durch Einstecken der linearen Federsonde in das nicht-lineare Loch wird die Federsonde elastisch verformt und hält eine Federkraft zwischen dem Gehäuse und der Federsonde aufrecht, wodurch die Federsonde in Position gehalten wird.
Die vorliegende Erfindung sieht eine kostengünstige Methode zur Erzeugung von elektrisch stabilen, induktivitätsarmen Stromwegen zwischen koaxialen Verbindern und deren Bodensonden bei Verwendung in Federsondenblocksätzen vor. Der hier beschriebene Federsondenblocksatz ermöglicht ein einfaches Austauschen der Komponenten des Federsondenblocksatzes, ohne eine übermäßige Nachbearbeitung oder gar ein Verschrotten von Teilen zu erfordern. Darüber hinaus widersteht die Anordnung einem unbeabsichtigten Entfernen der koaxialen Verbinder, wenn diese während des Gebrauchs hohen Kabelausreißkräften ausgesetzt sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1A eine Schnittzeichnung eines Federsondenblocksatzes gemäß dem Stand der Technik;
1B eine stark vergrößerte perspektivische Ansicht eines Sondenverbinders und eines Bodensondensatzes des Federsondenblocksatzes aus 1A;
2 eine perspektivische Ansicht eines anderen Federsondenblocksatzes gemäß dem Stand der Technik;
3A eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des hier beschriebenen, erfindungsgemäßen Federsondenblocksatzes;
3B einen Aufriss der Vorderseite des Federsondenblocksatzes aus 3A;
3C eine stark vergrößerte Ansicht eines Teils der Vorderseite des Federsondenblocksatzes aus 3A;
4A eine Schnittzeichnung entlang der Linie 4-4 aus 3B;
4B und 4C eine Explosionszeichnung bzw. Montageansicht der Bodenplatte, des Sondenverbinders und der Bodensonden aus 4A;
5A–5C Schnittzeichnungen von alternativen Anordnungen von Bodensondenhalterungen;
6A eine Schnittzeichnung eines Federsondenblocksatzes mit einer optionalen Vakuumversiegelung;
6B eine perspektivische Ansicht eines Spritzgusseinsatzes zur Erzielung einer optionalen Vakuumversiegelung;
7A einen Aufriss der Vorderseite einer alternativen Ausführungsform des hier beschriebenen erfindungsgemäßen Federsondenblocksatzes;
7B eine stark vergrößerte Ansicht des leitfähigen Halterungselements aus 7A;
8A und 8B perspektivische Ansichten einer alternativen Ausführungsform des leitfähigen Halterungselements des hier beschriebenen Federsondenblocksatzes;
8C eine stark vergrößerte Ansicht des leitfähigen Halterungselements aus den 8A und 8B;
9A und 9B perspektivische Ansichten der Halterungen, die in den Ausführungsformen verwendet werden, die in 7A, 8A und 8B gezeigt werden.
3A zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des hier beschriebenen Federsondenblocksatzes. Wie in 3A zu sehen ist, umfasst der Federsondenblocksatz 50 ein Gehäuse 52, das beispielsweise durch Spritzguss aus einem angemessen isolierenden Polymermaterial, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Polyphtalamid (PPA), hergestellt wird. Bei bestimmten geplanten Anwendungen des Federsondenblocksatzes können vorzugsweise Polymermaterialien mit antistatischen Eigenschaften, beispielsweise kohlenfaserverstärktes Polyphtalamid, verwendet werden. Das Gehäuse 52 umfasst auf seiner Vorderseite 53 Kavitäten 54, die ausgeformt sind, um Bodenplatten 56 mittels Gleitpassung oder Presspassung aufzunehmen. Die Bodenplatten 56 sind entsprechend konstruiert, um sowohl Bodenfedersonden 58 als auch den Sondenverbinder 60 aufzunehmen. Wie in den 3B und 3C klar zu erkennen ist, umfasst der Sondenverbinder 60 eine Signalfedersonde 61, die von einer dielektrischen Isolierung 62 umgeben ist, sowie einen leitfähigen Mantel 64. Die Signalsonde 61 ist vom Boden isoliert. Der leitfähige Mantel 64 des Sondenverbinders 60 befindet sich in engem Kontakt mit der Bodenplatte 56. Die Bodenfedersonden 58 werden von den Öffnungen 66 in der Bodenplatte 56 gleitfähig aufgenommen und stellen einen Kontakt mit der Bodenplatte 56 her, wie im Folgenden beschrieben wird. Wie zu sehen ist, umgibt und isoliert das Gehäuse 52 aus dielektrischem Material die Bodenelemente (Bodenplatte 56 und Bodenfedersonden 58) und die zugehörigen Signalleitungen von allen sonstigen Boden- und Signalleitungspaarungen. Alle Böden in der Anordnung sind darüber hinaus von anderen möglicherweise angrenzenden Sondenblocksätzen sowie vom Boden des Gestells des automatisierten Prüfgeräts isoliert.
4A zeigt eine stark vergrößerte Schnittzeichnung des Federsondenblocksatzes 50 mit einem einzelnen koaxialen Sondenverbinder 60 und den zugehörigen Signal- und Bodensonden 61 bzw. 58. Zum besseren Verständnis zeigen die 4B und 4C Explosions- bzw. Montagedarstellungen der Bodenplatte 56, der Bodenfedersonden 58 und des Sondenverbinders 60. wie in 4A zu sehen ist, erstreckt sich die Kavität 54 in das Gehäuse 52 und bildet eine vollständige Ummantelung des zusammengebauten Satzes von Bodenelementen, wobei die Kavität 54 entsprechend bemessen ist, um die axiale und seitliche Bewegung der Montagegruppe aus Sondenverbinder 60, Bodenplatte 56 und Federsonden 58, 61 zu beschränken. Insbesondere besitzen die Bodenplatten 56 jeweils eine Öffnung 68, die entsprechend bemessen ist, um den leitfähigen Mantel 64 des Sondenverbinders 60 aufzunehmen und durch Presspassung zu halten, wobei die Interferenz zwischen dem Sondenverbinder 60 und der Öffnung 68 in der Bodenplatte 56 vorzugsweise durch elastische Verformung der Bodenplatte 56 erzeugt wird. Das Zulassen von elastischer Verformung der Bodenplatte 56 wird bevorzugt, da der Sondenverbinder 60 eine sehr geringe Nachgiebigkeit besitzt und bei einem Nachgiebigmachen der Bodenplatte 56 sich die Anzahl der nachgiebigen Teile von einem auf zwei verdoppeln würde. Dadurch ist die Verwendung von weniger engen Toleranzen bei den Komponenten möglich und die Herstellbarkeit des Sondenblocksatzes 50 erhöht sich.
Wie oben angesprochen, ist bei Anwendungen mit hohen Bandbreiten die Bereitstellung eines induktivitätsarmen Bodenrücklaufweges bei Sondensätzen erwünscht. Deshalb werden die Bodenplatten 56 vorzugsweise so weit vorn wie möglich im Gehäuse 52 angebracht, damit der Bodenrücklauf weg verkürzt und dicht am Signalweg gehalten wird. Aus diesem Grund werden die Bodenplatten 56 in einer bevorzugten Ausführungsform im Gehäuse 52 untergebracht, damit die Vorderseite 69 der Bodenplatten 56 bündig mit der Vorderseite 53 des Gehäuses 52 abschließen.
Alternativ hierzu können die Vorderseiten 69 der Bodenplatten 56 leicht aus der Vorderseite 53 des Gehäuses 52 überstehen. Die Tiefe der Aufnahme der Bodenplatten 56 kann durch die Position der Schultern 71 in der Kavität 54 gesteuert werden.
Die Bodenplatten 56 sind vorzugsweise symmetrisch, damit sie in die Kavitäten 54 des Gehäuses 52 eingesetzt werden können, ohne dass eine bestimmte Ausrichtung erforderlich ist. Darüber hinaus besitzen die Bodenplatten 56 vorzugsweise eine ausreichende Dicke, um ein signifikantes Verbiegen der Bodenfedersondenkörper 74 im Bereich des Kolbenhubs der Federsonden zu vermeiden, wenn der Bodenfedersondenkörper 74 durch den Kontakt mit der rampenartigen Seitenwand 72 des Gehäuses 52 verformt wird. In einer bevorzugten Anordnung sind Bodenplatten 56 mit offenen Kanälen 80 vorgesehen, die die durchgehenden Löcher 66 der Bodenfedersonden halbieren, um das Fließen der Galvanoflüssigkeiten durch die Löcher 66 während des Herstellungsverfahrens zu verbessern. Die durchgehenden Löcher 66 der Bodenfedersonden sind vorzugsweise in Abständen angeordnet, um die winkelförmige Verschiebung der Spitzen 59 der Bodenfedersonden zu kompensieren, wenn die Körper der Bodenfedersonden durch das Verbiegen gegen die rampenartige Seitenwand 72 des Gehäuses 52 verschoben werden, wenn sie in die Montagegruppe eingesteckt werden. Ferner werden die Spitzen 59 der Bodenfedersonden vorzugsweise in einem Winkel von 3 Grad oder weniger gegenüber der Achse des Signalsondenverbinders 60 angeordnet, um den internen Kontaktwiderstand innerhalb der Bodenfedersonde 58 zu minimieren und eine größere Abnutzung bei längeren Arbeitstakten der Montagegruppe zu vermeiden.
Wie oben angemerkt wurde, weisen die Bodenplatten 56 mindestens ein durchgehendes Loch 66 auf, das so bemessen ist, dass eine Bodenfedersonde 58 in Gleitpassung durchgeführt werden kann. Die Bodenfedersonden 58 lagern auf einer Endwand 70 der Kavität 54 im Gehäuse 52. Vorzugsweise umfasst die Kavität 54 im Gehäuse 52 eine rampenartige Seitenwand 72, welche während des Einsetzens zunehmend in den Bodenfedersondenkörper 74 eingreift, so dass die Interferenz zwischen dem Bodenfedersondenkörper 74 und der rampenartigen Seitenwand 72 den Bodenfedersondenkörper 74 elastisch verformt, wie in 4A zu sehen ist. Die Interferenz zwischen dem Bodenfedersondenkörper 74 und der rampenartigen Seitenwand 72 erzeugt an zwei Punkten 76 eine normale Kraft zwischen dem Bodenfedersondenkörper 74 und der Bodenplatte 56. Ein optionaler dritter Kontaktpunkt 76' kann durch Vergrößern der Neigung der rampenartigen Seitenwand 72 erzeugt werden, um das Ende des Bodenfedersondenkörpers 74 gegen den Gehäusemantel 64 des Signalsondenverbinders zu pressen.
Der Bodenfedersondenkörper 74 kann auch durch andere Mittel als den Kontakt mit der rampenartigen Seitenwand 72 abgelenkt und in der Bodenplatte 56 gehalten werden. Insbesondere kann die Bodenplatte 56 mit einer Lochgeometrie versehen werden, um eine normale Kraft gegen die Bodenfedersonde 58 aufrecht zu erhalten, ohne auf die oben beschriebene rampenartige Seitenwand 72 im Gehäuse 52 zurückzugreifen. Wie in 5A gezeigt wird, kann die Bodenplatte 56 ein erstes Loch 80 aufweisen, das sich von der Vorderseite 200 erstreckt sowie ein zweites Loch 82, das sich von der Rückseite 201 erstreckt, wenn das erste und das zweite Loch 80 bzw. 82 leicht versetzt voneinander angeordnet sind. Wenn der Bodenfedersondenkörper 74 von der Vorderseite 200 in ein erstes Loch 80 und anschließend in ein zweites Loch 82 eingesteckt wird, wird der Bodenfedersondenkörper 74 abgelenkt und bewirkt, dass der Bodenfedersondenkörper eine normale Kraft gegen die Bodenplatte 56 ausübt und auf diese Weise mittels Friktionssitz gehalten wird. Wie in 5B gezeigt wird, kann die Bodenplatte 56 alternativ ein erstes Loch 80' aufweisen, das sich von der Vorderseite 200 erstreckt, und ein zweites Loch 82', das sich von der Rückseite 201 erstreckt, wobei das zweite Loch 82' in einem Winkel bezüglich des ersten Loches 80 positioniert ist. Gemäß der obigen Beschreibung wird der Bodenfedersondenkörper 74, wenn er von der Vorderseite 200 in das erste Loch 80' und anschließend in das zweite Loch 82' eingesteckt wird, abgelenkt, wobei eine normale Kraft erzeugt und der Bodenfedersondenkörper 74 mittels Friktionssitz gehalten wird. Wie in 5C gezeigt wird, kann die Bodenplatte 56 optional aus einem vorderen Teil 86 und einem hinteren Teil 88 gebildet sein, wobei sich ein erstes Loch 80'' durch den vorderen Teil 86 von der Vorderseite 200 erstreckt, während ein zweites Loch 82'' sich durch den hinteren Teil 80 von der Rückseite 201 erstreckt. Nach Einbau in das Gehäuse 52 sind der vordere und der hintere Teil 86 bzw. 88 der Bodenplatte so ausgerichtet, dass das erste und das zweite Loch 80'' bzw. 82'' leicht voneinander versetzt sind. Erneut wird ein Bodenfedersondenkörper 74 von der Vorderseite 200 in das erste Loch 80'' und anschließend in das zweite Loch 82'' eingesteckt, der Bodenfedersondenkörper 74 wird abgelenkt, eine normale Kraft wird erzeugt und der Bodenfedersondenkörper 74 wird mittels Friktionssitz gehalten.
Es versteht sich, dass die in 5A–5C gezeigten Anordnungen auch bei Sondensätzen verwendet werden können, die ein Metallgehäuse besitzen und keine der oben beschriebenen Bodenplatten oder Halterungen aufweisen. Insbesondere kann die in 5A–5C gezeigte Methode zur Halterung von Federsonden in Metallgehäusen verwendet werden, um Bodensonden im Gehäuse zu sichern, ohne Buchsen zu verwenden und ohne dass die Bodensonden mit „bananenförmigen Krümmungen" vorgeformt sein müssen. Ein Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass die Beseitigung der Notwendigkeit von Buchsen oder vorgeformten, bananenförmigen Krümmungen zu einer Vereinfachung der Herstellung und zur Senkung der Kosten von Sondensätzen führt und daher äußerst wünschenswert ist.
Der Federsondenblocksatz kann mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet werden. So kann das Gehäuse 52 beispielsweise mit Zugangslöchern 90 versehen werden, die mit den Bodensondenkörpersitzen 70 kommunizieren, um einem (nicht gezeigten) Werkzeug Zugang zur Rückseite des Bodenfedersondenkörpers 74 zu ermöglichen. Ein solcher Werkzeugzugang würde das Entfernen von Bodenfedersonden erleichtern, wenn beispielsweise ein Federkolben während des Gebrauchs bricht. Bei Anwendungen, die eine Vakuumversiegelung des Geräts erfordern, würden optionale Zugangslöcher 90 versiegelt werden. Eine Vakuumversiegelung kann mittels eines entfernbaren Stopfens zum Ausfüllen der Zugangslöcher 90 bewerkstelligt werden.
Wenn für ein Gerät Vakuumversiegelung gewünscht wird, kann auch für das Loch 104 der Kavitäten 54 eine optionale Versiegelungsmöglichkeit vorgesehen werden, wie in 6A und 6B gezeigt wird. Die Versiegelung wird vorzugsweise durch einen einzelnen spritzgegossenen Einsatz 100 aus flexiblem Polymer geschaffen, der einen Bundanteil 102 umfasst, der entsprechend geformt ist, um in das Loch 104 der Kavität auf der Rückseite des Gehäuses 52 zu passen. Wie in 6A zu sehen ist, würde der Sondenverbinder 60 beim Einstecken des Sondenverbinders 60 in das Gehäuse 52 den Bund 102 des nachgiebigen Einsatzes 100 gegen die Wände des Loches 104 drücken und dadurch eine zuverlässige Versiegelung bewirken. Zusätzlich zum einzelnen, spritzgegossenen Einsatz 100, der in 6A und 6B gezeigt wird, wäre es zur Erzielung der Versiegelung auch möglich, individuelle Bünde oder O-Ringe innerhalb eines jeden Loches 104 der Kavität 52 vorzusehen. Die individuellen O-Ringe würden allerdings die Montagezeit für das Gerät erheblich erhöhen und könnten beim Einstecken des Sondenverbinders 60 auch leichter verschoben werden.
In dem hier beschriebenen Federsondenblocksatz 50 ist der Abstand zwischen der Vorderseite 53 des Gehäuses 52 und dem Kontaktpunkt 76 der Bodenfedersonde im Gehäuse 52 auf ein Minimum reduziert und geht gegen null. Das heißt, dass der Bodenfedersondenkörper 74 die Bodenplatte 56 so nahe wie möglich an der Vorderseite 53 des Gehäuses berührt, woraus ein induktivitätsarmer Bodenweg resultiert. Wie oben erläutert wurde, ist ein induktivitätsarmer Bodenweg sehr wünschenswert und bei vielen Anwendungen mit hohen Bandbreiten notwendig. Die Federsondenblocksätze gemäß dem Stand der Technik besitzen sehr viel längere elektrische Wege und demzufolge einen höheren Selbstinduktionskoeffizienten, weshalb sie für den Einsatz bei Hochgeschwindigkeitsprüfungen nicht geeignet sind.
Der oben beschriebene Federsondenblocksatz besitzt außerdem den Vorteil, dass er leicht zu montieren, nachzubearbeiten und zu reparieren ist. Da bei dem hier beschriebenen Polymergehäuse nachgiebige Teile verwendet werden, um die Federsondenkörper in Position und im Kontakt miteinander zu halten, kann der Federsondenblocksatz leicht montiert werden und beschädigte oder abgenutzte Teile können leicht ausgetauscht werden. Folglich ermöglicht es der hier beschriebene Federsondenblocksatz nicht nur, Teile zu beseitigen, welche verworfen werden müssen, wenn sie während der Montage beschädigt werden, sondern macht es auch möglich, dass relativ preiswerte Teile ersetzt werden können, anstatt die gesamte Montagegruppe zu verwerfen.
In Anwendungen, bei denen der Federsondenblocksatz vakuumdicht versiegelt werden muss, macht die vorliegende Erfindung eine wirkungsvolle Versiegelung möglich, da der Versiegelungsring – wie oben beschrieben – in jede Gehäusekavität um jeden Sondenverbinder 60 herum angebracht werden kann. Der Versiegelungsdruck wird durch die räumliche Beziehung zwischen den Komponenten aufrechterhalten. Eine Versiegelung um die Bodenfedersonden 58 ist nicht erforderlich, da das Gehäuse 52 es möglich macht, die Vakuumversiegelung hinter den Bodenfedersonden 58 anzubringen.
Alternative Ausführungsformen
Eine alternative Ausführungsform eines Federsondenblocksatzes 150 ist in 7A zu sehen. Der Federsondenblocksatz 150 umfasst ein isolierendes Gehäuse 152, Signalsondenkontakte 161 und Bodensondenkontakte 158 sowie Sondenverbinderhalterungen 156. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ist das Gehäuse 152 aus dielektrischem Material spritzgegossen, wobei das dielektrische Material die Bodenelemente und die zugehörige Signalleitung umgibt und von allen anderen Signalleitungen und Bodenpaarungen isoliert und ferner alle Böden in der Montagegruppe gegenüber allen angrenzenden Sondenblocksätzen und dem Gestellboden des automatisierten Prüfgeräts isoliert. Wie oben beschrieben wurde, entsprechen die gelochten Kavitäten an beiden Enden des Gehäuses 152 der allseitigen Ummantelung einer montierten Gruppe von Bodenelementen, wobei die Kavitäten entsprechend bemessen sind, um die axiale und seitliche Bewegung der montierten Sondenverbinder und der Bodenklammern zu beschränken, wenn die Federsonden darin installiert sind.
Wie in 7A und 7B zu sehen ist, umfasst die Sondenhalterung 156 ein Paar geprägte elektrische Bodenklammern 180, welche ineinander eingreifen, um eine Klemmvorrichtung zu bilden, die den Signalsondenverbinder 160 und die Bodensonden 158 aufnimmt. Die Bodenklammern 180 besitzen zentral angebrachte Loops 182, die axial ausgerichtet sind, und ein Paar Federarme 184, die sich aus jedem der beiden Enden erstrecken. Die Bodenklammer-Untergruppe ist vorzugsweise symmetrisch, so dass sie in die Kavität des Gehäuses 152 ohne eine bestimmte Ausrichtung eingesetzt werden kann, wodurch die Montage erleichtert wird. Die Loops 182 der Bodenklammern 180 sind so bemessen, dass sie einen Signalfedersondenverbinder 160 aufnehmen können, der mit geringer Einsteckkraft (unter 31,36 N (7 lbs.)) gleitbar einrastet. Wenn die Bodenfedersonden 158 zwischen die Federarme 184 eingesetzt werden, werden die Arme 184 nach außen verschoben und erzeugen eine normale Kraft gegen die Signalfedersondenverbinder 160 und halten hierdurch die montierten Elemente in Position. Vorzugsweise ist einer der Loops 182 der Bodenklammer 180 hinter dem Pressring 183 des Signalsondenverbinders 160 positioniert, wodurch der Ausreißwiderstand des Geräts verbessert wird.
In der in 7A und 7B gezeigten Ausführungsform sind die Federarme 184 der Bodenklammer 180 scherenartig nach außen abgewinkelt, so dass eine Klemmkraft die Bodensonde 158 gegen eine axiale Rille 190 des Gehäuses 152 drängt, nachdem die Bodensonde 158 dazwischen eingesetzt wurde, wodurch eine richtige Ausrichtung der Bodensonde 158 innerhalb des Gehäuses 152 bewirkt wird. Der eingeschlossene Winkel ⌀, der von den Federarmen 184 definiert wird, ist vorzugsweise größer als 22°. Darüber hinaus halten die Seitenwände der Kavität im Gehäuse vorzugsweise die Federarme 184 der Bodenklammer 180 in einem vorgespannten Zustand, so dass die Vorspannung der Federarme 184 den offenen Bereich zwischen den Federarmen 180 vergrößert und dadurch das Einsetzen der Bodensonde 158 erleichtert. Diese Vorspannung würde außerdem den Eingangswinkel zwischen den Einführabfasungen 192 der Federarme vergrößern, wodurch die erforderliche Einsetzkraft reduziert würde.
In einer alternativen Ausführungsform, die in 8A, 8B und 8C gezeigt wird, sind die Federarme 184' der Bodenklammer 180' nach hinten zueinander abgebogen, um die Bodensonde 158 im Wesentlichen zu umrunden, wenn die Bodensonde 158 in die Bodenklammer 180' eingesteckt ist. Wenn eine Bodensonde 158 in den die Bodensonde aufnehmenden Teil der Bodenklammern 180' eingesteckt ist, spannt die Klemmkraft die Bodenklammern 180' um den Körper des Signalsondenverbinders 160. Falls es gewünscht wird, können die individuellen Bodenklammern 180' aus optionalen Verbindungsgeweben gebildet werden, die ein einfaches Falten der Bodenklammern 180' ermöglichen, um eine finale Ausrichtung der Elemente zu erzielen. Das optionale Verbindungsgewebe, das die Bodenklammern zusammen sichert, kann – falls gewünscht – zerbrechlich oder verformbar sein.
Zur Erhöhung der Kabelausreißkraft werden vorzugsweise Halterungen 200 bereitgestellt, die für eine Sicherung auf der Rückseite 183 des Gehäuses 152 in einer Schnappvorrichtung sorgen, wie in 9A und 9B zu sehen ist. Die Halterungen 200 haben vorzugsweise Verriegelungsarme 202, um in gegenseitige Verriegelungsvorrichtungen 204 des Gehäuses 152 einzugreifen. Zur leichteren Montage sollten die Halterungen 200 vorzugsweise in zwei Teilen ausgebildet sein, die zueinander passende Zungen 205 und Rillen 206 besitzen, die die beiden Halterungsteile 200 miteinander verzahnen. Ferner sollte das Gehäuse 152 vorzugsweise am hinteren Ende des Gehäuses eine Kavität besitzen, die zum Raster der Kavitäten, die den Sondenverbinder aufnehmen, versetzt angeordnet ist und dadurch die Verwendung von identischen Halterungsteilen ermöglicht. Dies würde die Herstellungskosten vermindern und die Montage des Geräts erleichtern. Vorzugsweise sollte das Gehäuse 152 Durchlasswege 208 umfassen, die sich zu den Verriegelungsarmen 202 der Halterung 200 hin öffnen, so dass die Halterung 200 von außerhalb des Gehäuses 152 zum Nachbearbeiten des Geräts ausgehängt werden kann.
Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen des Federsondenblocksatzes 50, 150 sind für den Durchschnittsfachmann Ergänzungen und Änderungen ersichtlich, die vorgenommen werden können, ohne sich vom Geist und Zweck der Erfindung zu entfernen. So sollte das Gehäuse 52, 152 der Montagegruppe vorzugsweise mit Montagelöchern 210 versehen werden, damit der Federsondenblocksatz 50, 150 in einem automatisierten Prüfgerätekopf montiert werden kann. Es wird vorwegnehmend angemerkt, dass die Halterungselemente (Bodenplatte 56 und Bodenklammern 180, 180') andere als die hier gezeigten Formen besitzen oder beispielsweise in Metallsondensatzgehäusen verwendet werden können.

Claims

Federsondenblocksatz mit: – einem isolierenden Gehäuse (52, 152) mit einer Kavität (54) auf einer Vorderseite (53) des Gehäuses (52, 152); – einem Sondenverbinder (60, 160) in der Kavität (54), wobei der Sondenverbinder (60, 160) eine Signalsonde (61) aufweist, welche von einer isolierenden Schicht (62) und einem leitfähigen Mantel (64) umgeben ist; – einer leitfähigen Bodensonde (58) in der Kavität (54); und – einer leitfähigen Halterung (56, 156), welche innerhalb der Kavität (54) an die Vorderseite (53) des Gehäuses (52, 152) angrenzend untergebracht ist, wobei die Halterung (56, 156) Durchlässe (66, 68) zur Aufnahme des Sondenverbinders (60, 160) und der Bodensonde (58) aufweist und wobei die Bodensonde (58) sich in elektrischem Kontakt mit der leitfähigen Halterung (56, 156) und dem leitfähigen Mantel (64) des Sondenverbinders (60, 160) befindet.
Federsondenblocksatz gemäß Anspruch 1, wobei die Signalsonde (61) und die Bodensonde (58) Federsonden sind.
Federsondenblocksatz gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (52, 152) mehrere Kavitäten umfasst, wobei jede der mehreren Kavitäten (54) eine leitfähige Halterung (56, 156), einen Sondenverbinder (60, 160) und eine Bodensonde (58) enthält.
Federsondenblocksatz gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei die leitfähige Halterung (56, 156) den Sondenverbinder (60, 160) mittels Presspassung aufnimmt und wobei die leitfähige Halterung (56, 156) die Bodensonde (58) mittels Gleitpassung aufnimmt.
Federsondenblocksatz gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kavität (54) eine rampenartige Seitenwand (72) aufweist, welche derart positioniert ist, dass die Bodensonde (58) durch die rampenartige Seitenwand (72) abgelenkt wird, um eine normale Kraft zwischen der Bodensonde (58) und der Halterung (56, 156) zu erzeugen und dadurch die Bodensonde (58) innerhalb der Anordnung (50, 150) zu halten.
Federsondenblocksatz gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, wobei es sich bei dem Sondenverbinder (60, 160) um einen koaxialen Sondenverbinder handelt.
Federsondenblocksatz gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4 und 6, wobei der Durchlass (66) der Halterung (56) zur Aufnahme der Bodensonde (58) einen ablenkenden Teil aufweist, welcher die Bodensonde (58) elastisch ablenkt und die Bodensonde (58) in der Halterung (56) zur Aufnahme in einen Friktionssitz hält.
Federsondenblocksatz gemäß Anspruch 7, wobei der Durchlass (66) zur Aufnahme der Bodensonde (58) ein Loch in der Halterung (56) darstellt.
Federsondenblocksatz gemäß Anspruch 8, wobei das Loch ein erstes Loch (80) aufweist, das sich von einer Vorderseite (200) der Halterung (56) entlang einer ersten Achse erstreckt, und ein zweites Loch (82), welches das erste Loch (80) entlang einer zweiten Achse schneidet, welche parallel und versetzt zur ersten Achse liegt.
Federsondenblocksatz gemäß Anspruch 8, wobei das Loch ein erstes Loch (80') aufweist, welches sich von einer Vorderseite (200) der Halterung (56) entlang einer ersten Achse erstreckt, und ein zweites Loch (82'), welches das erste Loch entlang einer zweiten Achse schneidet, welche nicht parallel zur ersten Achse liegt.
Federsondenblocksatz gemäß Anspruch 8, wobei die Halterung (56) Folgendes aufweist: – einen vorderen Teil (86), welcher ein erstes Loch (80'') aufweist, welches sich durch den vorderen Teil (86) erstreckt, und – einen hinteren Teil (88), welcher ein zweites Loch (82'') aufweist, welches sich durch den hinteren Teil (88) erstreckt, – wobei der vordere Teil (86) und der hintere Teil (88) derart zusammengebaut sind, dass die ersten und zweiten Löcher (80'', 82'') sich schneiden und nicht axial ausgerichtet sind.
Federsondenblocksatz gemäß einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Bodensonde (58) durch die Halterung (56) elastisch abgelenkt wird, um eine normale Kraft zwischen der Bodensonde (58) und der Halterung (56) zu erzeugen und dadurch die Bodensonde (58) mit der Halterung (56) zu halten.