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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Prüfkopf und eine Prüfnadel,
die in dem Prüfkopf
integriert ist, welche eine Prüfvorrichtung
fest mit einer untersuchten Vorrichtung verbinden, in einem Fall,
wenn eine elektrische Eigenschaft dieser Vorrichtung untersucht
wird, bevor die Vorrichtung auf einer Platine montiert wird. Die
untersuchte Vorrichtung entspricht entweder einem Modul oder einem
IC (integrierter Schaltkreis) einer Hochfrequenz-/Hochgeschwindigkeitsschaltung
wie z. B. eine Verstärkerschaltung,
eine Mischerschaltung und eine Filterschaltung, die in einem Mobiltelefon
montiert sind.
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Die
US 4,730,159 offenbart eine
Prüfstifthalterung
mit programmierbarer Prüfstiftkonfiguration
auf der Grundlage einer Stiftbetätigungseinrichtung,
die in den verfügbaren
Raum passt, indem die Verwendung von Miniaturkupplungen oder -ventilen
vorgeschlagen wird, welche die Nutzung eines elektro-rheologischen
Fluids umfasst.
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In
dieser Beschreibung wird die oben erwähnte Hochfrequenzschaltung
als ein solcher analoger Schaltkreis definiert, der in einem Hochfrequenzbereich
arbeiten kann, und die oben erwähnte
Hochgeschwindigkeitsschaltung wird als ein solcher digitaler Schaltkreis
definiert, bei dem eine Impulsbreite und eine Impulsfrequenz eines
digitalen Signals sehr kurz sind, und weiterhin werden sowohl die
analoge Hochfrequenzschaltung als auch die digitale Hochgeschwindigkeitsschaltung
als RF-Schaltkreis oder -vorrichtung bezeichnet. Das RF-Signal beinhaltet
entweder ein Sinuswellensignal oder ein Impulssignal, dessen Wiederholungsperiode
höher als
oder gleich 1 GHz ist.
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In
einem Fall, wenn elektrische Eigenschaften von RF-Vorrichtungen, wie
Halbleiter-Wafer, ICs und Module, untersucht werden, insbesondere
wenn Anschlussbereiche keinen ausreichenden Kontakt aufweisen, dann
werden Impedanzen oder dergleichen verändert, so dass die Messwerte
variieren. Deshalb werden die elektrischen Eigenschaften von RF-Vorrichtungen mittels
eines in
4 gezeigten Prüfkopfs untersucht,
wie in der
japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 2001-99889A offenbart.
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Insbesondere
wird ein RF-Schaltkreis, der der untersuchten Vorrichtung entspricht,
als ein Modul 20 angeordnet, in dem eine Verstärkerschaltung,
eine Mischerschaltung oder dergleichen innerhalb eines aus einem
Metallmaterial gefertigten Gehäuses
montiert sind, um außenliegende
Baugruppen zu vermeiden. Das Modul 20 wird gebildet durch
Verwendung von Eingangs-/Ausgangs-Anschlüssen 21/24 zum
Eingeben/Ausgeben von RF-Signalen, einem Spannungsversorgungsanschluss 22,
einem Masseanschluss (Erdungsanschluss) 23 oder dergleichen
auf einer Oberfläche
dieses Metallgehäuses.
Dann wird ein Prüfverfahren
angewandt, durch das der RF-Schaltkreis in einer solchen Weise geprüft wird,
dass diese Anschlüsse 21, 22, 23, 24 elektrisch
mit entsprechenden Anschlüssen
auf einer Leiterplatte 36 verbunden sind, auf welcher die
Leitungen für
die Prüfung
ausgebildet wurden.
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Bei
dem obigen Prüfkopf
wird eine Prüfnadel
eingesetzt, bei der ein Kolben und eine Feder in ein Metallrohr
eingeführt
sind, so dass ein Spitzenende des Kolbens durch die Drängkraft
der Feder zurückziehbar von
dem Rohr vorsteht. Eine Prüfnadel 33 für ein RF-Signal,
eine Prüfnadel 34 für die Spannungsversorgung, und
eine Prüfnadel 35 für die Erdung
sind innerhalb eines Metallblocks 31 untergebracht, der
eine durch eine Rauschstörung
verursachte negative Beeinflussung verhindern kann. Diese Prüfnadeln 33, 34, 35 werden elektrisch
mit den entsprechenden Anschlüssen 22/23 und
den Eingangs-/Ausgangsanschlüssen 21/24 in Kontakt
gebracht.
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Diese
Prüfnadel 33 für das RF-Signal
besteht aus einer Prüfspitze
mit kurzer Länge,
um so eine Induktanzkomponente zu verringern. Auch wenn diese Prüfnadel 33 für das RF-Signal
eine solche kurze Prüfspitze
nutzt, kann die Induktanzkomponente dieser kurzen Prüfnadel 33 im
RF-Bereich nicht vernachlässigt werden.
Zum Beispiel bei einer Prüfnadel
für das
RF-Signal mit einem Induktanzwert von 1 nH wird eine Impedanz dieser
1 nH – Prüfnadel im
Frequenzbereich von 10 GHz 63 Ohm (Ω). Um ein solches Problem zu
vermeiden, während
ein dielektrisches Rohr zwischen der Prüfnadel 33 für das RF-Signal und dem Metallblock 31 eingesetzt
wird, wird eine koaxiale Leitungsstruktur in einer solchen Weise
ausgebildet, dass die Prüfnadel 33 für das RF-Signal
als ein Kernleiter und der Metallblock 31 als ein externer
Leiter definiert sind. Dadurch kann diese koaxiale Leitungsstruktur
den Anstieg der Impedanz und/oder das Eindringen einer Rauschstörung verhindern.
In 4 zeigt Bezugszeichen 37 ein koaxiales
Kabel und Bezugszeichen 38 bezeichnet eine Platte zum Befestigen
des Metallrohrs, das als ein Außenumfang
der Prüfnadel 33 vorgesehen
ist.
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In
dem in 4 gezeigten Prüfkopf
sind zwei Sätze
(Eingabe- und Ausgabezwecke)
der Prüfnadeln 33 für RF-Signale
dargestellt, und ein Satz der Prüfnadel 34 für die Spannungsversorgung
und auch ein Satz der Prüfnadel 35 für die Erdung
sind dargestellt. Jedoch sind in den tatsächlichen Prüfköpfen große Elemente dieser Kontaktnadeln
ausgebildet. Außerdem
gibt es, in dem speziellen Fall einer derzeitigen stärkeren Integration,
wie bei ICs, einige Fälle,
bei denen ca. 400 Teile pro 1 cm2 von Anschlüssen vorgesehen
sind.
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Demzufolge
treten in der Branche engere Abstände (ca. 0,4 mm) der jeweiligen
Anschlüsse
auf.
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Wenn
Anschlussabstände
zu solchen engen Abständen
werden, muss ein Außendurchmesser
einer Prüfnadel
für das
RF-Signal, welche eine dielektrische Schicht beinhaltet, kleiner
gestaltet werden. Jedoch muss dieser Außendurchmesser zu einer charakteristischen
Impedanz (z. B. 50 Ω)
angepasst werden, welche ein Verhältnis (1) zwischen einem Durchmesser „d" eines Kernleiters
eines koaxialen Leitungspfads und einem Innendurchmesser „D" eines externen Leiters
davon erfüllt,
wobei nun angenommen wird, dass eine dielektrische Konstante einer
dielektrischen Substanz zwischen dem Kernleiter und dem externen
Leiter als „εr" definiert ist.
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Um
diese Formel (1) zu erfüllen,
kann der Innendurchmesser „D" des externen Leiters
verringert werden, da ein Material, dessen dielektrische Konstante
gering ist, als eine dielektrische Substanz verwendet wird. Auch
wenn ein Rohr aus Polytetrafluorethylen verwendet wird, und außerdem eine
Prüfnadel
mit dem kleinsten Außendurchmesser
(= 0,15 mm) verwendet wird, um diese Formel (1) zu erfüllen, wird
dennoch ein Innendurchmesser eines Außenleiters (nämlich der
Innendurchmesser des im Metallblock ausgebildeten Durchgangslochs)
ungefähr
0,5 mm groß,
so dass eine charakteristische Impedanz eines koaxialen Leitungspfads 50 Ω wird. Dadurch
kann dieser Innendurchmesser des Außenleiters nicht in den Abstand
von 0,4 mm eingepasst werden. Das oben beschriebene Rohr aus Polytetrafluorethylen,
dessen dielektrische Konstante gleich 2,1 ist, ist derzeit als eine solche
dielektrische Substanz mit der kleinsten dielektrischen Konstante
bekannt.
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Um
einen Außendurchmesser
einfach zu verkleinern, muss somit ein Durchmesser eines Kernleiters kleiner
gemacht werden, und ein Außendurchmesser
einer Prüfnadel
muss verschmälert
werden, z. B. ca. 0,09 mm (in diesem Fall wird der Innendurchmesser „D" 0,3 mm). Bei einer
Verschmälerung
einer Prüfnadel
mit einem komplizierten Aufbau treten solche Probleme auf, dass
sehr hohe Kosten anfallen, die Lebensdauer der Prüfnadel verringert
wird und die Zuverlässigkeit
dieser Prüfnadel
abnimmt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Prüfkopf für eine RF-Vorrichtung bereitzustellen,
der eine sehr zuverlässige
Prüfung
durchführen
kann, ohne von einer Rauschstörung
negativ beeinflusst zu werden, während
eine Prüfnadel
mit einer koaxialen Struktur und geringeren Herstellungskosten verwendet
wird, auch in einem solchen Fall, in dem eine heutige RF-Vorrichtung
einen sehr engen Abstand (Intervall) von Anschlüssen aufweist.
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Um
das obige Ziel zu erreichen, wird gemäß der Erfindung ein Prüfkopf zum
Untersuchen einer mit zumindest einem RF-Signalanschluss und einem Erdungskontakt
ausgestatteten Vorrichtung bereitgestellt, wobei der Prüfkopf umfasst:
einen
Metallblock, der mit einem Durchgangsloch ausgebildet ist, das sich
in einer ersten Richtung erstreckt; und
eine Prüfnadel,
die in das Durchgangsloch eingesetzt wird, wobei die Prüfnadel umfasst:
ein
Metallrohr, das sich in der ersten Richtung erstreckt;
einen
Kolben, der zurückziehbar
von einem Längsende
des Metallrohrs vorsteht, um mit dem RF-Signalanschluss in Kontakt
gebracht zu werden; und
zumindest zwei dielektrische Ringelemente,
die auf einem Außenumfang
des Metallrohrs vorgesehen sind und mit dem Durchgangsloch eingepasst
sind, wobei sie einen Spalt zwischen dem Außenumfang des Metallrohrs und
einer Innenwand des Durchgangslochs bilden, um einen koaxialen Pfad
zu bilden, in dem die Prüfnadel als
ein Kernleiter dient und der Metallblock als ein externer Leiter
dient,
wobei ein Durchmesser des Durchgangslochs und ein Durchmesser
der dielektrischen Ringelemente so ausgewählt ist, dass der koaxiale
Pfad eine vorbestimmte Impedanz relativ zum RF-Signalanschluss aufweist.
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Vorzugsweise
ist die Abmessung jedes der dielektrischen Ringelemente in der ersten
Richtung ausreichend kleiner als eine Länge des Metallrohrs in der
ersten Richtung.
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Bei
der obigen Konfiguration kann die dielektrische Konstante „εr" des dielektrischen
Elements, das in der oben erläuterten
Formel (1) definiert ist, als im Wesentlichen 1 betrachtet werden,
da ein Hauptbereich der Prüfnadel
entlang der ersten Richtung eine Luftschicht zwischen dieser Prüfnadel und
dem Metallblock wird. Dadurch kann der Innendurchmesser „D" des externen Leiters
verringert werden, auch wenn der Durchmesser „d" des Kernleiters nicht verringert wird,
da diese dielektrische Konstante „εr" klein wird. Deshalb
kann die Erfindung in geeigneter Weise auf eine solche Anforderung
nach verringerten Abständen
zwischen den Anschlüssen
der untersuchten Vorrichtungen ausgerichtet werden. Auch wenn zum
Beispiel die Prüfnadel
des Standes der Technik mit dem Außendurchmesser „d" = 0,15 mm ⌀ verwendet
wird, kann der Innendurchmesser „D" des Außenleiters auf ca. 0,35 mm ⌀ festgelegt
werden, was geeignet an das Anschlussintervall von 0,4 mm angepasst
werden kann.
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Vorzugsweise
bestehen die dielektrischen Ringelemente aus einem Harzmaterial
und sind einstückig mit
dem Metallrohr geformt. In diesem Fall bewegen sich die dielektrischen
Ringelemente nicht, wenn die Prüfnadel
in das Durchgangsloch eingepasst wird. Deshalb kann der Montagevorgang
vereinfacht und sicher durchgeführt
werden. Es ist weiter bevorzugt, dass die dielektrischen Elemente
einstückig
auf vertieften Bereichen geformt sind, die auf dem Außenumfang
des Metallrohrs ausgebildet sind.
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Vorzugsweise
umfasst der Prüfkopf
eine leitfähige
Gummiplatte, in der Metallfäden
so angeordnet sind, dass sie sich in der ersten Richtung erstrecken,
und auf welcher der Erdungskontakt der zu untersuchenden Vorrichtung
in Kontakt gebracht wird, so dass der Erdungskontakt und der Metallblock über die
Metallfäden elektrisch
verbunden werden.
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Bei
einer solchen Konfiguration kann die Verbindung zwischen dem Erdungskontakt
der untersuchten Vorrichtung und dem Metallblock über einen
weiten Bereich sicher geschaffen werden. Da der mit dem Metallblock
verbundene Metallfaden zwischen dem Metallblock und der untersuchten
Vorrichtung liegt, gibt es ferner im Wesentlichen keinen elektrischen
Spalt. Deshalb tritt zwischen den RF-Eingang-/Ausgangsanschlüssen kein Signal aus und die
Isolationseigenschaft bei der Prüfung
kann verbessert werden.
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Gemäß der Erfindung
wird außerdem
eine Prüfnadel
bereitgestellt, die in ein Durchgangsloch eingeführt ist, das in einem Metallblock
eines Prüfkopfs
zum Untersuchen einer mit zumindest einem RF-Signalanschluss und
einem Erdungskontakt ausgestatteten Vorrichtung ausgebildet ist,
wobei die Prüfnadel
umfasst:
ein Metallrohr;
einen Kolben, der zurückziehbar
von einem Längsende
des Metallrohrs vorsteht, um mit dem RF-Signalanschluss in Kontakt
gebracht zu werden; und
zumindest zwei dielektrische Ringelemente,
die auf einem Außenumfang
des Metallrohrs vorgesehen sind und mit dem Durchgangsloch eingepasst
sind, wobei sie einen Spalt zwischen dem Außenumfang des Metallrohrs und
einer Innenwand des Durchgangslochs bilden, um einen koaxialen Pfad
zu bilden, in dem die Prüfnadel als
ein Kernleiter dient und der Metallblock als ein externer Leiter
dient,
wobei ein Durchmesser der dielektrischen Ringelemente
so ausgewählt
ist, dass der koaxiale Pfad auf der Grundlage eines Durchmessers
des Durchgangslochs relativ zum RF-Signalanschluss eine vorbestimmte Impedanz
aufweist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
obigen Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch
Beschreibung von bevorzugten beispielhaften Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen besser ersichtlich, in denen:
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1A eine
Schnittansicht eine Prüfkopfs
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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1B eine
beispielhafte Ansicht einer Prüfnadel
ist, die im Prüfkopf
integriert ist;
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2A eine
perspektivische Ansicht ist, die einen demontierten Zustand des
Prüfkopfs
zeigt;
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2B eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht ist, die einen demontierten Zustand einer Erdungsplatte
und einer leitfähigen
Gummiplatte in dem Prüfkopf
zeigt;
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2C eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht der Erdungsplatte ist;
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3 eine
Schnittansicht der Prüfnadel
ist, die einen Zustand zeigt, bei dem dielektrische Ringe nicht vorgesehen
sind; und
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4 eine
erläuternde
Ansicht eines Prüfkopfes
des Standes der Technik ist.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend genau unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, ist in einem Prüfkopf für eine RF-Vorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung eine Prüfnadel 3 für ein RF-Signal
in einem Metallblock 1 in einer solchen Weise vorgesehen, dass
ein Spitzenbereich eines zurückziehbaren
Kolbens 11 von der Seite einer Fläche des Metallblocks 1 vorsteht.
Eine untersuchte Vorrichtung 20, auf der eine RF-Schaltung
ausgebildet wurde, wird in Richtung zum Metallblock 1 herabgedrückt, so
dass die RF-Signalanschlüsse 21 und 24 dieser
untersuchten Vorrichtung 20 in Kontakt mit der Prüfnadel 3 gebracht
werden. Die elektrische Prüfung
der Vorrichtung 20 wird durch einen Prüfungsschaltkreis durchgeführt, der über ein
koaxiales Kabel 7 mit dem anderen Ende der Prüfnadel verbunden
ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind dielektrische Ringe 15 an zumindest zwei Stellen eines
Außenumfangs
der Prüfnadel 3 befestigt
und in ein Durchgangsloch des Metallblocks 1 eingepasst,
so dass ein hohler Bereich 15a zwischen der Prüfnadel 3 und
dem Metallblock 1 ausgebildet ist. Ein Außendurchmesser
des dielektrischen Rings 15 ist so festgelegt, dass er
eine erwünschte
charakteristische Impedanz eines koaxial ausgebildeten Pfads errichtet,
in dem die Prüfnadel 3 als
Kernleiter und der Metallblock 1 als externer Leiter dient.
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3 zeigt
einen Aufbau einer Vielzweck-Prüfnadel 10 (3, 4),
bei der der dielektrische Ring 15 nicht vorgesehen ist.
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Bei
der Prüfnadel 10 (3, 4)
sind eine Feder 14 und ein Ende der Kolben 11, 12 in
einem Metallrohr 13 untergebracht, das mit verengten Bereichen 13a ausgebildet
ist, welche veranlassen, dass die Kolben 11 und 13 nicht
aus dem Metallrohr 13 ausgestoßen werden. Die Kolben 11, 12 werden
von der Feder 14 nach außen gedrängt, so dass die spitzen Bereiche
der Kolben 11, 12, die aus dem Metallrohr 13 vorstehen,
zurückgezogen
werden können.
In einem Fall, in dem keine Kraft auf die Kolben 11, 12 aufgebracht
wird, steht der spitze Bereich des Kolbens 11 um ca. 1
mm aus dem Metallrohr 13 vor.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
sind die Kolben 11, 12 an beiden Kanten vorgesehen.
Jedoch kann der Kolben an zumindest einem Ende einer Prüfnadel 10,
die der untersuchten Vorrichtung 20 gegenüberliegt, vorgesehen
sein. Zum Beispiel kann das andere Ende der Prüfnadel 10 mit einem
weiteren Element durch Löten
befestigt sein.
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Der
genaue Aufbau der Prüfnadel 10 wird
unter Bezugnahme auf 1B beschrieben. Eine Länge „L1" des
Metallrohrs 13 wird so ausgewählt, dass sie ca. 3,5 mm beträgt. Ein
Außendurchmesser „d" des Metallrohrs 13 wird
so ausgewählt,
dass er ca. 0,15 mm beträgt.
Das Metallrohr 13 ist aus Nickelsilber (Kupfer-Nickel-Zink-Legierung)
gefertigt. Die Kolben 11, 12 sind entweder aus
einem SK-Material (Kohlenstoffstahl) oder aus Beryllium-Kupfer gefertigt.
Die Dicke der Kolben 11, 12 wird so ausgewählt, dass
sie ca. 0,1 mm beträgt. Die
herausstehenden Längen „L2" des
Kolbens 11 vom Ende des Metallrohrs 13 betragen
ca. 1 mm. Die Feder 14 ist aus einem Klavierseitendraht
oder dergleichen ausgebildet.
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In
Bezug auf die Prüfnadel 3 für das RF-Signal
wird ein Formharz einstückig
auf dem Außenumfang der
Prüfnadel 10 ausgebildet,
so dass der dielektrische Ring 15 gebildet wird. Dieser
dielektrische Ring 15 hat in einem Fall, dass ein Innendurchmesser „D" eines in dem Metallblock 1 ausgebildeten
Durchgangslochs ausgewählt
ist, 0,33 mm ⌀ aufzuweisen,
einen Außendurchmesser „d2",
der so ausgewählt
ist, dass er 0,34 mm ⌀ beträgt, und
eine Länge „L3" davon
ist so ausgewählt,
dass sie ca. 0,4 mm beträgt.
Der dielektrische Ring 15 ist im Durchgangsloch eingepasst,
um daran befestigt zu werden.
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Der
Außendurchmesser
dieses dielektrischen Rings 15 ist so festgelegt, dass
er eine Abmessung aufweist, die um 0,1 bis 0,2 mm größer als
der Innendurchmesser „D" ist. Der Innendurchmesser „D" des Metallblocks 1 wird
durch den Außendurchmesser „d" der Prüfnadel 3 und
die dielektrische Konstante des dielektrischen Rings 15,
die zu einem Abmessungsverhältnis
relativ zu dem hohlen Bereich 15a auf der Grundlage der oben
erläuterten
Formel (1) korrespondiert, bestimmt. Hierbei kann die dielektrische
Konstante des dielektrischen Rings 15 in einem Fall, dass
die Länge „L3" des
dielektrischen Rings 15 ausreichend kleiner ist als die Länge „L1" des
Metallrohrs 13, im Wesentlichen als 1 betrachtet werden.
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Um
das Einsetzen des dielektrischen Rings 15 in das Durchgangsloch
des Metallblocks 1 zu erleichtern, ist es bevorzugt, dass
ein Mittelbereich jedes dielektrischen Rings 15 in dessen
Längsrichtung
spitz ausgeführt
ist, wie in 1A und 1B gezeigt.
Jedoch kann der Außendurchmesser
des dielektrischen Rings 15 in der Längsrichtung vollständig gleichmäßig ausgeführt sein.
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Auch
wenn es ausreichend ist, ein Stück
des dielektrischen Rings 15 auf jedem der beiden Endbereiche
der Prüfnadel 3 vorzusehen,
kann die Anzahl der dielektrischen Ringe 15 erhöht werden,
wenn die Länge des
dielektrischen Rings 15 lang ist. Jedoch ist es bevorzugt,
die Anzahl dieser dielektrischen Ringe 15 im Hinblick auf
einen solchen technischen Aspekt, dass die dielektrischen Konstanten
der dielektrischen Substanzen verringert werden können, niedrig
zu halten. Bezüglich
des Harzmaterials kann solch ein Harz wie Polypropylen (PP), dessen
dielektrische Konstante klein ist, verwendet werden.
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Weiterhin
wird dieser dielektrische Ring 15 nicht bewegt, wenn der
dielektrische Ring 15 in das Durchgangsloch des Metallblocks 1 eingepasst
wird, da, wie in 1B angezeigt, dieser dielektrische
Ring 15 einstückig
auf dem verengten Bereich (konkaver Bereich) 13a der Prüfnadel 10 geformt
ist.
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Um
die oben beschriebene Prüfnadel 3 zu
erhalten, wird zuerst die Prüfnadel 10 mit
dem in 3 gezeigten Aufbau ausgebildet. Als Nächstes wird
die Prüfnadel 10 in
eine Form eingelegt, in der der konkave Bereich, welcher dem verengten
Bereich 13a gegenüberliegt,
ausgebildet wurde, und geschmolzenes Harz wird dann in die Form
gegossen. Nachdem dieses geschmolzene Harz abgekühlt ist, um sich zu verfestigen,
wird diese Anordnung aus der Form herausgenommen. Die Prüfnadel 3,
die mit den dielektrischen Ringen 15 versehen ist, kann
auf diese einfache Art und Weise als Massenprodukt hergestellt werden.
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Das
andere Ende der Prüfnadel 3 ist
mit einem koaxialen Kabel 7, wie ein halbsteifes Kabel,
verbunden. Wie in 2A gezeigt, ist dieses koaxiale
Kabel 7 mit einem SMA-Verbinder 18 (SMA – Sub-Miniatur
Typ A) verbunden, der in einer Kabelbox 17 vorgesehen ist,
die aus einer Metallplatte, z. B. Aluminium, gefertigt ist. Ein
nicht dargestellter Tester kann über
ein koaxiales Kabel mit dem SMA-Verbinder 18 verbunden
sein.
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Die
Prüfnadel 4 für den Spannungsversorgungsanschluss
muss nicht in einer koaxialen Struktur ausgebildet sein, sondern
kann über
ein Isolierelement 16 in einer solchen Weise gehalten werden,
dass diese Prüfnadel 4 in
Bezug auf den Metallblock 1 elektrisch isoliert sein kann.
Wenn eine dielektrische Substanz mit einer erwünschten Dicke und einer hohen
dielektrischen Konstante so ausgebildet wird, um eine wünschenswerte
Kapazität
zwischen dieser Prüfnadel 4 und
dem Metallblock 1 herzustellen, kann ein Hochfrequenzrauschen,
welches die Spannungszufuhrleitung überlagert, eliminiert werden.
Wie in 1A gezeigt, sind die jeweiligen
Prüfnadeln 3 und 4 so
ausgelegt, dass sie vertikal nicht bewegt werden können, da
ihre unteren Enden durch die Leiterplatte 6 fixiert sind,
und ihre oberen Enden sind durch die Durchgangslöcher einer Erdungsplatte 8 (wird
später
erläutert)
fixiert, und außerdem
solch ein Bereich, an dem eine Erdungselektrode nicht ausgebildet
ist (wird später
erläutert).
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Wie
in 1A gezeigt, ist ein Erdungskontakt (Masseanschluss) 23 der
untersuchten Vorrichtung 20 sowohl über die Erdungsplatte 8 als
auch über
eine leitfähige
Gummiplatte 5 mit dem Metallblock 1 verbunden. Da
ein solcher Aufbau genutzt wird, kann ein Kontaktbereich zwischen
dem Erdungskontakt 23 und dem Metallblock 1 mehrere
Dutzend Male größer ausgebildet
sein als derjenige, der durch Einsatz der oben beschriebenen Prüfnadel für Erdung,
gezeigt in 4, erzielt werden kann. Jedoch
kann der Erdungskontakt 23 mittels einer herkömmlichen
Prüfnadel
verbunden sein.
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Die
Erdungsplatte 8, die die oberen Enden der beiden Prüfnadeln 3 und 4 fixiert,
ist auf dem Metallblock 1 vorgesehen, so dass durch die
Feder 14 nur der Kolben 11 von der Erdungsplatte 8 nach
oben vorsteht. Eine Dicke „t2" dieser
Erdungsplatte 8 wird so ausgewählt, dass sie ca. 0,25 mm beträgt, so dass
dieser Kolben 11 in einem Fall, dass der Kolben 11 nicht
von der untersuchten Vorrichtung 20 herabgedrückt wird,
um ca. 0,45 mm über
der leitfähigen
Gummiplatte 5 vorsteht, die auf dieser Erdungsplatte 8 (wird
später
beschrieben) vorgesehen ist.
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Wie
in 2C gezeigt, ist die Erdungsplatte 8 zum
Beispiel aus einer Glasepoxydplatte gefertigt, die mit Durchgangslöchern mit
Abmessungen von ca. 0,3 mm ⌀ in
einer Matrixform mit einem Abstand von ca. 1 mm ausgebildet ist.
Durchgänge 81 sind
in diesen Durchgangslöchern
mittels einer Plattierung ausgebildet, um so eine obere Fläche und
eine untere Fläche
der Erdungsplatte 8 durch diese hindurch elektrisch zu
verbinden. Eine Metallfolie ist auf fast der gesamten Fläche der
oberen und unteren Flächen
der Erdungsplatte 8 ausgebildet, wobei die Anschlüsse 21, 22 und 24 ausgelassen
werden. Dadurch dient die Metallfolie als eine Erdungselektrode
zum elektrischen Verbinden des Metallblocks 1 und der Metallfäden, die
in der leitfähigen Gummiplatte 5 ausgebildet
sind (wird später
beschrieben). Um eine ausgezeichnete elektrische Verbindung zu errichten,
ist es bevorzugt, dass die Metallfolie und die Durchgänge 81 mit
Gold plattiert sind.
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Wie
in 1A und 2C gezeigt,
ist die Erdungsplatte 8 mit Durchgangslöchern 82 ausgebildet,
die jeweils einen kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser
des Metallrohrs aufweisen. Die Durchgangslöcher 82 sind an Positionen
gegenüber
den Prüfnadeln 3, 4 ausgebildet,
so dass die Kolben 11 durch diese hindurch verlaufen können. Das
obere Ende des Metallrohrs 13 wird durch eine Nähe des Durchgangslochs 82 dieser
Erdungsplatte 8 fixiert. Um den Kurzschluss zwischen dem
Metallrohr 13 und dem Metallblock 1 zu vermeiden,
sind die oben beschriebene Erdungselektrode und die Durchgänge 81 deshalb
nicht in der Nähe des
Durchgangslochs 82 ausgebildet (siehe 2C).
Die Erdungsplatte 8 wird durch Einsatz einer Schraube (nicht
gezeigt) am Metallblock 1 befestigt.
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Sogar
wenn eventuell eine anormale Bedingung in einer der Prüfnadeln 3 und 4 auftritt,
und/oder in einem solchen Fall, wenn ein Fremdmaterial in einen
Raum zwischen diesen Prüfnadeln 3 und 4 gelangt,
kann die betroffene Prüfnadel
einfach durch bloßes
Entfernen der Erdungsplatte 8 durch eine neue Prüfnadel ersetzt werden,
oder das Fremdmaterial kann entfernt werden, um so den Prüfkopf zu
reparieren. Jedoch kann diese Erdungsplatte 8 weggelassen
werden, wenn die Prüfnadeln 3 und 4 befestigt
werden können.
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Wie
in 1A gezeigt, umfasst die leitfähige Gummiplatte 5:
ein Isoliermaterial 51, wie ein elastischer Gummi, und
eine große
Anzahl von Metallfäden 52,
wie Goldfäden
oder mit Gold plattierte Kupferfäden,
die in dem Isoliermaterial 51 eingebettet sind. Insbesondere
ist eine Dicke „t1" des
Isoliermaterials 51 ungefähr 0,3 mm, und die Metallfäden 52 sind
mit einem Abstand von ca. 30 bis 50 μm in einer Art einer Matrix
angeordnet. Dementsprechend sind die oberen und unteren Flächen der
Gummiplatte 5 über
die Metallfäden 52 elektrisch verbunden,
aber eine Isolierung wird durch das Isoliermaterial 51,
das zwischen den Metallfäden 52 vorhanden ist,
in der seitlichen Richtung der Gummiplatte 5 geschaffen.
Die Dicke der leitfähigen
Gummiplatte 5 kann so ausgewählt sein, dass sie im Hinblick
auf den Verwendungszweck ca. 0,2 bis 1 mm beträgt.
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Die
leitfähige
Gummiplatte 5 ist an Bereichen, die den Prüfnadeln 3, 4 gegenüberliegen,
mit Durchgangslöchern 53 ausgebildet,
während
die Kolben 11 und die Anschlüsse 21, 22 und 24 der
untersuchten Vorrichtung 20 umgangen werden.
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Jedoch
müssen
die Durchgangslöcher 53 die
Anschlüsse 21, 22 und 24 nicht
unbedingt umgehen, so lange die Bewegung der Kolben 11 nicht
gestört
wird. Wie oben beschrieben, wird kein Kurzschluss zwischen den Anschlüssen 21, 22 und 24 auftreten,
wenn die oben erwähnte
Isolierungsmaßnahme
in der Erdungsplatte 8 sicher geschaffen ist, da die Isolierung
in der seitlichen Richtung der Gummiplatte 5 geschaffen
ist.
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Es
sei nun angenommen, dass die Abmessung des Erdungskontakts 23 der
in 1A gezeigten untersuchten Vorrichtung 20 so
ausgewählt
ist, dass sie ca. 0,3 mm2 beträgt, und
dass die Metallfäden 52 der leitfähigen Gummiplatte 5 in
einem Abstand von ca. 50 μm
angeordnet sind, wodurch die Gesamtzahl der Metallfäden 52,
die innerhalb des Bereichs des Erdungskontakts 23 liegen, 36 Fäden ist.
Je nach Elastizität
können
alle Fäden 52,
die dem Erdungskontakt 23 gegenüberliegen, beim Herabdrücken der
untersuchten Vorrichtung 20 in Richtung zum Prüfkopf mit
dem Erdungskontakt 23 in Berührung gebracht werden. Deshalb
ist es möglich,
einen deutlich größeren Kontaktbereich
als bei der in 4 gezeigten Konfiguration sicherzustellen,
bei der nur ein spitzes Ende der Prüfnadel 35 in Punktkontakt
mit dem Erdungskontakt 23 gebracht wird.
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Da
die Metallfäden 52 ferner
an Bereichen zwischen den Anschlüssen 21, 22 und 24 elektrisch
mit dem Metallblock 1 verbunden sind, kann ein Austreten
von RF-Signalen verhindert werden, und die zwischen der Eingangsseite
und der Ausgangsseite geschaffene Isolierung kann verbessert werden.
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Zumindest
ein Bereich der Außenumfänge der
Prüfnadeln 3, 4 kann
vom Metallblock 1, der aus einer Metallplatte gebildet
ist, über
ein Isoliermaterial gehalten werden, so dass ein koaxialer Leitungspfad
und/oder ein Kondensator, der ein Hochfrequenzrauschen kurzschließen kann,
einfach ausgebildet werden kann.
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Die
Leiterplatte 6 wird verwendet, um eine elektrische Energie
an der untersuchten Vorrichtung 20 anzulegen. Während Leitungen
auf einer Platte ausgebildet werden, sind die Anschlüsse dieser
Leitungen in geeigneter Weise an Stellen entsprechend den Anschlüssen der
untersuchten Vorrichtung 20 ausgebildet. In diesem Fall
ist ein Chipkondensator oder dergleichen zwischen den Spannungsversorgungsanschluss
und den Erdungskontakt auf der Leiterplatte 6 geschaltet,
wenn die untersuchte Vorrichtung 20 einem Verstärker entspricht.
Ansonsten wird ein dielektrisches Material mit einer hohen dielektrischen
Konstante um die Prüfnadel 4 für den Spannungsversorgungsanschluss
eingefügt,
um einen Kondensator zu bilden, so dass eine Rauschstörung eliminiert
werden kann. Diese Leiterplatte 6 ist auf dem Metallblock 1 unter
Verwendung z. B. einer Schraube 9, wie in 1A gezeigt,
befestigt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist das koaxiale Kabel 7 direkt mit dem anderen Ende der
Prüfnadel 3 verbunden.
Jedoch kann die Prüfnadel 3 direkt
mit der Leiterplatte 6 verbunden werden und das koaxiale
Kabel 7 kann mit der Leiterplatte 6 verbunden
werden.
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In
einem Fall, wenn eine untersuchte Vorrichtung nur aus einem passiven
Schaltkreis besteht, der keine elektrische Energie benötigt, ist
ein elektrischer Spannungsversorgungsanschluss nicht länger erforderlich, und
somit ist keine Leiterplatte 6 erforderlich. Jedoch ist
ein Plattenelement zum Stützen
der Prüfnadel 3 bevorzugt.
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Eine
Untersuchung wird durchgeführt,
während
die untersuchte Vorrichtung 20 auf den Prüfkopf gedrückt wird,
in dem die Leiterplatte 6, der Metallblock 1,
die Erdungsplatte 8 und die leitfähige Gummiplatte 5 montiert
sind, wie es in 2A gezeigt ist. Da die untersuchte
Vorrichtung 20 über
eine Arbeitsführung 19 aus Acrylharz
durch Verwendung einer Herabdrückeinrichtung
(nicht gezeigt) herabgedrückt
wird, kann diese Vorrichtung 20 sicher herabgedrückt werden,
während
die Positionen der Kontaktstifte 3 und 4 präzise an
den Stellen der entsprechenden Anschlüsse der untersuchten Vorrichtung 20 liegen.
Somit kann sowohl der Anschluss für das RF-Signal über die
Prüfnadel
fest mit dem Spannungsversorgungsanschluss in Kontakt gebracht werden,
und auch der Erdungskontakt kann über die leitfähige Gummiplatte 5 mit
einem weiten Kontaktbereich verbunden werden.
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Gemäß dem Prüfkopf der
vorliegenden Erfindung wird der dielektrische Ring 15 in
dem Metallblock 1 über
den dielektrischen Ring 15 gehalten, und der hohle Bereich 15a,
der zwischen der Prüfnadel 3 und
dem Metallblock 1 ausgebildet ist, dient als das dielektrische
Element des somit hergestellten koaxialen Leitungspfads. Da die
dielektrische Konstante dieses dielektrischen Elements verringert
werden kann, kann der Innendurchmesser „D" des externen Leiters (Metallblock 1)
auf ca. 0,35 mm ⌀ verkleinert
werden, während
die Prüfnadel 3 mit
der Dicke „d" mit nahezu der herkömmlichen
Dicke von 0,15 mm ⌀ als
der Kernleiter verwendet wird. Auch wenn solch eine derzeit verfügbare untersuchte
Vorrichtung untersucht wird, bei der ein Abstand zwischen Anschlüssen sehr
eng ausgeführt
ist, z. B. ca. 0,4 mm, und sogar wenn die Prüfnadel für das RF-Signal mit dem koaxialen
Aufbau eingesetzt wird, kann diese Vorrichtung deshalb genau untersucht
werden, ohne die Prüfnadel
extrem zu verschmälern.
