DE69122651T2

DE69122651T2 - Sonde mit Drallfederkontakt zur Prüfung von gedruckten Schaltkreisen

Info

Publication number: DE69122651T2
Application number: DE69122651T
Authority: DE
Inventors: Ulf R Langgard; Michael A Richards; William E Thurston
Original assignee: Interconnect Devices Inc
Current assignee: Interconnect Devices Inc
Priority date: 1990-05-01
Filing date: 1991-04-16
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2011-04-17
Also published as: US5009613A; DE69122651D1; EP0455369B1; EP0455369A3; EP0455369A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drallsonde zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Prüfung von gedruckten Schaltkreisen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Sonde mit Federkontakt, die einen Plunger bzw. Kolben umfaßt, der sich in einer Trommel bzw. einem Zylinder dreht, während der sich auf- und abbewegt bzw. hin- und hergeht. Die Erfindung geht aus von IBM Technical Disclosure Bulletin Band 15, No. 1, Juni 1972.

Stand der Technik

Federkontaktsonden werden im allgemeinen zum Testen von gedruckten elektrischen Schaltungen und anderen Schaltungen verwendet, bei denen eine Vielzahl von Kontaktpunkten auf unterbrechungslosen Stromverlauf oder korrekte elektrische Signale geprüft werden müssen. Derartige Kontaktsonden werden in Sondendosen bzw. Sondenrezipienten aufgenommen, die normalerweise in die Öffnungen einer Testplatine montiert sind. Die gesamte Platine wird zum und vom Testgegenstand weg mit Hilfe von elektromechanischen oder pneumatischen Mitteln bewegt. Normalerweise sind die Sonden über die gesamte Oberfläche der Testplatine hinweg in Reihen und Spalten in Arrays mit hoher Dichte angeordnet. Eine Druckteder, die innerhalb jeder Sonde angeordnet ist, drückt den Plunger gegen die gedruckte Schaltung.
Wenn die gedruckten elektrischen Schaltungen hergestellt werden und nachdem die elektrischen Komponenten auf diese gelötet wurden, sind die Läufer bzw. Runner bzw. Leiterbahnen verschmutzt. Diese sind mit Lacken und hochkorrosivien Flußmitteln bedeckt. In der Vergangenheit wurden diese Verschmutzungen von den gedruckten Leiterplatten mit Hilfe unterschiedlicher Lösungsmittel abgewaschen, bevor diese auf elektrische Leitfähigkeit geprüft wurden. Viele der Lösungsmittel, die zur Reinigung von gedruckten Schaltungen verwendet wurden, sind aufgrund von Anordnungen der Regierungen zur Verbesserung der Umwelt begrenzt oder verboten worden bzw. laufen aus. Eine derartige Familie von Lösungsmitteln sind z.B. die Fluorkarbone bzw. Fluorkohlenstoffe.
Als Folge hiervon werden gedruckte Schaltungen zunehmend ohne Reinigung getestet. Viele der derzeit verwendeten Testsonden durchdringen die Ablagerungen auf der gedruckten elektrischen Schaltung nicht zuverlässig und stellen keinen guten mechanischen und elektrischen Kontakt mit den Leiterbahnen bzw. Runnern der gedruckten Schaltung her. Dies führt konsequenterweise zur falschen Anzeige von offenen Stromkreisen.
Um diese Schwierigkeit zu überwinden, haben manche Hersteller sogenannte "Pin-Punkt"- bzw. "Stift-Punkt"-Sonden hergestellt, die normalerweise die Schicht von Verschmutzungen auf einer gedruckten Schaltung durchdringen. Eine derartige "Pin-Punkt"-Sonde ist in dem US-Patent Nr.4,787,861 gezeigt. Bedauerlicherweise stecken derartige "Pin-Punkt"-Sonden manchmal in den Leiterbahnen und können bei Beendigung des Testes nicht eingefahren werden. In der Theorie wird, wenn eine Sonde gegen eine gedruckte Schaltung mit ausreichender Kraft gepreßt wird, die Schicht von Verschmutzungen durchdrungen und ein effektiver bzw. wirkungsvoller Test der Schaltung auf der Platine ermöglicht. In der Praxis ist jedoch die Kraft, die auf eine Sonde angewandt werden kann, durch den Durchmesser des Plungerkörpers und der Probenspitze sowie dem Durchmesser der Kompressionsfeder, die den Plungerkörper gegen die gedruckte Schaltung drückt, begrenzt. Nur dadurch, daß die Probenspitze sehr klein ausgebildet wird, kann ein ausreichender Druck gegen die Leiterbahn bzw. den Runner ausgeübt werden, um sicherzustellen, daß die Ablagerungen von der Sondenspitze durchdrungen werden. Dies wiederum führt dazu, daß die Sondenspitzen in der gedruckten Schaltung oder den Leiterbahnen bzw. Runnern der gedruckten Schaltung hängen bleiben.
Es wurden Entwicklungen angestellt, um das Testen von verschmutzten Schaltungsplatinen bzw. gedruckten Schaltungen in Umgebungen, die mit freien Partikeln und korrosiven Chemikalien verschmutzt sind, zu ermöglichen. Diese verwenden Mittel, die sicherstellen, daß der Kolben bzw. Plunger der Sonde sich drehen oder rotieren, wenn der Kolben bzw. Plunger sich innerhalb des Zylinders hin- und herbewegt. In solchen Sonden wirkt die Probenspitze wie ein Bohrmeißel, der sich entlang seiner Längsachse dreht oder rotiert, während er die gedruckte Schaltung kontaktiert. Die Rotationsoder Drallbewegung der scharfen Spitze der Sonde ermöglicht es, daß die Sonde durch die meisten Ablagerungen, die von der Herstellung der gedruckten Schaltung herrühren, durchdringt.
Eine Drallsonde umfaßt eine Trommel bzw. einen Zylinder, der an beiden Enden offen ist, eine kreisumfängliche Sicke nahe des Probenspitzenendes der Trommel und einen Plunger, der innerhalb der Trommel bzw. des Zylinders angeordnet ist. Der Plunger bzw. Kolben umfaßt ein Probenspitzenende und ein Drallende, das sich durch die Rückseite der Trommel bzw. des Zylinders erstreckt. Die Rückseite der Trommel umfaßt eine rechteckige Öffnung, durch die der Drallplunger hindurchtritt, was dazu führt daß der Plunger sich entlang seiner Längsachse beim Hin- und Herbewegen innerhalb der Trommel dreht. Die Verwendung derartiger Sonden ist dem Erfinder bekannt. Diese konnten jedoch nicht in Testvorrichtungen zum Testen von beliebigen gedruckten Standardschaltungen verwendet werden, da der Teil des Plungers, der sich nach außerhalb der Trommel erstreckt, sich mit der Befestigung der Sonde in einem Standardsonden-Rezipienten oder -Sockel nicht vertragen würde.
Eine andere Drallsonde umfaßt eine Trommel, die ein offenes vorderes Ende und rückwärtiges Ende aufweist, wobei die Probenspitze einen Teil eines Plungers umfaßt, der innerhalb der Trommel sitzt und sich darin hin- und herbewegt. Eine Kompressions- bzw. Druckfeder drückt den Plunger aus der Trommel heraus. Die Trommel umfaßt eine Hülse bzw. Buchse mit einem Kurventrägerschlitz in Längsrichtung. Ein kleiner zylindrischer Stift bzw. Pin wird in das Plunger- bzw. Kolbengehäuse senkrecht zur Längsachse des Kolbengehäuses eingeführt. Der Stift wirkt als Gleitstück, das der Kurventrägeroberfläche des Schlitzes in der Buchse oder dem Teil der Trommel folgt. Eine derartige Ausbildung der Sonde weist ganz erhebliche Nachteile auf. Der erste liegt darin, daß sie vier Teile umfaßt, nämlich die Trommel, die Sonde, die Feder und das Gleitstück. Darüber hinaus muß die Kurve bzw. der Kurventräger in die Seitenwand der Trommel hineingeschnitten werden. Dies führt zu sehr hohen Herstellungskosten. Darüber hinaus kann, und das ist wesentlich schwerwiegender, der Kurventrägerschlitz sehr leicht durch Lackteile, Flußmittelteile und Lötmittelteile, die von der gedruckten Schaltung während des Testens herausgebrochen werden, verschmutzt werden. Insbesondere können schon geringste Mengen von Flußmittel, die den oberen ungeschützten Teil des Plungers bzw. Kolben in dem Kurventrägerschlitz berühren, in das Innere der Trommel hineingetragen werden, wenn sich der Kolben hin- und herbewegt, und dazu führen, daß die inneren Teile der Sonde in einem solchen Maße korrodieren, daß intermittierende offene Stromkreise erzeugt werden, die dazu führen, daß die Sonde unbrauchbar wird. Diese Verschmutzungsprobleme werden dadurch vergrößert, daß derartige Sonden normalerweise unterhalb der zu untersuchenden gedruckten Schaltung angeordnet sind. Das bedeutet, daß die Probenspitze nach oben zeigt. Verschmutzungen, die durch die Drallsondenspitze gelöst werden, fallen somit nach unten auf die Sonde.
Bemühungen, ein hiermit in Beziehung stehendes Problem zu lösen, werden in dem US-Patent Nr.3,458,851 ausgegeben an Webb als Administrator der National Aeronautics and Space Administration am 29. Juli 1969 mit dem Titel Electrical Connector Pin With Wiping Action, gefunden. Das US-Patent Nr. 3,458,851 von Webb offenbart einen elektrischen Kontaktstift, der einen mit einer Feder vorgespannten zylindrischen Kontaktstift umfaßt, der von einer Innenaufnahme aufgenommen wird. Fremdmaterialien in dem Sockel können einen guten elektrischen Kontakt mit einem Kontaktstift, der geradlinig in den Sockel eingeführt wird, verhindern. Das US-Patent Nr.3,458,851 von Webb reduziert die Wahrscheinlichkeit, daß Derartiges auftritt, indem der Kontaktstift dazu veranlaßt wird, sich zu drehen, wenn er sich mit Hilfe der vorgespannten Feder aus dem Gehäuse herausbewegt, was dazu führt, daß der Kontaktstift die Seitenwände des zylindrischen Sockels reinigt, wenn der Kontaktstift in den Sockel eindringt.
Das US-Patent Nr.3,458,851 von Webb erreicht diese Drehung des Kontaktstiftes bzw. Steckerstiftes, wenn dieser innerhalb des Gehäuses hinund herbewegt wird, dadurch, daß dieser einen beabsichtigten bzw. geplanten Vorsprung in dem Gehäuse aufweist, der in einer helicalen bzw. schraubenförmigen Nut entlang eines Teiles des Kontaktstiftschaftes geführt wird, der innerhalb des Gehäuses gehalten wird. Es gibt in diesem Fall nur einen beabsichtigten bzw. geplanten Vorsprung und nur eine schraubenförmige Nut. Die Kurven- bzw. Kämmb ewegung des Vorsprunges, der in der schraubenförmigen Nut geführt wird, hat zur Folge, daß der Kontaktstift rotiert, während er sich hin- und herbewegt. Die Rückseite des röhrenförmigen Gehäuses ist verschlossen und versiegelt. Das vordere Ende des röhrenförmigen Gehäuses ist offen und ermöglicht es dem Kontaktstift, sich nach unterhalb des Gehäuses zu erstrecken, sowie Luft, in das Gehäuse einzudringen und aus diesem herauszutreten, während sich der Kontaktstift darin hin- und herbewegt. Ein sich nach innen erstreckender umfänglicher Flansch an der Vorderkante des röhrenförmigen Gehäusese bildet ein Hindernis, das verhindert, daß ein Kontaktstiftteil mit größerem Durchmesser sich nach außerhalb des Gehäuses bewegt.
Das US-Patent Nr.3,458,851 scheint eine gute Lösung für das vorliegende Problem, insbesondere das Testen von gedruckten Schaltungen, zu sein. Dies ist aber nicht der Fall. Das US-Patent 3,458,851 von Webb umfaßt eine Vielzahl von Eigenschaften, die es für das Testen von gedruckten Schaltungen ungeeignet machen und die ernstzunehmende Schwierigkeiten verursachen würden, wenn es für eine derartige Verwendung, beispielsweise durch Ersetzen der runden Spitze des Kontaktstiftes durch eine Schneidspitze, angepaßt würde. Zum einen benötigt das Testen von gedruckten Schaltungen Hunderte oder Tausende von Sonden. Darüber hinaus müssen diese mit sehr engen Toleranzen hergestellt werden, um korrekt zu arbeiten. Folglich sind sowohl Herstellkosten, wie Einfachheit der Konstruktion, als auch einfache, akkurate Reproduzierbarkeit der Sonde entscheidende Überlegungen.
Das US-Patent Nr.3,458,851 von Webb umfaßt eine helicale bzw. schraubenförmige Nut in dem Kontaktstiftschaft. Es ist schwierig und zugleich teuer, Nuten in Schafte zu schneiden oder auf andere Art und Weise zu formen, und es ist im vorliegenden Fall ökonomisch nicht rentabel.
Zum zweiten ist die Genauigkeit der Spitze der Sonde von entscheidender Bedeutung beim Testen von gedruckten Schaltungen. Das Testgerät ist so programmiert, daß ein bestimmtes Signal von jeder Sonde in den dichtgepackten Arrays erwartet wird. Jede Sonde zielt auf einen präzisen, bestimmten Punkt der gedruckten Schaltung bzw. der Platine. Wenn eine oder mehrere Sonden ihr Ziel nicht treffen, wenn die gedruckte Schaltung getestet wird, können die Testergebnisse falsch sein. Die Runner bzw. Laufschienen bzw. Leiterbahnen der gedruckten Schaltung sind manchmal sehr schmal und können leicht verfehlt werden. Falsch zielende oder ausgerichtete Sonden können den Testblock gänzlich verfehlen. Sonden, die ihr Ziel nicht treffen, können fälschlicherweise das Vorhandensein entweder eines offenen oder geschlossenen Stromkreises anzeigen. Der Auftreffpunkt einer Sonde, die zum Testen einer gedruckten Schaltung eingesetzt wird, muß innerhalb eines Gebietes von 0,0076 cm um das Ziel liegen. Dieses Maß an Genauigkeit wird vom US-Patent Nr.3,458,851 von Webb mit dem Titel "Kontaktstift", das sich auf ein Führungssockelteil und eine Führungsstiftspitze bezieht, die einen geringeren Durchmesser als der Kontaktteil des Kontaktstiftes aufweist, um den Kontaktstift in dem aufnehmenden Sockel zu plazieren, nicht erreicht. Die Verwendung eines einzigen Vorsprunges, der in einer einzigen schraubenförmigen Nut geführt wird, hat zur Folge, daß der Kontaktstift wackelt, wenn er innerhalb des Gehäuses hin- und herbewegt wird, da die Kräfte, die auf die Kontaktsonde durch den Vorsprung, der in der Nut geführt wird, im wesentlichen senkrecht zur Achse des Kontaktstiftes gerichtet sind, und nachdem die Grenze der seitlichen Bewegung des Kontaktstiftes erreicht ist, in Rotationskräfte umgewandelt werden. Da die lateralen oder seitwärts gerichteten Kräfte, die auf den Kontaktstift ausgeübt werden, im wesentlichen sowohl in ihrer Größe wie Richtung konstant sind und der Kontaktstift sich innerhalb des Gehäuses hin- und herbewegt, ist zu erwarten, daß der Kontaktstift während des gesamten Zyklusses der Hin- und Herbewegung wackelt.
Des weiteren umfaßt das Drehlager zwei kleine Planlagerflächen an der Rückseite des Kontaktstiftes, die im wesentlichen dafür verantwortlich sind, daß der Kontaktstift zielt. Diese Lageroberflächen weisen eine geringe Kontaktfläche auf und sind lediglich auf das Ende des Kontaktstiftes beschränkt. Als Folge hiervon stellen diese Lageroberflächen keine ausreichend hohe Zielgenauigkeit zur Verfügung.
Des weiteren bezeichnend für die nicht ausreichende Zielgenauigkeit des Kontaktstiftes gemäß dem US-Patent Nr. 3,458,851von Webb ist der Umstand, daß die Rückseite des Gehäuses verschlossen ist, was dazu führt, daß die Luft, die in das Innere des Gehäuses eintritt und daraus austreten muß, durch den Spalt zwischen dem Kontaktstift und dem Gehäuse hindurchtreten muß.
Dieser Aufbau ist völlig unzureichend für die in Rede stehende Aufgabe, da ein Spalt, der groß genug ist, um das nötige Luftvolumen einzulassen, des weiteren auch eine Vielzahl von Verschmutzungen einer nicht gereinigten, gedruckten Schaltung hineinläßt.
Eine andere elektrische Federkontaktsonde ist in IBM Technical Disclosure Bulletin Band 15, Nr.1, Juni 1972 offenbart. Diese Sonde ist im wesentlichen ein Drehschaft, der innerhalb einer Trommel angeordnet ist und mit Hilfe einer Wickelfeder nach außen gedrückt wird. Das Ende der Trommel ist derart ausgebildet, daß es mit der Querschnittsgestalt des Bohrers übereinstimmt, was dazu führt, daß der Bohrschaft rotiert, wenn er sich aus der Trommel heraus erstreckt.
Es besteht daher die Notwendigkeit einer elektrischen Federkontaktsonde, die den Schmutz und die Ablagerungen, die typischerweise bei einer nicht gewaschenen gedruckten Schaltung vorliegen, zuverlässig durchdringen kann und die nicht durch diese Ablagerungen verunreinigt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend ist ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, eine elektrische Federkontaktsonde zur Verfügung zu stellen, die zuverlässig und wiederholt Lacke, Flußmittel und andere Ablagerungen auf nicht gewaschenen gedruckten Schaltungen während des Testens durchdringen kann.
Es ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Federkontaktsonde zur Verfügung zu stellen, die einen Kolben bzw. Plunger aufweist, der fortgesetzt und wiederholt in einer Trommel zuverlässig trotz einer langen Verwendung in einer ungünstigen und schmutzigen Umgebung betrieben werden kann.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Federkontaktsonde zur Verfügung zu stellen, die nicht dazu neigt, korrosive Substanzen in die Trommel zu ziehen, wenn der Plunger sich auf- und abbzw. hin- und herbewegt.
Diese und andere Gegenstände der vorliegenden Erfindung werden mit einer Sonde mit Drallfederkontakt, mit einer Trommel, inneren Federmittel und einem drehbaren Plunger erreicht, wobei die Trommel ein Federsitzende und ein offenes Ende mit mindestens zwei einander gegenüberliegenden Sicken zwischen dem Federsitzende und dem offenen Ende aufweist. Die Federmittel sind innerhalb der Trommel angeordnet. Der Plunger weist einen Schaft auf, der hin- und hergehend in der Trommel aufgenommen wird. Der Schaft umfaßt ein Drallteil mit wenigstens zwei schraubenlinienförmig einander gegenüberliegenden Kämmen und ein angespitztes Ende, das sich mit dem Kolben verdreht, um an einem Target eine Schaberwirkung zu erzeugen. Die Sicken erstrecken sich zwischen der Trommel und dem Schaft, wobei eine Sicke auf dem schraubenlinienförmigen Kamm aufliegt und ein Verdrehen des Kolbens bzw. Plungers dann erzwingt, wenn der Plunger relativ zur Trommel hin- und hergeht, wobei die Sicken vom Federsitzende und vom offenen Ende der Trommel enifemt und zwischen diesen angeordnet sind und der Drallteil in seiner ausgefahrenen und zurückgezogenen Position voll und ganz innerhalb der Trommel enthalten ist.
Die Sicken umfassen des weiteren vier V-förmige Sicken, die um den Umfang der Trommel herum entlang eines einzigen Querschnittes der Trommel angeordnet bzw. verteilt sind. Der Plunger bzw. Kolben umfaßt des weiteren ein angespitztes Sondenende bzw. ein Sondenspitzenende und ein Kontaktstielende bzw. Kontaktstößelende. Das Kontaktstößelende des Plungers bzw. Kolbens weist einen größeren Querschnitt auf als den Querschnitt des Sickenteils der Trommel, so daß der Plunger nicht außer Eingriff mit der Trommel kommt. Die Druckteder wird auf den Kontaktstößel des Plungers bzw. Kolbens gepreßt. Der Plunger umfaßt des weiteren einen Einspannabschnitt bzw. Schwanzabschnitt, einen Schaftabschnitt, einen Drallabschnitt bzw. Drallteil zwischen dem Einspannabschnitt bzw. Schwanzabschnitt und dem Schaftabschnitt. in einer bevorzugten Ausführungsform wird der Plunger in einem einzigen Stück aus Metall durch Zerspanung oder ein anderes Verfahren hergestellt.
Der Plunger umfaßt eine Sondenspitze, die zu einem Punkt zugespitzt ist, beispielsweise einen Aufreißpunkt, der drei geneigte Flächen gleicher Größe und gleichem Winkelabstand bzw. gleicher winkliger Verteilung um den äußeren Umfang des Probenspitzenendes aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trommel zylindrisch, die Druckfeder zylindrisch und der Plunger bzw. Kolben im wesentlichen zylindrisch.
Der Drallabschnitt des Plungers umfaßt des weiteren einen rechteckigen bzw. quadratischen Stab mit einer Längsachse, wobei der rechteckige Stababschnitt entlang der Längsachse verdreht wird, oder einen Stab, der eine Form hat, die durch ein derartiges Verdrehen erzeugt wird. Im speziellen wird der rechteckige Stab um 90º über eine Entfernung von 0,635 cm verdreht oder nimmt die Form eines derartigen Stabes an.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Kombination mit den Zeichnungen, in der im Wege der Darstellungen und des Beispieles eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargelegt wird, offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine Seitenansicht einer Sonde mit Drallfederkontakt gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 ist eine Seitenansicht eines Teiles eines Abschnittes mit einer Vielzahl von Sonden mit Drallfederkontakt, die in Rezipienten bzw. Dosen in einer matrixförmigen Platine sitzen;
Figur 3 ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer Sonde mit Drallfederkontakt gemäß Figur 1, die die Sonde in der vollständig gestreckten bzw. ausgefahrenen Position zeigt;
Figur 4 ist eine teilweise geschnittene Ansicht, die eine Sonde mit Drallfederkontakt mit der Probenspitze in einer Zwischenposition zeigt;
Figur 5 ist ein Aufriß der Sonde gemäß Figur 1, wobei die Probenspitze vollständig in der zurückgezogenen Position ist;
Figur 6 ist ein Querschnitt entlang der Linie 6-6 von Figur 3;
Figur 7 ist ein Querschnitt entlang der Linie 7-7 von Figur 3;
Figur 8 ist eine Seitenansicht eines Drallteiles oder Abschnittes des Kolbens bzw. Plungers;
Figur 9 ist eine Endansicht einer alternativen Ausführungsform der Trommel der Sonde mit Drallfederkontakt, in der das Federsitzende der Trommel gezeigt wird.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Wie von den Vorschriften und dem Fallrecht vorgeschrieben, wird eine genau beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im nachfolgenden offenbart. Es ist ersichtlich, daß die offenbarte Ausführungsform im wesentlichen exemplarisch für die Erfindung ist, die verschiedene Ausführungsformen aufweisen kann. Deswegen sollen die spezifischen strukturellen und funktionalen Merkmale, die hierin offenbart werden, nicht als Beschränkung verstanden werden sondern vielmehr als Basis für die Ansprüche und als repräsentative Grundlage für die Lehre für einen Fachmann, um die vorliegende Erfindung auf verschiedene Art und Weise in fast jeder geeigneten Struktur innerhalb des Schutzbereiches der Ansprüche auszuführen.
In Figur 1 wird eine Sonde mit Drallfederkontakt 10 umfassend eine Trommel 12 mit einem geschlossenen Federsitzende 14 und einem offenen Ende 16 dargestellt. Das Federsitzende 14 der Trommel 12 kann ebenfalls offen sein und einen kleinen, nach innen zeigenden, umlaufenden Flansch 15 umfassen, um die Druckfeder 28 zu halten, wie in einer alternativen Ausführungsform in Figur 9 dargestellt. Der Flansch 15 ist flach und erstreckt sich von der kreisumfänglichen Kante der Länge der Trommel 12 nach innen und senkrecht zur zylindrischen Oberfläche der Trommel 12. Alternativ hierzu kann der Flansch 15 in die Trommel 12 eingelassen sein. in der bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Spitze des runden Federsitzendes 14 der Trommel 12 eine kleine Öffnung 17, um entweder Luft aus der Trommel 12 auszustoßen, wenn der Plunger 20 in die Trommel 12 gepreßt wird, und Luft in die Trommel 12 einzulassen, während der Plunger in seine vollständig ausgefahrene Ruheposition zurückgekehrt, wie in Figuren 1 und 2 gezeigt. Die Passung zwischen der Trommel 12 und dem Plunger 20 ist so eng, daß ein Luftableitloch eines bestimmten Types für ein einwandfreies Arbeiten der Sonde 10 benötigt wird. Die Trommel 12 kann mechanisch bearbeitet werden, wird aber vorzugsweise gezogen. Die Trommel 12 umfaßt des weiteren vier Sicken 18, drei von diesen werden in Figur 1 gezeigt. Die Sicken 18 sind in einer intermediären Position, das bedeutet zwischen dem Federsitzende 14 und dem offenen Ende 16 angeordnet. Alle vier Sicken 18 sind um den Umfang der Trommel herum entlang des Querschnittes der Trommel gleichmäßig verteilt angeordnet, das bedeutet, die Sicken sind 90º vom Zentrum her voneinander entfernt und alle ausgerichtet. Die Federkontaktsonde 10 umfaßt des weiteren einen Plunger 20, der eine Probenspitze 22 aufweist, die in einem Punkt 24 endet. Der Punkt 24 umfaßt drei Meißelflächen 26, von denen zwei in Figur 1 sichtbar sind. Die Flächen 26 haben dieselben Abmessungen und sind um den Umfang der Probenspitze 22 gleichmäßig verteilt angeordnet. Andere Arten der Probenspitzen können leicht konstruiert werden.
Die Trommel 12 ist zylindrisch. Der Plunger ist im wesentlichen zylindrisch und vorzugsweise aus einem einzigen runden Stab hergestellt, umfaßt aber eine Vielzahl von verschiedenartig geformten Abschnitten, wie nachfolgend diskutiert wird. Die Druckteder 28 (Figur 2) ist ebenfalls im wesentlichen zylindrisch.
In Figur 2 ist eine Umgebungsansicht der Sonden 10 mit Drallfederkontakt in einer Array-Anordnung für den Betrieb bzw. die Anwendung dargestellt. Die Drallfederkontaktsensoren 10 sitzen in geeigneten Dosen bzw. Rezipienten 30, die elektrische Kontaktleitungen 32 aufweisen, die sich vom rückwärtigen Ende 34 des Rezipienten 30 her erstrecken. Die Leitungen bzw. Kabel 32 führen elektrische Ströme zu geeigneten Testvorrichtungen (nicht gezeigt). Die Sonden mit Drallfederkontakt 10 sind im allgemeinen in einer Matrix 31 mit hoher Dichte angeordnet, die zwanzig Sonden pro 2,54 cm (1 lnch) oder mehr aufweisen. Im Einsatz wird die Probenspitze 22 mit der gedruckten Schaltung (nicht gezeigt), die getestet werden soll, in Berührung gebracht und die Druckfeder 28 übt eine kontinuierlich nach außen gerichtete Kraft auf die Probenspitze 22 aus, drängt die Probenspitze 22 gegen die gedruckte Schaltung bzw. Platine, was zu einer guten mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen dem Punkt 24 und der gedruckten elektrischen Schaltung führt, wenn die gedruckte elektrische Schaltung sauber ist. Wenn die gedruckte elektrische Schaltung nicht sauber ist, sondern Lacke und Flußmittel aufweist, ist es wesentlich schwieriger, einen mechanischen und elektrischen Schaltkontakt sicherzustellen. Die hierin offenbarte Sonde 10 mit Drallfederkontakt dreht sich wie ein Bohrer, um sich durch die Ablagerungen zu den Leiterbahnen bzw. Conducting Runners zu graben. Wie in Figur 2 dargestellt, zeigen die Probenspitzen 22 normalerweise nach oben, was dazu führt, daß alle Verschmutzungen, die durch die Drallsonde gelöst werden, auf die Sonde und die Matrixplatine fallen. Diese praktisch universelle Orientierung der Sonden, die beim Testen von gedruckten Schaltungen verwendet werden, ermöglicht es diesen, auf einfache Art und Weise verschmutzt zu werden, interferierend mit dem mechanischen Hin- und Herbetrieb und der elektrischen Leitfähigkeit der meisten Sonden.
In Figur 3 ist ein Plunger 20 vollständig ausgefahren dargestellt und umfaßt deutlich sichtbar einen Probenabschnitt 36, der zylindrisch ist, und des weiteren eine Probenspitze 22, die sich aus einer zylindrischen Form heraus entwickelt, sowie einen Schaft 38, der einen geringeren Durchmesser als die Probenspitze 22 aufweist. Des weiteren wird ein Schwanz- bzw. Einspannabschnitt 40 umfaßt, der einen Kontaktstab bzw. einen Kontaktstößel 42 aufweist, auf den die Druckteder 28 gepreßt ist. Zwischen dem Schwanzbzw. Einspannabschnitt 40 und dem Schaft 38 oder dem Sondenabschnitt 36 liegt der Drallabschnitt 44.
Der Drallabschnitt umfaßt zumindest zwei schraubenlinienförmige Kämme bzw. Spitzenwerte 46, die parallel zueinander sind und sich einander gegenüberliegen. Das bedeutet, daß diese 180º voneinander entfernt an allen Punkten des Kreisumfanges des Kolbens 20 sind. Bei der Ausführungsform mit zwei Kämmen steht jeder schraubenlinienförmige Kamm mit einer Sicke 18 in Eingriff, wobei die beiden Sicken 18 entgegengesetzt zueinander sind oder gegenüberliegen. Diese Anordnung führt zu gleichen lateral gerichteten bzw. Seitenkräften, die auf den Plunger 20 ausgeübt werden, und zwar im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Plungers 20. Diese werden in Rotationskräfte umgesetzt, wenn der Plunger 20 sich in der Trommel 12 hinund herbewegt. Jedwede Restseitenkräfte, die nicht derart umgesetzt werden, werden gelöscht wodurch jedwede Tendenz des Plungers 20 zu wackeln bzw. zu schwanken, der sich innerhalb der Trommel 12 hin- und herbewegt, reduziert oder eliminiert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind vier schraubenlinienförmige Kämme 46 vorgesehen. Die schraubenlinienförmigen Kämme 46 werden vorzugsweise dadurch gebildet, daß sie mit einem rechteckigen Stab, der eine Längsachse entlang seiner Längsmittellinie umfaßt, beginnen und der Stab um die Längsachse um 90º über eine Entfernung von 0,635 cm (0,25 inch), verdreht wird, was zu einer Drallsonde führt, die die Probenspitze 22 durch Drehung um 90º um ihre Längsachse entlang der Gesamtarbeitslänge des Plungers 20 relativ zur Trommel 12 dreht. Diese Form kann sehr einfach in einen runden Stab mit Hilfe von bekannten maschinellen Techniken eingefräst werden.
In Figur 6 bilden die vier Sicken 18 Seitenteile bzw. Seitenabschnitte eines Rechteckes, wenn ein Querschnitt der Trommel 12 betrachtet wird. Die Teile bzw. Abschnitte der rechteckigen Seiten haben im wesentlichen die gleichen Abmessungen wie der Abstand von Kamm zu Kamm über irgendeinen vorgegebenen Querschnitt des Drallteiles bzw. Drallabschnittes. Daher können die schraubenlinienförmigen Kämme 46 nicht zwischen den flachen Oberflächen oder Stegen 48, die durch die Sicken bzw. Crimpen 18 gebildet werden, hindurchtreten. Infolgedessen können die Kämme 46 nur durch den Raum 50 zwischen benachbarten Kämmen 18 hindurchtreten. Ein schraubenlinienförmiger Kamm 46 tritt kontinuierlich zwischen jeder der Spalten, die zwischen benachbarten Sicken 18 gebildet werden, hindurch. Damit die schraubenlinienförmige Kämme 46 in den vier Spalten oder Räumen 50 verbleiben, muß sich der Plunger bzw. Kolben 20 entlang seiner Längsachse drehen. Daher werden einige der in Längsrichtung ausgerichteten Kräfte, die auf den Plunger bzw. Kolben 20 an der Probenspitze 22 oder dem Kontaktstößel 42 ausgeübt werden, in Rotationskräfte umgewandelt, die den Plunger 22 drehen, wenn er in der Trommel 12 hin- und herbewegt wird. Mit anderen Worten, zwingen die Längskräfte, die entlang der Kolbenachse 22 ausgeübt werden, den Kolben 22 bzw. Plunger in eine Dreh- bzw. Rotationsbewegung relativ zur Trommel 12. Die Trommel 12 wird durch den Rezipienten bzw. die Dose 30 festgehalten und kann sich nicht drehen, so daß der Plunger bzw. Kolben 22 sich entlang seiner Längsachse bewegen muß, was dazu führt, daß die Probenspitze 22 sich durch die Ablagerungen gräbt bzw. bohrt, um einen guten elektrischen Kontakt herzustellen. Die vier gleichmäßig beabstandeten Sicken 18 stehen mit den vier parallelen, gleichmäßig beabstandeten schraubenlinienförmigen Kämmen 46 in Eingriff, um jedwede Tendenz zu wackeln bzw. schwanken, die der Plunger 20 zeigen kann, zu reduzieren und damit die strukturelle Basis für eine hohe Punktgenauigkeit oder Zielgenauigkeit zur Verfügung zu stellen.
In Figur 3 ist ein Plunger bzw. Kolben 20 dargestellt in einer vollständig ausgefahrenen Position. In Figur 4 ist der Plunger 20 in einer Zwischenposition zwischen der vollständig ausgefahrenen und der vollständig zurückgezogenen Position dargestellt. In Figur 5 ist der Plunger 20 in der vollständig zurückgefahrenen Position gezeigt. Der Plunger 20 kann vorzugsweise aus einem einzigen Metallstück durch maschinelle Bearbeitung oder auf ähnliche Art und Weise hergestellt werden.
Die Konstruktion der Sonde mit Drallfederkontakt 10 ermöglicht viele verschiedene Größen und Arten von Probenspitzen 22. Die Toleranzen zwischen dem Plunger 20 und dem offenen Ende 16 der Trommel 12 sind so, daß keine Ablagerungen auf einfache Art und Weise in die innere Kammer der Trommel 12 gelangen können. Der Drallabschnitt bzw. das Drallteil 44 des Plungers 20 wird zu jedem Zeitpunkt vollständig innerhalb der Trommel gehalten. Dies ermöglicht die Verwendung eines zylindrischen Sondenabschnittes 36 des Plungers 20, um mit der zylindrischen Trommel 12 ineinander zu greifen bzw. zu kämmen, was engere Toleranzen ermöglicht und verhindert, daß die scharfkantigen, schraubenlinienförmige Kämme 46 sich unterhalb des offenen Endes 16 der Trommel 12 erstrecken, was Verschmutzungen der Sonde mit Drallfederkontakt erleichtern würde. Alle Drall- bzw. Drehmechanismen finden innerhalb der Trommel statt. Des weiteren sind die Sicken 18 vom offenen Ende 16 der Trommel 12 entfernt, was zu einer weiteren Reduzierung der Gefahr von Verschmutzungen führt. In der bevorzugten in Figur 7 dargestellten Ausführungsform wird gezeigt, daß sich der Schaftabschnitt 38 von einem zylindrischen Schaftabschnitt 38 zu einem Abschnitt 52 mit rechteckigem Querschnitt ändert, bevor ein größerer zylindrischer Abschnitt, der die Sondenspitze 22 umfaßt, ausgebildet wird.
Die Sonde mit Drallfederkontakt 10 paßt in einen Standardrezipienten und kann auswechselbar in jedem Testgerät für gedruckte Schaltungen unter Verwendung der Öffnungen mit Industriestandardgröße verwendet werden. Die Kraft, mit der die Probenspitze 22 die gedruckte Schaltung kontaktiert, sowie der Ablenk- bzw. Sweepwinkel, das ist der Grad der Rotation des Plungers 20 um seine Längsachse, können an den Kunden angepaßt werden, um individuellen Gegebenheiten Rechnung zu tragen. Unterschiedliche Kopfausbildungen der Probenspitze 22 können das Vermögen der Sonde mit Drallfederkontakt 10, Verschmutzungen zu durchdringen, erhöhen.
Es ist einsichtig, daß, wenn bestimmte Formen dieser Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, diese hierauf nicht beschränkt ist, außer und insoweit Beschränkungen von den nachfolgenden Ansprüchen umfaßt werden.

Claims

1. Sonde (10) mit Drallfederkontakt mit einer Trommel (12), einer internen Feder (28) und einem drehbaren Plunger (20);

a) die Trommel (12) weist ein Federsitzende (14) sowie ein offenes Ende (16) auf; mit wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Sicken (18) zwischen dem Federsitzende und dem offenen Ende;

b) die Feder (28) ist innerhalb der Trommel (12) angeordnet;

c) der Plunger (20) weist einen Schaft auf, der hin und her gehend innerhalb der Trommel (12) angeordnet ist und der ein Drallteil (44) mit wenigstens zwei schraubenlinienförmig einander gegenüberliegenden Kämmen (46) sowie ein angespitztes Ende (24) aufweist, das sich mit dem Plunger verdreht, um an einem Target eine Schaberwirkung zu erzeugen; und

d) die Sicken (18) erstrecken sich zwischen der Trommel (12) und dem Schaft, wobei eine Sicke auf dem schraubenlinienförmigen Kamm (46) aufliegt und ein Verdrehen des Plunges (20) dann erzwingt, wenn der Plunger relativ zur Trommel hin und her geht,

dadurch gekennzeichnet,

e) daß die Sicken (18) vom Federsitzende (14) und dem offenen Ende (16) der Trommel entfernt und zwischen diesen angeordnet sind; und

f) daß der Drallteil (44) in seiner ausgefahrenen und zurückgezogenen Position voll und ganz innerhalb der Trommel (12) enthalten ist.

2. Sonde mit Drallfederkontakt nach Anspruch 1, wobei das Federsitzende (14) der Trommel (12) eine Öffnung (17) aufweist, um Luft dann eintreten und austreten zu lassen, wenn der Plunger (20) innerhalb der Trommel (12) hin und her geht.

3. Sonde mit Drallfederkontakt nach Anspruch 1, wobei die Sicken (18) weiterhin vier Sicken umfassen, die um den Umfang der Trommel (12) herum entlang des Querschnittes der Trommel gleichmäßig verteilt angeordnet sind, um einen Sickenteil der Trommel zu bilden.

4. Sonde mit Drallfederkontakt nach Anspruch 3, wobei das Drallteil (44 weiterhin einen quadratischen Stab mit einer Längsachse aufweist, und der quadratische Stab entlang der Längsachse verdreht wird und dabei vier symmetrisch angeordnete schraubenlinienförmige Kämme (46) bildet, die von den vier Sicken (18) erfaßt werden.

5. Sonde mit Drallfederkontakt nach Anspruch 4, wobei der quadratische Stab entlang der Längsachse über eine Strecke von 0,635 cm um 90º verdreht wird.

6. Sonde mit Drallfederkontakt nach Anspruch 3, wobei die Sicken (18) Vförmig sind.

7. Sonde mit Drallfederkontakt nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei der Plunger (20) weiterhin ein spitzes Sondenende (22) und ein Kontaktstößelende (42) aufweist.

8. Sonde mit Drallfederkontakt nach Anspruch 7, wobei das Kontaktstößelende (42) des Plungers einen größeren Querschnitt als die Trommel (12) an den Sicken (18) aufweist, so daß der Plunger (20) von der Trommel nicht gelöst wird.

9. Sonde mit Drallfederkontakt nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Feder (28) gegen das Kontaktstößelende (42) des Plungers angepreßt wird.

10. Sonde mit Drallfederkontakt nach den Ansprüchen 7, 8 oder 9, wobei das angespitzte Sondenende (42) weiterhin einen Punkt (24) mit drei geneigten Flächen (46) gleicher Größe und gleicher winkliger Verteilung um das angespitzte Sondenende aufweist.

11. Sonde mit Drallfederkontakt nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei der Plunger weiterhin einen Schwanzabschnitt (40) und einen Schaftabschnitt (38) aufweist, und der Drallteil (44) sich zwischen Schwanzabschnitt und Schaftabschnitt befindet.

12. Sonde mit Drallfederkontakt nach Anspruch 1, wobei die Toleranzen zwischen dem Plunger (20) und dem offenen Ende (16) der Trommel (12) derart bemessen sind, daß Verschmutzungen nicht leicht in die innere Kammer der Trommel gelangen können.

13. Sonde mit Drallfederkontakt nach Anspruch 12, wobei das angespitzte Ende (22) einen größeren Durchmesser als der Schaffteil (38) aufweist.