DE69422259T2

DE69422259T2 - Verbindungseinrichtung

Info

Publication number: DE69422259T2
Application number: DE69422259T
Authority: DE
Inventors: Durwood Airhart; Robert H. Wardwell
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2014-10-26
Also published as: EP0650063B1; JPH07191091A; DE69422259D1; EP0650063A3; EP0650063A2; US5463324A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbinden eines Testgeräts mit Anschlußbeinen einer integrierten Schaltung.
Die Messung von elektrischen Signalen auf den Anschlußleitungen oder Anschlußbeinen eines Gehäuses einer integrierten Schaltung (IC; IC = integrated circuit) oder das Anlegen einer externen elektrischen Stimulation an die Anschlußbeine eines IC, wurde mit der anhaltenden Abnahme der Größe der Anschlußbeine und des Raums zwischen denselben gekoppelt mit der zunehmenden Anzahl von Anschlußbeinen auf einem Gehäuse zunehmend problematisch. Die Schaltungsprüftechniken, die zur Verwendung mit Testgeräten, wie z. B. Voltmetern und Oszilloskopen erzeugt wurden, sind zur Verwendung mit Oberflächenbefestigungskomponenten mit einem Anschlußleitungsabstand von einem halben Millimeter oder weniger einfach unzweckmäßig. Die Aufgabe des Verbindens von logischen Analysatoren, Zeitablaufanalysatoren, Emulatoren und automatischen Platinentestgeräten mit oberflächenbefestigten integrierten Schaltungen wird zunehmend mechanisch schwierig, weniger zuverlässig und definitiv aufwendiger.
Wenn die Größe der Anschlußbeine und der Abstand zwischen denselben abnimmt, ist eine Anzahl von Problemen verschlimmert. Aufgrund der geringeren Größe der Beine existiert weniger Kontaktoberfläche, wobei das, was davon übrig ist, mit einem Rest von Lotmittelresist oder Flußmittel beschichtet sein kann. Kontaktmechanismen, wie z. B. der, der in der US- A-5 015 946 offenbart ist, die sich auf das Herstellen eines Kontakts mit der äußeren Fläche der Anschlußbeine stützen, unterliegen dem Risiko eines schlechten Kontakts entweder aufgrund einer schlechten Wischwirkung gegen das Anschlußbein durch den entsprechenden Kontakt in der Sonde oder aufgrund eines unzureichenden Kontaktdrucks. Die Ausrichtung wird zunehmend kritisch, mit dem damit verknüpften Risiko, daß die Sondenkontakte benachbarte Anschlußbeine kurzschließen können. Um sicherzustellen, daß die Sonde nicht unbeabsichtigt von dem IC-Gehäuse abfällt, rüsten einige Hersteller direkt IC-Sonden mit Greifern aus, die Ecken des IC-Gehäuses in Eingriff nehmen. Diese Greifer müssen austauschbar sein, da dieselben einfach abbrechen.
Ein weiteres Problem existiert bei herkömmlichen Sonden: es existiert die Tendenz, daß dieselben eine größere "Aufstandfläche" besitzen als die ICs, die mit denselben geprüft werden" wobei, wenn diese ICs kleiner werden, die Aufstandflächen nicht genauso schnell verkleinert werden wie diese ICs. Wenn die Dichte der Schaltungsplatinen zunimmt, gilt dies folglich auch für das Problem der Störung zwischen einer Sonde für einen IC und zu diesem IC benachbarten Komponenten.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Verbindungsvorrichtung zu schaffen.
Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Verbinden eines Testgeräts mit Anschlußbeinen einer integrierten Schaltung gemäß Anspruch 1.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist auf das Verkeilen eines Streifens eines leitfähigen Materials zwischen benachbarten Anschlußbeinen eines ICs gerichtet. Wenn eine Seite des Materials rückseitig mit einem Isolator versehen ist, werden die Anschlußbeine nicht miteinander kurzgeschlossen. Vorzugsweise ist der Keil für eine Bewegung weg von einem Anschlußbein zu einem anderen hin flexibel, so daß der Keil sich an leichte Abweichungen der Anschlußbein-Größe oder -Position anpassen kann. Dies ermöglicht, daß der Keil dem Zwischenraum zwischen den Anschlußbeinen "folgt", wenn derselbe in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Platine, die den IC trägt, zwischen dieselben getrieben wird. Durch eine Verkeilung in der Richtung senkrecht zu der Platine können alle benachbarten Anschlußbeine einen Keil gleichzeitig aufnehmen. Die Spitze eines Keil kann beträchtlich schmaler sein als der Raum zwischen benachbarten Anschlußbeinen des IC. Dies ermöglicht, daß eine Gruppe von Keilen anfänglich schnell mit den Anschlußbeinen eines ICs ineiandergreift, wobei dieselben später beginnen, einen seitlichen Druck gegen die Anschlußbeine auszuüben, während die tatsächliche Verkeilungsaktion stattfindet. Die Verkeilungsaktion wird von einer Bewegung und von einer Kompression des Keils zwischen den Beinen begleitet. Dies stellt eine gute Wischwirkung sicher und verbessert somit die elektrische Verbindung.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nehmen die Keile die Anschlußbeine des ICs unmittelbar in der Nähe der Stelle, an der die Anschlußbeine das Gehäuse des ICs verlassen, in Eingriff. An dieser Stelle sind die Anschlußbeine im wesentlichen koplanare flache Streifen, die in einer Ebene liegen, die parallel zu der und etwas getrennt von der Oberfläche der Platine ist, die den IC aufnehmen soll. Dies ist eine gute Stelle, da das Gehäuse eine gute Unterstützung zum Halten der Anschlußbeine in Position liefert, und da an dieser Stelle der Abstand zwischen den Beinen während der Herstellung des ICs bereits genau gesteuert ist. Die Gleichmäßigkeit der Abstände resultiert aus den präzisen Schritt- und Wiederhol-Operationen, die durchgeführt werden, um den Chip aufzubauen, die verwendet werden, um den "Dammbalken", der die Anschlußbeine während des Spritzgießens des IC-Gehäuses anfänglich verbindet, zu beseitigen. (Der Dammbalken verbindet die Beine während der Herstellungsoperationen, wie dem Drahtbonden des Chips, und richtet dieselben aus, was aus denselben eine Einheit bildet, die einfacher zu handhaben ist. Derselbe dient ferner dazu, zu verhindern, daß Kunststoff während des Spritzgießens des Gehäuses zwischen diesen Anschlußbeinen herausgepreßt wird. Sobald das Gehäuse gegossen ist, muß der Dammbalken jedoch beseitigt werden, da derselbe alle Anschlußbeine miteinander kurzschließt).
Die innere Kante des Keils, die dem Gehäuse des ICs am näch sten kommt, wenn der Keil zwischen die Anschlußbeine eindringt, kann an dem verjüngten Ende des Keils ausgespart sein. Dies ist sozusagen die untere innere Ecke des Keils; die Aussparung kann entweder als ein Radius oder als ein flaches Dreieck ausgeführt sein. Der Zweck dieser Aussparung be steht darin, zu ermöglichen, daß die Sonde etwas lose über den IC paßt, wenn das Prüfen begonnen wird. Dies wird der Fall sein, da der Abstand zwischen gegenüberliegenden Keilen (d. h. Keilen auf gegenüberliegenden Seiten, jedoch um den gleichen Abstand von einer gemeinsamen dazwischenliegenden Seite entfernt) an den Spitzen derselben etwas größer ist als weiter oben, wo das Verkeilen tatsächlich stattfindet.
Es ist ferner bevorzugt, daß, wenn es erwünscht ist, die Keile derart angeordnet sein könnten, daß dieselben interdigital mit dem Abschnitt der Anschlußbeine angeordnet sind, der die Höhendifferenz zwischen der Stelle, an der die Anschlußbeine das Gehäuse verlassen, und der Stelle, an der dieselben an die Schaltungsplatine gelötet sind, überquert. Das heißt, an dem (möglicherweise geraden) Abschnitt, der zwischen den gegenüberliegenden Biegungen der S-Form, die die Anschlußbeine aufweisen, angeordnet ist.
Darüberhinaus muß keine Begrenzung des Konzepts des Verkeilens existieren, das dasselbe auf die Verwendung mit Oberflächenbefestigungs-ICs hoher Dichte begrenzt. Geeignete Keile zur Verwendung mit anderen Typen von IC-Gehäusen sind durchaus möglich. Ferner muß der IC nicht an die Schaltungsplatine gelötet sein; die Form der Keile kann ausgewählt sein, um zu funktionieren, wenn der IC, den dieselben testen, in einen Sockel eingebaut ist, der selbst auf einer gedruckten Schaltungsplatine befestigt ist.
Das Ineinandergreifen (die interdigitale Anordnung), auf die die Erzeugung einer Wischwirkung und eines Kontaktdrucks gestützt wird, stellt sicher, daß kein Kurzschließen zwischen benachbarten IC-Anschlußstiften oder -Anschlußbeinen stattfindet. Dies liegt daran, daß die Länge und die Breite der leitfähigen Oberfläche des Keils rechtwinklig zu der Richtung sind, in der die IC-Anschlußbeine der Reihe nach auftreten. Das Ineinandergreifen unterstützt ferner, vielleicht in Verbindung mit Führungen, die die Ecken des IC-Gehäuses in Eingriff nehmen, eine automatische Selbstausrichtung der Sonde mit dem IC.
Grundsätzlich müssen die Keile nicht an einer Struktur oder einem Träger befestigt sein, der größer ist als der Umriß (die Aufstandsfläche) des ICs selbst (der die Anschlußbeine einschließt), oder außerhalb desselben angeordnet ist. Das heißt, daß die äußerste Abmessung einer Sonde, die die Keile enthält (sozusagen die äußere Sondenaufstandfläche) kleiner sein kann als die Aufstandfläche des IC und vollständig innerhalb derselben angeordnet sein kann. Die Keile selbst können an einer Trägerstruktur in der Sonde angebracht sein, die sehr komfortabel im Inneren der Aufstandfläche ist. Dies bedeutet, daß eine Störung zwischen der Sonde und Teilen, die eng benachbart zu dem IC sind, vermieden werden kann.
ICs mit Umfangsanschlußleitungen besitzen allgemein zwei oder vier Reihen von Anschlußbeinen, oder zumindest eine Reihe entlang jeder Seite des Gehäuses. Wenn eine Reihe n Beine aufweist, sind n Keile, die auf nur einer Seite leitfähig sind, ausreichend. Bei n Keilen ist der Keil an einem Ende der Reihe in einer anderen Lage als die anderen, da derselbe nicht zwischen zwei benachbarten Anschlußbeinen verkeilt wird. Stattdessen stützt sich derselbe auf seine eigene Starrheit, um einen ausreichenden Kontaktdruck mit seinem entsprechenden Anschlußbein zu erzeugen.
Weitere Vorteile können erhalten werden, indem die Keile auf zwei Seiten leitfähig gemacht werden (die durch einen dazwischenliegenden Isolator getrennt sind), und indem die Anzahl der Keile auf n+1 erhöht wird, so daß die n dazwischenliegenden Räume zwischen denselben mit den n Anschlußbeinen ausgerichtet werden. Benachbarte Keile besitzen leitfähige Abschnitte, die einander gegenüberliegen; diese Abschnitte sind elektrisch miteinander verbunden. Erstens verdoppelt dies den Betrag des elektrischen Kontakts mit jedem Anschlußbein. Zweitens macht dies die Gesamtkraft, die auf jede Reihe von Anschlußbeinen ausgeübt wird, symmetrisch, da nun jedes Anschlußbein an jedem Ende einer Reihe durch einen innersten Abschnitt jedes äußersten Keils kontaktiert wird.
Die einzelnen Keile selbst können hergestellt werden, indem Gold-plattierte Kupferfolie mit einer oder mehreren Schichten eines geeigneten dünnen Kunststoffs und eines Haftmittels laminiert wird. Keile, die auf beiden Seiten leitfähig sein sollen, besitzen eine Kupferfolie auf beiden Seiten. Der verjüngte Abschnitt an der Spitze eines Keils kann gebildet werden, indem den inneren Schichten aus dünnem Kunststoff und Haftmittel unterschiedliche Längen gegeben werden. Alternativ kann die Spitze eines doppelseitigen Keils geätzt werden, um einen bestimmten Teil des Materials, das die zwei äußeren leitfähigen Folien trennt, zu beseitigen. Eine Mehrzahl von Keilen kann mit Haftmittel und Kunststoffabstandshaltern miteinander laminiert werden, um Reihen von Keilen zu bilden, die mit den Anschlußbeinen des ICs ineinandergreifen. Die Reihen von Keilen werden mit einem Träger oder einem Sockel verbunden, wobei elektrische Verbindungen zwischen der Kupferfolie und den Verbindungs-Drähten oder -Kabeln, die an ihrem anderen Ende mit einem beliebigen Meßgerät und einer beliebigen Testausrüstung, die oder das die Sonde verwendet, verbunden sind, hergestellt werden. Das Ergebnis kann eine relativ unaufwendige Sonde sein, die ohne weiteres auf den interessierenden IC gepreßt werden kann, die keine Störung mit umgebenden Komponenten liefert, die einen guten elektrischen Kontakt herstellt und die durch die einfache Reibung zuverlässig auf dem IC befestigt bleibt, bis dieselbe entfernt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend lediglich als Beispiel bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Sonde, die gemäß den hierin beschriebenen Grundsätzen aufgebaut ist, die über einer integrierten Schaltung angeordnet ist, mit deren Anschlußbeinen die Sonde durch Verkeilen von verjüngten doppelseitigen Leitern zwischen diesen Anschlußbeinen elektrischen Kontakt herstellen soll;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines integrierten Schaltungsgehäuses mit zwei Reihen von Anschlußbeinen auf den Seiten, die durch eine Sonde, die gemäß den hierin beschriebenen Grundsätzen aufgebaut ist, geprüft wird, und die ein Beispiel der relativen Größe und Position der verjüngten Keile der Sonde verglichen mit dem Gehäuse und den Anschlußbeinen eines ICs zeigt;
Fig. 3 eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 2, die zeigt, an welcher Stelle der Anschlußbeine eines Standard-Oberflächenbefestigungs-ICs die tatsächliche Verkeilung stattfindet;
Fig. 4A eine vergrößerte und bemaßte Ansicht eines einzelnen Keils, der aus Fig. 2 entnommen und isoliert gezeigt ist;
Fig. 4B einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 3;
Fig. 5 eine auseinandergezogene Seitenansicht eines verjüngten Keils von Fig. 3;
Fig. 6 eine Draufsicht einer Anzahl von Schichten eines Formkomponentenmaterials, die gestapelt und zusammenlaminiert werden sollen, um einen Steg von Keilen zu bilden;
Fig. 7 eine Draufsicht einer Anzahl von Stegen nach Fig. 6, die mit Abstandhaltern durchsetzt sind, um zu sammenlaminiert zu werden, um einen Stapel von Stegen zu bilden;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Stapels von Stegen nach der Laminierung im Zusammenhang mit Fig. 7;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht von Reihen von Keilen, die entfernt von einem Mantel, der die Reihen von Keilen trägt, dargestellt sind;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht von Reihen von eingebauten Keilen, die durch den Mantel von Fig. 9 gehalten werden;
Fig. 11 eine auseinandergezogene Ansicht einer Teilanordnung, eines Anschlußleitungsrahmens und eines Anschlußstiftblocks, die bei der Herstellung der Sonde von Fig. 1 verwendet werden; und
Fig. 12 eine Draufsicht des Anschlußleitungsrahmens von Fig. 11.
In Fig. 1, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine perspektivische Ansicht einer Sonde 1 mit leitfähigen Keilen 2, die mit Anschlußbeinen 3 einer integrierten Schaltung (IC) 4 ineinandergreifen und gegen dieselben verkeilt werden, gezeigt. Der IC 4, der in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt (lediglich beispielsweise) acht Anschlußbeine 3 auf jeder Seite, für eine Gesamtzahl von zweiunddreißig. Es sei angemerkt, daß die Sonde 1 neun Keile 2 auf jeder Seite besitzt, für eine Gesamtzahl von sechsunddreißig. Für jede Seite der Sonda 1 existieren somit acht innere Zwischenräume zwischen den neun Keilen 2 dieser Seite. Wenn die Sonde 1 über den IC 4 gesenkt und mit demselben ausgerichtet wird, befinden sich die acht Zwischenräume innerhalb jeder Seite der Keile 2 direkt oberhalb der Anschlußbeine 3 der entsprechenden Seite des IC 4. Das heißt, daß jedes Anschlußbein einen Keil auf weisen wird, der links und rechts von demselben positioniert ist, einschließlich des äußersten linken und des äußersten rechten Anschlußbeins jeder Seite.
Wenn folglich die Sonde 1 näher an den IC 4 herangebracht wird, greifen die Anschlußbeine 3 mit den Keilen 2 ineinander, derart, daß jedes Anschlußbein 3 auf seiner linken Seite in einem mechanischen Kontakt mit der rechten Seite des Keils 2 zu seiner linken und ferner auf seiner rechten Seite mit der linken Seite des Keils 2 zu seiner rechten ist. Die Keile 2 sind an ihren entfernten Enden, an denen dieselben zuerst auf die Anschlußbeine 3 des ICs 4 treffen, deutlich verjüngt. Dies dient dazu, die Ausrichtung zu erleichtern. Oberhalb der anfänglichen Verjüngung ihrer entfernten Enden gehen die äußeren Oberflächen der Keile 2 allmählich über, um parallel zu werden, um zu ermöglichen, daß eine allmähliche Verkeilungsaktion stattfindet, wenn die Sonde 1 näher zu dem IC 4 bewegt wird. Diese Verkeilung tritt auf, da auf jedem Keil 2 ein Punkt existiert, an dem seine Dicke den Zwischenraum zwischen benachbarten Anschlußbeinen 3, in die der Keil 2 eingebracht wird, übersteigt.
Selbstverständlich wäre es unrealistisch, zu erwarten, daß alle Keile 2 und Anschlußbeine 3 mit perfekter Gleichmäßigkeit Eingriff nehmen, während die Sonde 1 in Kontakt mit dem IC 4 gebracht wird. Es muß ein bestimmter Grad einer Nachgiebigkeit in den Elementen existieren, um das Fehlen einer idealen Gleichmäßigkeit der Größe, Form und Beabstandung der Beine 3 und Keile 4 zu ermöglichen. Quellen dieser Nachgiebigkeit umfassen eine Elastizität der Keile 2 selbst, eine Flexibilität der Keile 2, so daß sich dieselben leicht biegen können und ihren Bewegungsweg neu ausrichten können, um in einen Aus-Der-Position-Zwischenraum zwischen benachbarten Anschlußbeinen 3 eingebracht zu werden, sowie, in einem geringeren Ausmaß, eine Flexibilität und Elastizität der Anschlußbeine 3.
Jeder Keil 2 besitzt getrennt eine linke und rechte leitfä hige Oberfläche, die aus einer Nickel-Dann-Gold-plattierten Berrylium-Kupferfolie bestehen kann; diese leitfähigen Oberflächen sind innen durch ein isolierendes Material und ein Haftmittel getrennt. In der Sonde 1 sind die gegenüberliegenden leitfähigen Oberflächen benachbarter Keile 2 elektrisch miteinander verbunden (wie dies realisiert ist, wird später erklärt). Das heißt, daß auf jeder Seite und für alle Keile, mit Ausnahme der äußersten linken Seite des äußersten linken Keils und der äußersten rechten Seite des äußersten rechten Keils, die rechte Seite eines Keils auf der linken Seite und die linke Seite eines benachbarten Keils unmittelbar rechts davon elektrisch miteinander verbunden sind. Folglich erzeugt der mechanische Kontakt, der durch die Verteilungsaktion bewirkt wird, auch zwei Orte eines elektrischen Kontakts auf jedem Anschlußbein 3, einschließlich der äußersten Anschlußbeine der Reihe von Anschlußbeinen 3 auf jeder Seite des IC 4. Diese zwei Orte auf jedem Bein sind auf seiner linken und seiner rechten Seite.
Daß zwei Kontaktorte auf jedem Anschlußbein existieren, ist ein nützlicher Vorteil: es reduziert nicht nur den elektrischen Kontaktwiderstand zu dem Anschlußbein, sondern reduziert ferner die Serieninduktivität des Keils etwas. Überdies liefert es eine Verbindungsredundanz, so daß, wenn aus irgendeinem Grund (einer mechanischen Fehlausrichtung oder einer Oberflächenverschmutzung), einer eines Paars von benachbarten Keilen keinen Kontakt mit dem dazwischenliegenden Anschlußbein herstellt, noch eine gute Chance existiert, daß der andere Keil einen Kontakt herstellt.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Sonde 6, die auf einem IC 7 befestigt ist. Die dargestellten Objekte sind ähnlich zu denjenigen, die in Fig. 1 gezeigt sind, mit dem Unterschied, daß der IC 7 acht Anschlußbeine auf jeder von zwei gegenüberliegenden Seiten und keine Beine auf jeder der verbleibenen dazwischenliegenden zwei Seiten aufweist. Die Sonde 6 ist an diese Konfiguration angepaßt. Diese spezielle Konfiguration wurde zu Zwecken der Klarheit in der Darstel lung gewählt; es ist unerheblich, ob tatsächlich ein IC mit dieser speziellen Konfiguration existiert oder nicht. Wenn dies der Fall ist, ist es klar, daß bei Fehlen eines bestimmten speziellen Grunds für das Gegenteil, entweder die entsprechende Sonde 6 oder die vierseitige Acht-Anschlußbein-Pro-Seite-Sonde 1 von Fig. 1 verwendet werden könnte, um den IC 7 zu prüfen.
Es ist zu erkennen, daß in Fig. 2 sichtbare Keile 8 von mehreren versteckten Keilen 8 entlang zweier paralleler Achsen, die in die Figur verlaufen, die dem Auge eines Betrachters nächstliegenden sind. In gleicher Weise sind sichtbare Anschlußbeine 9 von mehreren versteckten Anschlußbeinen entlang der gleichen Achsen die nächstliegenden. Die sichtbaren Anschlußbeine 9 sind dem Auge näher als die sichtbaren Keile 8; jeder der Keile 8 wird zwischen ein zugeordnetes Anschlußbein 9 und das nächste Anschlußbein nach innen (nicht sichtbar) entlang der Achse, die in die Figur verläuft, gekeilt. Ferner sind die Keile 8 als benachbart zu einem Träger- oder Gestell-Abschnitt 12 (der Sonde 6) gezeigt, dessen Funktion darin besteht, die Keile 8 zu halten und dieselben in festen Positionen zueinander zu verankern. Bezüglich der Halterung und der Verankerung werden an gegebener Stelle ausführlichere Erläuterungen erfolgen.
Im Moment zeigt Fig. 2 dann, daß, wenn die Keile 8 verwendet werden, dieselben allgemein nahe an dem Körper des IC 7 sind, wobei dieselbe ferner das Ausmaß zeigt, in dem sich die Breite der Keile 8 zu der Gesamtbreite der Sonde 6 addiert. Wie in der Figur zu sehen ist, beträgt die zusätzliche Breite (pro Seite) näherungsweise den Abstand, der durch die Anschlußbeine 9 und deren "S-Kurve", während dieselben von dem Austrittspunkt auf dem IC 7 zu dem Punkt, an dem dieselben beginnen, die Schaltungsplatine 5 zu kontaktieren, übergehen, verwendet ist. Ferner ist sichtbar, wie die Keile 8 durch Entfernung eines flachen dreieckigen Abschnitts, dessen Hypothenuse an der Position, die durch das Bezugszeichen 11 bezeichnet ist, angeordnet ist, ausgespart
Es sei nun auf Fig. 3 verwiesen, in der eine vergrößerte Seitenansicht des rechten Rands der Seitenansicht in Fig. 2 gezeigt ist. In dieser Ansicht ist die Reihe von Keilen 8 als neun benachbarte Keile 8 sichtbar. Es existieren acht dazwischenliegende Zwischenräume 13 zwischen den neun Keilen. Jeder Zwischenraum 13 ist einem der acht Anschlußbeine 9 des IC 7 zugeordnet. Das Ineinandergreifen (interdigitale Anordnung) findet statt, wenn die Anschlußbeine in ihren zugeordneten Zwischenraum eindringen. Die Zwischenräume 13 sind durch das Vorliegen von Abstandhaltern 14 erzeugt, die sich in dauernder Abwechslung in den Keilen befinden. Jeder Keil weist eine linke und eine rechte leitfähige Oberfläche (15, 16) auf, mit einem elektrisch isolierenden Mittelkern 17 verbunden und durch denselben getrennt sind.
Bezüglich Fig. 3 ist es eine wichtige Sache, anzumerken, wo auf den Anschlußbeinen 9 die Keile 8 einen mechanischen und elektrischen Kontakt herstellen; das heißt, wo auf den Anschlußbeinen die Verkeilung stattfindet. Wie sowohl in Fig. 2 als auch in Fig. 3 zu sehen ist, findet dieselbe an einem Ort 18 auf den Anschlußbeinen 9 in der Nähe der Stelle, an der dieselben aus dem Gehäuse oder dem Körper des IC 7 austreten, statt. Die Anschlußbeine sind an diesem Punkt am breitesten (oder zumindest nicht schmäler als irgendwo anders), und da der Ort 18 auf den Anschlußbeinen "am höchsten" ist, findet die größte ineinandergreifende Durchdringung der Keile 8 mit den Anschlußbeinen 9 bezüglich dieses Orts statt. (Da die Keile dort breiter sind, verglichen mit Positionen näher an der Spitze der Keile).
Die Fig. 4A und 4B sind vergrößerte Auszüge des Materials, das in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Fig. 4A ist eine vergrößerte Seitenansicht eines einzelnen Keils 8, der isoliert gezeigt ist. Fig. 4B ist eine vergrößerte Ansicht einiger Keile 8 in einer verkeilten ineindandergreifenden Anordnung mit einigen Anschlußbeinen 9. Der Ort 18 des mechanischen und elektrischen Kontakts zwischen den Keilen 8 und den An schlußbeinen 9 während der Verkeilung ist deutlich sichtbar. Zusätzlich sind beide Figuren bemaßt, um die Größe der Keile zu zeigen. Die Maße sind in Zentimetern angegeben, wobei angenommen sei, daß der Mitte-Zu-Mitte-Abstand der IC-Anschlußbeine 0,05 cm (0,0197 Inch) beträgt.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Leser keine Schwierigkeit haben, das elementare Konzept hinter einer Sonde für ICs oder dergleichen mit Kontakten, die interdigital zwischen benachbarten Anschlußbeinen des ICs angeordnet sind und sich mit denselben verkeilen, zu erkennen. Wir lenken die Aufmerksamkeit nun darauf, wie dies realisiert wird.
Es sei die auseinandergezogene Seitenansicht eines Keils 8, die in Fig. 5 gezeigt ist, betrachtet. Die äußeren leitfähigen Oberflächen des Keils 8 sind aus Stücken 22 aus Berylliumkupfer mit einer Dicke von 0,005 cm (0,002 Inch) gebildet. Diese Stücke 22 aus Berylliumkupfer wurden vorher mit 0,5 bis 0,76 Mikrometern (20 bis 30 Mikroinch) Nickel, gefolgt von 0,76 bis 1,25 Mikrometern (30 bis 50 Mikroinch) Gold plattiert. Grundsätzlich müssen nur die Oberflächen, die die äußeren Oberflächen der Keile bilden, derart plattiert werden, obwohl es von einem praktischen Gesichtspunkt her am einfachsten sein kann, die Stücke 22 auf beiden Seiten zu plattieren. Innerhalb der äußeren leitfähigen Oberflächenstücke 22 befinden sich alternierende Schichten (21, 19 und 21) aus Haftmittel 21 und Füllermaterial 20. Die Haftmittelschicht 21 ist vorzugsweise ein thermofixiertes Haftmittel. Mit dem Ausdruck "thermofixiertes Haftmittel" ist ein Material gemeint, das klebrig und verformbar wird, wenn es ausreichend heiß ist, und das starr, fest und mit Oberflächen, die in Kontakt mit demselben plaziert wurden, während dasselbe in dem verformbaren Zustand war, verbunden ist, wenn es abgekühlt ist. Das Haftmittel kann eine variierende Dicke aufweisen, um das Erhalten von Keilen einer gewünschten Dicke zu unterstützen; bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel für einen IC mit einer Mitte-Zu-Mitte-Anschlußleitungsbeabstandung von 0,05 cm (0,0197 Inch) mit ei ner Zwischenanschlußleitungslücke von 0,028 cm (0,011 Inch) sind die Schichten 21 jeweils 0,003 cm (0,001 Inch) dick und die Schicht 19 ist 0,008 cm (0,003 Inch) dick. Das Haftmittel kann ein Typ-WA-Acryl-Haftmittel sein, das von DuPont erhältlich ist. Das Füllermaterial fügt sowohl Masse als auch Starrheit hinzu, und kann ebenfalls eine Dicke aufweisen, die bei einer partiellen Bestimmung dieser Eigenschaften gewählt wird. Das Füllermaterial kann beispielsweise Kapton sein, das ebenfalls eine eingetragene Marke von DuPont ist und sich auf ein flexibles Kunststoffmaterial bezieht, das häufig bei der Herstellung sogenannter flexibler gedruckter Schaltungsplatinen verwendet wird. Kurz gesagt werden die Schichten 19 bis 21 deckend aufeinander gelegt und dann unter Wärme und Druck verbunden.
Der Keil 8 kann mit einem verjüngten Ende versehen werden, indem bewirkt wird, daß eine oder mehrere der Schichten verschiedene Längen aufweisen. Beispielsweise sind in Fig. 5 die Schichten 20 kürzer als die anderen Schichten gezeigt. Dies hat zur Folge, daß die Dicke am Ende der Spitze des Keils 8 die kummulative Dicke ist, die durch die Schichten 19, 21 und 22 erzeugt wird, während weiter oben die Dicke des Keils durch die zusätzliche Dicke der Schichten 20 erhöht ist. Wenn es erwünscht ist, kann die Schicht 19 ebenfalls kürzer gemacht sein, als eine Möglichkeit, die Spitze des Keils 8 zu verjüngen.
Wie aus den typischen Abmessungen in den Fig. 4A und 4B zu sehen ist, ist nun ein einzelner Keil für ein Oberflächenbefestigungsteil ein relativ kleines Ding; größenmäßig vergleichbar mit einer großen schwarzen Ameise. Obwohl es in der Theorie möglich wäre, solche einzelnen Keile jeweils einzeln aufzubauen und dann in ein beabstandetes Array zusammenzubauen, ist ein solcher Lösungsansatz wahrscheinlich nicht der zweckmäßigste.
Eine bevorzugte Möglichkeit zum Herstellen von Keilen und zum beabstandeten Anordnen derselben wird in Verbindung mit den Fig. 6 bis 8 beschrieben. Bezugnehmend nun auf Fig. 6 sei die Aufmerksamkeit auf die sieben Materialstreifen 23 bis 29 gelenkt. Diese Streifen sind größer gezeigt als sie tatsächlich sind und stellen jeweils eine unterschiedliche Materialschicht dar, die zu einem Keil 8 beiträgt. Jeder Streifen besitzt einunddreißig Beinteile 32/33, die an einem Sockel- oder Träger-Streifen 31 befestigt sind oder sich von demselben erstrecken. Die Streifen 23 und 29 bestehen aus BeCU, plattiert mit Au und Ni, und werden die äußeren leitfähigen Oberflächen der Ansammlung von Keilen bilden. Die Streifen 24 und 28 sind Schichten eines Haftmittels, während die Streifen 25 und 17 Schichten aus Kapton sind. Die Beinteile 33 der Streifen 25 und 27 sind kürzer als die Beinteile 32 der anderen Streifen. Dies ist es, wie vorher erläutert wurde, was den Keilen eine verjüngte Spitze verleiht. Schließlich ist der Streifen 26 eine Schicht aus einem Haftmittel, die den mittleren Kern eines Keils 8 bildet. Jeder dieser Streifen 23 bis 29 besitzt eine geeignete Dicke, wie vorher erläutert wurde.
Die Schichten 23 bis 29 sind in Fig. 6 gezeigt, als ob dieselben zur Inspektion tatsächlich auf ein Blatt Papier gelegt werden, wie es tatsächlich der Fall sein könnte. Um die Schichten zusammenzufügen wird die Schicht 24 jedoch in exakter Ausrichtung auf der Oberseite der Schicht 23 plaziert. Danach wird die Schicht 25 auf der Oberseite plaziert, gefolgt von der Schicht 26 usw., bis die abschließende obere Schicht 29 auf der Oberseite plaziert wird. Eine Aufspannvorrichtung (Jig) (nicht gezeigt) ist bei dieser Vorgehensweise eine beträchtliche Unterstützung. Die Aufspannvorrichtung umfaßt eine flache Basis, von der fünf Ausrichtungsstifte hochstehen, deren Größe und Beabstandung exakt mit den fünf Ausrichtungslöchern 30 in jedem der Streifen 23 bis 29 übereinstimmen. Um die Streifen 23 bis 29 zu stapeln, werden dieselben einfach der Reihe nach über den Ausrichtungsstiften der Aufspannvorrichtung plaziert, so daß die Stifte durch die Löcher 30 verlaufen. Nachfolgend werden die Schichten, während sie sich noch auf der Aufspannvor richtung befinden, erwärmt und auf eine spezielle erwünschte Dicke komprimiert. Das Ergebnis ist eine Ansammlung von laminierten koplanaren Keilen, die wir als einen "Steg" von Keilen bezeichnen.
Es sei bemerkt, daß die einzelnen Keile in einem Steg um einen bestimmten bequemen Abstand voneinander beabstandet sind, wie durch das Symbol "S" gezeigt ist. Der exakte Abstand "S" ist hauptsächlich eine Auswahlsache, vorausgesetzt, daß der Abstand zumindest einen bestimmten minimalen Betrag beträgt. Wie in Kürze klar werden wird, kann ein ausreichender Zwischenraum für eine Sägeschlitz zwischen den Keilen erforderlich sein.
Ein einzelner Steg von Keilen wird nicht sehr hilfreich sein, wenn wir jedoch alternierende Schichten von Stegen (34, 36, 38) und Haftmittel (35, 37) laminieren (wie es für Fig. 6 taten), wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist das Ergebnis ein Stapel von Stegen. Ein Stapel umfaßt so viele Stege (34, 36, 38) wie einzelne Keile 2 auf einer Seite einer Sonde 1 vorliegen sollen. Die Anzahl von Schichten aus Haftmittel 35, 37 ist eine weniger als die Anzahl von Stegen. Es sei bemerkt, daß die Länge der Haftmittelabstandhalter 40 in den Schichten 35 und 37 geringer ist als die Länge der Keile 39 der Stege 34, 36 und 38. Diese Längendifferenz ist notwendig, um eine Störung mit den Anschlußbeinen des IC zu vermeiden, wenn die Sonde auf derselben installiert wird. Die gleiche oder eine ähnliche Aufspannvorrichtung könnte für dieses Verfahren zum Herstellen der Stapel verwendet werden, wie sie zum Herstellen der Stege aus Keilen verwendet wurde, obwohl dies scheinbar den Nachteil des Herstellens der Stege jeweils einzeln haben würde. Eine effizientere bevorzugte Weise zum Herstellen der Stege aus Keilen und des nachfolgenden Laminierens derselben in Stapel wird als nächstes beschrieben.
Stege aus Keilen müssen nicht jeweils ein Steg zu einer Zeit hergestellt werden, wie oben umrissen wurde. Wiederum bezug nehmend auf Fig. 6 sind Streifen 23 und 29 aus plattiertem BeCu als einzelne Gegenstände gezeigt. Es sei eine große Anzahl dieser betrachtet, sagen wir zehn oder zwölf, die alle in der gleichen Ebene liegen und als eine Spalte in der Ebene angeordnet sind (im wesentlichen wie die sieben Streifen 23 bis 29, die in Fig. 6 angeordnet sind). Es sei angenommen, daß diese Streifen alle aus der gleichen Schicht aus BeCu bestehen, und daß dieselben noch mit einem verbleibenden äußeren rechteckigen Rand der Schicht verbunden sind. Dieser Rand enthält zusätzliche Ausrichtungslöcher, angenommen an jeder Ecke und an verschiedenen Orten entlang des Rands. Das Muster der Beinteile, das die Streifen aufweist, könnte grundsätzlich durch eine Stanzoperation mit einem Prägestempel erhalten werden, wobei ein zweckmäßigeres Verfahren darin besteht, das Muster durch Ätzen zu erzeugen. Die Ni-Au-Plattierung kann nach dem Ätzen aufgebracht werden.
Die nachfolgenden Schichten der Streifen 24 bis 28 (siehe Fig. 5) können ganze Schichten oder einzelne Streifen sein, wie es bequem ist. Auf jeden Fall sei eine Ausrichtungspreßvorrichtung mit zwei parallelen Abdeckungsstücken mit einer großen Anzahl von Führungsstab-Ausrichtungsstiften in dem unteren Abdeckungsstück und entsprechenden genau passenden Löchern in dem oberen Abdeckungsstück betrachtet. Die Idee besteht darin, das Innere der Vorrichtung zwischen den zwei Abdeckungsstücken mit den sortierten Streifen zu beladen, wobei die Führungsstäbe dazu dienen, eine Ausrichtung der Streifen während eines Wärme- und Kompressions-Zyklusses beizubehalten.
Die innere Oberfläche jedes Abdeckungsstücks trägt eine Teflondecke, die als ein Lösemittel und als eine leicht nachgiebige Oberfläche dient, die sowohl die Kompressionskraft verteilt als auch eine Bewegung der Streifen, wenn dieselben unter Druck sind, verhindert. Um die Vorrichtung zu beladen wird zuerst eine Schicht aus Beilagstreifen auf der Oberseite der Teflondecke des unteren Abdeckungsstücks plaziert.
Die Beilagstreifen sind einfach lange Streifen eines 0,005 cm (0,002 Inch) dicken Blechs aus rostfreiem Stahl, die zwischen einem äußeren Rahmen verlaufen, der das gleiche Muster von peripheren Ausrichtungslöchern aufweist, wie die Schicht aus geätzten Keilteilen. Die langen Streifen aus rostfreiem Stahl überqueren die Region, die durch die Spitzen der Keile besetzt wird, und überlappen nicht die Abschnitte der Keile, die entfernt werden sollen. Es existiert nur ein Beilagstreifen für jeden Streifen 23 in der Schicht aus Streifen. Nachdem die Beilagstreifen ausgerichtet sind, wird die Schicht aus Streifen 23 über denselben ausgerichtet, gefolgt von den Materialschichten, die die Streifen 24 bis 28 enthalten, der Reihe nach. Als nächstes wird eine weitere Schicht aus Streifen 23 ausgerichtet, gefolgt von einem weiteren Satz von Beilagstreifen identisch zu dem, der bereits verwendet ist. Als letztes wird das obere Abdeckungsstück mit seiner Teflondecke ausgerichtet.
Der Zweck der Beilagstücke besteht darin, den Keilen in Zusammenwirkung mit den unterschiedlichen Längen des Materials, das in den Keilen verwendet ist, wie vorher beschrieben ist, die verjüngten Spitzen zu verleihen. Die Beilagen unterstützen dies, indem der innere Zwischenraum in der Ausrichtungsvorrichtung in den Bereichen, die benachbart zu den Spitzen der Keile sind, reduziert wird.
Es kann erwünscht sein, die Ausrichtungsvorrichtung mit bestimmten Anschlägen oder einem anderen mechanischen Wechselwirkungsmechanismus auszurüsten, um den Grad zu steuern, zu dem ermöglicht ist, daß die inneren Oberflächen der Abdeckungsstücke sich einander nähern, wenn ein Druck ausgeübt wird. Dies ist bei der Steuerung der schließlichen Dicke der Stege von Keilen nützlich.
Ein oder mehrere Temperatursensoren können in einem oder beiden Abdeckungsstücken angeordnet sein, um die Prozeßsteuerung zu unterstützen.
Hinsichtlich der Materialien und der Ausrichtungsvorrichtung, die hierin beschrieben ist, wird die Ansammlung von Stegen bei einer Temperatur von 196ºC (385ºF) für eine Stunde unter einem Druck von 1623 kPa (250 PSI) laminiert. Dieselbe wird dann unter Druck für 20 Minuten gekühlt, oder bis die angezeigte Temperatur unter 38ºC (100ºF) ist. Sobald die Teile gekühlt wurden, wird eine gesamte Schicht aus Stegen aus der Vorrichtung beseitigt. Die Stege werden von dem Rahmen weggeschnitten und sind dann für eine weitere Verarbeitung bereit.
Für eine tatsächliche Sonde, die auf einem IC mit fünfundzwanzig Anschlußbeinen auf einer Seite verwendet wird, wird ein Stapel von sechsundzwanzig Stegen mit fünfundzwanzig dazwischenliegenden Schichten aus Haftmittel/Abstandshaltern in einer Vorrichtung mit Ausrichtungsstiften und einem mechanischen Anschlag, um die schließliche Höhe des Stapels zu steuern, laminiert. Keine Teflondecke wird verwendet. Der Laminierungszyklus ist wie folgt:
1. Schließe die vorgeheizte Presse auf der beladenen Vorrichtung und übe einen Druck von 4058 kPa (625 PSI) für eine Minute aus.
2. Laß den Druck auf 0 kPa (0 PSI) absinken, ohne die Presse zu öffnen, und ermögliche, daß sich die Vorrichtung auf 135ºC (275ºF) erwärmt.
3. Übe einen Druck von 4058 kPa (625 PSI) aus und erhöhe die Temperatur für eine Stunde auf 191ºC (375ºF).
4. Kühle unter Druck ab, bis die Temperatur der Vorrichtung unter 38ºC (100ºF) ist.
Nachdem der Stapel von Stegen beseitigt ist, wird derselbe bezüglich der Gesamthöhe überprüft, was eine spezielle Keil-Zu-Keil-Beabstandung beinhaltet.
Ein Abschnitt eines Stapels 41 aus neun Stegen (34, 36, 38) ist in Fig. 8 gezeigt. Es sei die Trennung zwischen Keilen 8, die durch die Schichten (35, 37) aus Haftmittel mit Beinen einer reduzierten Länge erzeugt wird, beachtet. Zu Klarheitszwecken ist der Stapel als lediglich neun Stege aufweisend gezeigt. Obwohl dies sicherlich möglich ist, sollte im Gedächtnis behalten werden, daß die meisten ICs hoher Dichte eine größere Anzahl von Anschlußbeinen pro Seite aufweisen als die acht Anschlußbeine, die neun Stegen zugeordnet wären. Teile mit zumindest sechsundzwanzig Stegen wurden zur Verwendung mit ICs, die einhundert Anschlußbeine aufweisen, erfolgreich hergestellt. Überdies wurden die Proportionen der Teile, die in Fig. 8 gezeigt sind, leicht geändert, um eine ungestörte Darstellung zu unterstützen.
Sobald ein Stapel 41 von Stegen zur Hand ist, können einzelne Reihen (42, 43, 44, ...) von Keilen wie folgt hergestellt werden. Der Stapel 41 wird mit den Keilspitzen nach unten auf einer erwärmten Platte plaziert. Die Platte kann entweder einen ausgenommenen Abschnitt aufweisen, in den der Stapel plaziert wird, oder ein Damm mit Keilen aus einem geeigneten Material, beispielsweise Glasblöcken, kann um den Stapel gebaut werden. Als nächstes wird heißes Wachs über den umgekehrten Stapel 41 gegossen, wobei ermöglicht wird, daß derselbe abkühlt und aushärtet. Dies verankert den Steg 41 an der Platte. Dann wird die Platte auf dem Tisch einer Diamantrad-Läppmaschine befestigt. Wie in Fig. 8 zu sehen ist, wird der Abschnitt des Stegs 41, der unterhalb der Ebene des Pfeils 46 ist, durch das Wachs weggeschliffen oder geläppt (es sei daran erinnert, daß der Stapel mit der Oberseite nach unten auf dem Tisch angeordnet ist). Dies beseitigt auch die hochstehenden Abschnitte 47. Danach können die einzelnen Reihen von Keilen (42, 43 und 44) durch erneutes Schmelzen des Wachses und Sammeln der Reihen wiedergewonnen werden. Die wiedergewonnenen Reihen von Keilen werden dann gereinigt, indem zuerst unter Erwärmung das übermäßige Wachs weggesogen wird, und nachfolgend eine Ultraschallreinigung in einem geeigneten Lösungsmittel, wie z. B. Perchlorethylen, durchgeführt wird.
Andere Prozeduren sind sicherlich möglich. Beispielsweise kann es erwünscht sein, eine Reihe einzeln wegzusägen, indem stattdessen mit dem Sägeschlitz in der Ebene des Pfeils 45 gesägt wird. Wenn dies durchgeführt wird, wird eine zweite Operation auf jeder hergestellten Reihe benötigt, um den hochstehenden Abschnitt 47 zu beseitigen. Überdies kann der Abstand zwischen benachbarten Keilen entlang des Sockels derselben von Belang werden (d. h., als ein Raum für einen Sägeschlitz), abhängig davon, von welcher Seite des Stapels (der "oberen" Keilseite oder der "unteren" Unterseite) das Sägemesser in das Material eindringt, und wie weit durch das geteilte Material sich die Schneide des Messers erstreckt.
In Fig. 9, auf die nun Bezug genommen wird, sind vier Reihen 48, 49, 50 und 51 von Keilen gezeigt, die über einem Mantel 52 angeordnet sind. Ein Sockel 53 und eine Wand 55 in der Oberseite des Mantels 52 sind dimensioniert, um entsprechende Zungenelemente 54 an der Unterseite der Reihen 48 und 51 in Eingriff zu nehmen. Der Mantel 52 kann aus FR4 (einem Glasepoxidmaterial, das für gedruckte Schaltungsplatinen als Substrat verwendet wird), einer Keramik oder einem geeigneten Kunststoff bestehen. Die Anforderung an das Mantelmaterial beinhalten eine Isolierung, eine Festigkeit und eine Kompatibilität mit einem Haftmittel, das zur Verwendung mit den Reihen von Keilen geeignet ist. Der Sockel 53 und die Wand 55 werden mit einem Haftmittel (beispielsweise einem Epoxid) beschichtet, woraufhin die Reihen 48 bis 51 in Position ausgerichtet werden. Wenn das Haftmittel thermofixiert ist, liegt nun die Anordnung 57 von Keilen oder verjüngten Fingern, die in Fig. 10 gezeigt ist, vor. Alternativ kann der Mantel 52 einen unteren Abschnitt aufweisen, dessen obere Oberfläche der Sockel 53 ist, und einen getrennten oberen Abschnitt, dessen Seiten die Wand 55 sind. Diese Anordnung kann vorteilhaft sein, wenn es erwünscht ist, die Reihen temporär an dem unteren Abschnitt anzubringen, während alle auf einer flachen Platte aufsitzen. Alle notwendigen Ein stellungen können dann durchgeführt werden, bevor der obere Abschnitt sowohl an den unteren Abschnitt als auch alle Reihen geklebt wird.
Zu diesem Zeitpunkt werden die oberen dicken Enden der Keile (die Enden, die am weitesten von den verjüngten Spitzen entfernt sind) mit 3M-Naß- oder -Trocken-Papier (431Q) naß geläppt, um jegliche Ungleichmäßigkeit zu beseitigen und sicherzustellen, daß die Kanten der leitfähigen Oberflächen freiliegend und sauber sind. Es wurde beobachtet, daß dieses Läppen die Endoberfläche des Berylliumkupfers dehnt oder bearbeitet, so daß das geläppte dicke Ende jedes Keils einen dickeren Querschnitt des Kupfers bietet, als dasselbe an beliebiger Stelle entlang des Keils besitzt. Dies ist ein vorteilhaftes Ergebnis, das den Oberflächenbereich erhöht, der für eine elektrische Verbindung mit den Keilen in der Reihe verfügbar ist. Nach diesem abschließenden Läppen wird die Keilanordnung 57 auf einer elektrischen Testvorrichtung plaziert, die physisch einer integrierten Schaltung ähnelt. Bezüglich jedes Keils wird eine Kontinuitätsüberprüfung durchgeführt. Ferner kann eine Überprüfung bezüglich Kurzschlüssen durchgeführt werden.
Fig. 10 zeigt eine Struktur oder Anordnung 57 von Keilen oder verjüngten Fingern zum Prüfen eines IC (in dieser Figur nicht gezeigt) oder dergleichen. Die Keilstruktur 57 kann über dem IC positioniert werden, nachfolgend an demselben angebracht werden und im Anschluß durch die Wirkung der Keile (verjüngten Finger), während dieselben zwischen den benachbarten Anschlußbeinen des IC komprimiert werden (verkeilt werden) auf demselben gehalten werden. Da die äußere Oberfläche jedes Keils leitfähig ist, und da pro Seite ein Keil mehr als Anschlußbeine existiert, ist jedes Anschlußbein des IC durch ein Paar von benachbarten Keilen eingegabelt. Folglich ist jedes Anschlußbein in elektrischem Kontakt mit einem Paar von äußeren Keiloberflächen an einem jeweiligen Paar von Orten auf dem Anschlußbein. Was nun benötigt wird, ist eine Möglichkeit, um die äußeren Oberflächen der Keile mit der Meß- oder Stimulus-Ausrüstung (der Testausrüstung) elektrisch zu verbinden.
Fig. 11 zeigt eine bevorzugte Möglichkeit zum elektrischen Verbinden der leitfähigen Oberflächen der Reihen 48 bis 51 aus Keilen in der Keilstruktur 57. Ein Anschlußstückblock 60 nimmt eine Mehrzahl von Anschlußstiften 61 auf; es existiert zumindest ein Anschlußstift 61 für jeden Anschlußstift (jedes Anschlußbein) auf dem IC (nicht gezeigt), wobei ein Loch, das den Anschlußstiftblock 60 vollständig durchdringt, für jeden Anschlußstift 61 vorgesehen ist. Ein Kapton- und Berylliumkupfer-Anschlußleitungsrahmen 59 (denke: "flexible gedruckte Schaltungsplatine") wird unter dem Anschlußstiftblock 60 plaziert. Die Unterseite des Anschlußstiftblocks 60 stößt an die Oberseite des Anschlußleitungsrahmens 59 an, wobei die unteren Enden der Anschlußstifte 61 ihre jeweiligen Löcher in dem Anschlußstiftblock 60 vollständig durchdringen, bis dieselben jeweils ein Loch in einer entsprechenden inneren Anschlußfläche des Anschlußleitungsrahmens 59 durchdringen. Die Anschlußstifte 61 werden dann an die inneren Anschlußflächen des Anschlußleitungsrahmens 59 gelötet.
Der Anschlußleitungsrahmen 59 besitzt ein Muster von äußeren Anschlußflächen um seine Peripherie. Die Position und die Breite dieser äußeren Anschlußflächen ist derart, daß, wenn der Anschlußleitungsrahmen 59 über der Anordnung 57 ausgerichtet ist, jede Anschlußfläche (mit Ausnahme derjenigen an den Ecken) direkt über einem zugeordneten Paar von gegenüberliegenden elektrisch leitfähigen Oberflächen, die auf zwei aufeinanderfolgenden Keilen in der Reihe derselben gebildet sind, angeordnet ist. Die Anordnung von inneren Anschlußflächen ist mit den äußeren Anschlußflächen durch ein Muster von Spuren verbunden. Jede innere Anschlußfläche ist direkt unter einem der Anschlußstifte 61, wenn der Anschlußstiftblock 60 über den Keilen (59, 57) unter sich ausgerichtet ist. Der Anschlußleitungsrahmen 59 ergibt und bestimmt somit die Entsprechung zwischen den Anschlußbeinen des IC und den Anschlußstiften 61.
Die äußeren Anschlußflächen des Anschlußleitungsrahmens 59 sind an die freiliegenden dicken Enden der Keile der Anordnung 57 gelötet. Eine Haftmittelschicht 58 zwischen der Keilanordnung 57 und dem Anschlußrahmen 59 hilft dabei, die gesamte Sonde zusammenzuhalten, ebenso wie ein Epoxidwulst (nicht gezeigt), der um die Verbindungsstelle zwischen der unteren Seite des Anschlußblocks 60 und der Oberseite der Keilanordnung 57 aufgebracht ist.
Fig. 11 ist allgemein wirksam, um zu übermitteln, was sich in der fertigen Sondenanordnung befindet. Während der folgenden Erläuterung bestimmter zusätzlicher Einzelheiten, die die Schritte betreffen, die verwendet werden, um die Keilanordnung 57 tatsächlich an dem Anschlußstiftblock 60 anzubringen, wird auf Fig. 12 Bezug genommen. Fig. 12 ist eine Draufsicht eines unbenutzten Anschlußleitungsrahmens 62, entsprechend dem Anschlußleitungsrahmen 59 von Fig. 11. Der Anschlußleitungsrahmen 62 von Fig. 12 ist eine kleine flexible gedruckte Schaltung. Das heißt, daß dieselbe geätzte BeCu-Spuren 63 aufweist, die auf einer Kapton-Schicht 64 gehalten sind. Es sei auf die inneren Anschlußflächen 65 verwiesen; jede solche Anschlußfläche 65 weist ein Loch 66 in sich auf, um einen Anschlußstift 61 aufzunehmen. Es darauf verwiesen, wie die Muster von Spuren 63 von den inneren Anschlußflächen 65 zu Spurabschnitten 67 verlaufen, die die äußeren Anschlußflächen sind. Die vier rechteckigen Regionen 68 bezeichnen Bereiche, in denen das gesamte Kapton, das die äußeren Anschlußflächen 67 umgibt, beseitigt wurde, wobei die BeCu-Spuren dort (die äußeren Anschlußflächen 67) in Vorbereitung auf ein Löten gereinigt werden.
Zuerst wird der Anschlußleitungsrahmen 62 mit den Anschlußstiften 61 des Anschlußstiftblocks 60 ausgerichtet, woraufhin die Anschlußstifte 61 durch die Löcher 66 gedrückt werden, bis der Anschlußleitungsrahmen 62 in einem gleichmäßigen engen Kontakt mit der Unterseite des Anschlußstiftblocks 60 ist. Die Anschlußstifte 61 werden dann an die inneren Anschlußflächen 65 gelötet. Die Lotmittelstellen können dann mit einem Sandpapier der Körnung 240 flach geschliffen werden. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Kontinuitätsüberprüfung von dem BeCu des Anschlußleitungsrahmens 62 zu jedem Anschlußstift 61 durchgeführt werden.
Nun kann die Masse des peripheren Abschnitts des Anschlußleitungsrahmens 62 außerhalb der Regionen 68 weggeschnitten werden, wenn es erwünscht ist. Eine kleine Menge eines schnell thermofixierenden Epoxids wird auf die Mitte der Oberseite der Keilanordnung 57 aufgebracht (dies ist das Haftmittel 58 von Fig. 11). Die Regionen 67 mit deren äußeren Anschlußflächen 67 werden unter Verwendung einer Ausrichtungsvorrichtung und eines 10X-Mikroskops über den dicken Enden der Keile ausgerichtet. Der Anschlußstiftblock 60 und die Keilanordnung 57 werden dann zusammengepreßt und in Position gehalten, bis das Epoxid aushärtet. Nun werden die äußeren Anschlußflächen 67 mittels heißer Luft an die dicken Enden der Keile gelötet, wobei die überstehende Länge der äußeren Anschlußflächen 67 bündig mit den Seiten der Kantenanordnung 57 abgeschnitten werden.
Zu diesem Zeitpunkt kann ein strenger abschließender elektrischer Test auf der gesamten Anordnung durchgeführt werden, nachdem die Verbindungsstelle zwischen dem Anschlußstiftblock 60 und der Keilanordnung 57 mit einem Wulst 69 aus Epoxid (siehe Fig. 1 bis 3) gefüllt wird. Dies dichtet die empfindlichsten Lötverbindungen der Sonde gegenüber der Umwelt ab, schützt dieselben mechanisch und addiert sich zu der mechanischen Gesamtintegrität der Sonde. Um sicherzustellen, daß das Epoxid vollständig ausgehärtet wird, kann die fertiggestellte Sonde in einem Ofen bei 150ºF für zwei Stunden gebacken werden.
Alles was nun noch erfolgen muß, besteht darin, die gewünschten Leiter, die gewünschte Verkabelung, die gewünschte flexible gedruckte Schaltungsplatine, den gewünschten Sockel, usw., die die Sonde mit dem Testgerät verbinden, an den Anschlußstiften 61 zu befestigen. Eine bevorzugte Art und Weise, um dies zu erreichen, besteht darin, eine kleine flexible gedruckte Mehrschicht-Schaltungsplatine (nicht gezeigt) mit einem Array von plattierten Durchgangslöchern, die mit den Anschlußstiften 61 zusammenpassen, an die Oberseiten der Stifte 61 zu löten. Spuren, die von diesen Löchern abgehen, verlaufen für eine Strecke von angenommen 3 Inch allgemein parallel und enden in einem entfernten Array von plattierten Durchgangslöchern, die einen Verbinder aufnehmen, der mit einem weiteren Verbinder zusammenpaßt, der an einem Kabel, das zu dem Testgerät führt, befestigt ist. Die kurze Länge der flexiblen Schaltungsplatine dient dazu, die Sonde 1 (wenn dieselbe auf einem IC installiert ist) von dem relativ steifen Kabel, das zu dem Testgerät führt, mechanisch zu entkoppeln.
Im Gebrauch wird eine fertiggestellte Sonde auf einem IC installiert, indem dieselbe einfach auf denselben gedrückt wird, bis es nicht mehr weiter geht. In dem Fall einer Sonde, wie z. B. derjenigen, die gezeigt sind, die Keile auf allen vier Seiten eines rechteckigen Gehäuses aufweisen, ist die Installation allgemein selbstausrichtend, da eine falsche Positionierung einen unsymmetrischen Kontakt der Keilspitzen und dem IC zur Folge hat, was eine erfaßbare Verkippung der Sonde relativ zu der oberen Oberfläche des IC bewirkt. Nur wenn die Sonde richtig ausgerichtet ist wird dieselben nicht verkippt sein, wenn sie in einem mechanischen Kontakt mit dem IC ist.
Sobald die Sonde 1 installiert ist, wird dieselbe einfach durch die Reibung zwischen den Anschlußbeinen des IC und den Keilen in Position gehalten; für einen IC mit einhundert Anschlußstiften kann diese Kraft beträchtlich sein. Es kann nicht ratsam sein, als Teil des Entfernungsverfahrens an dem Körper der Sonde zu ziehen oder zu versuchen, denselben von oben zu schwenken. Dies durchzuführen, könnte die mechanischen Verbindungen in der Sonde übermäßig belasten, und möglicherweise sogar das Risiko bergen, einige der Keile zu verbiegen. Um das Beseitigen der Sonde zu unterstützen, trägt die Unterseite des Mantels 52 (siehe Fig. 9) eine X- förmige Rille 70, die diagonal zwischen den vier Ecken verläuft. Die Rille 70 (siehe auch die Fig. 1 bis 3) ist groß genug, um das Ende einer gerade gebogenen Büroklammer (oder eines ähnlichen Drahts oder Werkzeugs) aufzunehmen. Diese Vorrichtung ermöglicht eine sanfte Stemmwirkung, um die Sonde 1 von dem IC zu lösen.
Es ist klar, daß verschiedene alternative Ausführungsbeispiele in dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung liegen. Der Abstandhalter zwischen den Keilen muß kein Isolator sein, der durch ein Haftmittel an benachbarten Keilen angebracht ist. Derselbe könnte stattdessen aus einem leitfähigen Material, angenommen Kupfer, bestehen, und könnte an die benachbarten Keile gelötet sein. Keile könnten nur auf einer Seite leitfähig sein. Ein Material, das als Z-Achsen-Laminat bekannt ist, könnte verwendet werden, um einen elektrischen Kontakt herzustellen und eine mechanische Haftwirkung zwischen Elementen in der Sonde zu liefern.
Ein Z-Achsen-Laminat ist eine dünne Schicht aus einem haftenden Kunststoffmaterial, in das eine allgemein gleichmäßige Verteilung kleiner Lotmittelkugeln eingebettet ist. Auf die Ausübung von Wärme und Druck hin werden die Lotmittelkugeln schmelzen und an einem lötbaren Material auf oder angrenzend an jede Oberfläche der Z-Achsen-Laminatschicht haften. Obwohl sich einige kleine benachbarte Lotmittelkugeln verbinden können, um größere Kugeln zu bilden, erweitert sich dieser Effekt nicht, um Kurzschlüsse zwischen benachbarten Leitern (d. h. den dicken Enden der leitfähigen Oberflächen der Keile oder den Spuren des Anschlußleitungsrahmen 59) zu bilden. Die vielen winzigen Lotmittelkugeln wirken als "Durchschüsse", die direkt gegenüberliegende lötbare Oberflächen verbinden. Es ist dann klar, daß der Anschlußleitungsrahmen 59, der in Fig. 11 gezeigt ist, mit der Keilanordnung 57 darunter und/oder den Anschlußstiften 61 darüber durch eine Schicht (Schichten) aus einem dazwischenliegenden Z-Achsen-Laminat verbunden sein könnte. Die Teile der Sonde werden komprimiert und erwärmt; die dicken Enden der leitfähigen Oberflächen der Keile werden durch Löten mit der Unterseite der äußeren Anschlußfläche des Anschlußleitungsrahmens 59 elektrisch verbunden, und somit durch Löten von der Oberseite der inneren Anschlußflächen des Anschlußleitungsrahmens 59 mit den Unterseiten der Anschlußstifte 61.
Schließlich ist es klar, daß es möglich ist, entweder einen passiven oder einen aktiven Schaltungsaufbau in die Sondenanordnung aufzunehmen. Ein solcher Schaltungsaufbau könnte eine Hybridschaltung auf einem Substrat oder auf einer Schaltungsplatine sein, die den Anschlußleitungsrahmen 59 entweder ersetzt oder einfach vergrößert. Der Zweck des Schaltungsaufbaus könnte von einer einfachen Pufferung von Signalen, die für Impedanz/Last-Betrachtungen zu messen sind, zu einer tatsächlichen Signal/Informations-Verarbeitung reichen.
Weitere Aspekte des Gegenstands, der hierin offenbart ist, sind in unseren ebenfalls anhängigen Europäischen Patentanmeldungen Nr. EP-A-0 650 062 und EP-A-0 650 065, die am gleichen Tag wie diese Anmeldung eingereicht wurden, offenbart.

Claims

1. Vorrichtung zum Verbinden eines Testgeräts mit n Anschlußbeinen (3) entlang einer Seite einer integrierten Schaltung (4), wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:

eine Mehrzahl von n+1 verjüngten Fingern (2), die angeordnet sind, um mit den n Anschlußbeinen (3) ineinanderzugreifen, wobei jeder verjüngte Finger eine erste und eine zweite leitfähige Oberfläche (22) aufweist, die durch ein dazwischenliegendes isolierendes Medium (19 bis 21) getrennt sind, und wobei benachbarte verjüngte Finger durch eine jeweilige Mehrzahl von n Abstandshaltern (14) getrennt sind;

einen Mantel (22), auf dem die Mehrzahl von n+1 verjüngten Beinen gehalten ist;

einen Satz von n Leitern (59), wobei ein erstes Ende von jedem Leiter in der Nähe eines zugeordneten Paars von benachbarten verjüngten Fingern angeordnet ist, und wobei ein zweites Ende jedes Leiters in der Nähe einer unterschiedlichen und getrennten Region des Mantels angeordnet ist;

einen ersten Satz von n elektrischen Verbindungen, wobei jede Verbindung des ersten Satzes zwischen der zweiten leitfähigen Oberfläche jedes verjüngten Fingers, der ersten leitfähigen Oberfläche eines benachbarten verjüngten Fingers und dem ersten Ende eines zugeordneten Mitglieds des Satzes von n Leitern besteht;

einen Satz von elektrischen Anschlüssen (61), die mit dem Testgerät elektrisch verbindbar sind und in der Nä he der zweiten Enden der Mitglieder des Satzes von n Leitern angeordnet sind; und

einem zweiten Satz von elektrischen Verbindungen, wobei jede Verbindung des zweiten Satzes zwischen einem jeweiligen Mitglied des Satzes von elektrischen Anschlüssen und dem zweiten Ende eines zugeordneten Leiters in dem Satz von n Leitern besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Satz von elektrischen Verbindungen ein Z-Achsen-Laminat aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der zweite Satz von elektrischen Verbindungen ein Z-Achsen-Laminat aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Mehrzahl von n Abstandhaltern leitfähig sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Satz von n Leitern Spuren auf einer Schaltungsplatine sind, und bei der ferner der erste und der zweite Satz von elektrischen Verbindungen Lotmittelverbindungsstellen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Schaltungsplatine, die den Satz von n Leitern aufweist, einen Schaltungsaufbau umfaßt, der mit zumindest einem der n Leiter gekoppelt ist.