DE69519110T2 - Von oben zu bestückender sockel für bauelement mit rasterartig angeordneten leiterballkontakten - Google Patents

Von oben zu bestückender sockel für bauelement mit rasterartig angeordneten leiterballkontakten

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Sockel zur vorübergehenden Verbindung elektrischer Vorrichtungen mit Testschaltungen und insbesondere Sockel für Ball-Grid-Array-Vorrichtungen.
  • Integrierte Schaltungsvorrichtungen (IC) finden in der Elektronikindustrie verbreitete Anwendung, und bevor sie mit einer Schaltung verbondet werden, werden sie getestet, um festzustellen, ob die IC-Vorrichtung funktioniert und eine elektrische Kontinuität zwischen den verschiedenen Teilen der Vorrichtung gegeben ist. Zu diesem Zweck wird die IC in eine Sockel eingesetzt, der an einer Testschaltung angebracht ist. Di gesamte Anordnung aus Testschaltung und IC kann ferner erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden, während die IC elektrisch getestet wird. Daher kann der Vorgang als "Test- und Einbrennvorgang" und der Sockel als Test- und Einbrennsockel bezeichnet werden.
  • Eine Art von IC-Vorrichtung ist einfach mit kleinen Kugeln aus Lötmaterial gebildet, die an einer planaren Fläche der Vorrichtung in einer regelmäßigen Anordnung aus gleichmäßig beabstandeten Reihen und Spalten angebracht sind. Eine derartige Vorrichtung wird als Ball-Grid-Array-Vorrichtung (BGA) bezeichnet und dient dem Anbringen an einer Interfaceschaltung durch Rückflußlöten der Lötmaterialkugeln an eine gleiche Anzahl von Pads auf der Platine.
  • Testsockel für BGA-Vorrichtung haben bisher den Kontakt mit den Lötmaterialkugeln durch einen Einzelstrahlkontakt oder einen Spitzstangenkontakt hergestellt, was zu unerwünschter Beschädigung der Lötmaterialkugeln führte oder unausgewogene Kräfte auf die BGA-Vorrichtung aufbrachte, die durch die Struktur des Sockels ausgeglichen werden mußten. Es wäre vorteilhaft, einen Sockel zu schaffen, der diese unerwünschten Effekte eliminiert.
  • US-A-5 376 010 offenbart einen Testsockel zum vorübergehenden Anschließen einer Ball-Grid-Array-IC-Vorrichtung an eine Testschaltung. Der Testsockel weist eine Basis aus elektrisch isolierendem Material und eine von der Basis gestützte Kontaktanordnung. Die Anordnung weist ein Muster von Kontakten (20) auf, das dem Ball-Grid-Array der IC-Vorrichtung entspricht.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Testsockel zum vorübergehenden Anschließen einer Ball-Grid-Array-IC-Vorrichtung an eine Testschaltung zu schaffen, wobei die elektrische Verbindung zuverlässig ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Testsockel nach Anspruch 1 gelöst: Die Unteransprüche betreffen jeweils bevorzugte Ausführungsformen.
  • Die vorliegende Erfindung verbessert bestehende BGA-Testsockel durch Vorsehen eines Kontakts für jede Kugel, bestehend aus zwei freitragenden Armen, die in einwärts gebogene Kontaktspitzen münden. Die Arme sind so angeordnet, daß sie nach Art einer Pinzette aufeinander zu bewegbar sind. Da zwei Kontaktarme vorgesehen sind, sind die auf die Kontaktkugeln der BGA einwirkenden Kräfte ausgewogen, so daß weder auf die IC-Vorrichtung, noch auf die die Kontakte stützende Sockelstruktur keine Kräfte aufgebracht werden. Da die Spitzen nach innen gebogen sind, sind die Kugeln formschlüssig gehalten und die IC-Vorrichtung ist sicher in dem Sockel gehalten.
  • Insbesondere weist der erfindungsgemäße Testsockel auf: eine Basis aus elektrisch isolierendem Material, eine von der Basis gestützte Kontaktanordnung, wobei die Anordnung wenigstens ein Muster von Kontakten aufweist, das dem Ball-Grid-Array der IC-Vorrichtung entspricht, wobei jeder Kontakt ein Paar aus zwei freitragenden Armen aufweist, die aufeinander zu vorgespannt sind und in Spitzen enden, die zum Einfangen einer Kugel der Ball-Grid-Array-IC- Schaltung geeignet sind, und eine Einrichtung zum gleichzeitigen Trennen jedes der Paare der freitragenden Arme der Anordnung der Kontakte vorgesehen ist, so daß die Kugeln der Ball-Grid-Array-IC-Vorrichtung jeweils einzeln in jedes Paar freitragender Arme eingesetzt werden können.
  • Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, und welche zeigen:
  • Fig. 1 - eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen BGA- Testsockels;
  • Fig. 2 - eine perspektivische Darstellung eines Teils des Sockels von Fig. 1 zur Darstellung des Verhältnisses zwischen den Kontakten der Fig. 3 und der BGA-IC-Vorrichtung;
  • Fig. 3 - eine perspektivische Darstellung zweier zu testender Kontakte zur Verwendung im Sockel nach Fig. 1;
  • Fig. 4 - eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung von Kontaktbetätigungsteilen des Testsockels von Fig. 1;
  • Fig. 5 - eine perspektivische Ansicht des Testsockels der Fig. 1 mit abgenommener Abdeckung; und
  • Fig. 6 - eine Darstellung ähnlich Fig. 5 mit zur Aufnahme einer BGA-Vorrichtung bereitem Testsockel.
    • Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Fig. 1 zeigt einen allgemein mit 10 bezeichneten Ball-Grid-Array-Sockel (BGA). Der Sockel 10 weist eine Basis 12 aus elektrisch isolierendem Material, eine Abdeckung 14 und einen Betätigungsmechanismus 16 auf, der zwischen der Basis 12 und der Abdeckung 14 angeordnet ist. Die Abdeckung 14 weist eine Öffnung 18 in Form der (nicht dargestellten) BGA-IC-Vorrichtung auf, mit welcher der Sockel 10 zu verwenden ist.
  • Die Fig. 2 und 3 zeigen die im Betätigungsmechanismus 16 des Sockels 10 angeordneten Kontakte 20, die eine elektrische Verbindung mit der BGA- Vorrichtung herstellen sollen. Jeder Kontakt 20 weist zwei freitragende Arme 22 und 24 auf, die in Spitzen 26 und 28 enden, welche voneinander in Bewegungsrichtung der Arme 22 und 24 versetzt sind. Die Arme 22 und 24 bestehen aus einem elastischen, in hohem Maße leitfähigen Metall, wie zum Beispiel Kupfer oder eine Kupferlegierung, weshalb die Arme versuchen, in die in Fig. 3 gezeigte Position zurückzukehren, wenn die Spitzen 26 und 28 auseinander bewegt werden. Die Kontakte 20 weisen ferner einen Ansatz 30 für einen elektrischen Kontakt mit einer Platine oder dergleichen auf.
  • Fig. 2 zeigt die durch die Basis 12 geführten Ansätze 30 der Kontakte, wobei die Kontakte in einer Anordnung aus Reihen und Spalten vorgesehen sind. Zwischen benachbarten Reihen von Kontakten 20 befinden sich Leisten 32, an denen dreieckige Vorsprünge 34 vorgesehen sind, welche an den Spitzen 26, 28 der Kontakte 20 angreifen. Die Leisten 32 sind an einem End mit einer Führung 36 verbunden, die sich mit der Leiste 32 bewegt, wie im folgenden noch beschrieben. Es ist aus der Fig. 2 ersichtlich, daß jede andere dargestellte Leiste mit einer der dargestellten Führungen 36 verbunden ist. Diese Anordnung ist derart ausgeführt, daß jede zweite Leiste 32 sich in derselben Richtung bewegt, während dazwischenliegende Leisten 32 sich in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Die Bewegungsrichtung zweier benachbarter Leisten 32 ist durch die Pfeile 38 angegeben.
  • Es ist ersichtlich, daß die Spitzen 26 und 28 benachbarter Reihen von Kontakten 20 in entgegengesetzte Richtungen versetzt sind. Dies ermöglicht, daß eine Leiste 32 mit dreieckigen Vorsprüngen 34 auf beiden Seiten, gleichzeitig auf zwei Spitzen 26, 28 zweier Reihen von Kontakten 20 einzuwirken und so die Komplexität des Mechanismus zu verringern.
  • Fig. 4 zeigt, wie die Kontakte 20 an den Lotmaterialkugeln 40 der BGA-Vorrichtung angreifen. Die flachen Flächen der Lotmaterialkugeln 40 geben die Ebene an, an der die Kugeln 40 an der (nicht dargestellten) BGA-Vorrichtung angebracht sind. Wie ebenfalls in der Figur erkennbar, sind die Spitzen 26 und 28 der Kontakte 20 zueinander gebogen, so daß die Angriffsflächen der Spitzen 26 und 28 tangential zu den Lotmaterialkugeln verlaufen. Diese Anordnung ermöglicht den Kontakt einer maximalen Fläche der Kontaktspitzen 26 und 28 mit den Kugeln 40 und verhindert jegliches Eindrücken der Kugeln 40. Der für ein tangentiales Angreifen der Spitzen 26 und 28 an den Lotmaterialkugeln 40 erforderliche Biegegrad hängt vom Durchmesser der Kugeln 40 ab. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß der Angriffsbereich der Spitzen 26 und 28 an der Stelle, an denen die Lotmaterialkugeln 40 ergriffen werden, nach innen gebogen ist. Dies führt zu einer nach unten auf die Lotmaterialkugeln 40 einwirkenden Kraft, die das Halten der IC-Vorrichtung in dem Sockel 10 unterstützt.
  • Die Fig. 5 und 6 zeigen den Sockel 10 mit entfernter Abdeckung 14, um den im Sockel 10 angeordneten Betätigungsmechanismus 16 freizulegen. Fig. 5 zeigt den Mechanismus 16 in einer Position, i der die Kontakte 20 geschlossen sind und somit die Lotmaterialkugeln 40 einer BGA-Vorrichtung ergriffen, wäre eine solche in dem Sockel 10 enthalten. Fig. 6 zeigt den Mechanismus 16 in der offenen Position, in de die Kontakte 20 gespreizt und zum Aufnehmen der Lotmaterialkugeln 40 der BGA-Vorrichtung bereit sind.
  • Der Mechanismus 16 weist zwei identische U-förmige Bügel 42 und 44 auf, die jeweils ein geformtes Querteil 46 und zwei aufragende Arme 48 und 50 haben, welche im wesentlichen senkrecht zum Querteil 46 verlaufen. Die beiden Bügel 42 und 44 sind einander zugewandt verschachtelt und an ihren Armen 48 und 50 ungefähr in der Mitte durch eine Loch- und Schlitzanordnung miteinander verbunden, wodurch die Arme 48 und 50 jedes Bügels 42 und 44 relativ zueinander gleitend verschiebbar sind, wenn sich die Enden der Arme 48 und 50 auf und ab bewegen. Die unteren Bereiche der Querteile 48 sind in Schlitzen in der Basis 12 gelenkig angeordnet und die oberen Bereiche der Querteile 46 greifen an den Enden der Leisten 32 an, welche die Führungen 36 aufweisen. Die Abmessungen der Bügel 42 und 44 sind derart gewählt, daß die oberen Bereiche der Querteile 46 auseinander gedrückt werden und die Arme 48 und 50 somit nach oben gedrückt werden, wenn die Kontakte 20 geschlossen sind und die Führungen 36 somit die maximale Trennung aufweisen. Die maximale Trennung der Führungen 36 ist durch einen Vergleich der Positionen der Platte 52, welche die Führungen 36 auf der rechten Seite des Sockels 10 aufweist, und der Enden 54 der Leisten 32 nahe diesen Führungen 36 erkennbar. In der Fig. 5, die der geschlossenen Position der Kontakte 20 entspricht, besteht ein großer Abstand zwischen den Enden 54 der Leisten 32 und der Platte 53, wodurch angezeigt ist, daß die Führungen 36 die größte Entfernung voneinander einnehmen. In Fig. 6, die der offenen Position der Kontakte 20 entspricht, haben sich die Enden der Leisten 32 der Platte 52 vollständig genähert, wodurch der maximale Bewegungsweg der Leisten 32 und somit die volle Öffnung der Kontakte 20 angegeben ist.
  • Zum Einsetzen einer BGA-Vorrichtung in den Sockel 10 wird die Abdeckung 14 niedergedrückt, wodurch die Enden der Arme 48 und 50 nach unten gedrückt werden. Diese Bewegung der Arme 48 und 50 bewirkt, daß die oberen Bereiche der Querteile 46 sich einander annähern und so die Führungen 36 und die zugehörigen Leisten 32 zum Öffnen der Kontakte 20 aufeinander zu drücken. Die Führungen 36 befinden sich sodann in einer Position, in der sie das Anbringen der BGA-Vorrichtung auf der Oberseite der Leisten 32 ermöglichen.
  • Sobald die BGA-Vorrichtung zwischen den Führungen 36 angeordnet ist, sind die an deren Unterseite angebrachten Lotmaterialkugeln 40 in den offenen Kontakten 20 angeordnet und der Sockel 10 kann geschlossen werden. Durch Aufheben des nach unten wirkenden Drucks auf die Abdeckung 10 können die Kontakte 20 dank der natürlichen Elastizität der Kontakte 20 sich um die Lotmaterialkugeln 40 schließen. Zur gleichen Zeit werden die Leisten 32 in entgegengesetzte Richtungen gedrückt, um die Führungen 36 vollständig zu trennen. Hierdurch werden die Arme 48 und 50 und somit die Abdeckung 14 angehoben.
  • Es wurde ein Test- und Einbrennsockel für Ball-Grid-Array-IC-Vorrichtungen beschrieben, der zwei Kontaktarme zum Ergreifen jeder Lotmaterialkugel der Vorrichtung aufweist. Da zwei Arme verwendet werden, sind die auf die Vorrichtung einwirkenden Kräfte ausgeglichen, und eine große Kontaktfläche wird pro Kugel gebildet, wodurch eine Beschädigung der Lotmaterialkugeln verhindert wird.
  • Zwar wurde die Erfindung nur in bezug auf ein einziges Ausführungsbeispiel beschrieben, jedoch ist für den Fachmann ersichtlich, daß zahlreiche Modifizierungen möglich sind. Beispielsweise könnte die Abdeckung vollständig entfernt und die Arme könnten direkt betätigt werden. Ferner könnten die Arme länger oder kürzer sein, um einen längeren oder kürzeren Weg der Abdeckung zu erfordern.

Claims (6)

1. Testsockel zum temporären Verbinden einer Ball-Grid-Array-IC-Vorrichtung mit einer Testschaltung, wobei der Testsockel aufweist:
- eine Basis (12) aus elektrisch isolierendem Material, und
- eine von der Basis (12) gestützte Kontaktanordnung (20), wobei die Anordnung wenigstens ein Muster von Kontakten (20) aufweist, das dem Ball-Grid-Array der IC-Vorrichtung entspricht,
dadurch gekennzeichnet, daß
- jeder Kontakt (20) ein Paar aus zwei freitragenden Armen (22, 24) aufweist, die aufeinander zu vorgespannt sind und in Spitzen (26, 28) enden, die zum Einfangen einer Kugel der Ball-Grid-Array-IC-Schaltung geeignet sind, und
- eine Einrichtung zum gleichzeitigen Trennen jedes der Paare der freitragenden Arme (22, 24) der Anordnung der Kontakte (20) vorgesehen ist, so daß die Kugeln (40) der Ball-Grid-Array-IC-Vorrichtung jeweils einzeln in jedes Paar freitragender Arme (22, 24) eingesetzt werden können.
2. Testsockel nach Anspruch 1, bei dem die Spitzen (26, 28) der Kontakte (20) in bezug auf die Bewegungsrichtung der Spitzen (26, 28) versetzt sind, wobei die Spitzen (26, 28) aufeinander zu gebogen sind, um an den Kugeln (40) in einer maximalen Fläche anzugreifen.
3. Testsockel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Einrichtung zum Trennen der Kontaktspitzen eine jeder der Spitzen (26, 28) zugeordnete Leiste (32) und eine Einrichtung zum Drücken benachbarter Leisten in entgegengesetzte Richtungen aufweist.
4. Testsockel nach Anspruch 3, bei dem die Einrichtung zum Drücken der Leisten (32) in entgegengesetzte Richtungen eine Verbindung zweier U-förmiger Teile (42, 44) aufweist, die jeweils aus einem Querteil (46) und zwei aufragenden Armen (48, 50) bestehen, und wobei die Arme (48, 50) derart verbunden sind, daß an einer von den Querteilen (46) entfernten Stelle auf die Arme (48, 50) einwirkender Druck eine Annäherung der Querteile (46) bewirkt, und wobei die Leisten (32) zwischen den Querteilen (46) angeordnet sind und sich mit der Bewegung der Querteile (46) bewegen.
5. Testsockel nach Anspruch 4, ferner mit einer Abdeckung (14), die eine Öffnung (18) zum Aufnehmen einer Ball-Grid-Array-IC-Vorrichtung und eine Fläche aufweist, welche die Armenden (48, 50) berührt, um beim Niederdrücken der Abdeckung (14) Druck auf die Arme (48, 50) aufzubringen und die Querteile (46) aufeinander zu zu bewegen.
6. Testsockel nach Anspruch 5, ferner mit einer Einrichtung (36) auf der Basis (12) und der Abdeckung (14) zum zusammenwirkenden Führen der Abdeckung (14) in bezug au die Basis (12), während die Abdeckung (14) niedergedrückt wird.
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