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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kontakt-Prüfeinheit,
welche ein elektrisch-leitfähiges
Nadelteil aufweist, welches durch eine Kompressionsspulenfeder federnd
gedrückt wird,
insbesondere auf eine elektrische Kontakt-Prüfeinheit, die zum Testen von
gedruckten Schaltungsplatten, Halbleitereinrichtungen und Halbleiterwafern geeignet
ist.
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Gemäß einer
herkömmlichen
bekannten elektrisch-leitfähigen
Kontakt-Prüfeinheit
zur Verwendung bei einer Kontaktprüfung zum elektrischen Testen
von elektrisch-leitfähigen
Mustern von gedruckten Schaltungsplatten und Halbleiterprodukten wird
jedes elektrisch-leitfähige Nadelteil
in einem rohrförmigen
Halter aufgenommen, um somit axial in und aus dem Halter verschiebbar
zu sein und durch eine Kompressionsspulenfeder in der Richtung,
um aus dem Halter zu ragen, bis zu dem Ausmaß federnd gedrückt, das
durch die Einrichtung zugelassen wird, um zu verhindern, dass das
elektrische leitfähige
Nadelteil vollständig
aus dem Halter herausragt. Bei einer derartigen elektrisch-leitfähigen Kontakt-Prüfeinheit
wird ein vorderes Ende des elektrisch-leitfähigen Nadelteils durch ein
Objekt, welches zu testen ist, federnd erfasst, so dass ein elektrisches
Signal zwischen dem zu testenden Objekt und einer externen Schaltung übertragen
werden kann.
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Die
Anmeldering dieser Anmeldung schlug vor einiger Zeit eine Kontakt-Prüfeinheit-Anordnung vor,
bei der mehrere Löcher
durch ein plattenförmiges
Lagerteil als Halter laufen, und ein elektrisch-leitfähiges Nadelteil
und eine Kompressionsspulenfeder in jedem der Halter aufgenommen
sind, so dass mehrere Punkte von Basisplatten und/oder Halbleitereinrichtungen
im gleichen Zeitpunkt gemessen oder getestet werden können (japanische
offengelegte Patentveröffentlichung
Nr. 6-201 725).
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Gemäß dieser
Anordnung besteht nicht die Notwendigkeit, einen rohrförmigen Halter
für jedes der
elektrisch-leitfähigen
Nadelteile vorzubereiten, und es besteht nicht die Notwendigkeit,
die Halter als separate Komponenten bereitzustellen, wobei der Abstand
zwischen den benachbarten elektrisch-leitfähigen Nadelteilen minimiert
werden kann und die Kontaktprüfung
auf hochdicht angeordnete Punkte, die zu testen sind, eingerichtet
sein kann.
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Um
jedes elektrisch-leitfähige
Nadelteil und eine damit in Verbindung stehende Kompressionsspulenfeder
aufzunehmen, besteht das plattenförmige Lagerteil aus einer elekt risch-isolierenden
Kunststoffplatte oder aus einem Keramikmaterial. Wenn jedoch die
Kontaktprüfung
mit einer Lagerplatte bereitgestellt wird, die einen großen Bereich
hat, der einen Durchmesser von 100 mm übersteigt, und in einer Umgebung
mit hoher Temperatur verwendet wird, könnten sich die Relativpositionen
der Löcher
(elektrisch-leitfähige
Nadelteile) signifikant ändern.
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Die
US-A 5 410 260 offenbart eine Kontaktprüfeinrichtung einschließlich eines
Halters und eines elektrisch-leitfähigen Nadelteils und einer
Kompressionsspulenfeder. Die US-A 4 931 726 offenbart ebenfalls
eine elektrisch-leitfähige
Kontakt-Prüfeinheit
einschließlich
eines Halters, einer Basisplatte, eines elektrisch-leitfähigen Nadelteils
und einer Kompressionsspulenfeder.
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Im
Hinblick auf diese Schwierigkeiten beim Stand der Technik ist eine
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kontakt-Prüfeinheit
bereitzustellen, die geeignet ist, hochdicht angeordnet zu werden
und die sogar in einer Umgebung mit einer hohen Temperatur genau
arbeitet.
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Eine
zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kontakt-Prüfeinheit
mit einer hochkompakten Konstruktion bereitzustellen, die ökonomisch
herstellbar ist und dennoch genau funktioniert, sogar in einer Umgebung
mit einer hohen Temperatur.
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Eine
dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kontakt-Prüfeinheit
mit einer hochkompakten Konstruktion bereitzustellen, die für Massenproduktion
geeignet ist und die dennoch genau funktioniert, sogar in einer
Umgebung mit einer hohen Temperatur.
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Die
vorliegende Erfindung löst
diese Aufgaben, indem eine elektrische Kontakt-Prüfeinheit
bereitgestellt wird, die aufweist:
einen Halter, der durch
ein Halterloch gebildet ist, das durch ein Halterteil läuft, das
zumindest ein einzelnes Plattenteil aufweist, wobei das Halterloch
einen Teil mit kleinem Durchmesser auf einer ersten Seite des Halterteils
begrenzt;
eine Basisplatte, welche über einer zweiten Seite des Halterteils
angeordnet ist, wobei die Basisplatte ein Schaltungsmuster aufweist,
welches mit einem Ende des Halterlochs auf der zweiten Seite des
Halterteils ausgerichtet ist;
ein elektrisch-leitfähiges Nadelteil,
welches verschiebbar im Halterloch aufgenommen ist und ein Kopfteil
aufweist, welches ausgebildet ist, um nach außen vom Teil mit dem kleinen
Durchmesser zu ragen, und eine ringförmige Schulter, die ausgebildet ist,
dass sie eine entsprechende ringförmige Schulter in Eingriff
erfasst, die an einem Basisende des Kopfteils angeordnet ist; und
eine
Kompressionsspulenfeder, welche im Halterloch in einer koaxialen
Beziehung mit dem elektrisch-leitfähigen Nadelteil aufgenommen
ist, um das Kopfteil aus dem Bereich mit dem kleinen Durchmesser
zu zwingen;
wobei das Halterteil aus Material besteht, welches aus
einer Gruppe ausgewählt
wird, die aus metallischen Materialien und Silizium besteht, wobei
der elektrisch isolierende Film über
einer inneren Umfangsfläche
des Halterlochs durch eine chemische Reaktion des Materials des
Halterteils gebildet ist.
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Somit
können
aufgrund des niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten die
Positionsfehler der Orte der Kontakt-Prüfeinheiten minimiert werden,
sogar in einer Umgebung mit hoher Temperatur. Durch Herstellen des
Halterteils aus mehreren geschichteten dünnen Plattenteilen wird das
Herstellen zum Bilden der Löcher,
die als Halter dienen, vereinfacht und für die Massenproduktion geeignet
gemacht. In diesem Fall kann das Teil mit dem kleinen Durchmesser
bequem durch Reduzieren der Größe des Halterlochs
für das äußerste der
dünnen
Plattenteile gebildet werden, die gemeinsam das Halterteil bilden.
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Materialien,
welche einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie
auch andere erforderliche mechanische Eigenschaften haben, können schnell
bei metallischen Materialien herausgefunden werden. Metallische
Materialien sind jedoch allgemein elektrisch-leitfähig, und
es besteht eine Notwendigkeit, das Halterteil gegenüber dem elektrisch-leitfähigem Nadelteil
zu isolieren. Im Hinblick auf die Schwierigkeit, real eine Isolationsschicht zu
bilden, da die Größe der Kontakt-Prüfeinheiten
reduziert ist, ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Isolationsfilm
durch eine chemische Reaktion des Materials des Halterteils gebildet
wird. Normalerweise kann dieser Isolationsfilm durch Oxidation des
Materials des Halterteils oder durch chemisches Aufdampfen unter
anderen Möglichkeiten
gebildet werden. Wenn das Halterteil aus einem Siliziumwafer hergestellt
wird, kann der Isolationsfilm ebenfalls durch chemisches Aufdampfen
gebildet werden, und der Isolationsfilm besteht vorzugsweise aus
Siliziumdioxid, welches haltbar und chemisch stabil ist.
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Vorzugsweise
besteht die Kompressionsspulenfeder aus elektrisch-leitfähigem Material
und ist ausgebildet, ein elektrisches Signal vom elektrisch-leitfähigen Nadelteil
zum Schaltungsmuster der Basisplatte zu leiten, so dass irgendeine
zusätzliche
Einrichtung zum Leiten des elektrischen Signals vom elektrisch-leitfähigen Nadelteil
zur Basisplatte nicht erforderlich ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anschließend mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische Längsquerschnittsansicht
einer elektrischen Kontakt-Prüfeinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist; und
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2 eine
Ansicht ähnlich 1 ist,
die eine weitere Ausführungsform
der elektrischen Kontakt-Prüfeinheit
nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
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1 ist
eine schematische Längsquerschnittsansicht
einer elektrischen Kontakt-Prüfeinheit 1,
für welche
die vorliegende Erfindung angewandt wird. Üblicherweise sind eine große Anzahl
dieser elektrischen Kontakt-Prüfeinheiten
nacheinander angeordnet, so dass mehrere Punkte des Objekts, welche
zu testen sind, gleichzeitig getestet werden können.
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Das
untere Ende dieser elektrischen Kontakt-Prüfeinheit 1, wie in
den Zeichnungen zu sehen ist, ist benachbart zur Basisplatte 2 angeordnet,
die aus einer Einbrennplattte oder dgl. bestehen kann. Die obere
Fläche
der Basisplatte 2 trägt
ein Schaltungsmuster 2a, welches mit der oberen Fläche der Basisbaugruppe 2 fluchtet.
Ein Halterteil 3, welches aus einem einzelnen Plattenteil
bei dieser Ausführungsform
besteht, ist über
der oberen Fläche
der Basisplatte 2 angeordnet. Das Halterteil 3 und
die Basisplatte 2 sind integriert miteinander durch geeignete
Befestigungsmittel, beispielsweise Gewindeschrauben befestigt.
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Das
Halterteil 3 ist mit einem Halterloch 4 versehen,
welches parallel zur Wandstärke
des Halterteils 3 läuft
und dem Schaltungsmuster 2a an einem Ende gegenüberliegt.
Das andere Ende des Halterlochs 4 auf dem oberen Ende des
Halterteils 3, wie in der Zeichnung zu sehen ist, ist mit
einem Teil 5 mit einem kleinen Durchmesser in einer koaxialen Beziehung
vorgesehen. Im Halterloch 4 ist eine Kompressionsspulenfeder 6 angeordnet,
die in etwa einen kleineren Außendurchmesser
als den Innendurchmesser des Halterlochs 4 in einer im
Wesentlichen koaxialen Beziehung hat, und das obere Teil des Halterlochs 4,
wie in der Zeichnung zu sehen ist, nimmt ein Teil des elektrisch-leitfähigen Nadelteils 7 in
einer koaxialen Beziehung auf.
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Das
elektrisch-leitfähige
Nadelteil 7 besitzt ein Kopfteil 7a, welches koaxial
in dem Teil 5 mit dem kleinen Durchmesser aufgenommen ist,
so dass es sich nach außen
(nach oben, wie in den Zeichnungen zu sehen ist) vom Teil 5 mit
dem kleinen Durchmesser erstreckt, ein Flanschteil 7b,
welches einen größeren Durchmesser
hat als das Teil 5 mit dem kleinen Durchmesser und in dem
Halterloch 4 aufgenommen ist, ein Kragenteil 7c,
welches einen größeren Durchmesser
hat als der innere Durchmesser der Druckspulenfeder 6,
und ein Schaftteil 7d, welches einen kleineren Durchmesser
als der innere Durchmesser der Druckspulenfeder 6 hat,
in dieser Reihenfolge, alle insgesamt in einer koaxialen Beziehung.
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Die
Kompressionsspulenfeder 6, die im Halterloch 4 aufgenommen
ist, wird in einem vorgespannten Zustand zwischen der Basisplatte 2 und dem
Flanschteil 7b zusammengebaut, um somit das Kopfteil 7a des
elektrisch-leitfähigen
Nadelteils 7 nach außen
federnd vorzuspannen. Daher wird im zusammengebauten Zustand verhindert,
dass das elektrisch-leitfähige Nadelteil 7 vollständig aus
dem Halterloch 4 herauskommt, durch ein radiales ringförmiges Schulterteil 4a,
welches zwischen dem Teil 5 mit dem kleinen Durchmesser
und dem verbleibenden Teil des Halterlochs 4 angeordnet
ist, welches federnd an einer gegenüberliegenden ringförmigen Schulter 7f des
Flanschteils 7b anstößt. Die
elektrische Verbindung zwischen dem elektrisch-leitfähigen Nadelteil 7 und
der Kompressionsspulenfeder 6 wird durch das obere Ende
der Kompressionsspulenfeder 6 sichergestellt, die federnd
auf dem Kragenteil 7c des elektrisch-leitfähigen Nadelteils 7 sitzt.
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Beim
realen Testen eines zu testenden Objekts 8, beispielsweise
einer Halbleitereinrichtung, unter Verwendung der elektrischen Kontakt-Prüfeinheit 1,
die derart montiert ist, wird das Kopfteil 7a des elektrisch-leitfähigen Nadelteils 7 in
Kontakt mit einem Anschluss 8a des zu testenden Objekts 8 gebracht,
um einen elektrischen Kontakt zwischen der Basisplatte 2 und
dem zu testenden Objekt 8 einzurichten. Gemäß der elektrischen
Kontakt-Prüfeinheit 1 nach
der vorliegenden Erfindung kontaktiert, da die Druckspulenfeder 6 sich
krümmt,
wenn diese komprimiert wird, ein Teil der inneren Umfangsfläche der Kompressionsspulenfeder 6 das
Schaftteil 7d. Außerdem
besteht ein Teil der Kompressionsspulenfeder 6, welche
sich zwischen dem Kontaktpunkt mit dem Schaftteil 7d unter
dem Ruhezustand (Zusammenbauzustand), der in 1 gezeigt
ist, und dem Spulenende, welches das Kontaktmuster 2a kontaktiert,
erstreckt, aus einem eng-gewickelten Spulendraht.
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Daher
wird das elektrische Signal vom Schaftteil 7d des elektrisch-leitfähigen Nadelteils 7 zum
Schaltungsmuster 2a axial über den eng-gewickelten Bereich 6a der
Druckspulenfeder 6 geführt. Da
der elektrische Strom axial über
das eng-gewickelte Teil 6a der Kompressionsspulenfeder 6 anstelle
des spiralfähigen
Wegs längs
der Länge
des Spulendrahts fließt,
trifft der elektrische Strom, insbesondere, wenn dessen Frequenz
hoch ist, auf eine relativ niedrige elektrische Induktivität und Widerstand.
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Wenn
der Anschluss 8a eine flache Fläche hat, wie in der Zeichnung
gezeigt ist, kann das Kopfteil 7a des elektrisch-leitfähigen Nadelteils 7 mit
einem scharfen punktartigen Ende versehen sein, um somit in den
Oxidfilm eindringen zu können,
der über der
Fläche
des Anschlusses 8a gebildet sein kann und ein gewünschter
elektrischer Kontakt eingerichtet werden kann. Wenn der Anschluss
des zu kontaktierenden Objekts aus einer Lötkugel oder dgl. besteht, kann
das Kopfteil 7a des elektrisch-leitfähigen Nadelteils 7 mit
einem flachen Ende versehen sein.
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Die
elektrische Kontakt-Prüfeinheit 1 nach der
vorliegenden Erfindung ist für
Anwendungen geeignet, wo eine große Anzahl von Anschlüssen erforderlich
ist, die zu kontaktieren und im gleichen Zeitpunkt zu testen ist.
Obwohl lediglich eine einzelne Anschlusseinheit in 1 gezeigt
ist, können
mehrere dieser Einheiten, wie die eine, die in 1 gezeigt ist,
nacheinander in einem Halteteil 3 angeordnet werden, welches
eine relativ große
Fläche
(mit einem Durchmesser von 100 mm oder größer) hat. Wenn der Test, der
durchzuführen
ist, in einer Hochtemperaturumgebung erforderlich ist, könnte das
Halteteil 3 durch thermische Ausdehnung bis zu einem Maß beeinträchtigt werden,
dass sogar, obwohl einige der elektrischen Kontakt-Prüfeinheiten 1 mit
den entsprechenden Anschlüssen
ausgerichtet sein können,
diese entfernt von diesen nicht mit den entsprechenden Anschlüssen ausgerichtet
sein könnten.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird jedoch das Material, welches einen relativ niedrigen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten hat, beispielsweise aus nicht metallischen
Materialien wie Keramik oder Glas, und solchen metallischen Materialien,
beispielsweise Silizium und Invar gebildet. Wenn die elektrisch-leitfähigen Materialien,
beispielsweise Silizium und Invar für das Halteteil 3 verwendet
werden, ist es, da sich die Kompressionsspulenfeder 6 unter
Druck krümmt
und die Innenumfangsfläche
des Haltelochs 4 kontaktiert, notwendig, eine Leitung von
Elektrizität
auf das Halteteil 3 zu verhindern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Isolationsfilm 9 über der inneren Umfangsfläche des Haltelochs 4 und
dem Teil 5 mit dem kleinen Durchmesser gebildet, wie in 1 gezeigt
ist. Somit kann, sogar wenn das Halteteil aus einem Material besteht, welches
einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, jedoch
hoch elektrisch leitfähig
ist, dem Halteteil 3 eine erforderliche elektrische Isolationseigenschaft
verliehen werden.
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Der
Isolationsfilm 9 kann bequem durch Erhitzen und Oxidieren
eines Siliziumwafers gebildet werden. In einem solchen Fall kann,
da die Halterlöcher
durch Ätzen
gebildet werden können,
das Ausbilden des Isolationsfilms 9 für jedes Halterloch 4 ohne
Problem durchgeführt
werden. Der Isolationsfilm 9 kann auch aus einem Kunststoff
oder einem Keramikfilm bestehen. Aufdampfen (beispielsweise CVD)
ist ebenfalls zum Bilden des Isolationsfilms geeignet.
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Wenn
das Halterteil 3 aus elektrisch nicht leitfähigem Materialien,
beispielsweise Glas und Keramik besteht, ist es nicht erforderlich,
dass die Halterlöcher 4 isoliert
werden, wie man schnell einsehen kann.
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2 ist
eine Ansicht ähnlich 1,
die eine andere Ausführungsform
des Halterteils 3 zeigt, bei der Teile, die denjenigen
der vorherigen Ausführungsform
entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform
sind mehrere dünne
Plattenteile 10a bis 10f übereinander geschichtet, um
gemeinsam ein Halteteil 10 zu bilden, und das Halterloch 4 und
das Teil 5 mit dem kleinen Durchmesser sind ähnlich wie bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform gebildet. Insbesondere
ist das Teil 5 mit dem kleinen Durchmesser in dem obersten
dünnsten
Plattenteil 10a gebildet, wie in 2 gezeigt
ist, und ein Loch mit einem identischen Durchmesser ist in jedem
darunterliegenden dünnen
Plattenteil 10b bis 10f gebildet, um somit gemeinsam
das Halterloch 4 zu bilden.
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Die
dünnen
Plattenteile 10a bis 10f sind miteinander durch
Bonden, wobei ein Bond-Mittel verwendet wird, durch Diffusionsbonden
oder Hartlöten fixiert.
Das Halterteil 10 ist somit durch integriertes Anbringen
von dünnen
Plattenteilen 10a bis 10f gebildet, und der Isolationsfilm 9 ist
auf der inneren Umfangsfläche
des Halterlochs 4 und dem Teil 5 mit dem kleinen
Durchmesser gebildet, um das gleiche Ziel wie das oben in Bezug
auf die vorherige Ausführungsform
erwähnte
zu erreichen. Der Isolationsfilm 9 kann durch CVD, Oxidation
oder andere Ablagerungsverfahren gebildet werden, und er kann ausgeführt werden,
entweder, nachdem die dünnen
Plattenteile 10a bis 10f zusammengebaut sind oder
bevor sie zusammengebaut werden.
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Gemäß dieser
Schichtstruktur wird, da das Loch in jedem der dünnen Plattenteile gebildet
ist, der Prozess zum Bilden des Halterlochs 4 und des Teils 5 mit
dem kleinen Durchmesser vereinfacht. Wenn das Material aus Invar
oder Silizium besteht, kann, da das Ätzbearbeiten durchgeführt werden kann
und das Bilden der Löcher
gleichzeitig ausgeführt
werden kann, die Zeit, die zum Herstellen jeder elektrischen Kontakteinheit
erforderlich ist, minimiert werden, insbesondere, wenn eine große Anzahl
von Löchern
erforderlich ist, die in jedem Plattenteil zu bilden sind, und/oder
wenn Massenproduktion von elektrischen Kontakt-Prüfeinheiten
erforderlich ist, so dass die Gesamtkosten reduziert werden können.
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Somit
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung, da der Halter durch Perforieren eines Plattenteils gebildet
wird, welches einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
hat, sogar, wenn dies in einer Umgebung mit hoher Temperatur verwendet
wird, die thermische Ausdehnung des Halterteils minimiert werden,
so das die Positionsgenauigkeit der elektrischen Kontakt-Prüfeinheiten
sichergestellt werden kann, ohne kumulative Fehler zwischen diesen
zu bilden, welche voneinander angeordnet sind, sogar in einer Umgebung
mit hoher Temperatur. Wenn das Halterteil aus mehreren dünnen Plattenteilen
besteht, ist, da die Perforation der dünnen Platenteile durch Ätzen erreicht
werden kann, der Herstellungspro zess für die Massenproduktion geeignet. Durch
Ausbilden eines elektrischen Isolationsfilms auf der inneren Umfangsfläche des
Halterlochs wird es möglich,
das Halterteil aus Materialien herzustellen, die einen niedrigen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben, die jedoch elektrisch-leitfähig sind,
so dass der Bereich der Materialauswahl ausgeweitet werden kann.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurde, soll es für
einen Fachmann klar sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich sind,
ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Patentansprüchen festgelegt
ist, zu verlassen.