JP2005516344A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、電気接点に関し、特に、高周波で非常に低いインダクタンスを持つ非常に小さい柔軟電気接点に関する。
電気接点の目的は、2つの電気導体間に分離可能な電気的相互接続を提供することである。分離可能性という特性は、導体がはんだ付けまたは接着のような永久的な機械手段によるのではなく、一時的な機械手段により相互接続されるということを意味する。従って、接点の有害な電気的影響を最小にしようとして良好な機械的接触を維持するために、何らかの形のばね力がこれら2つの導体を共に押圧するために使用される。これらの電気接点は(「可撓」接点の場合のように)柔軟接点(compliant contacts)と呼ばれる。
小さな柔軟接点は、集積回路(IC)装置をユーザが欲するどのような電気装置にも分離可能に相互接続するために必要である。主な例は、ICを製造中に試験し分類するために使用される試験装置または分類装置にこのICを接続することである。柔軟接点は、誤った結果を生じる可能性のあるICへの出入信号を変えるインダクタンスのような寄生的影響を最小にするために、できるだけ電気的に透明に近くあるべきである。
柔軟接点は、接続された試験中の電気ユニット(UUT:Unit Under Test)の非共面性(noncoplanarities)を補償することができるという点で、別の利点を有している。UUT上の導通点は、正確には共平面ではなく、すなわち、互いに異なるUUT上の同一導通点間でさえ同一平面内には存在しない。柔軟接点は、導通点の実際の位置に依存して異なる量だけ変移する。
UUTに接続される従来形の柔軟接点は、ばねプローブ、導電ゴム、柔軟ビーム(beam)接点及びファズ(fuzz)・ボタンと呼ばれる一まとめにされたワイヤを有している。各技術は、接触間の非共平面性を克服するに必要な手段を提供すると共に、複数の接点にわたり一様な電気接触を提供する。各技術は、一つ又は他の特性に欠点を有していており、すべての技術は、大きな電気的寄生特性を有している。更に、それらは、比較的製造に費用がかかる。
代表的なばねプローブは、少なくとも3つまたは4つの部品、ばね付きの中空胴及び1つまたは2つのプランジャからなる。そのばねは、その中空胴内に収容されていて、プランジャの端部は、ばねの端部の所で中空胴の相対向開放端内にかしめられている。ばねは、プランジャを外方へ押圧し、それによりばね力をプランジャの先端に加える。ばねプローブは、非常に変る柔軟度と接触力を有し得るので、一般的には、何回もまたは何サイクルもの接点メークに非常に信頼性がある。ばねプローブは、パッド、コラム、ボールなどのような多くの異なる導通インターフェイスを収容することができる。しかし、ばねプローブには、ばね自体が非常に小さくは作り得ないという点で大きさの問題がある。その他の点では、接点が変わる毎に一貫したばね力を維持することができない面が有る。従って、ばねプローブは比較的大きく、より高い周波数の電気信号に使用される時に容認できないほどの大きなインダクタンスを示す。更に、ばねプローブは、3つの部品を別々に製造して組み立てなければならないから比較的高価である。
導電ゴムの接点は、埋め込みの導電金属部品を持つ種々の種類のゴムとシリコンからなっている。これらの接点ソリューションは、通常、ばねプローブよりも誘導性が低いが、柔軟性が小さくばねプローブよりもデューティ・サイクルを少なくすることができる。導電ゴムは、導通点がUUTから持ち上げられる時に作用し、かくしてUUTから突出する部分、または突出部材として動作するための第3の導電部品のこのシステムへの追加を必要とする。この第3の部材は、与えられた接触力に対する接触面積を減少させ、従って首尾一貫した接触がなし得るように単位面積あたりの力を増大させる。この第3の要素は、導通点間でゴム上に休止するねじ切りボタンであってもよい。この第3の要素は、インダクタンスをその接点系に加え得るだけである。
柔軟ビーム接点は、変移及び接触力がUUT導通点に対する一端において達せられ、一方、他端は他の導体に固定されたままとなるように形成された導電材料からなる。換言すれば、接触力は、1つ以上の導電板ばねにより提供される。これらの接点は、形状及び用途において大いに変化する。ある柔軟ビーム接点は、ICと効果的に使用できるほど十分小さい。ある柔軟ビーム接点は、ビーム接触点に対し柔軟性または接触力を増すためにゴムのような他の柔軟材料を使用している。これらの更に後の種類は、伝統的な柔軟ビーム接点よりも小さくなる傾向があり、従って、インダクタンスは、小さくなってより高周波の装置の分類に更に適いている。しかし、これらの接点は、ある無線周波(RF)の用途で使用するには依然として幾分大きすぎる傾向がある。
ファズ・ボタンは、ワイヤを押圧して円筒形にする比較的古いが簡単な技術である。結果として生じる形状は、シール・ウールから作られた小さなシリンダに非常によく似ている。このシリンダは、非導電材料のシートの穴に配置されると、連続的に電気的ショートがされるばねのように動作する。それは、他の接点技術よりも誘導性の少ない電気路を提供する。ゴム接点に似て、ファズ・ボタンは、このファズ・ボタンとメイク・コンタクトをするために、その非導電材料のシートの穴内に達する必要のある第3の要素と非常によく使用される。この第3の要素は、寄生インダクタンスを増大させて、UUTに出入する信号の質を低下させる。
ICパッケージ技術は、より小さく、より高周波(より速く)及びより安くなる方向に発展しつつあり、これらの種類の電気接点に対する新しい要件を生じさせている。それらは、最低のコストで適切に行う必要がある。
ICパッケージ技術は、より小さく、より高周波(より速く)及びより安くなる方向に発展しつつあり、これらの種類の電気接点に対する新しい要件を生じさせている。それらは、最低のコストで適切に行う必要がある。
本発明の目的は、現存の技術よりもより高周波でより低い自己インダクタンスを持つ柔軟接点を提供することである。
他の目的は、種々のUUTを試験するために十分な柔軟性(compliance)を提供する低自己インダクタンス接点を提供することである。
更に他の目的は、接近した導通点を持つUUTを試験するために極めて小さく作り得る低自己インダクタンス接点を提供することである。
更に他の目的は、製造するに比較的安価な低自己インダクタンス接点を提供することである。
他の目的は、種々のUUTを試験するために十分な柔軟性(compliance)を提供する低自己インダクタンス接点を提供することである。
更に他の目的は、接近した導通点を持つUUTを試験するために極めて小さく作り得る低自己インダクタンス接点を提供することである。
更に他の目的は、製造するに比較的安価な低自己インダクタンス接点を提供することである。
本発明は、2つの実施例における非常に低い自己インダクタンス柔軟接点である。スキュー(skewed)・コイルの実施例は、一対の逆方向に伸びるリード線を持つワイヤからなるコイルを有している。それらのリード線は、コイル軸からある角度の方向に伸び、この角度の大きさはその特定の用途に依存する。その角度が大きくなるに従って接点を圧縮するに必要な力は大きくなる。圧縮中、コイル・ループは電気的にショートされ、その間、コイル・ループは互いに沿ってスライドする。コイルは、圧縮された時にリード線間に短絡を生じさせるに十分な、ちょうど360度を超える最小値のループを有するだけでよい。
このワイヤの断面形状は、丸形、四角形、三角形、楕円形、矩形、または星形を含むいずれの形状にもなし得るが、その断面寸法は、ワイヤの長さにわたり一様である必要もない。平坦側面をもつ断面は、丸形または楕円形の断面形状を持つワイヤよりもより大きな接触面を提供するが、必ずしも好適なものではない。ワイヤは、固有の可撓性を有する任意の導電材料からなる。
リード線の端部は、接点の完全性を助ける形状、例えば、ボール接点を受ける半球またはリングの形状または酸化物を突き刺す槍のような形状に形成することができる。
リード線の端部は、接点の完全性を助ける形状、例えば、ボール接点を受ける半球またはリングの形状または酸化物を突き刺す槍のような形状に形成することができる。
一用途では、接点は、絶縁パネル内の貫通口(through aperture)に配置される。この貫通口は、より大きな中心部の両端に開口を有している。一実施例では、絶縁パネルは、上記開口の1つ及び中心部を有する基部シートと、他の開口を有する頂部シートを有している。接点は、中心部に配置され、両シートは、共にサンドウィッチ状に配置されて前記貫通口内に接点を捕獲している。他の実施例では、絶縁パネルは、2つの鏡像シートを有していて、各シートは、1つの開口と前記中心部の半分を有している。接点は、1つの側面に配置され、両シートは、接点を捕獲するために共にサンドウィッチ状に配置されている。オプションとして、貫通口の残りの空間は、弾性を増しコイル・ループを電気的に短絡することを助ける柔軟性ある導電エラストマで充填される。
本発明の接点のもつれ(raveled)ワイヤの実施例は、ワイヤの断面寸法よりも大きな直径を有する円筒空洞内にワイヤを強制的に入れることによって作られ、それにより、円筒形状に閉じ込められて形成される不規則にもつれた渦巻きをもたらす。リード線の端部は、この渦巻きから近軸方向(paraxially)に突き出ている。ワイヤの特性は、スキュー・コイル接点のそれらと同じである。もつれワイヤ接点の他の全ての特性は、スキュー・コイル接点のものと同一または類似している。
本発明の他の目的は、本発明の次の図面及び詳細な記載に照らして明らかとなろう。
本発明の他の目的は、本発明の次の図面及び詳細な記載に照らして明らかとなろう。
本発明は、非常に低い自己インダクタンスを持つ柔軟電気接点である。この電気接点は、2つの実施例を有する。
1.図1から図9までのスキュー・コイルの実施例
図1から図9までに示したこのスキュー・コイルの実施例では、接点10は、導電性のワイヤを円筒コイル12に巻くことによって形成される。図6に示したコイル12のループ14間のギャップ44は、ほぼ無ギャップ(閉じコイル)からワイヤの最大の断面寸法の約100%までの距離にわたっている。ワイヤの断面寸法が大きくなればなるほど、ギャップ44は、断面寸法のパーセンテージとしてより大きくなることができる。例えば、ワイヤの断面寸法が0.7874mm(0.0031インチ)の場合、0.0254mm(0.0001インチ)(3%)のギャップが受け入れ可能であり、一方、ワイヤの断面寸法が0.508mm(0.020インチ)の場合、0.254mm(0.010インチ)(50%)のギャップが受け入れ可能である。
1.図1から図9までのスキュー・コイルの実施例
図1から図9までに示したこのスキュー・コイルの実施例では、接点10は、導電性のワイヤを円筒コイル12に巻くことによって形成される。図6に示したコイル12のループ14間のギャップ44は、ほぼ無ギャップ(閉じコイル)からワイヤの最大の断面寸法の約100%までの距離にわたっている。ワイヤの断面寸法が大きくなればなるほど、ギャップ44は、断面寸法のパーセンテージとしてより大きくなることができる。例えば、ワイヤの断面寸法が0.7874mm(0.0031インチ)の場合、0.0254mm(0.0001インチ)(3%)のギャップが受け入れ可能であり、一方、ワイヤの断面寸法が0.508mm(0.020インチ)の場合、0.254mm(0.010インチ)(50%)のギャップが受け入れ可能である。
コイル12は、図1におけるように丸く、または図2におけるように楕円形状にすることができる。2つのワイヤ端は、互いにほぼ平行で逆方向にコイル軸38に対しある角度でコイル12から離れリード線16、18として伸びている。このスキュー角度(skew angle)の大きさは、その特定の用途と、この用途に要求される柔軟力とに依存する。その角度が大きくなればなるほど、接点10を圧縮するに必要な力は大きくなる。このことは、接点10が、UUTの導通点に対してより大きな力を提供するということを意味する。リード線16、18が軸方向に圧縮できるように接点10が取り付けられていると、コイル12は、ループ14が互いに沿ってスライドするので柔軟性をもつ。圧縮力が取り除かれると、ループ14は、その静止状態に戻る。圧縮中、コイル12は、リード線16、18を、接続されたUUTの導通点に対し押しつけ、それにより受け入れ可能な電気接続を提供する。更に、コイル14は、その導通点の非共面性(noncoplanarities)を調整するに必要な特徴を提供する。
ギャップ44が一度閉じられると、ループ(複数)14は、接点10の圧縮中ずっと電気的に短絡され、その間それらは互いに沿ってスライドする。コイル12は、圧縮時にリード線16と18との間に短絡を生じさせるに十分なループを有するだけでよいので、極めて短く電気的寄生を非常に低くすることができる。最小のコイルは1つより幾分多いループを有している。ワイヤは、コイル12の端部が圧縮中メイク・コンタクトをするようにちょうど360度を超える(just over 360°)最小値にわたり巻かれている。
スキュー角の他に、この曲がりコイルの接点10の力対変移曲線は、同様に、その接点の製造時に使用されたワイヤの体積、例えば、ワイヤの断面寸法、コイルの直径、及びワイヤの長さ並びに断面形状及びワイヤの材質により決定される。ワイヤの断面形状は、図1に示したように丸くすることができ、または正方形、三角形、楕円形、図3に示すような矩形、または星形を含む他の任意の形状にすることができる。本発明は、断面寸法がワイヤの長さにわたり一様である必要はないと考えてもいる。矩形または星形のような平坦側面を有する断面を持つワイヤを使用する時に、隣接ループは、丸形または楕円形の断面を持つワイヤを使用する時よりもより大きな表面積に沿って接触する。従って、可能な最短の電気路が形成され、結果として低インダクタンス接続が得られる。しかし、コスト及び他の理由で、平坦側面のワイヤは、丸形及び楕円形のワイヤに比較して必ずしも好ましいものではない。
ワイヤは、固有の弾性特性を有する任意の導電材料、例えば、ステンレス・スチール、ベリリューム銅、銅、真ちゅう及びニッケル−クロム合金から作ることができる。これら材料の全ては、アニーリングから完全硬化まで変わるテンパ度(degree of temper)で使用することができる。
リード線16、18の端部は、接触点の接触の完全性を助ける形状にすることができる。リード線形成の一例は、ボール・グリッド・アレイ(BGA)装置の試験の場合のように、ボール接点を受けるため図4に示した半球またはリング20である。他の例は、図5に示した槍であり、導通点において酸化物を突き刺す尖端22を1個以上有している。
リード線16、18の端部は、接触点の接触の完全性を助ける形状にすることができる。リード線形成の一例は、ボール・グリッド・アレイ(BGA)装置の試験の場合のように、ボール接点を受けるため図4に示した半球またはリング20である。他の例は、図5に示した槍であり、導通点において酸化物を突き刺す尖端22を1個以上有している。
図6に示した1つの用途では、スキュー・コイル接点10は、絶縁パネル26内の貫通口24の中に配置されている。貫通口24は、より大きな中心部30の両端に開口28を有している。中心部30の断面寸法は、リード線に直角な接点の最大寸法より幾分大きい。図7に示した一形状では、中心部30は楕円形の断面を有していて、コイル12の広がる方向はより大きな寸法を有している。より小さな寸法42は、コイル寸法と同一にすることができる。それは、コイル12がその寸法40内で拡大しないからである。
図6に示した一実施例では、絶縁パネル26は、開口28の1つと全中心部30を含む基部シート34と、他の開口28だけを含む頂部シート32を有している。接点10は、貫通口24の基部シート部に配置され、シート32、34は、共にサンドウィッチ状にされて、接点10を貫通口24内に捕獲している。
図6に示した一実施例では、絶縁パネル26は、開口28の1つと全中心部30を含む基部シート34と、他の開口28だけを含む頂部シート32を有している。接点10は、貫通口24の基部シート部に配置され、シート32、34は、共にサンドウィッチ状にされて、接点10を貫通口24内に捕獲している。
図8に示した他の実施例では、絶縁パネル26は、2つの鏡像シート46、48を有し、各シートは1つの開口28と中心部30の半分を有している。接点10は、貫通口24の一側内に(in one side of the aperture 24)配置され、シート46、48は、共にサンドウィッチ状にされて、貫通口24内に接点10を捕獲している。
軸方向圧縮力が、絶縁パネル26の開口28を通して突き出るリード線16、18に加えられると、コイル12のループ14は膨張する。開口24は、圧縮時に接点10の位置を保持する。貫通口24は、軸方向圧縮の下でコイル・ループ14が分離するのを防止することによって接点10の完全性を維持してもよい。
軸方向圧縮力が、絶縁パネル26の開口28を通して突き出るリード線16、18に加えられると、コイル12のループ14は膨張する。開口24は、圧縮時に接点10の位置を保持する。貫通口24は、軸方向圧縮の下でコイル・ループ14が分離するのを防止することによって接点10の完全性を維持してもよい。
他の用途では、スキュー・コイル接点10は、貫通口24に設置され、貫通口24の残りの空間は、図8に示したように柔軟性ある導電エラストマ36で充填される。この導電エラストマ36は、二重の機能を発揮する。それは、接点10の弾性を増大する。これは、接点10が導電エラストマ36なしの場合よりももっと動作サイクル(more operational cycles)を許容することができるということを意味する。導電エラストマ36は、コイル・ループ14の電気短絡の支援もし、これにより、接点系の電気的寄生値を潜在的に最小にする。
0.5mm(0.020インチ)より小さなピッチでUUTを試験するために、スキュー・コイル接点10は、極めて小さなワイヤを使用すると共に絶縁パネル26内に貫通口24を形成することにより極めて小さくすることができる。コイル接点10は、数マイクロメートルピッチのシリコン・ウエハ・プロービング(probing)に適用可能である。
0.5mm(0.020インチ)より小さなピッチでUUTを試験するために、スキュー・コイル接点10は、極めて小さなワイヤを使用すると共に絶縁パネル26内に貫通口24を形成することにより極めて小さくすることができる。コイル接点10は、数マイクロメートルピッチのシリコン・ウエハ・プロービング(probing)に適用可能である。
絶縁パネル26内の接点10の他の構成は、図9に示してある。注意すべきは、1方のリード線16が他方のリード線18より長く、貫通口24が細長く食い違い配置をしてあるということである。この構成では、接点10は、互いにより接近配置することができる。この構成の特定利用には、各ICリード線が、駆動電流に1つ、高インピーダンス検出に1つの合計2つの接点を必要とする4線試験が含まれる。
スキュー・コイル接点は、光ファイバ・インターフェイスを持つUUTに一時的接続を行うために使用し得るように光ファイバから作ることができる。このスキュー・コイルのリード線は、コイルから軸方向に突出し、従って、光信号を真っすぐに接点内外へ向ける。明らかに、この目的は、寄生の電気効果を最小にすることではない。それは、光信号がこれらの問題を有してはいないからである。光接点により、同一の試験装置上での電気信号と光信号の混合が可能にされ、電気的なスキュー・コイルの接点と同一の柔軟性が提供される。
2.図10と図11のもつれ(raveled)ワイヤの実施例
2.図10と図11のもつれ(raveled)ワイヤの実施例
図10と図11に示したもつれワイヤの実施例は、ワイヤの断面寸法より典型的には2倍ないし4倍大きな直径をもつ円筒空洞内へワイヤを押し込んで成る。その結果図10と図11に種々示したように、円筒形状に閉じこめられて形成された不規則にもつれた渦巻き(convolutions)52からなる接点50となる。このワイヤの両端は、渦巻き52の両方の端部からリード線54、56として近軸方向(paraxially)に突出している。渦巻き52から突き出たリード線54、56は、柔軟接点を提供する。軸方向に突き出たリード線54、56は、追加の接点要素がこの接点系では必要とされないので、従来技術のファズ・ボタン接点とは基本的に異なる点である。従って、接点は、ファズ・ボタン接点系よりもインダクタンスが小さく、サイズも小さくすることができる。
ワイヤは、スキュー・コイル接点10と同一材料から作ることができる。矩形断面のワイヤを使用する接点50では、いつも同じ(consistent)渦巻き52が作成される。ワイヤは、製造時に空洞内に押し込められると、その最も弱い点に沿って曲がる傾向がある。矩形断面の場合、最も弱い点は、ワイヤの軸を通じて最も短い線であり、これは、ワイヤの長さにわたりほぼ同一である。従って、一方向への崩壊パターンが誘導され、接点は、どの接点でも同じように圧縮される。
リード線54、56は、スキュー・コイル接点10のリード線16、18と同じ仕方である形状に形成することができる。もつれワイヤ接点50は、スキュー・コイル接点10のように非常に小さくすることができる。スキュー・コイル接点10の場合のように、もつれワイヤ接点は、絶縁パネル62内の貫通口58内に取り付けることができる。同様に、スキュー・コイル接点の場合と同様、貫通口58の残りの空間は、図11に示したように柔軟性のある導電エラストマ60で充填することができる。
リード線54、56は、スキュー・コイル接点10のリード線16、18と同じ仕方である形状に形成することができる。もつれワイヤ接点50は、スキュー・コイル接点10のように非常に小さくすることができる。スキュー・コイル接点10の場合のように、もつれワイヤ接点は、絶縁パネル62内の貫通口58内に取り付けることができる。同様に、スキュー・コイル接点の場合と同様、貫通口58の残りの空間は、図11に示したように柔軟性のある導電エラストマ60で充填することができる。
接点50を形成する空洞は、丸形、四角形、または他の任意の所望断面形状にすることができる。接点50が円形よりもむしろ矩形の空洞内に形成されるならば、形成された接点50の頂点は、貫通口58内に接点を保持するために使用してもよい。
従って、上述の目的を満足する柔軟電気接点が示され、かつ記載された。
本発明の範囲内から逸脱せずに本開示内で幾つかの変更は行ってもよい。従って、前述の明細書に記載し添付図面に示した全ての事柄は、例示的なものであって制限的な意味でなされたものではない。
従って、上述の目的を満足する柔軟電気接点が示され、かつ記載された。
本発明の範囲内から逸脱せずに本開示内で幾つかの変更は行ってもよい。従って、前述の明細書に記載し添付図面に示した全ての事柄は、例示的なものであって制限的な意味でなされたものではない。
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