JP3675489B2 - 周辺にリードを有するパッケージ用テストコンタクタ - Google Patents
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Description
発明の範囲
本発明は電気的接触を提供する装置と方法に関するものである。より詳しくは、周辺にリードを有する電気部品において、テスト装置と電気部品との間で電気的接触を行う装置と方法に関する。
従来の技術
過去においては、コンタクタは、周辺にリードを有する半導体パッケージの各リードをテスト装置に電気的に接続して、当該電気部品を電気的にテストするのに使用されていた。周辺にリードを有する半導体パッケージは、パッケージの外側の縁の周囲にパッケージ本体を接続するリードを有していた。周辺にリードを有する半導体パッケージには、クアッドフラットパックファミリィ（quad-flat pack family）、スモールアウトラインファミリィ（small outline family）、プラスティックリードチップキャリアファミリィ（plastic leaded chip carrier family）、デュアルインラインファミリィ（dual in-line family）、モールデッドキャリアリング（molded carrier rings）、その他の種類がある。周辺にリードを有する半導体には、さまざまな大きさが考えられるし、周辺リードは４つの辺全てにあっても良いし、３辺以下にあっても良い。
過去においては、周辺にリードを有する半導体パッケージと電気的テスト接触を行うために、いくつかの装置が使用されてきた。以前のテストコンタクタは、高性能のデバイスに対して厳しい制限があり、また大きな自動化されたデバイスハンドリング装置を使用する際の信頼性ある操作に対して厳しい制限があった。多くの問題が電気的性能を低下させている。これは、コンタクタ内の電気通路が長いことによる。その電気通路が長いことにより、テスト中の装置に関して行われる電気テストの完全性を妨げる、望ましくないインピーダンスの影響が発生する。上記の望ましくないインピーダンスの影響は、インピーダンスを制御できない電気通路が長くなることである。上記のインピーダンスを制御できない電気通路により、高周波信号の完全性を歪曲させ、また物理的に隣接した電気通路の間でクロストーク（crosstalk）を生じさせる。他の望ましくないインピーダンスの影響としては、寄生（parasitic）インダクタンス、静電容量、抵抗がある。寄生インダクタンスは、瞬間的な電流変化の間に電圧スパイク（voltage spikes）を誘発することによって、デバイス（device power）電力とグランドソース（ground sourcing）を妨げる。また、寄生静電容量は、デバイスとテスト電気回路の信号源に望ましくない電気負荷（electical loading）を発生させる。また寄生抵抗は、電気通路に多量の電流が流れたときに、電圧誤差を発生させる。これは、テストコンタクタ内の電気通路が長いことより発生する、望ましくないインピーダンスの影響の部分的なリストにすぎない。
以前のテストコンタクタは、自動化されたデバイスハンドリング装置を利用する大きなテスト環境においては、十分に機能しないことがあった。コンタクタが壊れやすいので、ハンドリング装置の誤差によりデバイスがコンタクタに不正確に供給されたときに、コンタクタがしばしば破損する。コンタクタは多量使用中に迅速に摩耗し、その結果、調整部と接触面を摩損させる。またコンタクタは、パッケージの樹脂塵やリードのハンダめっき塵のような、通常の生産環境の破片による汚染の影響を非常に受けやすい。
あるコンタクタは、接触片（contact）と生産テスト装置（production test cell）との間にトランスミッションラインを含めることで、望ましくないインピーダンスの影響を制御している。トランスミッションラインを含めることは、ラインのインピーダンスを制御するが、それは別の問題を発生させる。その問題とは、コンタクタと電気テスト装置との間のインタフェース板を含む電気テスト装置がテスト中のデバイスからさらに遠く離れることである。ケリーらに付与され、マイクロコンポーネントテクノロジーに譲渡された米国特許第４，５７４，２３５号に、このようなコンタクタが記載されている。いくつかのテスト装置には、デバイスの非常に近いところに、同調コンデンサや信号緩衝器のような外付けの電気回路が必要である。これらの電気回路部品は、テスターインターフェース板の上で接続され、そこでは、コンタクタに近接し、所望の回路に容易に形成される。上記の装置は、たとえ電気通路のインピーダンスが制御されても、デバイスと外部回路との間の電気通路が非常に長くなるようなコンタクタを許容しない。
ジョンズテックインターナショナル（JohnsTech International）は、短いリードを有するコンタクタであるショートコンタクト（Short Contact）という製品を出している。そのリードは非常に小さいＳ字型フックで、丸い２つの弾性バンド上に設けられている。Ｓ字型フックの一端は、インターフェース板に近接して位置する弾性バンドに係合している。Ｓ字形フックの他端は、周辺リードがＳ字形フックに接続する場所に近い弾性バンドに係合している。そのＳ字型フックの他端は、周辺リードを接続する為のテーパヘッド部を有する。同様に複数のＳ字型フックが弾性を有する同じ丸いバンドに係合している。デビッド Ａ ジョンソンに付与されジョンズテックインターナショナルコーポレーションに譲渡された米国特許第５，３６０，３４８号では、Ｓ字型フックは符号２４、弾性バンドは符号２８で表されている。
この製品は、望ましくないインピーダンスの影響を生じ、長いリードを有するコンタクタに関連する多くの電気的問題に取り組んできた。しかしながら、ジョンテックの製品にはいくつかの機械的欠点がある。Ｓ字型フックはいずれも同じ弾性支持部に係合している為、互いに完全には独立していない。この独立性の不足は、Ｓ字型フックの同一平面コンプライアンス（coplanarity compliance）を制限する。さらに、弾性バンドの特性が、温度変化とともに変化する。温度が低下すれば、弾性バンドは硬くなり、弾力性が低下する。この結果、ジョンテックインターナショナルのショートコンタクトという製品は、低温下において使用されると製品の寿命を縮める傾向にある。
さらに他の問題としては、製品の製造に関連する複雑さと、コンタクタが摩耗したときの部品交換に関連する複雑さという問題がある。コンタクタ内の接触片が摩滅する。ジョンテックの製品の接触片が摩滅すると、作業者がコンタクタ内の接触片を交換するのに長い時間を要する。小さなＳ字型のフックを一つ一つ、一対の弾性支持部から取り外さなければならないし、また同じ弾性支持部に新しいフックを係合しなければならない。多量のＳ字型のフックがある為、コンタクタの交換に数時間を要することもまれではない。このことは、コンタクタが半導体の生産ラインに組み込まれ、このコンタクタが交換される間はラインが停止されることになるので、重要である。このように、コンタクタの交換による中断時間は、２−４百万ドル分の機械の使用不能となるだけでなく、ジョンテックインターナショナルのショートコンタクタを使用している工場の生産低下と収入低下を招く。
生産ラインの停止に対する代案は、スペアを在庫に置くことである。しかし、スペアパーツは在庫品を増加するとともに、維持にかかるコストも増加する。
交換と組み立てが迅速かつ簡単に行なえ、生産ラインの停止時間が極力少なくなる様なコンタクタに対する現実的な要求がある。また、望ましくないインピーダンスの影響の電気的性能の問題を有しないコンタクタに対する圧倒的な要求がある。別々に動作して、最適の同一平面コンプライアンスを与える接触片を有するコンタクタに対する要求もある。さらに、接触片の物理的特性が温度に左右されないコンタクタに対する要求がある。また、運転温度の、影響を受けない製品寿命を有するコンタクタに対する要求がある。
発明の概要
テストコンタクタは、テスト中の周辺にリードを有する半導体パッケージのリードと接触片を整合させる。テストコンタクタの接触片は、テスト中のデバイスの周辺にあるリードと接触する。また、コンタクタの接触片は自動テスト装置にも接続し、該装置とテスト中のデバイスのリードとの間に電気通路を作る。コンタクタは、電気部品の周辺にあるリードに接触するための多数の片持ち梁式バネ接触片を有する。各片持ち梁式バネ接触片は、第１に上向きになってリードに接触する自由端を有する。片持ち梁式バネ接触片は、第２に固定端を有する。その固定端は、非等方性で柔軟な導電性の介在物（anisotropic、compliant、conductive interposer）の隣接している。その介在物は、該介在物を通る軸に沿って２方向に電流を導く。コンタクタは、電気部品の周辺にあるリードを、対応するコンタクタの片持ち梁式バネ接触片に整合させるアラインメント機構を含む。コンタクタの片持ち梁式バネ接触片と、リードと、非等方性で柔軟な導電性の介在物の一部とを含む電気通路が形成される。インターフェース板は複数の電気的接触用のパッドを有し、そのパッドはそれぞれの片持ち梁式バネ接触片に対応している。非等方性で柔軟な導電性の介在物は、インターフェース板上のパッドへの電気通路の一部を提供している。片持ち梁式バネ接触片の一端は、常にその介在物と接触している。インターフェース板は、電気テスト装置に接続されている。
都合のよいことに、接触片は、リードを有する電気部品用の他のコンタクタと比べると、長さが短い。接触片が短いことにより、該短い接触片を信号が通る時に発生する望ましくないインピーダンスの影響を、非常に小さく押さえることが出来る。その短い接触片は、静電容量又はインダクタンスをほとんど発生させない。
それぞれの接触片は、片持ち梁式バネ接触片であり、非常に小さい力で曲げることができる。接触片を曲げるのに必要な力は、デバイスの壊れやすい周辺リードと、そのメッキを損傷させない程度の力である。周辺リードの損傷は、一緒に電気部品をも破壊させてしまう。片持ち梁式バネ接触片の使用はまた、テスト中の電気部品における非平面（nonplanarity）に適応する。このことは、コンプライアンス（compliance）という表現で、工業においても説明される。チップデバイスや電気部品は、厳密には平面ではない。したがって、コンタクタはデバイス及びそのリードの非平面に適応しなければならない。コンタクタ内のそれぞれの接触片は、周辺リードと電気的接触をするときに他の接触片とは独立して動作する。この結果、片持ち梁式バネ接触片は、テスト中の電気部品やチップデバイスの周辺リードへの最小の力で、デバイスの非平面に対して適応する最大のコンプライアンスを発揮する。さらに、コンタクタは、広い温度範囲で電気的接触を確実にしている。また、接触片は、温度変化の影響を比較的受けにくいバネ性金属で出来た片持ち梁式バネ接触片である。
これらのコンタクタは、一般に自動生産ライン上のテスト装置に使用される自動テスターの一部である。片持ち梁式バネ接触片はそれぞれ、非導電性金属からなる長方形の形をした補強部材に接合される。この構造は、迅速かつ簡単に交換できる多数の片持ち梁式バネ接触片を有する一つの部品にも適用できる。このことは、コンタクタが摩耗したとき、コンタクタの摩耗部品を交換する作業が完了するまで自動生産ラインが停止するということを考えると、非常に重要である。他の接触デバイスにおいて接触片を交換するのに多大な時間を要するのに対して、この接触片の場合、摩耗部品は数分で交換される。
図の簡単な説明
図１は、電気的テスト装置の概略図である。
図２は、コンタクタと、テスト電子回路のインターフェース板との分解斜視図である。
図３は、非等方性で柔軟で導電性の介在物の断面図である。
図４は、コンタクタと、テスト電子回路のインターフェース板との断面図である
図５は、複数の片持ち梁式バネ接触片を有するリードフレーム、もしくは補強部材に接合されたリード接触片の上面図である。
図６は、ガイド板の中に電気部品の位置を合わす為の基準面を有するコンタクタガイド板の上面図である。
図７は、インターフェース板に直接接続された２つの端のあるリードを有するコンタクタの断面図である。
図８は、１つのリードを接続させるための、２つの片持ち梁式バネ接触片を有する他のコンタクタの断面図である。
図９は、１つのリードを接続するための、２つの片持ち梁式バネ接触片を有するコンタクタのリードフレームの底面図である。
図１０は、テスト中のデバイスの角と、図６に示すコンタクタのガイド板の角との上面図である。
図１１は、コンタクタ用のアダプタアセンブリの側面図である。
図１２は、アダプタアセンブリのアダプタ板の上面図である。
図１３は、手動アクチュエータの正面図である。
図１４は、手動アクチュエータの底面図である。
図１５は、コンタクタの上に取り付けられた手動アクチュエータの側面図である。
好ましい実施例の説明
好ましい実施例の詳細な説明に際し、この明細書に添付された図を参照する。その図はこの発明が実施される実施例を示している。本発明の範囲から逸脱することなしに、他の実施例を利用しても良いし構造的に変更を施しても良いことを理解すべきである。
図１はテスト装置の概略図である。テスト装置１００は自動テストハンドラー（handler）１０１を含む。自動テストハンドラーは、アクチュエータ１０２とプランジャ１０４と着座部（nest）１０６から成る。テスト装置は、ガイド板１０８を有するコンタクタ１１０と、インターフェース板３２０と、自動テスト器もしくはテスト電子回路１１２とから成る。着座部１０６はテスト中に電気部品を保持する。図１においては電気部品は図示されていない。プランジャ１０４は着座部１０６において真空状態で電気部品を保持する。着座部は面取り１２０のような斜面を有し、この斜面はガイド板１０８に着座部を簡単に合わせる為に使用される。また着座部はいくつかのストッパ（hard stop）１２２を含み、それはガイド板の端と接触し、コンタクタ１１０のガイド板１０８への着座部１０６の進入を制限する。着座部１０６がテストを施す電気部品を保持するとき、アクチュエータ１０２によってプランジャが駆動され、電気部品がガイド板１０８の方向へ移動する。ガイド板は、着座部１０６がガイド板１０８に進入する際に、粗い位置合わせと細かい位置合わせを提供する。コンタクタ１１０は片持ち梁式バネのコンタクタを含み、電気部品をテストするための電子回路１１２への電気通路となっている。電気部品をテストする電子回路は自動テスト装置とも呼ばれる。
図２はコンタクタとインターフェース板との分解斜視図である。コンタクタ１１０をより詳細に示すため、アクチュエータ１０２とプランジャ１０４と着座部１０６は図２においては図示しない。コンタクタ１１０は、ガイド板１０８と、補強材により片持ち梁式バネ接触片２０１が保持されたリードフレーム２０２と、非等方性で柔軟で導電性の介在物２０４とから成る。また図２にはテストされるチップデバイスもしくは電気部品２１０も図示されている。そのデバイスもしくは電気部品は、周辺にリードを有する半導体パッケージである。デバイス２１０はそのパッケージボディを外側のパッケージの端の周辺に接続する相互接続リード（interconnect leads）２１２を含む。デバイス２１０には図示されているように複数の周辺リード２１２がある。周辺にリードを有するパッケージは、クアッドフラットパックファミリィ（quad-flat pack family）、スモールアウトラインファミリィ（small outline family）、プラスティックリードチップキャリアファミリィ（plastic leaded chip carrier family）、デュアルインラインファミリィ（dual in-line family）、モールデッドキャリアリング（molded carrier rings）のような電気部品パッケージの種類を含む。デバイス２１０はこれらの種類の中の一つの例である。デバイスにはさまざまな大きさが考えられるし、周辺リードは４つの辺全てにあっても良いし、３辺以下にあっても良いことに注意すべきである。
リードフレーム２０２は多数のバネ性金属の接触片２０１とリードフレーム補強部材２０３とから成る。リードフレーム補強部材はＦＲ４のようなプリント基板に良く使用される非導電性のフェノール材から作られる。ＦＲ４は精度の良い厚さの平板の形で容易に入手できる。リードフレーム補強部材は、多数のバネ性金属の接触片を接合して互いに接触しないように保持している。そして、前記特別の材質からリードフレーム補強材を作る必要はなく、強度、温度特性、リードとの接合性に対する要求にかなうものであればいかなる合成材料でも良い。
リードフレーム２０２はフォトエッチングによって電導性のバネ性金属のシートに長方形の開口部を空けることにより形成される。もちろん、接触リードがテーパに設計されているようなときには、シートに開ける開口部は長方形である必要はない。また一対の整合穴を設ける。エッチング作業が完了した後、補強部材２０３をバネ接触片２０１に接合する。シートの端をトリミングして接触片２０１を形成する。このトリミング工程は接触片２０１の端を上向きにする。
図２にはまた複数のパッド２２２を有するインターフェース板２２０を示す。該インターフェース板２２０の上には、ソーストレースパッド（source-trace pad）２３０と検出トレースパッド（sense-trace pad）２３２の２種類のパッドが分類されている。ここでは該インターフェース板の上の２種類のパッドの違いについては論じない。パッド２２２はテスト電子回路１１２への電気通路となっている。
非等方性で柔軟で導電性の介在物は、複数の導体を含んだエラストマーシート（elastomeric sheet）から成る。図３は本発明で使用される。非等方性で柔軟で導電性の介在物の断面図を示す。非等方性で柔軟で導電性の介在物はＭＴと呼ばれる製品で、信越ポリマーから入手可能である。他のタイプと種類の、非等方性で柔軟で導電性の介在物を使用しても良い。非等方性で柔軟で導電性の介在物２０４は、エラストマー材３０２と複数の傾斜した導体３０４から成る。複数の傾斜した導体は、確かな弾力のある圧縮を提供している。また、導体３０４は、高密度のマトリクス状に配置されている。それは、片持ち梁式バネ接触片をそれぞれの対応したパッドに接合させる為である。それによって介在物２０４を通るインダクタンスと接触抵抗を低く保っている。エラストマー材は、実はシリコンベースで、それは広い温度範囲で高いコンプライアンスを与えている。
図４はインターフェース板２２０に接合されたコンタクタの組立図を示す。インターフェース板２２０はソースパッド（source pad）２３０と検出パッド（sense pad）２３２とを有し、これら合わせてパッド２２２と言及する。インターフェース板２２０の中には電気通路４００と４０２があり、それぞれはパッド２３０と２３２に接続されている。図４からわかるように、非等方性で柔軟で導電性の介在物はパッド２２２に隣設されている。補強部材２０３に接合された接触片は、非等方性で柔軟で導電性の介在物２０４に隣設されている。非等方性で柔軟で導電性の介在物２０４は、リードフレーム補強部材２０３に接合されている接触片２０１とパッド２３０，２３２との間で圧縮される。ガイド板１０８はインターフェース板２０２に接合している。ガイド板１０８は、リードフレームを構成する非等方性で導電性の介在物２０４と、接触片２０１と、補強部材２０３とを圧縮し、接触片と補強部材を支持している。実際の使用においては、デバイス２１０のリード２１２は接触片２０１に接触し、該リードとテスト電子回路１１２との間に電気通路を作る。リード２１２までの電気通路は、接触片２０１と、非等方性で柔軟で導電性の介在物２０４の中の導体３０４と、パッド２３０と２３２とから成る。パッド２３０と２３２から始まり、インターフェース板２２０を通る電気通路がある。電気通路４００はパッド２３０に対するものであり、電気通路４０２はパッド２３２に対するものである。電気通路４００と電気通路４０２は、テスト電子回路１１２（図１に図示）に導かれている。ガイド板は多くの目的を果たしている。ガイド板は、介在材である接触片２０１と補強部材２０３に圧縮力をかけるだけでなく、デバイス２１０を接触片に案内し位置合わせして、着座部１０６のストッパ１２２が当接する面を与える。
接触片２０１は上向きの端４０６を有することに注意するべきである。これは周辺リード２１２と接触する際、有効である。上向きの端は角４０８を有している。デバイス２１０のリード２１２が接触片２０１に接触すると、接触片２０１は下向きに曲げられるか、もしくは反り返らせられリード２１２の底部を摺擦する。この摺擦する動作は清掃運動を与え、リード２１２との電気的接触を確実にする。さらに、上向きの端はハンダ板（solder plate）の蓄積に対する抵抗となる縁を有している。それにより、ハンダの屑を取り除くメンテナンスの一部として定期的にクリーニングされる。
デバイス２１０の所望のリード２１２がコンタクタの所望の接触片２０１に接触するように、インターフェース板と接触片２０１とガイド板１０８との間に正確な位置合わせ（alignment）が必要である。図５は最終形状となる前の一連の接触片を示す。一連の接触片が、ベリリウム化銅材もしくはその他の電導性のバネ性金属のシートからエッチングされる。またエッチング工程により一対のエンドタブ５０１と５０３が残される。そして、エッチング工程により開口部がベリリウム化銅材のシートに開けられる。長方形の開口部の間に残る部分は、バネ性のある接触片２０１である。またベリリウム化銅のシートには、二つの整合穴（alignment holes）５０２と５０４をエッチングにより設ける。該整合穴はタブ５０１と５０３の中に形成される。補強部材２０３は接触片２０１と二つのタブ５０１と５０３に接合される。補強部材はタブの整合穴５０２と５０４に一致した整合穴を有する。整合穴を片持ち梁式バネ接触片に対して位置決めするのに、光エッチングに関連した精度が適用される。また整合穴５０２と５０４は、光エッチングと関連した公差範囲内に位置決めすることができる。各接触片と整合穴５０２と５０４をエッチングした後、補強部材２０３を接触片２０１に接合する。補強部材２０３の整合穴は、整合穴５０２と５０４に対応するクリアランス穴（clearance hole）である。次に、図５において破線で示されたベリリウム化銅５００の部分は、各接触片が自由となって互いに独立して動くように取り除かれる。ガイド板１０８とインターフェース板２２０はまたエッチングされた整合穴５０２と５０４に一致した整合穴を有する。
ガイド板１０８とインターフェース板２２０に対する接触片の位置合わせは、リードフレームの整合穴５０２と５０４と、ガイド板１０８の対応した整合穴と、インターフェース板２２０の対応した整合穴に、ピン（dowels）２８０（図２に図示）を通すことで達成される。これによりガイド板１０８とインターフェース板２２０と各片持ち梁式バネ接触片２０１の正確な位置決めができる。
図６はガイド板１０８の上面図を示す。ガイド板１０８は、デバイス２１０、より詳しく言うと、該デバイスの周辺リード２１２をガイド板１０８に対して整合させる為のいくつかの基準面がある。この実施例においては、８個の基準面が示されている。該基準面は参照番号６００，６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，６０６，６０７に該当する。デバイス２１０のそれぞれの角の近くに、２つの基準面が位置する。そして、各基準面はデバイス２１０の角において、周辺リード２１２の１つと接触するような位置にある。各基準面は周辺リード２１２の側縁と直接、接触する。デバイスの対角毎に４つの基準面が使用できるように企図されている。しかしながら、該基準面の表面は摩耗を受けるので、電気部品もしくはデバイス２１０の４つの角にそれぞれ２つの基準面が設けられる。それ以上の基準面を使用すると、さまざまな調整部分の全表面積がふえ、摩耗が減少する。言い換えると、８つの摩耗面は４つの摩耗面よりも耐久力がある。
テスト中のデバイス２１０の角部とその周辺リード２１２の拡大図を図１０に示す。ガイド板１０８の一部も拡大され図示されている。また、片持ち梁式バネ接触片２０１も図示されている。図１０は、片持ち梁式バネ接触片２０１は周辺リード２１２より幅が広いことを示している。基準面６００と６０１はガイド板１０８の壁部より突出し、デバイス２１０の近くでリード２１２と接触する。基準面６００と６０１は、リードが強くて、曲がりにくいパッケージ部になるべく近いところで、リードと接する。また、ガイド板の内側の壁から基準面６００と６０１が突出することによって、デバイスのリード２１２が片持ち梁式バネ接触片２０１の中心に合わせられ、十分な接触公差を保証している。
図７において、周辺リードを持つデバイス２１０用のコンタクタの別の好ましい実施例を示す。このデバイスにおいての接触片７００は、前記の接触片とは異なる。接触片７００は２つの片持ち梁式バネ接触片を有する。接触片７００の一つの端７０２は上向きで、デバイス２１０のリード２１２に接触する自由端になっている。接触片７００のもう一方の端７０４は、インターフェース板２２０の上のパッド２２２に直接、結合している。パッド２２２はテスト電子回路１１２に電気的に接続している。他端７０４は、もう１つのバネ性のある端である。このバネ性のある端７０４は、パッド２２２に力をかけている。部材７０６が補強材によりガイド板に接合されている。部材７０６と補強部材２０３は、組み立てられた状態にある時、接触片を支持する。ガイド板１０８と補強部材２０３とインターフェース板２２０は、接触片７００と整合するようエッチングされた整合穴にピンを通すことによって、整合される。ガイド板は前記着座部とデバイス２１０を受け入れ、それらを接触片と一致させる。それにより、デバイス２１０の所望の周辺リード２１２とそれに適したリードとの間に電気的接触が得られる。
ケルビン接続
いくつかの電気部品をテストする際、何回も、ケルビン接続（kelvin connection）を行う必要がある。ケルビン接続は高インピーダンス検出接続であり、電気通路においてある特定の点でＤＣ電圧を測定するのに使用される。テスト中のデバイスのリード２１２またはその近傍で、ケルビン接続を行うにはいくつかの方法がある。図２と４において、ケルビン接続を行う第１の装置が示されている。図２と４では、片持ち梁式バネ接触片２０１において、ソース接続（source connection）とケルビン検出接続が行われている。検出トレースパッド２３２は、テスト電子回路１１２に接続された高インピーダンスラインに接続されている。ソーストレースパッド２３０は、リード２１２と接触片２０１を経由して電気部品２１０と信号を授受している。このようにして、電導性の介在物２０４を通して２つの電気通路が形成される。そして、検出トレースパッド２３２に接合している高インピーダンス通路によってＤＣボルトを正確に測定することができる。これによりケルビン接続が接触片２０１のところで与えられる。ここで、図２と４においては、デバイス２１０のリード２１２に対しては、ケルビン接続は必ずしも必要でないことに留意する必要がある。ケルビン接続が不必要ならば、インターフェース板２２０は１つの接触片２０１に対応している一つのパッドを有していれば良い。
次に図８と９を参照すると、ケルビン接続がデバイスのリードのところに設けられている装置が示されている。図８は、デバイス２１０の１つの周辺リード２１２に同時に接触する一対の接触片８００、８０２を示す。接触片８００、８０２のうちの１つは、高インピーダンス回路であり、リード２１２と直接ケルビン接続を行うのに使用される。一方、もう１つの接触片は周辺リード２１２と信号を授受する。２つの接触片８００，８０２の間には、補強材８０４が位置している。このアセンブリィは、検出トレース２３２とソーストレース２３０を有するインターフェース板２２０に接する表面を有する。接触片８０２は、補強材８０４の上面を超えて延び、補強材を包囲し、介在部材を通してソーストレースパッド２３０に電気的接をするように終わっている。これらはコンタクタの中でケルビン接続を行う方法である。もちろん、本発明の範囲内において、デバイス２１０とケルビン接続を行う別の方法もあるかもしれない。
周辺リードを有する部品またはデバイスに対する前記のコンタクタは、従来のコンタクタに比べて利点がある。図２，４に図示されている接触片２０１や、接触片７００、接触片８０２と８００は非常に長さが短い。接触片２０１の長さは約０．１インチである。コンタクタの長さが短いことは、短いリードを通過する信号に対して、寄生容量とインダクタンスを非常に低くするという利点がある。この様に、リードが短いことにより不必要なインピーダンスの影響を非常に低くすることができ、デバイスのテストをする際、非常に利点がある。
さらに別の利点は、２０１の様なそれぞれの接触片が片持ち梁式バネ接触片である為、非常に小さい力で押動できることである。接触力が大きいときの第１の損傷の懸念は、周辺リードのメッキを過度に摺擦することである。このメッキの損傷は周辺リードのはんだ性を変化させる。またデバイス２１０の周辺リードもまた壊れやすい。電気的接触に多大な力を必要とする場合、周辺リードは曲げられるか、もしくは損傷を受ける。そして、周辺リードの損傷は、部品またはデバイス２１０を使用不能にする。
上記の好ましい実施例は、コンプライアンス（compliance）に関しても利点がある。デバイス２１０は平坦ではなく、厳密に平面でもない。よって、コンタクタはその非平面的なデバイスやそれに取り付けられたリードに適応する必要がある。２０１，７００，８０２，８００のような接触片のそれぞれは、インターフェース板とテスト電子回路１１２への電気通路を形成するのに使用される他の接触片とは独立して動く。それにより、片持ち梁式バネ接触片は非平面にデバイスを適合させるコンプライアンスが最大となり、接触圧縮力が最小になる。さらに、接触片は広い温度範囲で信頼性のある電気的接続を行うことができる。この接触片は、比較的に温度変化の影響を受けない金属の片持ち梁式バネ接触片である。
別の利点は、補強部材２０３の上に接触片２０１を設けた構造による。この構造は、一連の接触片を形成し、テスト中のデバイスの同一平面（coplanarity）に適合する（accommodate）ことができるだけでなく、一つの部品を、簡単かつ迅速に交換ができる。前述したように、これらのコンタクタは自動生産セル（automated production cell）の一部である。接触片は摩滅する前に、何百何千サイクルに耐える。自動生産セルに組み込まれ接触片が摩滅すると、ガイド板１０８を取り外し、個々の接触片２０１と補強部材２０３とのアセンブリを取り出して、新しいアセンブリと交換する。その時、整合穴が新しいアセンブリにエッチングにより設けられているので、位置合わせは特に問題ではない。その為、他の装置においてコンタクタを交換するのに何時間もかかるのに対して、数分で行うことができる。これは、デバイス２１０の製造ラインの高い資本投資や、生産ラインの中断時間による失費を考えると、非常に重要である。
アダプタアセンブリ
本発明のコンタクタの別の利点としては、そのアダプタは、本来別のコンタクタとともに使用するように設計されたインターフェース板に対しても使用できるように作ることができることである。図１１は、コンタクタ１１０を上部に有するアダプタアセンブリ１１００の側面図である。アダプタアセンブリ１１００は、プリント基板１１２０と、アダプタ支持ブロック１１１０と、アダプタピン１１２２を有する。この実施例においては、アダプタアセンブリ１１００はコンタクタ１１０にはんだ型ピン（solder-pin）・インターフェースコンタクタを適合させている。
アダプタアセンブリ１１００は、コンタクタ１１０の物理的なインタフェースの必要条件（physical interface requirement）を取り替えられるコンタクタの必要条件に変換する。いかなるアダプタも、テスト回路のインターフェース板に対するインタフェースとして、取り替えられるコンタクタに一致するインターフェースが必要である。図示されているアダプタアセンブリ１１００は、インターフェース板にハンダ付けされるピン列を有する典型的なコンタクタを取り替える。したがって、アダプタアセンブリ１１００は、アダプタ板の底部に必要なピンを有し、該ピンはアダプタ板にハンダ付けされている。アダプタサポートブロックはピンのひずみを減じ、それらの位置合わせを確実にする。
図１１と１２を参照すると、アダプタ板１１２０は外付けの電気回路を有していてもよい。図示されているアダプタは、上下のうちどちらか一つの基板に対して、アダプタ上のいかなるパッドでも結合できる手段を有している。外付けの電気回路が使用される典型的な実施例は、テスト中のデバイスのパワーとグランドが当該デバイスに出来るだけ近づけて接合する減結合コンデンサ（decoupling capacitor）を必要とする場合である。アダプタ板１１２０上に図示されている減結合コンデンサ１１２６は、パワー面（power plane）１１３０とグランド面（ground plane）１１３２とを結合している。デバイスのグランドピンとパワーピンに対応したパッドは、グランド面とパワー面にそれぞれ結合している。
２つのリード接続部が図示されている。それは、グランド面側リード接続部１１４０とパワー面側リード接続部１１４２である。
図示されているアダプタアセンブリ１１００は、従来のコンタクタの開口部内に合致する。コンタクタ１１０はアダプタ板１１２０の上に合致する。アダプタ板１１２０は、コンタクタに対する前記の外付けの電気回路を有する。図示されている外付けの電気回路は減結合コンデンサ１１２６である。
手動アクチュエータ
図１３から１５は、周辺にリードを有する電気部品用の手動アクチュエータを示す。手動アクチュエータはフレーム１３００と、ばね式クリップ（spring clips）１３０２と、ワークプレスレール（work press rails）１３０４とを有する。ワークプレスレール１３０４は、位置合わせをする様に作用する面取り部１３０６を有する。ワークプレスレール１３０４は、周辺にリードを有する電気部品のリードを押して、コンタクタ１１０の片持ち梁式バネ接触片と接触する。その為、ワークプレスレール１３０４のある範囲は、リードの範囲と大体において同じである。図１５に図示すように、ばね式クリップ１３０２はガイド板１０８の外縁を把持する。
前記の実施例は、一例であってそれに限るものではないということに留意する必要がある。前記説明を再検討すれば、多数の他の実施例が当業者に可能であろう。それゆえ、本発明の範囲は、以下の請求項と該請求項が与える全ての範囲の均等物とを考慮して決定されるべきである。
本発明は電気的接触を提供する装置と方法に関するものである。より詳しくは、周辺にリードを有する電気部品において、テスト装置と電気部品との間で電気的接触を行う装置と方法に関する。
従来の技術
過去においては、コンタクタは、周辺にリードを有する半導体パッケージの各リードをテスト装置に電気的に接続して、当該電気部品を電気的にテストするのに使用されていた。周辺にリードを有する半導体パッケージは、パッケージの外側の縁の周囲にパッケージ本体を接続するリードを有していた。周辺にリードを有する半導体パッケージには、クアッドフラットパックファミリィ（quad-flat pack family）、スモールアウトラインファミリィ（small outline family）、プラスティックリードチップキャリアファミリィ（plastic leaded chip carrier family）、デュアルインラインファミリィ（dual in-line family）、モールデッドキャリアリング（molded carrier rings）、その他の種類がある。周辺にリードを有する半導体には、さまざまな大きさが考えられるし、周辺リードは４つの辺全てにあっても良いし、３辺以下にあっても良い。
過去においては、周辺にリードを有する半導体パッケージと電気的テスト接触を行うために、いくつかの装置が使用されてきた。以前のテストコンタクタは、高性能のデバイスに対して厳しい制限があり、また大きな自動化されたデバイスハンドリング装置を使用する際の信頼性ある操作に対して厳しい制限があった。多くの問題が電気的性能を低下させている。これは、コンタクタ内の電気通路が長いことによる。その電気通路が長いことにより、テスト中の装置に関して行われる電気テストの完全性を妨げる、望ましくないインピーダンスの影響が発生する。上記の望ましくないインピーダンスの影響は、インピーダンスを制御できない電気通路が長くなることである。上記のインピーダンスを制御できない電気通路により、高周波信号の完全性を歪曲させ、また物理的に隣接した電気通路の間でクロストーク（crosstalk）を生じさせる。他の望ましくないインピーダンスの影響としては、寄生（parasitic）インダクタンス、静電容量、抵抗がある。寄生インダクタンスは、瞬間的な電流変化の間に電圧スパイク（voltage spikes）を誘発することによって、デバイス（device power）電力とグランドソース（ground sourcing）を妨げる。また、寄生静電容量は、デバイスとテスト電気回路の信号源に望ましくない電気負荷（electical loading）を発生させる。また寄生抵抗は、電気通路に多量の電流が流れたときに、電圧誤差を発生させる。これは、テストコンタクタ内の電気通路が長いことより発生する、望ましくないインピーダンスの影響の部分的なリストにすぎない。
以前のテストコンタクタは、自動化されたデバイスハンドリング装置を利用する大きなテスト環境においては、十分に機能しないことがあった。コンタクタが壊れやすいので、ハンドリング装置の誤差によりデバイスがコンタクタに不正確に供給されたときに、コンタクタがしばしば破損する。コンタクタは多量使用中に迅速に摩耗し、その結果、調整部と接触面を摩損させる。またコンタクタは、パッケージの樹脂塵やリードのハンダめっき塵のような、通常の生産環境の破片による汚染の影響を非常に受けやすい。
あるコンタクタは、接触片（contact）と生産テスト装置（production test cell）との間にトランスミッションラインを含めることで、望ましくないインピーダンスの影響を制御している。トランスミッションラインを含めることは、ラインのインピーダンスを制御するが、それは別の問題を発生させる。その問題とは、コンタクタと電気テスト装置との間のインタフェース板を含む電気テスト装置がテスト中のデバイスからさらに遠く離れることである。ケリーらに付与され、マイクロコンポーネントテクノロジーに譲渡された米国特許第４，５７４，２３５号に、このようなコンタクタが記載されている。いくつかのテスト装置には、デバイスの非常に近いところに、同調コンデンサや信号緩衝器のような外付けの電気回路が必要である。これらの電気回路部品は、テスターインターフェース板の上で接続され、そこでは、コンタクタに近接し、所望の回路に容易に形成される。上記の装置は、たとえ電気通路のインピーダンスが制御されても、デバイスと外部回路との間の電気通路が非常に長くなるようなコンタクタを許容しない。
ジョンズテックインターナショナル（JohnsTech International）は、短いリードを有するコンタクタであるショートコンタクト（Short Contact）という製品を出している。そのリードは非常に小さいＳ字型フックで、丸い２つの弾性バンド上に設けられている。Ｓ字型フックの一端は、インターフェース板に近接して位置する弾性バンドに係合している。Ｓ字形フックの他端は、周辺リードがＳ字形フックに接続する場所に近い弾性バンドに係合している。そのＳ字型フックの他端は、周辺リードを接続する為のテーパヘッド部を有する。同様に複数のＳ字型フックが弾性を有する同じ丸いバンドに係合している。デビッド Ａ ジョンソンに付与されジョンズテックインターナショナルコーポレーションに譲渡された米国特許第５，３６０，３４８号では、Ｓ字型フックは符号２４、弾性バンドは符号２８で表されている。
この製品は、望ましくないインピーダンスの影響を生じ、長いリードを有するコンタクタに関連する多くの電気的問題に取り組んできた。しかしながら、ジョンテックの製品にはいくつかの機械的欠点がある。Ｓ字型フックはいずれも同じ弾性支持部に係合している為、互いに完全には独立していない。この独立性の不足は、Ｓ字型フックの同一平面コンプライアンス（coplanarity compliance）を制限する。さらに、弾性バンドの特性が、温度変化とともに変化する。温度が低下すれば、弾性バンドは硬くなり、弾力性が低下する。この結果、ジョンテックインターナショナルのショートコンタクトという製品は、低温下において使用されると製品の寿命を縮める傾向にある。
さらに他の問題としては、製品の製造に関連する複雑さと、コンタクタが摩耗したときの部品交換に関連する複雑さという問題がある。コンタクタ内の接触片が摩滅する。ジョンテックの製品の接触片が摩滅すると、作業者がコンタクタ内の接触片を交換するのに長い時間を要する。小さなＳ字型のフックを一つ一つ、一対の弾性支持部から取り外さなければならないし、また同じ弾性支持部に新しいフックを係合しなければならない。多量のＳ字型のフックがある為、コンタクタの交換に数時間を要することもまれではない。このことは、コンタクタが半導体の生産ラインに組み込まれ、このコンタクタが交換される間はラインが停止されることになるので、重要である。このように、コンタクタの交換による中断時間は、２−４百万ドル分の機械の使用不能となるだけでなく、ジョンテックインターナショナルのショートコンタクタを使用している工場の生産低下と収入低下を招く。
生産ラインの停止に対する代案は、スペアを在庫に置くことである。しかし、スペアパーツは在庫品を増加するとともに、維持にかかるコストも増加する。
交換と組み立てが迅速かつ簡単に行なえ、生産ラインの停止時間が極力少なくなる様なコンタクタに対する現実的な要求がある。また、望ましくないインピーダンスの影響の電気的性能の問題を有しないコンタクタに対する圧倒的な要求がある。別々に動作して、最適の同一平面コンプライアンスを与える接触片を有するコンタクタに対する要求もある。さらに、接触片の物理的特性が温度に左右されないコンタクタに対する要求がある。また、運転温度の、影響を受けない製品寿命を有するコンタクタに対する要求がある。
発明の概要
テストコンタクタは、テスト中の周辺にリードを有する半導体パッケージのリードと接触片を整合させる。テストコンタクタの接触片は、テスト中のデバイスの周辺にあるリードと接触する。また、コンタクタの接触片は自動テスト装置にも接続し、該装置とテスト中のデバイスのリードとの間に電気通路を作る。コンタクタは、電気部品の周辺にあるリードに接触するための多数の片持ち梁式バネ接触片を有する。各片持ち梁式バネ接触片は、第１に上向きになってリードに接触する自由端を有する。片持ち梁式バネ接触片は、第２に固定端を有する。その固定端は、非等方性で柔軟な導電性の介在物（anisotropic、compliant、conductive interposer）の隣接している。その介在物は、該介在物を通る軸に沿って２方向に電流を導く。コンタクタは、電気部品の周辺にあるリードを、対応するコンタクタの片持ち梁式バネ接触片に整合させるアラインメント機構を含む。コンタクタの片持ち梁式バネ接触片と、リードと、非等方性で柔軟な導電性の介在物の一部とを含む電気通路が形成される。インターフェース板は複数の電気的接触用のパッドを有し、そのパッドはそれぞれの片持ち梁式バネ接触片に対応している。非等方性で柔軟な導電性の介在物は、インターフェース板上のパッドへの電気通路の一部を提供している。片持ち梁式バネ接触片の一端は、常にその介在物と接触している。インターフェース板は、電気テスト装置に接続されている。
都合のよいことに、接触片は、リードを有する電気部品用の他のコンタクタと比べると、長さが短い。接触片が短いことにより、該短い接触片を信号が通る時に発生する望ましくないインピーダンスの影響を、非常に小さく押さえることが出来る。その短い接触片は、静電容量又はインダクタンスをほとんど発生させない。
それぞれの接触片は、片持ち梁式バネ接触片であり、非常に小さい力で曲げることができる。接触片を曲げるのに必要な力は、デバイスの壊れやすい周辺リードと、そのメッキを損傷させない程度の力である。周辺リードの損傷は、一緒に電気部品をも破壊させてしまう。片持ち梁式バネ接触片の使用はまた、テスト中の電気部品における非平面（nonplanarity）に適応する。このことは、コンプライアンス（compliance）という表現で、工業においても説明される。チップデバイスや電気部品は、厳密には平面ではない。したがって、コンタクタはデバイス及びそのリードの非平面に適応しなければならない。コンタクタ内のそれぞれの接触片は、周辺リードと電気的接触をするときに他の接触片とは独立して動作する。この結果、片持ち梁式バネ接触片は、テスト中の電気部品やチップデバイスの周辺リードへの最小の力で、デバイスの非平面に対して適応する最大のコンプライアンスを発揮する。さらに、コンタクタは、広い温度範囲で電気的接触を確実にしている。また、接触片は、温度変化の影響を比較的受けにくいバネ性金属で出来た片持ち梁式バネ接触片である。
これらのコンタクタは、一般に自動生産ライン上のテスト装置に使用される自動テスターの一部である。片持ち梁式バネ接触片はそれぞれ、非導電性金属からなる長方形の形をした補強部材に接合される。この構造は、迅速かつ簡単に交換できる多数の片持ち梁式バネ接触片を有する一つの部品にも適用できる。このことは、コンタクタが摩耗したとき、コンタクタの摩耗部品を交換する作業が完了するまで自動生産ラインが停止するということを考えると、非常に重要である。他の接触デバイスにおいて接触片を交換するのに多大な時間を要するのに対して、この接触片の場合、摩耗部品は数分で交換される。
図の簡単な説明
図１は、電気的テスト装置の概略図である。
図２は、コンタクタと、テスト電子回路のインターフェース板との分解斜視図である。
図３は、非等方性で柔軟で導電性の介在物の断面図である。
図４は、コンタクタと、テスト電子回路のインターフェース板との断面図である
図５は、複数の片持ち梁式バネ接触片を有するリードフレーム、もしくは補強部材に接合されたリード接触片の上面図である。
図６は、ガイド板の中に電気部品の位置を合わす為の基準面を有するコンタクタガイド板の上面図である。
図７は、インターフェース板に直接接続された２つの端のあるリードを有するコンタクタの断面図である。
図８は、１つのリードを接続させるための、２つの片持ち梁式バネ接触片を有する他のコンタクタの断面図である。
図９は、１つのリードを接続するための、２つの片持ち梁式バネ接触片を有するコンタクタのリードフレームの底面図である。
図１０は、テスト中のデバイスの角と、図６に示すコンタクタのガイド板の角との上面図である。
図１１は、コンタクタ用のアダプタアセンブリの側面図である。
図１２は、アダプタアセンブリのアダプタ板の上面図である。
図１３は、手動アクチュエータの正面図である。
図１４は、手動アクチュエータの底面図である。
図１５は、コンタクタの上に取り付けられた手動アクチュエータの側面図である。
好ましい実施例の説明
好ましい実施例の詳細な説明に際し、この明細書に添付された図を参照する。その図はこの発明が実施される実施例を示している。本発明の範囲から逸脱することなしに、他の実施例を利用しても良いし構造的に変更を施しても良いことを理解すべきである。
図１はテスト装置の概略図である。テスト装置１００は自動テストハンドラー（handler）１０１を含む。自動テストハンドラーは、アクチュエータ１０２とプランジャ１０４と着座部（nest）１０６から成る。テスト装置は、ガイド板１０８を有するコンタクタ１１０と、インターフェース板３２０と、自動テスト器もしくはテスト電子回路１１２とから成る。着座部１０６はテスト中に電気部品を保持する。図１においては電気部品は図示されていない。プランジャ１０４は着座部１０６において真空状態で電気部品を保持する。着座部は面取り１２０のような斜面を有し、この斜面はガイド板１０８に着座部を簡単に合わせる為に使用される。また着座部はいくつかのストッパ（hard stop）１２２を含み、それはガイド板の端と接触し、コンタクタ１１０のガイド板１０８への着座部１０６の進入を制限する。着座部１０６がテストを施す電気部品を保持するとき、アクチュエータ１０２によってプランジャが駆動され、電気部品がガイド板１０８の方向へ移動する。ガイド板は、着座部１０６がガイド板１０８に進入する際に、粗い位置合わせと細かい位置合わせを提供する。コンタクタ１１０は片持ち梁式バネのコンタクタを含み、電気部品をテストするための電子回路１１２への電気通路となっている。電気部品をテストする電子回路は自動テスト装置とも呼ばれる。
図２はコンタクタとインターフェース板との分解斜視図である。コンタクタ１１０をより詳細に示すため、アクチュエータ１０２とプランジャ１０４と着座部１０６は図２においては図示しない。コンタクタ１１０は、ガイド板１０８と、補強材により片持ち梁式バネ接触片２０１が保持されたリードフレーム２０２と、非等方性で柔軟で導電性の介在物２０４とから成る。また図２にはテストされるチップデバイスもしくは電気部品２１０も図示されている。そのデバイスもしくは電気部品は、周辺にリードを有する半導体パッケージである。デバイス２１０はそのパッケージボディを外側のパッケージの端の周辺に接続する相互接続リード（interconnect leads）２１２を含む。デバイス２１０には図示されているように複数の周辺リード２１２がある。周辺にリードを有するパッケージは、クアッドフラットパックファミリィ（quad-flat pack family）、スモールアウトラインファミリィ（small outline family）、プラスティックリードチップキャリアファミリィ（plastic leaded chip carrier family）、デュアルインラインファミリィ（dual in-line family）、モールデッドキャリアリング（molded carrier rings）のような電気部品パッケージの種類を含む。デバイス２１０はこれらの種類の中の一つの例である。デバイスにはさまざまな大きさが考えられるし、周辺リードは４つの辺全てにあっても良いし、３辺以下にあっても良いことに注意すべきである。
リードフレーム２０２は多数のバネ性金属の接触片２０１とリードフレーム補強部材２０３とから成る。リードフレーム補強部材はＦＲ４のようなプリント基板に良く使用される非導電性のフェノール材から作られる。ＦＲ４は精度の良い厚さの平板の形で容易に入手できる。リードフレーム補強部材は、多数のバネ性金属の接触片を接合して互いに接触しないように保持している。そして、前記特別の材質からリードフレーム補強材を作る必要はなく、強度、温度特性、リードとの接合性に対する要求にかなうものであればいかなる合成材料でも良い。
リードフレーム２０２はフォトエッチングによって電導性のバネ性金属のシートに長方形の開口部を空けることにより形成される。もちろん、接触リードがテーパに設計されているようなときには、シートに開ける開口部は長方形である必要はない。また一対の整合穴を設ける。エッチング作業が完了した後、補強部材２０３をバネ接触片２０１に接合する。シートの端をトリミングして接触片２０１を形成する。このトリミング工程は接触片２０１の端を上向きにする。
図２にはまた複数のパッド２２２を有するインターフェース板２２０を示す。該インターフェース板２２０の上には、ソーストレースパッド（source-trace pad）２３０と検出トレースパッド（sense-trace pad）２３２の２種類のパッドが分類されている。ここでは該インターフェース板の上の２種類のパッドの違いについては論じない。パッド２２２はテスト電子回路１１２への電気通路となっている。
非等方性で柔軟で導電性の介在物は、複数の導体を含んだエラストマーシート（elastomeric sheet）から成る。図３は本発明で使用される。非等方性で柔軟で導電性の介在物の断面図を示す。非等方性で柔軟で導電性の介在物はＭＴと呼ばれる製品で、信越ポリマーから入手可能である。他のタイプと種類の、非等方性で柔軟で導電性の介在物を使用しても良い。非等方性で柔軟で導電性の介在物２０４は、エラストマー材３０２と複数の傾斜した導体３０４から成る。複数の傾斜した導体は、確かな弾力のある圧縮を提供している。また、導体３０４は、高密度のマトリクス状に配置されている。それは、片持ち梁式バネ接触片をそれぞれの対応したパッドに接合させる為である。それによって介在物２０４を通るインダクタンスと接触抵抗を低く保っている。エラストマー材は、実はシリコンベースで、それは広い温度範囲で高いコンプライアンスを与えている。
図４はインターフェース板２２０に接合されたコンタクタの組立図を示す。インターフェース板２２０はソースパッド（source pad）２３０と検出パッド（sense pad）２３２とを有し、これら合わせてパッド２２２と言及する。インターフェース板２２０の中には電気通路４００と４０２があり、それぞれはパッド２３０と２３２に接続されている。図４からわかるように、非等方性で柔軟で導電性の介在物はパッド２２２に隣設されている。補強部材２０３に接合された接触片は、非等方性で柔軟で導電性の介在物２０４に隣設されている。非等方性で柔軟で導電性の介在物２０４は、リードフレーム補強部材２０３に接合されている接触片２０１とパッド２３０，２３２との間で圧縮される。ガイド板１０８はインターフェース板２０２に接合している。ガイド板１０８は、リードフレームを構成する非等方性で導電性の介在物２０４と、接触片２０１と、補強部材２０３とを圧縮し、接触片と補強部材を支持している。実際の使用においては、デバイス２１０のリード２１２は接触片２０１に接触し、該リードとテスト電子回路１１２との間に電気通路を作る。リード２１２までの電気通路は、接触片２０１と、非等方性で柔軟で導電性の介在物２０４の中の導体３０４と、パッド２３０と２３２とから成る。パッド２３０と２３２から始まり、インターフェース板２２０を通る電気通路がある。電気通路４００はパッド２３０に対するものであり、電気通路４０２はパッド２３２に対するものである。電気通路４００と電気通路４０２は、テスト電子回路１１２（図１に図示）に導かれている。ガイド板は多くの目的を果たしている。ガイド板は、介在材である接触片２０１と補強部材２０３に圧縮力をかけるだけでなく、デバイス２１０を接触片に案内し位置合わせして、着座部１０６のストッパ１２２が当接する面を与える。
接触片２０１は上向きの端４０６を有することに注意するべきである。これは周辺リード２１２と接触する際、有効である。上向きの端は角４０８を有している。デバイス２１０のリード２１２が接触片２０１に接触すると、接触片２０１は下向きに曲げられるか、もしくは反り返らせられリード２１２の底部を摺擦する。この摺擦する動作は清掃運動を与え、リード２１２との電気的接触を確実にする。さらに、上向きの端はハンダ板（solder plate）の蓄積に対する抵抗となる縁を有している。それにより、ハンダの屑を取り除くメンテナンスの一部として定期的にクリーニングされる。
デバイス２１０の所望のリード２１２がコンタクタの所望の接触片２０１に接触するように、インターフェース板と接触片２０１とガイド板１０８との間に正確な位置合わせ（alignment）が必要である。図５は最終形状となる前の一連の接触片を示す。一連の接触片が、ベリリウム化銅材もしくはその他の電導性のバネ性金属のシートからエッチングされる。またエッチング工程により一対のエンドタブ５０１と５０３が残される。そして、エッチング工程により開口部がベリリウム化銅材のシートに開けられる。長方形の開口部の間に残る部分は、バネ性のある接触片２０１である。またベリリウム化銅のシートには、二つの整合穴（alignment holes）５０２と５０４をエッチングにより設ける。該整合穴はタブ５０１と５０３の中に形成される。補強部材２０３は接触片２０１と二つのタブ５０１と５０３に接合される。補強部材はタブの整合穴５０２と５０４に一致した整合穴を有する。整合穴を片持ち梁式バネ接触片に対して位置決めするのに、光エッチングに関連した精度が適用される。また整合穴５０２と５０４は、光エッチングと関連した公差範囲内に位置決めすることができる。各接触片と整合穴５０２と５０４をエッチングした後、補強部材２０３を接触片２０１に接合する。補強部材２０３の整合穴は、整合穴５０２と５０４に対応するクリアランス穴（clearance hole）である。次に、図５において破線で示されたベリリウム化銅５００の部分は、各接触片が自由となって互いに独立して動くように取り除かれる。ガイド板１０８とインターフェース板２２０はまたエッチングされた整合穴５０２と５０４に一致した整合穴を有する。
ガイド板１０８とインターフェース板２２０に対する接触片の位置合わせは、リードフレームの整合穴５０２と５０４と、ガイド板１０８の対応した整合穴と、インターフェース板２２０の対応した整合穴に、ピン（dowels）２８０（図２に図示）を通すことで達成される。これによりガイド板１０８とインターフェース板２２０と各片持ち梁式バネ接触片２０１の正確な位置決めができる。
図６はガイド板１０８の上面図を示す。ガイド板１０８は、デバイス２１０、より詳しく言うと、該デバイスの周辺リード２１２をガイド板１０８に対して整合させる為のいくつかの基準面がある。この実施例においては、８個の基準面が示されている。該基準面は参照番号６００，６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，６０６，６０７に該当する。デバイス２１０のそれぞれの角の近くに、２つの基準面が位置する。そして、各基準面はデバイス２１０の角において、周辺リード２１２の１つと接触するような位置にある。各基準面は周辺リード２１２の側縁と直接、接触する。デバイスの対角毎に４つの基準面が使用できるように企図されている。しかしながら、該基準面の表面は摩耗を受けるので、電気部品もしくはデバイス２１０の４つの角にそれぞれ２つの基準面が設けられる。それ以上の基準面を使用すると、さまざまな調整部分の全表面積がふえ、摩耗が減少する。言い換えると、８つの摩耗面は４つの摩耗面よりも耐久力がある。
テスト中のデバイス２１０の角部とその周辺リード２１２の拡大図を図１０に示す。ガイド板１０８の一部も拡大され図示されている。また、片持ち梁式バネ接触片２０１も図示されている。図１０は、片持ち梁式バネ接触片２０１は周辺リード２１２より幅が広いことを示している。基準面６００と６０１はガイド板１０８の壁部より突出し、デバイス２１０の近くでリード２１２と接触する。基準面６００と６０１は、リードが強くて、曲がりにくいパッケージ部になるべく近いところで、リードと接する。また、ガイド板の内側の壁から基準面６００と６０１が突出することによって、デバイスのリード２１２が片持ち梁式バネ接触片２０１の中心に合わせられ、十分な接触公差を保証している。
図７において、周辺リードを持つデバイス２１０用のコンタクタの別の好ましい実施例を示す。このデバイスにおいての接触片７００は、前記の接触片とは異なる。接触片７００は２つの片持ち梁式バネ接触片を有する。接触片７００の一つの端７０２は上向きで、デバイス２１０のリード２１２に接触する自由端になっている。接触片７００のもう一方の端７０４は、インターフェース板２２０の上のパッド２２２に直接、結合している。パッド２２２はテスト電子回路１１２に電気的に接続している。他端７０４は、もう１つのバネ性のある端である。このバネ性のある端７０４は、パッド２２２に力をかけている。部材７０６が補強材によりガイド板に接合されている。部材７０６と補強部材２０３は、組み立てられた状態にある時、接触片を支持する。ガイド板１０８と補強部材２０３とインターフェース板２２０は、接触片７００と整合するようエッチングされた整合穴にピンを通すことによって、整合される。ガイド板は前記着座部とデバイス２１０を受け入れ、それらを接触片と一致させる。それにより、デバイス２１０の所望の周辺リード２１２とそれに適したリードとの間に電気的接触が得られる。
ケルビン接続
いくつかの電気部品をテストする際、何回も、ケルビン接続（kelvin connection）を行う必要がある。ケルビン接続は高インピーダンス検出接続であり、電気通路においてある特定の点でＤＣ電圧を測定するのに使用される。テスト中のデバイスのリード２１２またはその近傍で、ケルビン接続を行うにはいくつかの方法がある。図２と４において、ケルビン接続を行う第１の装置が示されている。図２と４では、片持ち梁式バネ接触片２０１において、ソース接続（source connection）とケルビン検出接続が行われている。検出トレースパッド２３２は、テスト電子回路１１２に接続された高インピーダンスラインに接続されている。ソーストレースパッド２３０は、リード２１２と接触片２０１を経由して電気部品２１０と信号を授受している。このようにして、電導性の介在物２０４を通して２つの電気通路が形成される。そして、検出トレースパッド２３２に接合している高インピーダンス通路によってＤＣボルトを正確に測定することができる。これによりケルビン接続が接触片２０１のところで与えられる。ここで、図２と４においては、デバイス２１０のリード２１２に対しては、ケルビン接続は必ずしも必要でないことに留意する必要がある。ケルビン接続が不必要ならば、インターフェース板２２０は１つの接触片２０１に対応している一つのパッドを有していれば良い。
次に図８と９を参照すると、ケルビン接続がデバイスのリードのところに設けられている装置が示されている。図８は、デバイス２１０の１つの周辺リード２１２に同時に接触する一対の接触片８００、８０２を示す。接触片８００、８０２のうちの１つは、高インピーダンス回路であり、リード２１２と直接ケルビン接続を行うのに使用される。一方、もう１つの接触片は周辺リード２１２と信号を授受する。２つの接触片８００，８０２の間には、補強材８０４が位置している。このアセンブリィは、検出トレース２３２とソーストレース２３０を有するインターフェース板２２０に接する表面を有する。接触片８０２は、補強材８０４の上面を超えて延び、補強材を包囲し、介在部材を通してソーストレースパッド２３０に電気的接をするように終わっている。これらはコンタクタの中でケルビン接続を行う方法である。もちろん、本発明の範囲内において、デバイス２１０とケルビン接続を行う別の方法もあるかもしれない。
周辺リードを有する部品またはデバイスに対する前記のコンタクタは、従来のコンタクタに比べて利点がある。図２，４に図示されている接触片２０１や、接触片７００、接触片８０２と８００は非常に長さが短い。接触片２０１の長さは約０．１インチである。コンタクタの長さが短いことは、短いリードを通過する信号に対して、寄生容量とインダクタンスを非常に低くするという利点がある。この様に、リードが短いことにより不必要なインピーダンスの影響を非常に低くすることができ、デバイスのテストをする際、非常に利点がある。
さらに別の利点は、２０１の様なそれぞれの接触片が片持ち梁式バネ接触片である為、非常に小さい力で押動できることである。接触力が大きいときの第１の損傷の懸念は、周辺リードのメッキを過度に摺擦することである。このメッキの損傷は周辺リードのはんだ性を変化させる。またデバイス２１０の周辺リードもまた壊れやすい。電気的接触に多大な力を必要とする場合、周辺リードは曲げられるか、もしくは損傷を受ける。そして、周辺リードの損傷は、部品またはデバイス２１０を使用不能にする。
上記の好ましい実施例は、コンプライアンス（compliance）に関しても利点がある。デバイス２１０は平坦ではなく、厳密に平面でもない。よって、コンタクタはその非平面的なデバイスやそれに取り付けられたリードに適応する必要がある。２０１，７００，８０２，８００のような接触片のそれぞれは、インターフェース板とテスト電子回路１１２への電気通路を形成するのに使用される他の接触片とは独立して動く。それにより、片持ち梁式バネ接触片は非平面にデバイスを適合させるコンプライアンスが最大となり、接触圧縮力が最小になる。さらに、接触片は広い温度範囲で信頼性のある電気的接続を行うことができる。この接触片は、比較的に温度変化の影響を受けない金属の片持ち梁式バネ接触片である。
別の利点は、補強部材２０３の上に接触片２０１を設けた構造による。この構造は、一連の接触片を形成し、テスト中のデバイスの同一平面（coplanarity）に適合する（accommodate）ことができるだけでなく、一つの部品を、簡単かつ迅速に交換ができる。前述したように、これらのコンタクタは自動生産セル（automated production cell）の一部である。接触片は摩滅する前に、何百何千サイクルに耐える。自動生産セルに組み込まれ接触片が摩滅すると、ガイド板１０８を取り外し、個々の接触片２０１と補強部材２０３とのアセンブリを取り出して、新しいアセンブリと交換する。その時、整合穴が新しいアセンブリにエッチングにより設けられているので、位置合わせは特に問題ではない。その為、他の装置においてコンタクタを交換するのに何時間もかかるのに対して、数分で行うことができる。これは、デバイス２１０の製造ラインの高い資本投資や、生産ラインの中断時間による失費を考えると、非常に重要である。
アダプタアセンブリ
本発明のコンタクタの別の利点としては、そのアダプタは、本来別のコンタクタとともに使用するように設計されたインターフェース板に対しても使用できるように作ることができることである。図１１は、コンタクタ１１０を上部に有するアダプタアセンブリ１１００の側面図である。アダプタアセンブリ１１００は、プリント基板１１２０と、アダプタ支持ブロック１１１０と、アダプタピン１１２２を有する。この実施例においては、アダプタアセンブリ１１００はコンタクタ１１０にはんだ型ピン（solder-pin）・インターフェースコンタクタを適合させている。
アダプタアセンブリ１１００は、コンタクタ１１０の物理的なインタフェースの必要条件（physical interface requirement）を取り替えられるコンタクタの必要条件に変換する。いかなるアダプタも、テスト回路のインターフェース板に対するインタフェースとして、取り替えられるコンタクタに一致するインターフェースが必要である。図示されているアダプタアセンブリ１１００は、インターフェース板にハンダ付けされるピン列を有する典型的なコンタクタを取り替える。したがって、アダプタアセンブリ１１００は、アダプタ板の底部に必要なピンを有し、該ピンはアダプタ板にハンダ付けされている。アダプタサポートブロックはピンのひずみを減じ、それらの位置合わせを確実にする。
図１１と１２を参照すると、アダプタ板１１２０は外付けの電気回路を有していてもよい。図示されているアダプタは、上下のうちどちらか一つの基板に対して、アダプタ上のいかなるパッドでも結合できる手段を有している。外付けの電気回路が使用される典型的な実施例は、テスト中のデバイスのパワーとグランドが当該デバイスに出来るだけ近づけて接合する減結合コンデンサ（decoupling capacitor）を必要とする場合である。アダプタ板１１２０上に図示されている減結合コンデンサ１１２６は、パワー面（power plane）１１３０とグランド面（ground plane）１１３２とを結合している。デバイスのグランドピンとパワーピンに対応したパッドは、グランド面とパワー面にそれぞれ結合している。
２つのリード接続部が図示されている。それは、グランド面側リード接続部１１４０とパワー面側リード接続部１１４２である。
図示されているアダプタアセンブリ１１００は、従来のコンタクタの開口部内に合致する。コンタクタ１１０はアダプタ板１１２０の上に合致する。アダプタ板１１２０は、コンタクタに対する前記の外付けの電気回路を有する。図示されている外付けの電気回路は減結合コンデンサ１１２６である。
手動アクチュエータ
図１３から１５は、周辺にリードを有する電気部品用の手動アクチュエータを示す。手動アクチュエータはフレーム１３００と、ばね式クリップ（spring clips）１３０２と、ワークプレスレール（work press rails）１３０４とを有する。ワークプレスレール１３０４は、位置合わせをする様に作用する面取り部１３０６を有する。ワークプレスレール１３０４は、周辺にリードを有する電気部品のリードを押して、コンタクタ１１０の片持ち梁式バネ接触片と接触する。その為、ワークプレスレール１３０４のある範囲は、リードの範囲と大体において同じである。図１５に図示すように、ばね式クリップ１３０２はガイド板１０８の外縁を把持する。
前記の実施例は、一例であってそれに限るものではないということに留意する必要がある。前記説明を再検討すれば、多数の他の実施例が当業者に可能であろう。それゆえ、本発明の範囲は、以下の請求項と該請求項が与える全ての範囲の均等物とを考慮して決定されるべきである。
Claims (15)
- 周辺にリードを有する電気部品を受け入れて該リードと電気的接続する装置において、
前記電気部品のリードに接触し、それぞれが第１の自由端と第２の固定端を有し、自由端が前記電気部品のリードに向って屈曲した導電性の複数の片持ち梁式バネ接触片と、
該片持ち梁式バネ接触片の固定端に隣接し、かつ、電気的に接触する非等方性の導電性の介在物と、
前記片持ち梁式バネ接触片に一致するように電気部品のリードを整合させるアラインメント機構と、
前記非等方性の導電性の介在物と接続するインターフェース板とからなり、
前記インターフェース板は、該インターフェース板の上に少なくとも２つのパッドを有し、
前記非等方性の導電性の介在物は、前記インターフェース板上のパッドと電気的接続をし、
１つの片持ち梁式バネ接触片が電気部品のリードと接続するとき、前記非等方性の導電性の介在物を介して、前記インターフェース板上の前記少なくとも２つのパッドが電気的接続をする装置。 - 前記インターフェース板と電気的に連通する電気テスト装置をさらに有する請求項１に記載の装置。
- 前記インターフェース板上の前記少なくとも２つのパッドの内の１つは、高インピーダンス電気通路である請求項１に記載の装置。
- ２つの片持ち梁式バネ接触片が前記電気部品の１つのリードと接触するように配置されている請求項１に記載の装置。
- 前記１つのリードと接触する前記リードの１つは、高インピーダンス電気通路の一部である請求項４に記載の装置。
- 前記アラインメント機構は、前記電気部品のリードと接触する非導電性の基準面を有する請求項１に記載の装置。
- 前記アラインメント機構は、前記電気部品のリードと接触する非導電性の複数の基準面を有する請求項１に記載の装置。
- 前記アラインメント機構は、前記電気部品の本体の近傍でリードと接触する非導電性の基準面を有する請求項１に記載の装置。
- 前記片持ち梁式バネ接触片は多数の運転サイクルに耐え得る材料からなる請求項１に記載の装置。
- 前記片持ち梁式バネ接触片は、ベリリウム化銅からなる請求項９に記載の装置。
- 前記片持ち梁式バネ接触片は、貴金属からなる請求項９に記載の装置。
- 周辺にリードを有する電気部品を受け入れて該リードと電気的接続する装置において、
前記電気部品のリードに接触し、それぞれが第１の自由端と第２の固定端を有する導電性の複数の片持ち梁式バネ接触片と、
該片持ち梁式バネ接触片の固定端に隣接し、かつ、電気的に接触する非等方性の導電性の介在物と、
前記片持ち梁式バネ接触片に一致するように電気部品のリードを整合させるアラインメント機構とからなり、
前記アラインメント機構は、
整合穴を有するガイド板と、
整合穴を有する非導電性のリードフレームと、
整合穴を有するインターフェース板と、
前記ガイド板の整合穴と前記非導電性のリードフレームの整合穴と前記インターフェース板の整合穴を通って延びるピンとからなり、
前記複数の片持ち梁式バネ接触片は、前記非導電性のリードフレームに接合され、前記複数の片持ち梁式バネ接触片は、エッチング工程によって形成され、前記エッチング工程は、前記整合穴を形成する工程を含み、前記ピンはそのエッチング工程により形成された整合穴を通る装置。 - 前記装置はアダプタアセンブリと連結され、
該アダプタアセンブリは、
電気コンダクタを有するアダプタピンと、
回路板電気コンタクタと電気接触するアダプタピンとを有する印刷回路板と、
片持ち梁式バネコンタクトの第２端は回路基板のコンダクタと電気接続し、
装置は異なるテスタとともに使用され、テスタとコンタクタとの間にアダプタアセンブリを挿入する請求項１２に記載の装置。 - 前記アダプタアセンブリは、さらに複数の電気面からなる請求項１３に記載の装置。
- 前記アダプタアセンブリは、さらに電気回路および電気部品を有する請求項１３に記載の装置。
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