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Die Erfindung betrifft eine Kontaktiervorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Prüflings mit einer elektrischen Prüfeinrichtung, mit mehreren, mindestens einem Haltelement zugeordneten elektrischen Prüfkontakten zur Kontaktierung des Prüflings und mit einer Umsetzeinrichtung zur Vergrößerung des Abstandes benachbarter Kontaktwege, wobei die Umsetzeinrichtung Kontaktelemente zur Berührungskontaktierung der Prüfkontakte aufweist.
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Eine bekannte Kontaktiervorrichtung der eingangs genannten Art weist einen Prüfkopf auf, der mehrere, im Abstand zueinander angeordnete Halteelemente aufweist, die als Führungsplatten ausgebildet sind und Führungsbohrungen aufweisen, in denen als Knickdrähte ausgebildete Prüfkontakte längsverschieblich einliegen. Die Prüfkontakte stehen mit einer Umsetzeinrichtung in Berührungskontakt, wobei die Umsetzeinrichtung dazu dient, den sehr engen, durch den Kontaktabstand des Prüflings vorgegebenen Kontaktabstand der Prüfkontakte zu vergrößern, so dass benachbarte Kontaktwege einen größeren Abstand voneinander besitzen. Hierzu sind die dem Prüfkopf abgewandten Enden der Kontaktelemente der Umsetzeinrichtung mit einer Leiterplatte verbunden, wobei die Leiterplatte mit einer elektrischen Prüfeinrichtung in Verbindung steht, mit der eine elektrische Prüfung des mit den Prüfkontakten des Prüfkopfs kontaktierten Prüfling vorgenommen wird. Auf diese Art und Weise lassen sich beispielsweise in der Computertechnik einzusetzende Wafer prüfen. Da die Kontaktierung der Prüfkontakte des Prüfkopfes mit den Kontaktelementen der Umsetzeinrichtung durch Aneinanderdrücken erfolgt, liegt eine einwandfreie Kontaktierung nur dann vor, wenn Oxydschichten und Verunreinigungen vermieden werden. Demgemäss werden bei der Umsetzeinrichtung als Kontaktelemente Kupferdrähte eingesetzt, die an ihren Kontaktstellen vergoldet sind. Trotz der Vergoldung kann es durch Umwelteinflüsse oder Wartungsmaßnahmen zu einer nicht optimalen Kontaktierung kommen.
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Eine gattungsgemäße Kontaktiervorrichtung offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift
US 5 952 843 A . Aus der Offenlegungsschrift
US 2004 / 0 080 329 A1 ist es bekannt, Kontaktstifte einer Kontaktiervorrichtung in Gold oder Goldlegierungen auszuführen. Die Offenlegungsschrift
DE 37 02 184 A1 offenbart eine Prüfeinrichtung mit Nadeln als Kontaktelementen. Aus der Offenlegungsschrift
DE 697 27 941 T2 ist eine Prüfsonde für eine elektronische Leiterplatte bekannt, bei der Anschlussdrähte als Kontaktelemente verwendet werden. Die Offenlegungsschrift
DE 37 15 171 A1 offenbart einen Federkontaktstift für Prüfvorrichtungen zum Prüfen von elektrischen Prüflingen, der insbesondere Bauteile mit einer Schicht aus einer Edelmetalllegierung aufweist. Aus der Offenlegungsschrift
DE 102 97 010 T5 ist ein Nadelteil zur Kontaktierung einer Lötkugel bekannt, das aus einer Edelmetalllegierung hergestellt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktiervorrichtung der eingangs benannten Art zu schaffen, bei der stets eine gute Kontaktierung zwischen den Prüfkontakten und den Kontaktelementen der Umsetzeinrichtung gegeben ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Kontaktelemente aus einer Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil bestehen. Die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil wird derart gewählt, dass insbesondere sehr gute elektrische Eigenschaften vorliegen und vorzugsweise auch bei hohen Temperaturen und/oder hoher Luftfeuchtigkeit die Bildung von Oxydschichten vermieden wird. Die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil weist mindestens einen Edelmetallanteil oder mehrere Edelmetallanteile auf und mindestens einen Nichtedelmetallanteil oder mehrere Nichtedelmetallanteile. Bei dem Nichtedelmetallanteil kann es sich um ein unedles Metall handeln oder einen Stoff, der nicht aus Metall besteht. Gegenüber einer Vergoldung führt der erfindungsgemäße Einsatz von einer massiven Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil dazu, dass mit einer Beschichtung zusammenhängende Probleme, wie sie beispielsweise bei einer Goldbeschichtung dann auftreten, wenn diese abrasiv gereinigt wird, um die Kontaktierung zu verbessern, nicht auftreten können. Vielmehr ist aufgrund der massiven Legierung-mitmindestens-einem-Edelmetallanteil-Ausbildung auch bei einer Reinigung eine stets gleichbleibende, gute elektrische Kontaktierung gegeben. Bei hohen Temperaturen und/oder hoher Luftfeuchtigkeit sind aufgrund des erfindungsgemäß eingesetzten Materials stets niederohmige Berührungskontakte möglich. Die ausgewählte Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil kann an die unterschiedlichen Temperaturbereiche des jeweiligen Einsatzortes durch entsprechende Materialauswahl angepasst werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Prüfkontakte des Prüfkopfes ebenfalls aus einer massiven Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil bestehen, dass also auch hier keine Beschichtungsprozesse durchgeführt werden. Insbesondere können die Kontaktelemente und die Prüfkontakte aus denselben Materialen bestehen, so dass aufeinander angepasste Verhältnisse vorliegen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil als Edelmetallanteil Silber, Gold, Palladium und/oder Platin aufweist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil neben dem Edelmetallanteil Kupfer, Nickel und/oder Kohlenstoff aufweist. Diese Legierungsbestandteile führen zu sehr guten Eigenschaften hinsichtlich eines niedrigen elektrischen Widerstandes beziehungsweise eines konstanten Widerstandes über einen weiten Temperaturbereich.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil eine Kupfer-Silber-Legierung ist. Hierbei kann insbesondere CuAg zum Einsatz kommen. Mit Cu ist Kupfer und mit Ag ist Silber gekennzeichnet.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil eine Silber-Kupfer-Legierung ist. Hierbei kommt insbesondere AgCu1 bis AgCu30, vorzugsweise AgCu3 bis AgCu20 zum Einsatz. Mit den vorstehenden Ziffern 1, 30, 3 und 20 sind die Gewichtsprozente des davor stehenden Kupfers gekennzeichnet. AgCu1 bedeutet demgemäß, dass 1 Gew.-% der Legierung aus Kupfer und der Rest aus Silber besteht. Die Bereichsangabe AgCu1 bis AgCu30 bedeutet, dass Legierungen vorliegen, deren Kupferanteil 1 bis 30 % beträgt, wobei jeweils der Rest Silber ist. Ebenso sind entsprechende Angaben in dieser Anmeldung zu lesen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil eine Silber-Kohlenstoff-Legierung ist, insbesondere AgC1 bis AgC6, vorzugsweise AgC3. Mit C ist Kohlenstoff gekennzeichnet. Auch hier gibt wieder die Ziffer nach dem mit C angegebenen Kohlenstoff die Gewichtsprozente an (also 1 % bis 6 %, vorzugsweise 3 % Kohlenstoff und der Rest jeweils Silber).
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil eine Gold-Nickel-Legierung ist. Vorzugsweise wird AuNi1 bis AuNi10, vorzugsweise AuNi5 eingesetzt. Mit Au ist Gold gekennzeichnet, mit Ni Nickel. Die Ziffern geben wiederum die Gewichtsprozente an, so bedeutet AuNi5 beispielsweise, dass 5 % Nickel in der Legierung vorhanden sind, die im übrigen aus Gold besteht.
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Die Kontaktelemente können insbesondere als Kontaktdrähte ausgebildet sein, die massiv aus einer Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil bestehen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kontaktdrähte in Durchbrüchen der Umsetzeinrichtung mit ihren Enden einliegen oder diese Durchbrüche durchgreifen. Eine derartige Umsetzeinrichtung wird üblicherweise auch als „Interface“ oder „Connector“ bezeichnet. Die Umsetzeinrichtung weist demgemäss ein Halteglied auf, dass von dem erwähnten Durchbrüchen durchsetzt ist, wobei das Kontaktmuster der Durchbrüche dem Kontaktmuster der Prüfkontakte des Prüfkopfs entspricht. In den Durchbrüchen sind die Kontaktelemente derart angeordnet, dass sie mit Kontaktflächen den als Prüfstifte oder Knickdrähte ausgebildeten Prüfkontakten gegenüberliegen. Um die Kontaktelemente am Halteglied zu befestigen, sind die Kontaktelemente, insbesondere Kontaktdrähte, durch Vergießen in den Durchbrüchen befestigt. Sofern die Kontaktelemente als Kontaktdrähte ausgebildet sind, ist es möglich, dass sie aus der dem Prüfkopf abgewandten Seite der Umsetzeinrichtung herausschauen und mit einer Anschlusseinrichtung verbunden sind, die insbesondere als Leiterplatte (PCB) ausgebildet sein kann. Insbesondere ist vorgesehen, dass die entsprechenden Enden der Kontaktdrähte mit Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch verbunden sind. Die Anschlusseinrichtung steht mit der elektrischen Prüfeinrichtung in Verbindung oder ist ein Teil der elektrischen Prüfeinrichtung.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil eine getemperte Legierung ist. Demzufolge wird die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil getempert, also einer Wärmebehandlung unterzogen. Auf diese Art und Weise werden die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die Widerstandswerte des Kontaktelements besonders günstig beeinflusst, sodass vorzugsweise eine möglichst niederohmige Verbindung geschaffen werden kann und/oder vorzugsweise ein konstanter Widerstandswert über einen weiten Temperaturbereich vorliegt.
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Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil eine mindestens 30 Minuten, insbesondere 60 Minuten, getemperte Legierung ist. Demzufolge erfolgt der Tempervorgang zeitgesteuert, das heißt, die Erwärmung auf die Tempertemperatur erfolgt innerhalb eines bestimmten, vorgegebenen Zeitrahmens, der mindestens 30 Minuten, insbesondere mindestens 60 Minuten, beträgt, sodass eine hinreichend lange Zeitspanne vergeht, bis die gewünschte Tempertemperatur erreicht ist. Alternativ erfolgt der Tempervorgang bei einer vorgegebenen Tempertemperatur in mindestens 30 Minuten, vorzugsweise mindestens 60 Minuten.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil nach dem Temperprozess, insbesondere direkt nach dem Temperprozess, über einen vorbestimmten Zeitraum auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Der Zeitraum beträgt insbesondere mindestens 15 Minuten, vorzugsweise mindestens 30 Minuten. Demzufolge wird im Anschluss an den Temperprozess eine kontrollierte Abkühlung vorgenommen, die mindestens einen Zeitraum von 15 Minuten, vorzugsweise mindestens 30 Minuten beträgt. Hierbei wird bevorzugt bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Auch dieses kontrollierte Abkühlen sorgt dafür, dass die vorstehend erwähnten elektrischen Eigenschaften beim Kontaktelement erzielt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen mindestens eines Kontaktelements einer erfindungsgemäßen Kontaktiervorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Prüflings mit einer elektrischen Prüfeinrichtung, mit mehreren, mindestens einem Halteelement zugeordneten elektrischen Prüfkontakten zur Kontaktierung des Prüflings und mit einer Umsetzeinrichtung zur Vergrößerung des Abstandes benachbarter Kontaktwege, wobei die Umsetzeinrichtung Kontaktelemente zur Berührungskontaktierung der Prüfkontakte aufweist, wobei jedes der Kontaktelemente aus einer Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil gefertigt wird.
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Vorzugsweise ist verfahrensmäßig vorgesehen, dass die Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil mindestens 30 Minuten, vorzugsweise mindestens 60 Minuten, getempert wird.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Tempern bis auf eine Temperatur von 80°C bis 160°C, vorzugsweise bis auf eine Temperatur von 120°C erfolgt oder bei einer Temperatur von 80°C bis 160°C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 120°C durchgeführt wird.
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Nach dem Tempern, insbesondere unmittelbar nach dem Tempern, erfolgt vorzugsweise eine Abkühlung über einen Zeitraum von mindestens 15 Minuten, vorzugsweise mindestens 30 Minuten.
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Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die Abkühlung bis auf Raumtemperatur, insbesondere bis auf eine Temperatur von 15°C bis 25°C, vorzugsweise bis auf eine Temperatur von 20°C, erfolgt.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, das eine Seitenansicht einer Kontaktiervorrichtung zeigt.
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Die Figur zeigt eine Kontaktiervorrichtung 1, mit der beispielsweise ein als Wafer 2 ausgebildeter Prüfling 3 zur Prüfung kontaktiert wird. Die Kontaktiervorrichtung 1 steht hierzu mit einer nicht dargestellten elektrischen Prüfeinrichtung in Verbindung, die über eine Vielzahl von Kontaktwegen die einwandfreie Funktion des Prüflings prüft und bei Funktionsfehlern den Prüfling als defekt meldet.
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Die Kontaktiervorrichtung 1 weist einen Prüfkopf 4 auf, der mehrere, beispielsweise 3 parallel zueinander mit Abstand liegende Halteelemente 5 aufweist, die als Führungsplatten 6, 7 und 8 ausgebildet sind. Die Führungsplatten 6, 7, 8 verlaufen parallel zueinander. Sie sind von Führungsbohrungen 9, 10 und 11 durchsetzt, die miteinander fluchten oder auch leicht versetzt zueinander liegen können. In den Führungsbohrungen 9 bis 11 sind Prüfkontakte 12 angeordnet, vorzugsweise eingesteckt, so dass sie axial verschieblich gelagert sind. Bei nichtfluchtenden Führungsbohrungen 9 bis 11, beispielsweise bei einer Fluchtung der Führungsbohrungen 9 und 11 und einer hierzu nicht vorliegenden Fluchtung der Führungsbohrungen 10, werden die insbesondere als Knickdrähte 13 ausgebildeten Prüfkontakte 12 leicht seitlich ausgelenkt, so dass sie einerseits nicht aus dem Prüfkopf 4 herausfallen können und andererseits eine Vorzugsrichtung beim Ausknicken erhalten, wenn sie zur Kontaktierung des Prüflings 3 axial belastet werden.
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Die dem Prüfling 3 zugewandten Enden 14 der Prüfkontakte 12 stehen Prüflingskontakten 15 gegenüber, wobei sich der Prüfling 3 auf einer Unterlage 16 befindet, insbesondere abstützt.
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Den gegenüberliegenden Enden 17 der Prüfkontakte 12 liegt eine Umsetzeinrichtung 18 gegenüber, die ein Halteglied 19 in Form einer Halteplatte 20 aufweist. Die Halteplatte 20 wird von Durchbrüchen 21 durchsetzt, die fluchtend zu den Führungsbohrungen 9 der Führungsplatte 6 angeordnet sind. In den Durchbrüchen 21 befinden sich Kontaktelemente 22, die als Kontaktdrähte 23 ausgebildet sind. Zur Befestigung der Kontaktdrähte 23 in den Druchbrüchen 21 sind diese durch Vergießen mittels einer ausgehärteten Vergussmasse 24 axial und unverschiebbar gehalten. Die Kontaktdrähte 23 führen bogenförmig (180° Bögen) zur einer Anschlusseinrichtung 25, die als Leiterplatte 26 ausgebildet ist. Die Enden 27 der Kontaktdrähte 23 sind mit Leiterbahnen 28 der Leiterplatte 26 verlötet.
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Die Kontaktelemente 22, die bevorzugt als Kontaktdrähte 23 ausgebildet sind, bestehen aus einer Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil der Edelmetalle Silber, Gold, Palladium und/oder Platin, hinzu kommt mindestens ein weiterer Stoff, der kein Edelmetall ist. Als weiterer Stoff kommt Kupfer, Nickel und/oder Kohlenstoff zum Einsatz.
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Für eine Prüfung des Prüflings 3 werden Kontaktiervorrichtung 1 und Prüfling 3 aufeinander zu bewegt, so dass die Enden 14 der Knickdrähte 13 auf die Prüflingskontakte 15 aufsetzen. Ferner treten die Enden 17 der Prüfkontakte 12, insbesondere Knickdrähte 13, und die entsprechend gegenüberliegenden Enden 29 der massiv aus einer Legierung mit mindestens einem Edelmetallanteil bestehenden Kontaktelemente 22, insbesondere Kontaktdrähte 23, gegeneinander, so dass auch hier Berührungskontakte gebildet werden. Auf diese Art und Weise wird der Prüfling 3 über die Prüfkontakte 12 des Prüfkopfs 4 mit den Kontaktelementen 22 der Umsetzeinrichtung 18 verbunden, wobei die mit den Kontaktelementen 22 verbundenen Leiterbahnen 28 der Umsetzeinrichtung 18 zu einer nicht dargestellten Prüfeinrichtung führen, die über die einzelnen Stromwege den Prüfling 3 elektrisch auf Funktion prüft.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente 22 möglichst günstige Eigenschaften aufweisen, um bestimmte Anwendungen durchführen zu können. So kann bei einer Anwendung eine sehr niederohmige Verbindung notwendig sein, die jedoch nur in einem sehr engen Temperaturbereich vorliegt, beispielsweise im Bereich der Raumtemperatur. Andere Anwendungen erfordern es, über einen weiten Temperaturbereich einen möglichst konstanten Widerstandswert bei dem jeweiligen Kontaktelement 22 einzuhalten. Hier wird ein Material, insbesondere eine Legierung benötigt, die einen niedrigen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands besitzt. Die in dieser Anmeldung aufgezeigten Materialien haben ferner eine nur geringe Neigung zur Oxidation.
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Für niederohmige Verbindungen eignen sich bei den Kontaktelementen 22 insbesondere Kupfer-Silber-Legierungen, die vorzugsweise eine spezifische Leitfähigkeit (m/Ωmm2) > 40 besitzen. Dies sind bevorzugt: CuAg, AgC3, AgCu3 bis AgCu20. Für Verbindungen mit einem möglichst konstanten Widerstandswert über einen weiten Temperaturbereich, von zum Beispiel -50°C bis +150°C, eignen sich Materialien mit einem Nickelanteil zur Ausbildung der Kontaktelemente 22, bei denen der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands (K-1 · 10-4) < 4 ist. Vor allem sind geeignet: AuNi5, AgPd40.
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Um die vorstehend genannten elektrischen Eigenschaften zu erreichen, müssen die Materialien mindestens 60 Minuten bei 120°C getempert werden und anschließend über einen Zeitraum von mindestens 30 Minuten auf Raumtemperatur abkühlen.
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Die erfindungsgemäßen Kontaktelemente 22 werden bevorzugt als gezogene Drähte ausgebildet, die vorzugsweise mit einer elektrischen Isolierung versehen werden.
