DE9407823U1 - Device for electrical contacting of components - Google Patents
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Description
Patentanwaltskanzlei
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung von einer Vielzahl von Kontakt ierungspunkt en an den Unterseiten ihrer Böden aufweisenden elektronischen Bauelementen, insbesondere Multi-Chip-Modulen (MCM) mit Ball-Grid-Arrays, mit einer Halteeinrichtung zur auswechselbaren Anordnung und Ausrichtung des Bauelements und mit einer federnde Kontaktelemente aufweisenden Kontaktierungseinrichtung, die zur Kontaktierung mit einer Kontaktkraft gegen die Kontaktpunkte tritt.The invention relates to a device for electrically contacting electronic components having a plurality of contact points on the undersides of their bases, in particular multi-chip modules (MCM) with ball grid arrays, with a holding device for the exchangeable arrangement and alignment of the component and with a contacting device having resilient contact elements, which acts against the contact points with a contact force for contacting.
Kontaktierungsvorrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt. Zur Kontaktierung wird eine vorzugsweise Federkontaktstifte aufweisende Kontaktierungseinrichtung gegen Kontaktpunkte der Bauelemente gedrückt, so daß die Bauelemente auf elektrische Fehlerfreiheit geprüft werden können. Bei einer hohen Kontaktdichte müssen entsprechend große Kontaktkräfte aufgebracht werden, die gegebenenfalls zu Beschädigungen der zu testenden Bauelemente führen.Contacting devices of the type mentioned above are known. To make contact, a contacting device, preferably with spring contact pins, is pressed against the contact points of the components so that the components can be tested for electrical faults. With a high contact density, correspondingly large contact forces must be applied, which may lead to damage to the components being tested.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch beiThe invention is therefore based on the object of creating a device for electrical contacting of the type mentioned above, which also
A 11 716 GR-os
10. Mai 1994A 11 716 GR-os
10 May 1994
hoher Kontaktdichte nicht zu Beschädigungen der Prüflinge führt.high contact density does not lead to damage to the test objects.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine der Aufnahme des Bauelements dienende, vom Boden des Bauelements verschließbare Luftdruckkammer gelöst. Die erfindungsgemäße Luftdruckkammer ermöglicht den Aufbau einer Gegenkraft zur Kontaktkraft, so daß der Prüfling nur minimalen oder gar keinen Verformungen bei der Kontaktierung unterliegt. Hierzu wird das Bauelement in die Halteeinrichtung eingesetzt, wobei der Boden des Bauelements die Luftdruckkammer verschließt, also einen Wandungsbereich der Luftdruckkammer bildet. Wird nun ein Überdruck in der Luftdruckkammer aufgebaut, der auf die eine Seite des Bodens des Bauelements wirkt und gleichzeitig -auf der anderen Seite des Bodens- die Kontaktierungseinrichtung gegen die dort vorhandenen Kontaktpunkte preßt, so heben sich Kontaktkraft und Gegenkraft in etwa auf.This task is solved according to the invention by an air pressure chamber that serves to hold the component and can be closed off from the bottom of the component. The air pressure chamber according to the invention enables a counterforce to the contact force to be built up, so that the test object is subject to only minimal or no deformation during contact. To do this, the component is inserted into the holding device, with the bottom of the component closing off the air pressure chamber, i.e. forming a wall area of the air pressure chamber. If an overpressure is now built up in the air pressure chamber, which acts on one side of the bottom of the component and at the same time presses the contacting device against the contact points present there on the other side of the bottom, the contact force and counterforce approximately cancel each other out.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der Halteeinrichtung eine Dichtung zur Abdichtung der Luftdruckkammer zugeordnet ist. Hierdurch wird beim Einsetzen des Bauelements die Luftdruckkammer hermetisch abgeschlossen.In particular, it can be provided that the holding device is assigned a seal for sealing the air pressure chamber. This hermetically seals the air pressure chamber when the component is inserted.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Halteeinrichtung an einer vom Überdruck in der Luftdruckkammer in Richtung auf die Kontaktierungseinrichtung verlagerbaren Führung ausgebildet ist. Die Führung bewegtAccording to a preferred embodiment of the invention, the holding device is formed on a guide that can be displaced by the excess pressure in the air pressure chamber in the direction of the contacting device. The guide moves
sich aufgrund des Überdrucks in der Luftdruckkammer in entgegengesetzter Richtung zur Kontaktierungskraft, so daß hierdurch die Kontaktelemente gegen die Kontaktpunkte der elektronischen Bauelemente gedrückt werden.Due to the excess pressure in the air pressure chamber, the air moves in the opposite direction to the contact force, so that the contact elements are pressed against the contact points of the electronic components.
Bei den elektronischen Bauelementen handelt es sich vorzugsweise um Multi-Chip-Module, die an den Unterseiten ihrer Böden matrixartig angeordnete Kontaktpunkte (Ball-Grid-Arrays) aufweisen, welche bei der Verarbeitung, vorzugsweise im Wellenlötverfahren, auf eine Platine, Leiterplatte usw. gelötet werden können. Durch die matrixartige, flächenförmige Anordnung kann eine hohe Kontaktzahl auf relativ kleiner Fläche realisiert werden.The electronic components are preferably multi-chip modules that have contact points (ball grid arrays) arranged in a matrix on the undersides of their bases, which can be soldered to a circuit board, printed circuit board, etc. during processing, preferably using the wave soldering process. The matrix-like, surface-like arrangement enables a high number of contacts to be achieved in a relatively small area.
Insbesondere ist vorgesehen, daß die vorstehend erwähnte Führung mindestens einen Wandbereich der Luftdruckkammer bildet beziehungsweise aufweist. Hierdurch ist sichergestellt, daß beim Aufbau des Überdrucks der Wandbereich beaufschlagt und dadurch die Führung entgegen der Kontaktierungseinrichtung zur Durchführung der Kontaktierung verlagert wird.In particular, it is provided that the above-mentioned guide forms or has at least one wall area of the air pressure chamber. This ensures that when the excess pressure builds up, the wall area is acted upon and the guide is thereby displaced against the contacting device in order to carry out the contacting.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Teil der Luftdruckkammer von einer absenkbaren Glocke gebildet ist. Diese Glocke wird nachdem ein zu prüfendes Bauelement in die Halteeinrichtung eingesetzt ist- über dem Bauelement abgesenkt, wodurch die Luftdruckkammer realisiert ist.According to a further development of the invention, part of the air pressure chamber is formed by a lowerable bell. This bell is lowered over the component after a component to be tested has been inserted into the holding device, thereby creating the air pressure chamber.
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Zur Bewerkstelligung der Kontaktierung kann vorgesehen sein, daß die Kontakt ierungseinr ich tung an einem den Kontaktdruck durch Verlagerung aufbringenden Schlitten angeordnet ist.To achieve contacting, it can be provided that the contacting device is arranged on a slide that applies the contact pressure by displacement.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das in der Halteeinrichtung aufgenommene Bauelement ein den Boden überfangendes Gehäuse aufweist, das eine Druckausgleichsoffnung besitzt. Vorzugsweise sind Boden und Gehäuse miteinander verklebt und somit die innere Schaltung des Bauelements gegenüber der Atmosphäre luftdicht abgeschlossen. Wenn nun -von seiten des Gehäuses- der Überdruck in der Luftdruckkammer aufgebaut wird, so lastet der Innendruck auf dem Gehäuse, nicht jedoch auf die Innenseite des Bodens des Bauelements. Um dies zu verhindern, ist die Druckausgleichsoffnung im Gehäuse vorgesehen, wodurch sich der Druck in der Luftdruckkammer auch innerhalb des Gehäuses des Bauelements ausbildet und somit auf die Innenseite des Bodens wirkt. Bei Bauteilen nur mit Boden, also ohne Gehäuse, entfällt natürlich die dann auch nicht notwendige Druckausgleichsöffnung.It is particularly advantageous if the component held in the holding device has a housing that covers the base and has a pressure equalization opening. Preferably, the base and housing are glued together, thus sealing the internal circuit of the component airtight against the atmosphere. If the excess pressure is built up in the air pressure chamber - from the side of the housing - the internal pressure is applied to the housing, but not to the inside of the base of the component. To prevent this, the pressure equalization opening is provided in the housing, whereby the pressure in the air pressure chamber also builds up inside the housing of the component and thus acts on the inside of the base. For components with only a base, i.e. without a housing, the pressure equalization opening, which is then also not necessary, is of course omitted.
Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindungen anhand zweier Ausführungsbeispiele und zwar zeigt:The drawings illustrate the inventions using two embodiments and show:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung von elektronischen Bauelementen undFigure 1 is a schematic representation of a device for electrically contacting electronic components and
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer derartigen Vorrichtung.Figure 2 shows another embodiment of such a device.
Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur elektrischen Kontaktierung eines Bauelements 2, das als Ball-Grid-Array 3 ausgebildet ist. Das Bauelement 2 weist einen Boden 4 sowie ein den Boden 4 überlagerndes Gehäuse 5 auf. Innerhalb des Gehäuses 5 befindet sich eine nicht dargestellte elektronische Schaltung. An der Unterseite 6 des Bodens 4 ist matrixartig- eine Vielzahl von Kontaktpunkten 7 des Bauelements 2 ausgebildet.Figure 1 shows a device 1 for electrically contacting a component 2, which is designed as a ball grid array 3. The component 2 has a base 4 and a housing 5 overlying the base 4. An electronic circuit (not shown) is located inside the housing 5. A large number of contact points 7 of the component 2 are formed in a matrix-like manner on the underside 6 of the base 4.
Die Vorrichtung 1 weist eine Grundplatte 8 auf, an der Führungsbolzen 9 stehend befestigt sind. Die Grundplatte 8 wird von einer Haube 10 im wesentlichen luftdicht überfangen. Die Haube 10 wird von einem Luftdurchlaß 11 durchsetzt. Auf den Führungsbolzen 9 ist längsverschieblich eine plattenförmige Führung 12 gelagert, die eine Öffnung 13 aufweist, welche von einer Dichtung 14 berandet wird. Die plattenförmige Führung 12 liegt auf einer elastisch nachgiebigen Schlauchdichtung 15 auf, die als geschlossener Ring ausgebildet ist. öffnungen 16 in der Führung 12, die von den Führungsbolzen 9 durchgriffen werden, sind mittels Ringdichtungen 17 gegenüber den Führungsbolzen 9 abgedichtet. Ein Anschlag 18 dient zur Begrenzung der Komprimierung der Schlauchdichtung 15 beim Absenken der Führung 12. Federkontaktstifte 19 einer Kontaktierungseinrichtung 20 erstrecken sich in paralleler Richtung zu den Führungsbolzen 9 derart, daß ihre federnd nachgiebigen Kontaktspitz~eni· 21 etwa im Bereich der öffnung 13 angeordnet sind.The device 1 has a base plate 8 to which guide bolts 9 are fixed in an upright position. The base plate 8 is covered by a hood 10 in an essentially airtight manner. The hood 10 is penetrated by an air passage 11. A plate-shaped guide 12 is mounted on the guide bolt 9 so as to be longitudinally displaceable and has an opening 13 which is bordered by a seal 14. The plate-shaped guide 12 rests on an elastically flexible hose seal 15 which is designed as a closed ring. Openings 16 in the guide 12 through which the guide bolts 9 pass are sealed off from the guide bolts 9 by means of ring seals 17. A stop 18 serves to limit the compression of the hose seal 15 when the guide 12 is lowered. Spring contact pins 19 of a contacting device 20 extend in a parallel direction to the guide bolts 9 in such a way that their resilient contact tips 21 are arranged approximately in the area of the opening 13.
Die Vorrichtung 1 arbeitet folgendermaßen:The device 1 works as follows:
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Ein zu prüfendes elektronisches Bauelement 2 wird in die eine Halteeinrichtung 22 bildende Dichtung 14 eingesetzt, so daß sich die Kontaktpunkte 7 an der Unterseite 6 des Bodens 4 etwa im Bereich der Öffnung 13 befinden. Wird nun durch den Luftdurchlaß 11 Druckluft unter die Haube 10 eingeleitet, so bildet sich eine Luftdruckkammer 23 aus, die begrenzt wird von den Wandungen der Haube 10, Randbereichen der Grundplatte 8, der Schlauchdichtung 15, der plattenförmigen Führung 12, der Dichtung 14 sowie dem Baulement 2, insbesondere von dessen Boden 4. Letzteres erfolgt dadurch, daß das Gehäuse 5 eine Druckausgleichsöffnung 24 aufweist, so daß ein sich in der Luftdruckkammer 2 3 ausbildender Überdruck gleichfalls innerhalb des Gehäuses 5 des Bauelements 2 wirken kann. Durch den Überdruck wird die Führung 12 auf den Führungsbolzen 9 nach unten abgesenkt, wodurch die elastisch einfedernden Kontaktspitzen 21 der Kontaktierungseinrichtung 20 eine Kontaktkraft auf die Kontaktpunkte 7 des Bauelements 2 ausüben. Diese Kontaktkraft wird durch eine Gegenkraft kompensiert, die der Überdruck auf die Innenseite 2 5 des Bodens 4 des Bauelements 2 ausübt. Auf diese Art und Weise sind Beschädigungen des Bauelements 2 bei der Kontaktierung vermieden.An electronic component 2 to be tested is inserted into the seal 14 forming a holding device 22, so that the contact points 7 on the underside 6 of the base 4 are located approximately in the area of the opening 13. If compressed air is now introduced under the hood 10 through the air passage 11, an air pressure chamber 23 is formed, which is delimited by the walls of the hood 10, edge areas of the base plate 8, the hose seal 15, the plate-shaped guide 12, the seal 14 and the component 2, in particular by its base 4. The latter is achieved by the housing 5 having a pressure equalization opening 24, so that an overpressure that develops in the air pressure chamber 23 can also act within the housing 5 of the component 2. Due to the overpressure, the guide 12 is lowered downwards onto the guide bolt 9, whereby the elastically springing contact tips 21 of the contacting device 20 exert a contact force on the contact points 7 of the component 2. This contact force is compensated by a counterforce that the overpressure exerts on the inside 25 of the base 4 of the component 2. In this way, damage to the component 2 during contacting is avoided.
Die Figur 2 zeigt ein bevorzugtes weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1, die eine Grundplatte 8 aufweist, die mit einer "Dichtungsplatte 26 aus elastischem Material belegt ist. Führungsstifte 27, die in entsprechende Bohrungen der Grundplatte 8 eingesetzt sind, bilden eine Halteeinrichtung 22Figure 2 shows a preferred further embodiment of a device 1, which has a base plate 8, which is covered with a sealing plate 26 made of elastic material. Guide pins 27, which are inserted into corresponding holes in the base plate 8, form a holding device 22
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für das zu prüfende Bauelement 2 . Das Bauelement 2 liegt mit seinem Boden 4 auf Randbereichen 27' einer Öffnung der Dichtungplatte 26 auf. Oberhalb des Bauelements 2 befindet sich eine absenkbare Glocke 28, die zur Ausbildung einer Luftdruckkammer 23 mit ihrem Rand 28' auf die Dichtungsplatte 26 tritt. Innerhalb der vom Randbereich 27' umschlossenen öffnung der Dichtungsplatte 2 6 sind Bohrungen 29 in der Grundplatte 8 ausgebildet, die von Kolben 3 0 von Federkontaktstiften 19 durchgriffen werden. Die Bohrungen 29 fluchten mit den Kontaktpunkten 7 des Bauelements. Die Federkontaktstifte 19, die eine Kontaktierungsvorrichtung 20 bilden, sind an einem Schlitten 31 befestigt. Der Schlitten 31 weist einen Vorsprung 3 2 auf, der die Federkontaktstifte 19 trägt und in eine entsprechende Ausnehmung 33 an der Unterseite der Grundplatte 8 eintreten kann. Die Federkontaktstifte 19 sind mittels elektrischer Leitungen 34 mit einer nicht dargestellten Prüfeinrichtung verbunden. Die Grundplatte 8 wird von einem Zuluft/Abluftkanal 3 5 durchsetzt, der in die Luftdruckkammer 23 mündet.for the component 2 to be tested. The component 2 rests with its base 4 on edge areas 27' of an opening of the sealing plate 26. Above the component 2 there is a lowerable bell 28, which steps onto the sealing plate 26 with its edge 28' to form an air pressure chamber 23. Within the opening of the sealing plate 26 enclosed by the edge area 27', holes 29 are formed in the base plate 8, through which pistons 30 of spring contact pins 19 pass. The holes 29 are aligned with the contact points 7 of the component. The spring contact pins 19, which form a contacting device 20, are attached to a slide 31. The carriage 31 has a projection 3 2 that carries the spring contact pins 19 and can enter a corresponding recess 33 on the underside of the base plate 8. The spring contact pins 19 are connected to a test device (not shown) by means of electrical lines 34. The base plate 8 is penetrated by an air supply/exhaust duct 3 5 that opens into the air pressure chamber 23.
Es ergibt sich folgende Funktion:The following function results:
Um ein Bauelement 2 zu prüfen, wird dies bei abgehobener Glocke 2 8 in die Halteeinrichtung 2 2 eingelegt. Dann wird die Glocke 28 mit ihrem Rand 28' auf die Dichtungsplatte 2 6 abgesenkt. Hierdurch wird die Luftdruckkammer 23 ausgebildet, die über den Kanal 35 mit Überdruck beaufschlagt wird. Danach bewegt sich der Schlitten 31 derart nach oben, daß die Spitzen der Kolben 30 der Federkontakt-In order to test a component 2, it is placed in the holding device 2 2 with the bell 2 8 lifted off. The bell 28 is then lowered with its edge 28' onto the sealing plate 2 6. This forms the air pressure chamber 23, which is pressurized via the channel 35. Then the slide 31 moves upwards in such a way that the tips of the pistons 30 of the spring contact
stifte 19 gegen die Kontaktpunkte 7 an der Unterseite des Bodens 4 des zu prüfenden Bauelements 2 treten. Vorzugsweise ist ein eventuell vorhandenes Gehäuse 5 des Bauelements 2 wiederum mit (in Figur 2 nicht dargestellten) Druckausgleichsöffnung versehen. Hierdurch wird ein Gleichgewicht zwischen der Kontaktkraft und der durch den Überdruck erzeugten Gegenkraft bezüglich des Bodens 4 des Bauelements 2 erzeugt, so daß die Kontaktierung ohne Beschädigung oder große Deformation des Bauelements 2 selbst bei einer sehr großen Kontaktdichte erfolgen kann.pins 19 come into contact with the contact points 7 on the underside of the base 4 of the component 2 to be tested. Preferably, a housing 5 of the component 2, if present, is in turn provided with a pressure equalization opening (not shown in Figure 2). This creates a balance between the contact force and the counterforce generated by the excess pressure with respect to the base 4 of the component 2, so that contact can be made without damage or major deformation of the component 2, even with a very high contact density.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist ein Gleichgewicht der Kräfte nicht erforderlich, da durch den Überdruck der Boden 4 des Bauelements 2 unter Kompression von Bereichen der Dichtungsplatte 2 6 auf die Grundplatte 8 gedrückt wird und somit eine Abstützung findet. Eine Erhöhung des Überdrucks bewirkt lediglich, daß das Bauteil 2 stärker auf die Grundplatte 8 gepreßt wird. Durch die abstützende Wirkung der Grundplatte 8 ist eine Verformung und damit Beschadigungsgefahr des Bauteils 2 ausgeschlossen. Wichtig ist nur, daß der Überdruck eine entsprechend große Kraft erzeugt, so daß das Bauelement 2 durch die Kontaktkraft nicht abgehoben wird. Diese Ausführung hat Vorteile, wenn zum Beispiel ein Bauelement 2 keine gleichmäßige Belegung mit Balls (Kontaktpunkten 7) aufweist. Sind die Balls zum Beispiel nur rahmenartig angeordnet, das heißt die Mitte des Bodens 4 weist keine Balls auf, so werden die durch Überdruck erzeugten Druckkräfte, die in der Mitte wirken, nicht durch Kon-In the embodiment of Figure 2, a balance of forces is not required, since the overpressure causes the base 4 of the component 2 to be pressed onto the base plate 8 by compressing areas of the sealing plate 2 6, thus providing support. An increase in the overpressure merely causes the component 2 to be pressed more firmly onto the base plate 8. The supporting effect of the base plate 8 means that deformation and thus the risk of damage to the component 2 is excluded. It is only important that the overpressure generates a sufficiently large force so that the component 2 is not lifted off by the contact force. This design has advantages if, for example, a component 2 does not have an even coating of balls (contact points 7). If, for example, the balls are only arranged in a frame-like manner, i.e. the center of the base 4 has no balls, the pressure forces generated by the overpressure that act in the middle are not compensated by contact.
taktkräfte der Federkontaktstifte kompensiert. Nach der Ausführung der Figur 2 übernimmt diese Kompensation die Grundplatte 8, gegen die das Bauteil 2 gepreßt wird.tact forces of the spring contact pins are compensated. According to the execution of Figure 2, this compensation is carried out by the base plate 8, against which the component 2 is pressed.
Claims (10)
10. Mai 1S9411 716 GR-os
10 May 1S94
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19832330A1 (en) * | 1998-03-20 | 1999-09-30 | Capital Formation Inc | Test holder for integrated circuit with solder ball connections serving as test points |
| US6204680B1 (en) | 1997-04-15 | 2001-03-20 | Delaware Capital Formation, Inc. | Test socket |
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1994
- 1994-05-11 DE DE9407823U patent/DE9407823U1/en not_active Expired - Lifetime
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