DE69726169T2

DE69726169T2 - Membransondensystem mit örtlichem kontaktreiniger

Info

Publication number: DE69726169T2
Application number: DE69726169T
Authority: DE
Inventors: Reed K. GLEASON; A. Kenneth SMITH; Mike Bayne
Original assignee: Cascade Microtech Inc
Current assignee: FormFactor Beaverton Inc
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1997-05-02
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2017-05-03
Also published as: US20070296431A1; US7541821B2; US6927585B2; US20060214676A1; DE69726169D1; JP2006177971A; JP4237761B2; US6307387B1; WO1998007040A1; US7893704B2; KR20000029882A; DE29724050U1; ES2210530T3; EP0929819B1; US7550983B2; JP3942042B2; JP2001525118A; US20050231223A1; US20090224783A1; EP0929819A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Prüfanordnungen der Art, wie sie zum Prüfen einzelner Vorrichtungen, welche einen integrierten Schaltkreis (IC) aufweisen, allgemein verwendet werden, und insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Membranprüfanordnung mit Kontakten, welche in einer lokal gesteuerten Weise quer über die jeweiligen Eingangs-/Ausgangsleiter jeder Vorrichtung streichen, um die Oberflächenoxide zuverlässig abzuwischen, die normalerweise auf diesen Leitern angetroffen werden, und dadurch eine gute elektrische Verbindung zwischen der Prüfanordnung und jeder Vorrichtung sicherzustellen.
STAND DER TECHNIK
Der Trend in der elektronischen Produktion geht in Richtung zunehmend kleinerer geometrischer Anordnungen insbesondere in der Technologie der integrierten Schaltkreis, bei welcher eine sehr große Anzahl einzelner Schaltkreiselemente auf einem einzigen Substrat oder "Wafer" hergestellt wird. Nach der Herstellung wird dieser Wafer in eine Anzahl rechtwinklig geformter Chips oder "Plättchen" geteilt, wobei jedes Plättchen eine rechteckige oder andere regelmäßige Anordnung metallisierter Kontaktauflagen darstellt, durch welche Eingangs-/Ausgangsverbindungen hergestellt werden. Obgleich jedes Plättchen aus Effektivitätsgründen möglicherweise getrennt verpackt ist, wird das Prüfen des auf jedem Plättchen hergestellten Schaltkreises vorzugsweise durchgeführt, während die Plättchen noch miteinander auf dem Wafer verbunden sind. Ein typisches Verfahren besteht darin, den Wafer auf einer flachen Plattform oder einem "Haltetisch" abzustützen und den Wafer in X-, Y- und Z-Richtung relativ zum Kopf der Prüfanordnung derart zu bewegen, dass die Kontakte auf der Prüfanordnung sich von Plättchen zu Plättchen für einen fortlaufenden Eingriff mit jedem Plättchen bewegen. Jeweilige Signal-, Strom- und Masseleitungen werden von dem Prüfinstrumentarium zur Prüfanordnung geführt und ermöglichen somit ein sequenzielles Verbinden jedes Schaltkreises mit dem Prüfinstrumentarium.
Eine herkömmliche Art einer Prüfanordnung, welche zum Prüfen integrierter Schaltkreise verwendet wird, liefert Kontakte, die wie nadelartige Spitzen gestaltet sind. Diese Spitzen sind um eine in einer Prüfkarte gebildete, zentrale Öffnung derart angebracht, dass sie in radialer Richtung durch die Öffnung nach innen und unten hin zusammenlaufen. Wenn der Wafer über den Punkt angehoben wird, bei dem die Auflagen auf dem Wafer zuerst mit diesen Spitzen in Kontakt kommen, biegen sich die Spitzen nach oben und gleiten nach vorne quer über ihre jeweiligen Auflagen, wodurch der Oxidaufbau auf den Auflagen beseitigt wird.
Das Problem bei dieser Art von Prüfanordnung besteht darin, dass die nadelartigen Spitzen aufgrund ihrer schmalen Geometrie eine hohe Induktivität aufweisen, so dass die elektrischen Verluste bei durch diese Spitzen vorgenommenen Messungen hoch sind. Außerdem können diese Spitzen in der Weise eines Hobelwerkzeugs wirken, wenn sie quer über ihre jeweiligen Auflagen wischen, was zu einem erhöhten Auflagenverschleiß führt. Dieses Problem wird in dem Maß vergrößert, dass sich die Prüfspitzen während des Gebrauchs aus der Form biegen oder anderweitig nicht in der Lage sind, in einer gemeinsamen Ebene zu enden, was bei den weiter vorne gelegenen Spitzen zu einem zu kräftigen nach unten Drücken auf die jeweiligen Auflagen führt. Es ist auch unpraktisch, diese Spitzen bei einem Mitte-zu-Mitte-Abstand von weniger als 100 μm oder in einem mehrreihigen gitterförmigen Muster anzubringen, um die Auflagenanordnung modernerer Plättchen mit höherer Dichte aufzunehmen.
Um induktive Verluste zu reduzieren, Auflagenverschleiß zu verringern und kleinere Vorrichtungsgeometrien aufnehmen zu können, ist eine zweite Art von Prüfanordnung entwickelt worden, welche eine flexible Membranstruktur zum Abstützen der Prüfkontakte verwendet. Bei dieser Anordnung sind Zuleitungen wohl definierter Geometrie an einer oder mehreren Schichten eines flexiblen, isolierenden Films, wie zum Beispiel aus Polyimid oder MYLAR^®, gebildet. Falls getrennte Schichten verwendet werden, sind diese Schichten miteinander verbunden, um beispielsweise eine mehrschichtige Übertragungsleitungsstruktur zu bilden. Im zentralen Abschnitt dieser flexiblen Struktur oder Membran endet jede leitfähige Leitung durch einen jeweiligen Prüfkontakt, welcher auf einer Außenfläche der Membran und nach außen hin von dieser vorstehend gebildet ist. Diese Prüfkontakte sind in einem bestimmten Muster angeordnet, das mit dem Muster der Vorrichtungsauflagen zusammenpasst, und üblicherweise wie hochstehende Vorsprünge zum Prüfen der herkömmlicherweise durch die Auflagen definierten, flachen Oberflächen gebildet. Die Innenfläche der Membran ist auf einer tragenden Struktur abgestützt. Diese Struktur kann beispielsweise die Form eines Pyramidenstumpfs annehmen, in welchem Fall die Innenfläche des zentralen Abschnitts der Membran auf dem abgestumpften Ende des Trägers abgestützt ist, während die Randabschnitte der Membran sich von dem mittleren Abschnitt unter einem Winkel entfernen, so dass jedwede aufrechte Komponenten, welche die Auflagen auf der Vorrichtung umgeben könnten, aufgehoben sind.
Mit Bezug auf die soeben beschriebene Membranprüfanordnung wird eine übermäßige Leitungsinduktivität dadurch beseitigt, dass die Geometrie der Zuleitungen sorgfältig ausgewählt wird, und ein photolithographisches Verfahren wird vorzugsweise dazu verwendet, eine exakte Steuerung über die Größe, den Abstand und die Anordnung der Prüfkontakte zu ermöglichen und Konfigurationen mit höherer Dichte aufzunehmen. Obgleich einige unterschiedliche Ausbildungen dieser Prüfanordnung vorgeschlagen worden sind, sind trotzdem Schwierigkeiten in Verbindung mit dieser Art von Anordnung beim Verringern des Auflagenverschleißes und beim Erzielen einer zuverlässigen Beseitigung der Oxidschicht von jeder der Vorrichtungsauflagen aufgetreten, damit eine annehmbare elektrische Verbindung zwischen der Anordnung und der zu prüfenden Vorrichtung gewährleistet werden kann.
Eine herkömmliche Ausgestaltung einer Membranprüfanordnung ist beispielhaft durch die Vorrichtung angegeben, welche in dem europäischen Patent 259 163 A2 von Rath angegeben ist. Bei dieser Vorrichtung ist der zentrale Abschnitt der plattenartigen Membran direkt gegen einen festen Träger angebracht. Dieser feste Träger wiederum ist mittels eines federnden Körpers, welcher einen Elastomer- oder Gummiblock aufweist, mit dem Hauptkörper der Anordnung derart verbunden, dass die Membran sich neigen kann, um mit der Neigung der Vorrichtung zusammenzupassen. Das US-Patent 4 918 383 von Huff zeigt eine eng damit verwandte Vorrichtung, bei der radial sich erstreckende Blattfedern eine vertikale Achsenbewegung des festen Trägers ermöglichen, währenddessen dieser an einer Schrägstellung gehindert ist, so dass kein Abgleiten oder keine "Fehlausrichtung" der Kontaktvorsprünge auf den Auflagen auftritt und außerdem die gesamte Membran sich in der horizontalen Ebene verschiebt, um den Kontakten ein "Streichen" quer über die jeweiligen Auflagen zum Beseitigen von Oberflächenoxiden von diesen Auflagen zu ermöglichen.
Hinsichtlich dieser beiden Vorrichtungen befinden sich wegen der Herstellungstoleranzen bestimmte Kontaktvorsprünge jedoch in einer in Bezug auf ihre Nachbarn zurückgesetzten Position, und diese zurückgesetzten Vorsprünge werden keine hinreichende Gelegenheit haben, mit ihren Auflagen in Eingriff zu sein, da sie durch die Wirkung ihrer Nachbarn auf dem festen Träger weg von ihren Auflagen gezogen werden. Selbst wenn die "Streich"-Bewegung in der Art von Huff vorgesehen wird, werden die Kontakte außerdem dazu neigen, reibungsmäßig an der Vorrichtung zu kleben, wenn sie die Streichbewegung durchfüh ren, das heißt, es wird für die Auflagen der Vorrichtung die Neigung bestehen, sich in Übereinstimmung mit den Kontakten zu bewegen und die Wirkung der Kontaktbewegung nicht herbeizuführen. Ob irgendeine Streichwirkung tatsächlich geschieht, hängt davon ab, wie weit sich die Auflagen bewegen können, was wiederum von dem Grad des seitlichen Spiels abhängt, welches als Folge einer normalen Toleranz zwischen den jeweiligen Lagerflächen des Prüfkopfes und dem Haltetisch besteht. Somit gewährleistet diese Art von Membranprüfanordnung keine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen jedem Kontakt und Auflage.
Eine zweite herkömmliche Ausbildung einer Membranprüfanordnung wird beispielhaft durch die Vorrichtung angegeben, welche in dem europäischen Patent 304 868 A2 von Barsotti gezeigt ist. Diese Vorrichtung liefert eine flexible Unterlage für den zentralen oder kontakttragenden Abschnitt der flexiblen Membran. Bei Barsotti ist die Membran direkt durch einen Elastomerkörper unterstützt, und dieser Körper wiederum ist durch einen steifen Träger so abgestützt, dass geringfügige Höhenabweichungen zwischen den Kontakten oder Auflagen ausgeglichen werden können. Es ist auch möglich, Überdruck-Luft, Unterdruck-Luft, eine Flüssigkeit oder ein nicht unterstütztes Elastomer zu verwenden, um eine flexible Unterlage für die Membran zu schaffen, wie dies im Einzelnen gezeigt ist in dem US-Patent 4 649 339 von Gangroth, dem US-Patent 4 636 772 von Ardezzone, dem US-Patent 3 596 228 von Reed, Jr. et al. und dem US-Patent 5 134 365 von Okubo et al. Diese alternativen Einrichtungen gewähren jedoch keinen ausreichenden Druck zwischen den Prüfkontakten und den Vorrichtungsauflagen, um die Oxide zuverlässig zu durchdringen, welche auf den Auflageflächen gebildet sind.
Bei dieser zweiten Form von Membranprüfanordnung können die Kontakte, wie bei Okubo verdeutlicht, auf eine Bewegung entlang der Z-Achse beschränkt sein, um ein Rutschen und eine daraus folgende Fehlausrichtung zwischen den Kontakten und den Auflagen während des Eingriffs zu verhindern. Somit ist bei Barsotti der feste Träger, welcher den Elastomerkörper unterstützt, in seiner Position fixiert, obgleich es auch möglich ist, den Träger für die Z-Achsenbewegung in der Weise anzubringen, wie sie in dem US-Patent 4 980 637 von Huff gezeigt ist. Bei dieser Art von Ausbildung ist das Auftreten einer Auflagenbeschädigung jedoch wahrscheinlich, da ein bestimmtes Neigungsmaß üblicherweise zwischen den Kontakten und der Vorrichtung vorherrscht und jene Kontakte, welche am engsten zur Vorrichtung angewinkelt sind, werden gewöhnlicherweise sehr viel höhere Kontaktdrücke als jene entwickeln, welche abgewinkelt sind. Dasselbe Problem tritt bei der in Bezug genommenen Anordnung auf, welche in dem europäischen Patent 230 348 A2 von Garretson gezeigt ist, obgleich bei der Garretson-Vorrichtung die charakteristische Eigenschaft des Elastomerkörpers so ausgebildet ist, dass die Kontakte in eine Seitenbewegung beaufschlagt werden, wenn solche Kontakte in Presseingriff mit ihren Auflagen gebracht werden. Noch eine andere in Bezug genommene Anordnung ist in dem US-Patent 4 975 638 von Evans gezeigt, welche einen schwenkbar angebrachten Träger zum Unterstützen des Elastomerkörpers verwendet, um die Neigung zwischen den Kontakten und der Vorrichtung auszugleichen. Die Evans-Vorrichtung unterliegt jedoch dem bereits beschriebenen Problem des Anhaftens durch Reibung insofern, als die Auflagen der Vorrichtung dazu neigen, an den Kontakten zu kleben, wenn sich der Träger dreht und die Kontakte veranlasst, sich seitlich zu verschieben.
Noch weitere Arten herkömmlicher Membranprüfanordnungen sind in dem US-Patent 5 395 253 von Crumly, dem US-Patent 5 059 898 von Barsotti et al. und dem US-Patent 4 975 638 von Evans et al. gezeigt. Bei Crumly ist der zentrale Abschnitt einer dehnbaren Membran federnd unter Verwendung einer Feder in einen voll gestreckten Zustand vorgespannt. Wenn die Kontakte mit ihren jeweiligen Auflagen in Eingriff stehen, zieht sich der gedehnte zentrale Abschnitt gegen die Feder in einen teilweise entspannten Zustand zurück und zieht die Kontakte in radialen Streichbewegungen zur Mitte der Membran hin. Bei Barsotti ist jede Kontaktreihe durch das Ende eines jeweiligen, L-förmigen Arms derart abgestützt, dass der entsprechende Arm, wenn die Kontakte in einer Reihe mit ihren jeweiligen Auflagen in Eingriff stehen, sich aufwärts krümmt und die Kontaktreihe dazu bringt, seitlich gleichzeitig quer über ihre jeweiligen Auflagen zu streichen. Wenn sowohl bei Crumly als auch bei Barsotti jedoch irgendeine Schrägstellung zwischen den Kontakten und der Vorrichtung zum Zeitpunkt des Eingriffs besteht, wird diese Schrägstellung dazu führen, dass die am engsten zur Vorrichtung angewinkelten Kontakte weiter streichen als jene, welche weiter weg gewinkelt sind. Außerdem werden die kürzeren Kontakte dazu gezwungen, sich in ihren Streichrichtungen zu bewegen, bevor sie die Gelegenheit gehabt haben, mit ihren jeweiligen Auflagen aufgrund der steuernden Streichwirkung ihrer benachbarten Kontakte in Eingriff zu treten. Ein weiterer Nachteil der Crumly-Vorrichtung besteht insbesondere darin, dass die näher zur Mitte der Membran angeordneten Kontakte weniger streichen als jene, welche näher zum Rand angeordnet sind, so dass die Streichwirksamkeit mit der Kontaktstellung variieren wird.
Bei dem US-Patent 5 355 079 von Evans et al. bildet jeder Kontakt einen Federmetallfinger, und jeder Finger ist derart angebracht, dass er sich in einer auskragenden Weise weg von der unterlegenden Membran unter einem bestimmten Winkel relativ zur Membran erstreckt. Eine ähnliche Konfiguration ist in dem US-Patent 5 521 518 von Higgins gezeigt. Es ist jedoch schwierig, diese Finger ursprünglich so zu positionieren, dass sie alle in einer gemeinsamen Ebene enden, insbesondere dann, wenn ein höheres Dichtemuster erforderlich ist. Außerdem werden diese Finger während des Gebrauchs leicht aus ihrer Position gekrümmt und können sich nicht leicht wieder in ihre ursprüngliche Position zurückkrümmen. Bestimmte Finger werden daher wahrscheinlich vor anderen Fingern aufsetzen, und Streichdrücke und -wege werden für unterschiedliche Finger wahrscheinlich verschieden sein. Auch gibt es zumindest bei Evans keinen geeigneten Mechanismus zum Tolerieren eines geringfügigen Schrägstellungsgrades zwischen den Fingern und den Auflagen. Obgleich Evans zum Verbessern der Qualität der elektrischen Verbindung ein Aufrauhen der Oberfläche jedes Fingers vorschlägt, kann dieses Aufrauhen an den Auflageoberflächen einen übermäßigen Abrieb und ein Beschädigen hervorrufen. Noch ein weiterer Nachteil der sowohl bei Evans als auch bei Higgins gezeigten Kontaktfinger besteht darin, dass solche Finger schon nach einer relativ geringen Anzahl von "Aufsetzungen" oder Arbeitszyklen aufgrund wiederholten Krümmens und Belastens einer Ermüdung und einem Versagen unterliegen.
Das US-Patent 5 177 438 (Littlebury et al.) offenbart einen Prüfkopf mit einer exzentrisch angeordneten Kontaktspitze auf einer duktilen Basisplatte, welche auf einer nachgiebigen Schicht aufgebracht ist.
Gemäß dem Vorstehenden liegt zumindest bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Prüfanordnung zu schaffen, welche eine elektrische Verbindung mit einer hoch dichten Anordnung von Auflagen auf einer elektrischen Vorrichtung trotz des Aufbaus von Oxiden oder anderen Verunreinigungen auf den Auflageflächen zuverlässig bewerkstelligen kann.
Eine andere Aufgabe zumindest bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Membranprüfanordnung zu schaffen, welche eine annehmbare Streichwirkung zwischen jedem Kontakt und der Auflage trotz geringfügiger Unterschiede in der Kontakthöhe ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe zumindest bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Prüfanordnung zu schaffen, die über eine große Anzahl von Arbeitszyklen ohne ein Versagen zuverlässig arbeiten kann.
Eine weitere Aufgabe zumindest bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Membranprüfanordnung zu schaffen, die eine gleichmäßig wirksame Streichwirkung in Bezug auf die Kontakte unabhängig von den jeweiligen Positionen der Kontakte bereitstellt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Prüfanordnungssystem zum Prüfen einer elektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schafft einen vorderen Träger aus einem inkompressiblen Material, eine flexible Membrananordnung mit einem zentralen Bereich, welcher den Träger überlagernd angebracht ist, mehrere feste Kontakte, die innerhalb des zentralen Bereichs auf der Membran angeordnet sind und jeweils einen Träger und einen Kontaktabschnitt aufweisen, wobei jeder Kontaktabschnitt in einer geeigneten Position für einen Presseingriff mit einer entsprechenden Auflage auf der Vorrichtung angeordnet ist und jeder Träger elektrisch mit einem entsprechenden flexiblen Leiter verbunden ist, welcher sich in den zentralen Bereich erstreckt. Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt die Prüfanordnung ferner bereit einen Druck-Steuermechanismus, welcher einen Elastomerkörper aufweist, der zwischen jedem Kontakt und dem Träger angeordnet ist, und einen Bewegungssteuermechanismus, welcher in Bezug zu jedem Kontakt lokal arbeitet und jeden Träger, wenn der entsprechende Kontaktabschnitt sich in Presseingriff mit der jeweiligen Auflage befindet, in eine Kippbewegung derart beaufschlagt, dass unterschiedliche Abschnitte jedes Trägers sich über unterschiedliche Entfernungen relativ zum vorderen Träger bewegen und dass jeder Kontaktabschnitt gemäß dieser Kippbewegung in eine seitliche Reinigungsbewegung quer über die entsprechende Auflage getrieben wird. Der Elastomerkörper ist derart angeordnet, dass er der Kippbewegung federnd entgegenwirkt und es jedem Kontakt ermöglicht, sich aus dieser Kippbewegung derart rückzuverformen, dass eine mechanische Beanspruchung jedes Trägers vermieden ist.
Gemäß dem vorgenannten System kann eine hoch-dichte Anordnung von Kontakten auf der Prüfanordnung unter Verwendung beispielsweise eines photolithographischen Prozesses vorgesehen werden, um sowohl die Kontakte als auch deren Stromzuführungsleiter auf der flexiblen Membrananordnung festzulegen. Die Federwirkung des Elastomerkörpers nimmt geringfügige Höhenunterschiede auf, welche zwischen benachbarten Kontakten bestehen können, und der inkompressible Träger, welcher den Elastomerkörper unterstützt, stellt sicher, dass dieser Körper in hinreichendem Maße gegen die Kontakte drückt, um ein angemessenes Niveau eines Kontakt-zu-Auflage-Druckes während des Reinigens aufrecht zu erhalten. Der Elastomerkörper dient ferner als zuverlässiger Mechanismus, welcher dem Träger jedes festen Kontaktes ermöglicht, sich nach dem Schrägstellen rückzuverformen, wodurch das Erfordernis vermieden wird, sich auf die Art der elastischen Rückfederung zu verlassen, welche durch mechanisch beanspruchte Kontaktnadeln oder -finger bereitgestellt wird, welches alternative System zu einer unwirksamen elektrischen Arbeitsweise führen kann, da die Kontaktnadeln oder -finger sich während des Gebrauchs aus der Form krümmen oder aufgrund der Biegeermüdung vorzeitig versagen. Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch Beaufschlagen jedes Kontaktes in die Kippbewegung mittels eines lokal arbeitenden Bewegungssteuermechanismus, so dass unterschiedliche Abschnitte jedes Trägers sich verschiedene Strecken relativ zum Träger bewegen und jeder Kontakt dadurch in eine seitliche Wischbewegung quer über die entsprechende Auflage getrieben wird, die Streichbewegung zwischen den Kontakten und den Auflagen in einer Weise durchgeführt, welche das Beseitigen der Oxide von den Auflagen bewirkt. Es ist insbesondere möglich, einen hohes Niveau an Reinigungswirksamkeit in Bezug auf jeden Kontakt auf der Anordnung bei dieser Art lokalisierter Neigungssteuerung zu erzielen.
Die vorgenannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden, detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen noch weiter verdeutlicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht, in welcher eine beispielhafte Membranprüfanordnung, die auf einen Prüfkopf geschraubt ist, und ein Wafer gezeigt sind, welcher in einer geeigneten Stellung zum Prüfen durch diese Anordnung auf einem Haltetisch abgestützt ist;
2 eine Unteransicht, in welcher unterschiedliche Teile der Prüfanordnung gemäß 1 einschließlich eines Trägerelements und einer flexiblen Membrananordnung sowie eine Teilansicht einer Prüfkarte gezeigt sind, welche Daten-/Signalleitungen hat, die mit entsprechenden Leitungen auf der Membrananordnung verbunden sind;
3 eine Seitenansicht der Membranprüfanordnung gemäß 1, wobei ein Teil der Membrananordnung weggeschnitten worden ist, um versteckte Abschnitte des Trägerelements freizulegen;
4 eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Trägerelement;
5a–5b schematische Seitenansichten, in welchen verdeutlicht ist, wie das beispielhafte Trägerelement und die Membrananordnung zu einer Schrägstellung in der Lage sind, um sich an die Orientierung der zu prüfenden Vorrichtung anzupassen;
6 eine vergrößerte Draufsicht auf den zentralen Bereich einer beispielhaften Konstruktion der Membrananordnung gemäß 2;
7a–7b Schnitte entlang den Linien 7a–7a in 6, in denen ein exemplarischer Kontakt vor dem Aufsetzen und dann derselbe Kontakt nach dem Aufsetzen und der Reinigungsbewegung quer zur jeweiligen Auflage gezeigt ist;
8 eine schematische Seitenansicht, in welcher in gestrichelter Darstellung der beispielhafte Kontakt gemäß 7a–7b zum Zeitpunkt des anfänglichen Aufsetzens und in der Darstellung mit durchgezogenen Linien derselbe Kontakt nach weiterem vertikalen Überschwingen an der Auflage gezeigt ist;
9a–9b schematische Seitenansichten, in denen drei der exemplarischen Kontakte gemäß 6 gezeigt sind und in denen ferner gezeigt ist, wie solche Kontakte ihre jeweiligen Auflagen trotz geringfügiger Höhenunterschiede zwischen den Kontakten beaufschlagen;
10a–10b zu 6 vergleichbare Draufsichten, in welchen jedoch alternative Kontaktmuster gezeigt sind. 10c zeigt eine Seitenansicht, in der die Erscheinungsform der Kontakte in jedem dieser Muster nach dem Aufsetzen und Reinigen quer über die jeweiligen Kontakte gezeigt ist;
11a–11f geschnittene Seitenansichten einer alternativen Ausführungsform des zentralen Abschnitts der Membranprüfanordnung in aufeinander folgenden Phasen der Herstellung, wobei 11f die Endausführung zeigt;
12 eine schematische Seitenansicht, in der in der Ausführung mit gestrichelten Linien ein Kontakt der alternativen Ausführungsform gemäß 11f zum Zeitpunkt des anfänglichen Aufsetzens und in der Darstellung gemäß durchgezogenen Linien derselbe Kontakt nach einem weiteren vertikalen Überschwingen an der Auflage gezeigt ist;
13 eine Draufsicht auf die alternative, in 11f gezeigte Ausführungsform;
14 eine Draufsicht auf eine abgeänderte Form der alternativen, in 11f gezeigten Ausführungsform.
BESTE WEISEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
1 zeigt einen Prüfkopf 40 zum Anbringen einer Membranprüfanordnung 42, welche gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Um die elektrische Leistungsfähigkeit einer besonderen Plättchenfläche 44, welche auf dem Siliciumwafer 46 enthalten ist, zu messen, sind die schnellen, digitalen Leitungen 48 und/oder abgeschirmte Übertragungsleitungen 50 des Prüfkopfes mit den Eingangs-/Ausgangsanschlüssen des Prüfinstrumentariums durch eine geeignete Kabelanordnung verbunden, und der Haltetisch 51, welcher den Wafer trägt, ist in zueinander senkrechten X-, Y-, Z-Richtungen bewegbar, um die Auflagen der Plättchenfläche in Presseingriff mit den Kontakten zu bringen, welche auf dem unteren Kontaktabschnitt der Membranprüfanordnung enthalten sind.
Der Prüfkopf 40 enthält eine Prüfkarte 52, auf der die Daten-/Signalleitungen 48 und 50 angeordnet sind. Mit Bezug auf die 2 bis 3 umfasst die Membranprüfanordnung 42 ein Trägerelement 54, das aus einem inkompressiblen Material, wie zum Beispiel einem harten Polymer, gebildet ist. Dieses Element ist lösbar mit der Oberseite der Prüfkarte mit Hilfe von vier Inbusschrauben 56 und entsprechenden Muttern 58 verbunden (jede Schraube erstreckt sich durch einen jeweiligen Befestigungsarm 60 des Trägerelements, und ein separates Unterlegelement 62 verteilt den Klemmdruck der Schrauben gleichmäßig über die gesamte Rückseite des Trägerelements). Gemäß dieser lösbaren Verbindung können unterschiedliche Prüfanordnungen mit verschiedenen Kontaktanordnungen schnell gegeneinander ausgetauscht werden, wie dies zum Prüfen unterschiedlicher Vorrichtungen erforderlich ist.
Mit Bezug auf die 3 bis 4 enthält das Trägerelement 54 ein rückseitiges Basisteil 64, mit dem die Befestigungsarme 60 einstückig verbunden sind. Ebenfalls enthalten auf dem Trägerelement 54 ist ein vorderer Träger oder Stempel 66, der von dem flachen Basisteil weg nach außen vorragt. Dieser vordere Träger hat angewinkelte Seiten 68, die zu einer flachen Stützfläche 70 konvergieren und dadurch dem vorderen Träger die Gestalt eines Pyramidenstumpfes geben. Mit weiterem Bezug zu 2 ist eine flexible Membran anordnung 72 an dem Träger befestigt, nachdem sie mit Hilfe von auf dem Basisteil enthaltenen Ausrichtstiften 74 ausgerichtet worden ist. Diese flexible Membrananordnung wird durch eine oder mehrere Lagen einer isolierenden Schicht, wie zum Beispiel KAPTON^®, welche durch E.I. Du Pont de Nemours veräußert wird, oder eines anderen Polyimidfilms gebildet, und die flexiblen, leitenden Schichten oder Streifen sind zwischen oder auf diesen Lagen vorgesehen, um die Daten-/Signalleitungen 76 zu bilden.
Wenn das Trägerelement 54 auf der Oberseite der Prüfkarte 52, wie in 3 gezeigt, angebracht ist, steht der vordere Träger 66 durch eine zentrale Öffnung 78 in der Prüfkarte vor und stellt so die Kontakte dar, welche in einem zentralen Bereich 80 der flexiblen Membrananordnung in einer geeigneten Position für einen Presseingriff mit den Auflagen der zu untersuchenden Vorrichtung angeordnet sind. Mit Bezug auf 2 enthält die Membrananordnung radial sich erstreckende Armsegmente 82, die durch nach innen gekrümmte Kanten 84 getrennt sind, welche der Anordnung die Gestalt eines Formee-Kreuzes (formee cross) geben, und diese Segmente erstrecken sich in einer geneigten Weise entlang den angewinkelten Seiten 68, wodurch ein Reinigen aller aufrecht stehenden, die Auflagen umgebenden Komponenten erfolgt. Mit einer Reihe von Kontaktauflagen 86 enden die Daten-/Signalleitungen 76, so dass diese Auflagen, wenn das Trägerelement angebracht ist, elektrisch mit entsprechenden Endauflagen in Eingriff stehen, die auf der Oberseite der Prüfkarte derart vorgesehen sind, dass die Daten-/Signalleitungen 48 und 50 auf der Prüfkarte elektrisch mit den Kontakten im zentralen Bereich verbunden sind.
Ein wichtiges Merkmal der exemplarischen Membranprüfanordnung 42 ist ihr Vermögen zum Prüfen einer hoch-dichten Anordnung von Kontaktauflagen über eine große Anzahl von Kontaktzyklen in einer Weise, welche eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den Kontakten und Auflagen bei jedem Zyklus trotz des Oxidaufbaus auf den Auflagen sicherstellt. Diese Fähigkeit ist eine Funktion der Konstruktion des Trägerelements 54, der flexiblen Membrananordnung 72 und der Art ihrer Zusammenschaltung. Insbesondere ist die Membrananordnung so konstruiert und mit dem Trägerelement verbunden, dass die Kontakte auf der Membrananordnung in einer lokal gesteuerten Weise vorzugsweise seitlich quer über die Auflagen wischen oder streifen, wenn sie mit diesen Auflagen in Presseingriff gebracht worden sind. Der bevorzugte Mechanismus zum Erzeugen dieser Streichwirkung wird nun in Verbindung mit der Konstruktion und Zusammenschaltung einer bevorzugten Membrananordnung 72a erläutert, wie dies am besten in den 6 und 7a bis 7b veranschaulicht ist.
6 zeigt eine vergrößerte Ansicht des zentralen Bereichs 80a der bevorzugten Membrananordnung 72a. Bei dieser Ausführungsform sind die Kontakte 88 in einem quadratartigen Muster angeordnet, welches für den Eingriff mit einer quadratartigen Anordnung von Auflagen geeignet ist. Mit weiterem Bezug zu 7a, welche einen Schnitt entlang der Linie 7a-7a in 6 darstellt, weist jeder Kontakt einen relativ dicken, festen Träger 90 vorzugsweise mit einer Länge von 150 bis 250 μm auf, an dessen einem Ende ein fester Kontaktvorsprung 92 gebildet ist. Der Kontaktvorsprung schließt einen Kontaktabschnitt 93 mit ein, welcher in der gezeigten Ausführungsform eine mit dem Kontaktvorsprung verschweißte Noppe aus einer Rhodiumnickellegierung aufweist, obgleich der Kontaktabschnitt alternativ die abgerundeten Seiten des Kontaktvorsprungs selbst aufweisen könnte. Unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens, wie zum Beispiel einem Elektroplattieren, ist jeder Träger vorzugsweise in einer überlappenden Verbindung mit dem Ende einer flexiblen, leitfähigen Spur 76a ausgebildet, um mit dieser eine große Oberflächenverbindung zu schaffen. Diese leitfähige Spur in Verbindung mit einer rückseitigen, leitfähigen Schicht 94 schafft in wirksamer Weise eine gesteuerte Impedanz-Daten-/Signalleitung zu dem Kontakt, und daher sind deren Abmessungen vorzugsweise exakt unter Verwendung eines photolithographischen Verfahrens festgesetzt. Die rückseitige Schicht enthält vorzugsweise Öffnungen, um beispielsweise eine Gaslüftung während der Herstellung zu unterstützen.
Aus Gründen der leichterten Darstellung ist die flexible Membrananordnung 72a nur mit einer einzigen dielektrischen Lage 96, vorzugsweise aus Polyimid, gezeigt; jedoch werden normalerweise gemäß herkömmlicher Beschichtungsverfahren mehrfache dielektrische Lagen und leitfähige Schichten verwendet. Die Membrananordnung ist mit der flachen Trägerfläche 70 durch eine dazwischen liegende Elastomerschicht 98 verbunden, welche Schicht sich wie die Trägerfläche ausdehnt und durch eine Siliciumgummiverbindung, wie zum Beispiel ELMER'S STICK-ALL^®, hergestellt durch die Borden Company, oder Sylgard 182, hergestellt durch die Dow Corning Corporation, gebildet sein kann. Diese Verbindung kann in herkömmlicher Weise in einer pastenartigen Zustandsform aufgebracht werden, welche aushärtet, wenn sie abbindet. Die flache Trägerfläche ist, wie zuvor erwähnt, aus einem inkompressiblen Material hergestellt und besteht vorzugsweise aus einem harten Dielektrikum, wie zum Beispiel Polysulfon oder Glas.
Gemäß der zuvor beschriebenen Konstruktion bewirkt die resultierende außermittige Kraft auf den festen Träger 90 und die Struktur des Vorsprungs 92, wenn einer der Kontakte 88 in einen Presseingriff mit einer jeweiligen Auflage 100 gebracht wird, wie in 7b gezeigt, ein Schwenken oder Schrägstellen des Trägers gegen die elastische Rückstellungskraft, welche durch die Elastomerauflage 98 aufgebracht wird. Diese Kippbewegung ist in dem Sinne lokalisiert, dass ein vorderer Teil 102 des Trägers sich ein größeres Stück zur flachen Trägerfläche 70 als ein hinterer Teil 104 desselben Trägers bewegt. Die Wirkung ist derart, dass der Kontakt in eine seitliche Streichbewegung quer über die Auflage getrieben wird, wie dies in 7b mit einer Darstellung in gestrichelten Linien und in durchgezogenen Linien gedeutet ist, welche im Einzelnen die Positionen des Kontaktes auf der Auflage zu Beginn und am Ende zeigen. Auf diese Weise wird der isolierende Oxidaufbau auf jeder Auflage beseitigt, um zuverlässige, elektrische Kontakt-zu-Kontakt-Auflageverbindungen zu gewährleisten.
8 zeigt in der Ansicht mit gestrichelten Linien die relativen Positionen von Kontakt 88 und Auflage 100 zum Zeitpunkt des anfänglichen Eingriffs oder Aufsetzens und in der Ansicht mit durchgezogenen Linien dieselben Elemente nach einem "Überschwingen" der Auflage über eine Distanz 106 in einer vertikalen Richtung unmittelbar in Richtung der flachen Trägerfläche 70. Wie angedeutet ist die Strecke 108 der seitlichen Reinigungsbewegung direkt abhängig von der vertikalen Durchbiegung des Kontaktes 88 oder, äquivalent dazu, von der Überschwingdistanz 106, welche an der Auflage 100 zurückgelegt wird. Da somit die Überschwingdistanz für jeden Kontakt im zentralen Bereich 80a im Wesentlichen dieselbe sein wird (mit Unterschieden, welche lediglich aus geringfügigen Änderungen in der Kontakthöhe herrühren), wird der Weg der seitlichen Streichbewegung von jedem Kontakt auf dem zentralen Bereich im Wesentlichen einheitlich sein und insbesondere nicht durch die relative Position jedes Kontaktes im zentralen Bereich beeinflusst.
Da die Elastomerschicht 98 durch die inkompressible Trägerfläche 70 unterstützt ist, übt die Elastomerschicht eine ausreichende Rückstellkraft auf jeden schräg gestellten Träger 90 und somit auf jeden Kontakt 88 aus, um eine angemessene Höhe des Kontakt-zu-Auflage-Druckes während der Streichbewegung aufrecht zu erhalten. Gleichzeitig gleicht die Elastomerschicht geringfügige Höhenunterschiede zwischen den einzelnen Kontakten aus. Wenn somit mit Bezug auf 9a ein relativ kurzer Kontakt 88 zwischen einem unmittelbar benachbarten Paar von relativ langen Kontakten 88b angeordnet ist und diese längeren Kontakte in Eingriff mit ihren jeweiligen Auflagen gebracht werden, dann gestattet, wie in 9b veranschaulicht, die durch die Elastomerschicht vorgenommene Verformung, dass der kürzere Kontakt nach lediglich einem kleineren Maß an weiterem Überschwingen durch die Auflagen in Eingriff mit seiner Auflage gebracht wird. Es wird bei diesem Beispiel festgehalten, dass die Kippwirkung jedes Kontaktes lokal gesteuert ist und dass insbesondere die größeren Kontakte in der Lage sind, sich unabhängig von dem kürzeren Kontakt schräg zu stellen, so dass der kürzere Kontakt nicht in eine seitliche Bewegung beaufschlagt wird, bis er tatsächlich auf seine Auflage aufgesetzt hat.
Mit Bezug auf die bevorzugte Membrananordnung 72a wird nicht nur der Weg und der Druck der Streichwirkung jedes Kontaktes 88 in besonderer Weise reguliert, sondern auch die Streichrichtung. In 6 sind die einzelnen Streichrichtungen der Kontakte 88c–f mittels Richtungspfeilen 112c–f angedeutet. Wie gezeigt, streicht jeder Kontakt nach vorne in Richtung der Längsachse seines Trägers 90. Vorzugsweise sind die Kontakte, wie ferner gezeigt, paarweise (88c, 88d oder 88e, 88f) angeordnet, bei welchen die jeweiligen Kontakte jedes Paares in entgegengesetzte Richtungen streichen. Mit Bezug auf den Wafer oder die Vorrichtung, auf der die Auflagen gebildet sind, wird demnach die durch den ersten Kontakt jedes Paars auf die Vorrichtung ausgeübte Streichkraft durch die von dem zweiten Kontakt jedes Paars ausgeübte Streichkraft aufgehoben. Die Vorrichtung wird daher durch diese Streichkräfte reibungsmäßig nicht in einer Weise nachgezogen, die die gewünschte Streichwirkung zwischen den Kontakten und den Auflagen reduzieren oder sogar verhindern kann.
Zusätzlich zum Vorsehen einer zuverlässigen elektrischen Verbindung bei der zu prüfenden Vorrichtung ist die bevorzugte Membrananordnung 72a in der Lage, solch eine Verbindung über eine große Anzahl von Arbeits- oder Aufsetzzyklen herbeizuführen. Die Elastomerschicht 98 dient insbesondere als ein zuverlässiger Mechanismus, welcher jedem Träger 90 ermöglicht, sich von jedem Aufsetzarbeitsgang rückzuverformen, wodurch das Erfordernis verhindert ist, sich auf einen fehleranfälligen Rückstellmechanismus, wie zum Beispiel eine Krümmbeanspruchung und mechanische Beanspruchung irgendeines Teils der steifen Kontakte als solchen, zu verlassen. Um einen übermäßigen Verschleiß der Kontakte 88 zu verhindern, enthält, wie zuvor erwähnt, jeder Kontakt einen Kontaktabschnitt oder eine Noppe 93 aus einer Rhodiumnickellegierung, und der Träger 90 sowie der Kontaktvorsprung 92 sind ebenfalls aus einer Nickellegierung hergestellt. Die flexiblen Spuren 76a werden vorzugsweise auf einem hochleitfähigen Metall, wie zum Beispiel Gold, für eine gute Verbindung mit den Kontakten hergestellt.
Mit Bezug auf 4 sind L-förmige Schlitze 114 in dem rückseitigen Basisteil 64 ausgebildet, um zu ermöglichen, dass der vordere Träger 66 sich relativ zum Basisteil schräg stellen kann. Falls die flache Trägerfläche 70 und die zu prüfende Vorrichtung 116 vor dem Aufsetzen, wie in 5a gezeigt, in einer schräg gestellten Beziehung zueinander angeordnet sind, wird dementsprechend der Eingriffsdruck zwischen den Kontakten 88 und den Auflagen 100, wenn das Aufsetzen stattfindet, die Trägerfläche automatisch in eine Position parallel zur Vorrichtung bewegen, wie dies in 5b gezeigt ist. Dies verhindert, dass diejenigen Kontakte, die anfangs am engsten zur Vorrichtung angewinkelt sind, zu stark auf ihre Auflagen drücken, was zu einer Beschädigung der Auflagenflächen führen kann. Dies normalisiert ferner den Abstand zwischen der Trägerfläche und jeder Auflage, sobald ein voller Eingriff erreicht ist. Da dieser Auflage-zu-Oberfläche-Abstand das Maß der Durchbiegung jedes Kontaktes bestimmt und da diese Durchbiegung den Streichdruck und den Abstand für jeden Kontakt, wie zuvor beschrieben, festlegt, werden die jeweiligen Streichdrücke und Wege der Kontakte daher in Bezug zueinander trotz eines üblichen Grades an anfänglicher Schrägstellung normalisiert, welche zwischen der Trägerfläche und der Vorrichtung existieren kann.
Zusätzlich zum Vorsehen zuverlässiger elektrischer Verbindungen über eine große Anzahl von Arbeitszyklen kann die exemplarische Membranprüfanordnung 42 auch ausgebildet sein, um die hochdichte Anordnung von Kontaktauflagen derjenigen Art aufzunehmen, wie sie bei moderneren Vorrichtungen angetroffen wird. Mit Bezug beispielsweise auf 10a können die Kontakte 88 so angeordnet sein, dass sie zueinander in Reihen und Spalten ausgerichtet sind. Die Kontaktvorsprünge 92 stimmen somit mit einem zweidimensionalen Gitternetzmuster überein, welches dem Auflagenmuster von Vorrichtungen mit höherer Dichte entspricht. Ein zweidimensionales Gitternetzmuster kann auch erreicht werden, indem die Kontakte in V-förmigen Paaren, wie in 10b gezeigt, angeordnet werden. Bei dieser Anordnung ist die Länge jedes Trägers 90 vorzugsweise länger als oder nahezu so lang wie die Hälfte des Abstandes zwischen den Kontaktvorsprüngen, so dass lediglich eine eindimensionale Verformung der Polyimid-Lageschichten 116 erforderlich ist, wie dies schematisch in 10c dargestellt ist (die Verformung der Polyimid-Lageschichten für die Reihen- und Spaltenanordnung von Kontakten würde von der gezeigten Ansicht her genauso aussehen). Bei diesen Ausführungsformen mit höherer Dichte gehen die leitfähigen Spuren, welche die Daten-/Signalleitungen zu den Kontakten bilden, zwischen den Polyimidschichten hindurch, und jede Spur ist mit dem entsprechenden Kontakt durch eine leitfähige Durchgangsbohrung (nicht gezeigt) verbunden.
Eine exemplarische, flexible Membrananordnung 72a und ihre Zusammenschaltung mit einer flachen Trägerfläche 70 mittels einer Elastomerschicht 98 ist nunmehr beschrieben worden. Diese Konstruktion schafft eine exemplarische Ausführungsform für den Kontaktabschnitt der Membranprüfanordnung 42. Es ist jedoch klar, dass alternative Ausführungsformen des Kontaktabschnitts auch möglich sind, ohne die breiten Wesensmerkmale der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
11a–11e zeigen eine Folge von Schritten, welche bei der Konstruktion einer alternativen Ausführungsform 174 des zentralen Abschnitts der Membrananordnung verwendet wird. Die fertiggestellte Konstruktion ist in den 11f und 13 gezeigt.
Mit Bezug auf 11f sind bei dieser alternativen Ausführungsform feste Kontaktträger 176, wie zum Beispiel aus einer Rhodiumnickellegierung, auf der Außenseite der flexiblen Membrananordnung 178 vorgesehen. Zum Aufnehmen eines Kontaktmusters mit hoher Dichte (13) wird die Membrananordnung durch mehrfache Polyimidschichten 180 (aus Gründen einer vereinfachten Darstellung sind lediglich zwei Schichten gezeigt) gebildet und schließt eine leitfähige Rückebene 182 sowie flexible, streifenartige Leitungen 184 ein, welche durch die Schichten hindurchtreten. Jede Leitung verbindet sich mit einem jeweiligen Kontaktträger über ein Durchgangsloch 186 und eine kurze, leitfähige Spur 188 (vorzugsweise aus einem hochleitenden Metall, wie zum Beispiel Gold, für einen guten elektrischen Kontakt mit dem Träger aus einer Nickellegierung), um die erforderliche Daten-/Signalleitung zu schaffen.
Eine Klebeverbindung 190 befestigt die Membrananordnung an der flachen Trägerfläche 70 ausgenommen die U-förmigen Klappenabschnitte 192 der Anordnung. Diese Klappenabschnitte tragen jeweils einen einzelnen Kontaktträger und sind durch U-förmige Schlitze 194 (13) gebildet, welche durch die Anordnung geschnitten sind. Ein Elastomerstempel 196 ist unterhalb jedes Klappenabschnitts befestigt. Dieser Stempel hält den entsprechenden Kontaktträger in einer schrägen Position relativ zur Trägerfläche und ermöglicht ein Kippen des Trägers in einer lokalisierten Weise in Bezug auf die Oberfläche.
Wenn mit Bezug auf 12 jeder Kontaktträger 176 auf seiner jeweiligen Auflage 100 aufsetzt, wird der U-förmige Klappenabschnitt 192 zur flachen Trägerfläche 70 gegen die federnde, durch den Elastomerstempel 196 vorgesehene Vorspannung durchgebogen. Dies bringt den Kontaktträger dazu, relativ zur Trägerfläche derart zu kippen, dass unterschiedliche Abschnitte (vorne und hinten) dieses trägergeformten Kontakts sich über unterschiedliche Distanzen relativ zur Oberfläche bewegen, und der Kontaktträger wird in eine seitliche Reinigungsbewegung quer über die Auflage getrieben. Die Strecke 198 dieser seitlichen Reinigungsbewegung hängt unmittelbar von der Strecke der vertikalen Durchbiegung des Kontaktträgers oder in äquivalenter Weise von der Strecke des Überschwingens 200 der Auflage über die Position des anfänglichen Aufsetzens ab. Abgesehen von geringfügigen Änderungen in der Kontakthöhe wird diese Strecke für jeden trägergeformten Kontakt im Wesentlichen dieselbe sein, was zu gleichförmigen Rubbelbewegungen durch die unterschiedlichen Kontakte führt.
Obgleich sie nicht so bequem wie die einheitliche Elastomerschicht 98 (mit Bezug zu 8) herzustellen sind, liefern die Elastomerstempel 196 gemeinsam dieselben Primärfunktionen wie diese Schicht. Das heißt, dass jeder Elastomerstempel, welcher in Verbindung mit der inkompressiblen Trägerfläche 70 wirkt, sicherstellt, dass der entsprechende Kontaktträger 176 mit genügendem Druck nach unten drücken wird, sowie dieser quer über die Auflage streicht, und, sobald der Eingriff vollständig ist, sicherstellt, dass der Kontaktträger sich aus seiner Kippbewegung in einer Weise rückverformen wird, die eine Krümmungsbeanspruchung oder mechanische Beanspruchung des Trägers vermeidet. Dieser Näherungsweg ist gegenüber demjenigen, bei welchem ein Kontaktträger oder -finger vorgesehen ist, bevorzugt, wo ein Abschnitt des Trägers in einer auskragenden Weise weg von dem untergelegten Träger gekrümmt wird. Bei diesem letzten Näherungsweg verlässt man sich zum Vorsehen des Rückstellmechanismus auf die Eigen-Federkraft des in dem Träger enthaltenen Metalls, und der Träger neigt deshalb zu Spannungsermüdung und vorzeitigem Versagen.
Mit Bezug auf die 11a und 11b wird beim Konstruieren des alternativen Kontaktabschnitts 174 zunächst ein Opfersubstrat 204 vorgesehen, und Ausnehmungen 206 werden nominell mit einer Tiefe von 3 mil an den gewünschten Stellen für die Elastomerstempel 196 in dem Substrat ausgebildet. Die Ausnehmungen werden dann mit Siliciumgummi gefüllt, um die Stempel 196 zu formen, wie dies in 11c gezeigt ist, und die vorgefertigte, flexible Membrananordnung 178 wird mit dem Substrat und den Stempeln, wie in 11d gezeigt, verbunden. Anschließend wird das Opfersubstrat gelöst oder weggeätzt, wobei die Stempel an der Membrananordnung befestigt bleiben, und die U-förmigen Schlitze 194 werden, wie in 11e gezeigt, durch die Anordnung geschnitten. Schließlich wird die Klebeverbindung 190 auf der Rückseite der Membrananordnung so aufgebracht, dass sie etwa halbwegs in jeden U-förmigen Schlitz läuft, und die gesamte Anordnung wird nach unten gegen die Trägerfläche 70 derart gepresst, dass jeder trägerförmige Kontakt 176 mittels der Rollwirkung um den entsprechenden Stempel in eine schräge Position nach außen gedreht wird, wie dies in 11f gezeigt ist. Die fertiggestellte Konstruktion ist in einer geschnittenen Seitenansicht in 11f und in einer Draufsicht in 13 gezeigt.
In dem in 13 gezeigten Kontaktmuster sind die Kontaktträger 176 in parallelen Reihen entgegengesetzter Richtung auf dem zentralen Bereich 208 der flexiblen Membrananord nung angeordnet. Alternative Kontaktmuster sind ebenfalls möglich, wie dies in 14 gezeigt ist, wo die Kontaktträger 212 im zentralen Bereich 210 in Vierergruppen angeordnet sind, wobei sich jeder Kontakt in einer speziellen Gruppe in einer der vier Kompassrichtungen (Nord, Süd, Ost oder West) erstreckt. Es wird darauf hingewiesen, dass in keinem Muster sämtliche Kontakte in derselben Richtung in einer Art und Weise streichen, welche wahrscheinlich dazu führt, die Auflagen der Vorrichtung reibungsmäßig durch die Kontakte entlang zu ziehen. Somit helfen die gezeigten Kontaktmuster sicherzustellen, dass eine effektive Streichwirkung zwischen den Kontaktträgern und den Auflagen geschieht.
Eine exemplarische Konstruktion für eine Membranprüfanordnung 42 sowie eine alternative Konstruktion für den zentralen Abschnitt der Anordnung und eine Variation derselben sind nunmehr gezeigt und beschrieben worden. Es ist jedoch klar, dass andere Konstruktionen möglich sind, ohne die breiten Wesensmerkmale der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Begriffe und Ausdrücke, die in der obigen Beschreibung benutzt worden sind, dienen hier nur zu Beschreibungszwecken und nicht zur Begrenzung, und es ist nicht beabsichtigt, durch die Verwendung solcher Begriffe und Ausdrücke äquivalente Mittel der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder ihrer Teile auszuschließen, wobei beachtet werden sollte, dass der Schutzumfang der Erfindung ausschließlich durch die folgenden Patentansprüche definiert und begrenzt wird.

Claims

Prüfanordnung (42) zum Prüfen einer elektrischen Vorrichtung, welche Prüfanordnung aufweist: (a) einen vorderen Träger (66) aus einem inkompressiblen Material; (b) eine flexible Membrananordnung (72) mit einem zentralen Bereich, welcher in einer überlagernden Beziehung zum vorderen Träger (66) angeordnet ist; (c) mehrere feste Kontakte, die auf dem zentralen Bereich angeordnet sind und jeweils einen nicht aufrechten, festen Träger (90) und einen Kontaktabschnitt (93) aufweisen, wobei jeder Kontaktabschnitt (93) in einer geeigneten Position für einen Presseingriff mit einer entsprechenden Auflage (100) auf der Vorrichtung angeordnet ist und jeder feste Träger (90) elektrisch mit einem entsprechenden flexiblen Leiter (76a) verbunden ist, welcher sich in den zentralen Bereich erstreckt; (d) einen Druck-Steuermechanismus, welcher einen Elastomerkörper (98) aufweist, welcher zwischen jedem Kontakt und dem Träger (66) angeordnet ist; und (e) einen Bewegungssteuermechanismus, welcher in Bezug zu jedem Kontakt (88) lokal arbeitet und jeden nicht aufrechten, festen Träger (90), wenn der entsprechende Kontaktabschnitt (93) sich in Presseingriff mit der jeweiligen Auflage (100) befindet, in eine Kippbewegung derart beaufschlagt, dass unterschiedliche Abschnitte jedes Trägers sich über unterschiedliche Entfernungen relativ zum vorderen Träger bewegen und dass jeder Kontaktabschnitt (93) gemäß der Kippbewegung in eine seitliche Reinigungsbewegung quer über die entsprechende Auflage (100) getrieben wird, wobei der Elastomerkörper (98) derart angeordnet ist, dass es jedem Träger ermöglicht ist, sich aus der Kippbewegung derart rückzuverformen, dass eine mechanische Beanspruchung jedes Trägers vermieden ist.
Prüfanordnung (42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Träger unabhängig von den anderen Trägern (90) kippbar ist.
Prüfanordnung (42) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein rückseitiges Basisteil (64), wobei der vordere Träger (66) kippbar mit dem rückseitigen Basisteil (64) gekoppelt ist, um ein automatisches Kippen des vorderen Trägers (66) relativ zum rückseitigen Basisteil (64) in Richtung auf eine Position parallel zur Vorrichtung als Ant wort auf den Presseingriff zwischen einzelnen Kontaktabschnitten (93) und entsprechenden Auflagen (100) zu ermöglichen.
Prüfanordnung (42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabschnitt (93) jedes Kontaktes (88) auf einem Kontaktvorsprung (92) enthalten ist, welcher in einer außermittigen Anordnung fest mit dem entsprechenden Träger (90) verbunden ist.
Prüfanordnung (42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (88) in Paaren (88c, 88d) vorgesehen sind und die jeweiligen seitlichen Reinigungsbewegungen der Kontakte (88) bei jedem Paar (88c, 88d) in unterschiedlichen Richtungen (112c, 112d) erfolgen.
Prüfanordnung (42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strecke (108) der seitlichen Reinigungsbewegung jedes Kontaktes (88) nach dem Aufsetzen jedes Kontaktabschnitts (93) auf die entsprechende Auflage (100) für jeden Kontakt gleichbleibend von der Strecke (106) abhängig ist, welche nach dem Aufsetzen zum Reduzieren des Abstands zwischen dem Träger (66) und der entsprechenden Auflage (100) zurückgelegt wird.
Prüfanordnung (42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (98) eine einheitliche Struktur hat.
Prüfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (88) in Reihen und Spalten angeordnet sind.
Prüfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Träger (90) in einer überlappenden Beziehung mit dem entsprechenden flexiblen Leiter (76a) verbunden ist.
Prüfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Membrananordnung (72) sich im Wesentlichen fortlaufend längs des zentralen Bereichs erstreckt.
Prüfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kontakt (88) durch einen fortlaufenden Abschnitt der flexiblen Membrananordnung (72) abgestützt ist.
Verfahren zum Prüfen einer elektrischen Vorrichtung, umfassend: (a) Vorsehen eines vorderen Trägers (66) aus einem inkompressiblen Material; (b) Vorsehen einer flexiblen Membrananordnung (72a) mit einem zentralen Bereich, welcher in einer überlagernden Beziehung zum vorderen Träger (66) angeordnet ist; (c) Vorsehen mehrerer fester Kontakte (88), die auf einem zentralen Bereich angeordnet sind und jeweils einen nicht aufrechten, festen Träger (90) und einen Kontaktabschnitt (93) aufweisen, wobei jeder Kontaktabschnitt (93) in einer geeigneten Position für einen Presseingriff mit einer entsprechenden Auflage (100) auf der Vorrichtung angeordnet ist und jeder Träger (90) elektrisch mit einem entsprechenden flexiblen Leiter (76a) verbunden ist, welcher sich in den zentralen Bereich erstreckt; (d) Vorsehen eines Druck-Steuermechanismus, welcher einen Elastomerkörper (98) aufweist, welcher zwischen jedem Kontakt (88) und dem Träger (66) angeordnet ist; und (e) Beaufschlagen jedes nicht aufrechten, festen Trägers (90), wenn der entsprechende Kontaktabschnitt (93) sich in Presseingriff mit der jeweiligen Auflage (100) befindet, in eine Kippbewegung derart, dass unterschiedliche Abschnitte jedes Trägers (90) sich über unterschiedliche Entfernungen relativ zum vorderen Träger bewegen und dass jeder Kontaktabschnitt (93) gemäß der Kippbewegung in eine seitliche Reinigungsbewegung quer über die entsprechende Auflage (100) getrieben wird, ferner umfassend ein nachgiebiges Entgegenwirken der Kippbewegung mit Hilfe des Elastomerkörpers (98) derart, dass es jedem Kontakt (88) ermöglicht ist, sich aus der Kippbewegung so rückzuverformen, dass eine mechanische Beanspruchung jedes Trägers (90) vermieden ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein kürzerer der Kontakte (88) in eine Kippbewegung zu einem späteren Zeitpunkt als ein unmittelbar benachbarter, größerer Kontakt (88) beaufschlagt wird, um geringfügige Höhenunterschiede zwischen einzelnen Kontakten (88) auszugleichen.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch das Vorsehen eines rückseitigen Trägers (64), welcher kippbar mit dem vorderen Träger verbunden ist und den vorderen Träger (66) automatisch relativ zu dem rückseitigen Träger (64) hin in eine Position parallel zur Vorrichtung als Antwort auf einen Presseingriff zwischen jeweiligen Kontaktabschnitten (83) und den entsprechenden Auflagen (100) kippt.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch das Vorsehen von Kontakten (88) in Paaren (88c, 88d) und das Antreiben der Kontakte (88) in jedem Paar (88c, 88d) derart, dass die jeweiligen seitlichen Reinigungsbewegungen in unterschiedliche Richtungen (112c, 112d) laufen.