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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Prüfeinrichtung zur Prüfung von
elektrischen Prüflingen, vorzugsweise
Wafern, mit mindestens einer elektrischen Kontaktanordnung und mindestens
einer elektrischen, mit mindestens einem elektrischen/elektronischen
Bauteil versehenen Anschlussvorrichtung, die Kontaktflächen für eine Berührungskontaktierung der
mit dem Prüfling
kontaktierbaren Kontaktanordnung besitzt und die ein Leitersubstrat
und ein Anschlusselement aufweist.
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Elektrische
Prüfeinrichtungen
der eingangs genannten Art dienen dazu, einen Prüfling elektrisch zu kontaktieren,
um seine Funktionsfähigkeit
zu testen. Die elektrische Prüfeinrichtung
stellt elektrische Verbindungen zum Prüfling her, das heißt, sie
kontaktiert einerseits elektrische Anschlüsse des Prüflings und stellt andererseits
elektrische Kontakte zur Verfügung,
die mit einem Prüfsystem
verbunden werden, das mittels der Prüfeinrichtung dem Prüfling elektrische
Signale zuführt,
um für
eine Funktionsprüfung
beispielsweise Widerstandsmessungen, Strom- und Spannungsmessungen
und so weiter durchzuführen.
Da es sich bei dem elektrischen Prüfling oftmals um ein extrem
kleines elektronisches Bauelement handelt, beispielsweise um einen
Wafer, besitzt die Kontaktanordnung entsprechend dimensionierte
Kontaktelemente. Um eine elektrische Anschlussmöglichkeit zum erwähnten Prüfsystem
zu schaffen, stehen die Kontaktelemente der Kontaktanordnung in
Berührungskontakt
mit einer Anschlussvorrichtung, die unter anderem eine Umsetzung
auf einen größeren Kontaktabstand
vornimmt und insofern das Anschließen von elektrischen Verbindungskabeln
ermöglicht,
die zum Prüfsystem führen. Bei der
so genannten „verdrahteten
Prüfkarte" führen von
den Kontaktflächen
Drähte
zu Kontakten des Leitersubstrats und/oder zu elektrischen/elektronischen Bauteilen,
die sich auf dem Leitersubstrat befinden. Diese elektrischen/elektronischen
Bauteile stellen die Funktionsfähigkeit
der Prüfkarte
sicher, das heißt, sie
vermitteln entsprechende elektrische Eigenschaften. Die elektrischen/elektronischen
Bauteile werden auf das Leitersubstrat, das insbesondere als Leiterplatte
ausgebildet ist, aufgelötet.
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Bei
den bekannten elektrischen Prüfeinrichtungen
kann es bei bestimmten Prüfbedingungen
zu Einschränkungen
kommen, beispielsweise dann, wenn die Prüfung mit sehr hohen elektrischen
Frequenzen erfolgt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Prüfeinrichtung
der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die eine zuverlässige Prüfung des
Prüflings
auch unter extremen Prüfbedingungen
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass sich das elektrische/elektronische Bauteil in/an dem Anschlusselement
befindet. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird die
Leitungslänge
zwischen dem Prüfling
und dem elektrischen/elektronischen Bauteil deutlich verkürzt, da
sich das Bauteil in/an dem Anschlusselement befindet. Das Anschlusselement
ist sehr nahe zum Prüfling
platziert; zwischen dem Prüfling
und dem Anschlusselement befindet sich lediglich die Kontaktanordnung.
Durch die sehr kurze Leitungslänge
zwischen dem elektrischen/elektronischen Bauteil und dem Prüfling ist
die Wirksamkeit und Funktionsfähigkeit
des elektrischen Bauteils erheblich erhöht.
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Der
Prüfling
kann daher insbesondere auch bei sehr hohen elektrischen Frequenzen
getestet werden. Die Positionierung des elektrischen Bauteils in/an
dem Anschlusselement ist nicht nur sehr nahe am Prüfling, sondern
zudem vorzugsweise in einem Gebiet vorgesehen, das grundsätzlich der
Anordnung von Kontakten der Kontaktanordnung vorbehalten ist, sodass
durch diese Maßnahme
eine Besonderheit vorliegt. Beim Gegenstand der Erfindung liegt insbesondere
eine so genannte „verdrahtete
Prüfkarte" vor.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass das Anschlusselement als Anschlussgehäuse oder
Anschlussplatte ausgebildet ist und dass sich das elektrische/elektronische
Bauelement im/am Anschlussgehäuse
oder in/an der Anschlussplatte befindet.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Anschlusselement,
das insbesondere als Anschlussgehäuse oder Anschlussplatte ausgebildet
ist, mindestens eine Aufnahme zur Aufnahme des Bauteils aufweist.
Bevorzugt kann das elektrische/elektronische Bauteil als SMT-Bauteil, also
in (Surface Mount Technology-Bauform) ausgeführt sein.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Anschlusselement,
das insbesondere als Anschlussgehäuse oder Anschlussplatte ausgebildet
ist, die Kontaktflächen
aufweist. Mithin kann das mindestens eine elektrische/elektronische Bauteil
in unmittelbarer Nachbarschaft der Kontaktflächen angeordnet werden, wobei
die Kontaktflächen über die
Kontaktanordnung mit dem Prüfling
in Berührungskontakt
bringbar sind.
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Das
Leitersubstrat ist insbesondere als Leiterplatte ausgebildet.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Leitersubstrat eine Öffnung aufweist,
in der sich zumindest bereichsweise das Anschlusselement, das bevorzugt
als Anschlussgehäuse
oder Anschlussplatte ausgebildet ist, befindet. Die Öffnung dient
dazu, das Anschlusselement aufzunehmen, das heißt, das Anschlusselement wird
von dem Leitersubstrat, insbesondere der Leiterplatte, umgeben. Bevorzugt
befindet sich das Anschlusselement in zentraler Anordnung zum Leitersubstrat,
das heißt, die Öffnung ist
zentral oder im Wesentlichen zentral im Leitersubstrat ausgebildet.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufnahme
als Aufnahmevertiefung oder als Aufnahmedurchbruch ausgebildet ist. Durch
die Aufnahmevertiefung oder den Aufnahmedurchbruch ist das Bauteil
geschützt
aufgenommen, wobei dennoch eine Zugänglichkeit von außen besteht,
um es beispielsweise im Defektfall austauschen zu können.
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Die
Kontaktanordnung ist bevorzugt als Kontaktkopf ausgebildet. Die
Kontaktanordnung weist bevorzugt als Kontakte Kontaktstifte, insbesondere Knicknadeln,
auf, die mit ihren einen Enden die Kontaktflächen und mit ihren anderen
Enden den Prüfling kontaktieren
können.
Bei diesen Kontaktierungen handelt es sich bevorzugt um Berührungskontaktierungen.
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Die
Anordnung kann so getroffen sein, dass mindestens eine Kontaktfläche mit
dem Bauteil elektrisch verbunden ist. Ferner ist bevorzugt vorgesehen,
dass mindestens ein Leiter des Leitersubstrats mit dem Bauteil elektrisch
verbunden ist. Je nach Ausgestaltung kann das Bauteil direkt oder über eine Verbindungsleitung
mit der mindestens einen Kontaktfläche elektrisch verbunden sein.
Ferner kann der Leiter des Leitersubstrats direkt oder über eine
Verbindungsleitung mit dem Bauelement verbunden sein.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Aufnahme oder mindestens
eine der Aufnahmen an einer der Kontaktanordnung zugewandten und/oder
der Kontaktanordnung abgewandten Seite des Anschlusselements, insbesondere
des Anschlussgehäuses
oder der Anschlussplatte, ausgebildet ist. Die Aufnahme für das Bauelement
kann somit auf der dem Prüfling
zugewandten Seite des Anschlusselements oder der dem Prüfling abgewandten Seite
des Anschlusselements vorgesehen sein. Die Anordnung ist dabei derart
getroffen, dass in jedem Falle eine Zugänglichkeit zum Bauelement besteht, um
dies bei Bedarf auswechseln zu können.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufnahme
in einem kontaktflächenfreien
Bereich benachbart zu mindestens einer Kontaktfläche angeordnet ist. Obwohl
das Gebiet, in dem sich das Bauelement befindet, grundsätzlich für Kontakte
der Kontaktanordnung vorbehalten ist, geht die Erfindung diesen
Weg und ordnet dort das Bauelement an, wobei es vorzugsweise derart
zwischen den Kontakten der Kontaktanordnung platziert wird, dass
es nicht störend
in Erscheinung tritt.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass dem Anschlusselement eine Abstützeinrichtung
zugeordnet ist. Da sich bei der Berührungskontaktierung des prüfenden Prüflings die
Kontakte der Kontaktanordnung jeweils mit einem Ende am Prüfling und
mit dem anderen Ende an der zu kontaktierenden Kontaktfläche des
Anschlusselements abstützen,
tritt bei jedem Kontakt eine Kontaktkraft auf, die sich in der Summe der
Vielzahl der Kontakte zu einer insgesamt hohen Kon taktkraft aufsummiert.
Um diese hohe Kontaktkraft ohne unzulässige Verformung von Baugruppen der
Prüfeinrichtung
aufnehmen zu können,
ist die Abstützeinrichtung
vorgesehen. Hierbei handelt es sich um ein relativ steifes Bauelement
(Stiffener), an der sich das Anschlusselement abstützt.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass die Abstützeinrichtung
mindestens eine Zugriffsöffnung
zum Zugriff zu dem mindestens einen Bauteil aufweist. Demzufolge
ist die Abstützeinrichtung
derart gestaltet, dass durch die Zugriffsöffnung ein Zugang zu dem Bauteil
besteht, sodass dieses zum Beispiel bei Bedarf ausgetauscht werden
kann.
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Die
Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels,
und zwar zeigt die Figur eine schematische Längsschnittansicht durch eine
elektrische Prüfeinrichtung.
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Die
Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine elektrische
Prüfeinrichtung 1,
die zur elektrischen Berührungskontaktierung
eines elektrischen Prüflings 2 dient.
Die Prüfeinrichtung 1 ist
mittels nicht dargestellter elektrischer Kabelverbindungen an ein
ebenfalls nicht dargestelltes Prüfsystem
angeschlossen, um den Prüfling 2 einer
elektrischen Prüfung
zu unterziehen. Der Prüfling 2,
der insbesondere als Wafer 3 ausgebildet sein kann, befindet
sich auf einem abstützenden
Träger 4. Der
Prüfling 2 weist
nicht näher
dargestellte Anschlussstellen auf, die mittels der elektrischen
Prüfeinrichtung 1 für die Prüfung berührungskontaktiert werden.
Hierzu werden der Prüfling 2 und
die elektrische Prüfeinrichtung 1 relativ
aufeinander zu bewegt.
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Die
Prüfeinrichtung 1 weist
eine Kontaktanordnung 5 auf, die als Kontaktkopf 6 ausgebildet
ist. Ferner besitzt die Prüfeinrichtung 1 eine
Anschlussvorrichtung 7, die ein Anschlusselement 8 und
ein Leitersubstrat 9 aufweist. Das Leitersubstrat 9 ist
als Leiterplatte 10, insbesondere als mehrlagige Leiterplatte 10 ausgebildet.
Sie besitzt Leiter 11, die bevorzugt als Leiterbahnen 12 ausgebildet
sind und die an ihren dem Kontaktkopf 6 abgewandten Enden
Kontaktflächen 13 aufweisen,
die über
elektrische Verbindungsleitungen 14 zu Kontaktflächen 15 oder
zu elektrischen/elektronischen Bauteilen 16 führen. Die Kontakfflächen 15 werden
insbesondere von den Stirnenden der vorzugsweise als Drahtverbindungen ausgebildeten
Verbindungsleitern 14 gebildet. Ferner sind Verbindungsleiter 17 vorgesehen,
die von den Bauteilen 16 zu Kontaktflächen 15 führen. Die
Leiter 11 besitzen an ihren anderen, radial außen liegenden Enden
elektrische Anschlussflächen 18,
die über
die erwähnten,
nicht dargestellten Kabelverbindungen mit dem nicht dargestellten
Prüfsystem
verbindbar sind. Die Anordnung ist so getroffen, dass die Anschlussvorrichtung
eine Umsetzvorrichtung bildet, das heißt, der sehr enge Abstand der
sehr kleinen Kontaktflachen 15 (Durchmesser zum Beispiel
50 bis 300 μm)
wird über
die Verbindungsleiter 14 und die Leiter 11 in
größere Abstände der
Anschlussflächen 18 umgesetzt.
Die Anschlussflächen 18 haben
jeweils eine Größe, die
es ermöglicht,
auf einfache Art Kontakt mit den nicht dargestellten Kabelverbindungen
herstellen zu können.
Der Kontaktkopf 6 ist mit einer Vielzahl von längsverschieblich
gelagerten, länglichen
Kontakten 19 versehen, die vorzugsweise als Kontaktnadeln,
insbesondere Knicknadeln, ausgebildet sein können, die mit ihren einen Endbereichen
dem Prüfling 2 und
mit ihren anderen Endbereichen der Anschlussvorrichtung 7 zugeordnet
sind.
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Bei
der Prüfung
des Prüflings 2 bewegt
sich die Prüfeinrichtung 1 in
Richtung auf den Prüfling 2 und/oder
der Prüflings 2 bewegt
sich in Richtung auf die Prüfeinrichtung 1,
sodass die Stirnenden der Kontakte 19 einerseits auf den
Prüfling 2 und
andererseits auf die Kontaktflächen 15 auftreffen.
Da die Kontakte 19 insbesondere als Knickdrähte ausgebildet
sind, das heißt,
sie sind in axialer Richtung durch Durchbiegung leicht federnd gestaltet,
ist eine einwandfreie Kontaktierung möglich. Der Kontaktkopf 6 besitzt
zwei mit Abstand zueinander liegende, parallele Keramikplatten 20, 21,
die mit Lagerbohrungen 22 zur Aufnahme der Kontakte 19 versehen
sind. Die parallele Abstandslage der beiden Keramikplatten 20 und 21 ist
mittels eines Abstandshalters 23 realisiert.
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Die
Verbindungsleiter 14 verlaufen zumindest abschnittsweise
durch das Anschlusselement 8 und sind dort fixiert. Das
Anschlusselement 8 kann gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als Anschlussgehäuse 24 ausgebildet
sein. Es ist beispielsweise als Gießblock realisiert, in dem die
Verbindungsleiter 14 in fester Position eingegossen sind. Das
Leitersubstrat 9 weist eine Öffnung 25 auf, in
der sich bereichsweise das Anschlusselement 8 befindet.
Das Anschlusselement 8 weist eine Oberseite 26 auf,
die sich an einer Abstützeinrichtung 27 abstützt. Die
Abstützeinrichtung 27 ist
als steifes Bauelement ausgebildet, sodass die von den Kontakten 19 stammenden
Kontaktkräfte
ohne Verformungen an Bauelementen der elektrischen Prüfeinrichtung 1 aufgenommen
werden können.
Das Leitersubstrat 9 weist eine Oberseite 28 auf,
die sich ebenfalls an der Abstützeinrichtung 27 abstützt.
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Nach
einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Abstützelement 8 auch
flacher ausgebildet sind, sodass es kein Anschlussgehäuse 24,
sondern eine Anschlussplatte bildet.
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Das
Anschlusselement 8 weist – unabhängig davon, ob es als Anschlussgehäuse 24 oder
Anschlussplatte ausgebildet ist – die Kontakfflächen 15 auf,
die mit den Verbindungsleitern 14 beziehungsweise 17 verbunden
sind oder von den Stirnflächen dieser
Verbindungsleiter 14, 17 gebildet werden. Ferner
ist dem Anschlusselement 8 mindestens ein elektrisches/elektronisches
Bauteil 16, beispielsweise ein Kondensator, direkt zugeordnet,
das heißt,
das Bauteil 16 befindet sich in oder an dem Anschlusselement 8.
Es kann dort – wie
beim Ausführungsbeispiel der
Figur dargestellt – in
einer Aufnahme 29 angeordnet sein. Bei der Aufnahme 29 handelt
es sich um eine Aufnahmevertiefung 30, die an einer Unterseite 31 des
Anschlusselements 8 ausgebildet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind beispielsweise zwei Aufnahmen 29 vorgesehen, die als
Aufnahmevertiefungen 30 ausgebildet sind, und jeweils ein Bauteil 16 aufnehmen.
Aufgrund der Anordnung der Bauteile 16 in dem Anschlusselement
fallen die Verbindungsleiter 17 sehr kurz aus, das heißt, die
Bauteile 16 sind sehr nahe dem Prüfling 2 positioniert,
sodass die elektrischen Verbindungswege zwischen Bauteil 16 und
Prüfling 2 so
kurz sind, dass insbesondere auch Messungen mit sehr hohen Frequenzen möglich sind.
Die elektrische Funktionsfähigkeit
der Bauteile 16 ist somit stets sichergestellt. Ferner
lassen sich auch extreme Prüfbedingungen
realisieren, die bei über
längere
Leitungsverbindungen angeschlossenen elektrischen/elektronischen
Bauteilen gar nicht realisierbar wären.
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Aufgrund
der Anordnung des elektrischen/elektronischen Bauteils 16 im
Bereich einer der Außenseiten
des Anschlusselements 8, insbesondere an der Unterseite 31 oder
der Oberseite 26, in einer Aufnahmevertiefung 30 oder
nicht in vertiefter Position, ist stets eine von außen mögliche Zugänglichkeit
zum Bauteil 16 gegeben, sodass dieses bei Bedarf ausgetauscht
werden kann. Das elektrische/elektronische Bauteil 16 kann
als SMT-Bauteil ausgebildet sein (Surface Mount Technology-Ausführung).
Alternativ ist auch eine Ausführung
des Bauteils 16 denkbar, bei der es eigene Anschlussdrähte besitzt,
die bei hinreichender Länge
gegebenenfalls direkt mit den Kontaktflächen 13 verbunden
werden können
beziehungsweise die Kontaktflächen 15 bilden.
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Sofern
sich das elektrische/elektronische Bauteil 16 auf der Oberseite 26 des
Anschlusselements 8 befindet oder im Bereich der Oberseite 26, zum
Beispiel in einer Aufnahmevertiefung 30, angeordnet ist,
ist die Abstützvorrichtung 27 bevorzugt
mit einer Zugriffsöffnung
versehen, die einen Zugriff von außen auf das Bauteil 16 ermöglicht.
Diese Ausführungsform
ist in der Figur nicht dargestellt.
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Wenn
im Vorstehenden von einem oder mehreren elektrischen/elektronischen
Bauteilen 16 gesprochen wird, so ist dieses keine Beschränkung auf
die Anzahl der Bauelemente, da die Erfindung nicht von einem oder
mehreren vorhandenen Bauelementen 16 abhängig ist,
sondern sich insbesondere auf die spezielle Positionierung des Bauteils 16 oder
der Bauteile 16 bezieht.