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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Federtastspitzen-Blockanordnungen
des Typs, der in automatischen Testausrüstungen (ATE) verwendet wird,
und insbesondere auf Federtastspitzen-Blockanordnungen zur Verwendung
in Anwendungen mit hoher Bandbreite.
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Federtastspitzenblöcke werden
verwendet, um temporäre
Federkontaktschnittstellen zwischen integrierten Schaltungen oder
anderen elektronischen Ausrüstungen
und dem Prüfkopf
der automatisierten Testausrüstung
bereitzustellen, um notwendige Tests von integrierten Schaltungen
oder anderen elektronischen Ausrüstungen
auszuführen.
Federtastspitzen-Blockanordnungen des Typs, der in automatischen
Testausrüstungen
verwendet wird, sind weit verbreitet und verwenden allgemein gleichartige Konstruktionen.
Federtastspitzen-Blockgehäuse werden
typischerweise in einer teuren Abfolge von Verfahren aus Metallstangen
bearbeitet, die eine genaue Anordnung und einen genauen Durchmesser der
Bohrungen, die koaxiale durch Presspassung eingepasste Tastspitzen
und Erdungs-Steckverbinder annehmen, gewährleisten. Die Herstellung
aus festem Metall dient ebenfalls zur gemeinsamen Erdung von allen
Schaltungselementen, was bis vor kurzem aus Gründen der Signalintegrität als erwünscht betrachtet
wurde. Einige Federtastspitzen-Blockgehäuse wurden
statt aus bearbeitetem Metall ebenfalls aus gegossenen Polymeren
hergestellt.
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Sowohl
bei Metall- als auch bei Polymer-Tastspitzenblockgehäusen enden
die koaxialen Tastspitzenverbindungselemente einzeln am einen Ende
in Koaxialkabeln und am anderen Ende an den Federtastspitzen. Typischerweise
wird eine Federtastspitze für
jede Signalleitung bereitgestellt und eine oder mehrere Federtastspitzen
werden bereitgestellt, um als Referenz (Erdung) für jede Signalleitung
zu dienen. Im Fall von Polymer-Federtastspitzengehäusen können mit
jeder Signalleitung verbundene koaxiale Abschirmungsrohre und Erdungs- Federtastspitzen
durch das dielektrische Material des Polymergehäuses elektrisch von ihren Nachbarn
isoliert werden. Diese Isolation von jedem Kanal (der aus einer
Signalleitung und ihrer verbundenen Erdungsrückführschleife besteht) ist notwendig,
um höhere
Bandbreiten zu erreichen. Die Fähigkeit,
mit höheren
Bandbreiten zu arbeiten ist wichtig, da die nächste Generation von automatisierten
Testausrüstungen
nicht nur zum Testen von schnelleren integrierten Schaltungen verwendet
werden wird, sondern ebenfalls, um integrierte Schaltungen schneller zu
testen.
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Viele
der gegenwärtig
verfügbaren
Federtastspitzen-Blockanordnungen
sind nicht zur Verwendung in Anwendungen mit hoher Bandbreite geeignet,
da ihre Konstruktionen an einer oder mehreren Schwächen leiden.
Insbesondere stellen viele der Federtastspitzen-Blockanordnungen
(insbesondere diejenigen, die unter Verwendung eines Metallgehäuses hergestellt
werden) eine gemeinsame Erdung für
alle Erde-Tastspitzen bereit. Wie vorhergehend erläutert, ist
eine gemeinsame Erdung nicht für Anwendungen
mit hoher Bandbreite geeignet. Vielmehr wird für Anwendungen mit hoher Bandbreite gewünscht, dass
die Signaltastspitze und ihre verbundenen Erde-Tastspitzen elektrisch
von anderen koaxialen Signal- und Erde-Tastspitzen isoliert sind.
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Viele
der Konstruktionen des bisherigen Stands der Technik (diejenigen,
die sowohl Metall- als auch Polymergehäuse verwenden) sind aufgrund des
Vorhandenseins von zu großen
Erdungsrückführschleifen
ebenfalls nicht für
die Verwendung in Anwendungen mit hoher Bandbreite geeignet. 1A zeigt
eine Federtastspitzen-Blockanordnung 10 nach dem bisherigen
Stand der Technik, die ein Polymergehäuse 12 verwendet.
Die Erde-Tastspitzen 14 und die Signaltastspitze 16 werden
durch Löcher 18 in
der Vorderseite des Polymergehäuses 12 eingeführt, wobei
die Erde-Tastspitzen 14 durch die Dosenkontakte 20 empfangen
werden. Die Dosenkontakte 20 sind an das koaxiale Verbindungselement 22 gelötet, welches
das Koaxialkabel 23 beendet und die Signaltastspitze 16 empfängt.
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Wie
in 1B veranschaulicht, beschränkt die übermäßige Länge der Erdungsschleife (durch die
gestrichelte Linie 30 veranschaulicht) die Bandbreite aufgrund
gesteigerter Induktivität.
Die Erdungsschleife 30 läuft von der Spitze der Signaltastspitze 16 durch
die Erde-Tastspitze 14 in den Dosenkontakt 20 entlang
der Balken 32 des Dosenkontakts 20 durch die Schweißnaht und
dann entlang der leitenden Abschirmung 36 des koaxialen
Verbindungselements 22. Die Länge der Erdungsschleife wird durch
die Dicke des Polymergehäuses 12,
durch welches die Signal- und Erde-Tastspitzen 16, 14 durchführen müssen, verschlechtert.
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Es
ist gut bekannt, dass die Induktivität eines bestimmten Rückstromwegs
bei Weitem von größerer Bedeutung
ist als sein Widerstand. Tatsächlich folgen
Hochgeschwindigkeits-Rückströme dem Weg der
geringsten Induktivität
und nicht dem Weg des geringsten Widerstands. Des Weiteren ist gut
bekannt, dass der Rückstromweg
mit der geringsten Induktivität
direkt unter einem Signalleiter liegt. Das bedeutet, dass die Minimierung
des gesamten Erdungsschleifenbereichs zwischen den ausgehenden und
rückkehrenden
Stromwegen zur niedrigsten möglichen
Induktivität
führen
wird. Folglich wird in 1B durch die gestrichelte Linie 38 eine
ideale Erdungsschleife veranschaulicht. (Siehe High Speed Digital
Design: A Handbook of Black Magic von Howard Johnson und Martin
Graham).
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Zusätzlich zu
den vorhergehend genannten Schwächen
erfordern viele verfügbare
Konstruktionen von Federtastspitzen-Blockanordnungen zusätzliche
Komponenten oder Herstellungsschritte, um die Erde-Tastspitze in
der Anordnung zurückzuhalten.
In einigen Fällen
werden rohrförmige
Steckverbinder zum Empfangen und Zurück halten der Erdungs-Federtastspitzen
verwendet. Zum Beispiel wird, wie in 2 gezeigt,
in einem Metall-Federtastspitzen-Blockgehäuse 40,
nachdem eine Bohrung 42 in das Gehäuse 40 gearbeitet
wird, ein rohrförmiger Metallsteckverbinder 44 durch
Presspassung in die Bohrung 42 eingefügt und dann wird die Erdungs-Federtastspitze 46 in
den Steckverbinder 44 eingefügt, wo sie durch eine Presspassung
an Ort und Stelle gehalten wird. Der Steckverbinder 44 wird
verwendet, um dem System Nachgiebigkeit hinzuzufügen und Schaden an der Erdungs-Federtastspitze 46 zu vermeiden,
da die Erdungs-Federtastspitze 46 selbst über eine
sehr geringe Nachgiebigkeit verfügt.
Die Verwendung der Tastspitzen-Steckverbinder 44 trägt zur unerwünschten
Erforderlichkeit von zusätzlichen Montageschritten
und der Aufnahme von zusätzlichen
Teilen bei. In anderen Fällen,
in denen kein röhrförmiger Steckverbinder
verwendet wird, wird die Erdungs-Federtastspitze mit etwas hergestellt,
das als „Bananenkrümmung" bezeichnet wird.
Die Bananenkrümmung
ermöglicht
es der Erdungs-Federtastspitze,
in eine übergroße Bohrung
eingefügt
zu werden und durch eine Friktionspassung innerhalb der Bohrung
zurückgehalten
zu werden. Die Herstellung einer Federtastspitze mit einer Bananenkrümmung ist
indes schwierig und teuer und erfordert, dass unterschiedliche Typen
von Federtastspitzen für
die Signal- und Erdungsleitungen verwendet werden. Es ist klar,
dass zusätzliche
Herstellungsschwierigkeiten und Kosten sowie die Aufnahme von zusätzlichen Teilen
nicht wünschenswert
ist. In beiden vorhergehend beschriebenen Situationen ist das Ersetzen
einer beschädigten
Erde-Federtastspitze
ohne eine Beschädigung
der restlichen Anordnung sehr schwierig.
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EP-A-0
317 191 offenbart eine Anschlussverbindungseinrichtung, JP-A-2001
004 659 und US-A-4 783 624 offenbaren Tastspitzeneinrichtungen.
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Es
ist klar, dass eine Federtastspitzen-Blockanordnung benötigt wird,
die einen kosteneffektiven Ansatz zum Bereitstellen von elektrisch
stabilen Wegen mit geringer Induktivität zwischen den Koaxialverbindungen
und ihren Erde-Tastspitzen bereitstellen kann. Vorzugsweise würde eine
solche Federtastspitzen-Blockanordnung den Bedarf nach Erdungs-Tastspitzen-Steckverbindern
(und die damit verbundenen Kosten, Montagearbeiten und den längeren Impedanzweg)
beseitigen. Des Weiteren würde
die Federtastspitzen-Blockanordnung nicht die Verwendung einer Erdungs-Federtastspitze
erfordern, die eine Bananenkrümmung
hat, wenn kein Erde-Tastspitzen-Steckverbinder
verwendet wird. Vorzugsweise würde
die Federtastspitzen-Blockanordnung ebenfalls das Ersetzen der Federtastspitzen und
Koaxialverbindungselemente innerhalb der Blockanordnung erleichtern,
ohne, dass eine weitgehende Wiederverarbeitung oder sogar eine Ausmusterung
der gesamten Federtastspitzen-Blockanordnung erforderlich wird.
Zusätzlich
wäre die
Federtastspitzen-Blockanordnung vorzugsweise widerstandsfähig gegen
große
Kabelzugkräfte,
die die Koaxialverbindungen während
der Bewegung der automatisierten Testausrüstung auf unachtsame Weise
wegziehen könnten.
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Das
Problem wird mit einer Erdungseinrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren
zum Zurückhalten
einer Feder gemäß Anspruch
9 gelöst. Vorrichtungen
und Verfahren, die nicht in dieser Reihenfolge gemäß Anspruch
1 und 9 sind, werden nur zu veranschaulichenden Zwecken beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
eine Ansicht eines Querschnitts einer Federtastspitzen-Blockanordnung
des bisherigen Stands der Technik;
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1B ist
eine stark vergrößerte perspektivische
Ansicht des Tastspitzenverbindungselements und der Erde-Tastspitzenanordnung
der Federtastspitzen-Blockan ordnung von 1A;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Federtastspitzen-Blockanordnung;
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3A ist
eine perspektivische Ansicht einer hierin beschriebenen Federtastspitzen-Blockanordnung;
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3B ist
eine äußere Ansicht
der Vorderseite der Federtastspitzen-Blockanordnung von 3A;
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3C ist
eine stark vergrößerte Ansicht
eines Teils der Vorderseite der Federtastspitzen-Blockanordnung
von 3A;
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4A ist
eine Ansicht eines Querschnitts, der entlang der Linie 4-4 von 3B entnommen wurde;
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4B und 4C sind
in dieser Reihenfolge auseinandergezogene und zusammengesetzte Ansichten
der in 4A gezeigten Erdungsplatte, Tastspitzenverbindungselemente
und Erde-Tastspitzen;
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5A–5C sind
Querschnittsdarstellungen von Federtastspitzen-Zurückhaltungsstrukturen
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6A ist
eine Ansicht eines Querschnitts einer Federtastspitzen-Blockanordnung,
die eine wahlfreie Vakuumdichtung hat;
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6B ist
eine perspektivische Ansicht eines gegossenen Einsatzes zum Bereitstellen
der wahlfreien Vakuumdichtung;
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7A ist
eine äußere Ansicht
der Vorderseite einer alternativen hierin beschriebenen Federtastspitzen-Blockanordnung;
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7B ist
eine stark vergrößerte Ansicht des
leitenden Rückhalteelements
von 7A.
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8A und 8B sind
perspektivische Ansichten eines alternativen leitenden Rückhalteelements
der hierin beschriebenen Federtastspitzen-Blockanordnung;
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8C ist
eine stark vergrößerte Ansicht des
leitenden Rückhalteelements
von 8A und 8B;
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9A und 9B sind
perspektivische Ansichten, die Rückhalter
zeigen, die in den Anordnungen von 7A, 8A und 8B verwendet werden.
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Die
Federtastspitzen-Blockanordnung ist für die Verwendung in Anwendungen
mit hoher Bandbreite. Die hierin beschriebene Federtastspitzen-Blockanordnung
isoliert die Signaltastspitze und ihre verbundenen Erde-Tastspitzen
elektrisch von anderen koaxialen Signal- und Erde-Tastspitzen und
stellt einen Rückweg
mit geringer Induktivität
für das
Signal bereit. Die Federtastspitzen-Blockanordnung beseitigt ebenfalls
die Erforderlichkeit von Erdungssteckverbindern oder Federtastspitzen,
die eine Bananenkrümmung
verwenden.
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Die
Federtastspitzen-Blockanordnung weist ein isolierendes Gehäuse auf,
das eine Aushöhlung in
einer Vorderseite des Gehäuses
hat. Ein leitender Rückhalter
ist in der Aushöhlung
der Vorderseite des Gehäuses
benachbart angeordnet. Der leitende Rückhalter hat Durchgänge zum
Empfangen des Tastspitzen-Verbindungselements und der Erde-Tastspitzen.
Der leitende Rückhalter
verbindet die Erde-Tastspitze und das leitende Gehäuse des Signaltastspitzenverbindungselements,
um einen Erdungs-Rückweg
mit niedriger Induktivität
für das
verbundene Signal bereitzustellen. Vorzugsweise ist das Gehäuse der
Federtastspitzen-Blockanordnung aus einem dielektrisch isolierenden
Material gebildet, das entweder antistatische oder statisch dissipative
Eigen schaften hat.
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Die
Erde-Tastspitzen werden durch eine Normalkraft, die erzeugt wird,
wenn die Erde-Tastspitze in den Rückhalter eingefügt wird,
innerhalb des leitenden Rückhalters
zurückgehalten.
Die Normalkraft wird erzeugt, da die Erde-Tastspitze durch eine
abgeschrägte
Seitenwand innerhalb des Gehäuses
gebogen wird. Da die Erde-Tastspitze
durch die abgeschrägte
Seitenwand gebogen wird, wird die Erde-Tastspitze durch Friktion
in der Anordnung zurückgehalten.
In einer anderen Anordnung verursacht das Einfügen der Erde-Tastspitze in
den Rückhalter
eine Spannkraft, die auf dem Körper
des Tastspitzenverbindungselements zu erzeugen ist, wodurch das
Tastspitzenverbindungselement, der Rückhalter und die Erde-Tastspitzen
in einem festen Verhältnis
zurückgehalten
werden.
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Ein
Erdungselement zum elektrischen Verbinden einer Erde-Tastspitze
mit einer Kabelabschirmung eines Signaltastspitzenverbindungselements wird
beschrieben, wobei die Erde-Tastspitze durch das Erdungselement
elastisch deformiert wird, um eine Federkraft zwischen dem Erdungselement
und der Erde-Tastspitze beizubehalten. Die elastische Deformation
des Erdungselements wird gemäß der Erfindung
erzeugt, indem eine Bohrung bereitgestellt wird, die eine nichtlineare
Achse hat, in die die Erde-Tastspitze eingefügt wird. Da die Erde-Tastspitze in die
Bohrung, die eine nichtlineare Achse hat, eingefügt wird, verursacht die elastische
Deformation der Erde-Tastspitze eine zu erzeugende Federkraft und
hält die
Erde-Tastspitze hierdurch in ihrer Position.
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Ein
Verfahren zum Zurückhalten
einer Federtastspitze in einem Gehäuse wird ebenfalls beschrieben.
Das Verfahren umfasst das Bilden einer Bohrung, die eine nichtlineare
Achse hat, im Gehäuse
und dann das Einfügen
einer linearen Federtastspitze in die Bohrung. Durch Einfügen der
linearen Federtastspitze in die nichtlineare Bohrung, wird die Federtastspitze
elastisch deformiert und behält
eine Federkraft zwischen dem Gehäuse
und der Federtastspitze bei, wodurch die Federtastspitze in ihrer Position
beibehalten wird.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen kosteneffektiven Ansatz für das Erzeugen
von elektrisch stabilen Wegen mit niedriger Induktivität zwischen Koaxialverbindungselementen
und ihren Erde-Tastspitzen bereit, wenn sie in Federtastspitzen-Blockanordnungen
verwendet werden. Die hierin beschriebene Federtastspitzen-Blockanordnung
ermöglicht
ein einfaches Ersetzen von Komponenten der Federtastspitzen-Blockanordnung
ohne, dass weitgehende Wiederverarbeitung oder Ausmusterung von
Teilen erforderlich ist. Des Weiteren ist die Konstruktion widerstandsfähig gegen
unachtsames Wegziehen der Koaxialverbindungselemente, wenn sie während der Verwendung
starken Kabelzugkräften
ausgesetzt sind.
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3A stellt
eine perspektivische Ansicht der hierin beschriebenen Federtastspitzen-Blockanordnung
bereit. Wie in 3A gesehen werden kann, umfasst
die Federtastspitzen-Blockanordnung 50 ein Gehäuse 52,
das aus einem geeigneten isolierenden Polymermaterial, wie beispielsweise
aus glasfaserverstärkten
Polyphtalamiden (PPA), beispielsweise durch Spritzguss, gebildet
ist. In einigen der beabsichtigten Anwendungen der Tastspitzen-Blockanordnung
kann es bevorzugt werden, Polymermaterialien zu verwenden, die antistatische
Eigenschaften haben, wie beispielsweise kohlenstofffaserverstärkte Polyphtalamide.
Das Gehäuse 52 umfasst
in seiner Vorderseite 53 Aushöhlungen 54, die geformt
sind, um die Erdungsplatten 56 auf Schiebe- oder Presspassungsart
zu empfangen. Die Erdungsplatten 56 sind konstruiert, um
sowohl die Erdungs-Federtastspitzen 58 als auch das Tastspitzenverbindungselement 60 zu
empfangen und zurückzuhalten.
Wie in den 3B und 3C klarer
gesehen werden kann, umfasst das Tastspitzenver bindungselement 60 eine
Signalfedertastspitze 61, die durch eine dielektrische
Isolation 62 und dann eine leitende Abschirmung 64 umgeben
ist. Die Signaltastspitze 61 ist somit von der Erde isoliert.
Die leitende Abschirmung 64 des Tastspitzenverbindungselements 60 steht
in engem Kontakt mit der Erdungsplatte 56. Die Erdungs-Federtastspitzen 58 können gleitend
in den Öffnungen 66 in
der Erdungsplatte 56 empfangen werden und bilden einen
Kontakt mit der Erdungsplatte 56, auf eine Art und Weise,
die nachstehend weiter beschrieben werden wird. Wie gesehen werden
kann, umgibt und isoliert das Gehäuse 52 aus dielektrischem
Material die Erdungselemente (Erdungsplatte 56 und Erdungs-Federtastspitzen 58) und
ihre verbundene Signalleitung von jeder anderen Erdungs- und Signalleitungspaarung.
Alle Erdungen in der Anordnung sind ebenfalls von anderen Tastspitzenblockanordnungen,
die benachbart sein können,
sowie von der Erdung des automatischen Testausrüstungskörpers isoliert.
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4A zeigt
eine stark vergrößerte Querschnittsansicht
einer Federtastspitzen-Blockanordnung 50 mit einem einzelnen
koaxialen Tastspitzenverbindungselement 60 und seinen verbundenen
Signal- und Erde-Tastspitzen in dieser Reihenfolge 61 und 58.
Für zusätzliche
Klarheit veranschaulichen 4B und 4C auseinandergezogene
und zusammengesetzte Ansichten von, in dieser Reihenfolge, der Erdungsplatte 56,
den Erdungs-Federtastspitzen 58 und dem Tastspitzenverbindungselement 60.
Wie in 4A gesehen werden kann, erstreckt sich
die Aushöhlung 54 in
das Gehäuse 52 und
passt sich der allgemeinen Hülle
eines zusammengesetzten Satzes von Erdungselementen an, wobei die Aushöhlung 54 derart
dimensioniert ist, dass sie die axiale und seitliche Bewegung der
Zusammensetzung des Tastspitzenverbindungselements 60,
der Erdungsplatte 56 und der Federtastspitzen 58, 61 einschränkt. Insbesondere
haben die Erdungsplatten 56 jede eine Öffnung, deren Größe darauf
ausgelegt ist, die leitende Abschirmung 64 des Tastspitzenverbindungselements 60 zu
empfangen und sie durch Presspassung zurückzuhalten, wo die Interferenz zwischen
dem Tastspitzenverbindungselement 60 und der Öffnung in
der Erdungsplatte 56 vorzugsweise eine elastische Deformation
der Erdungsplatte 56 verursacht. Das Erlauben von elastischer
Deformation der Erdungsplatte 56 wird bevorzugt, da das Federtastspitzenverbindungselement 60 eine
sehr geringe Nachgiebigkeit hat und das nachgiebig machen der Erdungsplatte 56 die
Anzahl von nachgiebigen Teilen von eins auf zwei verdoppelt. Dies
ermöglicht
die Verwendung von weniger strengen Toleranzen in den Komponenten
und steigert somit die Herstellbarkeit der Tastspitzen-Blockanordnung 50.
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Wie
vorhergehend erläutert,
ist in Anwendungen mit hoher Bandbreite erwünscht, in der Tastspitzenanordnung
einen Erdungsrückweg
mit niedriger Induktivität
bereitzustellen. Daher wird bevorzugt, die Erdungsplatten 56 im
Gehäuse 52 so
weit vorne wie möglich
anzuordnen, derart, dass der Erdungsrückweg verkürzt wird und in nächster Nähe des Signalwegs
beibehalten wird. Deshalb sitzen die Erdungsplatten 56 im
Gehäuse 52 derart,
dass die Vorderseiten 69 der Erdungsplatten 56 bündig mit
der Vorderseite 53 des Gehäuses 52 sind. Alternativ
können
die Vorderseiten 69 der Erdungsplatten 56 leicht vorne über die
Vorderseite 53 des Gehäuses 52 herausragen.
Die Sitztiefe der Erdungsplatten 56 kann durch die Positionen
der Schultern 71 in der Aushöhlung 54 reguliert
werden.
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Die
Erdungsplatten 56 sind vorzugsweise symmetrisch, derart,
dass sie in die Aushöhlungen 54 des
Gehäuses 52 eingefügt werden
können,
ohne eine spezifische Ausrichtung zu erfordern. Zusätzlich haben
die Erdungsplatten 56 vorzugsweise eine Dicke, die ausreicht,
um eine maßgebliche
Krümmung der
Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 im
Bereich des Federwegs der Federtastspitze zu verhindern, wenn der
Körper 74 der
Erdungs-Feder tastspitze durch den Kontakt mit der abgeschrägten Seitenwand 72 des
Gehäuses 52 deformiert
wird. In einer bevorzugten Konstruktion sind die Erdungsplatten 56 mit
offenen Kanälen 80 versehen,
die die durchgehenden Löcher 66 der
Erdungs-Federtastspitze halbieren, um den Fluss der Flüssigkeiten
des Plattierungsverfahrens während
des Herstellungsverfahrens zu steigern. Die durchgehenden Löcher 66 der Erdungs-Federtastspitze
sind vorzugsweise mit einem Abstand angeordnet, um die winkelförmige Verschiebung
der Spitzen 59 der Erdungs-Federtastspitzen auszugleichen, wenn
die Erdungs-Federtastspitzenkörper
durch Krümmung
gegen die abgeschrägte Seitenwand 72 des
Gehäuses 52 verschoben
werden, wenn sie in die Anordnung eingefügt werden. Des Weiteren werden
die Spitzen 59 der Erdungs-Federtastspitzen vorzugsweise
in einem Winkel in Bezug auf die Achse des Signaltastspitzenverbindungselements 60 mit
einem Winkel von 3 Grad oder weniger angeordnet, um den internen
Kontaktwiderstand innerhalb der Erdungs-Federtastspitze 58 zu
minimieren und um das Steigern der Abnutzung während verlängerten Durchläufen der
Anordnung zu vermeiden.
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Wie
vorhergehend bemerkt, haben die Erdungsplatten 56 mindestens
ein durchgehendes Loch 66, dessen Größe den Schiebepassungsdurchgang
der Erdungs-Federtastspitze 58 ermöglicht. Die Erdungs-Federtastspitzen 58 sind
gegen eine Endwand 70 der Aushöhlung 54 im Gehäuse 52 eingepasst.
Die Aushöhlung 54 im
Gehäuse 52 umfasst eine
abgeschrägte
Seitenwand 72, die stufenweise mit dem Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 interferiert,
während
er eingefügt
wird, derart, dass die Interferenz zwischen dem Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 und
der abgeschrägten
Seitenwand 72 den Erdungs-Tastspitzenkörper 74 elastisch
deformiert, wie in 4A gesehen werden kann. Die
Interferenz zwischen dem Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 und
der abgeschrägten
Seitenwand 72 behält
eine Normalkraft zwischen dem Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 und der Erdungsplatte 56 an zwei Punkten 76 bei.
Ein wahlfreier dritter Kontaktpunkt 76' kann durch Vergrößern der
Neigung der abgeschrägten
Seitenwand 72 erhalten werden, um das Ende des Erdungs-Federtastspitzenkörpers 74 gegen
die Körperabschirmung 64 des
Signaltastspitzenverbindungselements zu zwingen.
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Gemäß der Erfindung
wird der Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 mit Mitteln
innerhalb der Erdungsplatte 56 gebogen und zurückgehalten,
die sich vom Kontakt mit der abgeschrägten Seitenwand 72 wie
vorhergehend beschrieben unterscheiden. Insbesondere wird die Erdungsplatte 56 mit
einer Bohrungsgeometrie versehen, um eine Normalkraft gegen die
Erdungs-Federtastspitze 58 ohne die Verwendung der abgeschrägten Seitenwand 72 im
Gehäuse 52 beizubehalten.
Wie in 5A veranschaulicht, kann die
Erdungsplatte 56 eine erste Bohrung 80, die sich
von der Vorderseite 200 erstreckt und eine zweite Bohrung 82,
die sich von der Hinterseite 201 erstreckt, haben, wo die
ersten und zweiten Bohrungen 80, 82 leicht von
einander verschoben sind. Da der Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 von
der Vorderseite 200 in die erste Bohrung 80 und
dann in die zweite Bohrung 82 eingefügt wird, wird der Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 gebogen,
wodurch verursacht wird, dass der Erdungs-Federtastspitzenkörper eine
Normalkraft gegen die Erdungsplatte 56 ausübt und hierdurch
durch eine Friktionspassung an Ort und Stelle gehalten wird. Wie
in 5B veranschaulicht, kann die Erdungsplatte 56 wechselweise eine
erste Bohrung 80',
die sich von der Vorderseite 200 aus erstreckt und eine
zweite Bohrung 82',
die sich von der Hinterseite 201 aus erstreckt, haben,
wo die zweite Bohrung 82' in
einem Winkel in Bezug auf die erste Bohrung 80' angeordnet
ist. Wie vorhergehend beschrieben, wird der Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 von
der Vorderseite 200 aus in die erste Bohrung 80' und dann in
die zweite Bohrung 82' eingefügt, der
Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 wird gebogen,
eine Normalkraft ergibt sich, und der Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 wird
durch eine Friktionspassung gehalten. Wie in 5C veranschaulicht,
kann die Erdungsplatte 56 wahlweise aus einem vorderen
Teil 86 und einem hinteren Teil 88 gebildet werden,
wo eine erste Bohrung 80'' sich durch den
vorderen Teil 86 von der Vorderseite 200 erstreckt
und eine zweite Bohrung 82'' sich durch
den hinteren Teil 80 von der Hinterseite 201 erstreckt. Wenn
sie im Gehäuse 52 zusammengefügt werden, sind
die vorderen und hinteren Teile 86, 88 der Erdungsplatte
in dieser Reihenfolge derart angeordnet, dass die ersten und zweiten
Bohrungen 80'' und 82'' leicht voneinander verschoben
sind. Erneut wird, wenn der Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 von der
Vorderseite 200 in die erste Bohrung 80'' und dann in die zweite Bohrung 82'' eingefügt wird, der Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 gebogen,
eine Normalkraft erzeugt, und der Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 durch eine
Friktionspassung gehalten.
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Es
wird erkannt werden, dass die Konstruktionen, die in 5A–5B veranschaulicht
werden, ebenfalls in Tastspitzenanordnungen verwendet werden können, die
Metallgehäuse
haben und die nicht wie vorhergehend beschrieben Erdungsplatten oder
Rückhalter
verwenden. Insbesondere können die
Federtastspitzen-Zurückhalteverfahren,
die in 5A–5C veranschaulicht
werden, in Metallgehäusen
verwendet werden, um Erde-Tastspitzen im Gehäuse zu halten, ohne die Verwendung
von Steckverbindern oder die Erforderlichkeit von vorgeformten „Bananenkrümmungen" in den Erde-Tastspitzen.
Fachleute werden erkennen, dass das Beseitigen der Erforderlichkeit
von Steckverbindern oder vorgeformten Bananenkrümmungen die Herstellbarkeit
vereinfacht und die Kosten der Tastspitzenanordnungen verringert
und daher sehr wünschenswert
ist.
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Die
Federtastspitzen-Blockanordnung kann mit zusätzlichen Merkmalen versehen
werden. Zum Beispiel kann das Gehäuse 52 mit Zugangslöchern versehen
werden, die mit den Erdungs-Federtastspitzenkörpersitzen 70 in Verbindung
stehen, um einen Werkzeugzugang (nicht gezeigt) zum hinteren Teil der
Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 zu
ermöglichen.
Ein solcher Werkzeugzugang würde
das Entfernen der Erdungs-Federtastspitze erleichtern, wie beispielsweise,
wenn während
der Verwendung ein Federbolzen bricht. Die wahlfreien Zugangslöcher 90 würden bei
der Verwendung in Anwendungen, die eine Vakuumdichtung der Vorrichtung
erfordern, abgedichtet werden. Die Vakuumdichtung kann durch Bereitstellen
eines entfernbaren Stöpsels
zum Füllen der
Zugangslöcher 90 ausgeführt werden.
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Wenn
eine Vakuumdichtung einer Vorrichtung erwünscht ist, können wahlweise
Dichtungsmöglichkeiten
ebenfalls innerhalb der Bohrung 104 der Aushöhlungen 54 bereitgestellt
werden, wie in 6A und 6B gezeigt.
Die Dichtungsmöglichkeiten
werden vorzugsweise durch einen einzelnen gegossenen Einsatz 100 aus
einem biegsamen Polymer bereitgestellt, das einen Kragenteil 102 aufweist, der
darauf ausgerichtet ist, in die Bohrung 104 der Aushöhlung an
der Hinterseite des Gehäuses 52 zu passen.
Wie in 6A gesehen werden kann, würde, wenn
das Tastspitzenverbindungselement 60 in das Gehäuse 52 eingefügt wird,
das Tastspitzenverbindungselement 60 den Kragen 102 des
nachgiebigen Einsatzes 100 gegen die Wände der Bohrung 104 drücken und
dadurch eine zuverlässige
Dichtung bereitstellen. Zusätzlich
zum in 6A und 6B gezeigten
einzelnen gegossenen Einsatz 100, wäre es ebenfalls möglich, innerhalb
von jeder der Bohrungen 104 der Aushöhlung 52 einzelne
Krägen
oder O-Ringe bereitzustellen,
um eine Dichtung bereitzustellen. Die Verwendung von einzelnen O-Ringen würde indes
die Montagezeit der Vorrichtung sehr verlängern und außerdem würde sie
beim Einfügen des
Tastspitzenverbindungselements 60 leichter verschoben werden.
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In
der hierin beschriebenen Federtastspitzen-Blockan ordnung 50 wird
die Distanz von der Vorderseite 53 des Gehäuses 52 zum
Erdungs-Federtastspitzen-Kontaktpunkt 76 im Gehäuse 52 minimiert
und ist nahe Null. Das heißt,
der Erdungs-Federtastspitzenkörper 74 bringt
die Erdungsplatte 56 an der Vorderseite 53 des
Gehäuses
so nahe wie möglich
in Kontakt, wodurch sich ein Erdungsweg mit sehr niedriger Induktivität ergibt.
Wie vorhergehend erläutert,
ist ein Erdungsweg mit niedriger Induktivität für viele Anwendungen mit hoher
Bandbreite sehr erwünscht
und tatsächlich
erforderlich. Die Federtastspitzen-Blockanordnungen des bisherigen
Stands der Technik verwenden viel längere Stromwege und haben daher
höhere
Selbstinduktivität,
was sie für Hochgeschwindigkeits-Testmöglichkeiten
ungeeignet macht.
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Die
vorhergehend beschriebene Federtastspitzen-Blockanordnung hat ebenfalls
den Vorteil, dass sie leicht zusammengebaut, umgebaut und repariert
werden kann. Da das hierin beschriebene Polymergehäuse nachgiebige
Elemente verwendet, um die Federtastspitzenkörper an Ort und Stelle und
in elektrischem Kontakt miteinander zu halten, ist es leicht, die
Federtastspitzen-Blockanordnung zusammenzubauen oder Teile, die
abgenutzt oder nicht mehr funktionsfähig sind, auszutauschen. Somit
beseitigt die hierin beschriebene Federtastspitzen-Blockanordnung nicht
nur Teile, die entfernt werden müssen,
wenn sie während
dem Verfahren der Montage beschädigt
werden, sondern ermöglicht
das Ersetzen relativ kostengünstiger
Teile, statt, dass die gesamte Anordnung ausrangiert werden muss.
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In
Anwendungen, in denen erforderlich ist, dass die Federtastspitzen-Blockanordnung
gegen ein Vakuum gedichtet werden muss, ermöglicht die vorliegende Erfindung
das wirksame Abdichten durch Anordnen von Dichtungsringen in jeder
Aushöhlung
des Gehäuses
um jedes Tastspitzenverbindungselement 60 wie vorhergehend
beschrieben. Der Dichtungsdruck wird durch die räumlichen Verhältnisse
um die Komponenten beibehalten. Das Dichten um die Erde-Tastspitzen 58 ist
nicht erforderlich, da das Gehäuse 52 das
Anordnen der Vakuumdichtung hinter der Position der Erde-Tastspitzen 58 ermöglicht.
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Eine
alternative Ausführungsform
der Federtastspitzen-Blockanordnung 150 wird
in 7A gezeigt. Die Federtastspitzen-Blockanordnung 150 umfasst
ein isolierendes Gehäuse 152,
die Signaltastspitzenverbindungselemente 161 und die Erde-Tastspitzenverbindungselemente 158 und
die Tastspitzenverbindungselement-Rückhalter 156. Wie
in der ersten beschriebenen Anordnung, ist das Gehäuse 152 ein
gegossenes dielektrisches Material, wo das dielektrische Material
die Erdungselemente und die verbundene Signalleitung umgibt und
von jeder anderen Signalleitungs- und Erdungspaarung isoliert und
des Weiteren alle Erdungen in der Anordnung von anderen benachbarten
Tastspitzen-Blockanordnungen und der Erdung des automatisierten
Testausrüstungskörpers isoliert.
Wie vorhergehend beschrieben, passen sich die Kernaushöhlungen
in beiden Enden des Gehäuses 152 der
allgemeinen Hülle
eines zusammengefügten
Satzes von Erdungselementen an, wobei die Abmessungen der Aushöhlungen derart
sind, dass axiale und seitliche Bewegung der zusammengefügten Tastspitzenverbindungselemente
und Erdungsklemmen beschränkt
wird, wenn die Federtastspitzen darin eingebaut sind.
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Wie
in 7A und 7B gesehen
werden kann, umfasst der Tastspitzenrückhalter 156 ein Paar von
gestanzten elektrischen Erdungsklemmen 180, die ineinander
in Eingriff gebracht werden, um eine Klemmvorrichtung zu bilden,
um das Signaltastspitzenverbindungsglied 160 und die Erde-Tastspitzen 158 zu
empfangen. Die Erdungsklemmen 180 haben zentral angeordnete
Schleifen 182 in axialer Ausrichtung und ein Paar Federarme 184,
die sich von jedem der zwei Enden erstrecken. Die Erdungsklemmen-Unteranordnung
ist vorzugsweise symmetrisch, derart, dass sie ohne eine spezifische
Ausrichtung in die Aushöhlung
des Gehäuses 152 eingefügt werden kann, wodurch
die Montage einfacher gemacht wird. Die Größe der Schleifen 182 der
Erdungsklemmen 180 ist derart, dass sie das Signalfedertastspitzenverbindungselement 160 empfangen
können,
das gleitend mit einer niedrigen Steckkraft (weniger als 7 lbs.)
in Eingriff gebracht werden kann. Wenn die Erdungs-Federtastspitzen 158 zwischen
die Federarme 184 eingefügt werden, werden die Arme 184 nach außen verschoben
und erzeugen eine Normalkraft gegen den Körper 60 des Signaltastspitzenverbindungselements,
womit die zusammengefügten
Elemente an Ort und Stelle gehalten werden. Vorzugsweise ist eine
der Schleifen 182 der Erdungsklemmen 180 hinter
dem Pressring 183 des Signaltastspitzenverbindungsglieds 160 angeordnet,
wodurch die Ausreißfestigkeit
der Vorrichtung verbessert wird.
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In
der Anordnung von 7A und 7B, sind
die Federarme 184 der Erdungsklemmen 180 auf scherenähnliche
Art nach außen
abgewinkelt, wenn die Erde-Tastspitze 158 dazwischen eingefügt wird,
derart, dass eine Klemmkraft die Erde-Tastspitze 158 gegen
eine axiale Nut 190 des Gehäuses 152 drängt, wodurch
eine genaue Ausrichtung der Erde-Tastspitze 158 innerhalb
des Gehäuses 152 eingerichtet
wird. Der eingeschlossene Winkel θ, der durch die Federarme 184 definiert
wird, ist vorzugsweise größer als
22 Grad. Zusätzlich
stützen
die Seitenwände
der Aushöhlung
im Gehäuse
vorzugsweise die Federarme 184 der Erdungsklemmen 180 in einem
vorgespannten Zustand, derart, dass das Vorspannen der Federarme 184 den
offenen Bereich zwischen den Federarmen 184 vergrößert und
dadurch das Einfügen
der Erde-Tastspitze 158 erleichtert.
Ein solches Vorspannen würde
ebenfalls den Eingangswinkel zwischen den Federarmeinführschrägen 192 vergrößern, wodurch
die erforderliche Einfügungskraft
verringert würde.
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In
einer alternativen Anordnung, die in 8A und 8B gezeigt
wird, sind die Federarme 184' der
Erdungsklemmen 180' zueinander
zurück gebogen,
derart, dass sie die Erde-Tastspitze 158 im Wesentlichen
umgeben, wenn die Erde-Tastspitze 158 in die Erdungsklemmen 180' eingefügt wird. Wenn
eine Erde-Tastspitze 158 in den die Erde-Tastspitze empfangenden
Teil der Erdungsklemmen 180' eingefügt wird,
zieht eine Klemmkraft die Erdungsklemmen 180' um den Körper des Signaltastspitzenverbindungselements 160 fest.
Wenn erwünscht, können die
einzelnen Erdungsklemmen 180' wahlweise
mit Verbindungsstegen gebildet werden, die ein einfaches Falten
der Erdungsklemmen 180' ermöglichen,
um die endgültige
Ausrichtung der Elemente zu erhalten. Die wahlweisen Verbindungsstege,
die die Erdungsklemmen zusammenhalten, können entweder, wenn erwünscht, zerbrechlich
oder dehnbar sein.
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Zum
Steigern der Kabelzugkraft werden vorzugsweise Rückhalter 200 bereitgestellt,
die die Hinterseite 184 des Gehäuses 152 in Schnappanordnungen
sichern, wie in 9A und 9B gesehen werden
kann. Die Rückhalter 200 haben
vorzugsweise einrastende Arme 202, um die umgekehrten Einrastmerkmale 204 des
Gehäuses 152 in
Eingriff zu bringen. Zur leichteren Montage würden die Rückhalter 200 vorzugsweise
als zwei Teile gebildet werden, die die aufeinander passenden Zungen 204 und
Rillen 206 haben, die die zwei Rückhalteteile 200 miteinander
verzahnen. Des Weiteren hätte
das Gehäuse 152 vorzugsweise
eine Verschiebungsaushöhlung im
hinteren Ende des Gehäuses
in Bezug auf das Muster der Aushöhlungen,
die die Tastspitzenverbindungselemente annehmen, wodurch die Verwendung
von identischen Rückhalterteilen
ermöglicht würde. Dies
würde die
Herstellungskosten reduzieren und die Einfachheit der Montage der
Vorrichtung steigern. Vorzugsweise würde das Gehäuse 152 die Durchgänge 208 aufweisen,
die die einrastenden Arme 202 der Rückhalter 200 öffnen, derart,
dass die Rückhalter 200 von
der Außenseite
des Gehäuses 152 außer Eingriff
gebracht werden können,
um die Vorrichtung neu zu bearbeiten.
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Fachleute
werden für
die hierin beschriebenen Federtastspitzen-Blockanordnungen 50, 150 Ergänzungen
und Änderungen,
die vorgenommen werden können,
erkennen. Zum Beispiel wird das Gehäuse 52, 152 der
Anordnung vorzugsweise mit Anschlusslöchern 210 versehen,
derart, dass die Federtastspitzen-Blockanordnungen 50, 150 in
einem Kopf von einer automatisierten Testausrüstung befestigt werden können. Es
wird vorweggenommen, dass die Rückhalteelemente
(Erdungsplatten 56 und Erdungsklemmen 180, 180') Formen haben
können, die
sich von denjenigen, die hierin veranschaulicht werden, unterscheiden
oder, beispielsweise in Federtastspitzenanordnungsgehäusen aus
Metall verwendet werden können.