Быстроустанавливаемое контактное устройство для подключения интегральной микросхемы

Изобретение относится к электромонтажным устройствам для интегральных микросхем (ИС) и может быть использовано для измерения и испытания ИС или полупроводниковых приборов. Технический результат - повышение технологичности изготовления с сохранением надежности контактирования, расширение температурного диапазона измерения и испытания ИС увеличения номенклатуры испытуемых ИС. Сущность: устройство для подключения интегральной микросхемы содержит пластиковое основание с проводящими металлизированными контактами и с направляющими для интегральных микросхем, фиксирующие элементы, крышку. На основании установлены две фиксирующие крышку защелки, закрепленные посредством осей и пружин, направляющие штифты, установленные асимметрично, и съемные блоки. Съемные блоки включают гребенки, планки и подпружиненные контакты, установленные таким образом, что точки касания подпружиненных контактов и выводов интегральной микросхемы находятся за пределами зоны монтажа интегральной микросхемы. Подпружиненные контакты выполнены в виде острого конуса со стороны контактирования с печатной платой и коронообразной формы со стороны контактирования с выводами интегральной микросхемы. Основание, защелки, крышка, гребенки и планки выполнены из полимерного электроизоляционного материала. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к производству интегральных микросхем (далее ИС), а именно к устройствам электромонтажным и может быть использовано для измерения и испытания интегральных микросхем или полупроводниковых приборов.

Известно контактное устройство [патент РФ №2674582, МПК G01R 31/28 (2006.01), опубл. 11.12.2018 в бюл. №35], содержащие основание с контактами, поворотную раму и фиксатор поворотной рамы, при этом поворотная рама шарнирно установлена на основании и содержит два роликовых элемента, которые взаимодействуют с интегральной микросхемой, причем точки касания роликовых элементов интегральной микросхемы расположены симметрично относительно контактов основания. К недостаткам указанного контактного устройства можно отнести небольшой рабочий ресурс, неремонтопригодность в части поломки контактов, продолжительный монтаж на печатную плату без возможности неразрушительного демонтажа, невозможность использования при измерении и испытании высокочастотных ИС.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство контактное УК64-4С АГ0.481.610 ТУ (htpp://www.ltava.com.ua/contact.htm), состоящее из пластикового основания, с установленными проводящими металлизированными контактами на нем, пластиковой защелкой и пластиковой крышки, соединенных между собой посредством оси и пружины.

Недостатками данного устройства является хрупкий материал основания, крышки и защелки, небольшой рабочий ресурс, неремонтопригодность, продолжительный монтаж на печатную плату без возможности неразрушительного демонтажа с риском перегрева и механического повреждения устройства, недостаточная рабочая температура среды до +125°С, небольшой диапазон рабочего тока 1×10^-8 - 0,5 А.

Практика показала, что недостатком для паяных соединений при монтаже контактного устройства на плату является человеческий фактор, когда монтажник оставляет перемычки из припоя между выводами контактного устройства, особенно когда выводов много и шаг между ними менее 1 мм, тем самым вызывает замыкание выводов, что может вызвать неправильное измерение ИС, срыв испытания или сгорание ИС.

Для сокращения времени и стоимости сборки различных ИС, имеющих идентичные корпуса или близкие в конструктивном исполнении, необходимо использовать унифицированные контактные устройства, одновременно подходящие для различных типов корпусов и имеющие возможность быстрого монтажа/демонтажа на измерительную и испытательную оснастку. Производство ИС имеет обязательную технологическую операцию -электротермотренировка, которой подвергаются 100% ИС в запущенной в производство партии. Для каждой ИС необходимо контактное устройство, которое монтируется на испытательную оснастку, соответственно, чем больше контактных устройств, тем быстрее пройдет данная операция и тем больше будет производительность изготовления самих ИС. Для каждой ИС используется своя испытательная оснастка, т.к. она обеспечивает необходимые режимы измерения и испытания. Но часто для различных ИС используются одни и те же контактные устройства, поэтому использование унифицированного контактного устройства позволит сократить длительность изготовления ИС, снизить стоимость оснастки, т.к. не нужно будет покупать для каждого типа ИС свое контактное устройство, в случае поломки контактного устройства, оно легко ремонтируется, либо быстро меняется на исправное.

Производство ИС так же включает в себя обязательное испытание на определение конструктивно-технологических запасов (далее КТЗ), в ходе которого ИС подвергается электрической нагрузке при воздействии повышенной температуры среды до +150°С. Поэтому устройство контактное УК64-4С АГО.481.610 ТУ и ему подобные невозможно применить для испытаний ИС на определение КТЗ.

Номенклатура разрабатываемых ИС в современной микроэлектронике достаточно широка, в том числе большим спросом пользуются силовые ИС. Силовые ИС в общем отличаются от других ИС тем, что оперируют высокими токами, достигающими нескольких ампер и более на один вывод ИС. Устройство контактное УК64-4С АГ0.481.610 ТУ и ему подобные могут выдерживать только ток до 0,5 А на один вывод, поэтому его нельзя использовать для силовых ИС.

К недостаткам устройства контактного УК64-4С АГ0.481.610 ТУ можно отнести небольшой рабочий ресурс, неремонтопригодность в части поломки контактов, продолжительный монтаж на печатную плату без возможности неразрушительного демонтажа, невозможность использования при измерении и испытании высокочастотных и силовых ИС, недостаточный рабочий температурный диапазон.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание быстроустанавливаемого контактного устройства, обеспечивающего возможность проверки электрических параметров ИС, в том числе силовых и высокочастотных ИС, и быстрый монтаж/демонтаж контактного устройства на измерительную оснастку.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение технологичности изготовления измерительной и испытательной оснастки с сохранением надежности контактирования, а следовательно повышение технологичности изготовления ИС, расширение температурного диапазона измерения и испытания ИС, увеличения номенклатуры измеряемых ИС, сокращение времени изготовления ИС, повышение выхода годных ИС.

Технический результат достигается тем, что в быстроустанавливаемом контактном устройстве для подключения интегральных микросхем, включающем пластиковое основание с проводящими металлизированными контактами и с направляющими для интегральных микросхем, фиксирующие элементы, крышку, на основании установлены две фиксирующие крышку защелки, закрепленные посредством осей и пружин, направляющие штифты, установленные асимметрично, и съемные блоки, включающие гребенки, планки и подпружиненные контакты, установленные таким образом, что точки касания подпружиненных контактов и выводов интегральной микросхемы находятся за пределами зоны монтажа интегральной микросхемы, причем подпружиненные контакты выполнены в виде острого конуса со стороны контактирования с печатной платой и коронообразной формы со стороны контактирования с выводами интегральной микросхемы, а основание, защелки, крышка, гребенки и планки выполнены из полимерного электроизоляционного материала.

Кроме того подпружиненные контакты выполнены с пропускной способностью до 7,45ГГц и рабочим током до 2А на один контакт.

Кроме того основание, защелки, крышка, гребенки и планки выполнены из полимерного электроизоляционного материала с предельной прочностью не менее 100 кПа, модулем упругости порядка 3 МПа, относительным удлинением при разрыве не менее 60%, пределом прочности при изгибе не менее 150 кПа, модулем упругости при изгибе порядка 3 МПа, электрической прочностью изоляции не менее 3 кВ/см, объемным удельным сопротивлением не менее 10¹⁷ Ом⋅см, рабочей температурой среды в пределах от минус 60°С до +170°С.

Предлагаемое быстроустанавлиемое контактное устройство поясняют следующие фигуры.

На приведенных ниже фигурах показано контактное устройство с установленной ИС.

На фигуре 1 приведено контактное устройство без крышки в трех проекциях, а - вид спереди, б - вид слева, в - вид сверху.

На фигуре 2 приведено контактное устройство в продольном сечении.

На фигуре 3 приведено контактное устройство в поперечном сечении.

На фигуре 4 приведено контактное устройство в аксонометрии, вид сверху.

На фигуре 5 приведено контактное устройство в аксонометрии, вид снизу.

На фигурах 1-5 введены следующие обозначения:

1 - основание;

2 - оси;

3 - защелки;

4 - штифты;

5 - гребенки;

6 - подпружиненные контакты;

7 - планки;

8 - пружины;

9 - ИС;

10 - отверстия;

11 - крышка;

12 - направляющие;

13 - оси;

14 - воздуховоды;

15 - выступы.

Устройство, представленное на фигурах 1-5, состоит из основания прямоугольной формы 1, крышки 11. Крышка 11 фиксируется на основании 1 двумя защелками 3, которые с противоположных сторон установлены на основании 1 посредством осей 2 и пружин 8. Кроме того на основании 1 диагонально противоположно установлены два штифта 4 для исключения неверной установки контактного устройства, вмонтированы симметрично с противоположных сторон блоки, состоящие из гребенок 5, планок 7 и подпружиненных контактов 6. Также в основании выполнены воздуховоды 14, направляющие 12 для установки ИС 9, и отверстия 10. Кроме того на внутренней поверхности крышки выполнены выступы 15.

Контактное устройство функционирует следующим образом.

Основание 1 устанавливается на печатную плату таким образом, чтобы штифты 4 попали в соответствующие отверстия на печатной плате. Штифты 4 располагаются в основании 1 ассиметрично для исключения неверной установки контактного устройства. Нижняя часть подпружиненных контактов 6 имеет форму острого конуса, что обеспечивает точное контактирование с контактными площадками на печатной плате, верхняя часть подпружиненных контактов 6 - коронообразная, для контактирования с выводами ИС 9, чтобы выводы ИС 9 не имели возможности «соскользнуть» с подпружиненных контактов. Для надежного контактирования быстроустанавливаемое контактное устройство крепится к печатной плате с помощью соединения винт-шайба-гайка через отверстия в контактном устройстве 10, причем винты и гайки должны быть из нержавеющей стали, чтобы избежать появлении коррозии во время испытаний микросхем, шайбы должны быть выполнены из полимерного материала типа фоторопласт-4, тефлон, чтобы обеспечить защиту печатной платы и печатных проводников от механического воздействия металлической гайки при ее закручивании к плате. При снятой крышке 11 по направляющим 12 в гребенку 5 и на подпружиненные контакты 6, находящиеся на основании 1, устанавливается ИС 9, чтобы выводы ИС 9 были в пазах гребенки 5.

Затем крышка 11 устанавливается на основании 1, причем внутренняя поверхность крышки выступами 15 прижимает выводы ИС 9 к основанию 1. Штифты 4 обеспечивают четкое позиционирование крышки 11 относительно основания 1. Точки касания подпружиненных контактов 6 и выводов ИС 9 находятся за пределами зоны монтажа ИС в зоне обрубки их выводов, соответственно на выводах не будет следов контактирования и скрытых дефектов покрытия выводов. Нажимая защелки 3 в направлении центра контактного устройства, они скользят по осям 13 в крышке 11, после характерного щелчка быстроустанавливаемое контактное устройство является закрытым и надежно сохраняет ИС в процессе всей длительности измерения или испытания. Гребенки 5 обеспечивают защиту выводов ИС 9 от смятия, позиционирование выводов ИС 9 для контактирования, являются ограничителем для перемещения ИС 9 в горизонтальной плоскости. В контактном устройстве предусмотрены воздуховоды 14 для ускорения циркуляции воздуха и соответственно для ускорения выхода на заданный температурный режим измерения или испытания.

Пример реализации быстроустанавливаемого контактного устройства.

Был изготовлен образец, показанный на фигурах 1-5. В качестве материала для основания, крышки, защелок, гребенок и планок был выбран высокотехнологичный пластик ULTEM PEI1000, чьи механические и электрические характеристики идеально подходят для реализации контактного устройства, а именно: предельная прочностью - 104,8 кПа, модуль упругости - 2,97 МПа, относительное удлинение при разрыве - 60%, предел прочности при изгибе – 152 кПа, модуль упругости при изгибе - 3,31 МПа, электрическая прочностью изоляции - 3,27 кВ/см, объемное удельное сопротивление - 10¹⁷ Ом⋅см, рабочая температура среды от - 60°С до +171°С. Контактное устройство было успешно использовано во всех группах испытаний ИС, где необходима постоянная передача и приемка сигналов ИС, в том числе испытание на воздействие пониженного давления - 10^-6 мм рт. ст., испытание на определение КТЗ при повышенной температуре среды 150°С в течении 24 ч, испытание на воздействие климатических факторов при температуре среды от минус 60°С до 125°С, электротермотренировка при повышенной температуре среды 125°С в течении 168 ч, испытание на безотказность при повышенной температуре среды 125°С в течении 3000 ч.

Таким образом, быстроустанавливаемое контактное устройство не содержит элементов пайки, что дает быструю установку на плату, сокращая время изготовления необходимой измерительной и испытательной оснастки, контактирование за пределами зоны монтажа ИС исключает брак ИС по внешнему виду, ассиметричное расположение штифтов исключает неправильную установку контактного устройства, система направляющих на основании и наличие гребенки обеспечивает надежное и четкое контактирование, крышка, зафиксированная защелками, надежно сохраняет ИС в процессе всей длительности измерения или испытания, использование подпружиненных контактов, в том числе высокочастотных контактов с пропускной способностью до 7,45 ГГц и контактов с рабочим током до 2 А, позволяет применять быстроустанавливаемое контактное устройство для измерения и испытания большой номенклатуры ИС, в том числе высокочастотных и силовых ИС.

1. Быстроустанавливаемое контактное устройство для подключения интегральной микросхемы, включающее пластиковое основание с проводящими металлизированными контактами и с направляющими для интегральных микросхем, фиксирующие элементы, крышку, отличающееся тем, что на основании установлены две фиксирующие крышку защелки, закрепленные посредством осей и пружин, направляющие штифты, установленные асимметрично, и съемные блоки, включающие гребенки, планки и подпружиненные контакты, установленные таким образом, что точки касания подпружиненных контактов и выводов интегральной микросхемы находятся за пределами зоны монтажа интегральной микросхемы, причем подпружиненные контакты выполнены в виде острого конуса со стороны контактирования с печатной платой и коронообразной формы со стороны контактирования с выводами интегральной микросхемы, а основание, защелки, крышка, гребенки и планки выполнены из полимерного электроизоляционного материала.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подпружиненные контакты выполнены с пропускной способностью до 7,45 ГГц и рабочим током до 2 А на один контакт.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что основание, защелки, крышка, гребенки и планки выполнены из полимерного электроизоляционного материала с предельной прочностью не менее 100 кПа, модулем упругости порядка 3 МПа, относительным удлинением при разрыве не менее 60%, пределом прочности при изгибе не менее 150 кПа, модулем упругости при изгибе порядка 3 МПа, электрической прочностью изоляции не менее 3 кВ/см, объемным удельным сопротивлением не менее 10¹⁷ Ом⋅см, рабочей температурой среды минус 60°С до +170°С и выше.