Starrnadeladapter

Mögliche Funktionsweise eines Starrnadeladapters.

Das Konzept des Starrnadeladapters ermöglicht durch das Auslenken der dünnen Starrnadeln das Kontaktieren von feinsten Strukturen auf bestückten und unbestückten Schaltungsträgern und auch das direkte Kontaktieren in hochpoligen Microsteckern. Im Starrnadeladapter werden die Starrnadeln von den Federstiften zum gewünschten Kontaktpunkt ausgelenkt. Durch das Auslenken der Starrnadeln können auf dem Prüfling Kontaktpitches von 150µm kontaktiert werden. Der Kontaktierhub erfolgt im Starrnadeladapter.

Nebst dem Starrnadeladapter wird auch ein Rasterkopf verwendet, in welchem Federstifte kompakt in einem Raster angeordnet sind, so dass bis zu 280 Testpunkte/cm² integriert werden können. Beim Kontaktieren werden die Starrnadeln in den Rasterkopf gestossen, in welchem sie auf die Federstifte stossen. Durch den Federweg von ca. 2,5 mm wirken je nach Federstift Kontaktierkräfte von 0,4 N bis 1,5 N auf die Kontaktierstellen.

Inhaltsverzeichnis

1 Standzeiten von Starrnadeladaptern
2 Kombination von feinsten Federstiften und Starrnadeln
3 Einsatzmöglichkeiten von Starrnadeladaptern
4 Staggering
5 Weblinks

Standzeiten von Starrnadeladaptern

Die Kontaktierspitze der Starrnadeln wird durch das Kontaktieren mit der Zeit abgeflacht. Die Standzeit ist somit vor allem vom zu kontaktierenden Material abhängig. Bei optimalen Bedingungen werden mit den Starrnadeln bis 500'000 oder mehr Kontaktierungen erreicht. Der spezifisch für diese Anwendung hergestellte Federstift und seine kompakte Einbauweise, ermöglichen in der Praxis Standzeiten von weit über 1 Mio. Kontaktzyklen.

Kombination von feinsten Federstiften und Starrnadeln

Kombination von feinsten Federstiften uns Starrnadeln.

Die Kombination der Federstiften und Starrnadeln werden nach den Kundenanforderungen entsprechend bestimmt und ausgewählt. Starrnadeladapter für sehr feine Strukturen werden auch als MCA (Micro Contacting Adapter) bezeichnet. Aus der nebenstehenden Machbarkeitsmatrix ist ersichtlich, welche Federstifte mit welchen Starrnadeln in diesen sehr feinen MCA Microadaptern kombiniert werden können. Beim Kombinieren wird versucht, möglichst dicke Starrnadeln einzusetzen, welche stabilere Eigenschaften aufweisen. Die Auswahl vom grösst möglichsten Starrnadeldurchmesser wird vor allem von den vorhandenen Kontaktierabständen vorgegeben. Werden dickere Starrnadeln als hier aufgezeichnet eingesetzt, wird der Strom meistens durch den Federstift oder durch den Kontaktierübergang "Nadel zu Prüfling" begrenz.

Der maximal erlaubte Strom wird durch die Messleistung (P = I² x R) in den Federstiften und in den Starrnadeln definiert. Bei zu grossen Strömen können die Starrnadeln und Federstifte heiss werden und den Prüfling und die Adaptierung beschädigen. Die hier in der Machbarkeitsmatrix angegebenen Werte stammen aus Laborversuchen und geben somit die zu erwartenden Werte an.

Möglicher Dauerstrom (ID) und Impulsstrom (II) bei 10ms:

A: ID=0.3A / II=0.9A
B: ID=0.6A / II=1.8A
C: ID=1.0A / II=3.0A
D: ID=2.0A / II=6.0A
E: ID=3.0A / II=9.0A

Mögliche Spannungen bei den Adaptierungen:

Die möglichf Prüfspannung kann nur grob berechnet werden, da hier der Einfluss der Luftfeuchtigkeit eine grosse Rolle spielt. Die Faustregel sagt: Die Spannung springt bei 10.000Volt etwa 10mm. Mit der folgenden Formel kann diese Pfaustregel auch bei den Starrnadeladapter eingesetzt werden: Maximale Spannung = 1'000Volt/mm x (Pitch - Nadeldurchmesser).

Ein Beispiel: Ein Pitch von 0.2m wird mit einem Nadelndurchmesser von 0.13mm kontaktiert. Die maximale Prüfspannung ist dann: 1'000Volt/mm x (0.2mm - 0.13mm) = 70 Volt

Einsatzmöglichkeiten von Starrnadeladaptern

Durch die stetige Miniaturisierung werden auch die Leiterplatten immer dünner, feiner und kleiner. Der kompakte Starrnadeladapter geht mit diesem technischen Fortschritt mit und ermöglicht das Kontaktieren von Leiterplatten mit feinsten Strukturen, was mit den konventionellen Adaptern nicht mehr möglich ist. Anhand der folgenden vier Einsatzgebiete sind die technischen Möglichkeiten und die Stärken dieser Adaptertechnologie ersichtlich.

Einsatz im Vakuumadapter

Wird der Starrnadeladapter kompakt aufgebaut, kann er in einem herkömmlichen Vakuumadapter integriert werden. Das Vakuum wird für den Hub genutzt, der Prüfling selber ist in einer vakuumfreien Zone. Die Adapter können ein- oder doppelseitig und auch als 2-Stufenkontaktierung für getrennte Incircuit- und Funktionstest ausgebaut werden. Durch den Einsatz von Starrnadeladaptern können in diesen Geräten viel feinere Strukturen aufgelöst und getestet werden.

Technische Möglichkeiten:

Kontaktieren auf Micro-Via's, Testpads, Mikrostecker
Ein- und doppelseitige Kontaktierung
Kontaktpad >400µm (Bei Zentrierung über Fangstifte)
Bis 100 Testpunkte/cm² (Mit einem 1mm Rasterfeld)

Einsatz im Inline-System

Der Starrnadeladapter kann in halb- und vollautomatischen Handlingsystemen für die Prüfung von unbestückten und bestückten Schaltungsträgern eingesetzt werden. Bei präziser Offsetkorrektur (PRS) können mit diesem Adapter sehr feine Strukturen kontaktiert werden. Der Starrnadeladapter kommt in solchen Systemen immer öffters zum Einsatz, da die herkömmlichen konventionellen Adapter die immer feiner werdenden Strukturen nicht mehr auflösen können. (Der Kontaktierpitch ist < 0.8mm)

Technische Möglichkeiten:

Kontaktieren auf Micro-Via's, Testpads, Mikrostecker
Ein- und doppelseitige Kontaktierung
Kontaktpad >70µm (Mit optischer Zentrierung)
Kontaktpad >300µm (Ohne optischer Zentrierung)
Bis 280 Testpunkte/cm² (Mit einem 0.6mm Rasterfeld)

Einsatz als Chipadapter

Der Starrnadeladapter kann auch als Modul für die Integration in Incircuit- und Funktionsadapter in Kombination mit konventioneller Adaptertechnik oder mit individueller Hubtechnologie eingesetzt werden. Der Adapter kann mit pneumatischen Spannelementen für eine eigene Kontaktierstufe eingesetzt werden. Der Chipadapter bringt in der Fertigung den Vorteil, dass die gröberen Strukturen auf den Prüflingen mit einem konventionellen Federstiftadapter abgegriffen werden können und dann nur für die feine Chipstruktur der teuere Starrnadeleinsatz benötigt wird.

Technische Möglichkeiten:

Kontaktieren auf Testpads
Ein- und doppelseitige Kontaktierung
Kontaktpad >250µm
Kontaktierpitch >400µm
Bis 280 Testpunkte/cm²

Einsatz als Steckeradapter

Mit den sehr feinen Starrnadeln ermöglicht der Starrnadeladapter das direkte Kontaktieren von feinpoligen Steckern auf Schaltungsträgern. Die Führung des Adapters erfolgt meistens über das Steckergehäuse, dadurch werden die Toleranzen von Träger und Montage aufgehoben. Dieser Adapter bringt in der Praxis den grossen Vorteil, dass kleinste Stecker direkt kontaktiert werden können und die Kontakte nicht über einen Gegenstecker abgegriffen werden müssen, welcher nach 20-30 Steckzyklen entfernt werden muss.

Technische Möglichkeiten:

Kontaktieren direkt auf die Steckerkontakte
Ein- und doppelseitige Kontaktierung
Steckerkontaktbreite >150µm
Bis 200 Testpunkte/cm²
Pneumatische Hubauslösung

Staggering

Das Ziel vom Staggering ist es, feinste Strukturen prüfen zu können und dies mit dem Einsatz von möglichst dicken Starrnadeln. Beim Staggering werden die Kontaktierpunkte diagonal zueinander auf den Prüfflächen angeordnet, sodass sie möglichst weit voneinander auseinander liegen. Dabei kann gemäß dem Satz des Pythagoras bei einem großen Abstand C (Dicke der Nadeln und Isolationsabstand) ein relativ kleiner Abstand A (Abstand der Kontaktstellen) erreicht werden.

Der Pitch, der bei einer solchen Anwendung realisiert werden kann, setzt sich aus den skizzierten Distanz A und B zusammen.

Berechnen des nötigen Adapterpitch C = Wurzel aus (A² + B²)