Aus dem Stand der Technik sind diverse Bauformen von Prüfstiften oder Prüfnadeln zum Einsatz in Vorrichtung zum Testen von Leiterplatten bekannt. Eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist in Fig. 6 gezeigt. Mit einem Rasteranpassungsadap- ter R wird ein vorbestimmtes, regelmäßiges Grundraster eines Grundrasterfeldes G auf die üblicherweise unregelmäßige Anordnung der Leiterplattentestpunkte T einer zu testenden Leiterplatte P umgesetzt. Der Rasteranpassungsadapter R weist in der Regel mehrere voneinander beabstandete Führungslagen F auf, in welchen Füh- rungslöcher zur Aufnahme der Prüfnadeln N eingebracht sind. Die Prüfnadeln N sind in dem Adapter R starr und schräg angeordnet, so daß sie Kontaktpunkte des regel- mäßigen Grundrasters mit den Leiterplattentestpunkten T elektrisch verbinden kön- nen, da diese von der regelmäßigen Anordnung des Grundrasters abweichen.

Für den Ausgleich von Unebenheiten der Leiterplattentestpunkte der zu prüfenden Leiterplatte und für eine elektrisch sichere Kontaktierung mit dem Grundrasterfeld G steht der Rasteranpassungsadapter R mit einer Vollrasterkassette V in Verbindung,

die mit federnden Prüfstiften S in dem jeweiligen Raster des Grundrasterfeldes be- stückt ist. Die Vollrasterkassette ist vollstandig mit Stiften besetzt, während der Ras- teranpassungsadapter üblicherweise nur so viele Nadeln N aufweist, wie die zu prü- fende Leiterplatte Leiterplattentestpunkte T aufweist. Die Bauformen der Nadeln N sind üblicherweise stabförmig und tragen meist Absätze oder endseitige Verdickun- gen, wie u. a. in EP 0 149 776 B2 und DE G 90 14 236.5 U1 offenbart.

Moderne Leiterplatten weisen zahlreiche interne Verdrahtungsebenen auf oder sind zur direkten Aufnahme von hoch integrierten ICs vorgesehen. Insbesondere durch den Einsatz hochdichter Anordnungen von Anschlußflächen, wie zum Beispiel von Ball Grid Arrays (BGA), sind die Anforderungen an die Zahl der zu kontaktierenden und zu messenden Kontaktpunkte an einer Leiterplatte erheblich gestiegen. Zugleich ist der Zwischenkontaktabstand bei derartigen Leiterplatten bis auf ca. 0,25 mm (10 mil) abgesunken. Für derartige Adapter in diesem Einsatzfeld verwendet man des- halb extrem dünne Nadeln, die beispielsweise nur einen Durchmesser von 0,1 mm oder 0,2 mm aufweisen. Diese Nadeln sind aber äußerst instabil, so daß viele Füh- rungslagen im Adapter vorgesehen werden müssen, um sie sicher führen zu können Der Aufwand zur Herstellung einer Prüfvorrichtung, die für jede Bauart zu prüfender Leiterplatten individuell anzufertigen ist, ist aufgrund der genannten Anforderungen sehr hoch.

Es besteht daher die Aufgabe, einen Prüfstift zu schaffen, der den Anforderungen an immer weiter wachsenden Anzahl, eng aneinander liegend angeordneter Anschlußflächen beim Messen bzw. Kontaktieren moderner Leiterplatte gerecht wird.

Ferner besteht die Aufgabe, einen Adapter und eine verbesserte Vorrichtung zum Testen von Leiterplatten zu schaffen.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgaben einen Prüfstift mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 sowie einen Adapter mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und eine Vorrichtung zum Testen von Leiterplatten mit den Merkmalen des Anspruchs 15 auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind Gegenstand der jeweiligenUnteransprüche.

Ein erfindungsgemäßer Prüfstift für eine Vorrichtung zum Testen von Leiterplatten zeichnet sich dadurch aus, daß er eine Nadel und eine Hülse umfaßt, wobei die Na- del in der Hülse verschieblich geführt ist und die Nadel mindestens 10 mm aus der Hülse herausragt, insbesondere mehr als 20 mm. Diese Lösung zeichnet sich durch die Kombination einer dünnen Nadel als integralem Bestandteil in einem Stift aus, wobei aufgrund der Führung der Nadel in der Hülse eine verbesserte Eigensteifigkeit bei gleichzeitiger federnder Ausgleichsfähigkeit des Prüfstifts geschaffen wird. Weiter weist ein erfindungsgemäßer Prüfstift eine gute Integrationsfähigkeit in Adaptern zum Abtasten sehr dichter Kontaktflächenanordnungen mit geringen Abständen zwischen den Kontaktflächen aus.

In einer alternativen Lösung weist ein erfindungsgemäßer Prüfstift für eine Vorrich- tung zum Testen von Leiterplatten eine Nadel und eine Hülse auf, wobei die Nadel in der Hülse verschieblich geführt ist und in der Hülse eine Feder vorgesehen ist, die einer Bewegung der Nadel entgegenwirkt, wobei die Nadel mindestens teilweise an einem aus der Hülse herausragenden Bereich sich bis zu einer Kontaktspitze hin ko- nisch verjüngt ist. Damit weist ein erfindungsgemäßer Prüfstift im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten dünnen Starrnadeln Kontaktspitze eine ver- besserte Steifigkeit auf und kann mit seinen Kontaktspitzen genauso dicht wie die Starrnadeln angeordnet werden. Er ist darüber hinaus auch gleichzeitig zum federn- den Ausgleich in der Lage. So stellt ein erfindungsgemäßer Prüfstift eine Integration einer Nadel in einen Prüfstift dar, die zu einer großen Vereinfachung im Aufbau einer Prüfvorrichtung führt, die anstelle einer Vollrasterkassette und einem Rasteranpas- sungsadapter lediglich einen einzigen Adapter aufweist, wie es nachfolgend näher erläutert wird.

Weiter besteht ein erfindungsgemäßer Adapter aus mindestens zwei parallelen La- gen, in denen federnde Prüfstifte der vorstehend genannten Art in durchgehenden Ausnehmungen gelagert sind, wobei die Prüfstifte teilweise schräg angeordnet sind und Kontaktspitzen der Prüfstifte zur Kontaktierung eines Prüflings herausragen so- wie die Prüfstifte an einer dem Prüfling gegenübertiegenden Seite des Adapters zur Kontaktierung eines regelmäßig mit Kontakten versehen Grundrasterfeldes ausgebil- det sind. Damit wird durch einen erfindungsgemäßen Adapter die Zweiteilung in eine

Vollrasterkassette mit federnden Stiften und einem Starrnadeladapter zur Anpassung von einem regelmäßigen Raster üblicher Grundrasterfelder hin zu einem beliebigen Raster eines Prüflings aufgehoben. Hier übernimmt die Hülse wesentliche Stütz-und Führungsaufgaben, so daß die Zahl der inneren Lagen gering gehalten werden kann.

In Adaptern muß das Lochraster jeder Lage einzeln durch Computer berechnet und durch hochpräzise CNC-Maschinen mit einem gebohrtem Lochraster erstellt werden, so daß jede Einsparung einer Lage einen beträchtliche Kostensenkung mit sich bringt. Insgesamt wird durch die vorliegende Erfindung ein einziger und sehr kom- pakter Adapter bei deutlicher Reduzierung der Einzelteile und entsprechend günstige- ren Kosten geschaffen.

Ferner zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Testen von Leiterplat- ten durch einen Aufbau mit einem regelmäßigen Grundrasterfeld, einem Adapter mit mehreren Prüfstiften aus, wobei der Adapter an einer ersten Oberseite mit den Prüf- stiften in elektrisch leitender Verbindung stehende Kontakte aufweist, die einer Kon- taktanordnung auf dem Testfeld angepaßt sind, und an einer zweiten Oberseite die Kontaktspitzen der Prüfstifte herausragen, wobei jede der Kontaktspitzen einem be- stimmten Leiterplatten-Prüfpunkt eines Prüflings zugeordnet ist und bei einem in die Vorrichtung eingelegten Prüfling mit dem Leiterplatten-Prüfpunkt eines Prüflings in elektrisch leitender Berührung steht. Diese Vorrichtung ist aus den vorstehend ge- nannten erfindungsgemäßen Komponenten aufgebaut und beinhaltet als geschlosse- nes System alle vorgenannten Vorteile in sich.

Die vorstehende Aufgabe, die Merkmale und Vorteile nach der vorliegenden Erfin- dung können unter Berücksichtigung der folgenden, detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen besser verstanden werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zei- gen in : Fig. 1 eine skizzierte Darstellung eines Prüfstiftes in einer ersten Ausführungsform ;

Fig. 2 eine skizzierte Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Prüfstiftes ; Fig. 3 eine skizzierte Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Nadel ; Fig. 4 eine skizzierte Seitenansicht einer Vorrichtung zum Prüfen mit eingesetztem Prüfling ; Fig. 5 eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. 4 und Fig. 6 eine Darstellung einer Prüfvorrichtung nach dem Stand der Technik.

Ein erfindungsgemäßer Prüfstift 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) umfaßt eine Nadel 2 und eine Hülse 3 mit einer Feder 4. Die Nadel 2 weist eine ge- samte Lange I von ca. 40 mm bis 70 mm auf, die Hülse eine Lange L von ca. 70 mm bis 100 mm.

Die Nadel 2 ist mit einem Führungsbereich 5 in der Hülse 3 entlang einer Mittelachse M verschieblich gelagert, wobei die Nadel 2 mit einem an den Führungsbereich 5 an- schlief3enden Außenbereich 6 aus der Hülse 3 frei hervorsteht. Der Außenbereich 6 besitzt an einem freien Ende in eine Kontaktspitze 7.

Ein Außendurchmesser d1 der Nadel 2 beträgt sowohl in dem Außenbereich 6 als auch im Führungsbereich 5 als Außendurchmesser d2 ca. 0,15 bis 0,30 mm und vor- zugsweise 0,2 bis 0,25 mm. Dem Außendurchmesser d2 des Basisbereichs 6 ist ein Innendurchmesser D der Hülse 3 angepaßt, um eine reibungsarme Verschieblichkeit der Nadel 2 in der Hülse 3 zu gewährleisten und dabei die Steifigkeit der Nadel 2 durch eine Führung durch die Hülse 3 zu erhöhen. Hierdurch ist es möglich dünne Nadeln 2 zu verwenden. Damit können vorstehend beschriebene Prüfstifte 1 in einem Adapter sehr eng angeordnet werden, da der Außenbereich 6, der in an die Kontakt- spitze 7 angrenzt, sehr dünn ist und eine Lange 11 von zumindest 10 mm aufweist.

Weiter ist die Nadel 2 in dem beschriebenen Prüfstift 1 federnd angeordnet, so daß ein selbständiger Ausgleich von Toleranzen an einem Prüfling gegeben ist. Damit

sind die Funktionen der bekannten Starrnadeln (dichte Anordnung) und der bekann- ten Prüfstifte (Federung) in dem erfindungsgemäßen Prüfstift vereinigt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 2) eines erfindungsgemäßen Prüfstiftes 1 weist die Nadel 2 einen Basisbereich 8 und einen sich daran anschließenden Kon- taktbereich 9 auf. Der Basisbereich 8 bildet einen stabförmigen Abschnitt mit kreis- förmigen Querschnitt und konstantem Durchmesser d2 und der Kontaktbereich 9 ist zu seinem freien Ende hin konisch verjüngt ausgebildet, so daß er an seinem freien Ende eine Kontaktspitze 7 aufweist. Der Durchmesser d der Kontaktspitze 7 ist klei- ner oder gleich 0,2 mm und beträgt vorzugsweise 0,1 mm, damit eng beieinander liegende Leiterplattentestpunkte einer zu prüfenden Leiterplatte kontaktiert werden können. Der der Kontaktspitze 7 gegenüberliegende Endabschnitt 12 des Kontaktbe- reichs 8 besitzt den gleichen Durchmesser d2 wie der Basisbereich 8, wobei sich der Endabschnitt 12 auch außerhalb der Hülse 3 befinden kann.

Angrenzend an die Nadel 2 ist in der Hülse 3 die Feder 4 angeordnet (Fig. 1 und Fig.

2).

In einer weiteren Ausführungsform (Fig. 3) ist ein Endabschnitt 14 des Basisbereichs 8 der Nadel 2 durch Lasereinschnitte 15 als Feder 4 ausgebildet. Diese Laserein- schnitte 15 können senkrecht zu der Mittelachse M verlaufen und in einer Ebene verlaufen, wie in der Abbildung von Fig. 3 dargestellt. Durch eine wechselseitige An- ordnung der Lasereinschnitte 15 ergibt sich insgesamt eine mäanderförmige Struktur vorbestimmter Federsteifigkeit. Zur Vergrößerung der Federweges wird die Mander- förmige Struktur in ihrer Länge angepaßt. Die Federsteifigkeit wird auch durch die Materialeigenschaft und die Materialstärke der zwischen den Lasereinschnitten 15 verbleibenden Stege bestimmt. Zur Erhöhung der Federeigenschaften können (in der Abbildung von Fig. 3 angedeutet) die Lasereinschnitte 15a unter einem Winkel < 90° zu der Mittelachse M angeordnet sein.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Feder unter Drehen der Nadel 2 um die Mittelachse M mit Vorschub beim Lasern gefertigt, so daß eine schraubenförmige Feder 2 mit einstellbarer Ganghöhe und Materialstärke hergestellt wird. Neben einem

Laserprozeß sind auch vergleichbare Verfahren bei der Herstellung der Nadel 2 und der Feder 4 entsprechend einsetzbar, wie z. B. Ätzen.

Gegenüber einer separaten Fertigung einer Feder 4 weisen die einstückigen Ausfüh- rungsformen von der Nadel 2 und der Feder 4 mehrere Vorteile auf. Zum einen kön- nen die Nadeln 2 u. a. in einem Laserverfahren hergestellt werden, so daß in einem Produktionsschritt der Kontaktbereich 2 hergestellt bzw. vergütet und direkt anschlie- ßend ohne Einsatz neuer Werkzeuge oder eine Umrüstung mit Rüstzeit die Feder 4 hergestellt werden kann. Es wird somit unter Einsparung von Zusatzmaterialien, Zeit und weiteren Werkzeugen eine einstückige und somit leicht zu handhabende Anord- nung aus Nadel 2 und Feder 4 hergestellt. Zudem wird durch die einteilige Ausbil- dung von Nadel 2 und Feder 4 eine ideale elektrische Verbindung zwischen der Na- del 2 und der Feder 4 hergestelit. Kontakt-Grenzflachen zwischen Nadel 2 und Feder 4 mit ihren Übergangswiderständen werden bei obiger Ausführungsform beseitigt.

Die Feder 4 kann entweder allein oder bei einstückiger Verbindung mit der Nadel 2 zusammen in der Hülse 3 befestigt werden. Dazu wird die Feder 4 vorzugsweise an einem der Kontaktspitze 7 abgewandten Ende der Hülse 3 durch Löten, Schweißen, Quetschen etc. in der Hülse 3 fixiert, wie z. B. in Fig. 1 dargestellt.

Die Feder 4 wird nach einer bevorzugten Ausführungsform bspw. durch eine Einprä- gung 16 in einem Endbereich derart in der Hülse 3 fixiert, daß sie gegen ein Ver- schieben bzw. Herausrutschen gesichert ist. Dabei ist die Fixierung vorzugsweise ein Stück entfernt vom Ende der Hülse 3 angeordnet, so daß ein endseitig verbleibender Federabschnitt verbleibt. An diesem Endabschnitt ist ein Endbereich 18 mit einem definiert federnden und insbesondere mit einer balligen außenseitigen Oberfläche ausgeführten Kontaktkörper 20 ausgebildet. Dieser Kontaktkörper 20 bildet auch bei einer nachfolgend noch dargestellten Schrägstellung des Prüfstifts 1 aufgrund der federbelasteten balligen außenseitigen Oberfläche einen stets sicheren elektrischen Kontakt mit einem Kontakt eines Grundrasterfeldes (Fig. 3).

Zum Prüfen einer zu testenden unbestückten Leiterplatte 22 sind die Prüfstifte 1 in einem Adapter 24 (Fig. 3) angeordnet, mit welchem ein regelmäßiges Grundraster

einer Prüfvorrichtung bzw. ein Grundrasterfeld 26 auf die unregelmäßige Anordnung der Leiterplatten-Prüfpunkte 28 umgesetzt wird, indem die Prüfstifte 1 im Adapter 24 teilweise schräggestellt sind. Insbesondere ist es mit einem solchen Adapter 24 mög- lich, daß viele eng beieinander liegende Leiterplatten-Prüfpunkte 28 getestet werden können, indem eine entsprechende Anzahl von Prüfstiften 1, die einen größeren Be- reich des Grundrasterfeldes 26 abdecken, auf diesen Bereich der eng beieinander liegenden Leiterplatten-Prüfpunkte 28 gerichtet werden. Diese Prüfstifte 1 sind somit ähnlich wie bei einem Strahlenbündel auf diese eng beieinander liegenden Leiter- platten-Prüfpunkte 28 fokusiert.

Die Prüfstifte 1 werden in dem Adapter 24 durch zwei voneinander in Abständen an- geordnete Lagen 30 und einer benachbart zum Prüfling 22 angeordneten Lage 31 gehalten, in welche Führungsbohrungen 32 eingebracht sind, durch die sich die Prüf- stifte 1 erstrecken. Die Führungsbohrungen 32 werden durch Bohren Lasern oder Ätzen eingebracht. Die Bohrungen können in Bezug auf eine Ebene der jeweiligen Lage 30,31 zur Senkrechten abweichende Achsen aufweisen (Fig. 5).

Da die Nadeln 2 der Prüfstifte 1 ein Stück aus der Hülse vorstehen, werden die Aus- nehmungen 33 in der zum Prüfling benachbarten Lage 31 lediglich von den dünnen Nadeln 2 und nicht von den Hülsen 3 durchsetzt, weshalb die Nadeln 2 im Bereich der Lage 31 dicht nebeneinander angeordnet werden können.

Grundsätzlich ist jedoch zu berücksichtigen, daß der minimale Abstand zwischen den Kontaktspitzen 7 benachbarter Prüfstifte 1 nicht beliebig verringert werden kann, da die Führungslöcher nicht beliebig eng aneinanderliegend gebohrt werden können und zudem beim Bohren Bohrstege entstehen, die einen gewissen Abstand verursachen.

Aufgrund der räumlichen Anordnung der Prüfstifte ist es nicht möglich, relativ dicke Prüfstifte mit lediglich einer kleinen, kurzen Spitze vorzusehen, da diese Nadeln we- gen der entsprechend größeren Bohrlöcher nicht eng nebeneinander liegend ange- ordnet werden können und zudem die Gefahr besteht, daß sie sich mit den an den Kontaktspitzen angrenzenden Bereichen berühren. Bei den erfindungsgemäßen Na- deln werden diese Probleme durch die große Lange I des freien Kontaktbereichs 9, die sich allmählich über eine vorbestimmte Lange I konisch erweitert vermieden.

Diese Beschränkungen müssen bei der Festlegung der Maße der erfindungsgemä- ßen Prüfnadel 1 auch im weiteren berücksichtigt werden. Sie sind in einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung jedoch wesentlich geringer als in bekannten Vorrichtun- gen unter Verwendung von Nadeln nach dem Stand der Technik. Zwar hat das Grundrasterfeld 26 der Prüfvorrichtung erheblichen Einfluß auf die räumliche Anord- nung der Prüfstifte 1, und da die Prüfstifte 1 in dem Adapter nicht beliebig schräg ge- stellt und gedreht werden können, auch auf den minimalen Abstand der Prüfspitzen, da sich die Prüfstifte sonst berühren könnten. Wie in der Ausschnittsvergrößerung von Fig. 3 (Fig. 4) dargestellt ist kann in einem erfindungsgemäßen Adapter 24 eine bestimmte reduzierte Steifigkeit bzw. Flexibilität der Kontaktspitze 7 schraggestellter Nadeln 2 genutzt werden, um die jeweiligen Kontaktspitzen 7 durch die benachbart zum Prüfling angeordnete Lage 31 aus ihrer jeweiligen Mittelachse M heraus durch reversibles Biegen abzulenken. Damit können Kontaktspitzen 7 noch näher neben- einander angeordnete Leiterplatten-Prüfpunkte sicher und ohne elektrisch leitende Berührung untereinander kontaktieren, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist. Insbesondere stehen die Kontaktspitzen 7 im wesentlichen senkrecht auf den je- weils zu kontaktierenden Leiterplatten-Prüfpunkten 28, so daß durch die beschriebe- ne Anordnung zuverlässigere elektrische Verbindungen hergestellt werden.

Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß die Herstellung von Lagen 30,31 in einem Adapter 24 einen sehr wesentlichen Kostenfaktor im Bezug auf die Herstellungskos- ten einer gesamten Prüfvorrichtung darstellt, da das Bohrmuster jeder Lage 30,31 des Adapters 24 mit einem Computer gesondert berechnet und von CNC-gesteuerten Präzisionsmaschinen mit einem individuellen Lochraster 32 gebohrt werden muß. In einem erfindungsgemäßen Adapter 24 werden durch den Einsatz vorstehend be- schriebener erfindungsgemäßer Prüfstifte 1 mit Hülsen 3 aufgrund der erhöhten Ei- gensteifigkeit der erfindungsgemäßen Prüfstifte 1 im Vergleich zu bekannten Nadeln wenige Lagen 30,31 benötigt.

Insbesondere kann der erfindungsgemäße Adapter 24 sowohl eine Vollrasterkassette mit federnden Stiften als auch einen Starrnadeladapter zur Anpassung von einem regelmäßigen Raster üblicher Grundrasterfelder hin zu einem beliebigen Raster eines Prüflings, ersetzen, wodurch an einer Prüfvorrichtung ein vollständiges Bauteil-Voll- rasterkassette bzw. Rasteranpassungsadapter-eingespart werden kann.

Bezugszeichenliste R Rasteranpassungsadapter G Grundrasterfeldes T Leiterplattentestpunkte P zu testende Leiterplatte F Führungslage N Prüfnadeln, starr V Vollrasterkassette S federnder Stift Prüfstift 2 Nadel 3 Hülse 4 Feder 5 Führungsbereich 6 Außenbereich 7 Kontaktspitze 8 Basisbereich 9 Kontaktbereich 10 12 Endabschnitt des Kontaktbereiches 9 13 D Innendurchmesser der Hülse 3 d1 Au#endurchmesser der Nadel 2 im Außenbereich 6/Kontaktbereich 9 d2 Au#endurchmesser der Nadel 2 im Führungsbereich 5/Basisbereich 8 d Durchmesser der Kontaktspitze 7 11 Länge des Kontaktbereiches 12 Länge des Basisbereiches I Lange der Nadel 2 L Länge der Hülse 3 M Mittelachse der Nadel 2

14 Endabschnitt des Basisbereichs 8 der Nadel 2 15 Laser-Einschnitte<BR> 16 Einprägung 18 Endbereich der Feder 4 20 (federnder) Kontakt 22 Leiterplatte/Prüfling 24 Adapter 26 Grundrasterfeld 28 Leiterplatten-Prüfpunkt 30 Lage des Adapters 31 Lage des Adapters, dem Prüfling zugewandt 32 Lochraster 33 Ausnehmung