DE102004028722A1

DE102004028722A1 - Rückseitensondierverfahren und -anordnung

Info

Publication number: DE102004028722A1
Application number: DE102004028722A
Authority: DE
Inventors: Kenneth William Colorado Springs Johnson
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-02-03
Also published as: US6980015B2; US20040257096A1

Abstract

Eine Schnittstellenplatine zum Sondieren einer zu testenden Vorrichtung, die ein Array von Verbindungspunkten aufweist, auf einer Rückseite einer Platine, an der die testende Vorrichtung angebracht ist. Die Schnittstellenplatine ist auf einer steifen Schicht aufgebaut, die eine Mehrzahl von Durchgängen von einer ersten Seite zu einer zweiten Seite in einem Muster aufweist, das mit dem Array von Verbindungspunkten auf der Platine, an der die zu testende Vorrichtung angebracht ist, zusammenpaßt. Ein Array von Schlußflächen ist auf einer ersten Seite der Schnittstellenplatine gebildet, wobei jede Anschlußfläche eine gesteuerte Oberfläche aufweist, die einem der Durchgänge zugeordnet ist.

Description

Hersteller, Großhändler und Einzelhändler bestückter Schaltungsplatinen suchen immer nach Test- und Meßlösungen, die nicht nur die Kosten minimieren, sondern außerdem leicht einzusetzen sind. Was diese Ziele verkompliziert, ist die Tatsache, daß viele Vorrichtungen, die derartige Gruppen testen möchten, die Verwendung einer Zwischenverbindung mit hoher Dichte erfordern. In dem Fall einer Logikanalysesonde ist es nicht unüblich, daß eine Zwischenverbindung, die ein 49 × 49-Array von Verbindungen aufweist, benötigt wird, um die Sonde mit der zu testenden Platine zu verbinden. Derartige Zwischenverbindungen weisen insgesamt 2.401 Verbindungen auf. Ein Bereitstellen zweckgebundener Testanschlußflächen für jede dieser Verbindungen wäre nicht nur teuer, sondern würde eine beträchtliche Entwurfszeit benötigen.

Für gesockelte Chips umfassen bekannte Lösungen die Bereitstellung eines Adapters zwischen dem Sockel und dem Chip oder eine externe Schnittstelle, die über einen Chip paßt (wie z. B. QFP) und die Anschlußstifte berührt, die sich von dem Chip erstrecken. Leider sind derartige Sondenschnittstellen nicht zur Verwendung mit Chips geeignet, die Kugelrasterarray- (BGA-) Gehäuse-Lötmittel verwenden, das an der Platine angebracht ist.

Eine der beliebteren Lösungen für Oberflächenbefestigungstechnologien ist die sogenannte „Nagelbett"-Sonde. Eine Nagelbett-Sonde liefert ein Array von Anschlußstiften, üblicherweise POLO-PINS, die über eine Matrix von Verbindungen geklemmt sind, die auf einer zu testenden Platine gebildet sind. Natürlich erfordert dies die Herstellung der Platine mit einem derartigen Raster. Der schon immer existierende Trend in Richtung kleinerer Gehäuse bringt strenge Einschränkungen für die Verfügbarkeit von Raum auf einer PCB zur Unterbringung von Testmatrizen mit sich. Eine Variation derartiger Schnittstellen beinhaltet ein Anpassen einer Nagelbett-Sonde an ein Raster von Leitern, die üblicherweise auf der gegenüberliegenden Seite der PC-Platine von dem Kugelrasterarray zu finden sind. Insbesondere sind BGA-Bauelemente üblicherweise einer Matrix von Durchgangslöchern zugeordnet, wobei die einzelnen Lötmittelkugeln an Anschlußflächen angebracht sind, die mit Durchgangslöchern verbunden sind. Es ist ebenso bekannt, die Lötmittelkugeln des BGA direkt an den Durchgangslöchern anzubringen. In jedem Fall ist eine Sonde mit einem Array von Anschlußstiften gebildet, das mit dem Muster der Durchgangslöcher auf der gegenüberliegenden Seite der Platine zusammenpaßt. Dies ist in der Technik als Rückseitensondierung bzw. -untersuchung bekannt.

Leider weisen gegenwärtige Verfahren und Vorrichtungen zur Rückseitensondierung bestimmte Nachteile auf. Insbesondere gibt es eine Anzahl physischer Parameter, die durch die Entität, die die tatsächliche Sondierung durchführt, nicht gesteuert werden, wie z. B. Größe, Plazierung und Zustand der Kontakte, mit denen die Sonde gerade verbunden ist.

1 ist eine konzeptionelle Schnittansicht einer einzelnen Lötmittelkugel 10 eines BGA-Arrays auf einer Vorrichtung 12, die von der Rückseite der Ziel-Platine 14 sondiert wird. Bei diesem Beispiel ist die Lötmittelkugel 10 gezeigt, um mit einer Anschlußfläche 16 verbunden zu sein, die als Teil eines Durchgangslochs 18 gebildet ist, wobei dies jedoch, wie oben angemerkt wurde, nicht zwangsläufig der Fall sein muß. Als ein Ergebnis von Prozessen und Entwurfsbeschränkungen von dem Kunden ist der freiliegende Abschnitt 20, als die Anschlußfläche 20 bezeichnet, des Durchgangslochs 18 auf der Rückseite der Ziel-Platine 14 nicht als zuverlässige Verbindung dienlich. Während die ideale Anschlußfläche eine glatte, flache, mit Gold plattierte größenmäßig gesteuerte Oberfläche wäre, ist die Anschlußfläche 20 einfach ein bloßer Kupferrückstand von der Bildung des Durchgangslochs 18.

Ferner ist die Anschlußfläche 20 üblicherweise durch eine Lötmittelmaske 22 umgeben, ein Nebenprodukt des Verfahrens, das zur Bestückung der Ziel-Platine 14 verwendet wird. Es ist typisch, daß die Lötmittelmaske 22 12,7 bis 25,4 tausendstel cm (5 bis 10 tausendstel Zoll) oberhalb der Ebene der Anschlußfläche 20 hochsteht, was es für die Sonde ziemlich schwierig macht, die Kupferanschlußflächen zuverlässig zu kontaktieren, insbesondere, wenn ein Elastomerverbinder 24, wie dies gezeigt ist, verwendet wird. Der Elastomerverbinder 24 wird bei diesem Beispiel verwendet, um einen Kontakt zu der Anschlußfläche 20 herzustellen. Der Elastomerverbinder 24 weist leitfähige Bauteile auf, die durch denselben verlaufen, senkrecht zu der Platine. Statt eines Elastomerverbinders 24 könnte ein Kontakt mit Pogo-Anschlußstiften versucht werden. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, daß die Pogo-Anschlußstifte genau die Mitte des Durchgangslochs 18 treffen, was eine minimale oder keine Komprimierung des Pogo-Anschlußstiftes erzeugt, oder daß die das Durchgangsloch umgebende Lötmittelmaske sich mit dem Pogo-Anschlußstift stört. Beide Zustände erzeugen einen unzuverlässigen Kontakt, der das Signal wesentlich verschlechtern kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Sondieren einer zu testenden Vorrichtung, eine Schnittstellenplatine oder eine Vorrichtung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Schnittstellenplatine gemäß Anspruch 7 oder eine Vorrichtung gemäß Anspruch 16 gelöst.

Folglich haben die vorliegenden Erfinder den Bedarf nach neuen Vorrichtungen und Verfahren zur Unterstützung einer Rückseitensondierung bzw. -untersuchung erkannt, die ein Erhalten zuverlässiger Verbindungen zwischen der Sonde und den Anschlußflächen auf der zu testenden Vorrichtung erleichtern.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen durchwegs auf gleiche Elemente beziehen. Es zeigen:
1 eine konzeptionelle Schnittansicht, die eine bekannte Vorrichtung und ein bekanntes Verfahren zur Rückseitensondierung darstellt
2 eine konzeptionelle Schnittansicht, die eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Rückseitensondierung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
3 eine Draufsicht einer Schnittstellenplatine gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine konzeptionelle Schnittansicht einer einzelnen Lötmittelkugel 10 eines BGA-Arrays auf einer Vorrichtung 12, die von der Rückseite der Ziel-Platine 14 sondiert wird. Die in 2 gezeigte Konfiguration würde für jede erwünschte Verbindung auf der Zielplatine 14 wiederholt werden. Wie bei dem vorherigen Beispiel bekannter Rückseitensondierungsvorrichtungen und -verfahren ist die Lötmittelkugel 10 gezeigt, um mit einer Anschlußfläche 16 verbunden zu sein, die als Teil eines Durchgangslochs 18 gebildet ist, wobei jedoch, wie oben angemerkt wurde, dies nicht zwangsläufig der Fall sein muß. Eine Schnittstellenplatine 22 ist unter Verwendung einer BGA-Technologie mit der Rückseite der Zielplatine 14 verbunden. Die Schnittstellenplatine weist im allgemeinen eine Schaltungsplatine 24 auf, vorzugsweise entweder eine flexible Schaltungsplatine oder eine dünne gedruckte Schaltungsplatine. Jedes geeignete Material, wie z. B. CAPTON oder FR-4, das in der Lage ist, eine Schaltungsplatine zu bilden, die eine Dicke von etwa 0,0254 cm (1/100 Zoll) aufweist, kann verwendet werden. Durchgangsschaltungen sind auf der Schaltungsplatine gebildet.
Vorzugsweise weist jede Durchgangsschaltung eine Anschlußfläche 26 auf der Seite der Schaltungsplatine 24, die mit der Zielplatine verbunden werden soll, und eine Schnittstellenanschlußfläche 28 auf der Seite der zu sondierenden Schnittstellenplatine 22 auf. Die Anschlußfläche 26 und die Schnittstellenanschlußfläche 28 sind unter Verwendung einer Durchgangsschaltung verbunden. Die Schnittstellenanschlußfläche 28 ist vorzugsweise eine glatte, flache, goldene (massiv oder plattiert), größenmäßig gesteuerte Oberfläche. Falls dies nötig ist, kann die Schnittstellenanschlußfläche 28 geläppt werden, gemeinsam mit allen der Schnittstellenanschlußflächen auf der Schnittstellenplatine 14, um eine Flachheit und Koplanarität sicherzustellen.
Jede Durchgangsschaltung, die ein Paar von Gold- oder mit Gold plattierten Anschlußflächen 26 und 28 verbindet, ist vorzugsweise unter Verwendung eines Durchgangslochs gebildet. Die Anschlußfläche 26 kann jede Struktur sein, die die Bildung des BGA ermöglicht, und muß nicht so sorgfältig wie die Schnittstellenanschlußfläche 28 hergestellt sein. In der vielleicht bevorzugten Konfiguration, wie in 2 gezeigt ist, ist die Durchgangsschaltung unter Verwendung eines „Mikro"-Versatzes des Durchgangslochs 32 zu der Seite der gesteuerten Anschlußfläche 28 gebildet. Diese Konfiguration erzeugt Ziffer-8-Muster, wobei einer der Kreise sehr klein ist. Wie für Fachleute auf diesem Gebiet bekannt ist, besteht ein Aspektverhältnis, das gehalten werden sollte, wenn Durchgangslöcher hergestellt werden (Durchmesser zu Länge). Da die Schaltungsplatine 24 sehr dünn ist, können die Durchgangslöcher 32 ziemlich klein sein. Eine weitere Konfiguration, die verwendet werden kann, besteht darin, ein größeres Durchgangsloch in der Mitte der Anschlußfläche mit einem leitfähigen Epoxid zu füllen. Die Oberfläche wird dann geläppt, um eine flache gesteuerte Oberfläche zu erzeugen. Die resultierende Oberfläche kann mit Gold plattiert sein, um eine Leitfähigkeit zu optimieren.
Vorzugsweise beträgt die Gesamtdicke der Schnittstellenplatine 22 1 mm oder weniger. Dies ist ausreichend, um die Verwendung von Schnittstellenanschlußflächen zu erlauben, die eine ausreichende Qualität aufweisen, während Stichleitungslängen minimiert werden. Ein Einschränken der Stichleitungslänge auf 1 mm minimiert jede Kapazität und Induktivität, die durch die Schnittstellenanordnung eingeführt wird.
Die Schnittstellenplatine 22 ist vorzugsweise an der Zielplatine 14 unter Verwendung einer BGA-Technologie angebracht, bei der eine Lötmittelkugel 30 jede Anschlußfläche 26 mit einer entsprechenden Anschlußfläche 20 verbindet. Ein Verwenden einer BGA-Technologie erlaubt es, daß die Schnittstellenplatine 22 angebracht sein kann, um Zielplatinen unter Verwendung standardmäßiger innerbetrieblicher Nachbearbeitungsprozesse auszuwählen. Alternativ könnte abhängig von der Wirtschaftlichkeit der Zielplatine eine Schnittstellenplatine 22 während der Bestückung zu jeder Zielplatine hinzugefügt werden.
3 ist eine Draufsicht einer Schnittstellenplatine 22 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall wurde die Schnittstellenplatine 22 hergestellt, um mit einem 86-Pin-PBGA, hergestellt durch Motorola (896A-01), zusammenzupassen, wobei 86 Anschlußstifte 28a–28n, die in einem Muster plaziert sind, mit den Anschlußstiften auf dem PBGA (nicht gezeigt) zusammenpassen. 3 stellt die Konfiguration dar, in der Durchgangslöcher 32a–32n an der Seite der Schnittstellenanschlußflächen 28n plaziert sind.
Obwohl ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist es für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich, daß Veränderungen an diesen Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und der Wesensart der Erfindung abzuweichen, wobei der Schutzbereich derselben in den Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist.

Claims

Verfahren zum Sondieren einer zu testenden Vorrichtung (12) mit einem Array von Verbindungspunkten (10) auf einer Rückseite einer Platine (14), an der die zu testende Vorrichtung (12) angebracht ist, mit folgenden Schritten: Bilden einer Schnittstellenplatine (22) mit einer Mehrzahl von Durchgängen (18) von einer ersten Seite zu einer zweiten Seite in einem Muster, das mit dem Array von Verbindungspunkten (10) auf der Platine (14) zusammenpaßt, an der die zu testende Vorrichtung (12) angebracht ist; Bilden eines Arrays von Anschlußflächen (16) auf der ersten Seite der Schnittstellenplatine (22), wobei jede Anschlußfläche (16) eine gesteuerte Oberfläche aufweist, die einem der Durchgänge (18) zugeordnet ist; Löten der Schnittstellenplatine (22) an die Gruppe von Verbindungen unter Verwendung eines Kugelrasterarrays zwischen den Verbindungen auf der zweiten Seite der Schnittstellenplatine (22) und der Gruppe von Verbindungen auf der zu testenden Vorrichtung (12); und Sondieren der zu testenden Vorrichtung (12) unter Verwendung der Mehrzahl von Anschlußflächen auf der Schnittstellenplatine (22).
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt des Bildens einer Schnittstellenplatine ein Bilden einer etwa 1 mm dicken Schaltungsplatine (24) mit einem Muster von Durchgangslöchern, das mit dem Array von Verbindungspunkten auf der Platine zusammenpaßt, an der die zu testende Vorrichtung angebracht ist, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Bildens eines Arrays von Anschlußflächen ein Anbringen von Goldanschlußflächen an jedem der Durchgangslöcher an einer Seite der Schnittstellenplatine (22) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem der Schritt des Bildens eines Arrays von Anschlußflächen ferner ein Läppen der Goldanschlußflächen, um eine flache Oberfläche sicherzustellen, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem der Schritt des Bildens eines Arrays von Anschlußflächen ferner ein Verwenden eines Kugelrasterarrays, um die Goldanschlußflächen an jedem der Durchgangslöcher anzubringen, aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem der Schritt des Bildens eines Arrays von Anschlußflächen ein Füllen jedes der Durchgangslöcher mit einem leitfähigen Material und ein Läppen der Schnittstellenplatine, um eine einheitliche Oberfläche zu erzeugen, aufweist.
Schnittstellenplatine (22) zum Sondieren einer zu testenden Vorrichtung (12) mit einem Array von Verbindungspunkten (10) auf einer Rückseite einer Platine (14), an der die zu testende Vorrichtung (12) angebracht ist, wobei die Schnittstellenplatine (22) folgende Merkmale aufweist: eine steife Schicht mit einer Mehrzahl von Durchgängen von einer ersten Seite zu einer zweiten Seite in einem Muster, das mit dem Array von Verbindungspunkten (10) auf der Platine (22), an der die zu testende Vorrichtung (12) angebracht ist, zusammenpaßt; und ein Array von Anschlußflächen (16) auf einer ersten Seite der Schnittstellenplatine (22), wobei jede Anschlußfläche (16) eine gesteuerte Oberfläche aufweist, die einem der Durchgänge zugeordnet ist.
Schnittstellenplatine gemäß Anspruch 7, bei der die steife Schicht eine Schaltungsplatine (24) mit einer Dicke von etwa 0,0254 cm aufweist.
Schnittstellenplatine gemäß Anspruch 8, bei der die Durchgänge ein Muster von Durchgangslöchern aufweisen, das mit dem Array von Verbindungspunkten auf der Platine zusammenpaßt, an der die zu testende Vorrichtung angebracht ist.
Schnittstellenplatine gemäß Anspruch 8 oder 9, bei der die Schaltungsplatine (24) eine flexible Schaltungsplatine aufweist.
Schnittstellenplatine gemäß Anspruch 10, bei der die Schaltungsplatine (24) aus CAPTON oder FR-4 hergestellt ist.
Schnittstellenplatine gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der das Array von Anschlußflächen Goldanschlußflächen aufweist, die an jedem der Durchgangslöcher an einer Seite der Schnittstellenplatine angebracht sind.
Schnittstellenplatine gemäß Anspruch 12, bei der die Goldanschlußflächen geläppt sind, um eine flache Oberfläche sicherzustellen.
Schnittstellenplatine gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, bei der die Goldanschlußflächen an jedem der Durchgangslöcher unter Verwendung eines Kugelrasterarrays angebracht sind.
Schnittstellenplatine gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, bei der die Anschlußflächen durch ein Füllen jedes der Durchgangslöcher mit einem leitfähigen Material und ein Läppen der Schnittstellenplatine, um eine einheitliche Oberfläche zu erzeugen, gebildet sind.
Vorrichtung mit folgenden Merkmalen: einer gedruckten Schaltungsplatine mit einer integrierten Schaltung, die an einem Array von Durchgangslöchern auf einer ersten Seite der gedruckten Schaltungsplatine unter Verwendung eines Kugelrasterarrays angebracht ist; und einer Schnittstellenplatine (22), die folgende Merkmale umfaßt: eine steife Schicht mit einer Mehrzahl von Durchgängen in einem Muster, das mit dem Array von Durchgangslöchern auf der gedruckten Schaltungsplatine zusammenpaßt, wobei die steife Schicht mit dem Array von Durchgangslöchern auf einer zweiten Seite der gedruckten Schaltungsplatine unter Verwendung eines Kugelrasterarrays verbunden ist, das die Durchgänge elektrisch mit den Durchgangslöchern verbindet; und ein Array von Anschlußflächen auf einer ersten Seite der Schnittstellenplatine, wobei jede Anschlußfläche eine gesteuerte Oberfläche aufweist, die einem der Durchgänge zugeordnet ist, derart, daß jedes der Durchgangslöcher auf der gedruckten Schaltungsplatine in einer elektrischen Verbindung mit einer Anschlußfläche steht.