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Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktiervorrichtung für eine in einer Kontaktierrichtung erfolgenden elektrischen Berührungskontaktierung eines Prüflings, insbesondere Wafers, mit mindestens einem mit einer Prüfeinrichtung elektrisch verbindbaren Leitersubstrat, mindestens einem Kontaktabstandstransformer und mindestens einem, elektrische Kontaktelemente, insbesondere federnde Kontaktelemente, aufweisenden, bevorzugt dem Ausgleich von unterschiedlichen, in Kontaktierrichtung insbesondere bei den Kontaktelementen bestehenden Berührungskontaktabständen dienenden Kontaktkopf.
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Eine elektrische Kontaktiervorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der
US 5952843 A bekannt. Diese Kontaktiervorrichtung weist ein Leitersubstrat auf, das elektrisch mit einem Kontaktabstandstransformer zusammenwirkt, der mit einem Kontaktkopf in elektrischer Verbindung steht, mit dem ein elektrischer Prüfling geprüft werden kann. Hierzu setzen Kontaktelemente des Kontaktkopfs in Berührungskontaktierung auf entsprechende Prüflingskontakte auf. Mittels einer mit dem Leitersubstrat elektrisch verbundenen Prüfeinrichtung werden Prüfstromkreise geschaltet, um den Prüfling auf elektrische Funktionsfähigkeit zu prüfen. Der Einsatzbereich der bekannten Kontaktiervorrichtung ist begrenzt, insbesondere bei sehr enger Kontaktlage der Prüflingskontakte des Prüflings.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Kontaktiervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die vielseitig einsetzbar ist. Insbesondere soll die elektrische Kontaktiervorrichtung auch bei sehr enger Kontaktlage der Prüflingskontakte problemlos einsetzbar sein.
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Diese Aufgabe wird unter Berücksichtigung der eingangs genannten elektrischen Kontaktiervorrichtung dadurch gelöst, dass der Kontaktkopf zwischen dem Leitersubstrat und dem Kontaktabstandstransformer angeordnet ist. Bei der Erfindung erfolgt eine Berührungskontaktierung des Prüflings mittels des Kontaktabstandstransformers. Je nach Ausbildung des Kontaktkopfs, insbesondere in Abhängigkeit von der Ausbildung seiner Kontaktelemente, erfordert der Ausgleich von unterschiedlichen Berührungskontaktabständen (insbesondere durch Unebenheiten, Schieflagen und so weiter) der Kontaktelemente einen entsprechenden Bauraum, der bei dem Gegenstand der Erfindung vorhanden ist, da – vom Leitersubstrat in Richtung auf den Prüfling gesehen – die Kontaktpfade einen hinreichenden Zwischenraum zwischen sich aufweisen, da diese erst im sich an den Kontaktkopf in Richtung auf den Prüfling anschließenden Kontaktabstandstransformer wesentlich verkleinert werden. Besteht beispielsweise eine Schieflage zwischen Prüfling und Kontaktiervorrichtung, so muss der Ausgleich dieser Schieflage, also die daraus resultierenden unterschiedlich großen Berührungskontaktabstände, nicht auf extrem engen Raum erfolgen, sondern im Bereich der Kontaktabstände oder auch im Bereich der Kontaktabstände, die größer sind, als die Prüflingskontaktabstände, da zwischen Kontaktkopf und Prüfling noch der Kontaktabstandstransformer liegt, der der Verkleinerung der Kontaktabstände in Richtung auf den Prüfling dient.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente als im Wesentlichen in Kontaktierrichtung federnde oder im Wesentlichen in Kontaktierrichtung federnd wirkende Federkontaktelemente ausgebildet sind. Handelt es sich bei den Kontaktelementen insbesondere um in Kontaktierrichtung oder etwa in Kontaktierrichtung verlaufende Kontaktelemente, besonders bevorzugt um sogenannte Knickdrähte, dann ist aufgrund der Erfindung und der damit einhergehenden relativ großen Abstände der Kontaktelemente deren gegenseitige Berührung, insbesondere wenn sie als nicht isolierte Knickdrähte ausgebildet sind, nicht zu befürchten, sodass elektrische Kurzschlüsse nicht zu befürchten sind.
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Aufgrund der Erfindung ist ein relativ groß bemessener Ausgleich bestehender Berührungskontaktabstände (in axialer Richtung, also in Kontaktierrichtung) möglich, ohne dass die Federwirkung der als Federkontaktelemente ausgebildeten Kontaktelemente beeinträchtigt ist. Mithin lassen sich entsprechend große Federwege realisieren und gleichwohl ist die erwähnte Kurzschlussgefahr nicht vorhanden. Ferner können die Kontaktelemente bei dem Gegenstand der Erfindung auch ausreichend stabil ausgeführt werden, sodass (insbesondere mittels des Kontaktabstandstransformers) eine sichere Berührungskontaktierung zustande kommt, da eine entsprechend hohe Federkraft aufgrund der stabilen Ausführung wirkt, d. h., der jeweilige Berührungskontakt wird mit entsprechend großer Kontaktkraft realisiert, wodurch eine sichere Kontaktierung ermöglicht ist. Ferner erlaubt die relativ stabile Ausgestaltung der Kontaktelemente der Erfindung eine entsprechend hohe Strombelastung, die nicht zu einer unzulässigen Erwärmung und damit auch nicht zu Messfehlern führt. Würde man im Stand der Technik dicke Kontaktelemente einsetzen, die dann einen entsprechend niedrigen elektrischen Eigenwiderstand aufweisen und auch eine hinreichende Kontaktierkraft aufbringen, so sind sie notwendiger Weise relativ kurz auszuführen, sodass der erzielbare Federweg oft nicht hinreichend groß ist. Alle diese beschränkenden Parameter und sich daraus ergebenden Nachteile liegen beim Gegenstand der Erfindung nicht vor.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Kontaktabstandstransformer Prüfkontakte für die elektrische Berührungskontaktierung des Prüflings verschieblich gehalten sind oder dass an dem Kontaktabstandstransformer Prüfkontakte für die elektrische Berührungskontaktierung des Prüflings befestigt sind, wobei jeweils die Prüfkontakte als starre Prüfkontakte oder als federnde Prüfkontakte ausgebildet sind, insbesondere als in Kontaktierrichtung starre Prüfkontakte oder als in Kontaktierrichtung federnde oder in Kontaktierrichtung federnd wirkende Prüfkontakte ausgebildet sind. Die Verschieblichkeit der Prüfkontakte ermöglicht beispielsweise zum Ausgleich geringer Unebenheiten eine Verbesserung bei der Berührungskontaktierung. Bevorzugt können verschieblich gehaltene Prüfkontakte dem Kontaktabstandstransformer auf einfache Weise entnommen werden, um sie beispielsweise im Falle eines Defekts gegen neue Prüfkontakte auszutauschen. Die vorstehend alternativ genannten befestigten Prüfkontakte weisen die erwähnte Verschiebbarkeiten nicht auf. Die Prüfkontakte können als starre Prüfkontakte oder als federnde Prüfkontakte ausgebildet sein. Bei starren Prüfkontakten erfolgt bei ihnen kein Ausgleich von Unebenheiten und so weiter. Federnde Prüfkontakte können vergleichsweise geringe Unebenheiten und so weiter bei der Berührungskontaktierung ausgleichen.
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Insgesamt ist für alle verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung von Bedeutung, dass wesentliche, also größere Berührungskontaktabstände von dem Kontaktkopf ausgeglichen werden, während von dem Kontaktabstandstransformer keine oder nur vergleichsweise wesentlich kleinere Berührungskontaktabstandsunterschiede ausgeglichen werden. So wird beispielsweise eine Schieflage zwischen dem Prüfling und der Kontaktiervorrichtung im Wesentlichen von dem Kontaktkopf ausgeglichen. Hingegen wird durch den Kontaktabstandstransformer allenfalls nur entsprechend kleine Berührungskontaktabstandsunebenheiten kompensiert. Berührungskontaktabstände können – je nach Bauform – zwischen dem Leitersubstrat und dem Kontaktkopf, zwischen dem Kontaktkopf und dem Kontaktabstandstransformer und/oder zwischen dem Kontaktabstandstransformer und dem Prüfling bestehen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente mit den Prüfkontakten in Berührungskontakt stehen oder dass die Kontaktelemente mit den Prüfkontakten mittels nicht lösbarer Verbindungen elektrisch verbunden sind oder dass die Kontaktelemente und die Prüfkontakte einstückig miteinander ausgebildet sind. Liegt der erwähnte Berührungskontakt vor, so weist die Kontaktiervorrichtung diesen und einen weiteren Berührungskontakt auf, nämlich den zwischen dem Kontaktabstandstransformer und dem Prüfling. Ein weiterer Berührungskontakt kann zwischen dem Kontaktkopf und dem Leitersubstrat bestehen. Die nicht lösbar miteinander verbundenen Kontaktelemente und Prüfkontakte bilden eine Einheit, die beispielsweise durch Kleben, Löten, Schweißen, insbesondere Kaltschweißen, herbeigeführt ist. Als weitere Alternative ist die Einstückigkeit der Kontaktelemente mit den Prüfkontakten genannt, die insbesondere sehr niederohmige Stromwege schafft.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kontaktabstandstransformer mittels einer Federlagerung in Kontaktierrichtung federnd oder im Wesentlichen in Kontaktierrichtung federnd angeordnet ist oder dass der Kontaktabstandstransformer in Kontaktierrichtung verschieblich oder im Wesentlichen in Kontaktierrichtung verschieblich mittels einer Führungslagerung angeordnet und mittels der im Wesentlichen in Kontaktierrichtung federnden oder im Wesentlichen in Kontaktierrichtung federnd wirkenden Federkontaktelemente federnd abgestützt ist. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, den mittels der Führungslagerung verschieblich angeordneten Kontaktabstandstransformer mittels einer separaten Federeinrichtung federnd abzustützen. In beiden Fällen, also durch die Federlagerung oder durch die Führungslagerung, ist eine in Kontaktierrichtung oder im Wesentlichen in Kontaktierrichtung mögliche Verlagerbarkeit des Kontaktabstandstransformers relativ zum Kontaktkopf ermöglicht. Der Kontaktkopf hingegen ist bevorzugt ortsfest angeordnet. Das Leitersubstrat ist bevorzugt ebenfalls ortsfest angeordnet. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Prüfling für die Durchführung der Berührungskontaktierung in Richtung auf die elektrische Kontaktiervorrichtung bewegt wird, bis die Berührungskontaktierung stattfindet. Alternativ kann auch die elektrische Kontaktiervorrichtung in Richtung auf den ortsfest angeordneten Prüfling bewegt werden. Als dritte Möglichkeit besteht ein gegenseitiges aufeinander zufahren von elektrischer Kontaktiervorrichtung und Prüfling. Bei der Führungslagerung handelt es sich grundsätzlich auch um eine Art Federlagerung, die dadurch entsteht, dass die Kontaktiervorrichtung mittels der Führungslagerung zwar nur verschieblich, also nicht gegen eine der Führungslagerung inne wohnenden Federkraft verlagerbar ist, jedoch wirken die Federkontaktelemente in Kontaktierrichtung federnd mit dem Kontaktabstandstransformer zusammen, wodurch dieser entlang des Verschiebewegs der Führungslagerung ebenfalls eine federnde Eigenschaft erhält, und/oder es ist die separate Federeinrichtung vorgesehen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Mittenzentriervorrichtung für den Kontaktabstandstransformer vorgesehen. Dies bedeutet, dass die Mitte oder etwa die Mitte der Anordnung der Prüfkontakte seine Position zum Prüfling und/oder zum Kontaktkopf beibehält, auch wenn beispielsweise Temperaturschwankungen auftreten oder ein Prüfling bei unterschiedlichen Temperaturen geprüft wird, da die durch Temperatureinfluss auftretenden Ausdehnungen oder Schrumpfungen sich über die Fläche der genannten Bauteile nur ausgehend von der Mitte her aufgrund der Mittenzentriervorrichtung auswirken und daher allenfalls geringfügig in Erscheinung treten, wodurch die elektrische Kontaktierung zum Prüfling und/oder zum Kontaktkopf nicht gefährdet ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Federlagerung oder die Führungslagerung die Mittenzentriervorrichtung für den Kontaktabstandstransformer mit ausbildet. Hierdurch wird eine kompakte und einfache Bauform erzielt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Federlagerung mindestens ein Blattfederelement aufweist. Dieses Blattfederelement gestattet eine in Kontaktierrichtung oder im Wesentlichen Kontaktierrichtung wirkende federnde Lagerung des Kontaktabstandstransformers.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Federelement eine Blattfläche aufweist, die quer, insbesondere rechtwinklig oder im Wesentlichen rechtwinklig zur (axialen) Kontaktierrichtung verläuft. Die Federwirkung wird insofern in Kontaktierrichtung oder etwa in Kontaktierrichtung bewirkt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Blattfederelement mit einem ersten Endbereich in eine an einer Seite des Kontaktabstandstransformers liegenden Seitenausnehmung verschieblich eingesteckt angeordnet ist und dass ein anderer, weiterer Endbereich des Blattfederelements ortsfest und/oder an dem Kontaktkopf direkt oder indirekt gehalten ist. Das erwähnte indirekte Halten am Kontaktkopf erfolgt durch Zwischenschaltung mindestens eines weiteren Bauelements. Der erste Endbereich des Blattfederelements kann zum weiteren Endbereich, insbesondere zweiten Endbereich des Blattfederelements, federnd verlagert werden. Dies erfolgt quer, insbesondere rechtwinklig, zur Blattfläche, insbesondere in axialer Richtung, wodurch die Federlagerung erzielt ist. Erfolgt eine entsprechende Auslenkung der Federlagerung, so kann sich der erste Endbereich geringfügig in der Seitenausnehmung radial verschieben. Dies ist für die in Kontaktierrichtung erfolgende Verlagerung notwendig.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens zwei, vorzugsweise drei oder vier, jeweils einen insbesondere spitzen Winkel zwischen sich einschließende, mit ihren ersten Endbereichen zueinander konvergierende Blattfederelement vorgesehen sind, insbesondere an einer Blattfeder ausgebildete Blattfederelemente vorgesehen sind, die in an unterschiedlichen Seiten des Kontaktabstandstransformers liegenden Seitenausnehmungen verschieblich eingesteckt angeordnet sind. Entweder handelt es sich um mehrere einzelne Blattfederelemente, die jeweils für sich an ihren weiteren, insbesondere zweiten Endbereichen festgelegt sind und mit ihren ersten Endbereichen den Kontaktabstandstransformer halten oder die Blattfederelemente sind zusammen an ein und derselben Blattfeder ausgebildet. Durch ihre winkelversetzte Anordnung zueinander schaffen sie, insbesondere wenn es sich um drei oder mehr Blattfederelemente handelt, eine Mittenzentrierung des Kontaktabstandstransformers, bilden also die Federlagerung einerseits und auch die Mittenzentriervorrichtung andererseits aus.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Blattfeder einen mehrkleeblattartigen, insbesondere dreikleeblattartigen oder vierkleeblattartigen, Durchbruch aufweist, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Blättern des Kleeblatts eines der Blattfederelemente ausgebildet ist. Demzufolge sind an der Blattfeder die mehreren Blattfederelemente einstückig miteinander ausgebildet.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jedes der Blattfederelemente mit der zugeordneten Seitenausnehmung ein Radiallager für ein radial verschiebliches Lagern des Kontaktabstandstransformers bildet. Auf diese Funktion wurde vorstehend bereits eingegangen.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Radialrichtung jedes Radiallagers quer, insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht, zu der die axiale Richtung darstellenden Kontaktierrichtung verläuft.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kontaktelemente des Kontaktkopfs derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass der Kontaktkopf einen weiteren Kontaktabstandstransformer bildet. Die bereits erwähnte Kontaktabstandsverkleinerung des erstgenannten Kontaktabstandstransformers wird somit unterstützt durch den Kontaktkopf, der den weiteren Kontaktabstandstransformer bildet und somit die Summe beider Kontaktabstandstransformer zur Wirkung gelangen, wodurch sehr enge Prüflingskontaktabstände mittels der elektrischen Kontaktiervorrichtung berührungskontaktiert werden können. Vorzugsweise ist die Anordnung derart getroffen, dass die wesentliche Kontaktabstandsverkleinerung von dem erstgenannten Kontaktabstandstransformer gebildet ist, während eine demgegenüber kleinere Kontaktabstandsverkleinerung mittels des weiteren Kontaktabstandstransformers also mittels des Kontaktkopfs erzielt ist.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Federkonstante von mindestens einem der Kontaktelemente größer oder kleiner ist als die Federkonstante des zugehörigen oder jeweils zugehörigen Prüfkontakts. Eine stärkere Federwirkung wird somit von dem mindestens einen Kontaktelement erzielt, während eine weniger kräftig wirkende Federwirkung durch den zugeordneten oder jeweils zugeordneten Prüfkontakt erzielt ist („größer”, insbesondere 8) oder umgekehrt („kleiner”, insbesondere 6).
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Die Anordnung kann bevorzugt derart getroffen sein, dass der Einfederweg von mindestens einem der Prüfkontakte mittels eines Anschlags begrenzt wird, bevor der gesamte Einfederweg des zugehörigen oder jeweiligen zugehörigen Federkontaktelements durchlaufen ist. Während des Einfedervorgangs federt aufgrund der unterschiedlich großen Federkonstanten demzufolge bei der Berührungskontaktierung der betrachtete Prüfkontakt ein, und zwar entlang eines größeren Federwegs als das zugeordnete Kontaktelement. Im Zuge des weiteren Einfederns tritt der Prüfkontakt an den erwähnten Anschlag, mit der Folge, dass er nun nicht weiter einfedert oder nur noch geringfügig weiter einfedert und insofern bei Erhöhung der Berührungskontaktierkraft nunmehr nur noch oder im Wesentlichen nur noch die Einfederung des Kontaktelements erfolgt. Mithin weist die aus dem Prüfkontakt und dem Kontaktelement resultierende Federkennlinie (Federweg über Kraft) einen Knick auf, ab dem – bei einem weiteren Vergrößern des Federwegs – die Kraft stark ansteigt.
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Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiel und zwar zeigt:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Kontaktiervorrichtung,
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2 die Kontaktiervorrichtung der 1 im kontaktierten Zustand,
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3 ein Detail der Kontaktiervorrichtung der 2,
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Kontaktiervorrichtung,
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Kontaktiervorrichtung,
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6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Kontaktiervorrichtung,
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7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Kontaktiervorrichtung,
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8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Kontaktiervorrichtung,
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9 bis 11 Details zur Kontaktiervorrichtung der 8,
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12 ein Kontaktabstandstransformer einer der vorstehend genannten Kontaktiervorrichtungen,
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13 eine seitliche Schnittansicht der Anordnung der 12,
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14 eine Kontaktiervorrichtung mit dem Kontaktabstandstransformer der 12 beziehungsweise 13,
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15 die Anordnung der 14 in Demontagestellung.
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Die 1 zeigt – in schematischer Darstellung – eine elektrische Kontaktiervorrichtung 1. Die Kontaktiervorrichtung 1 weist ein Leitersubstrat 2, einen Kontaktkopf 3 und einen Kontaktabstandstransformer 4 auf. Die Kontaktiervorrichtung 1 dient dazu, einen elektrischen Prüfling 5, insbesondere Wafer, auf elektrische Funktionsfähigkeit zu prüfen. Mittels angedeuteter elektrischer Verbindungen 6, die zu einer nicht dargestellten Prüfeinrichtung führen, lässt sich der Prüfling 5 mittels der Kontaktiervorrichtung 1 elektrisch berührungskontaktieren, um Prüfstromwege zu schalten.
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Das Leitersubstrat 2 kann vorzugsweise als Leiterplatte 7 ausgebildet sein, die Leiterbahnen 8 aufweist, die einerseits mit den elektrischen Verbindungen 6 elektrisch verbunden sind und andererseits zu Kontaktfeldern (Pads) führen, die mit elektrischen Kontaktelementen 9 des Kontaktkopfs 3 zusammenwirken.
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Der Kontaktkopf 3 weist mindestens zwei Führungsplatten 10, 11 auf, die mittels eines Abstandshalters 12 beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Führungsplatten 10, 11 sind mit Führungslöchern 13, 14 versehen, in die die Kontaktelemente 9 verschieblich eingesteckt sind. Die Kontaktelemente 9 sind als in Kontaktierrichtung 15 federnde Federkontaktelemente 16, insbesondere als Knickdrähte 17 ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Knickdrähte 17 zwischen den beiden Führungsplatten 10 und 11 zumindest eine Biegung aufweisen. Die federnde Eigenschaft erhalten die Knickdrähte 17 durch die Biegung und durch ihre Materialeigenschaft.
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Der Kontaktabstandstransformer 4 weist einen Grundkörper 18 auf, an dem – in Richtung auf den Prüfling 5 weisend – Prüfkontakte 19 befestigt sind. Die Prüfkontakte 19 sind elektrisch mit elektrischen Verbindungen 20 verbunden, die bis an eine Oberseite 21 des Grundkörpers 18 geführt sind und dort mit den elektrischen Kontaktelementen 9 des Kontaktkopfs 3 zusammenwirken können. Der Prüfling 5 weist Prüflingskontakte 22 auf, die bei diesem Ausführungsbeispiel säulenartig vorstehen und mit den Prüfkontakten 19 des Kontaktabstandstransformers 4 zusammenwirken können.
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Aus der 1 ist ersichtlich, dass die elektrischen Verbindungen 20 auf der Seite der Prüfkontakte 19 einen engeren Kontaktabstand aufweisen, als auf der Oberseite 21, d. h., der Kontaktabstand wird in Richtung auf den Prüfling 5 hin verkleinert. Nicht jedem Kontaktelement 9 muss eine elektrische Verbindung 20 zugeordnet sein, so wie dies der 1 entnehmbar ist. Ferner ist zu erwähnen, dass in den Figuren dieser Anmeldung die Kontaktiervorrichtung 1 und der Prüfling 5 nur zweidimensional dargestellt sind. Dies bedeutet, dass die räumlich insbesondere matrixartig vorliegende Kontaktanordnung der genannten Bauteile nur zweidimensional ersichtlich ist. Ferner zeigen etliche Ausführungsformen dieser Anmeldung einen Kontaktkopf 3, bei dem die elektrischen Kontaktelemente 9 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, also keine Kontaktabstandsänderung aufweisen. Lediglich im Ausführungsbeispiel der 8 ist erkennbar, dass die Kontaktelemente 9 im Bereich der Führungsplatte 11 einen engeren Kontaktabstand aufweisen als im Bereich der Führungsplatte 10. Dies hat zur Folge, dass der Kontaktkopf 3 einen weiteren Kontaktabstandstransformer 23 bildet. Demzufolge können die in dieser Anmeldung dargestellten Ausführungsbeispiele – unabhängig von der konkreten Darstellung in der jeweiligen Figur entweder mit im Wesentlichen parallel verlaufenden elektrischen Kontaktelementen versehen sein oder aber – wie in der 8 beispielsweise angedeutet – mit „entflächteten” Kontaktelementen 9, um einen weiteren Kontaktabstandstransformer 23 – neben dem Kontaktabstandstransformer 4 – zu bilden.
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Die 1 zeigt die Kontaktiervorrichtung 1 im nicht kontaktierten Zustand; die 2 zeigt die Kontaktiervorrichtung 1 im kontaktierten Zustand, d. h., der Prüfling 5 wird berührungskontaktiert, um ihn auf elektrische Funktionsfähigkeit prüfen zu können. In der 2 ist – der Einfachheit halber – das Leitersubstrat 2 nicht dargestellt. Entsprechendes gilt auch für die folgenden, weiteren Ausführungsbeispiele der elektrischen Kontaktiervorrichtung 1. Für die elektrische Berührungskontaktierung der Prüflingskontakte 22 des Prüflings 5 wird letzterer gemäß Pfeil 24 (2) in Richtung auf die Kontaktiervorrichtung 1 bewegt, sodass die Prüfkontakte 19 auf die Prüflingskontakte 22 aufsetzen. Der Prüfling 5 befindet sich hierzu auf einem in Kontaktierrichtung 15 verlagerbaren Hubtisch (nicht dargestellt). Die 3 zeigt eine Vergrößerung eines Prüfkontakts 19 und eines Prüflingskontakts 22. Es ist ersichtlich, dass die Prüfkontakte 19 aus mehreren Kontaktelementen 25 bestehen, die mit Auflaufschrägen 26 versehen sind. Die Auflaufschrägen 26 stützen sich am Prüflingskontakt 22 ab und bewirken eine entsprechende elastische Spreitzung der Kontaktelemente 25, mit der Folge, dass hierdurch – in Kontaktierrichtung 15 – eine gewisse Federwirkung entsteht, um Kontaktunterschiede der Prüflingskontakte 22 und Unebenheiten des Prüflings 5 auszugleichen. Diese axiale Federung ist nur relativ geringfügig wirkend, hilft jedoch dabei, eine saubere und niederohmige Prüflingskontaktierung zu erzielen. Bei den Prüfkontakten 19 handelt es sich vorzugsweise um Kronenkontakte (siehe 1 bis 3).
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Durch die Zuführung des Prüflings 5 in Richtung auf die Kontaktiervorrichtung 1 erfolgt nicht nur die Berührungskontaktierung der Prüfkontakte 19 mit den Prüflingskontakten 22, sondern es erfolgt auch eine Einfederung des Kontaktabstandstransformers 4 in Richtung auf den Kontaktkopf 3. Ein Vergleich der 1 und 2 zeigt, dass sich – bei der Berührungskontaktierung – der Abstand zwischen dem Kontaktabstandstransformer 4 und dem Kontaktkopf 3 verkleinert, d. h., der Kontaktabstandstransformer 4 wird entsprechend dem Pfeil 27 in Kontaktierungsrichtung 15 verlagert. Der Kontaktkopf 3 ist ortsfest angeordnet, d. h., er verlagert sich nicht. Wodurch diese Verlagerung ermöglicht ist, geht aus den 1 und 2 nicht hervor. Sie wird jedoch anhand der 12 erläutert. Diese axiale Verlagerung, insbesondere federnde axiale Verlagerung des Kontaktabstandstransformers 4 relativ zum vorzugsweise ortsfesten Kontaktkopf 5 und zum ebenfalls bevorzugt ortsfesten Leitersubstrat 2 liegt auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen dieser Anmeldung vor, ist jedoch in den Figuren nicht immer unmittelbar ersichtlich. Durch die Verlagerbarkeit, die insbesondere elastisch, nämlich federnd elastisch, gestaltet ist, werden die elektrischen Kontaktelemente 9, insbesondere die Knickdrähte 17 elastisch durchgebogen beziehungsweise weiter durchgebogen, was aus einem Vergleich der 1 und 2 deutlich ersichtlich ist. Mithin entsteht hierdurch ein entsprechender Kontaktdruck der elektrischen Kontaktelemente 9 einerseits zu den Kontaktfeldern/Leiterbahnen 8 des Leitersubstrats 2 und andererseits zu den freiliegenden Stirnenden der elektrischen Verbindungen 20, sodass auch an diesen beiden Stellen niederohmige Berührungskontaktierungen entstehen.
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Aus den Figuren dieser Anmeldung, insbesondere aus der 1, geht hervor, dass sich der Kontaktkopf 3 zwischen dem Leitersubstrat 2 und dem Kontaktabstandstransformer 4 befindet. Der Kontaktabstandstransformer 4 stellt eine elektrische Berührungskontaktierung mit dem zu prüfenden elektrischen Prüfling 5 her und das Leitersubstrat 2 ist mit der nicht dargestellten Prüfeinrichtung elektrisch verbindbar.
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Insbesondere ist zu erwähnen, dass der in Kontaktierrichtung 15 erfolgende Federweg im Wesentlichen von dem Kontaktkopf 3, also von den elektrischen Kontaktelementen 9 gebildet wird, um beispielsweise Schieflagen auszugleichen. Wesentlich kleinere axiale Federwege können die Prüfkontakte 19, zum Beispiel aufgrund ihrer Auflaufschrägen 26, bewirken, wobei diese geringe Einfederung jedoch nur kleinere Unebenheiten ausgleichen können. Dieses Prinzip gilt bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung, d. h., größere axiale Federwege werden von dem Kontaktkopf 3 realisiert, während der Kontaktabstandstransformer 4, insbesondere die Prüfkontakte 19, nur geringe Federwege realisieren.
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Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktiervorrichtung 1, die im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 entspricht. Es wird daher auf die entsprechenden, vorstehenden Ausführungen verwiesen. Unterschiedlich ist lediglich, dass anstelle der eine elastische Federwirkung in Kontaktierrichtung 15 aufweisenden Prüfkontakte 19 starre Prüfkontakte 19 vorliegen, die in Axialrichtung, also in Kontaktierrichtung 15, starr ausgebildet sind. Bei der elektrischen Prüfung setzen diese starren Prüfkontakte 19 auf entsprechende Prüflingskontakte 22 des Prüflings 5 auf.
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Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktiervorrichtung 1, die im Wesentlichen der Kontaktiervorrichtung 1 der 1 und 2 entspricht. Es wird daher auf die entsprechenden, vorstehenden Ausführungen verwiesen. Unterschiedlich ist lediglich, dass anstelle der als Kronenkontakte ausgebildeten Prüfkontakte 19 axial federnde Prüfkontakte 19 vorgesehen sind. Diese können als Axialfedern, Knickdrähte, Cobra-Kontakte oder als gebogene, mit mindestens einem Schlitz versehene Kontaktelemente (Striped Beams) ausgebildet sein. Bei allen Ausführungsbeispielen dieser Anmeldung können die Prüfkontakte 19 fest am Kontaktabstandstransformer 4 angeordnet sein oder sie sind dort lösbar montiert.
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Die 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktiervorrichtung 1, die im Wesentlichen der Kontaktiervorrichtung 1 der 1 und 2 entspricht. Es wird daher auf die entsprechenden, vorstehenden Ausführungen verwiesen. Unterschiedlich ist lediglich die Ausbildung des Kontaktabstandstransformers 4. Dieser weist – gemäß 6 – einen Grundkörper 18 mit elektrischen Verbindungen 20 auf, so wie dies auch bereits beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 beschrieben wurde. Die Prüfkontakte 19 sind als federnde oder starre Kontaktnadeln 28 ausgebildet. In der 6 sind federnde Kontaktnadeln 28 dargestellt, indem diese bogenförmig verlaufend ausgebildet sind und bei der Berührungskontaktierung des Prüflings 5 in Kontaktierrichtung 15 einfedern können. Die Kontaktnadeln 28 sind in Führungsbohrungen 29 einer Führungsplatte 30 verschieblich gelagert, wobei die Führungsplatte 30 mittels Halteelementen 31 an den Grundkörper 18 befestigt sind. Mit dem nicht dargestellten Leitersubstrat 2 erfolgt eine Berührungskontaktierung mittels der elektrischen Kontaktelemente 9. Ferner liegt eine Berührungskontaktierung der Kontaktelemente 9 mit den elektrischen Verbindungen 20 vor. Die elektrischen Verbindungen 20 sind mit den Kontaktnadeln 28 elektrisch sowie mechanisch verbunden. Diese Verbindung erfolgt vorzugsweise mittels nicht lösbarer Verbindungen, insbesondere Lötung, Schweißung, Klebung oder dergleichen. Alternativ ist auch eine einstückige Ausbildung der elektrischen Verbindungen 20 mit den Kontaktnadeln 28 denkbar.
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Das Ausführungsbeispiel der 7 zeigt eine Kontaktiervorrichtung 1, die im Wesentlichen der Ausgestaltung der 6 in Verbindung mit den Ausgestaltungen der 1 und 2 entspricht. Es wird daher auf die entsprechenden, vorstehenden Ausführungen verwiesen. Unterschiedlich zur Ausgestaltung der 6 ist lediglich, dass die federnden (weil bogenförmig) verlaufenden Kontaktnadeln 28 nicht nur in Richtung auf den Prüfling 5 in Führungsbohrungen 29 einer Führungsplatten 30 verschieblich geführt sind, sondern auch verschieblich in Führungsbohrungen 32 einer weiteren Führungsplatten 33, die benachbart zum Grundkörper 18 liegt, lagern.
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Die 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktiervorrichtung 1, das im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 entspricht. Es wird daher auf die entsprechenden, vorstehenden Ausführungen verwiesen. Unterschiedlich ist jedoch die Ausgestaltung des Kontaktabstandstransformers 4. Dieser ist im Ausführungsbeispiel der 8 ähnlich wie der Kontaktkopf 3 ausgebildet, indem er zwei mit Abstand zueinander liegende Führungsplatten 34 und 35 aufweist, die Führungsbohrungen 36, 37 besitzen, welche von als Knickdrähte 38 ausgebildeten Prüfkontakten 19 durchsetzt sind. Vorzugsweise sind die Knickdrähte 38 sowohl in den Führungsbohrungen 36 als auch in den Führungsbohrungen 37 verschieblich gelagert. Auf Seiten des Kontaktkopfs 3 sind deren elektrische Kontaktelemente 9 mit den Knickdrähten 38 elektrisch und mechanisch verbunden, insbesondere nicht lösbar verbunden, bevorzugt mittels Lötung, Schweißung, Klebung oder dergleichen. Aufgrund der Ausbildung der Prüfkontakte 19 als Knickdrähte 38, die zwischen den Führungsplatten 34 und 35 mindestens einen Bogen aufweisen, sind federnde, nämlich in Kontaktierrichtung 15 federnde Prüfkontakte 19 geschaffen. Die 9 und 10 verdeutlichen, dass die Knickdrähte 38 jeweils mit einem Anschlag 39 zusammenwirken. Hierbei kann es sich um eine Anschlagwand handeln. Erfolgt ein Einfedern eines Knickdrahts 38, so biegt sich dieser entsprechend der 9 und 10 weiter durch, wobei die sich vergrößernde Durchbiegung an den Anschlag 39 anstößt (Pfeil 40). Damit wird der Einfederweg beschränkt. Die Anordnung ist vorzugsweise derart getroffen, dass die Federkonstante der Kontaktelemente 9, insbesondere der Knickdrähte 17, größer ist, als die Federkonstante der Knickdrähte 38. Dies hat zur Folge, dass sich eine Charakteristik gemäß dem Diagramm der 11 ergibt. Dort ist die Kraft K (Federkraft) über dem Federweg F aufgetragen. Es ist erkennbar, dass zunächst beim Einfedern im Wesentlichen die Federkonstante des Knickdrahts 38 wirkt, bis der Knickdraht 38 gegen den Anschlag 39 tritt. Ab dort steigt die Federkennlinie an einem Knick steil an, da nunmehr die Federkonstante des Knickdrahts 17 dominiert.
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Wie bereits erwähnt, ist bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung vorgesehen, dass der Kontaktabstandstransformer 4 in Kontaktierrichtung 15 federnd oder im Wesentlichen in Kontaktierrichtung 15 federnd angeordnet ist. Hierzu ist eine Federlagerung 41 vorgesehen. Ein Ausführungsbeispiel der Federlagerung 41 geht aus der 12 hervor. Die Federlagerung 41 weist eine Blattfeder 42 auf, die einen mehrkleeblattartigen Durchbruch 43 besitzt. Im Ausführungsbeispiel der 12 handelt es sich um einen vierkleeblattartigen Durchbruch 43. Zwischen jeweils zwei benachbarten Blättern 44 des Durchbruchs 43 ist jeweils ein Blattfederelement 45 zungenartig ausgebildet. Die Blattfederelemente 45 weisen Endbereiche 46 auf, die zueinander konvergieren und die in Seitenausnehmungen 47 des Grundkörpers 18 verschieblich eingesteckt angeordnet sind. Diese Ausgestaltung geht auch aus der 13 hervor. Durch die beschriebene und aus der 12 hervorgehende Anordnung und durch das verschiebliche Einstecken der Endbereiche 46 der Blattfederelemente 45 in die Seitenausnehmungen 47 ist nicht nur realisiert, dass insgesamt eine in Kontaktierrichtung 15, also in axialer Richtung, wirkende federnde Lagerung des Kontaktabstandstransformer 4 bewirkt ist, sondern gleichzeitig eine Mittenzentriervorrichtung 48 für den Kontaktabstandstransformer 4 ausgebildet wird.
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Gemäß 14 kann die Blattfeder 42 außenrandseitig mittels Halteelementen 49 am Kontaktkopf 3 befestigt sein. Ferner ist es zusätzlich oder alternativ denkbar, jedoch nicht notwendig, dass die Blattfederelemente 45 etwas in Richtung auf den Prüfling zu vorgespannt sind (siehe 14), um auch schon im nicht den Prüfling 5 kontaktierenden Zustand eine Berührungs-Kontaktkraft der Kontakte des Kontaktabstandstransformers 4 auf die Kontakte des Kontaktkopfs 3 auszuüben. Es ist auch denkbar, dass die Blattfederelemente 45 alle im nicht ausgelenkten Zustand in einer Ebene liegen.
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Erfolgt nun – unter Verweis auf 14 – eine Berührungskontaktierung des Prüflings 5 (dort in der 14 nicht dargestellt), so wird der Kontaktabstandstransformer 4 in Richtung auf den Kontaktkopf 3 in Kontaktierrichtung 15 federnd verschoben und bei Beendigung der Berührungskontaktierung federt der Kontaktabstandstransformer 4 in seine Ausgangslage zurück.
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Gemäß 15 kann die Anordnung derart getroffen sein, dass ein leichter Austausch der Blattfeder 42 erfolgen kann, indem insbesondere die Blattfeder 42 von den Halteelementen 49 gelöst werden und die in den Seitenausnehmungen 47 lediglich mit ihren Endbereichen 46 eingeschobenen Blattfederelemente 45 herausgezogen werden. Dies kann beispielsweise durch axiales starkes Drücken erfolgen. Auf entsprechende Art und Weise lässt sich eine neue Blattfeder 42 montieren.
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Aufgrund der Erfindung liegt quasi ein Haupt-Kontaktkopf vor, nämlich der Kontaktkopf 3. Ferner wird eine weitere Ebene verwendet, in der eine Kontaktabstandsverkleinerung in Richtung auf den zu prüfenden Prüfling 5 erfolgt. Von Bedeutung ist dabei, dass sich diese Ebene benachbart zum Prüfling 5 befindet, dass also der Kontaktkopf 3 zwischen dem Leitersubstrat 2 und dem Kontaktabstandstransformer 4 angeordnet ist. Von Bedeutung ist dabei alternativ oder zusätzlich, dass der Kontaktabstandstransformer 4 bei der Kontaktierung einen Hub ausführt, dass er also in Kontaktierrichtung 15 verlagerbar angeordnet ist, insbesondere federnd verlagerbar.
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Die Prüfkontakte 19 können unterschiedlich realisiert werden, zum Beispiel als faltenbalgartige Kontaktnadeln, insbesondere aus Metall oder aus nicht oder schwach leitendem Material mit einer metallischen oder sehr gut leitfähigen Oberfläche. Ferner sind auch buckling-beam-artige Kontaktnadeln einsetzbar, die die Prinzipien des Eulerschen Knickfalls ausnutzen. Ferner sind cobra-artige vertikale (axiale) Kontaktnadeln einsetzbar, die eine Eigen-Verbiegung ausnutzen. Ferner sind horizontal-federnde (radial-federnde) Kontaktnadeln nach dem Cantilever-Prinzip einsetzbar, wobei der federnde Teil aus einem oder optional mehreren parallel zueinander und senkrecht zur gewünschten Federrichtung angeordneten Elementen besteht. Ferner sind Kontaktelemente nach dem Striped-Beam-Prinzip mit mehreren, vorwiegend vertikal (axial) ausgerichteten Lamellen einsetzbar, wobei der Querschnitt so gestaltet ist, dass die Richtung des Ausfederns vorgegeben ist. Ferner sind kronenartige Kontaktnadeln einsetzbar, die in Richtung auf den Prüfling geschlitzt oder mehrstückig ausgebildet sind und durch Spreitzung einen geringen Federweg realisieren. Beim Kontaktabstandstransformer 4 (Spacetransformer) kann eine Leiterplatte, insbesondere organische Leiterplatte oder keramische Leiterplatte, eingesetzt werden. Ferner ist der Einsatz eines Wafers mit Durchkontaktierungen möglich.
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Gemäß 14 ist der Kontaktabstandstransformer 4 derart ausbildbar, dass bei jedem Kontakthub eine axiale Relativbewegung zum Haupt-Kontaktkopf, also zum Kontaktkopf 3, erfolgt. Dabei kann die Anordnung auch derart getroffen sein, dass durch federnde Lagerung des Kontaktabstandstransformers 4 auch im nicht den Prüfling 5 kontaktierenden Zustand eine Kraft vom Kontaktabstandstransformer 4 auf den Kontaktkopf 3 ausgeübt wird, wodurch ein Kontaktdruck auf die elektrischen Kontaktelemente 9 des Kontaktkopfs 3 ausgeübt wird.
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Die vorstehend erwähnten Mittenzentrierung des Kontaktabstandstransformers 4 kann auch auf andere Art und Weise realisiert sein, beispielsweise durch Stifte, die in Kontaktierrichtung 15 verlaufen und in Langlöchern des Kontaktabstandstransformers 4 eingreifen. Die Langlöcher sind in ihrer Längsrichtung auf die Mitte, also auf das Zentrum, des Kontaktabstandstransformers 4 ausgerichtet.
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Beim Kontaktabstandstransformer 4 können die aus den Figuren hervorgehenden S-förmigen elektrischen Verbindungen 20 eingesetzt werden, um den Kontaktabstand zu beeinflussen. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungen denkbar, beispielsweise durch schräg gestellte Kontakte. Entsprechendes gilt für die Kontaktelemente 9 des Kontaktkopfs 3.
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In oder auf dem federnd gelagerten Kontaktabstandstransformer 4 können passive (Kondensatoren, Widerstände, Spulen) oder aktive (Transistoren, Mikroelektronik) Bauteile vorhanden sein, die entweder integral, also als integraler Bestandteil des Kontaktabstandstransformers 4 vorgesehen sind oder auf diesem aufgebracht sind. Durch die Ausbildung der Federung des Kontaktabstandstransformers 4, also beispielsweise mittels der gezeigten Blattfeder 42, oder auch auf andere vom Durchschnittsfachmann leicht zu realisierende Maßnahme, wenn er das grundsätzliche Prinzip der federnden Lagerung kennt, kann eine Vorspannung in Richtung auf den Kontaktkopf 3 realisiert werden. Die Kraft-Weg-Kennlinie des Kontaktabstandstransformers 4 gegen die elektrischen Kontaktelemente 9 des Kontaktkopfs 3 kann durch entsprechende Realisierung dieser Feder in Form und Steigung eingestellt werden. Eine Nivellierung kann so einfach realisiert werden. Die Kontaktelemente 9 des Kontaktkopfs 3 können – so wie in den Figuren gezeigt – aus axial verlaufenden Federelementen bestehen, es sind jedoch auch andere Möglichkeiten denkbar, insbesondere eine Cantilever-Bauform, insbesondere aus Draht zum Beispiel Wolframlegierungen, eine Mikro-Cantileverausbildung (in LIGA-Technologie, zum Beispiel aus Nickel-Legierungen), als Membran, mit Druckluft beaufschlagt oder mit einem Polymerkissen gefedert, aus vorwiegend axial, insbesondere vertikal, ausgerichteten Biegeelementen, in Platten geführt wie aus den Figuren ersichtlich, oder freistehend, aus Draht hergestellt oder in LIGA-Technologie, gegebenenfalls nach dem Striped-Beam-Prinzip, also als laminierte Kontaktelemente. Die Verbindungsstellen zwischen den Federelementen (Kontaktelementen) des Kontaktkopfs 3 und denen im federnd gelagerten Kontaktabstandstransformer 4 kann ein reiner Berührungskontakt sein. In diesem Falle kann der federnd gelagerte Kontaktabstandstransformer 4 einfach ausgetauscht werden. Es kann sich jedoch auch um eine nichtlösbare Verbindung anstelle des Berührungskontakts handeln. Es ist ebenfalls möglich, dass diese beiden Federelemente aus einem Bauteil gebildet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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