Контактное устройство Советский патент 1982 года по МПК H01L21/66 H05K13/08 

(5) КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технологии полупроводникового производства для испытания полупроводниковых приборов, а также может найти широкое применение в автоматизированных измерительных системах при производстве полупроводниковых приборов в электротехнической и электронной промышленностях.

Известно.контактное устройство для подключения .транзисторов, содержащее две пары контактных элементов, установленных на контактных головках, соединенных с подвижными упорами и подключенных к измерительной аппаратуре, и приводной механизм с приводным кулачком, на который опираются рычаги, шарнирно связанные с контактными головками. Причем одна из контактных головок выполнена-в виде покрытой слоем диэлектрика Uобразной направляющей, изготовленной из упругого материала и разме.щеннои в продольном пазу опорного : стержня 1 }.

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает зачистку подсоединяемых выводов прибора в процессе замера его электрических параметров. Этим самым снижается точность и надежность (достоверность) измерения параметров испытуемого полупроводникового прибора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является контактное устройство для подключения полупроводниковых приборов измерительной аппаратуры, которая содержит корпус, в котором установлены подпружиненные катодные контакты и управляющие, прижимной механизм с приводом,, содержащий кулачок поворотной защитной крышки и двуплечий рычаг. На одном конце двуплечего рычага закреплены контакты, а другой конец снабжен роликом, взаимодействующим с кулачком поворотной защитной крышки. Причем двуплечий рычаг снабжен также механизмом регулировки усилия .сжатия вывода 2, Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает очистку выводов полупроводниковых приборов от окисных пленок и других загрязнений, в результате чего на неочищенной, контактной площадке образуется большое переходное сопротивление, которое понижает точность -и надежность (достоверность) измеряемых.параметров испытуемого полупроводникового прибора. Кроме того, механизм регулировки сжатия выводов не обеспечивает автоматическую регулировку усилия сжатия в процессе испытания полупроводникового прибора. Цель изобретения - повышение точности измерения путем уменьшения переходного сопротивления. Цель достигается тем, что в контактном устройстве, преимущественно для подключения полупроводниковых приборов с разновысокими выводами, содержащем корпус с подпружиненными катодными и управляющими контактами прижимной механизм с приводом, кулач ком и двуплечими рычагами, одни концы которых соединены через элемент качения с кулачком, и механизм регулировки усилия сжатия вывода прибора последний выполнен в виде центробеж1НОГО регулятора, размещенного на валу привода вместе с кулачком, боковая поверхность которого выполнена по эвольвенте, а элемент качения в виде шаровой опоры, при этом рычаг прижимного механизма снаб жен шарнирно закрепленным на другом его конце зубчатым сектором, кинема тически связанным с контактной голо кой управляющего контакта, и зубчатой рейкой, размещенной на KOHTJKTной головке, катодного контакта,на пьезоэлектрическом приводе которой mecTffe закреплен катодный контакт, выполненный в виде пять с рифленой поверхностью. На фиг у 1 представлено контактно устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; На фиг. 3 - крепление катодного контак та к пьезоэлектрическому приводу; н фиг. l - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.. 5 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 6 - диаграмма прикладываемо го напряжения и усилий; на фиг. 7 электрическая блок-схема установки, в которой использовано контактное устройство. Описываемое контактное устройство содержит нижнее основание 1, в котором расположен анодный контакт, кинематически связанный с приводом-возвратно-поступательного движения. Над основанием 1 соосно на кронштейне 2 установлен выполненный из изоляционного материала корпус 3, который также связан с приводом возвратнопоступательного перемещения (вверхвниз) . В корпусе 3 на опорах вращения установлен механизм регулировки усилия сжатия вывода прибора, вЫ полненный в виде центробежно-инерционного регулятора А, вал 5 которого связан с приводом 6 вращения. На валу 5 механизма регулировки усилия сжатия вывода установлен кулачок 7, который имеет возможность скользить по валу 5 и вращаться совместно с тем же валом. Кулачок 7,Выполнен в форме тела вращения, наружная боковая поверхность 8 которого выполнена по эвольвенте. Кулачок 7 своей боковой поверхностью взаимодействует через шаровые опоры 9 элемента качения с одним из концов двуплечих рычагов 10, установленных на осях 11 вращения. Второй конец каждого двуплечего рычага 10 шарнирно связан с контактной головкой 12 подпружиненного управляющего контакта 13, пара которых размещена в плоскости управляющего вывода подключаемого прибора 14. К каждому двуплечему рычагу 10, его осью 11 вращения и вторым его концом, шарнирно связанным с контактной головкой 12, дополнительно укреплен Зубчатый сектор 15, входящий в зацепление с зубчатой рейкой 16 каждой контактной головки 17 катодного контакта 18. Контактные головки 17 также установлены в корпусе 3 напротив друг друга в плоскости катодного вывода испытуемого прибора }Ц. Контактная головка 17 с зубчатой рейкой 16 установлены в изоляционной втулке 19. К передней части изоляционной втулки 19 закреплен подпружиненный корпус 20, выполненный из изоляционного материала. В изоляционный корпус 20 встроен пьезоэлектрический привод 21, элементы которого электрически связаны с блоком 22 коммутации. Ко входу блока коммутации подсоединен генератор 23 электричес5ких колебаний. К одному из элементов пьезоэлектрического привода 21, к сферическому элементу 2k через стержень 25 прикреплен катодный контакт 18, который выполнен в виде плоской пяты, установленной на сферической опоре стержня 25 с возможностью совершать реверсивное движение вокруг горизонтальной оси и возвратно-посту пательное- (сложное движение) отно сительно зачищаемой поверхности катодного вывода подключаемого прибора. Указанное сложное движение катод ного контакта 18 осуществляется пьезоэлектрическим приводом 21. Стержен 25 жестко укреплен к сферическому элементу 2k пьезоэлектрического привода 21. На плоскости катодного контакта 18, взаимодействующей с плескостью очищаемого катодного вывода прибора, выполнена рифленая поверхность 26 высотой 0,08-0,35 мм. Контрактные головки 17 и 12 совместно со своими катодными 18 и управляющими 13 контактами имеют возможность совершать возвратно-поступательное движение к центру корпуса 3 при подключении соответствующих вы водов прибора. Пьезоэлектрический привод 21 состоит из сферического элемента 2k, охваченного тремя стерж нями 27, 28 и 29, расположенными вза имно параллельно и выполненными из пьезокерамического материала, например из титана бария. Стержни 27 и 28 жёстко закреплены в корпусе 20. Стер жень 29 подпружинен к сферическому элементу 2k и фиксирован в корпусе 20. Длина стержней 27, 28 и 29 подобрана таким образом, что при возбуждении резонансных колебаний в дли не стержня укладывается одна полная длина волны, а частота продольных колебаний стержней равна частоте кол баний сферического элемента 2k. Анодный, катодный и управляющий контакты подключены соответственно к блок-схеме установки, которая состои из источника 30 питания - формирователя испытательных импульсов, переключателя полярности- испытательных импульсов, кнопки 32, запуска испытательных импульсов. К блок-схеме подключено устройство 33 для контактирования выводов с подключаемым полупроводниковым прибором 14, генератор 23 электрических колебаний с блоком 22 коммутации. 0 Как известно, точность и надеж ность (достоверность) измеряемых параметров зависит от переходного сопротивления фактического контакта между подсоединенными выводами испытуемого прибора и соответствующими контактами устройства. Контактное устройство работает следующим образом. Прибор 1 для испытания с одновременной .зачисткой его катодного вывода от пыли; окисных пленок и от других загрязнений, устанавливают анодным выводом в анодный контакт основания 1. Затем корпус 3 с подпружиненными контактными элементами опу екают из верхнего положения в нижнее положение, и контактная головка 12 со своим управляющим контактом 13, контактная головка 17 со своим катодным контактом 18 располагаются против соответствующих выводов испытуемого полупроводникового прибора, после чего включают привод 6 вращения. Вращение привода 6 передается центробежному регулятору механизма регулировки усилия сжатия вывода, при вращении которого его кулачок 7 перемещается ;. (ПО валу вверх. При этом двуплечие ры ,чаги 10 проворачиваются вокруг осей 1П, перемещают к центру две пары контактных головок 17 и 12, последние перемещаются вместе со своими контактами 18 и 13 соответственно, которые взаимодействуют с соответствующими выводами-подключаемого прибора k. При этом одновременно происходит ориентация прибора относительно контак-, тов устройства.; Поворот двуплечих рычагов 10 вокруг осей 1} осуществляется благодаря тому, что одни концы двуплечих : рычагов опираются и взаимодействуют через шаровые опоры 9 с наружной боковой поверхностью 8 кулачка 7, выполненной по эвольвенте. Выполнение боковой наружной поверхности 8 по эвольвенте на кулачке 7 дает возможность повысить плавность и чувствительность перемещения: кулачка 7, двуплечего рычага 10 и контактных головок 12 и 17 с соответствующими контактами. После ориентации испытуемого прибора 1 осуществляют подключение его выводов. Катодный вывод прибора подключают при его двустороннем сжатии. вухстороннее сжатие катодного вывода рибора производят в два этапа. Первый этап сжатия осуществляют автоматически с усилием, равным (0,5-0,9) ПТ Д6 пт предел текучести материала покрытия вывода прибора. Величина указанного усилия достигается скоростью вращения привода 6, который связан с механизмом регулировки усилия сжатия вывода центробежным регулятором k. При вращении центробежного регулятора 4 его кулачок 7, преодолевая усилие пружины, переме щается. по валу 5 вверх и одновременно своей боковой поверхностью 8 взаймодействуя.через шаровые опоры 9 принудительно проворачивает двуплечие рычаги 10 вокруг оси 11. Двуплечие рычаги, проворачиваясь вокруг оси 11 вместе с зубчатым сектором 15, который взаимодействует с зубчатой рейкой 16 контактной головки 17 перемещает ее вместе с пьезоэлектрическим приводом 21 и катодным контактом 18 к центру устройства, осущест:вляя этим двухстороннее сжатие катод ного вывода прибора с заданным усилием. Затем через испытуемый прибор от ;источника 30 питания при включении кнопки 32 запуска испытательных импульсов пропускают испытательные импульсы нужного параметра, например однополупериодные импульсы синусои- дального напряжения. В паузах длительностью не менее 210-235 мс между испытательными импульсами производят зачистку площади контакта катодного вывода прибора реверсивным сложным движением катодных контактов 18, риф ленная поверхность 26 которых взаимо действует с очищаемой поверхностью указанного вывода. Для этого включают пьезоэлектриче кий привод 2t, сферический элемент которого и стержни 27, 28 и 29 элекУрически соединены через блок 22 коммутации с генератором 23 электрик ческих колебаний. При подаче питания на элементы пьезоэлектрического привода 21 с частотой 18-90 кГц они начинают колебаться на резонансной час тоте. Пьезоэлектрические стержни 27, 28 и 29 совершают .продольные колебания, а сферический элемент 2 - ради альные колебания с амплитудой в пределах от 0,01-0,08 мм. Вследствие . симметричности системы пружина пьезо электрического привода обеспечивает одинаковый натяг сферического элемен та 2 с каждым из стержней 27, 28 и 29. В местах контакта стержней 27, , 28 и 29 со сферическим элементом 2k происходят косые соударения с большой частотой (один удар за период колебаний стержней). Стержни 27, 28 и 29 в конечном счете и осуществляют сложное движение сферического элемента 24 и связанного с ним катодного контакта 18. Вращение сферического элемента 2k, а следовательно катодного контакта 18 ВОКРУГ горизонтальной оси по часовой стрелке и пocтyпateльнoe движение катодного контакта 18 (от нас) дости- у гается за счет соответствующего изменения направления колебаний стержней 27, 28 и 29 пьезоэлектрического привода, а именно:- колебания задаются таким образом, что косые соударения в паре сферический- элемент 2 и стержни 27 и 29 направлены в сторону, противоположную направлению косых соударений в паре сферический элемент 2 и стержень 28. При этом катодные контакты 18, прижатые к плоскостям катодного вывода прибора, совершая сложное движениеактивно взаимодействуют своей рифле ной поверхностью 26 с плоскостью ука&анного вывода, разрушают и удаляют имеющиеся окисные пленки с поверхности фактического контакта. После прохождения каждого испытательного импульса сложное движение катодных контактов 18 реверсируют, т.е. изменяют их первоначальное сложное движение в обратном направлении (против часовой стрелки). Для этого изменяют направления колебаний стержней 27, 28 и 29 после чего пьезоэлектрический привод 21 выключают и осуществляют второй этап двухстороннего автоматического сжатия катодного вывода прибора с усилием, равным Cl,1-1,3)&nt Для этого увеличивают скорость вращения привода 6, при этом кулачок 7 центробежного регулятора 4 перемещается вверх на большую величину, чем при усилии (0,5-0,9) GfiT результате на больший угол проворачиваются двуплечие рычаги совместно с зубчатым .сектором 15, который поджимает к центру устройства и контактные головки 17 вместе с катодными контактами 18 с большим усилием равным (1,1-1,3)(Гпт Указанное усилие выде|эживают до полного определения параметров прибора. После испытания прибора подачу испытательных импульсов отключают, Отключают .привод 6 вращения и кон- . тактные головки 12 и 17 со своими соответствующими контактами 1В и 18 перемещаются от центра корпуса 3 к его периферии и занимают исходное положение, т. е. управляющий и катод ный выводы испытуемого прибора отклю чаются от контактов устройства. Затем корпус 3 перемещают в верхнее исходное положение и испытуемый прибор 1 извлекают из посадочного гнезда (анодного контакта) основания 1. Затем цикл работы повторяется. Предлагаемое изобретение повышает точность и надежность ( достоверность замеряемых параметров полупроводниковых приборов. Это достигается уменьшением переходного сопротивления фактической площади контактирования путем разрушения и удаления окисных пленок с поверхности вывода испытуемого полупроводникового прибо ра, т.е. подсоединенный вывод прибо ра очищают от имеющихся окисных пленок в процессе испытания полупроводникового прибора. Качественная механическая очистка от загрязнений и окисных пленок подсоединяемого вывода прибора в процес се его испытания достигается тем, что плоскости вывода взаимодействуют и очищаются рифленной плоскостью катодных контактов устройства, которые совершают сложное реверсивное движение от пьезоэлектрического привода. Причем очистка вывода подсоединяемого прибора производится при усилии сжатия вывода, равном 0,3-0,5 кгс/мм необходимого и достаточного для того чтобы можно было произвести сложное движение катодного контакта (очищаемого органа) по плоскости катодного вывода прибора. Усилие сжатия вывода величиной 0,,5 кгс/мм расчитано для очист ки вывода полупроводникового прибора покрытого материалом, например олоУдаляя окисные пленки, уменьша- ем переходное сопротивление на факти ческой площади контакта, тем самым уменьшается падение напряжения на подсоединенном очищаемом выводе испы туемого прибора, которое снижает погрешность замера его электрических параметров. Устройство такжа позволяет автоматически регулировать усилие сжатия выводов испытуемых приборов. В качестве регулятора усилия сжатия выводов прибора использован центробежный регулятор, обладающий повышенной чувствительностью к регулированию усилий. Этим самым обеспечиваг ется надежность электрического контакта, полностью исключаются повреждения поверхности выводов от температурного прижога при коммутации силовых токов. Предлагаемое устройство, имеющее возможность автоматически регулиро- вать усилие сжатия выводов прибора, полйостью исключает скрытый брак по растрескиванию стеклянного изолятора, в котором жестко укреплены (впаяны) катодный и управляющий выводы прибора. Снижение погрешности замера электрических параметров, исключение скрытого брака по растрескиванию стеклянного изолятора прибора, устранение прижогов на подсоединенных выводах прибора - все это дает возможность повысить качество выпускаемых изделий. Формула изобретения Контактное устройство, преимущественно для подключения полупроводниковых приборов с разновысокими выводами, содержащее корпус с подпружиненными катодными и управляющими контактами, прижимной механизм с приводом, кулачком и двуплечими рычагами, одни крнцы которых соединены через элемент качения с кулачком, и механизм регулировки усилия сжатия, выводов прибора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения . переходного сопротивления, механизм регулировки усилия сжатия вывода прибора выполнен в виде центробежного регулятора, размещенного на валу привода вместе с кулачком, боковая поверхность которого выполнена по эвольвенте, а элемент качения - в виде шаровой опоры, при этом каждый рычаг прижимного механизма снабжен шарнирно закрепленным на другом его конце зубчатым сектором, кинематически связанным с контактной головкой управляющего контакта, и зубчатой рейкой, размещенной на контактной головке катодного контакта, на пьезоэлектри-.

|чес.ком приводе которой жестко закреп- 1 , Авторское свидетельство СССР лен катодный контакт, выполненный в № 326651, кл. Н 01 Н 1/00, 19б5. виде пяты с рифленой поверхностью, 2. Авторское свидетельство СССР

Источники информации,№ , кл. Н 01 Н 1/58, 1968

примятые во внимание при экспертизе s (прототип). Г ЙФиг.1 ЕЗчА/|