Starrnadeladapter
Das Konzept des Starrnadeladapters ermöglicht durch das Auslenken der dünnen Starrnadeln das Kontaktieren von feinsten Strukturen auf bestückten und unbestückten Schaltungsträgern und auch das direkte Kontaktieren in hochpoligen Microsteckern. Im Starrnadeladapter werden die Starrnadeln von den Federstiften zum gewünschten Kontaktpunkt ausgelenkt. Durch das Auslenken der Starrnadeln können auf dem Prüfling Kontaktpitches von 150µm kontaktiert werden. Der Kontaktierhub erfolgt im Starrnadeladapter.
Nebst dem Starrnadeladapter wird auch ein Rasterkopf verwendet, in welchem Federstifte kompakt in einem Raster angeordnet sind, so dass bis zu 280 Testpunkte/cm² integriert werden können. Beim Kontaktieren werden die Starrnadeln in den Rasterkopf gestossen, in welchem sie auf die Federstifte stossen. Durch den Federweg von ca. 2,5 mm wirken je nach Federstift Kontaktierkräfte von 0,4 N bis 1,5 N auf die Kontaktierstellen.
Standzeiten von Starrnadeladaptern
Die Kontaktierspitze der Starrnadeln wird durch das Kontaktieren mit der Zeit abgeflacht. Die Standzeit ist vor allem vom zu kontaktierenden Material abhängig. Bei optimalen Bedingungen werden mit den Starrnadeln etwa 500.000 Kontaktierungen erreicht.
Speziell für Starrnadeladapter hergestellte Federstifte haben Standzeiten von weit über 1 Million Kontaktzyklen.
Kombination von feinsten Federstiften und Starrnadeln
Die Kombination von Federstiften und Starrnadeln werden nach den Anforderungen ausgewählt.
Starrnadeladapter für sehr feine Strukturen werden auch als MCA (Micro Contacting Adapter) bezeichnet.
Nebenstehende Tabelle zeigt als Beispiel, welche Federstifte mit welchen Starrnadeln in Microadaptern (MCA) kombiniert werden können.
Man versucht, möglichst dicke Starrnadeln einzusetzen, da diese stabiler sind. Die Auswahl vom größtmöglichen Starrnadeldurchmesser wird vor allem von den vorhandenen Kontaktierabständen vorgegeben.
Der maximal übertragbare Strom wird meistens durch den Federstift oder durch den Kontakübergang Nadel/Prüfling begrenzt.
Der maximal erlaubte Strom wird durch die Messleistung (P = I² x R) in den Federstiften und in den Starrnadeln definiert. Bei zu grosßen Strömen können die Starrnadeln und Federstifte heiß werden und den Prüfling und die Adaptierung beschädigen. Die in folgender Tabelle angegebenen Werte stammen aus Laborversuchen und geben Richtwerte an.
- Zulässige Ströme
Dauerstrom (ID) und Impulsstrom (II) bei 10 ms:
A: ID = 0,3 A / II = 0,9 A
B: ID = 0,6 A / II = 1,8 A
C: ID = 1,0 A / II = 3,0 A
D: ID = 2,0 A / II = 6,0 A
E: ID = 3,0 A / II = 9,0 A
- Zulässige Spannungen
Die mögliche Prüfspannung kann nur grob berechnet werden, da hier der Einfluss der Luftfeuchtigkeit eine große Rolle spielt. Eine Faustregel sagt: eine Spannung von 1.000 Volt erfordert einen Abstand von etwa 1 mm. Mit dieser Faustregel kann folgende Formel für die Nadelabstände aufgestellt werden:
- Maximale Spannung = 1.000 Volt/mm x (Pitch - Nadeldurchmesser)
Beispiel:
Ein Pitch von 0,2 mm wird mit einem Nadelndurchmesser von 0,13 mm kontaktiert. Die maximale Prüfspannung ist dann:
1.000 Volt/mm x (0,2 mm - 0,13 mm) = 70 Volt
Einsatzmöglichkeiten von Starrnadeladaptern
Durch die Miniaturisierung werden die Leiterzüge auf Leiterplatten immer schmaler. Sie können dann oft nicht mehr mit konventionellen Federstiftadaptern kontaktiert werden.
Starrnadeladapter können in folgender Weise angewendet werden:
Einsatz im Vakuumadapter
Wird der Starrnadeladapter kompakt aufgebaut, kann er in einem herkömmlichen Vakuumadapter integriert werden. Das Vakuum wird für den Hub genutzt, der Prüfling selber ist in einer vakuumfreien Zone. Die Adapter können ein- oder doppelseitig und auch als 2-Stufenkontaktierung für getrennten In-Circuit-Test und Funktionstest ausgebaut werden.
- Eigenschaften
- Kontaktieren auf Micro-Via's, Testpads, Mikrostecker
- Ein- und doppelseitige Kontaktierung
- Kontaktpad >400µm (Bei Zentrierung über Fangstifte)
- Bis 100 Testpunkte/cm² mit einem 1-mm-Rasterfeld)
Inline-Einsatz
Der Starrnadeladapter kann in halb- und vollautomatischen Handlingsystemen für die Prüfung von unbestückten und bestückten Leiterplatten eingesetzt werden. Der Kontaktierpitch ist < 0.8mm)
- Eigenschaften
- Kontaktieren auf Micro-Via's, Testpads, Mikrostecker
- Ein- und doppelseitige Kontaktierung
- Kontaktpad >70 µm (Mit optischer Zentrierung)
- Kontaktpad >300 µm (Ohne optische Zentrierung)
- Bis 280 Testpunkte/cm² (Mit einem 0,6 mm Rasterfeld)
Einsatz als Chipadapter
Der Starrnadeladapter kann auch als Modul in Kombination mit konventioneller Adaptertechnik oder mit individueller Hubsteuerung eingesetzt werden. Die Kombination bringt in der Fertigung den Vorteil, dass die gröberen Strukturen auf den Prüflingen mit einem konventionellen Federstiftadapter abgegriffen werden können und der teuere Starrnadeleinsatz nur für die feine Chipstruktur der integrierten Schaltkreise verwendet wird.
- Eigenschaften
- Kontaktieren auf Testpads
- Ein- und doppelseitige Kontaktierung
- Kontaktpad >250µm
- Kontaktierpitch >400µm
- Bis 280 Testpunkte/cm²
Einsatz als Steckeradapter
Beim Kontaktieren von kleinen Steckern auf Schaltungsträgern erfolgt die Führung des Adapters meistens über das Steckergehäuse, dadurch werden die Toleranzen von Träger und Montage aufgehoben. Der Vorteil ist, dass kleinste Stecker direkt kontaktiert werden können und die Kontakte nicht über einen Gegenstecker abgegriffen werden müssen, welcher oft nach 20 bis 30 Steckzyklen ausgetauscht werden muss.
- Eigenschaften
- Kontaktieren direkt auf die Steckerkontakte
- Ein- und doppelseitige Kontaktierung
- Steckerkontaktbreite >150µm
- Bis 200 Testpunkte/cm²
- Pneumatische Hubauslösung
Einsatz im Lasertrimmer
Der Starrnadeladapter kann auch im Lasertrimmer eingesetzt werden. Dabei fährt der Adapter unter das Substrat und stützt es von unten ab. Von oben wird eine Dichtung auf das Substrat gedrückt und dann in der Druckkammer der nötige Gegendruck zu den Starrnadeln aufgebaut. Ist dieser Gegendruck vorhanden, kann der Adapter auf der Bestückungsseite alle Messstellen auf einmal kontaktieren. Durch die Druckkammer können alle Widerstände innerhalb der Druckkammer zugleich kotaktiert werden, wodurch das Lasertrimmen effizienter wird.
- Eigenschaften
- gleichzeitiges Kontaktieren aller Messstellen
- Trimmen aller Widerstände ohne neue Kontaktpositionierung
- Kontaktpad >70µm
- Kontaktierpitch >150µm
- Bis 280 Testpunkte/cm²
Staggering
Das Ziel vom Staggering ist es, feinste Strukturen prüfen zu können und dies mit möglichst dicken Starrnadeln. Beim Staggering werden die Kontaktierpunkte versetzt zueinander auf den Platinen angeordnet, sodass sie möglichst weit voneinander entfernt liegen. Dabei kann gemäß dem Satz des Pythagoras bei einem großen Abstand C (Dicke der Nadeln und Isolationsabstand) ein relativ kleiner Abstand A (Abstand der Kontaktstellen) erreicht werden.
Der Pitch, der bei einer solchen Anwendung realisiert werden kann, setzt sich aus den skizzierten Distanzen A und B zusammen:
- C = Wurzel aus (A² + B²)
Setzt man dieses Staggering bei einem MCA Microadapter ein, so ist das Kontaktieren von folgenden Abständen möglich:
Starrnadeldurchmesser 0,10 mm --> Pitch ab 0,15 mm
Starrnadeldurchmesser 0,13 mm --> Pitch ab 0,20 mm
Starrnadeldurchmesser 0,18 mm --> Pitch ab 0,25 mm
Starrnadeldurchmesser 0,30 mm --> Pitch ab 0,40 mm
Starrnadeldurchmesser 0,45 mm --> Pitch ab 0,55 mm
Starrnadeldurchmesser 0,60 mm --> Pitch ab 0,70 mm
Weblinks
- Hersteller von Starrnadeladaptern: Microcontact AG
- Hersteller von Starrnadeladaptern: Leitec GmbH
- Hersteller von Starrnadeladaptern: ATX
- Hersteller von Kontaktierstiften: Ingun
- Hersteller von Kontaktierstiften: Feinmetall