CN101501509A - 具有柔性内互连件的电接触探针 - Google Patents

Abstract

一种柔性电互连件，其具有第一部件和与第一部件互锁地啮合的第二部件。每个部件具有相互锁定地啮合并持续偏压紧靠对方的两个悬臂。接触弹簧由悬臂固定，该悬臂提供第一部件和第二部件的触点压力。

Description

具有柔性内互连件的电接触探针

技术领域

【001】本发明涉及形成电互连件的电接触探针，更具体地，涉及在装置的功能测试期间印刷电路板和集成电路组件或其它电路，诸如电子模块的外部引线之间的柔性电互连件。

背景技术

【002】常规弹簧承载接触探针一般包括可移动的柱塞、具有容纳柱塞的直径增大段或支座的开口端的圆筒以及偏压柱塞在圆筒内行程的弹簧。柱塞支座可滑动地啮合圆筒的内表面。增大的支座段由圆筒的开口端附近的卷曲固定于圆筒内。

【003】柱塞一般由弹簧向外偏压一选定的距离，且可在与弹簧方向相反的力作用下向内偏压或压缩到圆筒内一选定的距离。逆着圆筒轴向和侧向偏压柱塞避免柱塞和圆筒间出现虚开口或无接触间断点。柱塞一般为实心，且包括在测试中接触电装置的头部或尖端。圆筒也可包括与圆筒的开口端位置相对的尖端。

【004】圆筒、柱塞和尖端形成被测试的电装置和测试设备间的电互连件，因而，它们由导电材料制造。一般，探针插入穿过测试板或插座厚度形成的空腔内。一般，需测试的电装置(诸如集成电路)的接触侧与伸出测试板或测试插座的一侧以保持逆着电装置的弹簧压力的柱塞尖端有压力接触。连于测试设备的接触板与伸出测试板或测试插座的另一侧的柱塞尖端接触。测试设备发送测试信号至接触板，信号经测试探针互连件传输至正被测试的装置。电装置已被测试后，释放弹簧探针所施加的压力，去除装置与每个探针尖端的接触。在常规系统中，该压力是通过将电装置和探针彼此移开而释放的，因而使得柱塞在弹簧弹力的作用下向外远离圆筒移动，直至柱塞的增大直径的支座啮合圆筒的卷曲。

【005】制造常规弹簧探针的工艺包括分别制造压缩弹簧、圆筒和柱塞。压缩弹簧被卷绕并被热处理以制造尺寸精确且弹簧弹力可控的弹簧。柱塞一般在车床上被车削并被热处理。圆筒有时也被热处理。圆筒可在车床上或通过深拉伸工艺制成。所有部件可经过电镀工艺处理以增加导电性。弹簧探针部件可人工或通过自动工艺组装。探针的组装工艺为多步骤工艺。考虑到探针是大批制造的，减少制造探针所需设备和步骤将大幅节约成本。

【006】测试集成电路板的一个重要方面在于它们是在高频下被测试的。因此，要求测试设备和集成电路之间的阻抗匹配以避免高频信号的衰减。由于在插座的相对小的区域内使用大量探针，探针间的间隔是最小的，以保持阻抗匹配不可行。在这种情况下，为避免高频信号衰减，由探针形成的电互连件的长度必须保持为最小。使用当前的探针，当互连件长度被最小化时，弹簧长度也最小，因而弹簧体积也最小。

【007】弹簧的工作寿命以及弹簧所施加的力与弹簧体积成比例。因此，对于给定弹簧的工作寿命和所需弹簧弹力，对弹簧体积的要求与避免高频信号衰减的对短弹簧长度的要求相反。由于弹簧的直径受圆筒直径的限制，而圆筒直径受测试插座内空腔的直径限制，所以增加弹簧体积以增加弹簧工作寿命以及弹簧弹力的唯一方法是增加圆筒总长。但这样做导致电互连件的探针长度增加，进而导致不希望的高频信号衰减。

【008】一种可选类型的常规探针包括由弹簧分隔的两个接触尖端。每个接触尖端连接于弹簧末端。该类型的探针依靠其插入的测试板或插座空腔的壁为横向支承。该类型探针提供的电通路沿两个接触尖端间的弹簧钢丝螺旋向下。因此，该探针的电互连件长度较长，这在测试集成电路时可导致高频信号衰减。

【009】因此，需要减少探针的电互连件长度而不减少弹簧体积。另外，需要增加弹簧体积而不减少弹簧柔性或增加电互连件长度。另外，需要很容易地制造并组装的探针。

发明内容

【010】本发明是一种具有柔性内互连件的改进的电接触探针，设计它是为解决现有探针设计的缺点。本发明的目的是在装置的功能测试期间，在印刷电路板(PCB)和集成电路(IC)组件或其它电路，诸如电子模块的外部引线之间提供柔性的电互连件。本发明的探针包括两个移动装配的导电部件，部件之间内具有一个或更多个导电柔性螺旋弹簧或柔性的绝缘结构。互连件的柔性被最大化以允许互连件应用中的机械公差。除最大化机械柔性之外，接触的螺旋弹簧(多个)或柔性的绝缘结构提供足够的法向力至被测试的部件和PCB，目的是提供保持稳定接触电阻的电接触。接触的总长被最小化以最大化整个连接系统的高频响应，从而最小化电感并优化交流(AC)电传输通路。

【011】使用弹簧作为柔性构件的许多柔性互连件设计也使用相同的弹簧提供互连件的移动部件之间的偏压力。一些设计使用角支承面以在组件的柔性冲程期间在各部分之间提供微小的偏移力。部件之间的偏压作用增进了它们之间的电连通性，但也常常影响组件可以提供至IC和PCB的力，这样降级了互连件。本发明提供了一种完全独立于为被测试的装置提供触点压力的弹簧(多个)或柔性的绝缘结构的上下部件之间的偏压。本发明的探针包括彼此互连件的四个柔性悬臂。探针冲程期间部件偏转时，互锁悬臂与其配合的臂始终紧密接触，这是因为悬臂被特别设计为相互之间具有少量干涉。该干涉使得悬臂垂直于弹簧提供的力而稍稍偏转。该设计使得即使部件被稍微旋转并相互之间成角度，该垂直悬臂法向力始终保持在每个臂上的至少一个点接触。通过确保始终保持紧密接触，保持组件的一端至另一端的稳定接触电阻从而最大化探针的整个电路完整性。

【012】四个悬臂中每个悬臂的末端为小的互锁突舌。在探针组装期间，突舌摩擦配合部件的突舌，因而使悬臂偏转并使得部件卡合，将螺旋线圈弹簧或柔性的绝缘结构固定于部件之间。一旦在探针组装工序后弹簧被固定，则该弹簧保持有轻微压力，该力在轴向方向施加给悬臂的突舌。该力在组装总长保持恒定的组件内保持预载。探针组件的互锁臂永久地固定于螺旋弹簧或柔性的绝缘结构的内径内，且其几何形状使得被组装的部分的横向运动不会移开锁定突舌，因而探针是自已固定的，不要求用外壳来将其固定在一起。

附图说明

【013】图1是本发明的电接触探针的分解透视图；

【014】图2是图1所示的探针处于展开位置的横断面视图；

【015】图3是图1所示探针的处于压缩位置的横断面视图；

【016】图4是装于半导体测试接触器的本发明的电接触探针的透视图；

【017】图5是第一可选实施例的电接触探针的分解透视图；

【018】图6是第二可选实施例的电接触探针的分解透视图；

【019】图7是图6所示的探针处于展开位置的透视图；

【020】图8是图6所示的探针处于压缩位置的透视图；

【021】图9是处于展开位置的第三可选实施例的电接触探针的透视图；

【022】图10是图9所示的探针处于压缩位置的透视图；

【023】图11是第四可选实施例的电接触探针的分解透视图；

【024】图12是第五可选实施例的电接触探针的正视图；

【025】图13是第六可选实施例的电接触探针的分解透视图；

【026】图14是图13所示的探针处于开尔文(Kelvin)结构的透视图。

具体实施方式

【027】图1—3示出了本发明的具有柔性的内互连件的电接触探针10。探针10包括两个移动装配的导电部件，即上部件或柱塞12以及下部件或圆筒14，上部件12和下部件14之间有一个或更多个导电的柔性螺旋弹簧16和18。互连件的柔性被最大化以允许互连件应用中的机械公差。除最大化机械柔性之外，弹簧探针的螺旋弹簧或柔性的绝缘结构提供足够的法向力至其间放置有弹簧探针的被测试的单元和印刷电路板，以提供保持稳定接触电阻的电接触。通过最小化电感并优化AC电传输通路，接触探针的总长被最小化，目的是最大化整个连接系统的高频响应。

【028】接触探针10完全独立于为被测试的单元提供触点压力的弹簧或其它柔性的绝缘结构，在上部件12和下部件14之间提供偏压。接触探针通过包括四个柔性的悬臂实现了该目的，即上部件12上的臂20、22以及下部件14上的臂24、26。悬臂20、22与悬臂24、26互锁。在接触探针的冲程期间上部件相对下部件的偏转过程中，互锁悬臂与其配合的悬臂始终紧密接触，这是因为悬臂被特别设计为相互之间具有少量的干涉。该干涉使得悬臂垂直于由弹簧提供的力稍微偏转。因为垂直悬臂法向力始终保持与每个臂上的至少一个点接触，所以即使上部件和下部件被稍微旋转并相互彼此成角度，该设计也保持接触。通过确保该紧密接触被保持，通过保持组件的一端至另一端的稳定接触电阻从而最大化探针的整个电路完整性。

【029】每个悬臂的末端放置有小的互锁突舌28。在探针组装期间，突舌摩擦配合部件的突舌，因而偏转悬臂并使得部件卡合，将螺旋线圈弹簧或其它柔性的绝缘结构固定于部件之间。一旦在探针组装工序后弹簧被固定，则弹簧保持轻微压力，该压力在轴向方向上施加给悬臂上的突舌。该力在组装总长保持恒定的组件内保持预载。组件的互锁悬臂被永久地固定于螺旋弹簧或柔性的绝缘结构的内径内，并且其几何形状使得被组装的部分的横向运动不会移开锁定突舌，因而接触探针是自已固定的，不要求用外壳来将其固定在一起。

【030】上部件12的探针尖端30具有与被测试的集成电路或单元接触的V形缺口。探针尖端30从肩部32向上延伸，悬臂20、22从肩部32向下延伸。肩部32包括接收弹簧16、18的末端线圈的弹簧定心缺口34。如前所述，悬臂20、22分别具有啮合下部件14的互锁突舌28的锥形表面36、38。下部件14包括啮合上部件12的互锁突舌28的锥形表面40、42。同样，下部件14具有啮合印刷电路板的探针尖端44。探针尖端44从肩部46向下延伸，悬臂24、26从肩部46向上延伸。肩部46也包括接收弹簧16、18的底端线圈的弹簧定心缺口48。肩部46也具有用于悬臂20、22的末端的止动表面50。同样，上部件12的肩部32具有用于悬臂24、26的末端的止动表面52，这在图3中可清楚看出。

【031】如图4所示，多个电接触探针10位于半导体测试接触器54内以在集成电路组件的功能测试期间在印刷电路板56和集成电路组件60或其它电路的外部引线58之间提供柔性的电互连件。互锁的上部件12和下部件14由二维剖面构造，其给定厚度取决于特定应用以及被测试的测试单元。互锁悬臂在探针的完全启动冲程期间稍有弯曲，从而使得上下部件紧密接触并确保保持一致的电阻。悬臂上的微小锥度确保在正常工作期间因压缩探针使得接触更紧密。接触探针可适应一个或更多个弹簧或其它柔性的绝缘平行结构，从而使得可获得最佳电稳定性的所需触点压力，同时最小化互连件总长。

【032】图5示出了本发明的第一可选实施例的接触探针62。接触探针62包括上部件64和下部件66以及单个柔性弹簧68。上部件64具有两个悬臂70、72，每个悬臂的末端具有互锁突舌74。同样，下部件66也具有两个悬臂76、78，每个悬臂的末端具有互锁突舌80。在此实施例中，上部件64和下部件66被相互垂直设置，使得悬臂70、72夹住下部件66，悬臂76、78夹住上部件64。上部件64包括挡块82，下部件66包括挡块84以固定弹簧68。

【033】图6—8示出另一可选实施例的接触探针86。接触探针86包括上部件88和下部件90以及拉伸螺旋线圈弹簧92，而不是压缩弹簧。当接触探针86被偏转时，弹簧92被拉伸。通过将拉伸弹簧形成的末端94分别对准上部件88和下部件90的悬臂98、100、102和104上形成的槽口96内，压缩弹簧被固定至上部件和下部件。

【034】图9和10示出了本发明的又一可选实施例的接触探针106。接触探针106具有上部件108和下部件110以及双压缩弹簧112、114。上部件108和下部件110均具有伸入压缩弹簧112、114的内径内以将弹簧中心定位在接触探针上的凸缘116。上部件108和下部件110通过不位于弹簧内径内而是处于探针中心区域的一个可选的闭锁机构连接。上部件108具有头部120增大的单个悬臂118，其通过位于每个悬臂末端的互锁突舌126固定于下部件110的两个悬臂122和124之间。悬臂122、124分别具有成角度的内表面128和130，以在探针的柔性冲程期间在各部分之间提供微小的偏移力。

【035】图11示出了又一可选的接触探针设计132，其具有用于上部件134和下部件136的闭锁组件，该闭锁组件与用于接触探针106的闭锁机构是相同的。但是探针132为单弹簧138设计，而闭锁组件包含于弹簧138的内径内。

【036】图12示出了本发明的另一可选实施例的接触探针140。接触探针140在结构上与接触探针10相同，除上部件144的探针尖端142以外。在此实施例中，探针尖端142是偏移的并具有导向接触点的成角度的表面，并提供能够将集成电路装置148的非常小的焊盘146和用于开尔文连接的两个独立探针接触的可制造方案。这是通过以镜像方式放置彼此相邻的两个接触探针140使得两个探针的接触点彼此相邻并与集成电路装置上的焊盘146接触。

【037】图13和14示出了用于实际开尔文结构的另一可选实施例的接触探针150。探针150包括上部件152和下部件154以及单个压缩弹簧156。上部件具有两个悬臂158、160，下部件154具有两个悬臂162、164。每个悬臂具有位于臂的末端的电接触隆起166以及位于悬臂下面的中间的互锁突舌168。隆起166为整洁的圆角，并被设计成沿相对部件的平坦表面平滑地滑动，并且是上部件和下部件之间的主要电接触点。上部件152和下部件154相互垂直连接使得悬臂和互锁突舌168可滑动地将上部件和下部件互锁到压缩弹簧156的内侧。上部件和下部件固定在探针总长的轴向上提供弹簧弹力的螺旋弹簧或绝缘弹性构件。上部件152的探针尖端170与接触探针140的探针尖端142相似。如图14中可清楚看出，开尔文结构以镜像方式放置彼此相邻的两个接触探针，使得探针尖端170可接触被测试的单元。

【038】各种实施例的部件和特点对于特定应用是可互换的，正如从前述示例可见，接触探针可使用压缩于上下两个导电部件间的一个或更多个弹簧构造而成。接触探针也可以被设计成使得组件的柔性通过使用一个或更多个螺旋拉伸弹簧来实现。本发明的接触探针也可被设计成使得组件的柔性通过使用一个或更多个可压缩的导电弹性体来实现。

【039】本发明的接触探针可使用各种不同类型的尖端构造，它们被优化以实现被测试的集成电路的最稳定电阻。尖端类型包括但不限于弯曲圆角、单点尖端或双点尖端，并且可被设定在中心，或设置在上部件或下部件的外部或缩小的内部。

【040】本发明的接触探针可使用上部件和下部件的不同闭锁机构设计。可为部件增加附加的刮臂(wiping arm)以减小总通路电阻。另外，接触探针的部件中的一个部件可具有尾部使其可焊接或压入印刷电路板，从而减少总通路电阻。弹簧探针尖端的几何形状可以有偏移使得可以以允许对被测试的单元进行开尔文测试的方式设置相邻的探针。通常要求开尔文测试要测试非常灵敏的部分或允许电路被设计为承载强制电流通过一探针且可通过一个相邻的探针轻松测量检测压降。为在实际的插座设计中实现此目的，探针尖端相互的位置必须非常接近，且与单个被测试的单元的信号脚(signal pad)配合。另外，可为优化的匹配阻抗或其它优化射频(RF)信号范围设计接触的几何形状与结构。

【041】尽管已参照多个实施例说明并示出了本发明，可以理解，可在其后要求的本发明全部范围内对其做出变动和修改。

Claims (20)

1.一种柔性电互连件，包括：

第一部件；

与所述第一部件啮合的第二部件；

所述第一部件或所述第二部件中至少其一具有两个偏压悬臂以锁定啮合另一部件；

由所述悬臂固定且提供触点压力的至少一个弹簧构件。

2.权利要求1的互连件，其中所述悬臂在每个臂的末端具有互锁突舌。

3.权利要求1的互连件，其中所述第一部件和所述第二部件均具有两个悬臂。

4.权利要求1的互连件，其中存在每个悬臂固定的弹簧构件。

5.权利要求2的互连件，其中所述悬臂具有通过所述互锁突舌柔性啮合的锥形表面。

6.权利要求1的互连件，其中所述第一部件具有接触测试位置的探针尖端。

7.权利要求6的互连件，其中所述第二部件具有接触印刷电路板的探针尖端。

8.权利要求3的互连件，其中所述第一部件的两个悬臂垂直互锁所述第二部件的两个悬臂。

9.权利要求1的互连件，其中所述偏压构件为压缩弹簧。

10.权利要求1的互连件，其中所述偏压构件为拉伸弹簧。

11.权利要求1的互连件，还包括第二柔性电互连件以形成开尔文(Kelvin)连接。

12.一种具有柔性内互连件的电接触探针，包括：

具有两个偏压悬臂的柱塞；

具有两个偏压悬臂的圆筒；

位于每个悬臂之上以互锁所述柱塞和所述圆筒的互锁突舌；以及

由所述悬臂固定以提供所述圆筒和所述柱塞的触点压力的至少一个弹簧。

13.权利要求12的探针，其中存在由所述悬臂固定的两个弹簧。

14.权利要求12的探针，其中所述悬臂具有通过所述互锁突舌柔性啮合的锥形表面。

15.权利要求12的探针，其中所述柱塞的两个悬臂垂直互锁所述圆筒的两个悬臂。

16.权利要求12的探针，其中所述弹簧为压缩弹簧。

17.权利要求12的探针，还包括位于所述柱塞和所述圆筒的每个悬臂末端的电接触隆起。

18.一种电接触探针，包括：

具有接触尖端的柱塞；

具有接触尖端的圆筒；

闭锁机构，其包括具有位于从所述柱塞或所述圆筒的任一方伸出的两个悬臂末端的互锁突舌的两个悬臂，以及具有从所述柱塞和所述圆筒的另一方伸出的增大头部以往复接收于悬臂间的凸缘；以及

固定于所述圆筒和所述柱塞之间以提供所述圆筒和所述柱塞的触点压力的至少一个弹簧构件。

19.权利要求18的探针，其中存在位于所述闭锁机构两侧中任一侧的两个弹簧构件。

20.权利要求18的探针，其中存在环绕所述闭锁机构的一个弹簧构件。

Images