CN101512745B - 伸缩探针及其制造方法和采用该伸缩探针的测试插座 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种伸缩探针，包括：具有通过螺旋切削至少其一部分外表面而形成的弹簧结构的空心本体，以及至少填充本体内部的导电材料。根据本发明，当测试半导体封装时，能显著降低封装、伸缩探针和测试板之间接触的错误率，并且同时能增强伸缩探针的刚度和电导率。此外，伸缩探针简单的组件可以便于制造、降低制造成本，甚至可以预见微型伸缩探针的制造。

Description

伸缩探针及其制造方法和采用该伸缩探针的测试插座 

技术领域

本发明涉及一种伸缩探针(pogo pin)，更具体地，涉及一种伸缩探针，该伸缩探针在测试半导体封装时可以减少接触不良并同时可以增强电导率和刚度，以及该伸缩探针的制造方法和采用该伸缩探针的测试插座。 

背景技术

工业市场对于具有多功能、高速运行和低功耗等特性的半导体器件的需求大大增加。在这样的需求下，在封装的半导体器件中，通过在其本体部分的下表面上形成多个具有球形的外部端子实现多引脚的球栅阵列(BGA)型已受到喜爱，而非具有从本体部分的侧表面向外凸起的外部端子的方型扁平封装(QFP)型。 

经历了复杂工艺过程的半导体器件要接受各种类型的电测试，以测试它们的特性及其缺陷。为了这个目的，利用测试插座将安装在测试设备内的测试板(印刷电路板)的金属电线或接触垫和待测试器件(半导体封装)的外部接头进行电连接。也就是说，当测试半导体器件时，插座用作电连接测试设备的印刷电路和被测试半导体器件的接口。 

随着驱动BGA型封装的趋势，用于测试封装电特性的测试设备也在就其合适类型改变着。例如，改进并提出了电连接至测试设备并且能够可拆卸地安装至待测试封装的各种类型的插座。 

图1为用于测试半导体封装的示范性的相关技术插座的纵向剖视图，示出了采用伸缩探针连接半导体封装的外部接头和印刷电路板(PCB)上的金属电线。 

参照图1，用于测试半导体封装的相关技术插座20包括伸缩探针6和主体1，伸缩探针6用于电连接待测器件(半导体封装)的外部接头3a和测试板5的接触垫5a，主体1具有绝缘特性，并以预定间隔排列伸缩探针以固定并支撑伸缩探针从而防止伸缩探针变形和外部实体撞击。 

伸缩探针6包括管状探针本体11、金属上接触器12、金属下接触器13和螺旋弹簧14，金属上接触器12连接至探针本体11上端并接触封装3的外部接头3a，金属下接触器13连接至探针本体11下端并接触测试板5的接触垫5a，螺旋弹簧14布置在探针本体11内，以便上端与上接触器12相接触并且它们的下端与下接触器13相接触，并在测试中当上接触器12接触到封装3的外部接头3a并且下接触器13接触到测试板5的接触垫5a时产生弹性接触。 

在这种结构下，当相关技术半导体封装测试插座20用于测试半导体封装时，打开插座20的盖子(未示出)，然后将要测试的封装3安装在形成于插座的主体1的前表面内的封装安装部4内，然后关闭盖子(未示出)。于是，安装在安装部4内的封装的外部接头3a、伸缩探针6和测试板的接触垫5a彼此连接，从而在它们之间建立了电连接。在这种状态下，执行电特性的测试。 

然而，测试时，在封装的外部接头3a和测试板的接触垫5a之间产生电接触，这种经由伸缩探针6电连接的相关技术插座20具有太多触点，例如在封装的外部接头3a和伸缩探针的上接触器12的上端之间，在上接触器12的下端和螺旋弹簧14的上端之间，在螺旋弹簧14的下端和下接触器13的上端之间，以及在下接触器13的下端和测试板的接触垫5a之间。因此，这么多触点的存在导致不稳定阻抗和不良高频特性，从而降低了测试的可靠性。 

为了解决这个问题，在韩国专利申请第555713号中，披露了一种伸缩探针，其集成了在其中具有空心内部空间的圆柱形金属本体和至少部分地在本体中部的外表面上以螺纹状(螺旋状)切削的弹簧结构。当此伸缩探针应用于图1所示的测试半导体封装的插座时，只有封装的外部接头和伸缩探针的上端之间，以及伸缩探针的下端和测试板的接触垫之间存在接触。因此，这可以使错误接触显著减少。 

然而，韩国专利申请第555713号中披露的伸缩探针通过螺旋的切削本体中部的部分外表面实现了弹簧结构。因此，诸如刚度的机械性能，以及诸如此类性能退化。当伸缩探针被重复使用时，伸缩探针的原形将发生变形，从而导致接触不良的问题。 

此外，因为本体的外表面被螺旋的切削，封装的外部接头和测试板的接触垫之间的通路变长，从而增加了电阻。 

发明内容

技术问题 

为了克服这些问题并且根据本发明的目的，如在此具体表达和一般地描述的，本发明提供了一种可以在测试半导体封装时减少接 触不良并同时可以增强电导率和刚度的伸缩探针，以及其制造方法。 

技术方案 

为了实现这些和其它优点并根据本发明的一方面，提供了一种伸缩探针，包括：具有通过螺旋切削至少其一部分外表面而形成的弹簧结构的空心本体；和至少填充主体内部的导电材料。 

还提供了一种测试插座，包括：上主体和下主体；以及插入形成于每个上主体和下主体中的通孔内的伸缩探针，并包括具有通过螺旋切削至少其一部分外表面而形成的弹簧结构的空心本体和至少填充本体内部的导电材料。 

此外还提供了一种伸缩探针的制造方法，包括：准备具有通过螺旋切削至少其一部分外表面而形成的弹簧结构的空心本体；将本体插入模具；并向本体内部填充导电材料。 

发明影响 

不同于已有的伸缩探针，根据本发明的伸缩探针只有两个电触点，从而显著的减少了错误接触，并且同时，其本体被结合到导电材料，从而增加了本体的刚度和电导率。此外，伸缩探针简单的组件可以便于制造、降低制造成本，甚至可以预见到微伸缩探针的制造。 

附图说明

图1为采用根据在先技术的伸缩探针测试半导体封装的示例性插座的纵向剖视图； 

图2示出了根据本发明的一个实施例的伸缩探针的各平面视图、正视图和仰视图； 

图3为说明纵向切分的图2所示伸缩探针的透视图； 

图4到图6示出了根据本发明的另一个实施例的伸缩探针的各平面视图、正视图和仰视图；以及 

图7为根据本发明的示例性测试插座的正向剖视图。 

具体实施方式

现在详细描述根据本发明的伸缩探针的最佳实施例。 

参照图2，伸缩探针100包括空心本体110和导电材料120，空心本体110具有通过螺旋切削至少其一部分外表面而形成的弹簧结构，导电材料120至少填充本体110内部。 

由于螺旋地切削像金属管子(例如注射器针)一样的空心圆柱体的外部圆周表面，所以根据本发明的伸缩探针的本体110具有螺旋弹簧的形状。因此，提供了主体，该主体中伸缩探针的螺旋弹簧应用于图1所示的插座，并且集成了上/下接触器。尽管在本例中本体110表示为圆柱状，但是本发明并不局限于圆柱状。 

如图所示，螺旋地切削伸缩探针的本体110除了上部111和下部112以外的外表面部115。为了便于操作和精密加工，可以利用激光进行切削加工。然而，也可以采用其它切削工艺。这样的外表面部115为如弹簧或线圈之类的具有弹性的部分，并且为伸缩探针100自身提供了应对外力的弹性。弹簧结构外表面部115的长度或其切削间隔可以根据所采用的测试设备的意图而改变。 

本体110的上部111指的是其内具有空心内部空间的简单圆柱体的一端并且可以具有平直端111a。或者，本体110的上部分111可以形成有峰和谷(参照图6)以便于和封装的外部接头相接触。也就是说，当测试时，甚至当该端的平坦度不统一时或者当根据器件的封装的外部接头的间隔或高度不统一时，这用来防止与本体接触不良。 

本体110的下部112可以具有向内锥形部分以保证与测试板的金属线或接触垫接触的可靠性。使用这种形状，接触部112a具有相对大的面积并且内部真空112b的面积稍微减小。 

优选地，由于本体110为电连接部分，如果可能的话，采用具有低阻抗的材料，并且也可以采用具有良好电导率的金属材料，例如Al、Cu、Ag、Pt、Au以及诸如此类的材料。 

同时，参照图3，根据本发明导电材料120至少填充伸缩探针100的本体110的内部。此处所用的术语“至少”指的是导电材料120可以只填充本体110的内部。如图3所示，导电材料120既可以填充在本体110上螺旋切削的部分内又可以填充在本体110的内部。这用于增强本体110的刚度。在这种情况下，导电材料120优选地可以具有弹性。此外，导电材料120可以通过结合到本体110的外表面部115而形成凸起部，这将在后面描述(参照图6)。 

螺旋切削伸缩探针的本体的外表面部115，从而削弱了它的机械性能，例如刚度以及诸如此类的性能。因此，当伸缩探针被重复使用时，伸缩探针的原形可能发生变形，随之还可能引起接触不良。另外，由于螺旋切削本体的外表面部，封装的外部接头和测试板的接触垫之间的通路变长，从而增加了电阻。 

为了解决上述问题，本发明在伸缩探针的本体110的内部填充导电材料120。这里，优选地，导电材料具有弹性使得由伸缩探针的外表面部115的弹簧结构产生的弹性不会被抑制。因此，导电弹性橡胶(例如导电硅橡胶)可以被用作导电材料。此外，导电材料中可以加入具有良好电导率的金属粉末以增强电导率。 

优选地，为了增强伸缩探针的电导率和刚度，形成导电材料120的上端以接触待测半导体封装的外部接头。并且，优选地，形成导电材料120的下端以接触电路板的金属线或接触垫。 

特别地，不同于已有的伸缩探针，根据本发明的伸缩探针仅有两个电接触，从而显著地减少了错误接触，并且同时，其本体结合至导电材料，从而增强了本体的刚度和电导率。 

此外，由于半导体器件尺寸变小，封装的引脚或球(在BGA情况下)之间的间隔变窄。因此，伸缩探针的尺寸和长度逐渐小型化，例如形如直径小于1mm(甚至直径为0.35mm)的极细的针。随着这个趋势，如果上/下接触器、螺旋弹簧和探针本体按照现有技术形成一个伸缩探针，每个部件的尺寸就会太小以至于不能制造。此外，将每个部件装配为一个伸缩探针是很困难的。 

根据本发明，螺旋弹簧形状甚至可以形成于直径小于0.1mm的圆柱形管的外部圆周表面里，那么根据后面所描述的方法导电材料能填充在本体内。因此，没有必要制造微型部件，并且将微型部件装配为一个组件并不困难，从而降低了制造成本。激光工艺能够实现甚至0.025mm的细微间隔的切削，从而可以预见微型伸缩探针的制造。 

同时，由于伸缩探针100的本体的外表面部115具有螺旋弹簧结构，当伸缩探针与用于接收伸缩探针的上主体和/或下主体连接 时，可以通过摩擦力维持该连接状态而无需单独的连接装置。然而，如果伸缩探针的尺寸非常小并且需要较精密的测试，就有需要固定在伸缩探针和用于接收伸缩探针的主体之间的连接状态和连接位置。在这种情况下，希望得到具有下列改进形状的伸缩探针。 

与图2类似，图4中的实例示出了通过激光切割螺旋切削的圆柱状伸缩探针本体210的外表面部215。然而，本体的外表面部215的中部215c横向凸起。这种凸起部与用于接收伸缩探针的测试插座的主体连接并且/或者固定连接的位置。这个凸起部可以通过横向挤压本体的中部形成。 

此外，与图2类似，图5中的例子示出了通过激光切割螺旋切削的圆柱状伸缩探针本体310的外表面部315。然而，本体的外表面部315的中部315c横向凹进。这种凹进部与用于接收伸缩探针的测试插座的主体连接并且/或者固定连接的位置。这个凹进部可以通过向本体内部施压形成。 

此外，与图2类似，图6中的例子示出了通过激光切割螺旋切削的圆柱状伸缩探针本体410的外表面部。本体410的上端部和下端部具有峰和谷以便于分别与封装的外部终端和测试板相接触。导电材料420填充在本体410上的螺旋激光切削的部分中以及本体410的内部。此外，不同于上面描述的实例，在这个实例中，导电材料420形成了结合至本体410的外表面的凸起部。这个凸起部425与用于接收伸缩探针400的测试插座的主体连接并且/或者固定连接的位置。凸起部425可以由另一种材料构成，区别于导电材料420。不过，为了节省制造时间和成本，凸起部425优选地由导电材料420构成。形成凸起部425的方法将在下面描述。 

同时，参照图7，本发明的测试插座500包括伸缩探针505、以及用于接收伸缩探针505的上主体530和下主体550。 

上主体530和下主体550通过多个弹簧540连接。如果半导体封装10被安全地安装同时从上主体530上向下压，则由于弹簧540的弹性，上主体530和下主体550之间的距离变短。使用这种结构，小型化和多引脚型的封装的外部接头10a可以容易地定位于相应伸缩探针505的上端以产生接触。 

伸缩探针505插入形成于上主体530和下主体550中的通孔内。伸缩探针505包括空心本体510和导电材料520，空心本体510具有通过螺旋切削至少其一部分外表面形成的弹簧结构，导电材料520至少填充本体内部。 

另外，凸起部或凹进部(即使未示出)可以形成于本体510的外表面的中部，使得伸缩探针505与接收伸缩探针505的上主体530和/或550的连接状态，和/或连接位置能被固定。由于同样的原因，如图7所示，通过将导电材料520结合至本体510的外表面部分形成凸起部525，并且在下主体550处形成止挡肩552使凸起部525不能通过形成于下主体550中的通孔。在这种情况下，凸起部525的顶表面被具有更小面积的通孔的上主体530的下表面阻止，从而不能通过形成在上主体530中的通孔。这里，止挡肩552可以形成于上主体530处，或可以既形成于上主体530处又形成于下主体550处。此外，凸起部525可以以适当方式固定至形成于上主体530处或形成于下主体550处的止挡肩552。 

在下文中，将详细描述根据本发明的伸缩探针的制造方法。 

首先，准备空心本体，该空心本体具有通过螺旋切削至少其一部分外表面而形成的弹簧结构。为了便于操作和精密加工可以使用激光进行切削加工。不过，也可以采用其它切削工艺。弹簧结构的切削部分的长度或者其切削间隔可以根据所使用的测试装置的意图而改变。 

接下来，将准备好的本体插入模具中。模具可以包括上模具和下模具。通过上下模具彼此接触形成的内部空间可以对准备好的伸缩探针本体的外部形状形成精确的补充，或者可以在模具的相应位置形成附加的凹槽以形成应用于如图7所示的测试插座的伸缩探针的凸起部。 

然后，将导电材料填充在本体内部。对于在伸缩探针本体内部填充导电材料的方法有各种可能的例子。例如，可以形成流槽以与形成于上模具或下模具内部的空间中的伸缩探针本体的内部对应的位置相通。通过流槽，导电树脂溶液被注入，然后硬化。另一种方法是，将导电薄膜或导电浆料置于本体外面，然后向本体施压使得导电薄膜或导电浆料可以穿透本体中螺旋切削部分的间隙。 

前述的实施例和优点仅仅用于示例性说明，而不能解释为对本发明的限制。对于那些本领域技术人员，许多选择、修改和变形将是显而易见的。 

Claims (13)

1.一种伸缩探针，包括：

空心本体，具有通过螺旋切削至少其一部分外表面而形成的弹簧结构，并且螺旋切削后的本体集成有上接触器和下接触器，通过螺旋切削所形成的弹簧结构位于上接触器和下接触器之间；以及

弹性导电材料，至少填充所述本体的内部。

2.根据权利要求1所述的伸缩探针，其中，所述本体形成圆柱形。

3.根据权利要求1所述的伸缩探针，其中，所述本体的中部凸起或凹进。

4.根据权利要求1所述的伸缩探针，其中，所述本体由金属材料形成。

5.根据权利要求1所述的伸缩探针，其中，所述弹性导电材料为弹性橡胶材料。

6.根据权利要求1所述的伸缩探针，其中，在所述弹性导电材料中添加有金属粉末。

7.根据权利要求5所述的伸缩探针，其中，所述弹性导电材料填充在所述本体内部和所述本体上螺旋切削的所述部分中。

8.根据权利要求1或7所述的伸缩探针，其中，所述弹性导电材料形成结合至所述本体外表面的凸起部。

9.一种测试插座，包括：

上主体和下主体；以及

伸缩探针，插入所述上主体和下主体中每一个内形成的通孔中，并包括：空心本体，具有通过螺旋切削至少其一部分外表面而形成的弹簧结构，并且螺旋切削后的本体集成有上接触器和下接触器，通过螺旋切削所形成的弹簧结构位于上接触器和下接触器之间；和弹性导电材料，至少填充所述本体内部。

10.根据权利要求9所述的测试插座，其中，所述上主体通过弹簧连接至所述下主体。

11.根据权利要求9所述的测试插座，其中，凸起部通过将所述弹性导电材料结合至所述本体的所述外表面而形成，以及，止挡肩形成于所述上主体和所述下主体中的至少一个中，使得所述凸起部不能通过所述上主体和下主体内形成的通孔。

12.一种伸缩探针的制造方法，包括：

准备空心本体，所述空心本体具有通过螺旋切削至少其一部分外表面而形成的弹簧结构，并且螺旋切削后的本体集成有上接触器和下接触器，通过螺旋切削所形成的弹簧结构位于上接触器和下接触器之间；

将所述本体插入模具中；以及

向所述本体内填充弹性导电材料。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，向所述本体内填充弹性导电材料的步骤包括：

将弹性导电薄膜或导电浆料置于所述本体外面；

对所述弹性导电薄膜或导电浆料向本体方向施压；以及

使所述弹性导电薄膜或导电浆料穿透所述本体上被螺旋切削的部分。

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