CN101577378B - 用于接触电气试样的电气接触元件和接触装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于物理接触电气试样的细长电气接触元件(1)，包括用于电气接触的两末端区域(2，3)和位于末端区域(2，3)之间的细长中间区域(4)。提供了中间区域(4)具有基本矩形的横截面并沿其纵向范围构建成薄层状。本发明涉及相应的接触装置(22)。

Description

用于接触电气试样的电气接触元件和接触装置
发明领域
本发明涉及用于物理接触电气试样的细长电气接触元件，包括用于电气接触的两末端区域和位于末端区域之间的细长中间区域。
背景技术
这种类型的接触元件已知是以弹簧触针(Federkontaktstifien)或屈曲梁(Knicknadelnbekannt)的形式。它们由接触元件夹持件夹持并用于用一末端去接触电气试样，用另一末端去接触电气测试装置，以便创建至电气试样的测试电流路径，电气测试装置可以测试试验样品的无故障电气功能。已知的设置成弹簧触针或屈曲梁的接触元件具有圆形横截面，当放置在试样的接触表面上时产生接触力。在弹簧触针的情况下，其接触力是由被螺旋弹簧作用的活塞确定的。在屈曲梁的情况下，接触力来自探针材料的内在弹力。屈曲梁被接触过程横向偏移成弧形形状，在接触过程后返回至起始位置。由于试样变得更加紧凑和相关的减小的电气接触面距，前述提及的已知的接触元件产生越来越多的问题。这意味着用传统技术无法实现小接触平均面距，或者它们导致接触元件无意接触和产生短路。此外，因空间原因必须减小的弹簧触针或屈曲梁的横截面导致减小的载流能力和减小的接触力。如果测试电流要求在某个特定水平，更小的横截面可导致烧穿。该烧穿主要发生在离例如引导屈曲梁的导孔一段距离处，因为屈曲梁与导孔壁的机械接触导致其直接接近从而传导掉热，这不会发生在更远离引导区域处。
发明内容
因此，本发明的目的是提供前述类型的电气接触元件，如果给定更小但足够的接触力，其提供大横截面，即，大载流能力，尤其可用于很小的接触距离。
根据本发明，这一目标得以实现是因为中间区域具有基本矩形的横截面并沿其纵向范围设置成薄层状。此形状提供了由多层薄层确定的大横截面，以便即使大测试电流也能被传输而不过热。薄层状结构也确保了足够小但足够用于良好接触的接触力，因为，由于薄层，用使用的导电材料实现了良好的弹性。采用根据本发明的细长接触元件，实现了“垂直接触”，其意味着提供了大约垂直导向接触平面的接触元件，其接触时能够横向弯曲。矩形横截面允许用于接触元件设置的非常紧凑形式和高载流能力，同时薄层状中间区域使得容易弯曲，尽管如此仍提供充分的接触力。根据本发明的接触元件的形状使得试样，具体地晶圆以40微米及更小的接触平均面距接触。中间区域的矩形横截面指的是外部横截面轮廓具有这种形状，这意味着不考虑内部放置的薄层的结构。在本申请中提到的矩形横截面，不管该横截面属于接触元件的哪个部分，始终包括正方形横截面。
在本发明的一具体实施例中，提供了薄层状中间区域，其包括朝向中间区域的纵向方向的至少两薄层。较佳地，提供了两层以上薄层，其沿细长接触元件的纵向方向延伸。具体地，薄层基本相互平行延伸，不论它们是直线或曲线。
较佳地，相邻薄层之间具有至少一纵向狭槽，这意味着它们被所述至少一纵向狭槽相互分离或间隔开。如果，在接触试样期间，发生接触元件的弯曲，即屈曲，可以想象，由于由纵向狭槽形成的距离的减小，相邻薄层能够至少部分相互碰触，以便在它们之间不再有任何距离，但仍有面距。
本发明的另一具体实施例提供了接触元件具有一体件接触体。因此，两末端区域和包括薄层的中间区域设置成一体件。
可选择的，也可能接触元件具有一多部件接触体，在至少一接触区的区域中带有接触插入物。接触插入物提供给电气接触，可以由例如具有特别良好的导电性能的材料制造，同时使用不同材料用于接触体区域的剩余部分。
具体地，提供了接触元件具有长度L，宽度B和厚度D。较佳地设置成接触元件的长度L大于它的宽度B。较佳地可以提供接触元件的宽度B大于它的厚度D。较佳地，接触元件因此基本上构建成片形，特别是为接触片。
本发明的另一具体实施例提供了薄层每层具有长度l，宽度b和深度t。薄层的长度l较佳地大于它的宽度b。具体地，也可以提供薄层的宽度b大于它的深度t。
上面提到中间区域的横截面基本上是矩形。具体地，可以提供整个接触元件具有基本矩形的横截面，以便两末端区域也构建成带有矩形横截面，尽管对于一末端区域、中间区域和另一末端区域的矩形横截面没有必要具有相同尺寸或相同形状。
特别优选地，提供了至少一薄层的横截面设置成基本矩形。所有薄层较佳地具有矩形横截面。
设置可以这样设计以便接触元件的厚度D对应至少一薄层的宽度b，较佳地所有薄层的宽度b，以便该薄层或所有薄层的宽度b由接触元件的厚度D确定。
接触元件较佳地由弹性材料组成。这使得在接触期间弯曲(屈曲)能够实现地特别好。也通常确保接触结束后接触元件返回到它原来形状，即在其无载状态。
根据本发明的一具体实施例，较佳地提供了，在它们的放松，非接触状态和/或在它们的张紧、接触形状时，薄层具有包括至少一弧形的拱形形状。因此，接触元件可以被“预先弯曲”以便薄层在无载状态下具有拱形形状，当进行接触时其变成更加剧烈地拱形。可选择的，也可以提供没有任何预先弯曲存在，但在负载时薄层弯曲，且仅在那时呈现拱形形状。
特别较佳地，提供了拱形形状的至少一弧形位于由接触元件的长度L和宽度B限定的平面中。其具有所有的薄层同样即沿同一方向弯曲或被弯曲的优点。这也应用于相邻接触元件，以便防止相邻接触元件的相互接触和由此产生的电气短路。根据上述限定，单独薄层弯曲约它们最小的尺寸，即它们的深度t，这意味着整个中间区域弯曲约其设置成大于接触元件厚度D的宽度B。
根据本发明的另一具体实施例，可以提供薄层的横截面面积和/或横截面形状沿它的纵向范围变化。此外，或可选择的，也可能单独薄层的横截面面积和/或横截面形状相互不同。
根据本发明的另一具体实施例，提供了一末端区域，特别是在试样边，具有相对于接触元件的宽度B偏离中心的第一接触区。具体地，整个末端区域，或其大部分，可以相对于接触元件的宽度B偏离中心。该偏离中心位置开始在限定方向的屈曲，以便因此预先确定屈曲方向。
另一末端区域可以-根据另一示例性的具体实施例-具有放置在中心的第二接触区。这涉及，具体地，背离试样的末端区域。
如果第一和/或第二接触区具有或每个均具有从两侧边逐渐变细的触头，这是有利的。这导致，尤其是在接触过程中，线性接触或基本矩形接触表面。
根据本发明的进一步发展，提供了接触元件具有两纵向侧边，其中之一具有肘形以产生一末端区域的横向偏移。这导致，具体地，第一接触区的上述偏离中心位置。
一纵向侧边的肘形导致，具体地，阻挡台阶。这用于在接触元件夹持架中夹持住接触元件以便其不能从那里滑出。
接触元件较佳地包括具有电气绝缘涂层和/或接触涂层的部分。例如通过熔融，接触涂层与接触元件材料接触。
如果至少一所述末端区域具有与拱形形状的弧形相反的弯曲和/或倾斜，也是有利的。通过这种方式，当接触元件放在试样上时，在接触期间在沿接触元件的纵向范围的弹性弯曲过程中，所述末端区域进行与接触位置有关的转动，其显示划痕运动，以便可以实现特别良好的电气接触，即使接触表面是脏的和/或具有氧化层。
如果至少一所述末端区域，具体地偏离中心的末端区域，具有基本矩形的横截面，也是有利的。该横截面较佳地与也具有矩形横截面的导向孔或导孔配合。这将会在下面更详细地考虑。
本发明也涉及电气接触装置，包括至少一接触元件，如上文所述，以及接触元件夹持架，其包括用于接触元件的相互一段距离设置的至少两导向元件，其中之一具有被接触元件穿设的至少一导孔。该两导向元件可以设置成，具体地，导板，其中接触元件由在其两末端区域的导向元件夹持，因为两末端区域或者至少之一穿设对应的导孔。
如上所述，较佳地提供了至少一所述导孔具有基本矩形的横截面。这种设置是这样设计的以便矩形末端区域位于矩形导孔内，只有很少的自由活动，以便有可能将接触元件插入导孔中，也便于当接触或阻断接触时，运动是有可能的。
具有矩形横截面的导孔较佳地具有四个导孔壁，其中第一导孔壁相对第二导孔壁。
提供了，具体地，在放松、非接触状态，接触元件是这样夹持在导孔中以便接触元件的纵向侧边之一抵靠第一导孔壁的第一位置，接触元件的另一纵向侧壁抵靠第二导孔壁的第二位置，其中两位置相互轴向间隔开。“轴向”应被理解为与接触元件的纵向范围有关。当试样与接触元件接触时，所述接触元件张紧，从而进入接触状态，并在导孔中这样导向以便在放松状态先前抵靠第一导孔壁的第一位置的纵向侧边现在抵靠第一导孔壁的第三位置，先前抵靠第二导孔壁的第二位置的接触元件的纵向侧边现在抵靠第二导孔壁的第四位置。从这，很清楚在接触期间在导孔区域中发生了接触元件的转动，结果，发生上述的划痕运动，以致接触区沿试样的接触表面划痕从而创建了非常低电阻的电气连接通路。在放松、非接触状态，由于上述的抵靠导孔壁，接触元件呈现限定的姿势，在张紧、接触状态，限定的最后位置再次呈现，以便可重复地限制发生的转动。关于接触过程，这个转运涉及“边缘变化”因为用于提供电气接触的接触区倾斜约接触边缘，导致特别良好的接触结果。值得注意的是，由于涉及的部件的很小的尺寸和涉及在试样中极小的接触面距，划痕运动仅显微镜程度细小，然而这对于良好的电气结果完全足够。
通过参考示例性具体实施例，本发明现在将更详细地进行描述。
附图说明
在图中：
图1显示接触元件的俯视图。
图2显示可以分配给试样的图1的接触元件的末端区域。
图3显示在放松、非接触状态和在张紧、接触状态的图1的接触元件，和
图4显示将接触元件三步插入接触装置的过程。
具体实施方式
图1显示了细长电气接触元件1，其用于接触电气试样。接触元件1具有两末端区域2和3及位于其间的细长中间区域4。两末端区域2和3也设置成细长形。因此，总体而言，接触元件具有用双头箭头5表示的纵向范围。
接触元件1设置成一体件。它包括单件接触体6。接触元件1具有两纵向侧边7，8，前侧边9和与前侧边相对的后侧边10。它具有长度L，宽度B和厚度D(图2)。由于其细长形状，接触元件1基本上设置成接触片11。因此，这种情况导致，具体地，长度L设置成大于宽度B，所述宽度B大于厚度D。
如图所示，中间区域4设置成薄层状，这意味着它具有沿纵向方向(双头箭头5)延伸的薄层12。薄层12较佳地相互平行延伸(尽管它们具有将在下面更详细地考虑的拱形形状)。相邻薄层12每层通过纵向狭槽13相互分开。该设置较佳地是这样设计的以便薄层12具有长度l(图1)、宽度b和深度t。长度l大于宽度b。宽度b大于深度t(图2)。从图2也非常清楚薄层12的宽度b等于接触元件的厚度D。在其它具体实施例(未显示)中，可以提供薄层12或薄层12之一的宽度b大于或小于接触元件1的厚度D。薄层12的宽度b可在10微米至100微米范围内，更尤其是30微米，深度t可在10微米到50微米范围内，更尤其是20微米。在显示的示例性的具体实施例中，接触元件1包括4层薄层12，在其间设置了3个纵向狭槽13。当然，也有可能提供不同数量的薄层12。薄层的最小数目是2。
接触元件1的纵向侧边7具有肘形，其导致末端区域2的横向偏移。在图1中肘部用附图标记14标出。由于肘部14，末端区域2偏离中心延伸，这意味着末端区域2相对于前侧边9的长度的中心横向偏移。偏移导致阻挡台阶15的形成。末端区域2包括第一接触区16和末端区域3包括第二接触区17。
第一和第二接触区16、17各由触头18、19组成。触头18、19的纵向脊沿接触元件1的厚度D的方向延伸。由于肘部14，相对于接触元件1的宽度B，末端区域2基本上偏离中心，第二接触区17位于中心。
整个接触元件1具有矩形横截面。除了单独薄层12外，这还适用于末端区域2、末端区域3和中间区域4(作为整体轮廓来看)。可选择的，其它横截面形状，如圆形形状，也是可能的。
从图1非常清楚，显示的在无载状态的接触元件1不是直线延伸，而是它具有弧形20，因此拥有拱形形状21。单独薄层12因此沿弧形延伸。也可看出末端区域2具有倾斜，在图1中用与弧形20相对的角度α表示。这意味着第一接触区16相对于宽度B近乎位于中心，然而末端区域2与中间区域4的连接-如所述的-偏离中心。
接触元件1包括弹性导电材料。
从图3非常清楚，接触元件1在负载下弯曲更为严重，以便在无载状态时先前的弯曲(在图3中左边)在负载也就是接触电气试样(未显示)时增加。单独薄层12在与接触元件1的前侧边9和/或后侧边10平行的平面中弯曲。
图4说明了接触装置22，其包括至少一接触元件1和接触元件夹持件23。在图4中，相同组件连续3次显示以说明将接触元件1插入接触元件夹持件23中的过程。很清楚的，接触元件夹持件23包括导板25形状的导向元件24。导向元件24包括具有矩形横截面的导孔26，其中该矩形横截面基本上适应于接触元件1的末端区域2的矩形横截面，以便当末端区域2位于导孔26中时只存在小程度的自由活动。可以提供，具体地-尽管没有在图4中说明-另一末端区域3也在一导向元件4中导向。
图4的单独插图说明了接触元件1插入接触元件夹持件23，其中接触元件在它的末端区域3(未显示)夹持。因为最初末端区域2的前末梢区域插入导孔26少许，插入发生。因为末端区域23具有倾斜(α角)，有必要相对于放松形状进一步弯曲接触单元1，如箭头27所示(图4中央插图)，以便末端区域2的纵向侧边7和8与导孔26的第一和第二导孔壁28和29平行延伸。末端区域2现在被推进导孔26足够远以便接触区16-按照图4中右边插图-向下很好地延伸出导向元件24。接触元件1然后放松一点以便使弧形减小(箭头30)，这样轻微的预张力施加在导孔26上。以这种方式安装的接触元件1因此位于导孔26中按照图4中右边插图-以便纵向侧边8抵靠第一导孔壁28的位置31，接触元件1的另一纵向侧边7抵靠第二导孔壁29的位置32，其中位置31、32相互具有轴向间距a。
如果，为了接触，按压接触区16(按压力33)以物理接触抵靠电气试样(未显示)，薄层12弯曲或弯曲更加剧烈，结果末端区域2在导孔26中这样转动以便在该张紧、接触状态接触元件1的末端区域2夹持在导孔26中从而在放松状态(图4的右边插图)先前抵靠第一导孔壁28的位置31的纵向侧边8现在抵靠第一导孔壁28的另一位置34，先前抵靠第二导孔壁29的位置32的纵向侧边7现在抵靠第二导孔壁29的第四位置35。两位置34和35也相互具有轴向间距a。事实上发生了边缘的改变。很明显由于边缘的这一变化，第一接触区16沿箭头36方向移动，结果是划痕运动发生在电气试样(未显示)的接触点上。这具有在接触时可以清除污垢及可以去除可能氧化位置的结果，从实现了非常良好的电气接触。
根据本发明，提供了接触元件1，其包括许多设置的具有矩形横截面的片状物，薄层12。薄层12以这样的形式相互连接以便接触元件1的必然产生的屈曲运动对应单独层板12的屈曲运动。为了在接触期间利于屈曲，接触元件设置成稍微预先弯曲。通过相应的非中心作用力的施加，特别由于末端区域2相对于与接触元件的宽度B有关的中心偏移和前述的稍微预先弯曲，接触元件1的显著的屈曲行为是预先确定的。既然接触元件1在末端区域2变窄，由于阻挡台阶15，在导向元件24中产生阻挡效果。与弯曲(弧形20)相反的末端区域2的倾斜产生下列效果：边缘的限定接触(按照图4)，导致定位精度；在导孔24中略微夹紧，因此确保免于向上(向后)退出；在屈曲(接触)期间，发生边缘变化，末梢(接触区16)进行“擦洗”；组装时，接触元件1略微屈曲，末端区域2从而朝向与导孔26平行的方向-这有利于插入。
薄层12允许大横截面，因此确保低电阻。与此同时，提供了带有低接触力的扁平设计。有可能在要处理的试样上进行非常密切设置的接触，例如，至少40微米间距。总长度L可以，例如，为3.5毫米。接触力大约是27mN。电阻约为0.3欧姆。

Claims (33)

1.一种用于物理接触电气试样的细长电气接触元件，包括用于电气接触的两末端区域和位于末端区域之间的细长中间区域，其特征在于，所述中间区域(4)具有基本矩形横截面并沿其纵向范围构建成薄层状，薄层状中间区域(4)包括沿中间区域的纵向方向延伸的至少两薄层(12)，相邻薄层(12)通过至少一纵向狭槽(13)相互分开或相互间隔开，当该接触元件的一个接触区域抵靠于该物理接触电气试样时，薄层(12)为弯曲状。
2.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件包括一体件接触体(6)。
3.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件包括一多部件接触体(6)，其在至少一接触区(16，17)的区域中具有接触插入物。
4.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件具有长度L、宽度B和厚度D。
5.根据权利要求4所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件(1)的长度L大于其宽度B。
6.根据权利要求4所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件(1)的宽度B大于其厚度D。
7.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件基本上设置成接触片(11)。
8.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，所述薄层(12)每层具有长度l、宽度b和深度t。
9.根据权利要求8所述的接触元件，其特征在于，薄层(12)的长度l大于其宽度b。
10.根据权利要求8所述的接触元件，其特征在于，薄层(12)的宽度b大于其是深度t。
11.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件的横截面设置成基本矩形。
12.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，至少一所述薄层(12)的横截面设置成基本矩形。
13.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件的厚度D包括至少一所述薄层(12)的宽度b。
14.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件由弹性材料制造。
15.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，所述薄层(12)在它们放松、非接触状态和/或在它们张紧、接触状态具有包括至少一弧形(20)的拱形形状(21)。
16.根据权利要求15所述的接触元件，其特征在于，薄层(12)具有不同长度和/或不同拱形形状。
17.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，所述拱形形状(21)的至少一弧形(20)位于接触元件(1)的长度L和接触元件(1)的宽度B限定的平面中。
18.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，薄层(12)的横截面面积和/或横截面形状沿其纵向范围变化。
19.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，薄层(12)的横截面面积和/或横截面形状相互不同。
20.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，在特定试样边，末端区域(2)包括相对于接触元件(1)的宽度B偏移中心的第一接触区(16)。
21.根据权利要求20所述的接触元件，其特征在于，另一末端区域(3)包括相对于接触元件(1)的宽度B设置在中心的第二接触区(17)。
22.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，第一和/或第二接触区(16，17)包括从两侧边逐渐变细的触头(18，19)。
23.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，所述接触元件(1)包括两纵向侧边(7，8)，其中之一具有肘形以产生末端区域(2)的横向偏移。
24.根据权利要求23所述的接触元件，其特征在于，作为一纵向侧边的肘形的结果，形成了阻挡台阶(15)。
25.根据权利要求1所述的接触元件，其特征是，具有电气绝缘涂层和/或接触涂层的至少一部分。
26.根据权利要求1所述的接触元件，其特征在于，至少一所述末端区域(2，3)具有与拱形形状(21)的弧形(20)相反的弯曲和/或倾斜。
27.根据权利要求所述1的接触元件，其特征在于，至少一所述末端区域(2，3)，具体地偏离中心的末端区域(2)，具有基本矩形的横截面。
28.一种电气接触装置，包括根据前述一个或更多个权利要求1所述的至少一接触元件(1)，并包括接触元件夹持件(23)，其包括用于接触元件(1)的相互间隔设置的至少两导向元件(24)，至少一导向元件(24)包括被所述接触元件(1)穿设的至少一导孔(26)。
29.根据权利要求28所述的接触装置，其特征在于，至少一所述导孔(26)具有基本矩形的横截面。
30.根据权利要求28所述的接触装置，其特征在于，具有矩形横截面的导孔(26)包括四个导孔壁，其中第一导孔壁(28)相对第二导孔壁(29)。
31.根据权利要求所述30的接触装置，其特征在于，在放松、非接触状态，接触元件(1)是这样夹持在导孔(26)中以便接触元件(1)的纵向侧边(8，7)之一抵靠第一导孔壁(28)的一位置，接触元件(1)的纵向侧边(7，8)的另一边抵靠第二导孔壁(29)的一位置，其中两位置相互轴向间隔开。
32.根据权利要求31所述的接触装置，其特征在于，在张紧、接触状态，接触元件(1)是这样夹持在导孔(26)中以便在放松状态先前抵靠第一导孔壁(28)的位置的纵向侧边(8，7)现在抵靠第一导孔壁(28)的另一位置，先前抵靠第二导孔壁(29)的位置的接触元件(1)的纵向侧边(7，8)现在抵靠第二导孔壁(29)的另一位置。
33.一种用于物理接触电气试样的细长电气接触元件，包括用于电气接触的两末端区域和位于末端区域之间的细长中间区域，其特征在于，所述中间区域(4)具有基本矩形横截面并沿其纵向范围构建成薄层状，薄层状中间区域(4)包括沿中间区域的纵向方向延伸的至少两薄层(12)，相邻薄层(12)通过至少一纵向狭槽(13)相互分开或相互间隔开，所述薄层(12)在它们放松、非接触状态和/或在它们张紧、接触状态具有包括至少一弧形(20)的拱形形状(21)。
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