CN102422170A - 擦拭引发型顺应式电接触 - Google Patents

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Abstract

一种接触组件，所述接触组件具有包含接触末端的接触构件，所述接触构件被置于测试座或探测器板中的孔内，其中，接触末端或探测器板或测试座中的孔具有凸轮表面，以在接触构件的压缩期间提供接触末端经过测试位置的表面的横向运动，从而引发测试点的表面上的擦拭。

Description

擦拭引发型顺应式电接触
技术领域
本发明涉及形成电互连的电接触探测器，尤其涉及具有擦拭引发接触末端的接触探测器。
背景技术
传统的弹簧式接触探测器通常：包括可移动的柱塞、筒以及用于偏置柱塞在筒中的行进的弹簧，其中，筒具有用于容纳该柱塞的直径扩大部分的开口端。柱塞轴承与筒的内表面可滑动地接合。扩大的轴承部分通过靠近筒的开口端的折边保持在筒内。柱塞通常通过弹簧向外偏置一选定的距离，并且可以在与弹簧方向相反的力的作用下向筒内偏置或压进一选定的距离。柱塞对筒的轴向偏置和侧向偏置防止了在柱塞与筒之间的没有接触的间断点或错误开口。柱塞通常是实心的并且包括用于接触受测电气装置的头或末端。筒还可以包括与筒的开口端相对的末端。
筒、柱塞和末端构成测试装备与受测电气装置之间的电互连，因此筒、柱塞和末端由导电材料制成。通常，探测器被装配到穿透测试板或座的厚度所形成的腔中。通常，待测电气装置(例如集成电路)的接触侧与从测试板或测试座的一侧突出来的柱塞末端压力接触，以产生对电气装置的弹性压力。连接到测试装备的接触板与从测试板或测试座的另一侧突出的柱塞末端相接触。测试装备通过到被测装置的测试探测器互连将信号从其发出处传输到接触板。在电气装置被测试完之后，释放弹簧探测器所施加的压力，装置脱离与每个探测器的末端的接触。
制作传统弹簧探测器的工艺涉及独立地制造压缩弹簧、筒和柱塞。压缩弹簧经过卷绕和热处理以制造出具有精确尺寸和受控弹性力的弹簧。通常，柱塞由车床车出来并经过热处理。筒有时也经过热处理。筒可以通过车床加工成形或通过深冲压工艺成形。可以对所有的部件进行电镀处理，以增强传导性。弹簧探测器部件通过手工进行组装，或者通过自动工艺进行组装。
测试集成电路的一个重要方面是：在高频下测试集成电路。因而，在测试装备和集成电路之间需要阻抗匹配从而避免高频信号的衰减。考虑到测试座之内的空间最小，为了避免高频信号的衰减，由探测器构成的电互连的长度必须保持最小。为了解决这个问题，已开发了具有比传统探测器更短长度的外部弹簧探测器。外部弹簧探测器包括两个分开的段，其中，每段都有末端和凸缘。接触部件从每个探测器段朝向末端延伸。这两个接触部件相互接触，并且弹簧被夹在环绕着接触部件的两个凸缘之间。通常地，第一接触部件为筒，而第二接触部件为轴承表面。轴承表面可滑动地接合到筒的内表面。这些探测器被装配到在测试期间使用的测试座中形成的腔中。与这些类型的外部弹簧探测器相关联的问题是由于高成本的机械加工所导致的制造费用。
为应对上述问题，设计了具有扁平部件的外部弹簧探测器，该扁平部件可以通过冲压而经济地生产出来。通常地，这些设计包含了正交连接的两个部件，并且这两个部件之间的电通路通过突出的端面。这种设计的问题在于：部件磨损相当快并且寿命短，需要经常更换。
非正交地连接的外部弹簧接触组件具有由外部弹簧围绕的、两个可移动且线性重叠的接触构件或柱塞。每个柱塞都有接触部和尾部，其中，尾部具有组装时穿过弹簧内部并与相对的扁平柱塞的尾部相接触的扁平表面。弹簧具有压在相对的两个柱塞的每一个上以防止柱塞与弹簧分离的端线圈，由此相对于弹簧的每个端部固定柱塞接触部和尾部。利用弹簧被压缩时的自然扭转运动，柱塞尾部的扁平表面在接触组件的整个压缩冲程中保持接触。相对的扁平段之间的接触防止了弹簧的扭曲或扭转运动传递到接触部的末端。对自然扭曲的对抗增强了部件的导电性，这又改进了弹簧接触组件的性能。弹簧还可以具有沿着弹簧长度方向、直径减小的线圈段，以进一步限制柱塞尾部并增强两个柱塞之间的相互作用，或者，可以通过在弹簧中增加偏移线圈段来产生进一步的偏置效果。
以总体上的圆柱形状形成的各柱塞都借助了车床、螺钉机或其它类似的制造装备。以总体上的扁平的形状形成的柱塞借助了冲压、蚀刻、光刻或其它类似制造技术，以产生基本二维的几何形状。
当测试位置不干净或者被过量的焊料、助熔剂或氧化物污染时，产生获得良好测试信号的问题。当这些污染物存在时，不能够确保测试接触的接触末端与测试点之间的可靠连接。因此，存在对如下顺应式电测试接触的需要：该顺应式电测试接触具有确保与被污染的测试位置之间的连接的接触末端。
发明内容
本发明涉及一种弹簧接触组件，所述弹簧接触组件具有压缩弹簧以及两个可移动的接触构件或柱塞，其中，所述接触构件具有顺应式接触末端，当所述顺应式接触末端被压缩至测试表面时引发擦拭。每个柱塞具有接触部和尾部，其中，所述尾部具有在弹簧组件内部越过相对的柱塞尾部、并与该相对的柱塞尾部分相接触的扁平表面。所述弹簧具有压在相对的柱塞中的每一个上以防止所述柱塞从所述弹簧分离的端线圈。
每个柱塞也可以形成为适于车床、螺钉机或其它类似的制造装备的通常的圆柱形状。所述柱塞也可以形成为适于冲压、蚀刻、光刻或其它类似制造技术的总体上的扁平形状，以产生基本二维的几何形状。所述擦拭引发接触末端可以包含到扁平柱塞、圆形柱塞、顺应式柱塞结构中，而不用压缩弹簧。接触末端通过将倾斜的凸轮表面包含在柱塞或末端的一侧上而在压缩期间产生经过测试点的横向擦抹运动来引发擦拭。替代的地，倾斜的凸轮表面可以形成在测试座或测试板中。
参照结合附图的详细描述，将更加充分地理解本发明的这些及其它方面。
附图说明
图1是本发明的弹簧接触组件的透视图；
图2是图1的弹簧接触组件的第一柱塞的侧视图；
图3是图1的弹簧接触组件的弹簧的侧视图；
图4是本发明的弹簧接触组件的替代实施例的透视图；
图5是图4的弹簧接触组件的一个柱塞的侧视图；
图6是图4的组件的截面图；
图7是图1或图4的弹簧接触组件的接触末端的详细视图；
图8是替代的接触末端的设计的详细视图；
图9是另一个替代的接触末端的设计的详细视图；
图10是另一个替代的接触末端的设计的详细视图；
图11是另一个替代的接触末端的设计的详细视图；
图12是另一个替代的接触末端的设计的详细视图；以及
图13是另一个替代的接触末端的设计的详细视图。
具体实施方式
图1至图3示出了本发明的示例性弹簧接触组件10。弹簧接触组件10包括第一接触构件或圆形柱塞12、第二接触构件或圆形柱塞14以及弹簧16。如图2所示，柱塞12包括接触部18和尾部20。常规接触末端22位于接触部18的一端并可以具有多种接触几何形状。凸缘24位于接触部或段18和尾部或段20之间。凸缘24具有用于在组装期间对准探测器的平面26。柱塞尾部20具有沿其长度延伸的圆柱形表面28和扁平表面30。
柱塞14也包括接触部和尾部。凸缘位于接触段和尾段之间，并且凸缘也包括用于在组装期间定位柱塞14的平面。尾段具有沿其长度延伸的圆柱形表面和扁平表面。扁平表面在组装时越过彼此且在弹簧16的内部接触。在组件的压缩期间，扁平表面逐渐地相互接合。
如图3所示，弹簧16在其相对端处具有端线圈32和端线圈34，线圈32和端线圈34在与凸缘相邻的圆柱形段处压在柱塞尾段上。端线圈32和34可以具有略小的直径，从而牢固地夹紧圆柱形段，以防止柱塞与弹簧分离。利用弹簧16被压缩时的自然扭转运动，两柱塞的扁平部分在探测器的整个冲程中保持接触。相对的扁平段之间的接触防止扭曲或扭转运动传递到弹簧接触末端。对自然扭曲的对抗增强了部件的导电性，这又提高了接触性能。为了进一步限制尾段并增强两个柱塞之间的相互作用，弹簧16可以采用缩小的线圈段36。
尾段可以具有缩小的端段38，这允许在将弹簧压合到与凸缘相邻的缩小的直径段上之前将弹簧拧到尾部上。缩小的段38允许将柱塞导入到弹簧中，使得组装过程变得容易。如先前所示的，柱塞尾部的圆柱形段产生与弹簧的端线圈的过盈配合，结合扁平表面对抗由弹簧所施加的正常的扭转力，圆柱形段与端线圈之间所产生的夹持力在正常的操作与使用期间足以将组件保持在一起。图1和图2的总体上的圆柱形柱塞设计由诸如车床、螺钉机的机器或其它类似的制造装备制造。接触组件10示出为外部弹簧结构，然而应当理解，本发明的发明构思同样适用于具有筒和柱塞的内部弹簧结构。
图4至图6中示出了替代的弹簧接触组件40。弹簧接触组件40包括被外部弹簧46环绕的、两个可移动且重叠的柱塞42和柱塞44。柱塞42和44以总体上扁平的形状形成，适于冲压、刻蚀、光刻或其它类似的制造技术，以产生基本的二维几何形状。
柱塞42包括接触部或接触段48和尾部或尾段50。接触段48包括可以是多种几何结构中的任何一种的接触末端52。考虑到整个柱塞具有扁平结构，柱塞尾段50包括扁平表面54。凸缘56位于接触段48和尾段50之间。尾段50包括扩大的部分58，扩大的部分58用于产生与弹簧46的端线圈的过盈配合，以在其组装结构中保持弹簧接触。匹配的柱塞44也包括接触部、尾部51以及位于接触段和尾段之间的凸缘。尾段包括用于产生与弹簧46的端线圈的过盈配合的扩大的部分。
在扁平结构的弹簧接触组件40中，柱塞尾段可以具有端部分60，端部分60延伸出弹簧的端线圈，如图4所示。这种设计增强了柱塞间的电接触且增加了对相对的柱塞末端的支持。对于特定的应用，柱塞尾部中的一个或两个可以延伸出端线圈。如图6所示，尾部50和51具有沿外表面的边缘的凹口62和64，凹口62和64形成檐尖或点66和68。在弹簧接触组件易受由高频下弹簧线圈引发的谐振的影响的高性能测试应用中，通过在初始组装期间由弹簧46的端线圈嵌合(swaging)檐尖或点66和68，增加了柱塞42及44与弹簧46之间的紧密接触力。嵌合可以通过弹簧的缩小直径的端线圈或中心线圈段来实现。柱塞被设计成组装时具有轻微的过盈配合，弹簧在柱塞或筒上的初始嵌合使例如檐尖或点的过盈部分变形，以产生弹簧与柱塞或包括筒的应用中的筒的定制配合(custom fit)。当顺应式接触组件首次被压缩，弹簧间的干扰使边缘变形以形成定制、位置或间隙配合。
对于图1所示的圆柱形弹簧探测器，缩小尾部直径以形成具有被弹簧线圈嵌合的边缘的扁平表面。对于图4所示的蚀刻部件，凹口62产生边缘点，该边缘点细小、不被支撑且理想的用于嵌合。冲压部件或电铸部件被形成为具有用于嵌合工艺的尖角。
图7示出了本发明的第一实施例的擦拭引发型顺应式接触末端。图7是示出了位于测试座或探测器板72内的接触末端70的详细视图。柱塞74位于测试座或探测器板72中的腔或孔内，使得接触末端70伸出测试座或探测器板中的较小直径的开口。接触末端70包括使接触末端70在压缩期间横向运动的倾斜的凸轮表面76。该横向运动引发在测试接触表面上的擦拭，该测试接触表面可以是取决于特定应用的印刷电路板测试点、焊球、电子封装互连点或受测装置。该擦拭(也称为擦抹)去除了诸如氧化物、焊料、助熔剂的污染物，并确保与测试位置的良好电接触。图7示出了接触末端76相对于测试座或测试板内布局的中心线78的位置，并且还示出接触末端从处于未压缩状态的第一位置80到处于压缩状态的第二位置82的横向运动。
图8示出了替代的接触末端结构，其中，末端84位于测试座或探测器板88中的倾斜的孔86内。接触末端84相对于中心线94从处于未压缩状态的第一位置90横向运动到处于压缩状态的第二位置92。
图9示出另一个实施例的接触末端结构，其中，接触末端96具有较大直径的中心部分98以及提供在测试模块或探测器板104内的横向或擦拭运动的倾斜的凸轮表面100和102。测试模块或探测器板可以具有多个带有交错排列的孔的板，其中，倾斜的凸轮表面100和102通过顺着探测器板内的交错排列的孔而在压缩期间横向地移动末端。相对于中心线106，发生从处于未压缩状态的第一位置108到处于压缩状态的第二位置110的擦拭或横向运动。
图10示出了包含到具有多个蛇形变位梁的测试探测器中的另一顺应式接触末端的设计。接触末端112延伸穿过测试模块或探测器板116中的孔114，并且与位于测试模块或探测器板内的多个蛇形形状的梁118一体形成。在从未压缩状态120到压缩状态122的接触末端的压缩以及梁118变位期间发生横向或擦拭运动。图11示出了附接到与图10相类似的悬臂梁126的悬臂接触末端124，悬臂梁126提供了从未压缩的状态128到压缩状态130的横向运动或擦拭。
图12还示出了特定地应用于球状矩阵排列(BGA)或焊球测试点位置的另一替代的接触末端的设计。接触末端132从测试座或探测器板136中的孔134延伸出来与焊球138接触。接触末端具有分开的分叉或拨爪140和142，分叉或拨爪140和142与焊球138的任意侧表面接触。从未压缩状态144到压缩状态146，发生沿焊球138的侧表面的分叉或拨爪的擦洗或横向运动。拨爪或分叉在焊球上提供对称的负荷，该对称的负荷在压缩期间相互抵消。拨爪的擦抹动作或伸展去除了污染物以提供良好的电连接。
图13还示出另一接触末端的设计。在该实施例中，两个扁平结构的柱塞150和152在彼此之上相互对齐，其中，柱塞150和152的接触末端分别具有相对的倾斜的凸轮表面154和156。柱塞150和152都保持在测试座或探测器板156中的孔内，使得末端向外延伸以与焊球158的侧表面接触。在柱塞的压缩期间，从未压缩状态160到压缩状态162，接触末端150和152提供沿焊球158的相对的侧的擦拭力。与图13类似，相反倾斜的凸轮表面在焊球上呈现相互抵消的对称负荷。
在制造过程期间，在柱塞上形成接触末端的倾斜的凸轮表面。对于扁平柱塞结构，可以在制造期间蚀刻凸轮表面；而对于圆形探测器，通过使柱塞的端部弯曲来形成凸轮表面。如上所示，替代地，凸轮表面可以通过将倾斜的表面钻入到探测器板或模制到测试座从而成为测试座或探测器板的一部分。
尽管关于本发明的若干实施例对本发明进行了描述和说明，但是应当理解：可以在所附权利要求所要求的本发明的全部范围之内进行各种修改和变型。

Claims (18)

1.一种顺应式接触组件，包括：
具有接触末端的接触构件；
用于允许压缩所述接触构件的装置；以及
所述接触末端上的凸轮表面，用于在所述接触组件的压缩期间引发所述接触末端对测试点的擦拭。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述用于允许压缩的装置为与所述接触构件相邻的压缩弹簧。
3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述用于允许压缩的装置为附接到所述接触末端的多个蛇形梁。
4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述接触末端具有两个拨爪，每个所述拨爪具有相对的凸轮表面。
5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述组件还具有第二接触构件，所述第二接触构件具有接触末端。
6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述第二接触构件的接触末端具有倾斜的凸轮表面，所述倾斜的凸轮表面与所述接触构件的倾斜的凸轮表面相对。
7.一种接触组件，包括：
测试座或探测器板，在所述测试座或所述探测器板中置有多个分隔开的孔；
具有接触末端的顺应式接触构件，所述接触构件被置于所述孔的至少一部分中；
用于偏置在所述测试座或所述探测器板的孔内的所述接触构件的装置；以及
用于在所述接触构件的偏置期间引发所述接触末端对测试位置的擦拭运动的装置。
8.根据权利要求7所述的接触组件，其中，所述用于偏置所述接触构件的装置为与所述接触构件相邻的压缩弹簧。
9.根据权利要求7所述的接触组件，其中，所述用于偏置所述接触构件的装置为附接到所述接触末端的多个蛇形梁。
10.根据权利要求7所述的接触组件，其中，所述用于引发擦拭运动的装置为所述接触末端上的倾斜的凸轮表面，以在所述接触构件的偏置期间产生所述接触末端的横向运动。
11.根据权利要求7所述的接触组件，其中，所述用于引发擦拭运动的装置为所述测试座或所述探测器板中的孔内的倾斜的凸轮表面。
12.根据权利要求10所述的接触组件，其中，所述测试座或所述探测器板中的孔具有阶梯式或不一致的表面。
13.根据权利要求7所述的接触组件，其中，所述接触末端具有两个拨爪，每个所述拨爪具有相对的凸轮表面。
14.根据权利要求7所述的接触组件，其中，所述组件具有第二接触构件，所述第二接触构件置于所述测试座或所述探测器板的孔内并具有接触末端。
15.根据权利要求14所述的接触组件，其中，所述第二接触构件的接触末端具有与所述接触构件的所述凸轮表面相对的凸轮表面。
16.根据权利要求7所述的接触组件，其中，所述接触构件是圆柱形的。
17.根据权利要求7所述的接触组件，其中，所述接触构件是扁平的。
18.一种通过顺应式接触构件擦拭测试点的方法，包括以下步骤：
通过测试点压缩测试座或探测器板内的所述顺应式接触构件；以及
通过沿着所述接触构件或所述测试座上的凸轮表面接合所述接触构件和所述接触测试座，使所述接触构件上的接触末端横向移动经过所述测试点的表面。
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