CN109752575A - 一种可更换式结构不锈钢金属探针模组及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可更换式结构不锈钢金属探针模组及其制备方法，涉及测试探针领域，该探针模组包括针头、针管、缓冲弹簧、复位弹簧和旋紧螺丝，针管的一端固定设置有挡板，其另一端加工有内螺纹，旋紧螺栓与针管通过螺纹连接；针头包括针尖和滑块，滑块可滑动的设置于针管内，滑块的一端与针尖的一端连接，针尖穿过挡板，缓冲弹簧的两端分别与挡板和滑块接触设置，复位弹簧的两端分别与滑块和旋紧螺栓接触设置；该探针模组拆装简单、修复方便、使用寿命长、适用性广。该制备方法是指其由不锈钢金属颗粒和3D打印墨水为原料打印制成；其成型速度快、工艺流程简单，且能实现定制化制作，制作成本低。

Description

一种可更换式结构不锈钢金属探针模组及其制备方法

技术领域

本发明涉及测试探针领域，具体为一种可更换式结构不锈钢金属探针模组及其制备方法。

背景技术

测试探针是应用于电子测试中测试线路板的一种测试连接电子元件。传统的测试探针由针管、弹簧和针头组成，针管为一端封闭的空心柱体结构，针头可滑动的设置于针管的开口内，针头的一端设置于针管外用于对电路板进行检测，其另一端设置于针管内并与针管的封闭端通过弹簧连接。其中针管是以铜合金为材料表面镀金制成，弹簧主要由琴钢线和弹簧钢镀金制成，针头由工具钢镀镍或镀金制成。

传统的测试探针结构简单，形式固定，制成后通常为整体结构，整体使用。对于探针而言，其某一零部件失效后会造成探针损坏报废，然而探针的其他零部件仍然能继续使用，探针的整体报废会造成极大的浪费。同时，传统的测试探针主要针对通用测试，而对于异形件和复杂电路而言，其无法伸入内部进行测试。当需要对上述异形件和复杂电路进行测试时，需要针对性的开发和制造新的探针，这亦极大的增加了企业的成本。另外，传统的测试探针的主要制造材料为铍铜，其工作温度在100℃以下，在更高的温度下无法更好的工作，会出现探针失效的情况；并且在高温下会加速腐蚀，使铜表面产生严重的氧化层，大大降低了探针的使用寿命和测试的准确性。

传统的测试探针加工工艺，需要通过探针的具体结构制作模具，并需要经过一系列复杂的热处理工艺流程，其制作成本高，耗费时间长。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可更换式结构不锈钢金属探针模组及其制备方法，该探针模组拆装简单、修复方便、使用寿命长、适用性广，该制备方法成型速度快、工艺流程简单，且能实现定制化制作，制作成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种可更换式结构不锈钢金属探针模组，其特征在于，包括针头、针管、缓冲弹簧、复位弹簧和旋紧螺丝，所述针管的一端固定设置有挡板，其另一端加工有内螺纹，所述旋紧螺栓与所述针管通过螺纹连接；

所述针头包括针尖和滑块，所述滑块可滑动的设置于所述针管内，所述滑块的一端与所述针尖的一端连接，所述针尖穿过所述挡板，所述缓冲弹簧的两端分别与所述挡板和所述滑块接触设置，所述复位弹簧的两端分别与所述滑块和所述旋紧螺栓接触设置。

进一步的，还包括若干替换针头，所述替换针头包括替换针尖和滑块，所述替换针尖的一端与所述滑块的一端连接，若干所述替换针尖的规格各不相同。

进一步的，所述针尖与所述滑块通过螺纹连接。

进一步的，所述针头、针管、旋紧螺丝和若干所述替换针头均采用不锈钢材质制成。

一种可更换式结构不锈钢金属探针模组的制备方法，其特征在于，所述针头1、针管2和旋紧螺丝5由不锈钢粉末和3D打印墨水通过3D打印机一体打印成型；

所述不锈钢粉末选用颗粒直径在40-100um之间的球形金属不锈钢粉末；

所述3D打印墨水的原料按质量百分比计，由25％-42％的水性酚醛树脂、2％-5％的聚氨酯改性环氧树脂、0.5%-3％的二氧化硅和50％-72.5％的超纯水组成。

进一步的，所述3D打印墨水的制备方法是：先在真空反应釜中加入所述50％-72.5％的超纯水，并使其在200-300r/min的转速下搅拌，然后依次在所述真空反应釜中加入所述25％-42％水性酚醛树脂、2％-5％的聚氨酯改性环氧树脂和0.5%-3％的二氧化硅，使其在55℃-65℃的温度下搅拌3小时，完成所述3D打印墨水的制备。

进一步的，一种可更换式结构不锈钢金属探针模组的制备方法包含如下步骤：

S1,在3D打印机中加入预制的3D打印墨水和不锈钢粉末，导入需打印部件的立体三维STL文件，并于3D打印机中按层厚0.05-0.1mm进行切片处理；

S2,启动3D打印机，完成不锈钢金属探针模组的整体打印；

S3,取出打印好的不锈钢金属探针模组，并进行清理；

S4,将清理好的不锈钢金属探针模组放入真空微波烧结炉进行高温烧结。

进一步的，所述3D打印机包括供粉缸、铺粉辊、工作基板和喷头，所述步骤S2包括如下步骤：

S21,启动3D打印机，预热其工作基板使其温度保持为110度，并设置铺粉辊的运行线速度为2m/s、转速为400r/s；

S22,使供粉缸抬升与所述切片的层厚度相对应的高度，

S23, 利用铺粉辊将所述不锈钢粉末铺平压实于工作基板上；

S24,喷头根据当前层切片的截面图形在工作台基面上进行扫描，并喷射所述3D打印墨水，完成当前层的打印；

S25,使工作台下降、供粉缸上升，工作台下降的高度和供粉缸上升的高度总和等于所述切片的层厚；

S26,重复所述S23至S25的步骤，直至完成不锈钢金属探针模组的打印；

S27,完成打印后，使打印完成的不锈钢金属探针模组留在工作基板上持续加热，并持续向其表面吹二氧化碳气体，持续加热和吹二氧化碳气体的时间大于0.5小时。

进一步的，所述步骤S4包括如下步骤：

S41, 将清理好的不锈钢金属探针模组放入真空微波烧结炉中，并设定所述真空微波烧结炉的真空度为10-4Pa～10-3Pa；

S42，将不锈钢金属探针模组以10～20℃/min升温至900～1000℃，保温120～240min；

S43，使不锈钢金属探针模组随炉冷却至200～300℃；

S44，将不锈钢金属探针模组以10～20℃/min升温至1100～1200℃，保温180～240min；

S45，将不锈钢金属探针模组以5～10℃/min升温至1300～1400℃，保温120～360min，完成烧结；

S46，将不锈钢金属探针模组以12～20℃/min的速率冷却至1200～1250℃，保温60～90min；

S47，将不锈钢金属探针模组以10～20℃/min的速率冷却至600℃，保温60～90min；

S48，将不锈钢金属探针模组以10～20℃/min升温至800～900℃、保温240～480min，再以2～5℃/min冷至400℃、保温120～300min，然后随炉冷却至室温。

本发明的有益效果是：

该可更换式结构不锈钢金属探针模组相比于传统探针设置为可拆卸结构，可以对其内部失效的零部件进行更换，从而延长其使用寿命，节约成本。同时，该探针模组拆装简单，修复方便。配套若干探针，可根据电路板的具体情况更换探针，进行检测，适用范围广。设置缓冲弹簧，可以在测试完毕针头在复位弹簧的作用下复位时，起到缓冲的作用，减小了针头复位过程中对针管端部的撞击，延长其使用寿命。

该可更换式结构不锈钢金属探针模组的针头、针管以及旋紧螺丝均选用不锈钢材质制成，相比于传统的铜材质探针，该探针模组不但可以在高温高腐蚀的环境下使用，而且由于不锈钢具备较好的机械性能，其屈服强度和拉伸强度均远远高于铜合金，故其还可以在高振动和冲击载荷的环境下使用。

该可更换式结构不锈钢金属探针模组的制备方法是指其针头、针管即锁紧螺丝利用3D打印制作而成。采用该方法制备不锈钢金属探针模组，其成型速度快，使用酚醛树脂为主要配方的水性墨水，打印成型后进行脱脂和烧结即可，工艺流程简单，为企业节约大量的时间。

附图说明

图1为本发明一种可更换式结构不锈钢金属探针模组的结构示意图；

图中，1-针头，2-针管，3-缓冲弹簧，4-复位弹簧，5-旋紧螺丝。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种可更换式结构不锈钢金属探针模组，包括针头1、针管2、缓冲弹簧3、复位弹簧4和旋紧螺丝5。针管2的一端固定设置有挡板，其另一端加工有内螺纹，旋紧螺栓5与针管2通过该内螺纹进行连接。针头1由针尖和滑块组成，滑块可滑动的设置于针管2内，滑块的一端与针尖的一端连接，针尖穿过挡板，缓冲弹簧3的两端分别与挡板和滑块接触设置，复位弹簧4的两端分别与滑块和旋紧螺栓5接触设置。

上述旋紧螺丝5与针管2通过螺纹连接，可进行拆卸。当松动旋紧螺丝5使其从针管2内退出后，即可依次取出复位弹簧4、针头1和缓冲弹簧3，其拆装极为方便。该设置使得探针内部某一零部件失效时，不至于将探针整体报废，可通过更换该零部件完成探针的修复。相比于传统的探针结构，其延长了探针整体的使用寿命，避免了不必要的浪费，节约了成本。

上述缓冲弹簧3的设置，可以在测试完毕针头在复位弹簧4的作用下复位时，起到缓冲的作用，减小了针头1复位过程中对针管2端部的挡板的撞击，延长了探针的使用寿命。

进一步的，该可更换式结构的不锈钢金属探针模组，还配套有若干替换针头，替换针头包括替换针尖和滑块，替换针尖的一端与滑块的一端连接，若干替换针尖的规格各不相同。替换针头均可与针头1进行替换，供探针使用。因替换针头的规格各不相同，使得该探针可适用于不同电路板测试环境，其适用范围广。

具体实施时，上述针尖与滑块通过螺纹连接。该模组实际配套的仅为若干替换针尖，在替换时将其安装在滑块上即可使用，进一步减少了材料，节约了制造成本。上述针头1、针管2、旋紧螺丝5和若干替换针头均采用不锈钢材质制成。相比于传统的铜材质探针，该探针模组不但可以在高温高腐蚀的环境下使用，而且由于不锈钢具备较好的机械性能，其屈服强度和拉伸强度均远远高于铜合金，故其还可以在高振动和冲击载荷的环境下使用。

上述可更换式结构不锈钢金属探针模组的制备方法，是以不锈钢粉末和3D打印墨水为原料，将针头1、针管2和旋紧螺丝5通过3D打印机整体打印制成。该方法包括以下步骤：

S1,在3D打印机中加入预制的3D打印墨水和不锈钢粉末，导入需打印部件的立体三维STL文件，并于3D打印机中按层厚0.05-0.1mm进行切片处理；

S2,启动3D打印机，完成不锈钢金属探针模组的整体打印；

S3,取出打印好的不锈钢金属探针模组，并进行清理；

S4,将清理好的不锈钢金属探针模组放入真空微波烧结炉进行高温烧结。

其中，不锈钢粉末选用颗粒直径在40-100um之间的球形金属不锈钢粉末；3D打印墨水的原料按质量百分比计，由25％-42％的水性酚醛树脂、2％-5％的聚氨酯改性环氧树脂、0.5%-3％的二氧化硅和50％-72.5％的超纯水组成。其中二氧化硅作为助烧剂，可极大的降低烧结温度，提高烧结速度；水性酚醛树脂和聚氨酯改性环氧树脂均为粘接剂成分，具有较强的粘接力。选用上述原料进行3D打印，可使得整个制备过程中无污染、无毒害粉尘，对人体无副作用，且制件无细胞毒性、生物相容性好，可制备重量轻，强度适中的制件，尤其适用于该不锈钢金属探针模组的制备。

进一步的，该3D打印墨水的制备方法是：先在真空反应釜中加入所述50％-72.5％的超纯水，并使其在200-300r/min的转速下搅拌，然后依次在所述真空反应釜中加入所述25％-42％水性酚醛树脂、2％-5％的聚氨酯改性环氧树脂和0.5%-3％的二氧化硅，使其在55℃-65℃的温度下搅拌3小时，完成所述3D打印墨水的制备。

具体实施时，3D打印机选用HW-P440型三维打印机，该3D打印机包括供粉缸、铺粉辊、工作基板和喷头，供粉缸和工作基板均可上下移动，供粉缸用于盛放固体颗粒原料，铺粉辊用于将供粉缸中的固体颗粒原料平铺到工作基板上，喷头用于向工作基板上的固体颗粒原料喷射3D打印墨水。本实施例中，喷头采用1440个压电喷头呈阵列排列，该压电喷头自身具有加热功能，且带有内部微循环功能，可以让3D打印墨水始终处在流动状态，避免出现墨水中悬浮物沉淀和堵塞喷头情况。通过上述阵列排列使得整体设备分辨率控制在1440×1440dpi，且喷头在扫描过程中的定位全部通过伺服电机的脉冲信号进行控制，其打印精度更高，具体可使得制件误差控制在0.05mm以内。同时，阵列式喷头排列，可自由切换打印模式，灵活扩展打印幅面。

上述步骤S2具体包括如下步骤：

S21,启动3D打印机，预热其工作基板使其温度保持为110度，并设置铺粉辊的运行线速度为2m/s、转速为400r/s；

S22,使供粉缸抬升与所述切片的层厚度相对应的高度，

S23, 利用铺粉辊将所述不锈钢粉末铺平压实于工作基板上；

S24,喷头根据当前层切片的截面图形在工作台基面上进行扫描，并喷射所述3D打印墨水，完成当前层的打印；

S25,使工作台下降、供粉缸上升，工作台下降的高度和供粉缸上升的高度总和等于所述切片的层厚；

S26,重复所述S23至S25的步骤，直至完成不锈钢金属探针模组的打印；

S27,完成打印后，使打印完成的不锈钢金属探针模组留在工作基板上持续加热，并持续向其表面吹二氧化碳气体，持续加热和吹二氧化碳气体的时间大于0.5小时。

上述S21至S27中，预热工作基板并保持其温度在110度，使得3D打印过程中制件处于较高的温度环境下，确保粘接剂更好的发挥其功能，同时维持3D打印墨水的流动性，保证粘接均匀。在完成不锈钢金属探针模组的打印后在其表面吹入二氧化碳气体可快速增强其表面的硬度，方便其转移和运输。

上述步骤S4具体包括如下步骤：

S41, 将清理好的不锈钢金属探针模组放入真空微波烧结炉中，并设定所述真空微波烧结炉的真空度为10-4Pa～10-3Pa；

S42，将不锈钢金属探针模组以10～20℃/min升温至900～1000℃，保温120～240min；

S43，使不锈钢金属探针模组随炉冷却至200～300℃；

S44，将不锈钢金属探针模组以10～20℃/min升温至1100～1200℃，保温180～240min；

S45，将不锈钢金属探针模组以5～10℃/min升温至1300～1400℃，保温120～360min，完成烧结；

S46，将不锈钢金属探针模组以12～20℃/min的速率冷却至1200～1250℃，保温60～90min；

S47，将不锈钢金属探针模组以10～20℃/min的速率冷却至600℃，保温60～90min；

S48，将不锈钢金属探针模组以10～20℃/min升温至800～900℃、保温240～480min，再以2～5℃/min冷至400℃、保温120～300min，然后随炉冷却至室温。

选用该真空微波烧结的形式，制件可由内向外烧结，其烧结温度更低。经过上述S41至S42的真空微波烧结过程，使得制件各个方向的力分布均匀，特别是可消除3D打印过程带来的固有平行方向的剪切力的影响。通过上述类似于螺旋反复降温的过程，可有效避免制件开裂的风险。上述S48是对烧结后的不锈钢金属探针模进行退火处理，进一步消除残余应力，提高该不锈钢金属探针模质量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种可更换式结构不锈钢金属探针模组，其特征在于，包括针头（1）、针管（2）、缓冲弹簧（3）、复位弹簧（4）和旋紧螺丝（5），所述针管（2）的一端固定设置有挡板，其另一端加工有内螺纹，所述旋紧螺栓（5）与所述针管（2）通过螺纹连接；

所述针头（1）包括针尖和滑块，所述滑块可滑动的设置于所述针管（2）内，所述滑块的一端与所述针尖的一端连接，所述针尖穿过所述挡板，所述缓冲弹簧（3）的两端分别与所述挡板和所述滑块接触设置，所述复位弹簧（4）的两端分别与所述滑块和所述旋紧螺栓（5）接触设置。

2.根据权利要求1所述的一种可更换式结构不锈钢金属探针模组，其特征在于，还包括若干替换针头，所述替换针头包括替换针尖和滑块，所述替换针尖的一端与所述滑块的一端连接，若干所述替换针尖的规格各不相同。

3.根据权利要求1所述的一种可更换式结构不锈钢金属探针模组，其特征在于，所述针尖与所述滑块通过螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的一种可更换式结构不锈钢金属探针模组，其特征在于，所述针头（1）、针管（2）、旋紧螺丝（5）和若干所述替换针头均采用不锈钢材质制成。

5.根据权利要求1所述的一种可更换式结构不锈钢金属探针模组的制备方法，其特征在于，所述针头（1）、针管（2）和旋紧螺丝（5）由不锈钢粉末和3D打印墨水通过3D打印机打印成型；

所述不锈钢粉末选用颗粒直径在40-100um之间的球形金属不锈钢粉末；

所述3D打印墨水的原料按质量百分比计，由25％-42％的水性酚醛树脂、2％-5％的聚氨酯改性环氧树脂、0.5%-3％的二氧化硅和50％-72.5％的超纯水组成。

6.根据权利要求5所述的一种可更换式结构不锈钢金属探针模组的制备方法，其特征在于，所述3D打印墨水的制备方法是：先在真空反应釜中加入所述50％-72.5％的超纯水，并使其在200-300r/min的转速下搅拌，然后依次在所述真空反应釜中加入所述25％-42％水性酚醛树脂、2％-5％的聚氨酯改性环氧树脂和0.5%-3％的二氧化硅，使其在55℃-65℃的温度下搅拌3小时，完成所述3D打印墨水的制备。

7.根据权利要求6所述的一种可更换式结构不锈钢金属探针模组的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1,在3D打印机中加入预制的3D打印墨水和不锈钢粉末，导入需打印部件的立体三维STL文件，并于3D打印机中按层厚0.05-0.1mm进行切片处理；

S2,启动3D打印机，完成不锈钢金属探针模组的整体打印；

S3,取出打印好的不锈钢金属探针模组，并进行清理；

S4,将清理好的不锈钢金属探针模组放入真空微波烧结炉进行高温烧结。

8.根据权利要求7所述的一种可更换式结构不锈钢金属探针模组的制备方法，其特征在于，所述3D打印机包括供粉缸、铺粉辊、工作基板和喷头，所述步骤S2包括如下步骤：

S21,启动3D打印机，预热其工作基板使其温度保持为110度，并设置铺粉辊的运行线速度为2m/s、转速为400r/s；

S22,使供粉缸抬升与所述切片的层厚度相对应的高度，

S23, 利用铺粉辊将所述不锈钢粉末铺平压实于工作基板上；

S24,喷头根据当前层切片的截面图形在工作台基面上进行扫描，并喷射所述3D打印墨水，完成当前层的打印；

S25,使工作台下降、供粉缸上升，工作台下降的高度和供粉缸上升的高度总和等于所述切片的层厚；

S26,重复所述S23至S25的步骤，直至完成不锈钢金属探针模组的打印；

S27,完成打印后，使打印完成的不锈钢金属探针模组留在工作基板上持续加热，并持续向其表面吹二氧化碳气体，持续加热和吹二氧化碳气体的时间大于0.5小时。

9.根据权利要求7所述的一种可更换式结构不锈钢金属探针模组的制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括如下步骤：

S41, 将清理好的不锈钢金属探针模组放入真空微波烧结炉中，并设定所述真空微波烧结炉的真空度为10-4Pa～10-3Pa；

S42，将不锈钢金属探针模组以10～20℃/min升温至900～1000℃，保温120～240min；

S43，使不锈钢金属探针模组随炉冷却至200～300℃；

S44，将不锈钢金属探针模组以10～20℃/min升温至1100～1200℃，保温180～240min；

S45，将不锈钢金属探针模组以5～10℃/min升温至1300～1400℃，保温120～360min，完成烧结；

S46，将不锈钢金属探针模组以12～20℃/min的速率冷却至1200～1250℃，保温60～90min；

S47，将不锈钢金属探针模组以10～20℃/min的速率冷却至600℃，保温60～90min；

S48，将不锈钢金属探针模组以10～20℃/min升温至800～900℃、保温240～480min，再以2～5℃/min冷至400℃、保温120～300min，然后随炉冷却至室温。