CN1502995A - 射频装置检验夹具和配置在夹具里的接触探针 - Google Patents

Abstract

在检验设置了至少一个介电环形构件与一个接地端子的装置的夹具中，金属块形成一个沿第一方向延伸的通孔。接触探针插入该通孔，该接触探针配备一根沿第一方向延伸的金属管。撞针从金属管一个纵向端可伸缩地伸出而与射频信号端子接触。至少两个介电环形构件设置在金属管外围并与通孔配合，同时在金属管外围与通孔内壁之间形成空隙以便形成同轴通路，其中接触探针用作芯导体，金属块用作外导体。选定通孔直径与介电环形构件直径，使同轴通路相对射频信号端子有一预定的阻抗。

Description

射频装置检验夹具和配置在夹具里的接触探针

                              技术领域

本发明涉及一种检验夹具和配在夹具里的接触探针，在受检装置装到电路板之前检验其电气特性时，牢固地将检验设备连接于该装置。受检装置相当于高频/高速电路的模块或IC(集成电路)，例如装入蜂窝电话的放大电路，混频电路与滤波电路等。

                              背景技术

在本说明书中，上述高频电路定义为可工作于高频范围的模拟电路，而上述高速电路定义为数字信号的脉宽与脉冲间隔都极短的数字电路，并把模拟高频电路与数字高速电路都称为RF(射频)电路或装置。RF信号涉及正弦波信号或重复周期高于或等于1GHz的脉冲信号。

在检验半导体晶片、IC与模块等RF装置的电气特性时，尤其是若端子部的接触条件未充分建立时，阻抗等就会变化，使测量值变动。因而像日本专利公报NO.2001-99889A揭示的那样，利用04所示夹具来检验RF装置的电气特性。

具体而言，对应于受检装置的RF电路被设置成模块20，其中把放大电路、混频电路等装在金属材料制成的外壳内以防外露。模块20由设于金属外壳表面上的用于输入/输出RF信号的输入/输出端子21/24、电源端子22、接地(地)端子23等构成，于是应用这种检验方法检验该RF电路，使端子21、22、23、24电气连接到已经形成布线线路的布线板36的相应端子上。

在上述检验夹具中应用了一种接触探针，其中将撞针和弹簧插入金属管，利用弹簧的推力使撞针的尖端可伸缩地从管内伸出。RF信号的接触探针33、电源接触探针34和接地接触探针35都设在金属块31内，这能防止噪声造成的不利影响。这些接触探针33、34、35都与各自的端子22/23和输入/输出端子21/24做成电气接触。

这种RF信号接触探针33由短探钉制成，降低了电感分量。即使这种RF信号接触探针33是一个短探针，其电感分量在RF范围内也不能被忽略，例如就电感值为1nH的RF信号接触探针而言，这种1nH接触探针的阻抗在10GHz频率范围内就变为63欧姆。为避免这一问题，一方面在RF信号接触探针33与金属块31之间插入介电管，另一方面形成一种同轴线结构，把RF信号接触探针33设置为外导体，并把金属块31设置为外导体。结果，这种同轴线结构可防止阻抗增大，而且/或者防止噪声穿透。图4中，标号37表示一个同轴电缆，标号38代表一个板，该板用于固定作为接触探针33的外围设备的金属管。

在图4的检验夹具中，示出了两组(用于输入与输出)RF信号接触探针33、一组电源接触探针34和一组接地接触探针35。但在实际检验夹具中，形成了大量此种接触探针构件。此外，在特殊情况下，有时在近年更高集成度的IC上每1cm²设置了近400只端子，因而在现场出现了较窄端子节距(约0.4mm)的情况。

当端子节距变成这种较窄节距时，必须把涉及介电层的RF信号接触探针的外径做得很窄，但这一外径必须与这样一种特性阻抗(如50Ω)匹配，该特性阻抗应满足同轴线路芯导体直径d与外导体内径D之间的关系式(1)，现假定把介电质在芯导体与外导体之间的介电常数定义为ε_r。

$Z_0=\frac{138.15}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}{\log }_{10}\frac{D}{d}----\left(1\right)$

为满足公式(1)，由于把介电常数小的材料用作介电质，故能缩小外导体内径D。但即使应用了聚四氟烯制作的管子，还应使用外径最窄的(0.15mm)的接触探针以满足公式(1)，为使同轴线路的特性阻抗变成50Ω，外导体内径(即形成在金属块中的通孔的内径)变成大约0.5mm。结果，外导体的内径无法与0.4mm的节距相配。上述用聚四氟烯制作的介电常数为2.1的管子，是目前已知的介电常数最小的介电质。

因此，为了简单地制作更窄的外径，要求把芯导体的直径做得更小，而且必须把接触探针的外径做得更窄，例如，约0.09mm(此时内径D变成0.3mm)。为使结构复杂的接触探针变窄，存在诸如要求成本极高、接触探针耐用性低和可靠性差等问题。

                              发明内容

本发明的目的是提供一种RF装置检验夹具、即使在近年的RF装置具有极窄的端子节距(间隔)的情况下，也能应用具有同轴结构并以较低成本制造的接触探针执行高度可靠的检验而不受噪声的不利影响。

为实现上述目的，根据本发明，提供了一种夹具，用于检验一个设有至少一只射频信号端子与一只接地端子的装置，该夹具包括：

一个金属块，其设有一个沿第一方向延伸的通孔；和

一个接触探针，其插入通孔内，该接触探针包括：

一个沿第一方向延伸的金属管；

一个从金属管一个纵向端可伸缩地伸出而与射频信号端子接触的撞针：和

至少两个介电环形构件，其设置在金属管外围并与通孔配合，在金属管外围与通孔内壁之间形成一间隙以构成一条同轴通路，其中接触探针用作芯导体，而金属块用作外导体，

其中通过选择通孔直径和介电环形构件直径，使同轴通路相对射频信号频率端子有一预定的阻抗。

较佳地，各介电环形构件沿第一方向的尺度远远小于金属管沿第一方向的长度。

在以上配置中，由于接触探针沿第一方向的主要部分变成该接触探针与金属块之间的空气层，故上述公式(1)中所定义的介电构件的介电常数ε_r基本上可视为1。结果，即使不减小芯导体的直径d，由于该介电常数ε_r变小了，所以能减小外导体的内径D。因此，本发明完全适合减窄受检装置端子之间节距的要求。例如，即使应用了外径d＝0.15mm的相关技术的接触探针，也可将外导体内径D定义为约0.35mm，完全适合0.4mm的端子间隔。

较佳地，介电环形构件由树脂材料制成并与金属管模制成一体，这样在接触探针配入通孔时，介电环形构件就不会移动，因而有利于安全地执行装配操作。更佳的是介电构件整体模制在金属管外围上形成的凹进部分。

较佳地，夹具还包括一导电橡胶片。其中把金属丝排列成沿第一方向延伸，并在其上使受检装置的接地端子形成接触，因而接地端子与金属块通过金属丝电气连接。

在这种配置中，可在宽广区域内牢固地建立受检装置接地端子与金属模块之间的连接。另因接金属块的金属丝位于金属块与受检装置之间，基本上不存在电气间隙。因此，在RF输入/输出端子之间不存在信号泄漏，改进了检验的隔离特性。

根据本发明，还提供一种接触探针，其插入在夹具金属块中形成的通孔内，用于检验设有至少一只射频信号端子和一只接地端子的装置。该接触探针包括：

一个金属管：

一个可伸缩地从金属管一个纵向端伸出而与射频信号端子接触的撞针；和

至少两个设置在金属管外围与通孔配合的介电环形构件，并在金属管外围与通孔内壁之间形成空隙以构成同轴通路，其中接触探针用作芯导体，金属块用作外导体，

其中按通孔直径选择介电环形构件的直径，使同轴通路相对射频信号端子有一预定的阻抗。

通过参照附图对具体实施例进行详细描述，本发明的上述目的和优点将更清楚了。

                              附图说明

图1A是本发明一个实施例的检验夹具的剖视图；

图1B是配入检验夹具的接触探针的说明图；

图2A是表示检验夹具拆开状态的透视图；

图2B是表示检验夹具中GND板与导电橡胶片拆开状态的放大透视图：

图2C是GND板的放大透视图；

图3是接触探针的剖视图，表示不设介电环的状态；和

图4是一个相关技术的检验夹具的说明图。

                         具体实施方式

下面参照附图详述本发明的具体实施例。

如图1所示，本发明一实施例的RF装置检验夹具中，在金属块1中设置1RF信号接触探针3，使可伸缩的撞针11的尖端部从金属块1的一面伸出。将其上形成有RF电路的受检装置20压向金属块1，使RF信号端子21和受测装置端子24与接触探针3接触。通过检验同轴电缆7与接触探针3另一端相接的检验电路，对受检装置20作电气检验。

本实施例中，介电环15至少固定在接触探针3外围的两处并配入金属块1的通孔内，以便在接触探针3与金属块1之间形成空心部15a。设定介电环15的外径，使同轴线路建立期望的特性阻抗，其中接触探针3用作芯导体，金属块1用作外导体。

图3示出不配备介电环15的通用接触探针10(3、4)的结构。

在接触探针10(3、4)中，弹簧14和撞针11、12的一端贮藏在形成有狭窄部13a的金属管13中，狭窄部13a使撞钉11与13不从金属管13弹出。弹簧14向外推动撞钉11、12，使撞钉11、12的尖端部可伸缩地从金属管13伸出。对撞针11、12不加力时，撞钉11的尖端部从金属管13伸出约1mm。

本例中，撞钉11、12设置在两个边缘、但可将撞针设置在接触探针10面对受检装置20的至少一端，如将接触探针10的另一端通过焊接与另一构件固定。

现参照图1B描述接触探针10的详细配置。金属管13的长度L₁选为约3.5mm，其外经D选为约0.15mm。金属管13用镍银(铜/镍/锌合里)制作。撞钉11、12用SK材料(碳钢)或铍青铜制作，厚度选成约0.1mm。撞钉11从金属管13的端部伸出的长度L₂约为1mm。弹簧14用钢琴丝等制作。

对RF信号接触探针3而言，塑摸树脂整体形成在接触探针10外围上，从而形成介电环15。在形成于金属块1里的通孔内径D选为0.33mm中的情况下，该介电环15的外经D₂选为0.34mm，长度L3选为约0.4mm。介电环15与准备固定在其内的通孔相配合。

介电环15的外径定为比内径D大0.1-0.2mm。根据上述公式(1)，金属块1的内径D由接触探针3的外径D和介电环15对应于相应空心部15a的尺寸比的介电常数决定。这里在介电环15的长度L₃比金属管13的长度L₁足够小的情况下，介电换15的介电常数基本上被视作1。

为便于介电环15插入金属块1的通孔，较佳地将各介电环15的中心部沿具长度方向做得锐利些，如图1A与1B所示，单其外经至长度方向完全一样。

虽然在接触探针3两端部各设置一只介电环15已足够了，但如果介电环15的长度很长，可增加介电换15的数量。不过考虑到这样一个技术情况，即会降低介电质的介电常数，抑制这些介电环15的数量是适宜的。至于树脂材料，可以应用介电常数小的树脂，如聚丙烯(PP)。

另如图1B所示，由于介电环15整体模制至接触探针10的狭窄部(凹部)13a上，所以在介电环15配入金属块1的通孔时，它不会移动。

为得到上述接触探针3，首先形成结构如图3的接触探针10。然后把接触探针10置入摸具，形成面对狭窄部13a的凹部，再把熔化的树脂注入摸具。待熔化树脂冷固后，从摸具中取出该组件。配备介电环15的接触探针3能以简单方式大量生产。

接触探针3的另一端接同轴电缆7，如半硬电缆。如图2A所示，同轴电缆7接接线盒17里设置的SMA(A型超小型)连接器18，接线盒17用铝等金属板制作。未示出的测试仪通过同轴电缆接SMA连接器18。

电缆端子的接触探针4不必形成同轴结构，但可通过绝缘件16保持成使接触探针4与金属块1电气隔离。若形成一个具有期望厚度和介电常数的介电质，使该接触探针4与金属块1之间建立期望的电容量，则能消除迭加再电源线上的高频噪声。如图1A所示，把各根接触探针3和4设计成不可作垂直移动，使其下端被接线板6固定，上端利用GND板8(后B再说明)的通孔还有不形成GND电板的部分(后面再讨论)固定。

如图1A所示，受检装置20的地(接地)端子23通过GND板8和导电橡胶片5接金属块1。由于应用了这种结构，接地端子23与金属块1之间的接触面积可以做得比应用上述图4序所示接地接触探针实现的接触面积大数个，但接地端子23可通过相关技术的接触探针连接。

固定接触探针3与4的上端的GND板8设置在金属板1上，故只有撞针11被弹簧14从GND板8里向上伸出。GND板8的厚度t₂选为约0.25mcm，因而在撞针11不被受检装置下压时，撞针11伸出高于设在GND板8(后面再讨论)上的导电橡胶片5约0.45mm。

如图2c所示，GND板8例如用形成有通孔的玻璃杯氧板制作，通孔尺寸约0.3mm，并排成一阵列，间隔约1mm。在这些通孔内以电镀方式形成通路81，通过它电气连接GND板8的上面和下面。几乎在GND8板8的整个上下面形成金属膜，以免除端子21，22和24，由此把该金属膜用作GND电板，用于电气连接金属块1和形成在导电橡胶片5里的金属丝(后面描述，)。为建立良好的电气连接，对金属膜与通路81镀金为佳。

如图1A和2C所示，GND扳8形成有通孔82，其直径小于金属管的外径。通孔82形成在面对接触探针3、4的位置上，可让撞针11通过。金属管13的上端固定在GND板8的通孔82附近，因此，为避免金属管13与金属块1之间短路，上述的GND电板与通路81不形成在通孔82附近(见图2C)。GND扳8用螺钉(未示出)固定到金属块1。

即使接触探针3和4中任一个出现异常状况和/或即使在杂质进入接触探针3和4之间的空间时，只要拆下GND扳8，就能容易地用新的接触探针调换有关的接触探针，或将杂质排除而修复检验夹具。然而，只要能固定接触探针3和4，就可以取消GND板8。

如图1A所示，导电橡胶片5包括：绝缘材料51，如弹性橡胶，和大量金属丝，如里置在决约材料51里的金属丝或镀金的铜丝。具体地说，绝约材料51的厚度t₁约0.3mm，金属丝52排列成阵列，节距约30到50um。相应地，橡胶片5的上下面通过金属丝52电气连接，但利用金属丝52之间存在的绝约材料51沿橡胶片5的横向建立绝缘。为此，将导电橡胶片5的厚度选为0.2到1mm。

导电橡胶片5在面对接触探针3，4的部分形成有通孔53，同时避开撞针11和受检装置21的端子21、22和24。但只要不干扰撞针11的移动，通孔53不一定要避开端子21、22和24，如上所述，由于沿橡胶片的横向建立的绝缘，所以若在GND板8中牢靠地采取了上述的绝缘措施，就不会出现端子21、22和24之间的短路。

现假定把图1A所示受检装置20接地端子23的尺寸选为约0.3mm见方，而且导电橡胶片5的金属丝52约为50mm的间隔排列，则金属丝52出现在接地端子23区域内的总数变为36丝，根据弹性力学，将受检装置20压向检验夹具后，面对接地端子23的所有金属丝52能与接地端子23接触，因而与图4所示只用接触探针35的尖端与接地端子23接触的配置相比，这样能保证大得多的接触面积。

再者，由于金属丝52在端子21、22与24之间的部分与金属块1电气连接，所以能防止RF信号泄漏，并改进了建立在输入侧与输出侧之的间隔离。

至少接触探针3、4的外围的一部分可通过绝缘材料被金属板构成金属块1支撑，因而容易形成同轴线路，而且/或者容易形成能短路高频噪声的电容器。

接线板6用来给受检装置20供应电力。尽管布线形成在板上，但这些布线的端子以合适方式形成在与受检装置20相对应的地方。此时，当受检装置20相当于放大器时，可在接线板6上的电源端子与接地端子之间接一只片状电容器等，或者，在电源端子的接触探针4周围插入介电常数大的介电材料以构成电容器，从而消除噪声。该接线扳6使用如图1A所示的螺钉9固定在金属块1上。

本例中，同轴电缆7直接接接触探针3的另一端，但接触探针3可以直接街道接线扳6，同轴电缆7接到接线板6。

在受检装置只用不要求电力的无源电路构成的情况下，就不再需要这种电源电气端子，这种接线板6就不需要了，但最好用板构件支撑接触探针3。

把受检装置20压在夹具上进行检验，其中，接线板6，金属板1，GND板8和导电橡胶片5如图2A所示组装，由于受检装置20利用按压机构(未示出)经丙烯酸树脂制造的工作导轨19被压下，因而可以可靠地压下该装置20，同时接触销3与4的位置准确地位于受检装置20各端子的位置。这样，射频信号端子可以通过接触探针与电源端子牢固地接触，接地端子可通过接触面积大的导电橡胶片5连接。

根据本发明的检验夹具，介电环15通过介电环15支撑在金属块1里，而形成在接触探针3与金属块1之间的空心部15a用作这样构成的同轴线路的介电构件。由于能减少这种介电构件的介电常数，所以可将外导体(金属块1)的内径D减少到约0.35mm，同时可将厚度近似等于0.15mm普通厚度的接触探针3用作芯导体。因此，即使在检验这种目前现有的受检装置时，其中端子之间的节距做得极窄，例如约0.4mm，而且即使在使用具有同轴结构的RF信号接触探针时，都能精确地检验这种装置，无需极端地减窄接触探针。

虽然参照特定的较佳实施例对本发明做了描述，但是本领域的技术人员将根据这里的教导明白各种变化与修正，而这些变化与修正显然落在所附权项对本发明所限定的精神、范围与设想之内。

Claims (5)

1一种用于检验设有至少一个射频信号端子和一个接地段子的装置的夹具，其特征在于，所述夹具包括：

一个金属块，设有一个沿第一方向延伸的通孔；和

一个插入通孔内的接触探针，所述接触探针包括：

一个沿第一方向延伸的金属管；

一个从金属管一个纵向端可伸缩地伸出而与射频信号端子接触的撞针；和

至少两个设置在金属管外围与通孔配合并在金属管外围与通孔内壁之间形成空隙以便形成同轴通路的介电环形构件，其中接触探针用作芯导体，金属块用作外导体，

其中通孔直径和介电环形构件直径的选定要使同轴通路相对射频信号端子有一预定的阻抗。

2如权利要求1所述的夹具，其特征在于，沿各介电环形构件的第一方向的尺度远远小于金属管沿第一方向的长度。

3如权利要求1所述的夹具，其特征在于，介电环形构件由树脂材料构成，与金属管膜制成一体。

4如权利要求1所述的夹具，其特征在于，还包括一导电橡胶片，其中将金属丝排成沿第一方向延伸，其上受检装置的接地端子形成接触，使接触端子与金属块通过金属丝电气连接。

5一种接触探针，插入夹具金属块中的通孔内，该夹具用于检验设置了至少一个射频信号端子和一个接地端子的装置，其特征在于，所述接触探针包括：

一个金属管；

一个从金属管一个纵向端可伸缩地伸出而与射频信号端子接触的撞针；和

至少两个设置在金属管外围与通孔配合并在金属管外围与通孔内壁之间形成空隙以形成同轴通路的介电环形构件，其中接触探针用作芯导体，金属块用作外导体，

其中根据通孔直径选择介电环形构件直径，使同轴通路相对射频信号端子有一预定的阻抗。

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