CN1582397A - 滚轮接触导电刷 - Google Patents

Abstract

一种滚动接触器(1)，用于提供待测元件“DUT”(15)与滚动接触器(1)的支撑结构之间的电信号连通，所述滚动接触器包括：一导电圆形滚轮(3)，所述圆形滚轮有一外滚动面(5)及一内中央孔(9)，所述中央孔位于两分隔侧壁之间，以使滚轮滚动过待测元件(15)；至少一导电圆形管轴，所述管轴邻接并接触这些滚轮侧壁其中之一；一支撑轮轴(7)，用于轴向穿过形成于滚轮(3)内的中央孔(9)及所述管轴；一导电轮轴托架(21)，用于以旋转布置方式支撑轮轴(7)；一导电刷(59)，所述导电刷从轮轴托架(21)延伸并在旋转期间接触所述管轴；以及一导电长弹簧臂(27)，其在所述轮轴托架(21)与所述支撑结构之间延伸，以形成所述DUT(15)、滚轮(3)表面和所述管轴之间的电路径。

Description

滚轮接触导电刷

本申请要求对2001年11月14日提出申请的美国临时申请NO.60/355146享有优选权。

技术领域

本发明一般关于悬臂式电气接触器领域；更具体关于接触待测元件时擦拭(下面将定义擦拭(wipe)概念)待测元件的终端接点面或区域所运用的悬臂式电气接触器。

背景技术

在微电子元件领域中，有许多元件必须接受测试，例如具有导电终端接点的微型电容器，以确保其电子性能的品质。目前是利用一或多种接触器来测试此类元件，其中接触器用来暂时连接导电端，以进行电子测量。第一类为擦拭或悬臂接触器，另一类则为致动式接触器。

悬臂式接触器通常有一相对于被接触元件倾斜或形成一角度的板簧金属臂。接触器位于此臂的自由端上。待测元件(device under test，以下称作“DUT”)的接触区域实际地或相对地移动，使得接触器摩擦或通过，即擦拭所述区域，并且悬臂会稍微偏斜。悬臂内的弹簧对DUT的接触区域施加压力，此压力足以产生良好的电性接触。此种擦拭技术可使用一个悬臂及一个相对的不动接触点，或使用两个悬臂，DUT每端各有一个悬臂。

虽然所述擦拭方法简单且可靠，但有某些缺点。悬臂所施加的接触压力必须谨慎加以控制。压力过小会造成电性接触不良，压力过大则可能会损坏终端接点——即元件被接触的接触区域，特别是当终端接点涂布有锡或锡/铅的电镀锡铅(solder plating)。元件的终端接点损坏界定为电镀锡铅(厚度通常为100-200微英寸)的任何脱落或严重损害。相对处于不动状态的悬臂接触尖端会擦过元件终端接点所露出的整个长度范围，并在终端接点上形成较大的标记，因而及大地增加了终端接点被损坏的可能性。

此外，由于电子元件不断缩小，用于固定DUT的固定装置表面与元件终端接点之间存在最小空隙。其结果为：悬臂尖端周期性地与固定装置接触。由于悬臂尖端相对处于不动状态，因此悬臂尖端会受到测试固定材料的摩擦，此材料通常为FR-4玻璃环氧化物或类似的非导电性材料，此材料趋向于具有中等或高度研磨性特性。由于此接触而使悬臂尖端变得较为粗糙，并且更容易进一步损坏DUT的终端接点。此外，接触器尖端会因氧化或污染物附着在接触尖端或两者皆有而变脏。为了清理接触尖端，接近接触尖端很困难，因为接触尖端非常接近DUT和元件固定装置。

致动接触器技术使用移动的接触尖端，通常为往复运动形式，这种运动使接触尖端接触DUT。接触尖端在各测试循环当中被驱动，并移动直到它们接触DUT，而後在测量过程中保持静止不动。测量後，从DUT处移开接触，而後固定板或固定装置经过导引将下一个DUT带至定点以供下一段测量。致动接触可以非常小的尖端来进行，以利减少在待测元件的终端接点产生任何标记，而不像擦拭接触技术一样。由于生产测试设备的高产量，此种致动循环必须在非常高速且高效率下完成。例如，如同Palomar Model 3300的此种元件测试机需要每小时37500次接触器致动循环，且每小时执行150000个零件。若致动机构所使用的元件持续30000000次循环，并假设机器每日运作20小时，则这些元件每40天必须更换一次。若各致动方向的致动时间仅约10微秒，则系统产量将会每小时减少10000个零件。致动式接触还可将DUT推向固定板/固定装置，或将其拉出固定板/固定装置；接触尖端会变得更为昂贵，且需要具移动性或弹性的导电元件，例如镀金弹簧或具高弹性的金属线。

现有技术的悬臂式接触器还包括一滚轮，此滚轮由轮轴支承；轮轴另装设在一对分隔的凸缘(flange)之间，并在其内由顶上轮轴夹固定而形成滚动接触器。上述凸缘由悬臂支承，且在进行测试时，悬臂与凸缘会下降到滚轮被带往与元件终端接点的顶部接触的位置。DUT在滚轮下方移动使其与滚轮接触；从另一端通过元件(反之亦然)的测试信号在滚轮内被接收并向上传送通过轮轴，而後到达凸缘(flange)，并进入悬臂内，以将信号传送到位于悬臂远端的测试元件。如此所设计的滚轮与DUT终端接点之间的接触为三种不同向下力的作用的结果，这三种不同的向下的力为：弹簧悬臂(cantilever spring arm)的向下力、轮轴夹(axle clamp)的向下力，以及轮轴施加在滚轮内缘的向下力。进行测量时，这三种向下力被DUT通过DUT终端接点面与滚轮外表面之间的接触的向上力抵消。

虽然运用这些滚轮首次大体上改善了高速元件测试的现有技术，但上述三种合力经常呈现对DUT终端接点的剧烈影响而损坏终端接点表面。一旦表面受到损坏，所述元件即无法在高品质电子环境中执行其电子功能，从而被降级到其它低品质的应用环境。因此，仍需要一种测试接触器，此种测试接触器能提供与DUT终端接点的快速正向接触，但又不会使正向向下力造成终端接点表面的损坏。

此外，在某些情况下，现有技术的接触器并列成四组或四组以上而集结在一起，以使四个不同的DUT能同时被带往与四组接触器其中之一组接触以提高机器产量。现有技术未能适当控制滚轮的高度，因而导致一个或一个以上的滚轮位于另一滚轮的上方或下方。为确保与最高的滚轮正向接触，其它滚轮更被大力向下推，以使包括最高滚轮在内的所有滚轮正向接触其各自的DUT的终端接点面，因而造成不同元件承受不同的压力。此压力差异经常导致测试设备的测量读数不正确，以及会损坏DUT的终端接点面。

本发明的接触器能重复进行多种DUT的终端接点面的快速电性连接，而且极少或不会损坏或标记它们各自的表面。与现有技术比，本发明的电气接触器具重大进步性。本发明的电气接触器能消除因悬臂式接触器的擦拭动作而对元件的终端接点上的电镀锡铅的损坏，并且，本发明的电气接触器较为简易，且使用寿命比致动式接触器长。本发明特别适用于处理及测试电气电路元件时所使用的元件搬运器及测试机，这些电路元件例如陶瓷电容器。(此处，元件指陶瓷电容器和其它任何可被本发明的接触器接触的电气元件。)

发明内容

本发明是一种滚动接触器(rolling contactor)，用于提供元件终端接点与滚动接触器的支承结构之间的电信号连通，所述滚动接触器包括一限定厚度的圆形滚轮，所述圆形滚轮形成一外滚动面及一内中央孔，所述中央孔位于两分隔侧壁之间，以在一DUT的终端接点面上滚动。在此设有一对外径小于滚轮(roller)的圆形管轴(spool)，各管轴邻接其中一滚轮侧壁并与其同心，其中穿过各管轴形成支承轴的中央孔。轮轴托架(axle bracket)用于容纳位于其上方的轮轴夹(axle clamp)，并以旋转位置支承轮轴，以使滚轮旋转并压在元件的终端接点面上。在此至少提供一导电刷，所述导电刷延伸以接触以切线排列的管轴之一，以拾取来自于滚轮表面的信号。最後，长弹簧臂在轮轴托架与支承结构之间延伸，以形成DUT的终端接点面、滚轮与通过导电刷接触轮轴托架的管轴之间的电路径，并提供弹簧压力将滚轮压在终端接点面上。

现有技术的DUT上的接触力始终大于形成轮轴与滚轮内缘之间或滚轮与DUT之间电性连接所需要的力，但本发明使DUT只承受形成滚轮与DUT之间可靠的连接所需要的力。在本发明中，电性连接所需要的接触力，即导电刷压在管轴上的力，未施加在DUT上。此外，导电刷向上挤压管轴，管轴则将滚轮向上压在轮轴上。不论悬臂是否对滚轮施加向下力，此将致使轮轴底部始终保持与滚轮内缘接触的状态。如此即能消除轮轴与滚轮内缘之间的任何空隙。当接触器开始向下朝向DUT移动以决定滚轮底部至DUT的启始接触点时，上述功能尤其有价值，因为这样即可有效地消除轮轴上滚轮内缘当中的任何晃动。

这使成组的接触器更容易对准排列，这种做法对所述成组的接触器有重大功效，进而所述新的对准排列方式能降低最高与最低滚轮之间的整体差异程度，从而，在上述四个并列的DUT组上提供更平均的压力。

因此，本发明的主要目的提供一种接触器；与现有技术比，此种接触器对位于下方的DUT终端接点面施加的压力较少。本发明的其它目的包括提供：一种接触器，与现有技术中的装置相比，此种接触器在必须更换之前，能使用及循环较长的时间并能测试更多的DUT；与现有技术中的接触器相比，此种接触器使用起来一致性更好，且显示更为准确；并且此种接触器能更准确地组合而提供多个DUT的测试，以增加测试机的产能及产量。

结合以下详细说明及附图，本发明的上述及其它目的将更加清楚。本发明要求保护的范围以所附权利要求书为准。

附图说明

图1为典型现有技术滚轮擦拭型接触器的侧剖视图；

图2为本发明的较佳实施例的分解图，图中显示构成本发明的接触器的一些元件；

图3为本发明的另一导电刷实施例的分解图，图中显示构成本发明的接触器的一些元件；

图4a为本发明的滚轮、管轴与导电刷的较佳实施例的侧视图；

图4b为本发明的滚轮、管轴与导电刷的另一实施例的侧视图；

图5为本发明的多个导电刷的立体图，其中导电刷群集在一起测试多个DUT。

具体实施方式

现参照各附图，其中各元件以数字标示；在六个图式中，相同的元件以相同数字标示。图1显示接触器的现有建构方式，滚轮接触器1包括一导电滚轮3，导电滚轮3有一圆形外部滚动面5，其被支承绕轮轴7进行同心转动，且轮轴穿过形成于滚轮3中央并由此处延伸的中央孔9。滚轮3由导电性材料制成，例如黄铜、钢或铝，其外表面为高导电不活泼贵金属，如铂、金或银。滚轮3厚度优选不大于终端接点的宽度，且被设计为接触通过两分隔相互平行的侧壁(图中未显示)并与两者相邻。滚轮3通过(滚过)待测元件(DUT)15的上部终端接点13，DUT15在此为陶瓷电容器，DUT15固定在底部支座19上方的固定板17，支座19作为测试过程中的另一电极。实践中，电子测试信号通过底部支座19输入DUT15，并向上通过DUT而至终端接点13输出。此信号在滚轮3的外部滚动面5上被拾取并进入轮轴7内；一对分隔的轮轴支承凹槽21形成于一对分隔的凸缘23(图中仅显示一个凸缘)上，所述凸缘将轮轴7(及滚轮3)支承在滚轮托架25上，而所述托架将滚轮3固定在长弹簧臂27上，以便将信号传送到测试元件(图中未显示)。

如图2、3、4a及4b所示，本发明包括一对较薄的圆形管轴29a和29b，这些管轴相邻设置，并优选倚靠滚轮3的侧壁31a和31b，且用于与轮轴7上的滚轮3一同转动。最优选的方式为，管轴29a和29b与滚轮3一起形成一个单一整体结构，以使从DUT15的终端接点面13所拾取的电信号被传送通过轮轴3与管轴29a和29b，并且不会使信号大幅衰减。管轴29a和29b的外径小于滚轮3，且其厚度比滚轮3薄，以容许多个滚轮3如图5所示并排装设。如图4a所示，管轴29a和29b的周围或周边表面35优选平行形成于滚轮3的外部滚动面5。在本发明的另一实施例中，如图4b所示，小凹槽或沟槽37形成于管轴周边表面35。在两实施例中，管轴29a和29b的周边表面35用于在其上容纳并以切线方式接触至少一导电刷。

双指(two-fingered)轮轴夹41有一主体43，所述主体在其内形成一孔47，以便压制(hold down)螺栓49穿过所述孔而将固定夹41压制在滚轮托架25上。分隔的指状物53a和53b延伸通过凹槽21a和21b上方，并将轮轴7保持在其内。

至少一导电刷，但优选两导电刷59从托架25向外延伸并接触管轴周边表面35，以接收从滚轮3获得的电信号，并将所述信号传送到托架25上。优选，如图2所示的一对直导线型电刷59或如图3所示的U字形刷组件从托架25延伸，其借助刷固定器61固定在托架25上，如图2及图3所示，并以切线方式接触周边表面35(平面或沟槽37)。

滚轮托架25借助螺栓65连接在长弹簧臂27上，所述长弹簧臂27具导电性，并由分隔的第一和第二端部63a和63b界定，螺栓65穿过形成于端部63a内的螺孔67，并进入托架25下侧的螺纹开口(图中未显示)。当托架25连接在弹簧臂第一端部63a时，其以操作对准方式托住由滚轮3、轮轴7、管轴29a和29b以及导电刷59所构成的组件，以容许从DUT的端部拾取滚轮内的信号；此信号进入管轴29a和/或29b，以便进一步由导电刷59拾取；然后进入托架25并沿弹簧臂27传递到第二端部63b；第二端部63b被组合而固定在支承结构71(请参照图5)内，以从支承结构71弹性地悬吊滚动接触器1，以回应DUT使滚轮3偏移而弯曲。

请参照图5，图4a和4b的滚动接触器可平行安装在支承结构71内，以便同时接触多个DUT(图中末显示)(从这一点考虑，应了解的是，图2与图3所示单一接触器可以以多个接触器相同的方式安装并装配进支承结构71)。图5所示支承结构71紧密固定在测试搬运器夹具73上(图中未全部显示)。多个悬臂滚动接触器1沿纵向固定在支承结构71内。

在上述实施例可运用的架构中，本发明的接触器与某元件的一终端接点接触，例如平面安装的陶瓷电容器的一端，另一终端接点则接触不动接点。然而，滚动接触器可接触两终端接点，这取决于测试搬运器的布置方式而定。同样，多接点模块可被建构成能让紧密相邻的两个接触器接触待测元件的单一终端接点。还可通过不动接点或者一或两个滚动接点接触电子元件的其它终端接点。

以上说明及附图式仅是用于举例说明；应当了解的是，本发明不限于在此揭露的实施例。在此说明的本发明范围实际上包括元件的所有替换、等同物、更改及重新布置。虽然本发明已参照特定实施例进行了说明，但所属技术领域的技术人员应当能根据在此说明的本发明实施例进行各种变更而仍不脱离本发明的实质精神及范围。当各式元件及步骤的所有组合方式以实质上相同的手段执行实质上相同的功能而达成实质上相同的结果，则这些组合方式均为本发明的范围所涵盖。

Claims (20)

1、一种滚动接触器，其提供微电子待测元件的导电终端接点面与所述滚动接触器的支承结构之间的电信号连通，所述滚动接触器包括：

a)一限定厚度的导电圆形滚轮，所述圆形滚轮形成一外滚动面及一内中央孔，所述中央孔位于两分隔侧壁之间，用以在所述DUT的导电终端接点面上滚动，以连通一个或多个信号；

b)至少一导电圆形管轴，其外径小于所述滚轮，所述管轴邻接并接触所述滚轮侧壁其中之一，并穿过所述管轴形成一中央孔；

c)一支承轮轴，用于沿轴向穿过形成于所述滚轮内的中央孔及所述管轴，并从所述处延伸；

d)一导电轮轴托架，用于以绕所述轮轴的旋转布置方式支承所述轮轴，以便让所述滚轮面旋转并压在所述DUT的终端接点面上；

e)一导电刷，所述导电刷从所述轮轴托架延伸并在旋转期间以切线方式接触所述管轴；以及

f)一导电长弹簧臂，其在所述轮轴托架与所述支承结构之间延伸，以形成所述DUT的终端接点面之间的电路径，所述滚动面与所述管轴通过所述导电刷接触所述轮轴托架，并提供偏压弹簧压力，以将所述滚轮压在所述终端接点面上。

2、如权利要求1所述的滚动接触器，还包括：另一管轴，其外径小于所述滚轮，所述管轴邻接并接触其它滚轮侧壁，且穿过所述管轴形成一中央孔；以及另一导电刷，所述导电刷从所述轮轴托架延伸并在旋转期间以切线方式接触所述另一管轴。

3、如权利要求1所述的滚动接触器，其中所述圆形滚轮的厚度不大于其所接触的DUT的终端接点面宽度。

4、如权利要求1所述的滚动接触器，其中所述外滚轮面与此对圆形管轴的外表面同心。

5、如权利要求1所述的滚动接触器，其中所述滚轮的两分隔侧壁为平面且相互平行。

6、如权利要求1所述的滚动接触器，其中所述滚轮内的内中央孔与所述圆形管轴内的内中央孔对准排列在所述轮轴上，以使所述滚轮的外表面与所述管轴的外表面呈同心布置方式。

7、如权利要求1所述的滚动接触器，还包括一周边平面，其平行于所述圆形滚轮的外滚动面形成，以滑动容纳所述导电刷，以拾取从所述滚轮面通过所述滚轮的电信号。

8、如权利要求1所述的滚动接触器，还包括一沟槽面，其在各所述圆形管轴的周围形成，以滑动容纳所述导电刷，以拾取从所述滚轮面通过所述滚轮的电信号。

9、如权利要求1所述的滚动接触器，其中所述圆形管轴与所述滚轮以单一整体结构方式形成。

10、如权利要求1所述的滚动接触器，还包括两导电刷，所述导电刷分隔排列并从所述轮轴托架平行延伸，并在旋转期间以切线方式接触各所述管轴。

11、如权利要求1所述的滚动接触器，其中所述导电长弹簧臂包括分隔布置的第一和第二端部。

12、如权利要求10所述的滚动接触器，其中所述导电长弹簧臂的第一端部包括：

a)一对凸缘，从所述长弹簧臂的相对侧以直角方式突出：

b)一对对准排列凹槽，所述凹槽由各所述凸缘界定，以容纳轮轴端，且所述轮轴垂直于所述臂设置；以及

c)用于从一支承结构弹性地悬吊所述滚动接触器的装置，以回应所述滚动接触器滚动经过所述DUT的偏移而弯曲。

13、一种滚动接触器，其提供元件终端接点与所述滚动接触器的支承结构之间的电信号连通，所述滚动接触器包括：

a)多个并列布置的导电圆形滚轮，各滚轮具有限定厚度，且各滚轮在其上形成一外滚动面及一内中央孔，所述中央孔位于两分隔侧壁之间，用以在一以并排位置布置的待测元件DUT的传导终端接点面上滚动，以连通一个或多个信号；

b)用于各滚轮的至少一导电圆形管轴，所述导电圆形管轴的外径小于所述滚轮，且所述管轴邻接并接触所述滚轮侧壁其中之一，并穿过所述管轴形成一中央孔；

c)用于各滚轮的一支承轮轴，所述支承轮轴用以轴向穿过形成于所述滚轮内的中央孔及所述管轴，并从此处延伸；

d)一导电轮轴托架，用以以旋转布置方式支承各所述轮轴，以便让所述滚轮面旋转并压在所述DUT的终端接点面上；

e)一导电刷，所述导电刷从各轮轴托架延伸并在旋转期间以切线方式接触所述管轴；以及

f)一导电长弹簧臂，其在各轮轴托架与所述支承结构之间延伸，以形成所述DUT的终端接点面之间的电路径，所述滚轮面与所述管轴通过所述导电刷接触所述轮轴托架，并提供弹簧压力将所述滚轮压在所述终端接点面上。

14、如权利要求13所述的滚动接触器，还包括：另一管轴，其外径小于所述滚轮，所述管轴邻接并接触其它滚轮侧壁，且穿过所述管轴形成一中央孔；以及另一导电刷，所述导电刷从所述轮轴托架延伸并在旋转期间以切线方式接触所述另一管轴。

15、如权利要求13所述的滚动接触器，其中所述圆形滚轮的厚度不大于其所接触的DUT的终端接点面宽度。

16、如权利要求13所述的滚动接触器，其中所述外滚轮面与此对圆形管轴的外表面同心。

17、如权利要求13所述的滚动接触器，其中各所述滚轮的所述两分隔侧壁为平面且相互平行。

18、如权利要求13所述的滚动接触器，其中各所述滚轮内的内中央孔与所述圆形管轴内的内中央孔对准排列在所述轮轴上，以使所述滚轮的外表面与所述管轴的外表面呈同心布置。

19、如权利要求13所述的滚动接触器，还包括一周边平面，其在各所述圆形管轴的周围形成，以滑动容纳所述导电刷，以拾取从所述滚轮面通过所述滚轮的电信号。

20、如权利要求13所述的滚动接触器，还包括一沟槽面，其在各圆形管轴的周围，以滑动容纳所述导电刷，以拾取从所述滚轮面通过所述滚轮的电信号。

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