CN1769897A - 接触检测装置 - Google Patents

Abstract

在导电接触检测装置中，导电探针构件轴向可滑动地接纳在绝缘支承板形成的支承孔中，它由围绕着导电探针构件的杆部的压缩螺旋弹簧推动在一个方向上从支承孔凸出。压缩螺旋弹簧的内端具有紧密缠绕部分，其中螺旋线的相邻圈在压缩螺旋弹簧的自由状态下相互接触。当支承板朝待测试的物体下降时，压缩螺旋弹簧受压，压缩螺旋线在支承孔内弯曲使紧密缠绕部分的内表面与杆部的外周表面接触，因此电信号通过紧密缠绕部分传导，而不是沿压缩螺旋弹簧的松散缠绕部分的螺旋形通路传导，由此减小了接触检测装置的电感和电阻，同时压缩螺旋弹簧的松散缠绕部分为探针构件提供了必要的弹力。

Description

接触检测装置

本申请是申请人日本发条株式会社于申请日1997年12月26日提交的、申请号为97181032.X、发明名称为“接触检测装置”的申请的分案申请。

技术领域

本发明关于导电接触检测装置，它采用由压缩螺旋弹簧弹性推动的导电探针构件来测试印刷电路板、半导体装置和半导体极板。

背景技术

按照传统的已知的采用接触探头电测印刷电路板和半导体产品导电图案的导电接触检测装置，每个导电探针构件接纳在一管状把手中，它可轴向地滑进、滑出把手，并由一压缩螺旋弹簧推动从把手凸出，并设计成防止导电探针构件完全从把手中凸出。在这样的导电接触检测装置中，导电探针构件的前端与将测试的物体啮合，从而使电信号在将测试的物体和外部电路(如测试电路)之间传输。

然而，在试验期间，在电流从将测试的物体通过导电探针构件传导而通过压缩螺旋弹簧时，电信号会遇到与压缩螺旋弹簧的圈数的平方成比例的电感。因此，当通过这种触点控制装置传导的电信号是高频信号(如数+MHz～数GHz)时，高频信号沿压缩螺旋弹簧的螺旋通路传导，导致电感和电阻增大，就会使探测信号的电性能不可靠。

发明的公开

鉴于先有技术的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种导电接触检测装置，它能可靠地使用，并能检测高频信号。

本发明的第二个目的在于提供一种导电接触检测装置，它的电感和电阻均较低。

本发明的第三个目的在于提供一种导电接触检测装置，它的结构简单，制造起来很经济。

本发明的第四个目的在于提供一种导电接触检测装置，它能在待测试的物体表面覆盖氧化膜或其它外来物质的情况下建立良好的电接触。

按照本发明，本发明的这些和其它目的可通过提供一种导电接触检测装置来达到，该导电接触检测装置包括：一个穿过支承构件的支承孔，一个可滑动地接纳在支承孔内的导电探针构件，该探针构件包括从支承孔一端凸出的头部，一根从头部同轴延伸并离开从支承孔凸出的头部的一端延伸的杆部；一个压缩螺旋弹簧同轴地接纳在支承孔中从而将头部推出支承孔；该压缩螺旋弹簧包括一段紧密缠绕部分，其中压缩螺旋弹簧至少在它受压到一定程度时它的相邻圈相互接触；该紧密缠绕部分的外径稍小于支承孔相应部分的内径，这样在紧密缠绕部分在弹簧受压时弯曲；杆部搭接压缩螺旋弹簧的紧密缠绕部分，从而使杆部在压缩螺旋弹簧受压而使其紧密缠绕部分弯曲到一定程度时与紧密缠绕部分接触。

于是由压缩螺旋弹簧传导的电信号被允许轴向穿过紧密缠绕部分，而不是沿压缩螺旋弹簧的松散缠绕部分的螺旋形通路传导，因此可防止电感和电阻的增大。同时，压缩螺旋弹簧的松散缠绕部分为探针构件提供了必要的弹力。紧密缠绕部分的位置最好做成在导电探针构件不与任何物体接触的静止状态下轴向搭接该导电探针构件的后端。

为了确保压缩螺旋弹簧的紧密缠绕部分允许传导的电流轴向穿过整个长度的压缩螺旋弹簧，可围绕着紧密缠绕部分沉积一层导电薄膜从而使该紧密缠绕部分形成基本为整体的管。

按照一个接触检测装置的典型设计，导电探针构件还包括头部和杆部之间的大直径部分，支承孔的外端具有小直径部分，其直径小到能使从支承孔凸出的头部由大直径部分贴靠支承孔的小直径部分和支承孔的其余部分之间的台肩表面上来确定。紧密缠绕部分也最好延伸到远离导电探针构件头部的压缩螺旋弹簧的一端上，并贴靠在与外部电路(可能是测试电路或中继板)相连的导电垫片上。

在组装时，为了使压缩螺旋弹簧附着到探针构件上从而便于组装，导电探针构件还可包括形成在头部或杆部之间或大直径部分和杆部之间的凸缘部分，用以与相关的压缩螺旋弹簧的螺旋端弹性啮合。另外或作为一种置换，相应的螺旋端在可能的情况下可以焊接或固定到凸缘部分或靠近头部的杆部上。

为了以经济的方式得到具有两个可移动端部的接触检测装置，紧密缠绕部分的自由端可从支承孔另一敞开端的第二小直径孔中凸出，同时第二小直径部分的内径大于紧密缠绕部分的自由端，但小于紧密缠绕部分的其它部分。

为了真正做成具有两个可移动端的接触检测装置，两个可移动端都能清除它所接连的部件或穿透一层氧化膜或沉积在接近的部件上的外来物质，压缩螺旋弹簧可以包括一个中间的紧密缠绕部分，以及在其两个轴向端上的松散缠绕部分，从而使压缩螺旋弹簧的一端啮合第一个上述导电探针构件，而另一端啮合第二个导电探针构件，该导电探针构件同样也包括从支承孔另一端凸出的头部，该第一和第二导电探针构件均具有相应的杆部，这些杆部至少在螺旋弹簧受压到一定程度时与紧密缠绕部分接触。

附图概述

现参照附图来描述本发明，其中

图1是本发明的导电接触检测装置的简化的剖面侧视图，

图2类似于图1，表示导电接触检测装置处于工作状态，

图3是压缩螺旋弹簧又一实施例的放大剖视图，

图4类似于图1，表示本发明导电接触检测装置的第二个实施例，

图5表示本发明的具有两个可移动端的导电接触检测装置的简化剖面侧视图；

图6表示图5改型的实施例，

图7表示图5改型的又一实施例。

实施本发明的最佳模式

图1表示体现本发明的接触检测装置的简化剖面侧视图，这种导电接触检测装置通常在大量并联关系中用于同时接近大量待测目标点。然而，也可单独使用导电接触检测装置1，在图1和其它附图中，为便于图示清楚，横向尺寸相对于纵向尺寸来说是放大了，应该看到附图并未示出体现本发明的实际尺寸。

在该导电接触检测装置1中，一个把手包括一向下穿过支承板2的由承孔3，导电探针构件4同轴地接纳在支承孔3中。导电探针构件4由压缩螺旋弹簧5推动朝支承孔3方向凸出。在图示的支承板2的上表面固定迭放着用于传输电信号的中继板6，它与导电通路6a整体合作以将电信号越过中继板6传出。

试验电路板可以放在中继板6的上方，通过适当地选择合适的中继板，可用同样的组件来测试具有不同印刷电路和终端设计的不同的物体。

导电探针构件4包括宜与拟测试的物体啮合的头部4a，位于头部4a后端的大直径部分4b，远离头部4a从大直径部分4b伸出的杆部4c，所有部分均呈同轴关系。支承孔3接纳导电探针构件4的大直径部分4b和同轴地绕杆部4b缠绕的压缩螺旋弹簧5。支承孔3包括可滑动地接纳头部4a的小直径部分3a，而在小直径部分3a和支撑孔的其余部分之间的台肩表面贴靠着大直径部分4b，从而限制导电探针构件4朝下凸出的移动。

在图示的实施例中，头部4a的前端做成尖端，然而头部4a的前端可根据每个测试物体的形状和材料按需要进行选择。例如，当要接触一个焊球时，头部4a的前端可以是一个平坦的端面而不是尖端。

如上所述，围绕杆部4c缠绕的压缩螺旋弹簧5以预压形式装在大直径部分4b和中继板6之间。在图示的实施例中，在靠近大直径部分4b的杆部4c上具有直径稍大于压缩螺旋弹簧5内径的凸缘部分4d，从而使压缩螺旋弹簧5的配合端能弹性地装入凸缘部分4d上。因此，探针构件4和压缩螺旋弹簧在探针构件4装入支承孔3之前和安装期间能形成一整体组件，从而能简化组件加工。压缩螺旋弹簧5可采用焊接或其它固定方式固定到凸缘部分4d上。也能简单地在压缩螺旋弹簧5没有大的弹性变形的情况下将相应的螺旋端装到凸缘4d上。

压缩螺旋弹簧5包括靠近中继板6或导电探针构件4内端的一端上的紧密缠绕部分5a，该部分即使在自由状态下也处于紧密缠绕状态，该紧密缠绕部分5a伸到与杆部4c的轴向端或上端(如图示)稍有搭接的部分上，弹簧的其余状态如图1所示。压缩螺旋弹簧5具有一个螺旋端(图示的下端)，它与靠近大直径部分4b的导电探针构件4的杆部4c部分啮合或与凸缘部分4d和大直径部分4b之间环形台肩啮合；还具有另一个螺旋端(图示的上端)，该端包括接纳在凹口6b(图3)中的紧密缠绕部分5a，凹口6b形成在朝向支承孔3的中继板6的导电通路6a部分中，该螺旋端贴靠在凹口6b的底面上。

导电探针构件4和压缩螺旋弹簧5可具有加工表面，如镀金或其它(如镀铑)加工表面，然而如果采用不会有损于电信号、而具有优良电性能的材料(如精密合金或铜合金)也可采用同质材料。如果所用材料是精密合金或类似材料，即使当焊料渣等外来物质沉积在导电探针构件4的表面并在焊料沉积表面形成氧化膜，可以通过刮削或除去氧化表面的方法来简单地稳定接触电阻。

为了使压缩螺旋弹簧能顺利地伸展和压缩，压缩螺旋弹簧5的内径稍大于杆部4c的外径。

当用该导电接触检测装置1来进行试验时，首先将支承板2朝被试物体7下降，使头部4a的尖端推靠在垫片7a上，通过压缩螺旋弹簧5所加的压力在垫片7a表面上加上足够的力从而穿破可能形成的氧化膜。这项工作被称为清除工作，意思是用导电探针构件4的尖端来清洁触点表面。

在试验期间获得的电信号通过导电探针构件4和压缩螺旋弹簧5从垫片7a传到导电通路6a。由于压缩螺旋弹簧5的内径稍大于杆部4c的外径，压缩螺旋弹簧5的受压缩使压缩弹簧5沿支承孔3弯曲，结果使部分紧密缠绕部分5a的内周面接触杆部4c的外周面。

因此，从导电探针构件4传到压缩螺旋弹簧5的电信号能如图2所示沿轴向传导通过紧密缠绕部分5a，这是因为如上所述，导电探针构件4与紧密缠绕部分5a接触，而不是电信号通过压缩螺旋弹簧的松散缠绕部分的螺旋通路传导，这就避免了电感和电阻的增大。

在图1所示的静止条件下，杆部4c的内端几乎没有紧密缠绕部分5a搭接，但存在着使它们更多地进行搭接的可能。在另一种情况下，只要导电探针构件4与垫片7a接触并在任何深度上推入把手，杆部4c就将与紧密缠绕部分5a接触，当然由于待测物体接触表面不规则，不同的接触检测装置中的压缩螺旋弹簧5的变形不一样。

也可以采用焊料或类似的方法在压缩螺旋弹簧5的紧密缠绕部分5a的外周面上形成导电膜17，通过这样做，紧密缠绕管5a实际上形成一个实心管，这能进一步稳定触点检测设备的导电性能。

朝向支承孔3的部分导电通路6a具有凹口，以接纳图示实施例的紧密缠绕部分5a的一个螺旋端，然而朝向支承孔的导电通路6a的表面也可以做成如图4所示的与中继板6和支承板2之间的结合面齐平的平面。在图4中，与前面实施例相对应的零部件采用同样的数字，并不再对这些零部件进行重复描述。

在另一实施例和图4所示的实施例中，导电通路6a和紧密缠绕部分5a可以焊接。在这种情况下，可以更进一步稳定接触检测装置的电性能。压缩螺旋弹簧5的螺旋端如图所示座落在平面上，螺旋端可不必磨削，尤其是螺旋钢丝直径较小时更是如此。

图5表示本发明的另一个实施例，它包括具有两个可移动端的接触检测装置，与前面实施例相对应的零部件采用相同的数字表示，并不再对这些零部件进行重复描述。

按照图5所示的实施例，不仅类似于前面实施例的导电探针构件4装到压缩螺旋弹簧5的螺旋端，而且可具有相同形状的另外的导电探针构件4以同轴和对称关系装到压缩螺旋弹簧5的另一端上。该导电探针构件安置成使它们的头部4a朝向相反方向。在这种情况下，把手包括由一对支承板段2a形成的支承板2，该一对支承板段2a一块放置在另一块的上方，以接纳压缩螺旋弹簧5并支承两个导电探针构件4。

两个支承板段2a具有形状对称的支承孔3b，从而使它们在如图5所示一个放在另一个上方时相互连接形成单个支承孔3，压缩螺旋弹簧5同轴地接纳在连接形成的支承孔3中。

在两个支承板段2a之间远离连接面的每个支承孔3a的外端具有同轴的小直径部分3a，其直径比支承孔3小，支承孔3的大直径部分接纳压缩螺旋弹簧5。与前面的实施例相类似，每个导电探针构件4头部4a的圆柱部分同轴可滑动地接纳在相应的小直径部分3a中。

在附图中在每个头部4a的圆柱部分和相应支承孔3之间有一间隙，这仅想表示支承孔3的小直径部分3a的内径大于头部4a的圆柱部分的外径，并不是指附图所示的实际尺寸。对其它图示的实施例来说，情况也是一样的。

每个导电探针构件4还包括大直径部分4b，杆部4c和位于它们之间的凸缘部4d，这些与前面的实施例相类似。压缩螺旋弹簧5的两个螺旋端可以弹性地装配在相应导电探针构件4的凸缘部分4d上，和/或用焊接牢固地固定在凸缘上。由于压缩螺旋弹簧5呈压缩状态接纳在支承孔3内，大直径部分4b贴靠在由支承孔的大直径部分和小直径部分3a限定的台肩表面上，这样就可防止两个导电探针构件4完全从支承孔3凸出。

围绕着杆部4c的部分压缩螺旋弹簧5包括松散缠绕部分，但在两个导电探针构件4之间延伸的部分压缩螺旋弹簧5包括紧密缠绕部分5b。中间的紧密缠绕部分5b的轴向长度选择成紧密缠绕部分5b在静止条件下(即两个导电探针构件4不与将测试的物体接触)贴靠两个导电探针构件4的杆部4c。由于压缩螺旋弹簧5在受压时弯曲，中间的紧密缠绕部分5b会与杆部4c接触。

参见图5，由氧化板或类似件构成的电路板8放在下方，一个导电探针构件或下导电探针构件4与布线图案8a接触，该布线图案的表面与电路板8的上表面齐平。在试验时，另一个或上导电探针构件4靠近图示上方的待试验物体，该另一个导电探针构件4弹性地与待试物体9的试验垫片9a接触。在这种状态下，两个导电探针构件4放置成如图5下方所示的类似的状态。

因此，试验期间所得到的电信号如图5中箭头所示进行传导，或是从试拉垫9a通过上导电探针构件4、它的杆部4a、中间的紧密缠绕部分5b、下导电探针构件4的杆部4a和下导电探针构件4传导到布线图案8a上。电流通过压缩螺旋弹簧5的通路的一部分由紧密缠绕部分5b构成，因此电流能线性地轴向穿过压缩螺旋弹簧5，而不是沿着弹簧的松散缠绕的螺旋形通路通过，因此可避免电感和电阻的增大。

图6表示另一个实施例，其中省掉了每个导电探针构件4的大直径部分4b，这里与前面实施例相应的零部件采用相同的数字表示，并不对这些零部件进行重复描述。在这种情况下，通过使压缩螺旋弹簧5的螺旋端贴靠相应小直径部分3a和支承孔3其余部分之间的台肩表面来防止导电探针构件4完全凸出支承孔3。按照该实施例，可类似于前面实施例那样避免由于通过螺旋通路传导而引起的电感和电阻的增大。另外整个导电探针构件4的长度至少可减少大直径部分4b的长度。另外，由于简化了导电探针构件4的形状，这就有利于降低零部分的成本。

本发明还可做成如图7所示，这里与前面实施例的相对应的零部件采用相同的数字表示，并不再对这些零部件进行重复描述，按照图7所示的实施例，采用了如图5所示实施例中的一个导电探针构件4，压缩弹簧5的一端用以完成同样的目的。在远离单个导电探针构件4的压缩螺旋弹簧5的端部比其余的压缩螺旋弹簧5的直径要小，另外它还包括紧密缠绕部分5c。

因此，按照图7所示的实施例，在压缩螺旋弹簧5的一端上形成的直径减小的紧密缠绕部分5c与布线图案8a接触。另外在这种压缩螺旋弹簧5中，紧密缠绕部分从直径减小的紧密缠绕部分5c基本没有断开地一直伸到中间的紧密缠绕部分5a。

在图7所示的实施例中，由于压缩螺旋弹簧5的紧密缠绕部分5a接触上导电探针构件4的杆部4c，因此，电信号通过紧密缠绕部分5a，导电通路沿压缩螺旋弹簧5的长度轴向延伸，就可避免由于电信号通过螺旋通路引起的电感和电阻的增大。图7所示的实施例在仅其一端需要具有清除能力时是有利的，它也能降低成本。

因此，按照本发明，由于电信号通过紧密缠绕部分传导，因此即使由于要求产生必要的弹力而使紧密缠绕部分的圈数较大，电信号不通过松散的缠绕部分传导，这就大大减小了电感和电阻。另外，由于在不考虑避免增加电阻和电感的情况下确定弹簧性能(如松散缠绕的圈数)，即使导电探针构件的移动冲击量相当大，也能获很优良的接触检测设计。

Claims (9)

1.一种接触检测装置，包括：

一个穿过支承构件的支承孔；

一个可滑动地接纳在上述支承孔中的导电探针构件，上述探针构件包括从上述支承孔一端凸出的头部，从而能接触待检测的物体，一个杆部从上述头部与该头部同轴延伸、并离开从上述支承孔凸出的上述头部一端，使上述杆部向支承孔内延伸；和

一个压缩螺旋弹簧同轴地接纳在具有上述导电探针构件的上述头部的上述支承孔内，从而将上述头部推出支承孔；上述压缩螺旋弹簧是导电的，这样通过上述导电探针构件的电信号通过上述压缩螺旋弹簧传到信号接收装置，

上述压缩螺旋弹簧包括紧密缠绕部分；

上述导电探针构件的上述杆部的外径小于上述压缩螺旋弹簧的内径，上述杆部在上述压缩螺旋弹簧内轴向延伸；

上述紧密缠绕部分的外径基本小于上述支承孔相应部分的内径，这样上述紧密缠绕部分在弹簧受压时弯曲；和

上述杆部搭接在上述压缩螺旋弹簧的紧密缠绕部分上，从而使上述杆部在上述压缩螺旋弹簧受压时，与上述紧密缠绕部分接触。

2.按照权利要求1的接触检测装置，其中上述紧密缠绕部分这样定位，使上述紧密缠绕部分在上述导电探针构件不与任何物体接触的静止状态下搭接上述导电探针构件的后端。

3.按照权利要求1的接触检测装置，其中围绕着上述紧密缠绕部分沉积导电膜，从而使上述紧密缠绕部分形成基本为整体的管。

4.按照权利要求1的接触检测装置，其中上述导电探针构件还包括位于上述头部和上述杆部之间的大直径部分，上述支承孔的外端具有小直径部分，其直径小到能使从上述支承孔凸出的上述头部和上述杆部之间的上述大直径部分贴靠在上述支承孔的小直径部分和上述支承孔其余部分之间形成的台肩上。

5.按照权利要求4的接触检测装置，其中上述导电探针构件还包括形成在大直径部分和上述杆部之间的凸缘部分，用以与上述压缩螺旋弹簧的相关的螺旋端弹性啮合。

6.按照权利要求1的接触检测装置，其中上述导电探针构件还包括形成在上述头部和上述杆部之间的凸缘部分，用以与上述压缩螺旋弹簧的相关螺旋端弹性啮合。

7.按照权利要求1的接触检测装置，其中上述紧密螺旋部分延伸到上述压缩螺旋弹簧远离上述导电探针构件的上述头部的一端，并贴靠在与外部电路连接的导电垫片上。

8.按照权利要求7的接触检测装置，其中上述紧密缠绕部分的自由的端部具有小于上述紧密缠绕部分的其余部分的外径，上述支承孔中具有小直径部分，其中上述小直径部分的内径大于上述紧密缠绕部分的上述自由端部的直径，但小于上述紧密缠绕部分的其余部分的直径，上述紧密缠绕部分的上述自由的端部从上述小直径部分向外凸出。

9.按照权利要求1的接触检测装置，其中上述压缩螺旋弹簧包括中间的紧密缠绕部分，及在其每一轴向端的一对松散的缠绕部分，上述压缩螺旋弹簧的一端啮合上述的具有从支承孔一端伸出的头部的导电探针构件，而上述压缩螺旋弹簧的另一端啮合另一个导电探针构件，该另一个导电探针构件同样也包括一从上述支承孔的另一端凸出的头部，上述导电探针构件均具有相应的杆部，这些杆部在上述压缩螺旋弹簧压紧时与上述紧密缠绕部分接触。

Images