TW200300560A - Roller contact with conductive brushes - Google Patents

Description

200300560 玖、發明說明 【相關申請案之相互參照】 本申請案主張美國臨時申請案第6 0/3 5 5，1 4 6 號之權益；該申請案於2 0 0 1年1 1月1 4日提出申請 〇 【發明所屬之技術領域】 本發明係槪括關於懸臂式電氣接觸器領域；尤指在接 觸待測元件時擦拭（以下將會界定「擦拭（w i p e )」 )待測元件之終端接點面或區域所運用的懸臂式電氣接觸 器。 【先前技術】 在微電子元件領域中，有許多元件（例如具有導電終 端接點的微型電容器）必須接受測試，以確保其電子性能 的品質。目前係利用一或多種接觸器來測試此類元件，其 中接觸器用來暫時連接導電端，以利進行電子測量。第一 種爲「擦拭」或懸臂接觸器，另一種則爲「致動式」接觸 器。 懸臂式接觸器通常有一相對於被接觸元件傾斜或形成 一角度的平坦彈簧金屬臂。接觸器位在此臂之自由端上。 待測元件（以下稱作” D U T ”）之接觸區域會確實或相 對移動，使得接觸器摩擦或通過（即「擦拭」）該區域， 懸臂則會稍微偏斜。懸臂內的彈簧對D U T之接觸區域施 加壓力，此壓力足以產生良好的電性接觸。此種擦拭技術 可使用一個懸臂及一個相對的靜置接觸點，或使用兩個懸 200300560 臂，而D U T各端各有一個懸臂。 雖然該擦拭方法簡單且可靠，但有某些缺點。懸臂所 施加的接觸壓力必須謹慎加以控制。壓力過小會造成較差 的電性接觸，而當終端接點（亦即被接觸元件之接觸區域 )塗佈有錫或錫/鉛的電鍍錫鉛時，壓力過大則可能會破 壞終端接點。元件的終端接點損壞界定爲電鍍錫鉛（厚度 通常爲1 0 0 - 2 0 0微英吋）之任何移除或嚴重損害。 相對處於靜置狀態的懸臂尖端會擦過元件終端接點所露出 的整個長度範圍，並在終端接點上形成較大的標記，因而 大幅增加破壞終端接點的可能性。 此外，由於電子元件持續縮小的緣故，用來固定D U Τ的固定裝置表面與元件終端接點之間必須存在最小空隙 。其結果爲：懸臂尖端週期性地與固定裝置接觸。由於懸 臂尖端相對處於靜置狀態，因此懸臂尖端會受到測試固定 材料（通常爲FR - 4玻璃環氧化物或類似的非導電性材 料）的摩擦，進而傾向於具有中等或高度硏磨性特質。由 於此接觸而使懸臂尖端變得較爲粗糙，並且更容易進一步 破壞D U Τ的終端接點。此外，接觸器尖端會因氧化或污 染物附著在接觸尖端（或兩者皆有）而變得較髒污。爲了 淸理接觸尖端，實不易接近接觸尖端，因爲接觸尖端非常 接近D U Τ和元件固定裝置。 致動接觸器技術使用移動的接觸尖端（通常爲往復運 動），並將接觸尖端帶往接觸DUT。接觸尖端在各測試 循環當中被致動，並移動直到接觸尖端接觸D U 丁，而後 200300560 在測量過程中保持靜止。測量過後，從D U T處移開接觸 ，而後固定板或固定裝置經過指引而將下一個D U Τ帶至 定點以供下一段測量。致動接觸可以非常小的尖端來進行 ，以利減少在待測元件之終端接點產生任何標記，而不像 擦拭接觸技術一般。由於測試設備的產量很高，此種致動 循環必須在非常高速且高效率下完成。舉例而言，如同Ρ a 1 〇 m a r Model 3 3 0 0此種元件測試機需 要每小時3 7，5 0 0次接觸器致動循環，且每一小時執行 1 50,000個零件。若致動機構所使用的元件持續3 0， 0 0 0,0 0 0次循環，並假設機器每日運作2 0小時，則 此等元件每4 0日必須更換一次。若各致動方向之致動時 間僅約1 0微秒，則系統產量將會每小時減少1 0，0 0 0 個零件。致動式接觸亦可將D U T推向固定板/固定裝置 ，或將其拉出固定板/固定裝置；接觸尖端會變得更爲昂 貴，且需要具移動性或彈性的導電元件，例如镀金彈簧或 具高彈性的金屬線。 習知技術的懸臂式接觸器亦包含一滾輪，此滾輪由輪 軸支承；輪軸另裝設在一對分隔的凸緣之間，並在其內由 頂上輪軸夾固定而構成滾動接觸器。上述凸緣由懸臂支承 ，且在進行測試時，懸臂與凸緣會下降到滾輪被帶往與元 件終端接點之頂部接觸的位置。D U T在滾輪下方移動使 其與滾輪接觸；從另一端通過元件（反之亦然）的測試訊 號在滾輪內被接收並向上傳送通過輪軸，而後到達凸緣並 進入懸臂內，藉以將訊號傳送到位在懸臂遠端的測試元件 200300560 。如此所設計之滾輪與D ϋ T終端接點之間的接觸爲三種 不同向下力的作用結果，即：彈簧懸臂之向下力、輪軸夾 之向下力，以及輪軸施加在滾輪內緣的向下力。進行測量 時，三種向下力藉D U Τ透過D U Τ終端接點面與滾輪外 表面之間的接觸向上力而抵銷。 雖然運用此種滾輪係首次大體上改善了高速元件測試 之習知技術，但上述三種合力經常呈現對D U Τ終端接點 的劇烈影響而破壞終端接點表面。一旦表面受到破壞，該 元件即無法在高品質電子環境中執行其電子功能，從而被 降級到其它低品質的應用環境。職是之故，吾人仍需要一 種測試接觸器，此種測試接觸器能提供與D U Τ終端接點 的快速正向接觸，然而不會使正向向下力造成終端接點表 面之損壞。 此外，在某些情況下，習知技術之接觸器並列成四組 或四組以上而集結在一起，遂使四個不同的D U Τ能同時 被帶往與四組接觸器當中的一組接觸而提昇機台產量。習 知技術未能適當控制滾輪的高度，因而導致一個或一個以 上的滾輪位在另一滾輪之上方或之下方。爲要確保與最高 的滾輪正向接觸，其它滾輪更用力向下推，以使包括最高 滾輪在內的所有滾輪正向接觸其各自的D U Τ之終端接點 面，因而造成不同元件承受不同的壓力。此壓力差異經常 導致測試設備的測量讀取値不正確，而且會破壞DUT之 終端接點面。 本發明之接觸器能重複進行多種D U Τ之終端接點面 200300560 的快速電性連接，而且極少或不會破壞或標記其個別的表 面。相較於習知技術，本發明之電氣接觸器具重大進步性 。本發明之電氣接觸器能消除因懸臂式接觸器之「擦拭」 動作而對元件之終端接點上的電鍍錫鉛之破壞；此外，本 發明之電氣接觸器較爲簡易，且使用壽命比致動式接觸器 長。本發明特別適用於處理及測試電氣電路元件（例如陶 瓷電容器）時所使用的元件搬運器及測試機。（在此，「 元件」係指陶瓷電容器和其它任何可被本發明之接觸器接 觸的電氣元件。） 【發明內容】 本發明係一種滾動接觸器，其提供元件終端接點與滾 動接觸器的支承結構之間的電氣訊號連通，該滾動接觸器 包含一限定厚度的圓形滾輪，該圓形滾輪形成一外滾動面 及一內中央孔，該中央孔位在兩分隔側壁之間，並在一 D U T之終端接點面上滾動。在此設有一對外徑小於滾輪的 圓形管軸，各管軸鄰接其中一滾輪側壁並與其同心，其中 穿過各管軸形成支承軸之中央孔。輪軸托架係用於容納位 在其上方的輪軸夾，並以旋轉位置支承輪軸，以便讓滾輪 旋轉並壓在元件之終端接點面上。在此至少提供一導電刷 ，該導電刷延伸以切線配置接觸其中一管軸，藉以取得來 自於滾輪表面的訊號。最後，細長彈簧臂在輪軸托架與支 承結構之間延伸，以形成D U T之終端接點面之間的電氣 路徑，同時滾輪及管軸透過導電刷接觸輪軸托架；另提供 彈簧壓力將滾輪壓在終端接點面上。 12 200300560 習知技術之D U T上的接觸力始終大於形成輪軸與滾 輪內緣之間或滾輪與D U Τ之間電性連接所需要的力’但 本發明讓D U Τ只承受形成滾輪與D U Τ之可靠連接所需 要的力。在本發明中，電性連接所需要的接觸力一即導電 刷壓在管軸上的力一不會施加在D U Τ上。此外，導電刷 向上擠壓管軸，管軸則另將滾輪向上壓在輪軸上。不論懸 臂是否對滾輪施加向下力，此將致使輪軸底部始終保持與 滾輪內緣接觸的狀態。如此即能消除輪軸與滾輪內緣之間 的任何空隙。當接觸器開始向下朝向D U Τ移動以決定滾 輪底部至D U Τ的啓始接觸點時，上述功效特別有價値， 因爲如此能有效地消除輪軸上滾輪內緣當中的任何「晃動 j ° 藉由使成組的接觸器更容易對準排列，這種做法對該 成組的接觸器有重大功效，進而該新的對準排列方式能降 低最高與最低滾輪之間的整體差異程度，進一步在上述四 個並列的D U Τ組上提供更平均的壓力。 因此之故，本發明之主要目的係提供一種接觸器；相 較於習知技術，此種接觸器對位在下方的D U Τ終端接點 面施加較小的壓力。本發明之其它目的包括提供：一種接 觸器，相較於習知裝置，此種接觸器能在必須更換之前被 使用及循環較長的時間及測試更多的D U Τ ; —種接觸器 ，相較於習知接觸器，此種接觸器能較爲一致地使用，且 顯示較爲準確；以及一種接觸器，此種接觸器能更準確地 組合而提供複數個D U 丁的測試，以增加測試機的產能及 13 200300560 產量。 參酌以下詳細說明並配合圖式時，吾人當能明瞭本發 明之上述及其它目的。本發明人所要求之保護範圍可由歸 納本說明書的申請專利範圍經公平檢閱而推知。 【實施方式】 現請參照各圖式，其中各元件以數字標示；在六個圖 式中，相同的元件係以相同數字標示。圖1顯示接觸器之 習知建構方式，滾輪接觸器1包含一導電滾輪3，導電滾 輪3有一圓形外部滾動面5，其被支承繞著輪軸7進行同 心轉動，且輪軸穿過形成於滾輪3中央並由該處延伸的中 央孔9。滾輪3由導電性材料製成，例如黃銅、鋼或鋁， 其外表面爲高導電非反應性有價金屬，例如鉑、金或銀。 在較佳實施例中，滾輪3之厚度不應大於終端接點之寬度 ，且被設計爲接觸通過兩分隔相互平行的側壁（圖中未顯 示）並與兩者相鄰。滾輪3通過（滾過）待測元件（在此 爲陶瓷電容器）1 5之上部終端接點1 3，D U T 15 固定在底部支座1 9上方的固定板1 7，且支座1 9作爲 測試過程中的另一電極。在實作時，電子測試訊號透過底 部支座1 9輸入DUT 1 5，並向上通過DUT而至終 端接點1 3輸出。此訊號在滾輪3之外部滾動面5上被擷 取並進入輪軸7內；一對分隔的輪軸支承凹槽2 1形成於 一對分隔的凸緣2 3 (圖中僅顯示一個凸緣）上，該凸緣 將輪軸7 (及滾輪3 )支承在滾輪托架2 5上，而該托架 將滾輪3固定在細長彈簧臂2 7上，以便將訊號傳送到測 14 200300560 試元件（圖中未顯示）° 如圖2、3、4a及4b所示’本發明包含一對較薄 的圓形管軸2 9 a和2 9 b ’此等管軸相鄰配置’其最好 倚靠滾輪3之側壁3 1 a和3 1 b，且用於與輪軸7上的 滾輪3 —同轉動。最好之情況爲，管軸2 9 a和2 9 b與 滾輪3共同形成單一整體單元，以使D U T 1 5之終端 接點面1 3所擷取的電子訊號能傳送通過輪軸3與管軸2 9 a和2 9 b，而且不會使訊號大幅衰減。管軸2 9 a和 2 9 b之外徑小於滾輪3，且其厚度比滾輪3薄，以容許 複數個滾輪3如圖5所示並排裝設。如圖4 a所示，以較 佳實施例而言，管軸2 9 a和2 9 b之周圍或周邊表面3 5平行形成於滾輪3之外部滾動面5。在本發明之另一實 施例中，如圖4 b所示，小凹槽或溝轍3 7形成於管軸周 邊表面35。在兩實施例中，管軸29a和29b之周邊 表面3 5係用於在其上容納並以切線方式接觸至少一導電 刷。 雙指輪軸夾4 1有一主體43，該主體在其內形成一 孔4 7，以使壓制螺栓4 9穿過該孔而將固定夾4 1壓制 在滾輪托架2 5上。分隔的指狀物5 3 a和5 3 b延伸通 過凹槽2 1 a和2 1 b上方，並將輪軸7維持其內。 至少一導電刷（兩導電刷較佳）5 9從托架2 5向外 延伸並接觸管軸周邊表面3 5，以接收從滾輪3獲得的電 子訊號，並將該訊號傳送到托架2 5上。最好是，一對直 導線型（如圖2所示）或U字形刷組件（如圖3所示）導 15 200300560 電刷5 9從托架2 5延伸，其藉由刷固定器6 1固定於托 架25上（如圖2及圖3所示），並以切線方式接觸周邊 表面（平面或溝轍3 7 ) 3 5。 滾輪托架2 5藉螺栓6 5附著於細長彈簧臂2 7，該 細長彈簧臂2 7具導電性，並由分隔的第一和第二端部6 3 a和6 3 b界定，螺栓6 5穿過形成於端部6 3 a內的 螺孔6 7，並進入托架2 5下側的螺紋開口（圖中未顯示 )。當托架2 5附著於彈簧臂第一端部6 3 a時，其以操 作對準方式托住由滾輪3、輪軸7、管軸2 9 a和2 9 b 以及導電刷5 9所構成之組件，以容許從D U T之端部擷 取滾輪內的訊號；此訊號進入管軸2 9 a和/或2 9 b， 以便進一步由導電刷5 9擷取；而後進入托架2 5並沿彈 簧臂2 7傳遞到第二端部6 3 b ;第二端部6 3 b被組合 而固定在支承結構7 1 (請參照圖5 )內，藉以彈性地從 支承結構71懸吊滾動的接觸器1 ，以回應DUT使滾輪 3偏移而彎曲。 請參照圖5，圖4 a和4 b之滾動接觸器可平行安裝 在支承結構7 1內，以便同時接觸多個D U T (圖中未顯 示）。（就此而言，應瞭解的是，圖2與圖3所示單一接 觸器可如同多個接觸器被安裝並配接於支承結構7 1。） 圖5所示支承結構71緊密固定在測試搬運器夾具73 ( 圖中未全部顯示）。複數個懸臂滾動接觸器1沿縱向固定 在支承結構7 1內。 在上述實施例可運用的架構中，本發明之接觸器與某 16 200300560 元件之一終端接點（例如平面裝設的陶瓷電容器之一端） 接觸，另一終端接點則接觸靜置接點。然而，滾動接觸器 可接觸兩終端接點，其係取決於測試搬運器之配置方式而 定。同樣地，多接點模組可被建構成能讓緊密相鄰的兩個 接觸器接觸待測元件之單一終端接點。電子元件之其它終 端接點亦可接觸靜置接點或者一或兩個滾動接點。 以上說明及圖式僅爲舉例說明；當瞭解的是，本發明 不限定於在此揭露的實施例。在此說明的本發明範圍實則 包含元件之所有替換、均等物、更改及重新配置。雖然本 發明已參照其特定實施例加以說明，但熟習相關技術者當 能針對在此說明的本發明實施例進行各式變更而仍不脫離 本發明之實質精神及範圍。當各式元件及步驟之所有組合 方式以實質上相同的手段執行實質上相同的功能而達成實 質上相同的結果，則此等組合方式均爲本發明之範圍所涵 蓋。 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 圖1爲典型習知滾輪擦拭型接觸器之剖面側視圖； 圖2爲本發明之較佳實施例的分解圖，圖中顯示構成 本發明之接觸器的某些元件； 圖3爲本發明之另一導電刷實施例的分解圖，圖中顯 示構成本發明之接觸器的某些元件； 圖4 a爲本發明之滾輪、管軸與導電刷之較佳實施例 的側視圖； 17 200300560 圖4 b爲本發明之滾輪、管軸與導電刷之另一實施例 的側視圖； 圖5爲本發明之複數個導電刷的立體圖，其中導電刷 在一起用來測試複數個D U T。 ) 元件代表符號 1 滾輪接觸器 3 導電滾輪 5 圓形外部滾動面 7 輪軸 9 中央孔 13 終端接點 1 5 待測元件 17 固定板 1 9 底部支座 2 1 凹槽 2 1 a 凹槽 2 1b 凹槽 2 3 凸緣 2 5 滾輪托架 2 7 彈簧臂 2 9a 管軸 2 9 b 管軸 3 1a 側壁 3 lb 側壁 3 5 周邊表面 3 7 溝轍 4 1 輪軸夾 4 3 主體 . 1 λ id—XZ* 4 7 孔 4 9 螺栓 5 3a 指狀物 5 3 b 指狀物 5 9 導電刷 6 1 刷固定器 6 3a 端部 6 3 b 端部 6 5 螺栓 6 7 螺孔 7 1 支承結構 7 3 搬運器夾具

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Claims (1)

1. 200300560 拾、申請專利範圍 1 ·一種滾動接觸器，其提供微電子待測元件（D ϋ T )之導電終端接點面與該滾動接觸器之支承結構之間的電 子訊號連通，該滾動接觸器包含： a ) —限定厚度的導電圓形滾輪，該圓形滾輪形成一 外滾動面及一內中央孔，該中央孔位在兩分隔側壁之間， 用以在該D U T之導電終端接點面上滾動，以連通一或多 個訊號； b )至少一導電圓形管軸，其外徑小於該滾輪，該管 軸鄰接並接觸該等滾輪側壁其中之一，且穿過該管軸形成 一中央孔； c ) 一支承輪軸，用於沿軸向穿過形成於該滾輪內的 中央孔及該管軸，並從該處延伸； d ) —導電輪軸托架，用於以繞著該輪軸之旋轉配置 支承該輪軸，以便讓該滾輪面旋轉並壓在該D U T之終端 接點面上； e ) —導電刷，該導電刷從該輪軸托架延伸而在旋轉 期間以切線方式接觸該管軸；以及 f ) 一導電細長彈簧臂，其在該輪軸托架與該支承結 構之間延伸，以形成該D U T之終端接點面之間的電氣路 徑，該滾動面與該管軸透過該導電刷接觸該輪軸托架，並 提供偏壓彈簧壓力，以將該滾輪壓在該終端接點面上。 2 ·如申請專利範圍第1項之滾動接觸器，進一步包含 :另一管軸，其外徑小於該滾輪，該管軸鄰接並接觸其他 19 200300560 滾輪側壁，且穿過該管軸形成一中央孔；以及另一導電刷 ，該導電刷從該輪軸托架延伸並在旋轉期間以切線方式接 觸該另一管軸。 3 ·如申請專利範圍第1項之滾動接觸器，其中該圓形 滾輪之厚度係不大於其所接觸之D U T的終端接點面寬度 〇 4 ·如申請專利範圍第1項之滾動接觸器，其中該外滾 輪面與該對圓形管軸之外表面同心。 5 ·如申請專利範圍第1項之滾動接觸器，其中該滾輪 之兩分隔側壁爲平面且相互平行。 6 ·如申請專利範圍第1項之滾動接觸器，其中該滾輪 內的內中央孔與該圓形管軸內的內中央孔對準排列在該輪 軸上，以使該滾輪之外表面與該管軸之外表面呈同心配置 〇 7 ·如申請專利範圍第1項之滾動接觸器，進一步包含 一周邊平面，其形成平行於該圓形滾輪之外滾動面，以滑 動容納該導電刷，以擷取從該滾輪面通過該滾輪的電氣訊 號。 8 ·如申請專利範圍第1項之滾動接觸器，進一步包含 一溝轍面，其形成於各該圓形管軸之周圍，以滑動容納該 導電刷，以擷取從該滾輪面通過該滾輪的電氣訊號。 9 ·如申請專利範圍第1項之滾動接觸器，其中該圓形 管軸與該滾輪形成爲單一整體單元。 1 〇 ·如申請專利範圍第1項之滾動接觸器，進一步包 20 200300560 含兩導電刷，該等導電刷分隔排列並從該輪軸托架平行延 伸，而在旋轉期間以切線方式接觸各該管軸。 1 1 .如申請專利範圍第1項之滾動接觸器，其中該導 電細長彈簧臂包含分隔配置的第一和第二端部。 1 2 .如申請專利範圍第1 0項之滾動接觸器，其中該 導電細長彈簧臂之第一端部包含： a ) —對凸緣，從該細長彈簧臂之相對側以直角方式 突出； b ) —對對準排列凹槽，該等凹槽由各該凸緣界定以 容納輪軸端，且該輪軸垂直於該臂配置；以及 c)用於從一支承結構彈性地懸吊該滾動接觸器之裝 置，以回應該滾動接觸器滾動經過該D U T之偏移而彎曲 〇 1 3 .—種滾動接觸器，其提供元件終端接點與該滾動 接觸器之支承結構之間的電氣訊號連通，該滾動接觸器包 含： a )複數個並列配置的導電圓形滾輪，各滾輪具限定 厚度，且各滾輪在其上形成一外滾動面及一內中央孔，該 中央孔位在兩分隔側壁之間，用以在一以並排位置配置的 待測元件（D U T )之傳導終端接點面上滾動，以連通一 或多個訊號； b )用於各滾輪之至少一導電圓形管軸，該導電圓形 管軸之外徑小於該滾輪，且該管軸鄰接並接觸該等滾輪側 壁其中之一，並穿過該管軸形成一中央孔； 21 200300560 c )用於各滾輪之一支承輪軸，該支承輪軸係用以軸 向穿過形成於該滾輪內的中央孔及該管軸，並從該處延伸 y d ) —導電輪軸托架，用以以旋繞配置方式支承各該 輪軸，以便讓該滾輪面旋轉並壓在該D U T之終端接點面 上； e ) —導電刷，該導電刷從各輪軸托架延伸而在旋轉 期間以切線方式接觸該管軸；以及 f ) 一導電細長彈簧臂，其在各輪軸托架與該支承結 構之間延伸，以形成該D U T之終端接點面之間的電路徑 ，該滾輪面與該管軸透過該導電刷接觸該輪軸托架，並提 供彈簧壓力將該滾輪壓在該終端接點面上。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項之滾動接觸器，進一步 包含：另一管軸，其外徑小於該滾輪，該管軸鄰接並接觸 其他滾輪側壁，且穿過該管軸形成一中央孔；以及另一導 電刷，該導電刷從該輪軸托架延伸並在旋轉期間以切線方 式接觸該另一管軸。 1 5 ·如申請專利範圍第1 3項之滾動接觸器，其中該 等圓形滾輪之厚度係不大於其所接觸之D U T的終端接點 面寬度。 1 6 ·如申請專利範圍第1 3項之滾動接觸器，其中該 等外滾輪面與該對圓形管軸之外表面同心。 1 7 .如申請專利範圍第1 3項之滾動接觸器，其中各 該滾輪之兩分隔側壁爲平面且相互平行。 22 200300560 1 8 ·如申請專利範圍第1 3項之滾動接觸器，其中各 該滾輪內的內中央孔與該等圓形管軸內的內中央孔對準排 列在該等輪軸上，以使該等滾輪之外表面與該等管軸之外 表面呈同心配置。 1 9 .如申請專利範圍第1 3項之滾動接觸器，進一步 包含一周邊平面，其形成於各該圓形管軸之周圍，以滑動 容納該導電刷，以擷取從該滾輪面通過該滾輪的電氣訊號 〇 2 0 ·如申請專利範圍第1 3項之滾動接觸器，進一步 包含一溝轍面，其形成於各圓形管軸之周圍，以滑動容納 該導電刷，以擷取從該滾輪面通過該滾輪的電氣訊號。 拾壹、圖式 如次頁