TWI444623B - 扁平柱塞圓筒測試探針 - Google Patents

Description

扁平柱塞圓筒測試探針 相關申請案之相互參照

本發明基於2009年1月30日提出申請之美國臨時申請案第61/148,657號主張優先權。

發明領域

本發明係關於一種形成電性互連的電子接觸式探針，特別指具有扁平柱塞與圓筒的接觸探針。

發明背景

傳統的彈簧負載接觸式探針一般包括一個可移動的圓柱塞、與一個具有用以容納柱塞的擴大直徑區段的開放端之管狀筒、以及一用以偏壓筒內的柱塞之移動的彈簧。柱塞軸承可滑動地接合該筒之內表面。擴大軸承區段藉由一接近筒開放端的皺折維持在筒內。柱塞通常藉由該彈簧被向外偏壓一選定的距離，且可在被導引以對抗該彈簧之力之下被偏壓或向內地壓下進入筒內一選定的距離。柱塞對抗筒的軸向與側向偏壓，預防誤開或柱塞與筒之間無接觸的間歇位置。柱塞一般為實心，且包括一用以接觸待測電子裝置的頭部或端部。筒亦可能包括與筒的開放端相對之端部。

該筒、柱塞及端點形成介於待測電子裝置與測試設備之間的電性互連，且其等係由導電性材料製造。典型地，探針係匹配地置入穿透測試盤或托座之厚度所形成的凹 穴。一般而言，將例如積體電路之待測電子裝置的接觸側，與穿透測試盤或托座一側而突出之柱塞的端點壓力接觸，以製造對抗電子裝置的彈簧壓力。使一個與測試設備連接的接觸盤，與由該測試盤或托座的另一側突出之柱塞的端點接觸。測試設備傳輸訊號至該接觸盤，自該處透過測試探針互連傳輸至待測試裝置。在已測試電子裝置後，釋放彈簧探針所施加之壓力，且使該裝置脫離與每一探針端部之接觸。

製造傳統彈簧探針的方法涉及分別地製造壓縮彈簧、筒、與柱塞。捲繞與熱處理該壓縮彈簧，以製造一個具有精確尺寸以及受控的彈力的彈簧。柱塞一般是對著車床且受到熱處理。筒有時亦受到熱處理。該筒可於車床中或由深衝壓製程所形成。所有的元件可經受電鍍製程以強化導電度。該彈簧探針元件以人工或自動化程序組裝。

測試積體電路之一重要態樣為其等必須於高頻下測試。因此，測試設備與積體電路之間的阻抗匹配是必要的，以避免高頻訊號衰減。考量到測試托座內的空間是極小的，為了避免高頻訊號衰減，由探針形成的電性互連的長度必須維持為極小值。為了對付此問題，外部彈簧探針已被研發為具有比傳統探針更短之長度。外部彈簧探針由兩個分離的區段所組成，每一區段各具有一端部與一突緣。接觸元件從每一相對於該端部之探針區塊延伸。兩接觸元件彼此接觸，且彈簧被夾在環繞接觸元件的兩突緣間。一般而言，第一接觸元件為筒，而第二接觸元件為軸承表面 時。軸承表面可滑動地接合筒的內表面。在測試期間，該等探針匹配地置入所使用的測試托座中形成之凹穴。由於機械加工操作的高價，與此類型的外部彈簧探針相關的問題為製造的費用。

對應於此，外部彈簧探針被設計為具有扁平元件，其可較便宜地藉由沖壓成型來製造。一般而言，此等設計合併了兩個互相正交地連接的元件，且兩元件之間的電性通路係穿透一突端面。以此種設計的問題為元件耗損的相當快，且使用壽命短，需要不斷的更換。

非正交地連接之外部彈簧接觸總成，具有由外部彈簧所環繞的兩個可移動且線性地重疊的接觸構件或柱塞。每一柱塞具有一接觸部與一尾部，其中該尾部具有一扁平表面，其於組裝時越過且與彈簧內相對的扁平柱塞尾部接觸。該彈簧具有壓在每一相對的柱塞上的末端線圈，以預防柱塞與彈簧分離，藉此相對於彈簧的每一端，固定柱塞接觸部與尾部。當彈簧被壓縮時，利用彈簧的自然扭矩移動，柱塞尾部的扁平表面在接觸總成的整個壓縮衝程期間維持接觸。相對的扁平區段之間的接觸，預防該彈簧的旋轉或扭轉移動，移轉至接觸部上的端部。對抗自然的扭轉強化了元件的電導度，接著增進了彈簧接觸總成的表現。彈簧亦可具有沿著彈簧的長度縮減直徑的線圈區段，更限制該柱塞尾部且增強兩柱塞之間的相互作用，或者在彈簧中藉由外加一補償線圈區段，產生更進一步的偏壓效果。

每一形成大致圓柱狀之柱塞係藉由車床、螺旋壓機、 或其他類似的製造設備處理。形成大致扁平狀之柱塞係藉由沖壓成型、蝕刻、光微影刷或其他類似的製造技術，以創造實質上二維的幾何圖形。

每一圓探針與扁平探針的型態皆具有其優點與缺點。因此，需要一種結合兩種類型的探針之優點的混合式探針。

發明概要

本發明係著重於一彈簧接觸總成，其具有一扁平柱塞、一圓柱筒與一壓縮彈簧，其中該柱塞具有一用以改良與該筒接觸的偏壓特徵。接觸端部可具有包括波隆那臘腸(bologna)狀切割端部之多數型態。可將微掃刷件特徵加入於柱塞、筒，或作為附加元件，以改良柱塞與筒之間的內部接觸。該彈簧具有可協助在筒內偏壓柱塞的末端線圈。

筒被形成適用於車床、螺旋壓機、或深衝壓製造設備之大致圓柱狀。柱塞被形成適用於沖壓成型、蝕刻、雷射切割、電鑄、微澆鑄、光微影術或其他用於產生實質二維幾何圖形的類似製造技術之大致扁平狀。與該扁平柱塞合併的接觸端部，可為波隆那臘腸(bologna)狀，意思為從側面至側面與從上至下皆為曲線，具有接觸尖頭、叉狀設計、尖頂的、或具有單一或雙微彈簧。柱塞上的微掃刷件為切入柱塞的側面的槽，以產生一與筒接合的撓性凸緣。附加的微掃刷件元件可為一線體、彈簧、夾件、或其他插入物。

參照以下的詳細說明結合圖式，本發明的此等與其他態樣將可被更充分地理解。

圖式簡單說明

第1A圖為本發明之彈簧接觸總成的剖面圖；第1B圖為第1圖的彈簧接觸總成另一剖面圖；第2圖為本發明之一可選擇之彈簧接觸總成的剖面圖第3圖為本發明之另一可選擇實施例的彈簧接觸總成的剖面圖；第4A圖為第1A圖之彈簧接觸總成的另一可選擇之接觸端部設計的詳細圖；第4B圖為另一可選擇之接觸端部設計的詳細圖；第4C圖為另一可選擇之接觸端部設計的詳細圖；第4D圖為另一可選擇之接觸端部設計的詳細圖；第4E圖為另一可選擇之接觸端部設計的詳細圖；第5圖為本發明之另一可選擇之彈簧接觸總成之剖面圖；第6A圖為本發明另一可選擇之彈簧接觸總成之剖面圖；第6B圖為第6A圖的彈簧接觸總成之另一剖面圖；第7A圖為本發明另一可選擇之實施例之彈簧接觸總成之剖面圖；第7B圖為第7A圖的彈簧接觸總成之另一剖面圖；第8A圖為本發明之另一可選擇的彈簧接觸總成的剖面圖；以及第8B圖為第8A圖的彈簧接觸總成之另一剖面圖。

本發明之詳細說明

第1A圖與第1B圖例示說明本發明的一示範彈簧接觸總成10。彈簧接觸總成10包括部分定位於一筒14內的柱塞12。柱塞12具有一扁平型態，且具有保持於該管狀筒14內的寬部16。圓形壓縮彈簧18定位於管狀筒內，界於筒的封閉端20與柱塞的寬部16之端部22之間。柱塞的寬部16可滑動地接合筒的內表面。藉由在筒的相對端20之一端的皺折24或末尾部，使寬軸承部保持在筒內。皺折24替柱塞12界定出一個使其延伸出且可被壓縮入筒的開口。柱塞12通常被彈簧向外偏壓至一選定距離，且可在直接對抗彈簧的力之下，被向內地壓入筒內。

如第1B圖所示，筒可具有複數個沿著筒的一部分之導引皺折26，以供在柱塞12被壓縮入筒時，協助導引柱塞12。柱塞12可具有一定位於該柱塞的一端上的彈簧片28，用以接收末端線圈30。在柱塞的相反端為一接觸端部32，其在水平與垂直方向皆具有圓形表面。該圓形表面一般需要第二機械加工操作，以製造X與Y方向的圓形表面。在X與Y方向具有圓形表面的接觸端部32，被稱為「波隆那臘腸(bologna)形式」切端部。

第2圖例示說明一可選擇的混合式彈簧探針34，除了偏壓圓彈簧35被定位於鄰近扁平柱塞38的圓柱筒36內，其類似於彈簧探針10。彈簧35具有逐漸減小的末端線圈區段40與42，當其壓抵筒36的端部44且壓抵柱塞38的角狀端部面46按壓時，提供對抗柱塞一側向或橫斜向偏壓力，以改良 柱塞與筒之間的電性接觸。如第1圖，筒36包括一用以維持筒於柱塞內部之圓形末尾或皺折24。替代地，顯示於第1A圖、第1B圖與第2圖的彈簧接觸總成，可包括一用以替代壓縮彈簧18或壓縮彈簧35的可選擇之用於壓縮的裝置。

用於壓縮的裝置可來自柱塞本身，其包括複數個蜿蜒撓曲的橫桿，從柱塞的寬部16延伸至筒的封閉端20。蜿蜒撓曲的橫桿的細節，例示於申請人的美國專利號第5,865,641號，其中的揭露併入於本文中以供參考。

第3圖為一例示筒50的端部之可選擇的末尾部48的詳細圖，其為匹配柱塞52扁平型態的方形型態。方形皺折或末尾48改良導引柱塞進出該筒，且改良筒與柱塞之間的內部接觸。

第1圖至第3圖例示波隆那臘腸(bologna)形式的端部型態，然而，可考慮其他端部型態，其中第4A圖例示在端部之任一側具有波紋56的波隆那臘腸(bologna)形式端部54，其中外部被移除。第4B圖例示一叉型端部58，其中該端部的中央部被移除，因而產生柱塞之兩接觸點60與62予柱塞。第4C圖例示波隆那臘腸(bologna)形式之切割接觸端部64，其已被改良為具有一尖銳端部66。第4D圖例示一微彈簧端部68，用以使端部具撓性，且可具有沿著柱塞74的中心線72位於微彈簧68上的接觸尖頭70，第4E圖例示一雙微彈簧端部76，具有第一彈簧區段78與第二彈簧區段80。雙微彈簧端部76使接觸端部更具有撓性，用以接觸待測位置。雖然多種接觸端部形式已於此例示，可理解本發明預 期到更多的幾何圖形。

第5圖例示本發明的另一可選擇之彈簧接觸總成82，其中柱塞84包括一用以改良與該筒88電性接觸的偏壓掃刷件86。偏壓掃刷件86實質上為一具有一擴大頭部90的突緣，其係藉由沿著該柱塞的中心線94切割一管道或溝槽92來形成，且移除該突緣的外部96以產生該擴大頭部。該管道或溝槽92容許該突緣8與該擴大頭部具有撓性，以供於壓縮該柱塞期間改良與筒的內表面之接觸。顯示於圖式的該多種型態的柱塞可併入任何柱塞型態，例如第5圖中的該筒，例示一用以保持該壓縮彈簧100的末端線圈98之彈簧片96，然而柱塞的尾端可具有一角狀表面，而非如第2圖所示的彈簧片。彈簧探針82的型態可包括筒導引皺折、圓或方形尾端與任何例示的接觸端部型態。

其他改良該筒與該柱塞之間電性接觸的方法例示於第6圖至第8圖。特別是第6A圖與第6B圖例示一插入成型線體掃刷件102，其實質上為U型線體，其穿過柱塞106中的通孔104而定位，該掃刷件係以可接合筒110的內表面108之尺寸與大小來製造。線體掃刷件102亦輔助導引柱塞於筒110中，且確保柱塞與筒之間的電性接觸。第7A圖與第7B圖例示一夾式掃刷件112，其為一個穿過柱塞116中的通孔114的V型夾，類似線體掃刷件102地接合該筒120的內表面118。夾式掃刷件112導引柱塞116於筒120中，且確保該等元件之間的電性接觸。彈簧掃刷件124於壓縮入該筒的期間導引該柱塞，並確保兩元件間良好的電性接觸。線體掃刷件102與 夾式掃刷件112與柱塞於筒中移動，而第8A圖與第8B圖例示一彈簧掃刷件122，其為靜止的且被插入筒126的開放端部124，鄰近並接合柱塞128。彈簧掃刷件124於壓縮進入筒期間導引柱塞，且確保兩元件間良好的電性接觸。

雖然本發明已描述例示說明數個相關的實施例，可以理解本發明不限於此，且在後文中本發明所請求的完整所欲範圍中，可以進行變化與改良。

10‧‧‧彈簧接觸總成

12‧‧‧柱塞

14‧‧‧筒

16‧‧‧寬部

18‧‧‧壓縮彈簧

20‧‧‧封閉端

22‧‧‧端部

24‧‧‧皺折

26‧‧‧皺折

28‧‧‧彈簧片

30‧‧‧末端線圈

32‧‧‧接觸端部

34‧‧‧彈簧探針

35‧‧‧彈簧

36‧‧‧圓柱筒

38‧‧‧扁平柱塞

40、42‧‧‧區塊

44‧‧‧端部

46‧‧‧角狀端部面

48‧‧‧末尾

54‧‧‧粗圓式樣端部

56‧‧‧漣漪

58‧‧‧叉型端部

60、62‧‧‧接觸點

64‧‧‧鈍圓切割接觸端部

66‧‧‧尖銳端部

68‧‧‧微彈簧

70‧‧‧接觸尖頭

72‧‧‧中心線

76‧‧‧雙微彈簧端部

78‧‧‧第一彈簧區塊

80‧‧‧第二彈簧區塊

82‧‧‧彈簧接觸總成

84‧‧‧柱塞

86‧‧‧偏壓掃刷件

88‧‧‧筒

90‧‧‧展開頭部

92‧‧‧溝槽

94‧‧‧中心線

96‧‧‧外部

96‧‧‧彈簧片

98‧‧‧末端線圈

100‧‧‧壓縮彈簧

102‧‧‧線體掃刷件

104‧‧‧通孔

106‧‧‧柱塞

108‧‧‧內表面

110‧‧‧筒

112‧‧‧夾式掃刷件

114‧‧‧通孔

116‧‧‧柱塞

118‧‧‧內表面

120‧‧‧筒

122‧‧‧彈簧掃刷件

124‧‧‧開放端部

126‧‧‧筒

128‧‧‧柱塞

第1A圖為本發明之彈簧接觸總成的剖面圖；第1B圖為第1圖的彈簧接觸總成另一剖面圖；第2圖為本發明之一可選擇之彈簧接觸總成的剖面圖第3圖為本發明之另一可選擇實施例的彈簧接觸總成的剖面圖；第4A圖為第1A圖之彈簧接觸總成的另一可選擇之接觸端部設計的詳細圖；第4B圖為另一可選擇之接觸端部設計的詳細圖；第4C圖為另一可選擇之接觸端部設計的詳細圖；第4D圖為另一可選擇之接觸端部設計的詳細圖；第4E圖為另一可選擇之接觸端部設計的詳細圖；第5圖為本發明之另一可選擇之彈簧接觸總成之剖面圖；第6A圖為本發明另一可選擇之彈簧接觸總成之剖面圖；第6B圖為第6A圖的彈簧接觸總成之另一剖面圖； 第7A圖為本發明另一可選擇之實施例之彈簧接觸總成之剖面圖；第7B圖為第7A圖的彈簧接觸總成之另一剖面圖；第8A圖為本發明之另一可選擇的彈簧接觸總成的剖面圖；以及第8B圖為第8A圖的彈簧接觸總成之另一剖面圖。

10‧‧‧彈簧接觸總成

12‧‧‧柱塞

14‧‧‧筒

16‧‧‧寬部

18‧‧‧壓縮彈簧

20‧‧‧封閉端

22‧‧‧端部

28‧‧‧彈簧片

30‧‧‧末端線圈

32‧‧‧接觸端部

Claims (21)

1. 一種順應接觸總成，包含：一非圓柱形扁平柱塞；一圓柱筒，用以接收至少一部份的該柱塞；以及用於在該筒內偏壓該柱塞之裝置；其中該柱塞的最大截面積佔據該筒的最大截面積之至多72%，而該筒的最大截面積係由該筒之一內部直徑界定。
2. 如申請專利範圍第1項之總成，其中該用於在該筒內偏壓該柱塞的裝置為一壓縮彈簧。
3. 如申請專利範圍第2項之總成，其中該用於偏壓該柱塞的該裝置進一步包含於該筒內之該柱塞一端上之一角狀表面。
4. 如申請專利範圍第3項之總成，其中該壓縮彈簧具有較小直徑的末端線圈。
5. 如申請專利範圍第1項之總成，其中該筒具有沿著該筒的長度之至少一導引皺折，以供於該接觸總成的壓縮期間，導引該柱塞進入該筒。
6. 如申請專利範圍第1項之總成，其中該筒在鄰近該柱塞之該筒的一端上具有方型末尾。
7. 如申請專利範圍第1項之總成，其中該柱塞具有一於側向與縱向上皆呈彎曲的接觸端部。
8. 如申請專利範圍第1項之總成，其中該柱塞具有一波紋狀接觸端部。
9. 如申請專利範圍第1項之總成，其中該柱塞具有叉狀接觸端部。
10. 如申請專利範圍第7項之總成，其中該接觸點端部為尖頭的。
11. 如申請專利範圍第1項之總成，其中該柱塞具有一微彈簧接觸端部。
12. 如申請專利範圍第1項之總成，其中用於偏壓該柱塞的該裝置為在該筒內之一位置處形成於該柱塞上的一掃刷件(wiper)。
13. 如申請專利範圍第1項之總成，其中用於偏壓該柱塞的該裝置為在該筒內附接至該柱塞之至少一線體掃刷件。
14. 如申請專利範圍第1項之總成，其中用於偏壓該柱塞的該裝置為在該筒內附接至該柱塞之至少一夾式掃刷件。
15. 如申請專利範圍第1項之總成，其中用於偏壓該柱塞的該裝置為定位在該筒的一端中圍繞著該柱塞之彈簧掃刷件。
16. 一種彈簧探針，包含：一扁平接觸構件，其沿著該扁平接觸構件的全長為實質上扁平；一用以接收至少該扁平接觸構件的一部分之圓柱筒；用於在該筒內偏壓該扁平接觸構件的第一裝置；以及用於在該筒內偏壓該扁平接觸構件的該部分抵靠 該筒的第二裝置。
17. 如申請專利範圍第16項之探針，其中用於在該筒內偏壓該扁平接觸構件的該第一裝置為一壓縮彈簧。
18. 如申請專利範圍第16項之探針，其中用於偏壓該扁平接觸構件抵靠該筒的該第二裝置為在該筒內之一位置處形成於該扁平接觸構件上的一掃刷件。
19. 如申請專利範圍第16項之探針，其中用於偏壓該扁平接觸構件抵靠該筒的該第二裝置為在該筒內附接於該扁平接觸構件之一掃刷件。
20. 如申請專利範圍第16項之探針，其中用於偏壓該扁平接觸構件抵靠該筒的該第二裝置為定位於該筒的一端上鄰近該扁平接觸構件的一掃刷件。
21. 如申請專利範圍第16項之探針，其中用於在該筒內偏壓該扁平接觸構件的該第一裝置為在該圓柱筒內於該扁平接觸構件上的複數個蜿蜒撓曲的橫桿。