TWI593972B - 介面連接裝置及應用其之垂直式探針卡組裝 - Google Patents

Description

介面連接裝置及應用其之垂直式探針卡組 裝

本發明是有關於一種介面連接裝置及應用其之垂直式探針卡組裝。

第11圖為繪示一種習知之垂直式探針卡4的爆炸示意圖。垂直式探針卡4包含印刷電路板40、導電膠片41、下框板42、電連接板43、上框板44，以及探頭45等組件。導電膠片41電性連接印刷電路板40，下框板42經對位後鎖固在印刷電路板40，電連接板43電性連接導電膠片41，上框板44亦是經對位後鎖固在印刷電路板40，探頭45具有複數個直立式的探針，各探針可依待測物排列，以電性連接電連接板43。

然而，上述的導電膠片41的缺點即在於可壓縮量太小，容易一邊已接觸，但另一邊卻呈現翹曲狀態，故無法吸收介面間的距離差異。並且，若導電膠片41有部份損壞了，還必須將導電膠片41自垂直式探針卡4拆下，需更換新的導電膠片41。 另外，目前還有一種以習知的彈簧針(pogo pin)取代上述導電膠片41作為介面連接的裝置，然而使用彈簧針的缺點是，若彈簧針的兩端至少一端與金屬外殼焊接或熔接的話，會有容易變形以及無法使用在微小間距的缺點。

有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可解決上述問題的介面連接裝置。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種介面連接裝置包含至少一導板、導電外殼以及彈簧針。導板具有穿孔。導電外殼設置於穿孔，並具有容置空間。彈簧針設置於容置空間，並與導電外殼可分離地滑動接觸。彈簧針呈中空狀並具有一壁厚，且此壁厚為4~15微米。

本發明另提出一種可解決上述問題的垂直式探針卡組裝。依據本發明之一實施方式，一種垂直式探針卡組裝包含電路板、空間轉換器以及上述的介面連接裝置。介面連接裝置設置於電路板與空間轉換器之間。彈簧針電性連接電路板與空間轉換器。

本發明再提出一種可解決上述問題的垂直式探針卡組裝。依據本發明之一實施方式，一種垂直式探針卡組裝包含電路板、介面連接裝置以及固接元件。介面連接裝置可分離地連接於電路板。介面連接裝置包含至少一導板、導電外殼以及彈簧針。導板具有穿孔。導電外殼設置於穿孔，並具有容置空間。彈簧針設置於容置空間，並與導電外殼可分離地滑動接 觸。彈簧針呈中空狀並具有壁厚，且壁厚為4~15微米。固接元件設置於電路板，用以固接導板。導電外殼係可滑動地設置於穿孔，並具有抵靠部，用以抵靠導板面向電路板的表面。導電外殼具有開放端以及封閉端。彈簧針係穿出開放端以接觸電路板，並且彈簧針係壓縮於電路板與封閉端之間。

1‧‧‧垂直式探針卡組裝

10‧‧‧電路板

12‧‧‧空間轉換器

14、34‧‧‧介面連接裝置

140‧‧‧導板

140a‧‧‧穿孔

142、342‧‧‧導電外殼

144‧‧‧彈簧針

144a‧‧‧管體

144a1‧‧‧彈簧結構

144a2‧‧‧接觸端

144a3‧‧‧簧片結構

144b‧‧‧第一鏤空部

342b‧‧‧封閉端

342b1‧‧‧接觸端點

342c‧‧‧抵靠部

36‧‧‧固接元件

C‧‧‧中心軸

E‧‧‧斜端面

P‧‧‧接觸端點

S‧‧‧容置空間

G‧‧‧間隙

4‧‧‧垂直式探針卡

40‧‧‧印刷電路板

41‧‧‧導電膠片

42‧‧‧下框板

144c‧‧‧第二鏤空部

15‧‧‧探針頭

16‧‧‧探針

342a‧‧‧開放端

43‧‧‧電連接板

44‧‧‧上框板

45‧‧‧探頭

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施方式能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為繪示本發明一實施方式之垂直式探針卡組裝的示意圖。

第2圖為繪示本發明一實施方式之垂直式探針卡組裝的局部剖視圖。

第3A圖為繪示本發明一實施方式之導電外殼與彈簧針的組合圖。

第3B圖為繪示第3A圖中之導電外殼與彈簧針的爆炸圖。

第4圖為繪示本發明一實施方式之彈簧針的局部立體圖。

第5圖為繪示第4圖中之彈簧針於導電外殼中的剖視圖。

第6圖為繪示本發明另一實施方式之彈簧針的局部立體圖。

第7圖為繪示第6圖中之彈簧針於導電外殼中的剖視圖。

第8圖為繪示本發明再一實施方式之彈簧針的局部立體圖。

第9圖為繪示本發明另一實施方式之垂直式探針卡組裝的局部剖視圖。

第10圖為繪示本發明再一實施方式之垂直式探針卡組裝的局部剖視圖。

第11圖為繪示一種習知之垂直式探針卡的爆炸示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參照第1圖以及第2圖。第1圖為繪示本發明一實施方式之垂直式探針卡組裝1的示意圖。第2圖為繪示本發明一實施方式之垂直式探針卡組裝1的局部剖視圖。

如第1圖與第2圖所示，於本實施方式中，垂直式探針卡組裝1包含電路板10、空間轉換器(space transformer)12以及介面連接裝置14。在此要說明的是，進一步，垂直式探針卡組裝1包含複數個探針16，這些探針16可以是一種藉由 線材經機械沖壓成形所產生的成形針、或是一種垂直挫屈針(vertical bucking probe)、或是一種彈簧針(pogo pin)或是一種藉由微機電(micro electro mechanical systems；MEMS)製程所產生的微機電探針(MEMS probe)等任何形式的探針，不應用以限制本發明。此外，這些探針16進一步亦可藉由一探針頭(probe head)15加以固定之，探針頭15為所屬技術領域中的習知技藝，在此容不贅述，亦不應用以限制本發明。介面連接裝置14設置於電路板10與空間轉換器12之間。介面連接裝置14包含複數個彈簧針144。彈簧針144用以直接電性連接電路板10與空間轉換器12。探針16設置於空間轉換器12相對於介面連接裝置14的另一側，而空間轉換器12用以使這些彈簧針144分別間接電性連接至這些探針16。因此，垂直式探針卡組裝1可藉由空間轉換器12來符合這些探針16對應待測物(device under test,DUT)上對應的電性接點的設置，進而可使這些探針16直接電性連接待測物上對應的電性接點。

請參照第3A圖以及第3B圖。第3A圖為繪示本發明一實施方式之導電外殼142與彈簧針144的組合圖。第3B圖為繪示第3A圖中之導電外殼142與彈簧針144的爆炸圖。

如第3A圖與第3B圖所示，並請配合參照第2圖，於本實施方式中，介面連接裝置14還包含導板140以及複數個導電外殼142(第2圖僅繪示一個作為示例)。導板140具有複數個穿孔140a(第2圖僅繪示一個作為示例)。每一導電外殼142設置於對應的穿孔140a，並具有容置空間S。每一彈簧針144設置於對應之導電外殼142的容置空間S，並與導電外殼142可 分離地滑動接觸(即兩者不相互固定)。彈簧針144用以接觸電路板10與空間轉換器12，此外，在不受力的狀態(即自由狀態)下導電外殼142的長度小於彈簧針144的長度。也就是說，在不受力的狀態(即自由狀態)下彈簧針144之總長係大於導電外殼142之總長。特別來說，彈簧針144呈中空狀並具有一壁厚，且此壁厚為4~15微米。壁厚設置為4~15微米的好處為在於微小間距(Fine Pitch)下仍可以保有足夠地機械承載力。此外，本實施方式採用使導電外殼142與彈簧針144不相互固定的作法，不僅可減少一道固定製程，例如：焊接、熔接製程的組裝成本，相較於習知的彈簧針需要利用焊接或熔接等製程將兩者相互固定的實施樣態，還可解決習知的彈簧針容易變形以及不能達到微小間距的缺點。

具體來說，彈簧針144包含管體144a。管體144a具有第一鏤空部144b。第一鏤空部144b螺旋環繞管體144a的中心軸C而形成於管體144a上。並且，在中心軸C的方向上，管體144a位於第一鏤空部144b兩端之間的部分形成可壓縮的彈簧結構144a1。此彈簧結構144a1可提供彈簧針144壓縮行程與彈簧力。此外，管體144a還具有兩接觸端144a2，分別用以電性連接電路板10與空間轉換器12。於本實施方式中，每一接觸端144a2具有兩接觸端點P，但本發明並不以此為限。

當然地，本發明之介面連接裝置14，亦可用以電性連接兩電路板，不應用以限制本發明。

於本發明的一個或多個實施方式中，上述的彈簧結構144a1為雷射加工結構。也就是說，管體144a與第一鏤空 部144b可藉由雷射加工製程而同時被製作完成，且彈簧結構144a1為管體144a在雷射加工，例如：雷射曝光或雷射雕刻等製程後具有可壓縮能力的部位。由此可知，相較於習知將針尖與針尾分別固定至彈簧兩端來製作彈簧針的複雜作法，本發明的彈簧針144不僅在結構顯得相對簡單，且僅需一道工即可同時製作出彈簧針144的兩接觸端144a2(即針尖、針尾)與彈簧結構144a1，因此，彈簧結構144a1本身並無其他的接觸接點。另外，需留意的是，彈簧結構144a1其截面形狀呈矩形(可參照第2圖)，本發明的介面連接裝置14，由於需要長期處於壓縮狀態，故選用截面形狀呈矩形的彈簧針144，相較於截面形狀呈圓形的習知的彈簧針來說，截面形狀呈矩形的彈簧結構144a1可儲存更多能量，且耐久壽命亦更長於截面形狀呈圓形的習知的彈簧針。

根據以上結構配置，當彈簧針144在電路板10與空間轉換器12之間傳遞電訊號時，由於彈簧針144與導電外殼142為可分離地滑動接觸，故不需要焊接或熔接，因此電訊號可直接走導電外殼142，可避免完全走較長的彈簧結構144a1的螺旋路徑，因此不僅可縮短電路傳導路徑，還可避免電訊號太大造成彈簧結構144a1的毀損，例如：燒毀，因此本發明的介面連接裝置14具有高耐電流的功效；此外，還可以避免如習知的彈簧探針般使用純螺旋結構之電感特性亦會影響電訊號傳遞頻寬。

於本發明的一個或多個實施方式中，位於管體144a的至少一接觸端144a2的接觸端點P數量為兩個，且這些 接觸端點P排列呈冠狀(crown)。然而，於實際應用中，接觸端144a2的接觸端點P數量並不以此為限，可依據實際需求而彈性地改變。

於本發明的一個或多個實施方式中，導板140數量可為複數。舉例來說，介面連接裝置14可包含複數個導板140疊合在一起，且各導板140上的穿孔140a係互相對位，以供對應之導電外殼142設置。

請參照第4圖以及第5圖。第4圖為繪示本發明一實施方式之彈簧針144的局部立體圖。第5圖為繪示第4圖中之彈簧針144於導電外殼142中的剖視圖。

如第4圖與第5圖所示，於本實施方式中，彈簧針144的管體144a的至少一接觸端144a2具有斜端面E。斜端面E係由管體144a的中心軸C的一側傾斜至另一側。並且，在中心軸C的方向上，接觸端點P係位於斜端面E上最遠離第一鏤空部144b(可參照第3B圖)之處。換句話說，接觸端點P相對於管體144a的中心軸C來說是偏心設置。因此，由第5圖可以清楚得知，當彈簧針144以接觸端144a2接觸電路板10或空間轉換器12時，例如：接觸端144a2沿著第5圖中之空心箭頭的方向受力，彈簧針144會因受力不均而側向抵靠導電外殼142的內壁，進而可使彈簧針144與導電外殼142之間更確實地電性接觸，使得電訊號可直接走導電外殼142，亦可以改變及縮短電路傳導路徑。

請參照第6圖以及第7圖。第6圖為繪示本發明另一實施方式之彈簧針144的局部立體圖。第7圖為繪示第6圖中之彈簧針144於導電外殼142中的剖視圖。

如第6圖與第7圖所示，於本實施方式中，彈簧針144的管體144a還具有第二鏤空部144c。彈簧針144還包含簧片結構144a3位於第二鏤空部144c並連接管體144a。簧片結構144a3係延伸遠離管體144a的中心軸C，且於置入於導電外殼142中時，簧片結構144a3可以抵接導電外殼142的內壁。藉由簧片結構144a3的設計，同樣可使彈簧針144與導電外殼142之間更確實地電性接觸，使得電訊號可直接走導電外殼142，亦可以改變及縮短電路傳導路徑。當然地，此簧片結構144a3可以分別設置於彈簧針144的兩接觸端144a2(即針尖、針尾)上，或擇一設置皆可，本發明並不以此為限。

請參照第8圖，其為繪示本發明再一實施方式之彈簧針144的局部立體圖。如第8圖所示，本實施方式的彈簧針144相較於第6圖所示之實施方式的彈簧針144的差異，在於第6圖所示之彈簧針144的簧片結構144a3係實質上係延伸遠離管體144a的中心軸C，而本實施方式的彈簧針144係實質上沿著環繞管體144a的中心軸C的方向延伸。需說明的是，本發明之簧片結構可根據實際需求，設計形狀、方向與設置處，只要該簧片結構係用來與導電外殼電性接觸即可，並不以上述之第6圖與第8圖之簧片結構144a3為限。需留意的是，彈簧結構144a1與簧片結構144a3係為相同材料且經過一次性加工而同時形成，例如：雷射曝光或雷射雕刻等製程。如此一來，可以 減少額外接觸接點的施作，因為若有額外接觸接點的話，該額外接觸接點的電阻值會被提高。

於本發明的一個或多個實施方式中，介面連接裝置14可進一步包含高導電薄膜塗層(圖未示)，此高導電薄膜塗層可藉由已知表面處理技術塗佈於導電外殼142的內壁、導電外殼142的外殼以及彈簧針144的表面，藉以降低導電外殼142與彈簧針144接觸時的電阻值，並可避免導電外殼142與彈簧針144氧化。

請參照第9圖，其為繪示本發明另一實施方式之垂直式探針卡組裝1的局部剖視圖。如第9圖所示，於本實施方式中，垂直式探針卡組裝1同樣包含電路板10、空間轉換器12、介面連接裝置34以及複數個探針16(配合參照第1圖與第2圖)。本實施方式的垂直式探針卡組裝1相較於第2圖所示之實施方式的垂直式探針卡組裝1的差異，在於本實施方式係針對介面連接裝置34的導電外殼342進行改良。

具體來說，本實施方式的導電外殼342具有開放端342a以及封閉端342b。彈簧針144的一接觸端144a2係穿出導電外殼342的開放端342a以接觸電路板10，且彈簧針144的另一接觸端144a2係經由導電外殼342的封閉端342b以電性連接空間轉換器12。進一步來說，本實施方式的垂直式探針卡組裝1還包含固接元件36。固接元件36設置於電路板10，用以固接介面連接裝置34的導板140。導電外殼342係可滑動地設置於導板140的穿孔140a，並具有抵靠部342c。導電外殼342的抵靠部342c係用以抵靠導板140面向電路板10的一表面。彈簧 針144係壓縮於電路板10與導電外殼342的封閉端342b之間。當導電外殼342的抵靠部342c抵靠導板140面向電路板10的表面時，導電外殼342的封閉端342b突出於穿孔140a外，因此可與空間轉換器12接觸，而彈簧針144的一接觸端144a2即可隔著封閉端342b電性連接空間轉換器12。

根據上述結構配置，即可在導板140與電路板10之間形成一間隙G，且當導電外殼342的封閉端342b接觸到空間轉換器12時，導電外殼342以及彈簧針144位於封閉端342b的另一接觸端144a2可同時被推擠而往上述間隙G移動。此外，由於導電外殼342可相對導板140滑動，並非相互固定，因此可更方便地拆裝介面連接裝置34內的各部元件。舉例來說，在拆卸時，只要將介面連接裝置34由固接元件36拆卸下來，介面連接裝置34的導板140、導電外殼342與彈簧針144三者就可輕易地分離，有利於維修人員進行元件的維修或更換。需特別說明的是，本發明中所指的封閉端，可以是指完全封閉的封閉端(請參照第9圖)，或者，也可以是指不完全封閉的封閉端，也就是說，只要可阻止對應的彈簧針穿出的封閉端即為本發明所指的封閉端。

於實際應用中，固接元件36可為任何一種可與電路板10相互固接的元件，例如：螺絲、螺栓或墊片等，但本發明並不以此為限。

於另一實施方式中，亦可將固接元件36設置於空間轉換器12，並將第9圖中之介面連接裝置34上下倒置。亦即，於本實施方式中，彈簧針144的一接觸端144a2係穿出導 電外殼342的開放端342a以接觸空間轉換器12，且彈簧針144的另一接觸端144a2係經由導電外殼342的封閉端342b以電性連接電路板10，同樣可達到利用介面連接裝置34電性連接電路板10與空間轉換器12的目的。

當然地，本發明之介面連接裝置34，亦可用以電性連接兩電路板，不應用以限制本發明。

請參照第10圖，其為繪示本發明再一實施方式之垂直式探針卡組裝1的局部剖視圖。如第10圖所示，本實施方式的垂直式探針卡組裝1相較於第9圖所示之實施方式的垂直式探針卡組裝1的差異，在於本實施方式的導電外殼342的封閉端342b的外側進一步包含複數個接觸端點342b1，用以與空間轉換器12電性接觸。於本實施方式中，這些接觸端點342b1呈冠狀，但本發明並不以此為限。當然同樣地，於另一實施方式中，亦可將第10圖中之介面連接裝置34上下倒置，亦即，導電外殼342的封閉端342b的外側進一步包含複數個接觸端點342b1，用以與電路板10電性接觸。

由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，本發明的介面連接裝置中的彈簧針，係採用由相同材料且經過一次性加工而同時形成的彈簧針裝入導電外殼而可以作為電路板與空間轉換器之間的介面連接裝置。特別來說，本發明的導電外殼與彈簧針採用不相互固定的作法不僅可減少組裝成本，相較於習知的彈簧針需要利用焊接或熔接等製程將兩者相互固定的實施樣態，還可解決習知的彈簧針容易變形以及不能達到微小間距的缺點。並且，本發明的彈簧針還透 過偏心的接觸端點設計或簧片結構設計，確保彈簧針於作動時能確實地接觸導電外殼的內壁，使得電訊號可直接走導電外殼，進而可以改變及縮短電路傳導路徑。以及，本發明的介面連接裝置可以根據實際需求，更換損壞的彈簧針，並不需要如習知的導電膠片般，需要重新更換一張新的導電膠片。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

142‧‧‧導電外殼

144‧‧‧彈簧針

144a‧‧‧管體

144a1‧‧‧彈簧結構

144a2‧‧‧接觸端

144b‧‧‧第一鏤空部

P‧‧‧接觸端點

S‧‧‧容置空間

Claims (18)

1. 一種介面連接裝置，包含：至少一導板，具有一穿孔；一導電外殼，設置於該穿孔，並具有一容置空間；以及一彈簧針，設置於該容置空間，並與該導電外殼可分離地滑動接觸，其中該彈簧針呈中空狀並具有一壁厚，且該壁厚為4~15微米，其中該彈簧針包含一管體，該管體具有一第一鏤空部，該第一鏤空部螺旋環繞該管體的一中心軸而形成於該管體上，並且在該中心軸的方向上，該管體位於該第一鏤空部兩端之間的部分形成可壓縮的一彈簧結構，該管體還具有兩接觸端，該些接觸端的至少一者突出在該導電外殼之外。
2. 如請求項第1項所述之介面連接裝置，其中該些接觸端至少其一具有至少一接觸端點。
3. 如請求項第2項所述之介面連接裝置，其中該至少一接觸端點的數量為複數，且該些接觸端點排列呈冠狀。
4. 如請求項第2項所述之介面連接裝置，其中該管體具有兩接觸端，該些接觸端至少其一具有一斜端面，該斜端面由該中心軸的一側傾斜至另一側，並且在該中心軸的方向上，該接觸端點係位於該斜端面上最遠離該第一鏤空部之處。
5. 如請求項第2項所述之介面連接裝置，其中該管體還具有一第二鏤空部，該彈簧針還包含一簧片結構位於該第二鏤空部並連接該管體，且該簧片結構係延伸遠離該中心軸並抵接該導電外殼的內壁。
6. 如請求項第5項所述之介面連接裝置，其中該彈簧結構與該簧片結構為相同材料且經過一次性加工而同時形成。
7. 如請求項第1項所述之介面連接裝置，其中該彈簧結構的截面形狀呈矩形。
8. 如請求項第1項所述之介面連接裝置，其中該導電外殼的長度小於該彈簧針的長度。
9. 一種垂直式探針卡組裝，包含：一電路板；一空間轉換器；以及一如請求項第1至8項任一所述之介面連接裝置，設置於該電路板與該空間轉換器之間，其中該彈簧針電性連接該電路板與該空間轉換器。
10. 如請求項第9項所述之垂直式探針卡組裝，進一步更包含複數個探針，該些探針位在該空間轉換器相對 於該介面連接裝置之另一側，其中該彈簧針電性連接該電路板、該空間轉換器與該些探針。
11. 如請求項第9項所述之垂直式探針卡組裝，其中該彈簧針之總長係大於該導電外殼之總長以接觸該電路板與該空間轉換器。
12. 如請求項第9項所述之垂直式探針卡組裝，其中該導電外殼具有一開放端以及一封閉端，該彈簧針係穿出該開放端以接觸該電路板，並經由該封閉端以電性連接該空間轉換器。
13. 如請求項第12項所述之垂直式探針卡組裝，還包含一固接元件，該固接元件設置於該電路板，用以固接該至少一導板，其中該導電外殼係可滑動地設置於該穿孔，並具有一抵靠部，用以抵靠該導板面向該電路板的一表面，並且該彈簧針係壓縮於該電路板與該封閉端之間。
14. 如請求項第13項所述之垂直式探針卡組裝，其中當該抵靠部抵靠該導板面向該電路板的該表面時，該封閉端突出於該穿孔外。
15. 一種垂直式探針卡組裝，包含：一電路板； 一介面連接裝置，可分離地連接於該電路板，其中該介面連接裝置包含：至少一導板，具有一穿孔；一導電外殼，設置於該穿孔，並具有一容置空間；以及一彈簧針，設置於該容置空間，並與該導電外殼可分離地滑動接觸，其中該彈簧針呈中空狀並具有一壁厚，且該壁厚為4~15微米；以及一固接元件，該固接元件設置於該電路板，用以固接該至少一導板，其中該導電外殼係可滑動地設置於該穿孔，並具有一抵靠部，用以抵靠該導板面向該電路板的一表面；其中該導電外殼具有一開放端以及一封閉端，該彈簧針係穿出該開放端以接觸該電路板，並且該彈簧針係壓縮於該電路板與該封閉端之間。
16. 如請求項第15項所述之垂直式探針卡組裝，其中當該抵靠部抵靠該導板面向該電路板的該表面時，該封閉端突出於該穿孔外。
17. 如請求項第15項所述之垂直式探針卡組裝，進一步更包含一空間轉換器，該介面連接裝置設置於該電路板與該空間轉換器之間，其中該彈簧針電性連接該電路板與該空間轉換器。
18. 如請求項第17項所述之垂直式探針卡組裝，進一步更包含複數個探針，該些探針位在該空間轉換器相對於該介面連接裝置之另一側，其中該彈簧針電性連接該電路板、該空間轉換器與該些探針。