TWI671529B - 具有壓縮性彈簧組件的接觸探針 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種具有壓縮性彈簧組件的接觸探針，能夠在不影響彈簧壽命的情況下獲得高的彈簧力。該具有壓縮性彈簧組件的接觸探針包含：一活塞筒、一第一柱塞、一第二柱塞及一壓縮性彈簧組件，該壓縮性彈簧組件包括至少一內壓彈簧及至少一外壓彈簧，該至少一內壓彈簧具有一第一繞組方向，該至少一外壓彈簧具有一第二繞組方向，其中該第一繞組方向不同於該第二繞組方向。

Description

具有壓縮性彈簧組件的接觸探針

本發明提供一種具有壓縮性彈簧組件的接觸探針，能夠在不影響彈簧壽命的情況下獲得較高的彈簧力。該接觸探針包括一活塞筒、一第一柱塞、一第二柱塞與一壓縮性彈簧組件，該壓縮性彈簧組件包括至少一內壓彈簧和至少一外壓彈簧，該至少一內壓彈簧具有一第一繞組方向，該至少一外壓彈簧具有一第二繞組方向，其中該第一繞組方向不同於該第二繞組方向。

接觸探針用於測試插座或測試接觸器，以提供測試電路板與被測試設備(DUT)，如電子封裝設備之間的電性連結。彈簧接觸探針用於提供電性連結的電介面在現有技術中是眾所周知的。通常，彈簧接觸探針包括一圓柱形活塞筒、一柱塞及一彈簧，其中，該彈簧與該柱塞設於該圓柱形活塞筒內，然後，該彈簧接觸探針組裝到測試插座或接觸器中。

在DUT的電氣測試中，該柱塞沿該圓柱形活塞筒軸向滑動，該彈簧被壓縮，從而使該柱塞與相應的接觸元件接觸。接觸探針的一端與DUT的接觸點電性接觸，而接觸探針的另一端與測試設備的電路板接觸，測量是根據預定的參數和規格進行。

在大批量生產試驗環境中，低而穩定的接觸阻力要求有高的彈簧力。然而，傳統的單彈簧設計在彈簧特性方面具有局限性。增加彈簧力會縮短彈簧的預期壽命。例如，在期望的工作行程條件下，該柱塞將單個彈簧壓縮至期望的工作行程，以獲得所需的彈簧力。在工作行程中，預載入彈簧力約為所需彈簧力的50%，彈簧壽命約為100,000週期，對接觸探針來說，100,000週期的彈簧壽命是不夠的。如果可能的話，彈簧的設計壽命約為1,000,000週期，或者可以增加彈簧的長度以延長彈簧的壽命，但是在電氣測試中，高頻寬的要求會受到影響，因此，接觸探針的長度必須保持最小，以避免高頻信號的衰減。然而，在不影響彈簧力和壽命的情況下，設計一個短的接觸探針是一個挑戰，另一方面，由於使用短針，測試插座的厚度也變薄，基於這個原因，當插座連接到負載板(PCB)上時，就會產生預加負荷使插座變形的問題，減少預加負荷也是使用短針的一個重要因素。

因此，具有能夠克服上述缺點的接觸探針將是非常有利的，本發明提供一種用於短針的具有壓縮性彈簧組件的接觸探針，以達到所需的高彈簧力和高頻寬要求。

本發明的目的在於提供一種用於電氣測試的具有壓縮性彈簧組件的接觸探針。

本發明的另一個目的是在提供一種具有雙彈簧設計的接觸探針。

本發明的另一個目的是在提供一種能夠滿足高銷力的接觸探針。

本發明的另一個目的是在提供一種能夠達到高頻寬要求的短長度的接觸探針。

本發明的另一個目的是在提供一種具有改進的彈簧壽命的接觸探針。

本發明的另一個目的是在提供一種適於大規模生產測試環境的接觸探針。

本發明的另一個目的是在根據所需的應用提供一種具有所需彈簧力的接觸探針。

基於對本發明的詳細描述或本發明的實際應用，本發明的附加目的將變得明顯。

為達前述目的，本發明係一種具有壓縮性彈簧組件的接觸探針，包含：

一活塞筒，具有一第一端、一第二端、及一從該第一端延伸到該第二端的通孔；

一第一柱塞，設於該第一端；

一第二柱塞，設於該第二端；以及

一壓縮性彈簧組件，設於該活塞筒，其特徵在於：

該壓縮性彈簧組件包含至少兩彈簧，其中該至少兩彈簧包括至少一內壓彈簧、及至少一外壓彈簧。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例。並配合所附圖式作詳細說明如下。

有關於本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

本發明涉及一種用於測試插座和接觸器的接觸探針(100)，用於提供電子測試設備與被測試電子封裝設備等電子部件之間的電性接觸。更具體地說，本發明涉及一種具有壓縮性彈簧組件(300)的接觸探針(100)，它能夠在不影響彈簧壽命的情況下獲得高彈簧力。

請參見圖1A所示，為本發明該接觸探針(100)的側視圖，進一步參見圖1B所示，為本發明該接觸探針(100)的剖視圖。該接觸探針(100)包括一活塞筒(200)，一第一柱塞(400)，一第二柱塞(450)和一壓縮性彈簧組件(300)。圖2至圖4為該活塞筒(200)、該壓縮性彈簧組件(300)、該第一柱塞(400)及該第二柱塞(450)的側視和透視圖。該接觸探針(100)的長度約為1毫米至4毫米。在一個示例性實施例中，該接觸探針(100)可以在約0.4毫米的BGA應用中約為2毫米的長度，對於0.4毫米螺距的BGA應用，該接觸探針(100)的長度約為2毫米，該接觸探針(100)的尺寸可以在不偏離本發明的範圍的情況下從本發明的一個實施例變化到另一個實施例。

請參見圖2A和2B所示，該活塞筒(200)為一圓柱形殼體(201)且具有一第一端(203)，一第二端(205)及一從該第一端(203)延伸到該第二端(205)的通孔(207)。該活塞筒(200)的第一端(203)用於容納該第一柱塞(400)，該活塞筒(200)的第二端(205)用於容納該第二柱塞(450)，該活塞筒(200)的通孔(207)用於容納該壓縮性彈簧組件(300)。

請參見圖3A至3D所示，該壓縮性彈簧組件(300)包括至少兩個彈簧，其中，該兩個彈簧包括至少一個內壓彈簧(301)(如圖3A和3B所示)和至少一個外壓彈簧(303)(如圖3C和3D所示)，該內壓彈簧(301)與該外壓彈簧(303)設於該活塞筒(200)內。在本發明的一個實施例中，該外壓彈簧(303)的鋼絲直徑和彈簧力大於該內壓彈簧(301)的鋼絲直徑和彈簧力，該內壓彈簧(301)的直徑小於該外壓彈簧(303)的直徑，使得該內壓彈簧(301)可安裝於該外壓彈簧(303)內。彈簧可由導電材料製成，如琴用鋼絲或不銹鋼絲。壓縮彈簧的設計，例如線圈的總數、長度、形狀等，可以改變，以便為不同的試驗應用提供不同的壓縮量和彈簧力。

請參見圖4A和4B所示，該第一柱塞(400)具有一第一接觸部(401)，一延伸部(403)，一肩部(405)和一錐形部(407)，該第一柱塞(400)可滑動地設於該活塞筒(200)的第一端(203)內，使其相對於該活塞筒(200)縱向移動，該第一柱塞(400)的錐形部(407)與該壓縮彈簧的一端嚙合，該第一接觸部(401)在電氣測試期間與外部電路元件嚙合，例如：電路板墊，該錐形部(407)的直徑必須基本上等於或小於該外壓彈簧(303)的內徑，該肩部(405)的直徑略小於該活塞筒(200)的內徑。

該第二柱塞(450)如圖4C和圖4D所示。該第二柱塞(450)具有一第二接觸部(451)和一連接部(453)。該第二柱塞(450)設於該活塞筒(200)的第二端(205)，其中，該連接部(453)與該壓縮彈簧的另一端嚙合，該第二接觸部(451)在測試期間與電子封裝設備的接觸元件嚙合。圖4C和圖4D所示該第二柱塞(450)的第二接觸部(451)為球柵陣列(BGA)和四平無引線(QFN)測試用四點冠，其他類型的接觸部包括9點冠、針狀等，接觸部的形狀可選擇為適於特定的應用，應當理解，上面列出的接觸部的類型僅用於說明目的，而不作為限制。該第一柱塞(400)被配置成在操作過程中縮進該活塞筒(200)並自該活塞筒(200)延伸，以允許該接觸探針(100)相對於外部元件移動，同時仍確保該第一柱塞(400)與該第二柱塞(450)之間的電連續性，即使該第一柱塞(400)與該第二柱塞(450)都是可移動的，本發明也是成立的。

請參見圖5所示，為本發明該接觸探針(100)的部分剖視圖。該內壓彈簧(301)和該外壓彈簧(303)設於該活塞筒(200)內，該外壓彈簧(303)集中設置於該內壓彈簧(301)周圍，該內壓彈簧(301)具有一第一繞組方向，該外壓彈簧(303)具有一第二繞組方向，該第一繞組方向與該第二繞組方向的方向不同，以防止該內壓彈簧(301)和該外壓彈簧(303)發生纏繞。在本發明的實施例中，該內壓彈簧(301)為順時針彈簧，該外壓彈簧(303)為逆時針彈簧，反之亦然。

請參見圖6A至6C為本發明第一實施例中該接觸探針(100)的部分剖視圖，其中該壓縮性彈簧組件(300)處於三種不同的狀態。圖6A所示，該壓縮性彈簧組件(300)處於向該壓縮性彈簧組件(300)施加小力的裝配狀態，該第一柱塞(400)的錐形部(407)與該內壓彈簧(301)接觸，該第一柱塞(400)的肩部(405)與該外壓彈簧(303)接觸，圖6B顯示了預載入行程狀態下的該接觸探針(100)。該內壓彈簧(301)和該外壓彈簧(303)都由該第一柱塞(400)壓縮，直到預定義的工作行程，從兩個彈簧中獲得了預加載彈簧力。圖6C顯示了所需工作行程條件下的該接觸探針(100)，所期望的彈簧力從該內壓彈簧（301）和該外壓彈簧（303）獲得，兩個彈簧都被該第一柱塞(400)壓縮，直到所需的工作行程。圖7顯示本發明第一實施例中該壓縮性彈簧組件(300)的彈簧力與壓縮行程曲線，根據該曲線，通過使用本發明的該壓縮性彈簧組件（300）獲得期望的高彈簧力，該外壓彈簧（303）的壽命週期比傳統的單彈簧設計長，這是因為在期望的工作行程中的彈簧力小於傳統的單彈簧設計，與傳統的單彈簧設計相比，該內壓彈簧(301)的壽命週期有所增加，在工作行程條件下，預加載彈簧力約為所需彈簧力的50%，然而，彈簧的壽命超過1,000,000週期是可以實現的。

請參見圖8A至8C為本發明第二實施例中該接觸探針(100)的部分剖視圖，其中該壓縮性彈簧組件(300)處於三種不同的狀態。與第一實施例中的該外壓彈簧（303）相比，第二實施例中使用的該外壓彈簧（303）的長度更短。圖8A顯示該壓縮性彈簧組件(300)處於對該外壓彈簧(303)不施加載荷且對該內壓彈簧(301)施加設定載荷的裝配狀態，該第一柱塞(400)的錐形部(407)與該內壓彈簧(301)接觸，該外壓彈簧(303)與該第一柱塞(400)有一定距離。圖8B顯示預壓行程條件下的該接觸探針(100)，該內壓彈簧(301)被該第一柱塞(400)壓縮，直到預定義的預壓工作行程，例如：在預壓工作行程為0.15毫米時，預加載彈簧力約為3.75gf。預加載彈簧力來自該內壓彈簧(301)，該外壓彈簧(303)僅與該第一柱塞(400)接觸。圖8C顯示在所期望的工作行程條件下的該接觸探針(100)，所期望的彈簧力從該內壓彈簧（301）和該外壓彈簧（303）獲得，兩個彈簧都被該第一柱塞(400)壓縮，直到所需的工作行程。在一個示例性實施例中，如果期望的工作行程為0.3毫米，所需的彈簧力約為30 gf。圖9顯示本發明的該壓縮性彈簧組件(300)的彈簧力與壓縮行程曲線，根據該曲線，通過使用本發明的該壓縮性彈簧組件（300）獲得期望的高彈簧力，該外壓彈簧(303)的壽命週期與傳統的單彈簧設計基本相同，但與傳統的單彈簧設計相比，該內壓彈簧（301）的壽命增加了，彈簧的總壽命與傳統的單彈簧設計基本相同，在工作行程條件下，預設彈簧力約為期望彈簧力的13%，其中預加載彈簧力在工作行程條件下約為所需彈簧力的55％，有利於減少77%的預載力，將傳統的單彈簧設計的預載力降低77%是有好處的。

因此，通過本發明的接觸探針，可以在不影響彈簧力性能和壓縮彈簧的耐久性的情況下實現高頻寬要求。此外，通過減小預載入彈簧力，可以減少測試套筒的翹曲。

雖然本發明的優選實施例及其優點已在上述詳細說明中披露，但本發明並不局限於此，而僅限於所附權利要求的範圍。

接觸探針(100) 　　活塞筒(200) 　　圓柱形殼體(201) 　　第一端(203) 　　第二端(205) 　　通孔(207) 　　壓縮性彈簧組件(300) 　　內壓彈簧(301) 　　外壓彈簧(303) 　　第一柱塞(400) 　　第一接觸部(401) 　　延伸部(403) 　　肩部(405) 　　錐形部(407) 　　第二柱塞(450) 　　第二接觸部(451) 　　連接部(453)

圖1A為本發明接觸探針的側視圖。 圖1B為本發明接觸探針的剖視圖。 圖2A和2-B，統稱為圖2，為本發明活塞筒的側視和透視圖。 圖3A至3D，統稱為圖3，為本發明壓縮性彈簧組件的側視和透視圖。 圖4A至4D，統稱為圖4，為本發明柱塞的側視和透視圖。 圖5為本發明接觸探針的部分剖視圖。 圖6A至6C為本發明第一實施例中接觸探針的部分剖視圖，其中壓縮性彈 簧組件處於三種不同的狀態。 圖7為本發明第一實施例中壓縮性彈簧組件的彈簧力與壓縮行程曲線圖。 圖8A至8C為本發明第二實施例中接觸探針的部分剖視圖，其中壓縮性彈 簧組件處於三種不同的狀態。 圖9為本發明第二實施例中壓縮性彈簧組件的彈簧力與壓縮行程曲線圖。

Claims (6)

1. 一種具有壓縮性彈簧組件的接觸探針，包含：一活塞筒(200)，具有一第一端(203)、一第二端(205)、及一從該第一端(203)延伸到該第二端(205)的通孔(207)；一第一柱塞(400)，設於該第一端(203)；一第二柱塞(450)，設於該第二端(205)；以及一壓縮性彈簧組件(300)，設於該活塞筒(200)，其中：該壓縮性彈簧組件(300)包含至少兩彈簧，其中該至少兩彈簧包括至少一內壓彈簧(301)、及至少一外壓彈簧(303)，其中在預載入行程條件下，從該內壓彈簧(301)獲得預加載彈簧力。
2. 如請求項1所述之具有壓縮性彈簧組件的接觸探針，其中該外壓彈簧(303)集中設置於該內壓彈簧(301)的周圍。
3. 請求項1所述之具有壓縮性彈簧組件的接觸探針，其中該內壓彈簧(301)具有一第一繞組方向，該外壓彈簧(303)具有一第二繞組方向，該第一繞組方向與該一第二繞組方向不同。
4. 如請求項1所述之具有壓縮性彈簧組件的接觸探針，其中該外壓彈簧(303)的鋼絲直徑大於該內壓彈簧(301)的鋼絲直徑。
5. 如請求項1所述之具有壓縮性彈簧組件的接觸探針，其中該內壓彈簧(301)與該外壓彈簧(303)都由該第一柱塞(400)壓縮，直到一所需的工作行程。
6. 如請求項1所述之具有壓縮性彈簧組件的接觸探針，其中在期望的工作行程的條件下，從該內壓彈簧(301)與該外壓彈簧(303)中獲得所需的彈簧力。