專利名稱：具有柔性內互連件的電接觸探針的制作方法
技術領域：
001本發明涉及形成電互連件的電接觸探針，更具體地，涉及在裝
置的功能測試期間印刷電路板和集成電路組件或其它電路，諸如電子 模塊的外部引線之間的柔性電互連件。
背景技術：
002常規彈簧承載接觸探針一般包括可移動的柱塞、具有容納柱塞 的直徑增大段或支座的開口端的圓筒以及偏壓柱塞在圓筒內行程的彈 簧。柱塞支座可滑動地嚙合圓筒的內表面。增大的支座段由圓筒的開 口端附近的巻曲固定于圓筒內。
003柱塞一般由彈簧向外偏壓一選定的距離，且可在與彈簧方向相 反的力作用下向內偏壓或壓縮到圓筒內一選定的距離。逆著圓筒軸向 和側向偏壓柱塞避免柱塞和圓筒間出現虛開口或無接觸間斷點。柱塞 一般為實心，且包括在測試中接觸電裝置的頭部或尖端。圓筒也可包 括與圓筒的開口端位置相對的尖端。
004圓筒、柱塞和尖端形成被測試的電裝置和測試設備間的電互連
件，因而，它們由導電材料制造。 一般，探針插入穿過測試板或插座
厚度形成的空腔內。 一般，需測試的電裝置(諸如集成電路)的接觸 側與伸出測試板或測試插座的一側以保持逆著電裝置的彈簧壓力的柱
塞尖端有壓力接觸。連于測試設備的接觸板與伸出測試板或測試插座 的另一側的柱塞尖端接觸。測試設備發送測試信號至接觸板，信號經 測試探針互連件傳輸至正被測試的裝置。電裝置已被測試后，釋放彈 簧探針所施加的壓力，去除裝置與每個探針尖端的接觸。在常規系統 中，該壓力是通過將電裝置和探針彼此移開而釋放的，因而使得柱塞 在彈簧彈力的作用下向外遠離圓筒移動，直至柱塞的增大直徑的支座 嚙合圓筒的巻曲。
005制造常規彈簧探針的工藝包括分別制造壓縮彈簧、圓筒和柱塞。壓縮彈簧被巻繞并被熱處理以制造尺寸精確且彈簧彈力可控的彈簧。 柱塞一般在車床上被車削并被熱處理。圓筒有時也被熱處理。圓筒可 在車床上或通過深拉伸工藝制成。所有部件可經過電鍍工藝處理以增 加導電性。彈簧探針部件可人工或通過自動工藝組裝。探針的組裝工 藝為多步驟工藝。考慮到探針是大批制造的，減少制造探針所需設備 和步驟將大幅節約成本。
006測試集成電路板的一個重要方面在于它們是在高頻下被測試 的。因此，要求測試設備和集成電路之間的阻抗匹配以避免高頻信號 的衰減。由于在插座的相對小的區域內使用大量探針，探針間的間隔 是最小的，以保持阻抗匹配不可行。在這種情況下，為避免高頻信號 衰減，由探針形成的電互連件的長度必須保持為最小。使用當前的探 針，當互連件長度被最小化時，彈簧長度也最小，因而彈簧體積也最 小。
007彈簧的工作壽命以及彈簧所施加的力與彈簧體積成比例。因此， 對于給定彈簧的工作壽命和所需彈簧彈力，對彈簧體積的要求與避免 高頻信號衰減的對短彈簧長度的要求相反。由于彈簧的直徑受圓筒直 徑的限制，而圓筒直徑受測試插座內空腔的直徑限制，所以增加彈簧 體積以增加彈簧工作壽命以及彈簧彈力的唯一方法是增加圓筒總長。 但這樣做導致電互連件的探針長度增加，進而導致不希望的高頻信號 衰減。
008
一種可選類型的常規探針包括由彈簧分隔的兩個接觸尖端。每 個接觸尖端連接于彈簧末端。該類型的探針依靠其插入的測試板或插 座空腔的壁為橫向支承。該類型探針提供的電通路沿兩個接觸尖端間 的彈簧鋼絲螺旋向下。因此，該探針的電互連件長度較長，這在測試 集成電路時可導致高頻信號衰減。
009因此，需要減少探針的電互連件長度而不減少彈簧體積。另外， 需要增加彈簧體積而不減少彈簧柔性或增加電互連件長度。另外，需 要很容易地制造并組裝的探針。
發明內容
010本發明是一種具有柔性內互連件的改進的電接觸探針，設計它是為解決現有探針設計的缺點。本發明的目的是在裝置的功能測試期
間，在印刷電路板(PCB)和集成電路(IC)組件或其它電路，諸如電 子模塊的外部引線之間提供柔性的電互連件。本發明的探針包括兩個 移動裝配的導電部件，部件之間內具有一個或更多個導電柔性螺旋彈 簧或柔性的絕緣結構。互連件的柔性被最大化以允許互連件應用中的 機械公差。除最大化機械柔性之外，接觸的螺旋彈簧(多個)或柔性 的絕緣結構提供足夠的法向力至被測試的部件和PCB,目的是提供保持 穩定接觸電阻的電接觸。接觸的總長被最小化以最大化整個連接系統 的高頻響應，從而最小化電感并優化交流(AC)電傳輸通路。011使用彈簧作為柔性構件的許多柔性互連件設計也使用相同的彈 簧提供互連件的移動部件之間的偏壓力。 一些設計使用角支承面以在 組件的柔性沖程期間在各部分之間提供微小的偏移力。部件之間的偏 壓作用增進了它們之間的電連通性，但也常常影響組件可以提供至IC 和PCB的力，這樣降級了互連件。本發明提供了一種完全獨立于為被 測試的裝置提供觸點壓力的彈簧(多個)或柔性的絕緣結構的上下部 件之間的偏壓。本發明的探針包括彼此互連件的四個柔性懸臂。探針 沖程期間部件偏轉時，互鎖懸臂與其配合的臂始終緊密接觸，這是因 為懸臂被特別設計為相互之間具有少量干涉。該干涉使得懸臂垂直于 彈簧提供的力而稍稍偏轉。該設計使得即使部件被稍微旋轉并相互之 間成角度，該垂直懸臂法向力始終保持在每個臂上的至少一個點接觸。 通過確保始終保持緊密接觸，保持組件的一端至另一端的穩定接觸電 阻從而最大化探針的整個電路完整性。
012四個懸臂中每個懸臂的末端為小的互鎖突舌。在探針組裝期間， 突舌摩擦配合部件的突舌，因而使懸臂偏轉并使得部件卡合，將螺旋 線圈彈簧或柔性的絕緣結構固定于部件之間。 一旦在探針組裝工序后 彈簧被固定，則該彈簧保持有輕微壓力，該力在軸向方向施加給懸臂 的突舌。該力在組裝總長保持恒定的組件內保持預載。探針組件的互 鎖臂永久地固定于螺旋彈簧或柔性的絕緣結構的內徑內，且其幾何形 狀使得被組裝的部分的橫向運動不會移開鎖定突舌，因而探針是自已 固定的，不要求用外殼來將其固定在一起。
013圖1是本發明的電接觸探針的分解透視014圖2是圖1所示的探針處于展開位置的橫斷面視015圖3是圖1所示探針的處于壓縮位置的橫斷面視016圖4是裝于半導體測試接觸器的本發明的電接觸探針的透視017圖5是第一可選實施例的電接觸探針的分解透視018圖6是第二可選實施例的電接觸探針的分解透視019圖7是圖6所示的探針處于展開位置的透視020圖8是圖6所示的探針處于壓縮位置的透視021圖9是處于展開位置的第三可選實施例的電接觸探針的透視022圖10是圖9所示的探針處于壓縮位置的透視023圖11是第四可選實施例的電接觸探針的分解透視024圖12是第五可選實施例的電接觸探針的正視025圖13是第六可選實施例的電接觸探針的分解透視026圖14是圖13所示的探針處于開爾文(Kelvin)結構的透視圖。
具體實施例方式
027圖l一3示出了本發明的具有柔性的內互連件的電接觸探針10。 探針10包括兩個移動裝配的導電部件，即上部件或柱塞12以及下部 件或圓筒14，上部件12和下部件14之間有一個或更多個導電的柔性 螺旋彈簧16和18。互連件的柔性被最大化以允許互連件應用中的機械 公差。除最大化機械柔性之外，彈簧探針的螺旋彈簧或柔性的絕緣結 構提供足夠的法向力至其間放置有彈簧探針的被測試的單元和印刷電 路板，以提供保持穩定接觸電阻的電接觸。通過最小化電感并優化AC 電傳輸通路，接觸探針的總長被最小化，目的是最大化整個連接系統 的高頻響應。
028接觸探針10完全獨立于為被測試的單元提供觸點壓力的彈簧 或其它柔性的絕緣結構，在上部件12和下部件14之間提供偏壓。接 觸探針通過包括四個柔性的懸臂實現了該目的，即上部件12上的臂 20、 22以及下部件14上的臂24、 26。懸臂20、 22與懸臂24、 26互 鎖。在接觸探針的沖程期間上部件相對下部件的偏轉過程中，互鎖懸
8臂與其配合的懸臂始終緊密接觸，這是因為懸臂被特別設計為相互之 間具有少量的干涉。該干涉使得懸臂垂直于由彈簧提供的力稍微偏轉。 因為垂直懸臂法向力始終保持與每個臂上的至少一個點接觸，所以即 使上部件和下部件被稍微旋轉并相互彼此成角度，該設計也保持接觸。 通過確保該緊密接觸被保持，通過保持組件的一端至另一端的穩定接 觸電阻從而最大化探針的整個電路完整性。
029每個懸臂的末端放置有小的互鎖突舌28。在探針組裝期間，突 舌摩擦配合部件的突舌，因而偏轉懸臂并使得部件卡合，將螺旋線圈 彈簧或其它柔性的絕緣結構固定于部件之間。 一旦在探針組裝工序后 彈簧被固定，則彈簧保持輕微壓力，該壓力在軸向方向上施加給懸臂 上的突舌。該力在組裝總長保持恒定的組件內保持預載。組件的互鎖 懸臂被永久地固定于螺旋彈簧或柔性的絕緣結構的內徑內，并且其幾 何形狀使得被組裝的部分的橫向運動不會移開鎖定突舌，因而接觸探 針是自己固定的，不要求用外殼來將其固定在一起。
030上部件12的探針尖端30具有與被測試的集成電路或單元接觸 的V形缺口。探針尖端30從肩部32向上延伸，懸臂20、 22從肩部32 向下延伸。肩部32包括接收彈簧16、 18的末端線圈的彈簧定心缺口 34。如前所述，懸臂20、 22分別具有嚙合下部件14的互鎖突舌28的 錐形表面36、 38。下部件14包括嚙合上部件12的互鎖突舌28的錐形 表面40、 42。同樣，下部件14具有嚙合印刷電路板的探針尖端44。 探針尖端44從肩部46向下延伸，懸臂24、 26從肩部46向上延伸。 肩部46也包括接收彈簧16、 18的底端線圈的彈簧定心缺口 48。肩部 46也具有用于懸臂20、 22的末端的止動表面50。同樣，上部件12的 肩部32具有用于懸臂24、 26的末端的止動表面52，這在圖3中可清 楚看出。
031如圖4所示，多個電接觸探針10位于半導體測試接觸器54內 以在集成電路組件的功能測試期間在印刷電路板56和集成電路組件 60或其它電路的外部引線58之間提供柔性的電互連件。互鎖的上部件 12和下部件14由二維剖面構造，其給定厚度取決于特定應用以及被測 試的測試單元。互鎖懸臂在探針的完全啟動沖程期間稍有彎曲，從而 使得上下部件緊密接觸并確保保持一致的電阻。懸臂上的微小錐度確保在正常工作期間因壓縮探針使得接觸更緊密。接觸探針可適應一個 或更多個彈簧或其它柔性的絕緣平行結構，從而使得可獲得最佳電穩 定性的所需觸點壓力，同時最小化互連件總長。
032圖5示出了本發明的第一可選實施例的接觸探針62。接觸探針 62包括上部件64和下部件66以及單個柔性彈簧68。上部件64具有 兩個懸臂70、 72，每個懸臂的末端具有互鎖突舌74。同樣，下部件66 也具有兩個懸臂76、 78，每個懸臂的末端具有互鎖突舌80。在此實施 例中，上部件64和下部件66被相互垂直設置，使得懸臂70、 72夾住 下部件66，懸臂76、 78夾住上部件64。上部件64包括擋塊82，下部 件66包括擋塊84以固定彈簧68。
033圖6 — 8示出另一可選實施例的接觸探針86。接觸探針86包括 上部件88和下部件90以及拉伸螺旋線圈彈簧92，而不是壓縮彈簧。 當接觸探針86被偏轉時，彈簧92被拉伸。通過將拉伸彈簧形成的末 端94分別對準上部件88和下部件90的懸臂98、 100、 102和104上 形成的槽口96內，壓縮彈簧被固定至上部件和下部件。
034圖9和IO示出了本發明的又一可選實施例的接觸探針106。接 觸探針106具有上部件108和下部件110以及雙壓縮彈簧112、 114。 上部件108和下部件110均具有伸入壓縮彈簧112、 114的內徑內以將 彈簧中心定位在接觸探針上的凸緣116。上部件108和下部件110通過 不位于彈簧內徑內而是處于探針中心區域的一個可選的閉鎖機構連 接。上部件108具有頭部120增大的單個懸臂118，其通過位于每個懸 臂末端的互鎖突舌126固定于下部件110的兩個懸臂122和124之間。 懸臂122、 124分別具有成角度的內表面128和130，以在探針的柔性 沖程期間在各部分之間提供微小的偏移力。
035圖11示出了又一可選的接觸探針設計132，其具有用于上部件 134和下部件136的閉鎖組件，該閉鎖組件與用于接觸探針106的閉鎖 機構是相同的。但是探針132為單彈簧138設計，而閉鎖組件包含于 彈簧138的內徑內。
036圖12示出了本發明的另一可選實施例的接觸探針140。接觸探 針140在結構上與接觸探針10相同，除上部件144的探針尖端142以 夕卜。在此實施例中，探針尖端142是偏移的并具有導向接觸點的成角度的表面，并提供能夠將集成電路裝置148的非常小的焯盤146和用 于開爾文連接的兩個獨立探針接觸的可制造方案。這是通過以鏡像方 式放置彼此相鄰的兩個接觸探針140使得兩個探針的接觸點彼此相鄰 并與集成電路裝置上的焊盤146接觸。
037圖13和14示出了用于實際開爾文結構的另一可選實施例的接 觸探針150。探針150包括上部件152和下部件154以及單個壓縮彈簧 156。上部件具有兩個懸臂158、 160，下部件154具有兩個懸臂162、 164。每個懸臂具有位于臂的末端的電接觸隆起166以及位于懸臂下面 的中間的互鎖突舌168。隆起166為整潔的圓角，并被設計成沿相對部 件的平坦表面平滑地滑動，并且是上部件和下部件之間的主要電接觸 點。上部件152和下部件154相互垂直連接使得懸臂和互鎖突舌168 可滑動地將上部件和下部件互鎖到壓縮彈簧156的內側。上部件和下 部件固定在探針總長的軸向上提供彈簧彈力的螺旋彈簧或絕緣彈性構 件。上部件152的探針尖端170與接觸探針140的探針尖端142相似。 如圖14中可清楚看出，開爾文結構以鏡像方式放置彼此相鄰的兩個接 觸探針，使得探針尖端170可接觸被測試的單元。
038各種實施例的部件和特點對于特定應用是可互換的，正如從前 述示例可見，接觸探針可使用壓縮于上下兩個導電部件間的一個或更 多個彈簧構造而成。接觸探針也可以被設計成使得組件的柔性通過使 用一個或更多個螺旋拉伸彈簧來實現。本發明的接觸探針也可被設計 成使得組件的柔性通過使用一個或更多個可壓縮的導電彈性體來實 現。
039本發明的接觸探針可使用各種不同類型的尖端構造，它們被優 化以實現被測試的集成電路的最穩定電阻。尖端類型包括但不限于彎 曲圓角、單點尖端或雙點尖端，并且可被設定在中心，或設置在上部 件或下部件的外部或縮小的內部。
040本發明的接觸探針可使用上部件和下部件的不同閉鎖機構設 計。可為部件增加附加的刮臂(wiping arm)以減小總通路電阻。另 外，接觸探針的部件中的一個部件可具有尾部使其可焊接或壓入印刷 電路板，從而減少總通路電阻。彈簧探針尖端的幾何形狀可以有偏移 使得可以以允許對被測試的單元進行幵爾文測試的方式設置相鄰的探針。通常要求開爾文測試要測試非常靈敏的部分或允許電路被設計為 承載強制電流通過一探針且可通過一個相鄰的探針輕松測量檢測壓 降。為在實際的插座設計中實現此目的，探針尖端相互的位置必須非
常接近，且與單個被測試的單元的信號腳(signal pad)配合。另外， 可為優化的匹配阻抗或其它優化射頻(RF)信號范圍設計接觸的幾何 形狀與結構。
041盡管已參照多個實施例說明并示出了本發明，可以理解，可在 其后要求的本發明全部范圍內對其做出變動和修改。
權利要求
1. 一種柔性電互連件，包括第一部件；與所述第一部件嚙合的第二部件；所述第一部件或所述第二部件中至少其一具有兩個偏壓懸臂以鎖定嚙合另一部件；由所述懸臂固定且提供觸點壓力的至少一個彈簧構件。
2. 權利要求l的互連件，其中所述懸臂在每個臂的末端具有互鎖突舌。
3. 權利要求1的互連件，其中所述第一部件和所述第二部件均具 有兩個懸臂。
4. 權利要求l的互連件，其中存在每個懸臂固定的彈簧構件。
5. 權利要求2的互連件，其中所述懸臂具有通過所述互鎖突舌柔 性嚙合的錐形表面。
6. 權利要求l的互連件，其中所述第一部件具有接觸測試位置的 探針尖端。
7. 權利要求6的互連件，其中所述第二部件具有接觸印刷電路板 的探針尖端。
8. 權利要求3的互連件，其中所述第一部件的兩個懸臂垂直互鎖 所述第二部件的兩個懸臂。
9. 權利要求1的互連件，其中所述偏壓構件為壓縮彈簧。
10. 權利要求l的互連件，其中所述偏壓構件為拉伸彈簧。
11. 權利要求1的互連件，還包括第二柔性電互連件以形成開爾文(Kelvin)連接。
12. —種具有柔性內互連件的電接觸探針，包括 具有兩個偏壓懸臂的柱塞； 具有兩個偏壓懸臂的圓筒；位于每個懸臂之上以互鎖所述柱塞和所述圓筒的互鎖突舌；以及由所述懸臂固定以提供所述圓筒和所述柱塞的觸點壓力的至 少一個彈簧。
13. 權利要求12的探針，其中存在由所述懸臂固定的兩個彈簧。
14. 權利要求12的探針，其中所述懸臂具有通過所述互鎖突舌柔 性嚙合的錐形表面。
15. 權利要求12的探針，其中所述柱塞的兩個懸臂垂直互鎖所述 圓筒的兩個懸臂。
16. 權利要求12的探針，其中所述彈簧為壓縮彈簧。
17. 權利要求12的探針，還包括位于所述柱塞和所述圓筒的每個 懸臂末端的電接觸隆起。
18. —種電接觸探針，包括 具有接觸尖端的柱塞； 具有接觸尖端的圓筒；閉鎖機構，其包括具有位于從所述柱塞或所述圓筒的任一方伸出 的兩個懸臂末端的互鎖突舌的兩個懸臂，以及具有從所述柱塞和所述圓筒的另一方伸出的增大頭部以往復接收于懸臂間的凸緣；以及固定于所述圓筒和所述柱塞之間以提供所述圓筒和所述柱塞的觸 點壓力的至少一個彈簧構件。
19. 權利要求18的探針，其中存在位于所述閉鎖機構兩側中任一 側的兩個彈簧構件。
20. 權利要求18的探針，其中存在環繞所述閉鎖機構的一個彈簧 構件。
全文摘要
一種柔性電互連件，其具有第一部件和與第一部件互鎖地嚙合的第二部件。每個部件具有相互鎖定地嚙合并持續偏壓緊靠對方的兩個懸臂。接觸彈簧由懸臂固定，該懸臂提供第一部件和第二部件的觸點壓力。
文檔編號G01R31/02GK101501509SQ200680020653
公開日2009年8月5日 申請日期2006年6月8日 優先權日2005年6月10日
發明者V·特賴貝格茲 申請人:特拉華資本組成公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
