專利名稱：扁平柱塞圓筒測試探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成電互連的電接觸探針，更具體地，涉及具有扁平柱塞和圓筒的接觸探針。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的彈簧加載接觸探針通常包括可移動的圓形柱塞和具有用于容納該柱塞的擴大的直徑部分的開口端的管形筒，以及用于使柱塞的行程在筒中偏移的彈簧。柱塞軸承可滑動地與筒的內(nèi)表面相接合。通過筒開口端附近的彎邊，擴大的軸承部分保持在筒內(nèi)。柱塞通常通過彈簧向外偏移一段選定的距離，并且可以在逆著彈簧的力的作用下向內(nèi)偏移或壓縮到筒中一段選定的距離。柱塞對筒的軸向偏移和側(cè)向偏移防止了在柱塞與筒之間的沒有接觸的錯誤開口或間斷點。柱塞通常是實心的并且包括用于與受測電氣設(shè)備相接觸的頭或尖端。筒還可以包括與該筒的開口端相對的尖端。筒、柱塞和尖端形成了測試裝備與受測電氣設(shè)備之間的電互連，因而是由導(dǎo)電材料制成的。典型地，探針被配合到穿透測試板或測試座的厚度所形成的腔中。通常，使得待測電氣設(shè)備的接觸側(cè)如集成電路與如下的柱塞尖端進行壓力接觸該柱塞尖端突出穿過測試板或測試座的一側(cè)以用于產(chǎn)生對電氣設(shè)備的彈簧壓力。使得連接到測試裝備的接觸板與從測試板或測試座的另一側(cè)突出的柱塞的尖端相接觸。測試裝備將信號傳輸?shù)浇佑|板，在該處，這些信號通過測試探針的互連從接觸板傳輸?shù)秸粶y試的設(shè)備。在測試了電氣設(shè)備之后，釋放由彈簧探針?biāo)┘拥膲毫?，并且設(shè)備不再與每個探針的尖端相接觸。制作傳統(tǒng)彈簧探針的工藝涉及到分別生產(chǎn)壓縮彈簧、筒和柱塞。對壓縮彈簧進行卷繞和熱處理來生產(chǎn)具有精確尺寸和受控的彈簧彈力的彈簧。通常，在車床上車柱塞并對柱塞進行熱處理。有時候還對筒進行熱處理。筒可以在車床中或通過深沖壓工藝來形成。 可以對所有的元件都進行電鍍工藝處理，從而增強傳導(dǎo)性。彈簧探針元件或者是手工裝配的，或者是通過自動工藝裝配的。測試集成電路的重要方面是集成電路是在高頻條件下被測試的。因而，在測試裝備和集成電路之間需要阻抗匹配從而避免高頻信號的衰減?？紤]到測試座之內(nèi)的空間是極小的，為了避免高頻信號的衰減，由探針形成的電互連的長度必須保持在最小。為了處理這個問題，開發(fā)了具有比傳統(tǒng)探針更短長度的外部彈簧探針。外部彈簧探針包括兩個分開的部分，每部分都有尖端和凸緣。接觸元件與每個尖端相對而從探針部分延伸出來。兩個接觸元件相互接觸，彈簧被夾在圍繞著接觸元件的兩個凸緣之間。通常地，第一接觸元件是筒，而第二接觸元件是軸承表面。軸承表面可滑動地接合到筒的內(nèi)表面。這些探針被配合到在測試期間使用的測試座中所形成的腔中。與這些類型的外部彈簧探針相關(guān)聯(lián)的問題是由于昂貴的機械加工而引起的制造費用。為應(yīng)對上述問題，設(shè)計了具有扁平的元件的外部彈簧探針，該扁平的元件可以通過沖壓而經(jīng)濟地生產(chǎn)出來。通常地，這些設(shè)計結(jié)合了正交連接的兩個元件，并且這兩個元件之間的電通路通過了突出的端表面。這種設(shè)計的問題在于元件磨損相當(dāng)快并且壽命短，需
4要經(jīng)常替換。非正交地連接的外部彈簧接觸組件具有兩個由外部彈簧圍繞的、可移動的且線性重疊的接觸構(gòu)件或柱塞。每個柱塞都有接觸部分和尾部分，其中，尾部分具有在裝配時越過彈簧內(nèi)側(cè)的相對的扁平柱塞尾部分并與該扁平柱塞尾部分相接觸的扁平面。彈簧具有如下的端線圈這些端線圈壓在相對的柱塞中的每個之上，以防止柱塞與彈簧分離，由此使柱塞接觸部分和尾部分相對于彈簧的各個端部被固定。當(dāng)彈簧被壓縮時，利用彈簧的自然扭轉(zhuǎn)移動，貫穿接觸組件的壓縮沖程，柱塞尾部分的各個扁平面始終保持接觸。相對的扁平的部分之間的接觸防止了彈簧的扭曲或扭轉(zhuǎn)移動轉(zhuǎn)到接觸部分上的尖端。對自然扭曲的對抗增強了元件的導(dǎo)電性，這又改進了彈簧接觸組件的性能。彈簧還可以具有沿著彈簧長度方向的減小了直徑的線圈部分，以進一步約束柱塞尾部并增強兩個柱塞之間的相互作用，或者， 可以通過增加彈簧中的偏置線圈部分來產(chǎn)生進一步的偏移效應(yīng)。以總體上圓柱形狀所形成的各個柱塞都借助了車床、螺絲機或其他類似制造裝備。以總體上扁平的形狀形成的柱塞借助了用于產(chǎn)生基本二維的幾何形狀的沖壓、蝕刻、光刻蝕法或其他類似制造技術(shù)。扁平的探針配置和圓的探針配置分別具有各自的優(yōu)點和缺點。因此，需要有結(jié)合了兩種類型探針的優(yōu)點的混合探針。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有扁平柱塞、圓柱形的筒和壓縮彈簧的彈簧接觸組件，其中，柱塞具有偏移部件以改進與筒的接觸。接觸尖端可以有包括波洛尼亞(bologna)切割尖端在內(nèi)的多種配置。微滑臂部件可以添加到柱塞、添加到筒、或者作為附加元件，以改進柱塞與筒之間的內(nèi)部接觸。彈簧具有協(xié)助使柱塞在筒之內(nèi)進行偏移的端線圈。以適合于車床、螺絲機或深沖壓制造裝備加工的總體上圓柱形狀來形成筒。以總體上扁平的形狀來形成柱塞，該形狀適合于用于產(chǎn)生基本二維的幾何形狀的沖壓、蝕刻、激光切割、電鑄、微鑄造、光刻蝕法或其他類似的制造技術(shù)來加工。結(jié)合到扁平柱塞之中的接觸尖端可以是意味著從一側(cè)彎向另一側(cè)、從頂部彎向底部的波洛尼亞類型、可以具有接觸突頭、叉形設(shè)計或是尖頭設(shè)計、或者可以具有單微彈簧或雙微彈簧。柱塞上的微滑臂是切入到柱塞的側(cè)部中以產(chǎn)生與筒相接合的柔性凸緣的切口。附加的微滑臂元件可以是線、彈簧、 夾子或其他插入物。參照結(jié)合附圖的詳細描述，將會較充分地理解本發(fā)明的這些以及其他方面。


圖IA是本發(fā)明的彈簧接觸組件的截面圖；圖IB是圖1的彈簧接觸組件的另一個截面圖；圖2是本發(fā)明的可替換的彈簧接觸組件的截面圖；圖3是本發(fā)明的另一個可替換的實施例彈簧接觸組件的截面圖；圖4A是圖IA的彈簧接觸組件的可替換的接觸尖端設(shè)計的細部圖；圖4B是另一個可替換的接觸尖端設(shè)計的細部圖；圖4C是另一個可替換的接觸尖端設(shè)計的細部圖4D是另一個可替換的接觸尖端設(shè)計的細部圖；圖4E是另一個可替換的接觸尖端設(shè)計的細部圖；圖5是本發(fā)明的另一個可替換的彈簧接觸組件的截面圖；圖6A是本發(fā)明的另一個可替換的實施例彈簧接觸組件的截面圖；圖6B是圖6A的彈簧接觸組件的另一個截面圖；圖7A是本發(fā)明的另一個可替換的實施例彈簧接觸組件的截面圖；圖7B是圖7A的彈簧接觸組件的另一個截面圖；圖8A是本發(fā)明的另一個可替換的實施例彈簧接觸組件的截面圖；以及圖8B是圖8A的彈簧接觸組件的另一個截面圖。
具體實施例方式圖IA和圖IB示出了本發(fā)明的示例性彈簧接觸組件10。彈簧接觸組件10包括部分地布置在筒14之內(nèi)的柱塞12。柱塞12具有扁平配置，并且具有被保持在管狀筒14之內(nèi)的較寬的部分16。圓形壓縮彈簧18布置在管狀筒之內(nèi)、位于筒的封閉端20與柱塞的較寬的部分16的端部22之間。柱塞的較寬的部分16可滑動地與筒的內(nèi)表面接合。較寬的軸承部分通過在筒的與端部20相對的端部上的彎邊或閉合M而被保持在筒中。彎邊M為柱塞伸出筒或柱塞被壓縮到筒中限定了開口。柱塞12通常通過彈簧向外偏移一段選定的距離，并且可以在逆著彈簧的力的作用下向內(nèi)壓縮到筒中。如圖IB所示，筒可以沿著其一部分具有多個導(dǎo)向彎邊沈來當(dāng)柱塞12正在被壓縮到筒中時協(xié)助對柱塞12進行導(dǎo)向。柱塞12可以具有布置在該柱塞的端部上的彈簧柄腳觀以用于容納端線圈30。在該柱塞的相對端部上的是在水平和垂直兩個方向上都具有圓形表面的接觸尖端32。圓形表面通常需要二次加工操作來在X和Y兩個方向上都制造圓形表面。在X和Y兩個方向上都具有圓形表面的接觸尖端32稱作“波洛尼亞”切割尖端。圖2示出了可替換混合彈簧探針34，除了偏移圓形彈簧35布置在圓柱形筒36之內(nèi)與扁平柱塞38相鄰以外，該混合彈簧探針34與彈簧探針10均相似。彈簧35具有如下的漸減變小的端線圈部分40和端線圈部分42 當(dāng)端線圈部分40和端線圈部分42壓在筒 36的端部44上以及壓在柱塞38的有角度的端表面46上時，端線圈部分40和端線圈部分 42會提供作用在該柱塞上的側(cè)向或橫向偏移力，以改進柱塞與筒之間的電接觸。與圖1相同，筒36包括用于將柱塞保持在筒內(nèi)的圓形閉合或彎邊M?？商鎿Q地，圖1A、圖IB和圖2 中所示的各彈簧接觸組件可以包括對壓縮彈簧18或35進行替代的可替換的用于壓縮的裝置。用于壓縮的裝置可以來自柱塞本身，該用于壓縮的裝置包括從柱塞的較寬的部分 16延伸到筒的封閉端20的多個螺旋偏轉(zhuǎn)梁(serpentine deflection beam)。這些螺旋偏轉(zhuǎn)梁的細節(jié)在申請人的第5，865，641號美國專利中示出，該申請的公開通過引用合并到本文中。圖3是示出了用于筒50的端部的可替換閉合48的詳細視圖，該閉合48是與柱塞 52的扁平的配置相匹配的方形配置。方形彎邊或閉合48改進了對柱塞進出筒的導(dǎo)引，并且改進了柱塞與筒的內(nèi)部接觸。圖1至圖3示出了波洛尼亞型尖端配置，但是，其他的尖端配置也是可以預(yù)料的，其中，圖4A示出了在尖端的任一側(cè)上都具有凹進(dimple) 56的波洛尼亞型尖端M，其中， 遠離中心的部分被去除了。圖4B示出了叉型尖端58，其中，尖端的中心部分被去除了，由此產(chǎn)生了柱塞的兩個接觸點60和62。圖4C示出了被修改以提供尖銳的點尖端66的波洛尼亞切割接觸尖端64。圖4D示出了提供針對尖端的柔性的微型彈簧尖端68，并且其可以具有沿著柱塞74的中心線72定位在微型彈簧68上的接觸突頭70。圖4E示出了具有第一彈簧部分78和第二彈簧部分80的雙微型彈簧尖端76。雙微型彈簧尖端76提供了用于接觸測試位置的接觸尖端的更大的柔性。盡管已在這里示出了各種接觸尖端類型，但是，要理解的是本發(fā)明還考慮了另外的幾何形狀。圖5示出了本發(fā)明的另一個可替換的彈簧接觸組件82，其中，柱塞84包括用于改進與筒88的電接觸的偏移滑臂86。偏移滑臂86基本上是具有擴大的頭部部分90的凸緣， 該頭部部分90是通過沿著柱塞的中心線94切割出溝或槽92以及去除凸緣的外部部分96 來產(chǎn)生擴大的頭部而形成的。溝或槽92允許了凸緣86以及擴大的頭部部分90的撓曲，以改進在對柱塞進行壓縮期間柱塞與筒的內(nèi)表面的接觸。圖中所示的柱塞的各個部件可以合并進任一柱塞配置中，例如，圖5中的筒示出了用于對壓縮彈簧100的端線圈98進行保持的彈簧柄腳96，但是，如圖2所示，柱塞的端部可以具有有角度的表面而不是彈簧柄腳。筒導(dǎo)向彎邊、圓形的或方形的端閉合、以及任一所示的接觸尖端配置都可以被包括進彈簧探針配置82中。圖6至圖8示出了改進筒與柱塞之間的電接觸的另外的方法。具體地，圖6A和圖 6B示出了插入形成的線滑臂102，該線滑臂102基本上是通過柱塞106中的孔104所布置的“U”型線，這些孔104的尺寸和大小被確定來與筒110的內(nèi)表面108相接合。線滑臂102 還協(xié)助對柱塞106在筒110內(nèi)進行導(dǎo)向，并確保柱塞與筒之間的電接觸。圖7A和圖7B示出了如下的夾型滑臂112 該夾型滑臂112是穿過了在與筒120的內(nèi)表面相接合的柱塞116 之中的孔114的“V”型夾，類似于線滑臂102。夾型滑臂112在筒120之內(nèi)對柱塞116進行導(dǎo)向，并確保各個元件之間的電接觸。線滑臂102和夾型滑臂112隨著柱塞一起在筒內(nèi)移動，然而，圖8A和圖8B示出了如下的彈簧滑臂122 該彈簧滑臂122是固定的，且被插入到筒126的、與柱塞1 相鄰并相接合的開口端124中。彈簧滑臂122在柱塞被壓到筒中期間對柱塞進行導(dǎo)向，并且確保兩個元件之間良好的電接觸。盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的幾個實施例描述并示出了本發(fā)明，但是要理解的是本發(fā)明并不受此限制，并且，這里可以作出如下文所要求的、本發(fā)明意在保護的全部范圍之內(nèi)的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種柔性接觸組件，包括 扁平柱塞；用于容納所述柱塞的至少一部分的圓柱形的筒；以及用于使所述柱塞在所述筒內(nèi)偏移的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，用于使所述柱塞在所述筒內(nèi)偏移的所述裝置是壓縮彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件，其中，用于使所述柱塞偏移的所述裝置還包括所述柱塞在所述筒內(nèi)的端部上的有角度的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件，其中，所述壓縮彈簧具有較小直徑的端線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述筒沿所述筒的長度方向具有至少一個導(dǎo)向彎邊，以在對所述接觸組件進行壓縮期間將所述柱塞導(dǎo)向到所述筒中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述筒在所述筒與所述柱塞相鄰的端部上具有方形閉合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述柱塞在橫向和縱向兩個方向上都具有彎曲的接觸尖端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述柱塞具有凹進的接觸尖端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述柱塞具有叉型的接觸尖端。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組件，其中，所述接觸尖端是尖的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述柱塞具有微彈簧接觸尖端。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，用于偏移所述柱塞的所述裝置是在所述柱塞上形成的在所述筒內(nèi)的一定位置處的滑臂。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，用于偏移所述柱塞的所述裝置是與所述筒內(nèi)的所述柱塞相附接的至少一個線滑臂。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，用于偏移所述柱塞的所述裝置是與所述筒內(nèi)的所述柱塞相附接的至少一個夾型滑臂。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，用于偏移所述柱塞的所述裝置是布置于所述筒的端部內(nèi)圍繞所述柱塞的彈簧滑臂。
16.一種彈簧探針，包括 扁平的接觸構(gòu)件；用于容納所述扁平的接觸構(gòu)件的至少一部分的圓柱形的殼體； 用于使所述接觸構(gòu)件在所述殼體內(nèi)偏移的第一裝置，以及； 用于使所述接觸構(gòu)件偏移靠向所述殼體的第二裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的探針，其中，用于使所述接觸構(gòu)件在所述殼體內(nèi)偏移的所述第一裝置是壓縮彈簧。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的探針，其中，用于使所述接觸構(gòu)件偏移靠向所述殼體的所述第二裝置是在所述接觸構(gòu)件上形成的在所述殼體內(nèi)一定位置處的滑臂。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的探針，其中，用于使所述接觸構(gòu)件偏移靠向所述殼體的所述第二裝置是附接到所述殼體之內(nèi)的所述接觸構(gòu)件的滑臂。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的探針，其中，用于使所述接觸構(gòu)件偏移靠向所述殼體的所述第二裝置是布置在所述殼體的與所述接觸構(gòu)件相鄰的端部上的滑臂。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的探針，其中，用于使所述接觸構(gòu)件在所述殼體之內(nèi)進行偏移的所述第一裝置是在所述圓柱形的殼體內(nèi)的所述柱塞上的多個螺旋偏轉(zhuǎn)梁。
全文摘要
利用扁平柱塞、圓筒和滑臂的彈簧探針，其中，圓筒具有布置在筒內(nèi)的壓縮彈簧，滑臂用于筒的內(nèi)側(cè)和柱塞之間的內(nèi)部接觸。
文檔編號G01R31/06GK102301250SQ201080005905
公開日2011年12月28日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者史蒂夫·B·薩金特, 查爾斯·J·約翰斯通, 馬克·A·斯沃特 申請人:特拉華資本構(gòu)造公司