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专利名称：扁平柱塞圆筒测试探针的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成电互连的电接触探针，更具体地，涉及具有扁平柱塞和圆筒的接触探针。
背景技术：
传统的弹簧加载接触探针通常包括可移动的圆形柱塞和具有用于容纳该柱塞的扩大的直径部分的开口端的管形筒，以及用于使柱塞的行程在筒中偏移的弹簧。柱塞轴承可滑动地与筒的内表面相接合。通过筒开口端附近的弯边，扩大的轴承部分保持在筒内。柱塞通常通过弹簧向外偏移一段选定的距离，并且可以在逆着弹簧的力的作用下向内偏移或压缩到筒中一段选定的距离。柱塞对筒的轴向偏移和侧向偏移防止了在柱塞与筒之间的没有接触的错误开口或间断点。柱塞通常是实心的并且包括用于与受测电气设备相接触的头或尖端。筒还可以包括与该筒的开口端相对的尖端。筒、柱塞和尖端形成了测试装备与受测电气设备之间的电互连，因而是由导电材料制成的。典型地，探针被配合到穿透测试板或测试座的厚度所形成的腔中。通常，使得待测电气设备的接触侧如集成电路与如下的柱塞尖端进行压力接触该柱塞尖端突出穿过测试板或测试座的一侧以用于产生对电气设备的弹簧压力。使得连接到测试装备的接触板与从测试板或测试座的另一侧突出的柱塞的尖端相接触。测试装备将信号传输到接触板，在该处，这些信号通过测试探针的互连从接触板传输到正被测试的设备。在测试了电气设备之后，释放由弹簧探针所施加的压力，并且设备不再与每个探针的尖端相接触。制作传统弹簧探针的工艺涉及到分别生产压缩弹簧、筒和柱塞。对压缩弹簧进行卷绕和热处理来生产具有精确尺寸和受控的弹簧弹力的弹簧。通常，在车床上车柱塞并对柱塞进行热处理。有时候还对筒进行热处理。筒可以在车床中或通过深冲压工艺来形成。 可以对所有的元件都进行电镀工艺处理，从而增强传导性。弹簧探针元件或者是手工装配的，或者是通过自动工艺装配的。测试集成电路的重要方面是集成电路是在高频条件下被测试的。因而，在测试装备和集成电路之间需要阻抗匹配从而避免高频信号的衰减。考虑到测试座之内的空间是极小的，为了避免高频信号的衰减，由探针形成的电互连的长度必须保持在最小。为了处理这个问题，开发了具有比传统探针更短长度的外部弹簧探针。外部弹簧探针包括两个分开的部分，每部分都有尖端和凸缘。接触元件与每个尖端相对而从探针部分延伸出来。两个接触元件相互接触，弹簧被夹在围绕着接触元件的两个凸缘之间。通常地，第一接触元件是筒，而第二接触元件是轴承表面。轴承表面可滑动地接合到筒的内表面。这些探针被配合到在测试期间使用的测试座中所形成的腔中。与这些类型的外部弹簧探针相关联的问题是由于昂贵的机械加工而引起的制造费用。为应对上述问题，设计了具有扁平的元件的外部弹簧探针，该扁平的元件可以通过冲压而经济地生产出来。通常地，这些设计结合了正交连接的两个元件，并且这两个元件之间的电通路通过了突出的端表面。这种设计的问题在于元件磨损相当快并且寿命短，需
4要经常替换。非正交地连接的外部弹簧接触组件具有两个由外部弹簧围绕的、可移动的且线性重叠的接触构件或柱塞。每个柱塞都有接触部分和尾部分，其中，尾部分具有在装配时越过弹簧内侧的相对的扁平柱塞尾部分并与该扁平柱塞尾部分相接触的扁平面。弹簧具有如下的端线圈这些端线圈压在相对的柱塞中的每个之上，以防止柱塞与弹簧分离，由此使柱塞接触部分和尾部分相对于弹簧的各个端部被固定。当弹簧被压缩时，利用弹簧的自然扭转移动，贯穿接触组件的压缩冲程，柱塞尾部分的各个扁平面始终保持接触。相对的扁平的部分之间的接触防止了弹簧的扭曲或扭转移动转到接触部分上的尖端。对自然扭曲的对抗增强了元件的导电性，这又改进了弹簧接触组件的性能。弹簧还可以具有沿着弹簧长度方向的减小了直径的线圈部分，以进一步约束柱塞尾部并增强两个柱塞之间的相互作用，或者， 可以通过增加弹簧中的偏置线圈部分来产生进一步的偏移效应。以总体上圆柱形状所形成的各个柱塞都借助了车床、螺丝机或其他类似制造装备。以总体上扁平的形状形成的柱塞借助了用于产生基本二维的几何形状的冲压、蚀刻、光刻蚀法或其他类似制造技术。扁平的探针配置和圆的探针配置分别具有各自的优点和缺点。因此，需要有结合了两种类型探针的优点的混合探针。

发明内容
本发明涉及具有扁平柱塞、圆柱形的筒和压缩弹簧的弹簧接触组件，其中，柱塞具有偏移部件以改进与筒的接触。接触尖端可以有包括波洛尼亚(bologna)切割尖端在内的多种配置。微滑臂部件可以添加到柱塞、添加到筒、或者作为附加元件，以改进柱塞与筒之间的内部接触。弹簧具有协助使柱塞在筒之内进行偏移的端线圈。以适合于车床、螺丝机或深冲压制造装备加工的总体上圆柱形状来形成筒。以总体上扁平的形状来形成柱塞，该形状适合于用于产生基本二维的几何形状的冲压、蚀刻、激光切割、电铸、微铸造、光刻蚀法或其他类似的制造技术来加工。结合到扁平柱塞之中的接触尖端可以是意味着从一侧弯向另一侧、从顶部弯向底部的波洛尼亚类型、可以具有接触突头、叉形设计或是尖头设计、或者可以具有单微弹簧或双微弹簧。柱塞上的微滑臂是切入到柱塞的侧部中以产生与筒相接合的柔性凸缘的切口。附加的微滑臂元件可以是线、弹簧、 夹子或其他插入物。参照结合附图的详细描述，将会较充分地理解本发明的这些以及其他方面。


图IA是本发明的弹簧接触组件的截面图；图IB是图1的弹簧接触组件的另一个截面图；图2是本发明的可替换的弹簧接触组件的截面图；图3是本发明的另一个可替换的实施例弹簧接触组件的截面图；图4A是图IA的弹簧接触组件的可替换的接触尖端设计的细部图；图4B是另一个可替换的接触尖端设计的细部图；图4C是另一个可替换的接触尖端设计的细部图4D是另一个可替换的接触尖端设计的细部图；图4E是另一个可替换的接触尖端设计的细部图；图5是本发明的另一个可替换的弹簧接触组件的截面图；图6A是本发明的另一个可替换的实施例弹簧接触组件的截面图；图6B是图6A的弹簧接触组件的另一个截面图；图7A是本发明的另一个可替换的实施例弹簧接触组件的截面图；图7B是图7A的弹簧接触组件的另一个截面图；图8A是本发明的另一个可替换的实施例弹簧接触组件的截面图；以及图8B是图8A的弹簧接触组件的另一个截面图。
具体实施例方式图IA和图IB示出了本发明的示例性弹簧接触组件10。弹簧接触组件10包括部分地布置在筒14之内的柱塞12。柱塞12具有扁平配置，并且具有被保持在管状筒14之内的较宽的部分16。圆形压缩弹簧18布置在管状筒之内、位于筒的封闭端20与柱塞的较宽的部分16的端部22之间。柱塞的较宽的部分16可滑动地与筒的内表面接合。较宽的轴承部分通过在筒的与端部20相对的端部上的弯边或闭合M而被保持在筒中。弯边M为柱塞伸出筒或柱塞被压缩到筒中限定了开口。柱塞12通常通过弹簧向外偏移一段选定的距离，并且可以在逆着弹簧的力的作用下向内压缩到筒中。如图IB所示，筒可以沿着其一部分具有多个导向弯边沈来当柱塞12正在被压缩到筒中时协助对柱塞12进行导向。柱塞12可以具有布置在该柱塞的端部上的弹簧柄脚观以用于容纳端线圈30。在该柱塞的相对端部上的是在水平和垂直两个方向上都具有圆形表面的接触尖端32。圆形表面通常需要二次加工操作来在X和Y两个方向上都制造圆形表面。在X和Y两个方向上都具有圆形表面的接触尖端32称作“波洛尼亚”切割尖端。图2示出了可替换混合弹簧探针34，除了偏移圆形弹簧35布置在圆柱形筒36之内与扁平柱塞38相邻以外，该混合弹簧探针34与弹簧探针10均相似。弹簧35具有如下的渐减变小的端线圈部分40和端线圈部分42 当端线圈部分40和端线圈部分42压在筒 36的端部44上以及压在柱塞38的有角度的端表面46上时，端线圈部分40和端线圈部分 42会提供作用在该柱塞上的侧向或横向偏移力，以改进柱塞与筒之间的电接触。与图1相同，筒36包括用于将柱塞保持在筒内的圆形闭合或弯边M。可替换地，图1A、图IB和图2 中所示的各弹簧接触组件可以包括对压缩弹簧18或35进行替代的可替换的用于压缩的装置。用于压缩的装置可以来自柱塞本身，该用于压缩的装置包括从柱塞的较宽的部分 16延伸到筒的封闭端20的多个螺旋偏转梁(serpentine deflection beam)。这些螺旋偏转梁的细节在申请人的第5，865，641号美国专利中示出，该申请的公开通过引用合并到本文中。图3是示出了用于筒50的端部的可替换闭合48的详细视图，该闭合48是与柱塞 52的扁平的配置相匹配的方形配置。方形弯边或闭合48改进了对柱塞进出筒的导引，并且改进了柱塞与筒的内部接触。图1至图3示出了波洛尼亚型尖端配置，但是，其他的尖端配置也是可以预料的，其中，图4A示出了在尖端的任一侧上都具有凹进(dimple) 56的波洛尼亚型尖端M，其中， 远离中心的部分被去除了。图4B示出了叉型尖端58，其中，尖端的中心部分被去除了，由此产生了柱塞的两个接触点60和62。图4C示出了被修改以提供尖锐的点尖端66的波洛尼亚切割接触尖端64。图4D示出了提供针对尖端的柔性的微型弹簧尖端68，并且其可以具有沿着柱塞74的中心线72定位在微型弹簧68上的接触突头70。图4E示出了具有第一弹簧部分78和第二弹簧部分80的双微型弹簧尖端76。双微型弹簧尖端76提供了用于接触测试位置的接触尖端的更大的柔性。尽管已在这里示出了各种接触尖端类型，但是，要理解的是本发明还考虑了另外的几何形状。图5示出了本发明的另一个可替换的弹簧接触组件82，其中，柱塞84包括用于改进与筒88的电接触的偏移滑臂86。偏移滑臂86基本上是具有扩大的头部部分90的凸缘， 该头部部分90是通过沿着柱塞的中心线94切割出沟或槽92以及去除凸缘的外部部分96 来产生扩大的头部而形成的。沟或槽92允许了凸缘86以及扩大的头部部分90的挠曲，以改进在对柱塞进行压缩期间柱塞与筒的内表面的接触。图中所示的柱塞的各个部件可以合并进任一柱塞配置中，例如，图5中的筒示出了用于对压缩弹簧100的端线圈98进行保持的弹簧柄脚96，但是，如图2所示，柱塞的端部可以具有有角度的表面而不是弹簧柄脚。筒导向弯边、圆形的或方形的端闭合、以及任一所示的接触尖端配置都可以被包括进弹簧探针配置82中。图6至图8示出了改进筒与柱塞之间的电接触的另外的方法。具体地，图6A和图 6B示出了插入形成的线滑臂102，该线滑臂102基本上是通过柱塞106中的孔104所布置的“U”型线，这些孔104的尺寸和大小被确定来与筒110的内表面108相接合。线滑臂102 还协助对柱塞106在筒110内进行导向，并确保柱塞与筒之间的电接触。图7A和图7B示出了如下的夹型滑臂112 该夹型滑臂112是穿过了在与筒120的内表面相接合的柱塞116 之中的孔114的“V”型夹，类似于线滑臂102。夹型滑臂112在筒120之内对柱塞116进行导向，并确保各个元件之间的电接触。线滑臂102和夹型滑臂112随着柱塞一起在筒内移动，然而，图8A和图8B示出了如下的弹簧滑臂122 该弹簧滑臂122是固定的，且被插入到筒126的、与柱塞1 相邻并相接合的开口端124中。弹簧滑臂122在柱塞被压到筒中期间对柱塞进行导向，并且确保两个元件之间良好的电接触。尽管已经参照本发明的几个实施例描述并示出了本发明，但是要理解的是本发明并不受此限制，并且，这里可以作出如下文所要求的、本发明意在保护的全部范围之内的变化和修改。
权利要求
1.一种柔性接触组件，包括 扁平柱塞；用于容纳所述柱塞的至少一部分的圆柱形的筒；以及用于使所述柱塞在所述筒内偏移的装置。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，用于使所述柱塞在所述筒内偏移的所述装置是压缩弹簧。
3.根据权利要求2所述的组件，其中，用于使所述柱塞偏移的所述装置还包括所述柱塞在所述筒内的端部上的有角度的表面。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述压缩弹簧具有较小直径的端线圈。
5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述筒沿所述筒的长度方向具有至少一个导向弯边，以在对所述接触组件进行压缩期间将所述柱塞导向到所述筒中。
6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述筒在所述筒与所述柱塞相邻的端部上具有方形闭合。
7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述柱塞在横向和纵向两个方向上都具有弯曲的接触尖端。
8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述柱塞具有凹进的接触尖端。
9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述柱塞具有叉型的接触尖端。
10.根据权利要求7所述的组件，其中，所述接触尖端是尖的。
11.根据权利要求1所述的组件，其中，所述柱塞具有微弹簧接触尖端。
12.根据权利要求1所述的组件，其中，用于偏移所述柱塞的所述装置是在所述柱塞上形成的在所述筒内的一定位置处的滑臂。
13.根据权利要求1所述的组件，其中，用于偏移所述柱塞的所述装置是与所述筒内的所述柱塞相附接的至少一个线滑臂。
14.根据权利要求1所述的组件，其中，用于偏移所述柱塞的所述装置是与所述筒内的所述柱塞相附接的至少一个夹型滑臂。
15.根据权利要求1所述的组件，其中，用于偏移所述柱塞的所述装置是布置于所述筒的端部内围绕所述柱塞的弹簧滑臂。
16.一种弹簧探针，包括 扁平的接触构件；用于容纳所述扁平的接触构件的至少一部分的圆柱形的壳体； 用于使所述接触构件在所述壳体内偏移的第一装置，以及； 用于使所述接触构件偏移靠向所述壳体的第二装置。
17.根据权利要求16所述的探针，其中，用于使所述接触构件在所述壳体内偏移的所述第一装置是压缩弹簧。
18.根据权利要求16所述的探针，其中，用于使所述接触构件偏移靠向所述壳体的所述第二装置是在所述接触构件上形成的在所述壳体内一定位置处的滑臂。
19.根据权利要求16所述的探针，其中，用于使所述接触构件偏移靠向所述壳体的所述第二装置是附接到所述壳体之内的所述接触构件的滑臂。
20.根据权利要求16所述的探针，其中，用于使所述接触构件偏移靠向所述壳体的所述第二装置是布置在所述壳体的与所述接触构件相邻的端部上的滑臂。
21.根据权利要求16所述的探针，其中，用于使所述接触构件在所述壳体之内进行偏移的所述第一装置是在所述圆柱形的壳体内的所述柱塞上的多个螺旋偏转梁。
全文摘要
利用扁平柱塞、圆筒和滑臂的弹簧探针，其中，圆筒具有布置在筒内的压缩弹簧，滑臂用于筒的内侧和柱塞之间的内部接触。
文档编号G01R31/06GK102301250SQ201080005905
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月15日 优先权日2009年1月30日
发明者史蒂夫·B·萨金特, 查尔斯·J·约翰斯通, 马克·A·斯沃特 申请人:特拉华资本构造公司