专利名称：弹簧接触组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成电气互连的电接触探针，并且更具体涉及具有两个可移动且重叠 的柱塞的弹簧接触组件，所述柱塞具有外部弹簧包围的扁平接触表面。
背景技术：
传统的弹簧装载式接触探针通常包括可移动的柱塞和容纳柱塞增大的直径部分 的具有开口端的套筒，以及用来偏置套筒中柱塞行程的弹簧。柱塞支座与套筒的内表面可 滑动地接合。增大的支座部分通过靠近套筒开口端的卷边(crimp)被保持在该套筒中。在 作用力直接作用于弹簧的情况下，柱塞通常向外偏置一个由弹簧选定的距离，并且可向内 偏置或压缩入套筒的一个选定的距离。柱塞对套筒的轴向和侧向偏置防止了柱塞与套筒之 间没有接触的错误打开或间断点。柱塞一般是实心的并且包括用于接触被测电气装置的头 部或尖部。套筒也可包括与套筒开口端相对的尖部。套筒、柱塞和尖部形成了被测电气装置与测试装置等之间的电气互连，并且同样 地，由导电材料制成。通常探针配合到穿过测试板或测试座的厚度而形成的腔体中。通常 被测电气装置的接触侧，例如集成电路，会与穿过测试板或测试座一侧而凸出的柱塞的尖 部产生压力接触，从而产生抵靠电气装置的弹簧压力。与测试装置相连的接触板被用来与 从测试板或测试座的另一侧凸出的柱塞的尖部接触。该测试装置将信号传送给接触板，这 些信号通过互连的测试探针从该接触板被传送给被测装置。在测试完电气装置后，弹簧探 针施加的压力被释放并且解除该装置与每个探针尖部的接触。制造传统的弹簧探针的过程包括分别制造压缩弹簧、套筒和柱塞。压缩弹簧是卷 绕的并且是经过热处理而制造成有精确尺寸和受控弹簧力的弹簧。柱塞通常是通过车削加 工且经过热处理而成的。套筒有时也经过热处理。套筒可使用车床或通过深冲压加工形成。 所有的部件可采用电镀工艺来增强导电性。弹簧探针部件通过手工或通过自动工艺装配。测试集成电路的重要方面是它们在高频率下被测量。由于在测试装置与集成电路 之间需要阻抗匹配，从而避免高频率信号的衰减。考虑到在测试座内的间距是最小的，为了 避免了高频率信号的衰减，探针形成的电气互连的长度必须保持在最小值。为了解决这个 问题，外部弹簧探针已经发展成具有比传统探针更短的长度。外部弹簧探针包括两个分离 的部分，其每部分都有尖部和凸缘。接触部件从与尖部相对的每个探针区域延伸。两个接 触部件相互接触并且弹簧被夹在包围接触部件的两个凸缘之间。通常第一个接触部件是套 筒，而第二个接触部件是支撑面。该支撑面与套筒的内表面可滑动地接合。这些探针配合 到测试过程中使用的测试座中形成的腔体内。由于昂贵的机械加工与这些类型的外部弹簧 探针相关的问题是加工费用。为了解决上述问题，外部弹簧探针被设计为具有扁平部件，其可通过冲压而更廉 价地制造。通常这些设计包含相互垂直连接的两个部件并且在该两部件之间的电通路穿过 凸出端表面。这种设计的问题是部件很快磨损并且有很短的生命周期需要定期更换。因此，需要设计一种加工成本很低的新的弹簧接触组件。
发明内容
本发明主要涉及弹簧接触组件，其具有由外部弹簧包围的两个可移动且重叠的接 触构件或柱塞。每个柱塞有接触部分和尾部部分，其中尾部部分具有平表面，当装配时该平 表面经过弹簧内部的相对的柱塞尾部部分并且与其相接触。弹簧有按压到每个相对的柱 塞上的端部线圈以防止柱塞与弹簧分离，从而相对于弹簧的每个端部固定柱塞的接触部分 和尾部部分。当弹簧被压缩时，利用其固有的扭转运动，柱塞尾部部分的平表面在该接触组 件的整个压缩行程中保持接触。相对的扁平区域之间的接触防止了将弹簧的扭弯或扭转运 动传递给接触部分上的尖部。抵抗固有的扭转增强了部件的电导率，反过来其提高了弹簧 接触之间的性能。弹簧还可具有沿弹簧长度而直径减小的线圈部分以进一步限制柱塞尾部 并且增加两个柱塞间的相互作用，或可通过在弹簧中增加偏置线圈部分进一步增强偏置效
果o柱塞尾部部分上的平表面通常与每个柱塞的柱形尾部部分直径的中线平行而形 成。在可替换的实施例中，该平表面可在柱形尾部直径的中线上方平行而形成以增加产生 的组件的组合厚度，从而在两个柱塞间产生附加的相互作用。在另一个实施例中尾部部分 上的平表面可与柱形尾部部分直径的中线成一定角度或螺旋形围绕该中线而形成。在又一实施例中，一个柱塞包括大体扁平的尾部部分，其沿部件轴线而中心设置， 并且相对的柱塞有容纳其相对的柱塞的扁平尾部部分的匹配狭槽。这种设计考虑到处于可 滑动接触接合的两个边，因此增加了阻力特性。每个柱塞可被制成大致柱形的外形，其适于用车床、螺纹车床或其他类似的制造 设备制成。可替换地，柱塞可被制成大致扁平的外形，其适于用冲压、蚀刻、光刻或其他类似 的制造技术来制造二维几何形状。对于大体扁平形状的柱塞，柱塞的尾部部分可有超出弹簧线圈的相对端延伸的部 分。这有利于增加电接触并且给相对的柱塞尖部或接触部分增加了附加的支撑。延伸通过 弹簧相对端的柱塞的尾部部分可具有在一侧被减小的边缘，以提供最大化材料利用率。狭 槽还可被提供在柱塞的平板型式的弹簧干涉区域内以便提供另外的柔性，当提供可靠的压 配合时其吸收误差。扁平的柱塞设计对于柱塞以倾斜构造大体滑动到一起还可是有利的， 从而将外部螺旋形弹簧所施加的一些轴向力转变到垂直方向，其是垂直于匹配的柱塞表 面。这种法向表面力增强了部件间的紧密电接触。将探针保持在一起的方法包括将扩大的 尾部部分延伸通过直径减小的中部线圈和接触部分上的互锁翼片。Kelvin构造也可能有在 单个探针内相互隔离的两个分离的电通路。扁平几何结构提供的另外的优势允许利用电镀和大量组装，使得多个柱塞作为主 框架组件的部分而被容易地组装。完整的组件也可被提供来附连到主框架，使最终使用者 更容易将探针组件装入完成的测试固紧装置或测试座中。尖部构造可是单个点、多个点或 是三维的。本发明还考虑了具有与扁平柱塞组合的柱形柱塞的弹簧接触组件。这种混合的组 合能提供柱形的尖部几何结构来对焊接球或其他几何结构进行充分的测试，同时通过包含 扁平的柱塞作为相对的柱塞而减少了完全柱形接触组件的加工成本。根据详细的描述结合 附图本发明的这些和其他方面将被更充分地理解。附图详细说明
图1是本发明的弹簧接触组件的透视图；图2是图1的弹簧接触组件的第一个柱塞的侧视图；图3是本发明的可替换的柱塞设计的侧视图；图4是图1的弹簧接触组件的第二个柱塞的侧视图；图5是图1的弹簧接触组件的弹簧的侧视图；图6是图1的弹簧接触组件的剖面图；图7是本发明的可替换的柱塞设计的侧视图；图8是本发明的可替换的柱塞设计的侧视图；图9是插入到测试座中的图1的弹簧接触组件的轴向剖面图；图10是本发明的可替换实施例的弹簧接触组件的透视图；图11是图10的弹簧接触组件的一个柱塞的侧视图；图12是图11的柱塞的冲压过程的示意性表示；图13是图10的弹簧接触组件的第二个柱塞的侧视图；图14是图10的弹簧接触组件的剖面图；图15是图10的弹簧接触组件的轴向剖视图；图16是本发明的可替换的弹簧接触组件的透视图；图17是本发明的另一个可替换实施例的弹簧接触组件的的透视图；图18是本发明的另一个可替换实施例的弹簧接触组件的侧视图；图19是本发明的另一个可替换实施例的弹簧接触组件的透视图；图20是本发明的另一个可替换实施例的弹簧接触组件的透视图；图21是本发明的另一个可替换实施例的Kelvin测量的弹簧接触组件的透视图；图22是本发明的三维接触尖部实施例的透视图；图23是具有图22的接触尖部构造的弹簧接触组件的透视图；图24是本发明的可替换的接触尖部设计的透视图；图25是表示三维接触尖部的图24的透视图；图26是可替换的接触尖部设计的透视图；以及图27是表示三维接触尖部的图26的透视图。本发明的详细描述图1-11表示本发明的第一个实施例的弹簧接触组件10。该弹簧接触组件10包括 第一个接触构件或柱塞12，第二个接触构件或柱塞14，和弹簧16。如图2所示，柱塞12包 括接触部分18和尾部部分20。接触尖部22位于接触部分18的端部并且能有如图3和图 4所示的多种接触几何结构。凸缘24位于接触部分或接触区域18与尾部部分或尾部区域 20之间。凸缘24有用来在装配过程中对齐探针的平面26。柱塞的尾部部分20有柱形表 面28和沿着其长度方向延伸的平表面30。如图4所示的柱塞14还包括接触部分或区域32和尾部部分或区域34。凸缘36 位于接触区域32与尾部区域34之间并且还包括在装配过程中用来定位柱塞14的平表面 38。尾部区域34有柱形表面40和沿着其长度方向延伸的平表面42。平表面30和42当装 配时彼此经过并且在弹簧16内部接触，也可如图9所示。平表面30和42在装配挤压过程 中彼此逐渐接合。
如图5所示，弹簧16有在弹簧相对端的端部线圈44和46，该端部线圈在靠近凸缘 24和36的柱形部分48和50按压到柱塞的尾部区域20和34。该端部线圈44和46有稍 微更小的直径并且因而能紧握柱形部分48和50从而防止柱塞与弹簧分离，因此相对于每 个弹簧末端固定柱塞的尖部22和52以及平表面30和42。又如图6所示，当压缩弹簧16 时利用其固有的扭转运动，柱塞的平表面部分30和42在探针的整个行程过程中保持接触。 在相对的平面部分之间的接触防止了将扭弯或扭转运动传递给弹簧接触尖部22和52。抵 抗固有的扭转增强了部件的电导率，其反过来提高了接触性能。
如图2和图3所示的平面区域30能与每个柱塞的柱形尾部直径的中线平行来形 成，或如图4所示平面区域42可在柱形尾部直径的中线上面平行而形成以增加组件产生的 组合厚度，从而在组件中的两个柱塞间产生另外的相互作用。虽然图1到图4表示了三种不 同的柱塞尖部的设计，应该理解的是可根据其特殊的用途来使用任意的柱塞尖部设计。为 了进一步限制尾部区域20和34并且增强两个柱塞间的相互作用，如图5所示弹簧16能利 用减小的线圈区域56。也能通过偏置线圈区域56产生进一步的偏置效果。柱塞尾部区域的可替换设计可包括如图7所示螺旋围绕柱形尾部直径的中线形 成的平表面58，或如图8所示与柱形尾部直径的中线成一定角度形成的扁平区域60。正如 所有各种柱塞的设计，尾部区域可以有减小的末端区域62，在弹簧被压配合到靠近凸缘的 直径减小的区域前，该减小的末端区域62允许弹簧绕到尾部部分上。该减小的区域62允许 引导柱塞进入弹簧中，使装配过程容易。如前所述，柱塞尾部的柱形区域48和50与弹簧的 端部线圈产生了过盈配合并且在柱形部分与端部线圈间产生的夹持力在正常操作和使用 过程中足够使组件保持在一起，并且结合平表面来抵抗弹簧施加的法向扭转力。图1到图 9的大致柱形柱塞的设计通过机加工如车床、螺纹车床或其他类似的加工设备加工制造。图10到图15表示了可替换的弹簧接触组件70。弹簧接触组件70包括被外部弹 簧76包围的两个可移动的且部分重叠的柱塞72和74。柱塞72和74形成大体扁平的形 状，适于用冲压、蚀刻、光刻或其他类似的加工方法来大量地制造如图12中的二维几何图 形78。扁平柱塞的几何结构的附加的优势允许利用电镀和大量组装，多个柱塞被容易地组 装作为主框架装置的一部分。完整的组件也可被提供附连到主框架，使使用者更容易将探 针组件装入完成的测试固紧装置或测试座110(图9所示)。柱塞72包括接触部分或区域80和尾部部分或区域82。接触区域80包括接触尖 部84，其可能是许多几何构造中任意一种。考虑到整个柱塞具有扁平构造，所以柱塞尾部区 域82包括平表面86。凸缘88位于接触区域80与尾部区域82之间。尾部区域82包括增 大的部分90，其与弹簧76的端部线圈产生过盈配合以便保持弹簧接触处于其装配构造。相 配合的柱塞74也包括接触部分或区域92，尾部部分或区域94，以及位于接触区域与尾部区 域之间的凸缘96。尾部区域94包括与弹簧76的端部线圈产生过盈配合的增大的部分98。在扁平构造的弹簧接触组件70中，柱塞的尾部区域82和94可有如图10所示延伸 通过弹簧的端部线圈的端部100。这种设计增强了柱塞之间的电接触并且增加了对相对的 柱塞尖部的支承。为了特殊应用一个或两个柱塞的尾部能超过端部线圈。如图11和图14 所示能超过弹簧端部线圈的端部82可有考虑到最大的材料利用率的可移除的角边缘102。如图13所示，柱塞74可包括在柱塞与弹簧的干涉区域用来提供附加柔性的狭槽 106，当提供可靠的压配合给端部线圈时可其吸收误差。如图15所示，扁平柱塞设计可得到相对于中线轴108以倾斜构造使柱塞72和74大体滑动到一起的这种新结果。以倾斜构造 滑动到一起的柱塞将外部螺旋形弹簧76所施加的一些轴向力转变成垂直方向、或垂直于 相配合的扁平柱塞的表面。如图15所示法向力增加了柱塞间紧密的电接触。图16表示又一个可替换实施例的弹簧接触组件112，该弹簧接触组件112包括配 合的柱塞114和116以及外部的螺旋形弹簧118。在这个构造中，柱塞114有扁平的尾部 部分120并且柱塞116有尾部部分122，其具有容纳扁平尾部120的内部对置的平表面124 的结构。尾部部分120沿柱塞114的轴线中心设置并且结构124沿柱塞116的轴线中心设 置。弹簧接触组件112考虑到被容纳的两个平的边缘126和128与结构124内的平的边缘 可滑动地接触。这种设计提供来增加弹簧接触组件的抵抗性能。
图17表示又另一个可替换实施例的弹簧接触组件130，其是图1和图10的弹簧接 触组件的混合组合。弹簧接触组件130有柱形柱塞132和在外部螺旋形弹簧136内可滑动 接触的扁平形柱塞134。柱塞132的尾部部分138有平表面140，并且柱塞134的尾部部分 142也有相匹配的平表面144。平表面140和144为可滑动接合方式。图18表示本发明的另一个可替换实施例的弹簧接触组件146。该弹簧接触组件 146是具有第一个接触构件148和第二个接触构件150的扁平构造。接触构件148和150 的每个尾部部分152和154包括增大的尾部区域156和158，它们通过螺旋形弹簧162的直 径减小的中部线圈区域160。该增大的尾部部分是与每个接触构件的接触尖部164和166 相对的。该增大的尾部区域通过直径减小的线圈并且弹簧的作用力足够低因此接触构件不 能从该弹簧脱离。图19表示了另一个可替换实施例的弹簧接触组件168，其表示将接触构件170和 172固定到螺旋形弹簧174的另一个可替换的方法。在这个实施例中，尾部部分180和182 的中部区域176和178分别被刺穿形成翼片184、186，当接触构件170和172在弹簧174内 被装配时，翼片互锁。图20表示另一个可替换的弹簧接触组件188，其表示连接接触构件的另一个可替 换组件。组件188包括具有位于螺旋形弹簧198内的尾部部分194和196的第一个接触构 件190和第二个接触构件192。尾部部分的中部区域200和202有当装配时互锁的非中心 的翼片204和206。翼片204和206通过成形操作或折叠操作形成。图21表示又另一个可替换实施例的弹簧接触组件208，其是Kelvin测量构造。组 件208有在单个弹簧210内的两个分离的电通路。这通过使两个分离的接触构件212和 214彼此相连来实现。通过使非导电镀层设置在相连表面上构件212和214彼此并且与弹 簧210电隔离。接触构件212有第一个接触区段216和第二个接触区段218。类似地，接触 构件214有第一个接触区段220和第二个接触区段222。区段216到区段222中的每个都 分别有尾部部分224、226、228和230。尾部部分224、226、228和230有导电表面232因此 仅区域224和226相互电连接以及仅区域228和230相互电连接。尾部区域224到230都 位于弹簧210内。装置208有在单个弹簧内的两个分离的电通路，其中每个接触路线包括 两个可滑动接合的尾部部分并且每个接触路线与其相邻的接触路线电隔离。图22和图23揭示了具有第一个接触构件236和第二个接触构件238的另一个可 替换实施例的弹簧接触组件234。接触构件236包括其每个都具有狭槽244的区域240和 242，因此区域240和242能相互配合形成三维接触尖部246。接触尖部246包括四个接触点248。区域240和242垂直连接地表示。然而，应该理解的是能加工狭槽244以便该两个 区域能以一定角度而不是垂直被装配。接触区域236和接触区域238有位于弹簧254内的 尾部部分250和252。图24和图25表示可替换实施例的三维接触尖部的构造。接触构件256包括尾部 部分258和接触尖部部分260。接触构件256是如图24所示的扁平构造并且通过将扁平 接触尖部弯曲或变形成三维外形，接触尖部260能有如图25所示的的三维构造。应该理解 的是根据特殊的应用尽管用三个接触点262、264、266表示的接触尖部的构造能有任意数 目的接触点。顶端的几何形状能是V型、U型或将另外的二维接触尖部变成三维接触尖部 的其他形状。这能通过弯曲或成形类型的操作完成。类似地，图26和图27也表示接触构 件268的另一个的可替换的三维接触尖部设计。接触构件268最初形成如图26所示的扁 平的二维构造，其中接触构件268包括尾部部分270和接触尖部部分272。如图27所示，接 触尖部部分272其自身弯曲折叠从而形成三维构造。在这个实施例中，表示了四个接触点 274、276、278 和 280。虽然本发明相对于其各种实施例已经被描述且表示，应该理解的是在如以下权利 要求所述的本发明的全部范围内在其中能进行变化和改进。
权利要求
一种弹簧接触组件，其包括具有尾部部分的第一个接触构件，该尾部部分具有沿所述尾部部分长度方向的扁平接触表面；具有尾部部分的第二个接触构件，该尾部部分具有有沿所述尾部部分长度方向的扁平接触表面；以及与所述第一个接触构件和所述第二个接触构件附连的压缩弹簧，其中所述第一个接触构件的所述尾部部分的所述扁平接触表面与所述第二个接触构件的所述尾部部分的所述扁平接触表面可滑动接合并且在所述弹簧压缩过程中增加了所述平表面的滑动接合从而克服所述第一个接触构件和所述第二个接触构件上的扭转弹簧力。
2.权利要求1所述的组件，其中所述弹簧包括与所述尾部部分相接合的直径减小的端 部线圈。
3.权利要求1所述的组件，其中所述弹簧包括与所述尾部部分相接合的直径减小的线 圈区域。
4.权利要求1所述的组件，其中所述第一个接触构件和所述第二个接触构件中的至少 一个是柱形的。
5.权利要求4所述的组件，其中所述的第一个接触构件和所述第二个接触构件二者都 是柱形的。
6.权利要求1所述的组件，其中所述第一个接触构件和所述第二个接触构件中的至少一个是扁平构造。
7.权利要求6所述的组件，其中所述第一个接触构件和所述第二个接触构件二者都是 扁平构造。
8.权利要求1所述的组件，其中在所述第一个接触构件和所述第二个接触构件的所述 尾部部分上的所述平表面是与柱形尾部部分直径的中线平行且在其上面。
9.权利要求1所述的组件，其中在所述第一个接触构件和所述第二个接触构件的所述 尾部部分上的所述平表面是与柱形尾部部分直径的中线成一定角度形成的。
10.权利要求1所述的组件，其中在所述第一个接触构件和所述第二个接触构件的所 述尾部部分上的所述平表面是螺旋围绕柱形尾部部分直径的中线形成的。
11.权利要求7所述的组件，其中当所述接触组件被压缩时，所述第一个接触构件或第 二个接触构件的所述尾部部分的端部延伸到所述压缩弹簧的端部线圈之外。
12.权利要求1所述的组件，其中所述尾部部分的边缘表面被移除。
13.权利要求1所述的组件，其中所述第一个接触构件或所述第二个接触构件中至少 一个包括在所述尾部部分中的狭槽。
14.权利要求1所述的组件，其中所述第一个接触构件的所述尾部部分是扁平的并且 所述第二个接触构件的所述尾部部分有容纳所述第一个柱塞的所述尾部部分的两个内部 对置的平表面。
15.一种弹簧接触组件，其包括具有尾部部分的第一个扁平接触构件，该尾部部分具有沿所述尾部部分的长度方向的 接触表面；具有尾部部分的第二个扁平接触构件，该尾部部分具有沿所述尾部部分的长度方向的 接触表面；以及附连到所述第一个扁平接触构件的尾部部分和所述第二个扁平接触构件的尾部部分 的压缩弹簧，其中所述第一个扁平的接触构件的所述尾部部分的所述接触表面与所述第二个扁平 的接触构件的所述尾部部分的所述接触表面以倾斜构造可滑动地接合，其在所述弹簧压缩 过程中通过将所述弹簧施加的轴向力转变到垂直于所述滑动表面增加了所述扁平接触表 面的滑动接合。
16.权利要求15所述的组件，其中所述弹簧包括与所述尾部部分接合的直径减小的端 部线圈。
17.权利要求15所述的组件，其中所述弹簧包括与所述尾部部分接合的直径减小的中 部线圈。
18.权利要求17所述的组件，其中所述尾部部分有通过所述直径减小的中部线圈的扩 大的端部区域。
19.权利要求16所述的组件，其中所述尾部部分有互锁的翼片。
20.权利要求15所述的组件，其中所述的第一个接触构件有三维接触尖部。
21.一种弹簧接触组件，其包括具有尾部部分的第一个扁平接触构件，该尾部部分具有沿所述尾部部分的长度方向的 接触表面；具有尾部部分的第二个扁平接触构件，该尾部部分具有沿所述尾部部分的长度方向的 接触表面，其中所述第二个扁平接触构件的所述尾部部分的所述接触表面与所述第一个扁 平接触构件的所述尾部部分的所述接触表面可滑动地接合；具有尾部部分的第三个扁平接触构件，其有沿所述尾部部分的长度方向的接触表面；具有尾部部分的第四个扁平接触构件，其有沿所述尾部部分的长度方向的接触表面， 其中所述第四个扁平接触构件的所述尾部部分的所述接触表面与所述第三个扁平接触构 件的所述尾部部分的所述接触表面可滑动地接合；以及附连到所述第一个、第二个、第三个和第四个扁平接触构件的压缩弹簧，其中所述第一个扁平接触构件和第二个扁平接触构件是与所述第三个扁平接触构件 和所述第四个扁平接触构件电隔离的，因此在所述组件中有两个独立的电通路。
全文摘要
弹簧接触组件有第一个柱塞，该第一个柱塞其有具有扁平接触表面的尾部部分，和第二个柱塞，该第二个柱塞有具有扁平接触表面的尾部部分，其中所述的扁平接触表面是相互重叠并且被外部的压缩弹簧包围从而在弹簧压缩过程中增加了所述平表面的滑动接合。
文档编号H01R43/00GK101803128SQ200880102509
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月17日 优先权日2007年9月18日
发明者C·J·约斯顿, E·A·考特梅耶, M·斯瓦特, S·亚库舍夫, S·沙比纳尔, V·特雷贝格斯 申请人:特拉华资本构成有限公司