CN1311858A - 导电的接触单元 - Google Patents

Abstract

与使用导电针部件和导电螺旋弹簧的结构安排相反,由于没有连接不同部件的部分,所以实现了低电阻;而且因为螺旋弹簧被紧密缠绕并以高导电材料进行表面处理,从而提供沿着螺旋弹簧紧密缠绕部分的轴线方向的直线电路径,所以能实现低电感。由于螺旋弹簧部分具有均一的螺距,而且接触单元包括紧密缠绕部分和均一螺距部分,所以它能以简单的绕螺旋过程来形成,从而能减少制造成本。

Description

导电的接触单元

技术领域

本发明涉及一种导电的接触单元组合件，它适用于接触探头和探头卡，用于测试半导体器件和晶片、形式如LGA(网格焊区阵列)、BGA(网格焊球阵列)、CDP(芯片侧封装)的插件以及裸芯片和连接器。

发明背景

传统上，已有多种形式的导电的接触单元用在接触探头中，以在印刷电路板和电子部件、半导体器件用的插件(包括封装)(LGA、BGA、CSP和裸芯片)以及连接器的导电图形上进行导电测试〔开路/短路测试、环境测试和老化(burn-in)测试等〕。

当把这样的插件用于半导体器件时，必须考虑这样的事实，即近年来半导体器件的信号频率已显著提高，而且可能有数百兆赫之高。用于在这样高频水平上工作的半导体器件中的插件要求使用低电感和低电阻的导电的接触单元而且在安装空间方面要求有高度致密的设计。

发明概要

为完成这一任务并提供具有低电感和低电阻的导电的接触单元组合件，以满足高频工作的需要并以高度致密的设计为特征，本发明提供一种导电的接触单元组合件，它包括一螺旋弹簧形式的导电的接触单元，用于与待接触对象的弹性接触，该接触单元被共轴收容在绝缘支撑部件中形成的通孔中，其特征在于：该通孔的形状是在其至少一个轴向端有一减小了直径的部分；该螺旋弹簧形式的接触单元包括一被收容在该通孔中间部分的螺旋弹簧部分和一对电极枢部分(a pairelectrode pin portions)，它们中的每个被紧密缠绕在螺旋弹簧部分的相应端，并且其中至少一个的形状是锥形或阶梯状，以便借助减小了直径的部分防止其脱出；该接触单元被用高导电材料进行了表面处理。

这样，实现了低电阻，因为与使用导电针部件和导电螺旋弹簧的结构安排相反，其中没有连接不同部件的部分；而且可实现低电感，因为螺旋弹簧被紧密缠绕而且被以高导电材料进行了表面处理，从而提供了沿着螺旋弹簧的紧密缠绕部分轴线方向的直线电路径。因为依靠通孔的锥形部分和锥形的电极枢部分之间的合作使电极枢部分被止动和定位，所以其轴向长度能减至最小，而且与滑动支持带有直孔的针部件的结构安排相反，该接触单元更适用于致密设计。

最好是，被减小了直径部分包括一锥形孔部分位于该通孔的每个轴向端，而且该电极枢部分的形状为锥形并且紧密缠绕，从而依靠该通孔的锥形孔部分防止其脱出。这样，便能实现有两个可移动端的导电的接触单元的两个电极枢部分的止动和定位，并能得到前面提到的好处。

根据本发明的一优选实施例，被减小了直径部分的内直径小于该螺旋弹簧部分的外直径，并设置在该通孔的每个轴向端，而且这对电极枢部分中的另一个具有其直径小于该减小了直径部分的圆管形状。这样，当待接触对象有凸形表面时(如焊球的情况)，这圆柱形的电极枢部分能以其一定的引导动作应用于待接触对象，从而能实现与一对象例如焊球的稳定接触。

如果螺旋弹簧部分以一均一螺距缠绕，则由于该接触单元包括紧密缠绕部分和均一螺距部分，因而它能以简单的绕螺旋过程来形成。

如果电极枢部分中的每个都以预定应力紧密缠绕，则能改善螺旋线相邻匝之间的接触。

如果在由导线件形成螺旋弹簧部分和电极枢部分之后进行表面处理，则可简化制造过程，并能使紧密缠绕部分的接触电阻减至最小。

如果在由导线件形成螺旋弹簧部分和电极枢部分之前和之后都进行表面处理，则能使紧密缠绕部分的接触电阻减至最小。

附图简述

图1是实现本发明的用于半导体器件的接线座主要部分的放大截面侧视图；

图2(a)是一主要部分的片段透视图，显示出镀金螺旋线；

图2(b)为类似于图2(a)的视图，显示出被紧密缠绕后的螺旋线；

图2(c)为类似于图2(b)的视图，显示出再次镀金后的螺旋线；

图3为类似于图1的视图，显示出实现本发明的半导体器件接线座在使用过程中的情况；

图4为类似于图1的视图，显示本发明的第二实施例；

图5为类似于图3的视图，显示本发明的第二实施例；

图6为表示本发明第三实施例的视图；

图7(a)是在绕螺旋过程之后螺旋线主要部分的片段透视图；以及

图7(b)是在镀金过程之后的类似视图。

最佳实施例详述

下面参考附图，利用具体实施例更详细地描述本发明。

图1是实现本发明的用于半导体器件的接线座主要部分的放大截面侧视图。所示接线座包括一个绝缘支撑部件，例如包括一对绝缘板1，它们由塑料材料制成并彼此层叠。把两个绝缘板1集成一体的支撑部件具有通孔2，它穿过层叠板1的厚度延伸，螺旋弹簧形式的导电的接触单元3共轴收容在通孔2中。

通孔2包括直线孔部分和锥形孔部分2a，直线孔部分有均一的直径并在轴向中间部分延伸一定的轴向长度，锥形孔部分2a与通孔2中间部分的两个轴向端连接并且每个锥形孔部分有一个带开口的向外端。每个锥形孔部分2a经由一具有均一直径和预定长度的直线小孔部分2b向外开口。

螺旋弹簧形式的导电的接触单元3是将弹簧材料制成的螺旋线缠绕成螺旋而成的，它包括一螺旋弹簧部分4和一对电极枢部分5a和5b。螺旋弹簧部分4被收容在通孔2的直线部分中，有一定的径隙并以预定螺距缠绕；一对电极枢部分5a和5b中的每个包括紧密缠绕部分和锥形部分。该紧密缠绕部分包括多匝，紧靠螺旋弹簧部分4的相应轴向端，并与螺旋弹簧部分4有相同直径，而且锥形部分向螺旋端点延伸。每个电极枢部分5a或5b的锥形部分有一个与通孔2的锥形孔部分2a互补的形状，而且该指向端点包括直径小于直线小孔部分2b的一个部分，从而使指向端可以伸出直线小孔部分2b。

螺旋弹簧形式的导电的接触单元3被收容在通孔2中，其螺旋弹簧部分4被置于压缩状态。例如，两个层叠板1彼此重叠，其电极枢部分5a和5b收容在绝缘板1中形成的通孔2的相应部分，从而使螺旋弹簧形式的导电的接触单元3可以组装在绝缘板1中，以其螺旋弹簧部分置于预应力下。还可以把导电的接触单元3放在通孔2中而不压缩螺旋弹簧部分4。这简化了组装工作。

因为电极枢部分5a和5b是锥形的，当把两个绝缘板1彼此叠放时，由于锥形孔部分2a对电极枢部分5a和5b的引导作用，只要把电极枢部分5a和5b的自由端轻轻装入绝缘板1的通孔2的相应部分的开口，电极枢部分5a和5b便被舒适地收容在锥形孔部分2a中。所以，与需要每个针状电极枢装入相应孔中的现有技术相比，组装工作得到显著的简化。

当使用带螺纹的螺栓或其它类似方法将两个绝缘板1彼此紧密接触地组装在一起时，螺旋弹簧部分4的回弹力将电极枢部分5a和5b的锥形部分压向相应的锥形孔部分2a的锥形表面，这相应的锥形孔部分2a与电极枢部分5a和5b的锥形部分互补。由于相对的锥形表面之间的啮合，从而可有利地把电极枢部分5a和5b自由端的横向移动减至最小。所以，当把多个这种导电的接触单元安排在一个矩阵之中，如接线座的情况那样，则每个电极枢部分5a和5b的伸出端能以高精度安排在一个平面坐标系中，无需在组装过程中做任何努力。

这样，在通孔2中收容的螺旋弹簧形式的导电的接触单元3的每个电极枢部分5a或5b能在静止状态下从通孔2伸出一预定长度。当该接线座处于使用状态时，电极枢部分5a和5b与印刷电路板6的电路图形6a以及一半导体器件的端子7a接触，该端子7a例如可能包括一个网格焊球阵列7的焊球。

通过对螺旋弹簧形式的导电的接触单元3加以预应力，由于每个导电的接触单元变位的起伏或待测试对象(电路图形6a或端子7a)高度的起伏所造成的负荷起伏可减至最小。

图2显示根据本发明制造螺旋弹簧形式的导电的接触单元的方式。首先，如图2(a)所示，如前述由弹簧材料制成的螺旋线3a被镀上高导电材料金，于是在螺旋线3a的整个外表面上形成镀金层8a。所镀材料不限于金，还可包括Ni或Cu。

然后，镀金螺旋线3a受到一个绕螺旋过程，形成如图1所示的螺旋弹簧部分4和电极枢部分5a和5b。电极枢部分5a和5b每个都紧密缠绕，如图2(b)中所示，而在这紧密缠绕部分中，加到螺旋线3a上的预应力使得螺旋线3a的相应匝彼此靠近。结果，在包括紧密缠绕部分的每个电极枢部分5a和5b中，螺旋线3a的相应匝经由镀金层8a彼此接触，有一定的偏移力作用于它们之间。

参考图2(c)，再一个镀金过程加到处于图2(b)所示状态的组件上，于是在每个紧密缠绕部分的整个外周表面形成第二镀金层8b。在这一情况中，所镀金属也不限于金，而是可以包括Ni或Cu。结果，螺旋线3a相邻匝结合在一起不仅是由于机械偏移力，而且还由于第二镀金层，它是在螺旋的轴线方向上连续形成的。这不仅保证了螺旋线3a的相邻匝之间的紧密接触，而且还减小了电阻，否则的话，电阻将严格依赖于螺旋线3a相邻匝之间的紧密接触。

图3显示多个螺旋弹簧形式的导电的接触单元，它们有如前所述的结构。在这种情况下，因为电信号只通过螺旋弹簧形式的导电的接触单元3传导，而在电路板6和网格焊球阵列7之间没有焊料连接等连接部件，所以电阻能为稳定值。螺旋弹簧部分4对于使接触单元与待连接对象实现弹性接触是必要的，而电感H与螺旋线3a的匝数N有关系式H=AN²/L，其中A是一个系数，L是弹簧的长度。所以，可以看出，N应尽可能小，以使电感最小，弹簧部分最好包括2匝左右，但可包括多达10匝。

因为在预应力作用下电极枢部分5a和5b的螺旋线相邻匝彼此紧密接触，而且该组件整个被沿着螺旋轴向连续延伸的第二镀金层8a覆盖，所以在每个电极枢部分5a和5b中的电连接路径是沿着螺旋的轴线方向延伸，电流不沿螺旋路径流动，这对减小电阻和电感是有贡献的。

因为直的小孔部分2b把通孔2的锥形孔部分的终止端与外部连通，锥形的电极枢部分5a和5b的自由端便不会被通孔2的锥形孔部分2a的终止端不适当地挡住。由于直的小孔部分2b的形状，保证到开口处有一定厚度，这可防止由于与含有焊球的端子接触而不适当地损坏开口。

图4显示本发明的第二实施例。与前一实施例中部件对应的部件用与其相同的数字表示，不再进行描述。在这一实施例中，如图中所见，在上绝缘板表面上层叠一个同样由绝缘材料制成的阻止物11，孔11a穿过阻止物11与通孔2对准。

图中的下电极枢部分5a以与前一实施例类似的方式形成锥形，但上电极枢部分5c含有管状部分，其直径小于螺旋弹簧部分4，并被收容在孔11a中。

图5中显示这个螺旋弹簧形式的导电的接触单元3在接线座中的使用方式，图5与图3类似。如前所述，因为阻止物11层叠在绝缘板1的上表面，网格焊球阵列7的下表面与阻止物11的上表面啮合，从而确定了网格焊球阵列7的位置。所以，可以有利地控制端子7a深入孔11a的距离，而电极枢部分5c能在所有时候以恒定负荷与端子7a接触。所以，与不使用阻止物11的情况相比，该导电的接触单元的接触压力能被稳定，而且当测试大量同样产品时能保持稳定状态。

也是在第二实施例中，因为在电极枢部分5a和5c中的电流不是沿螺旋路径流动，故能减小其电阻和电感。

图6显示本发明的第三实施例。与先前实施例中部件对应的部件用与其相同的数字表示，不再进行描述。

在第三实施例中，没有连接通孔2中间部分的锥形孔部分2a。代之以一个止动板12层叠在下绝缘板1的下表面上，以防止下锥形电极枢部分5a脱出。止动板12有一小孔12b，其直径小于螺旋弹簧部分4的直径，借助邻近小孔12b边缘的锥形电极枢部分5a的轴向中间部分，通孔2中收容的螺旋弹簧形式的导电的接触单元3可免于脱出。

在螺旋弹簧部分4的上端的电极枢部分5b包括紧密缠绕的直线部分，其直径与螺旋弹簧部分4的直径相同。这样，即使当螺旋弹簧形式的导电的接触单元3在一个方向不被止动，通过把组件放置成如图中所示那样使锥形的电极枢部分5a面向下，它也能以其他实施例中类似的方式使用而没有任何不变。也是在这种情况下，与先前实施例的情况一样，电流不是沿着电极枢部分5a和5d的螺旋路径流动，因而能减小电阻和电感。

因为不需要形成锥形孔部分2a，从而使构成和组装过程简化。例如，在同种型号产品需要测试的时间段内，同一继电器板可能保持与上绝缘板1的上表面整体固定连接，以其上电极枢部分5b保持与继电器板上的一个端子恒定接触。因为只有下电极枢部分需要接近每个待测试产品，所以允许螺旋弹簧形式的导电的接触单元3承受周期性压缩而没有接触单元从组件脱出的危险。这对其降低成本有贡献。

在图2所示实施例中在绕螺旋过程之前形成镀金层8a，但螺旋线3a可以经受绕螺旋过程而无需任何镀金过程，于是在组件表面只形成单个镀金层(相应于第二镀金层8b)。

例如，如图7(a)所示，螺旋线3a可以经受绕螺旋过程以形成螺旋弹簧部分4和电极枢部分5a和5b，它们包括紧密缠绕部分，如先前实施例那样。在图7(a)所示状态下对组件进行镀金过程，于是在每个紧密缠绕部分的整个外周表面上形成镀金层8b。也是在这种情况中，所镀材料不限于金，而是可以包括Ni或Cu。

不论在哪种情况中，螺旋线3a的材料都可自由地选择，不管其导电性如何，而且可以包括廉价的弹簧材料。

Claims (7)

1．一种导电的接触单元组合件，包括一螺旋弹簧形式的导电的接触单元，用于与待接触对象的弹性接触，该接触单元被共轴收容于绝缘支撑部件中形成的通孔中，其特征在于：

该通孔的形状是在其至少一个轴向端有一减小了直径的部分；

该螺旋弹簧形式的接触单元包括一被收容在该通孔中间部分的螺旋弹簧部分以及一对电极枢部分，它们中的每个紧密缠绕在螺旋弹簧部分的相应端部，而且其中至少一个的形状是锥形或阶梯状，以便借助减小了直径的部分防止其脱出；

该接触单元被用高导电材料进行了表面处理。

2．根据权利要求1的导电的接触单元组合件，其中减小了直径的部分包括一锥形孔部分处于该通孔的每个轴向端，而且该对电极枢部分的形状为锥形并紧密缠绕，以便借助该通孔的锥形孔部分防止其脱出。

3．根据权利要求1的导电的接触单元组合件，其中减小了直径的部分的内直径小于螺旋弹簧部分的外直径并处于该通孔的每个轴向端，而且这对电极枢部分中的另一个具有其直径小于该减小了直径部分的圆管形状。

4．根据权利要求1至3中任何一个的导电的接触单元组合件，其中螺旋弹簧部分以均一螺距缠绕。

5．根据权利要求1至4中任何一个的导电的接触单元组合件，其中电极枢部分中的每个紧密缠绕并带有预应力。

6．根据权利要求1至5中任何一个的导电的接触单元组合件，其中在由导线件形成螺旋弹簧部分和电极枢部分之后进行表面处理。

7．根据权利要求1至5中任何一个的导电的接触单元组合件，其中在由导线件形成螺旋弹簧部分和电极枢部分之前和之后都进行表面处理。

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