电测试探针和使用该电测试探针的测试系统的制作方法

本公开内容的非限制性和示例性的实施例整体上涉及测试领域，具体涉及一种用于测试功率模块(特别是大功率和大电流功率模块)的电测试探针，以及使用该电测试探针的功率模块测试系统。

背景技术：

本部分介绍了可能有助于更好地理解本公开的方面。因此，本部分的论述应从这个角度来阅读，并且不应被理解为承认什么是现有技术或什么不是现有技术。

功率模块或功率电子模块为多个功率部件(通常是功率半导体器件)提供物理容纳。这些功率半导体通常焊接或烧结在承载功率半导体的功率电子基板上，在需要时提供电接触和热接触以及电绝缘。功率模块广泛用于通信基础设施中(例如，基站中)。随着通信技术的进一步发展，例如，具有更高的传输速率，更高的生产量，更严格的信号质量要求，更广泛的部署等，特别是对于第5代(5g)/新无线电(nr)时代的到来，功率模块需要更高的功率和更高的电流分布。此外，随着功率模块的发展，功率模块的功率可以以从100w到400w，800w或1000w的指数增长而变大，并且在未来可能甚至更高。此外，小型化、高集成度和高功率密度是功率模块设计/制造的趋势，这需要有效的散热。因此，高功率/电流和散热要求对功率模块的测试和制造提出了挑战。

图1示出了通常用于测试功率模块的现有的标准测试探针100的示意性结构。如图所示，测试探针100具有接触端子110，其将用于接触待测试的功率模块的输入/输出端子。在相反的一端上，测试探针100具有与测试设备的电缆连接的端子120。为了在测试探针和待测试的功率模块之间形成紧密接触，同时避免由于与功率模块的输入/输出端子的硬接触而损坏测试探针，通常在接触端子110与相反的端子120之间设置弹簧。因此，当测试探针100在使用中用于测试功率模块时，必定有电流通过弹簧。

技术实现要素：

本公开的各实施例主要旨在提供具有更长生命周期的电测试探针和使用该测试探针的测试系统。当结合附图阅读时，从以下对具体实施例的描述，也将理解本公开的实施例的其他特征和优点，附图通过示例的方式图示说明本公开的实施例的原理。

在本公开的第一方面，提供一种电测试探针。电测试探针包括测试棒、管和弹性元件。测试棒具有第一端子和第二端子，所述第一端子设置成与待测试的功率模块形成接触，所述第二端子设置成与测试设备连接。测试棒还具有在第一端子和第二端子之间的第一止动件。管具有在内部延伸的止动件。管沿测试棒的纵向方向安装在测试棒的周围。弹性元件容纳在测试棒的第一止动件与管的在内部延伸的止动件之间。管和测试棒可以在弹性元件的弹性范围内具有相对运动。测试棒的横截面的面积大于弹性元件的横截面的面积。作为示例，弹性元件可以是弹簧。

通过将弹性元件布置在测试棒的周围，即弹性元件和测试棒平行地布置，由于弹性元件表现出比测试棒更小的阻力，大部分电流可以直接通过测试棒。因此，通过弹性元件的电流相对较低，于是沿弹性元件产生较少的热量。因此，可以增加弹性元件的寿命，相应地可以增加整个测试探针的寿命周期。

在一实施例中，弹性元件的第一端固定到测试棒的第一止动件上，并且弹性元件的第二端固定到管的在内部延伸的止动件上。

在另一实施例中，在内部延伸的止动件可以形成为在内部的弯曲端，而第一止动件可以形成为自测试棒的突起。

在又一实施例中，测试棒可以在测试棒的第一端子的一侧上具有散热器。测试棒的第一端子设置成与待测试的功率模块形成接触。因此，通过在测试棒的第一端子上(即在测试探针和待测试的功率模块之间的互连表面处)使用散热器，提高了散热性能。

在又一实施例中，测试棒的第二端子可以通过适配器与测试设备电连接。

在又一实施例中，测试棒的第一端子可以具有圆锥形状。

在本公开的第二方面，提供一种功率模块测试系统。功率模块测试系统包括根据本公开的第一方面的电测试探针、测试平台和测试设备。设置测试平台以保持电测试探针。测试平台还可以帮助测试探针与测试设备的连接。设置测试设备以通过电测试探针测试功率模块。作为示例，测试平台可以由绝缘材料制成。

在一实施例中，适配器可以保持在测试平台的第一表面之上。测试设备的电缆可以电连接到适配器。电测试探针的测试棒的第二端子可以从测试平台的第二表面朝向第一表面穿过测试平台并且电连接到适配器。第二表面与第一表面相对置。

在另一实施例中，测试设备的电缆可以被拧紧并焊接在适配器上。电测试探针的测试棒可以被螺纹连接到适配器。

在又一实施例中，测试探针的管可以固定在测试平台上。测试平台可以引导测试探针朝向或远离待测试的功率模块的移动。

附图说明

通过示例的方式，从以下参考附图的详细描述，本公开的各实施例的以上和其他方面、特征和益处将变得更加完全明显，在附图中，相似或相同的附图标记或字母被用于表示等同或相同的元件。附图被示出以便于更好地理解本公开的实施例，并且不一定按比例绘制，其中：

图1示出通常用于测试功率模块的现有的标准测试探针的示意性结构；

图2示出根据本公开一实施例的电测试探针的示意性结构；

图3示出根据本公开另一实施例的图2的电测试探针的示意性结构；

图4示出根据本公开一实施例的散热器的风扇结构的放大图；

图5示出根据本公开一实施例的测试棒的第二端子如何连接到适配器的示例；

图6示出根据本公开一实施例的功率模块测试系统的示意性结构；

图7示出测试探针的弹性元件的压缩状态；

图8示出测试平台上的测试探针与适配器510之间的示例性连接；和

图9示出根据本公开一实施例的测试平台的示例性结构。

具体实施方式

在下文中，将参考说明性实施例描述本公开的原理和精神。应当理解，所有这些实施例仅提供给本领域技术人员，以更好地理解和进一步实施本公开，而不是用于限制本公开的范围。例如，作为一个实施例的一部分而示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。为了清楚起见，在本说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。

说明书中对“一个实施例”，“一实施例”，“另一实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例不必包括该特定的特征、结构或特性。而且，这些措词不一定是指同一实施例。此外，当结合一实施例描述特定的特征、结构或特性时，认为结合其他实施例(无论是否明确描述)来实现这种特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内。

应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”和“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离示例实施例的范围。如本文所使用，术语“和/或”包括一个或更多个相关的所列术语的任何和所有组合。

这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制示例实施例。如本文所使用，单数形式“一”，“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，术语“包括”，“包括……的”，“具有”，“具有……的”，“包含”和/或“包含……的”，当在本文中使用时，规定所述特征、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、元件、部件和/或其组合的存在或增设。

在以下的描述和权利要求书中，除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。

如背景技术中参考图1所讨论的那样，现有的标准测试探针始终需要弹簧来保证与待测试的功率模块的输入/输出端子的软接触和紧密接触。这种类型的测试探针在较低电流(例如，10a)下工作良好。然而，由于弹簧的横截面面积小，弹簧表现出高阻力。随着功率模块的输出电流增加，通过弹簧的电流也增加，例如，增加到100a，这使得当高电流通过弹簧时产生的大量热量引起弹簧容易损坏或者甚至熔化。因此，测试探针的生命周期减少到非常有限的次数，并且不能满足通常所需的次数(例如，5000次)。

此外，现有的标准测试探针不能用较低电压(例如1v)输出和较高电流(例如100a)输出来处理功率模块。特别是测试设备不能用标准测试探针加载功率模块，例如，由于测试探针相对于功率模块的高电阻以及测试探针与功率模块之间的高接触电阻。

此外，现有的标准测试探针不能有效地散发与功率模块的互连接口处的热量，这导致测试探针的有限的插拔次数(循环)/非插拔次数(循环)，因为接触电阻与所产生的热量成比例地增加，同时产生的热量与电阻成比例增加。较小的接触面积(例如，测试探针与功率模块的点接触)导致更高的接触电阻，这甚至可能导致互连接口的烧毁。

为了解决上述问题中的至少一部分，本公开的实施例提出了一种具有新结构的电测试探针和使用所提出的电测试探针的功率模块测试系统。

图2示出根据本公开一实施例的电测试探针200的示意性结构。具体地，图2(a)示出电测试探针200沿线a-a的横截面视图，而图2(b)示出电测试探针200的俯视图。

在所示的实施例中，电测试探针200包括测试棒210、管220和弹性元件230。

测试棒210具有第一端子211和第二端子212，第一端子211设置成与待测试的功率模块形成接触，第二端子212设置成与测试设备连接。测试设备可以通过端子从功率模块吸取电流/将电流汇集到功率模块中。测试设备可以在存在或不存在负载的情况下测试功率模块的电压/电流输出，并且还可以产生具有不同形状、不同电压和/或不同电流的各种信号以激活功率模块，以便在功率模块的输入/输出端子处获得不同的输出。基于功率模块的输出，可以测试功率模块的各种功能。

测试棒210还具有在第一端子211和第二端子212之间的止动件213(下文中将其称为第一止动件)。

管220具有在内部延伸的止动件221，在一些实施例中，止动件221可以形成为在内部的弯曲端。

管220被沿测试棒210的纵向方向y安装在测试棒210周围。为了便于将管220安装到测试棒210上，管220可具有开口端222，使得测试棒210可以通过开口端222容易地插入到管220中。

如图2(a)所示，弹性元件230容纳在测试棒210与管220之间，特别是在测试棒210的第一止动件213与管220的在内部延伸的止动件221之间。优选地，弹性元件230在自由状态下可以沿纵向方向y装配到测试棒210与管220之间的空间中。

具体地，弹性元件230的一端固定在测试棒210的第一止动件213上，弹性元件230的另一端固定在管220的在内部延伸的止动件221上。

当在管上存在沿纵向方向y向左的压力时，管220可以在弹性元件230的弹性范围内相对于测试棒210移动。将由管220的在内部延伸的止动件221朝向第一止动件213挤压弹性元件230。当在测试棒210上存在沿纵向方向y向右的压力时，测试棒210可以在弹性元件230的弹性范围内相对于管220移动。将由测试棒210的第一止动件213朝向管220的内部延伸的止动件221挤压弹性元件230。

测试棒210的横截面的面积大于弹性元件230的横截面的面积。在这种情况下，测试棒210可以表现出比弹性元件230更小的电阻。因此，如果测试探针200连接在待测试的功率模块与测试设备之间，由于测试棒210的电阻小于弹性元件230的电阻，更多的电流将通过测试棒210而不是弹性元件230。通过增加测试棒210与弹性元件230的横截面面积比，例如如果该比例大于10倍或甚至更大，则大部分电流将通过测试棒210，而非常小(在一些中实施例可忽略的)的电流量将通过弹性元件230。

利用如图2所示的这种结构，即使高电流可以从高功率模块通过测试探针200到达测试设备，也只有非常少量的电流将通过弹性元件230，从而可以产生较少的热量并且可以增加测试探针200的生命周期。弹性元件230的简单示例是弹簧。

在一实施例中，测试棒200可以由c14500碲铜制成，例如，电镀1微米au(金)和0.2～0.3微米ni(镍)和0.7克co(钴)，以具有高耐磨性和良好的耐久性。高百分比的铜可使测试探针成为导电和散热的理想选择。c14500的硬度可以提供良好的制造性能。

图3示出根据本公开另外的实施例的电测试探针200的示意性结构。具体地，图3(a)示出电测试探针200沿线a-a的横截面视图，而图3(b)示出电测试探针200的俯视图。应当理解，图3中使用的相同的附图标记来指示图2的测试探针200的相同元件或部分。图2中未使用的但是图3中使用的附图标记指示根据本公开另外的实施例的测试探针200的附加元件或部分。

在一实施例中，测试棒210的第一止动件213可以形成为来自测试棒210的突起。第一止动件213可以形成为围绕测试棒210的环形。

在另一实施例中，测试棒210可以在测试棒210的第一端子211的一侧上具有散热器214，这有助于测试探针200与待测试的功率模块之间的互连接口处的散热。

散热器214可以具有风扇结构，以促进互连接口处的热分布。散热器214可以尽可能靠近第一端子211的端部设置。图4示出根据本公开一实施例的散热器214的风扇结构的放大图。

在另一实施例中，测试棒210的第二端子212可以经由适配器与测试设备电连接(稍后将详述)。例如，第二端子212可以是带螺纹的，以便以螺纹连接方式连接到适配器。适配器还与测试设备电连接。应当理解，其他公知的连接方法也可以将第二端子212与适配器连接，这不构成对本发明的限制。

图5示出根据本公开一实施例的测试棒210的第二端子212如何连接到适配器510的示例。如图所示，适配器510具有矩形主体511和成矩形形状的两个支腿512和513。作为示例，图5示出适配器510的具体形状，由于具有更大的主体而具有更好的散热性能并且可以容易且稳定地安装在测试平台上(将在后面描述)。然而，应该理解的是，适配器510可以具有不同的形状，例如，适配器主体511可以是圆柱形的、圆形等，并且适配器510可以不具有支腿512或513或具有不同形状的支腿。适配器510的具体形状不构成对本公开的范围的限制。

在如图5所示的具体示例中，测试探针210的带螺纹的第二端子212通过螺纹机械地并且电连接到适配器510的支腿512，以提供可靠的连接。这种螺纹连接方法提供了方便的维护，即，更容易更换测试探针。另一方面，测试设备(未示出)的电缆520通过适配器主体511插入并通过螺钉530紧固。电缆520由适配器的支腿513支撑并且可选地焊接在支腿513上以获得良好的电气连接。当测试探针200和适配器510两者一起移动时，适配器510和测试设备的电缆520之间的这种连接方法提供可靠的接合。

在一实施例中，适配器510可以由c14500碲铜制成，例如，电镀1微米au(金)和0.2～0.3微米ni(镍)和0.7克co(钴)，以具有高耐磨性和良好的耐久性。高百分比的铜可使适配器成为导电和散热的理想选择。c14500的硬度可以提供良好的制造性能。

在如图3所示的测试探针200的另一实施例中，测试棒210的第一端子211可以具有圆锥形端部形状。圆锥形端部形状可以提供对功率模块的不同尺寸/形状的测试引脚(即输入/输出端子)的更好容纳，而无需针对不同的功率模块定制测试探针。它对于各种功率模块的批量生产和测试特别有用。而且，圆锥形状可以提供更大的接触面积，例如，在测试探针与功率模块的输入/输出端子之间具有线/区域接触，而不是使用传统的测试探针时的点接触。然而，应当理解，测试探针的第一端子211的其他端部形状也是可能的，例如针对于功率模块的特定矩形输入/输出端子定制的矩形形状。具体的端部形状不会形成对本公开的限制。

在测试探针200的又一实施例中，测试棒210可以在管220的在内部延伸的止动件的外部上具有第二止动件215。本文提供第二止动件215以限制管220在测试棒210上的移动范围。优选地，第二止动件215可以与管220的在内部延伸的止动件221并排设置。可选地，第二止动件215可以形成为自测试棒210的突出部。第二止动件215也可以形成为围绕测试棒210的环形、半环、或围绕测试棒210的交叉爪，等等。第二止动件215的特定形状不构成对本公开的限制。

在测试探针200的又一实施例中，管220还可以具有外部延伸的止动件223。提供外部延伸的止动件223以限制测试探针200相对于测试平台的位置(将稍后描述)。

图6示出根据本公开一实施例的使用测试探针200的功率模块测试系统600的示意性结构。具体地，图6(a)示出了功率模块测试系统600的结构的透视图，而图6(b)示出了功率模块测试系统600的结构的侧视图。

功率模块测试系统600包括如图2或图3中所示的至少一个电测试探针200(如图6所示，示出四个)、测试平台610和测试设备620(图6中仅示出了测试设备的电缆)。

为了便于理解，待测试的功率模块也在图6中示出，例如，其可以是直流-直流(dc-dc)功率模块。功率模块测试系统600还可以更一般地应用于其他类型的功率模块，例如，交流(ac)-直流(dc)功率模块。

在图6的实施例中，提供测试平台610以保持电测试探针200，使得测试平台可以引导测试探针200相对于待测试的功率模块的移动。测试平台还可以辅助测试探针200与测试设备620的连接。

具体地，测试探针200的管220固定在测试平台610上，例如，通过螺钉611固定至测试平台610中。如图6(b)所示，管可以插入测试平台600的程度受到管220的第二止动件223的限制。

然后，测试平台610可以沿箭头612所示的方向引导测试探针200朝向或远离待测试的功率模块的移动。例如，当测试平台610朝向待测试的功率模块下降时，固定在测试平台610上的测试探针200也朝向待测试的功率模块下降。

当测试探针200的第一端子211接触待测试的功率模块上的输入/输出端子并继续朝功率模块向下移动一定距离时，向上的力将施加到测试探针上。然后，测试探针200的弹性元件230将被测试棒200的第一止动件213压缩，从而通过弹性元件的压缩可以缓冲朝向功率模块的输入/输出端子的压力，因此，可以实现测试探针200的第一端子211与功率模块的输入/输出端子之间的软接触和紧密接触。图7示出了测试探针200的弹性元件230的压缩状态。

在功率模块测试系统600的实施例中，如图5所示的适配器510可以保持在测试平台610的第一表面上。测试设备的电缆可以电连接到适配器。然后，电测试探针200的测试棒210的第二端子212可以从测试平台的第二表面朝向第一表面穿过测试平台并且电连接到适配器，第二表面与第一表面相对置。

图8示出测试探针200和测试平台610上的适配器510之间的示例连接。

如图8所示，测试探针200的测试棒的螺纹端子从测试平台610的底表面613(对应于第二表面)朝向测试平台610的顶表面614(对应于第一表面)插入至测试平台610中。适配器510具有支腿512，支腿512从顶表面614插入至测试平台610中，然后通过螺纹与从底表面613插入的测试探针200的测试棒连接。该连接方法可以提供适配器在测试平台上的稳定定位，并且还提供适配器510和测试探针200之间的可靠连接。

在另一实施例中，适配器510可以不具有支腿512，而是替代地具有平坦的底部。测试探针200的测试棒可以更长并且可以插入到测试平台610的顶表面614之外并且与适配器连接，例如，通过拧入适配器中。

如图8中所示的适配器510具有另一支腿513，其可用于支撑测试设备的电缆。电缆也可以焊接到另一支腿513上，以提供更好的电连接。

在图8中，适配器510的主体511显示为矩形形状并具有锋利的边缘。但是，应该理解的是，适配器的主体可以成不同的形状，例如，圆柱形并有圆形的边缘。同样，支腿513和512不限于特定的形状和尺寸。

图9示出根据本公开一实施例的测试平台610的示例结构。测试平台610可以由绝缘材料制成，例如，玻璃纤维。

所示出的孔611被用于保持用以固定测试探针的螺钉。所示出的测试平台610的底表面上的孔615被用于容纳插入至测试平台中的测试探针。测试平台610的顶表面上的所示出的支座616被用于保持适配器510，以防止其滑动或旋转。孔611、615和支座616的数量不受限制图9中所示。

测试平台的其他形状或形式也是可能的，只要其能够提供测试探针的稳定保持或固定即可。优选地，测试平台还可以协助测试探针与测试设备的连接。

对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明的发明构思可以以各种方式实施。给出上述实施例是为了描述而不是限制本公开，并且应当理解，在不背离本领域技术人员容易理解的本公开的精神和范围的情况下，可以采用修改和变化。这些修改和变化被认为是在本公开和所附的权利要求的范围内。本公开的保护范围由所附的权利要求限定。