一种探针机构和可变温真空探针平台的制作方法

本发明涉及材料电学性能测量技术领域，尤其涉及一种探针机构和可变温真空探针平台。

背景技术：

新材料研发的过程中，需要对新材料的方阻、电阻率、电阻温度系数等电学性能参数进行测量。

目前的市场上的四探针测试仪，通过探针对待检测的材料进行测试时，探针逐渐接近待检测的材料，但是由于探针与驱动探针移动的机构刚性连接，当探针抵接于待检测的材料后如果受力继续移动，会导致驱使探针移动的力直接作用于待检测的材料，容易刮伤待检测的材料，设计不合理。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种探针机构和可变温真空探针平台，解决现有技术中探针容易刮伤待检测的材料的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种探针机构，包括：

探针组件，包括固定部、探针及第一弹性部，所述探针沿自身轴向可滑动连接于所述固定部，所述第一弹性部连接于所述固定部和探针，用于给所述探针相对所述固定部的移动提供弹性阻尼。

进一步的，所述探针机构还包括三维移动组件，所述三维移动组件连接于所述固定部，用于驱动所述固定部、探针及第一弹性部沿三维方向移动。

进一步的，所述探针机构还包括连接组件，所述连接组件包括连接块，所述连接块连接于所述三维移动组件，所述固定部可拆卸连接于所述连接块。

本发明还涉及一种可变温真空探针平台，其包括多个上述的探针机构

进一步的，所述可变温真空探针平台还包括真空机构、样品支撑机构及加热制冷机构，所述真空机构包括真空筒，所述真空筒内设有真空腔，所述样品支撑机构包括样品支撑台，所述样品支撑台内置于所述真空腔，多个所述探针机构沿所述真空筒的周向间隔设置，所述加热制冷机构包括制冷组件和加热组件，所述制冷组件的制冷端内置于所述真空腔并连接于所述样品支撑台，用于对所述样品支撑台上的样品进行制冷，所述加热组件内置于所述真空腔，用于对所述样品支撑台上的样品进行加热。

进一步的，所述样品支撑台远离所述制冷组件的制冷端的一侧开设有容纳槽，所述加热组件包括电热丝，所述电热丝内置于所述容纳槽。

进一步的，所述真空筒的端部开口，所述真空机构还包括盖板和透光板，所述盖板相对所述真空筒的开口设置并连接于所述真空筒，所述盖板开设有观察孔，所述透光板相对所述观察孔设置并可拆卸连接于所述盖板。

进一步的，所述可变温真空探针平台还包括显微镜机构，所述显微镜机构包括显微镜，所述显微镜相对所述透光板设置。

进一步的，所述真空筒还开设有与所述真空腔相连通的多个固定孔，所述探针机构与所述固定孔一一对应设置，所述探针内置于所述真空腔，所述连接组件还包括过渡块和连接杆，所述过渡块连接于所述连接块，所述连接杆的一端连接于所述过渡块、另一端沿轴向开设有阶梯孔，所述阶梯孔贯穿所述连接杆且其小径段相对大径段靠近所述连接块贯穿所述连接杆，所述固定部呈阶梯状，所述固定部的小径段可滑动插设于所述阶梯孔的大径段。

进一步的，所述连接杆的另一端的周向的外壁开设有至少一个第一限位孔，所述第一限位孔与所述阶梯孔相连通，所述固定部相对所述第一限位孔开设有第二限位孔，所述连接组件还包括顶针、第二弹性部及限位部，所述顶针呈阶梯状，所述顶针的小径段可滑动插设于所述阶梯孔的小径段，所述顶针的大径段可滑动内置于所述阶梯孔的大径段，所述第二弹性部内置于所述阶梯孔的大径段，所述第二弹性部的一端连接于所述阶梯孔的大径段的底部内壁、另一端连接于所述顶针的大径段，用于推动所述顶针的大径段抵接于所述固定部的小径段，所述限位部插设于所述第一限位孔和第二限位孔，用于限制所述固定部相对所述连接杆的滑动。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过设置第一弹性部，当探针抵接于待检测的样品后继续移动时，探针相对固定部滑动并挤压第一弹性部，避免探针直接刚性接触待检测的样品，避免探针划伤待检测的样品，当探针与待检测的样品分离时，探针在第一弹性部的作用下复位。

附图说明

图1是本发明所述的可变温真空探针平台的结构示意图；

图2是本发明所述的可变温真空探针平台另一视角的结构示意图；

图3是本发明所述的可变温真空探针平台隐藏显微镜机构后的结构示意图；

图4是本发明所述的可变温真空探针平台中真空机构、显微镜机构、样品支撑机构、探针机构及加热制冷机构结构示意图；

图5是本发明所述的可变温真空探针平台中真空机构、显微镜机构、样品支撑机构、探针机构及加热制冷机构隐藏盖板后的结构示意图；

图6是本发明所述的可变温真空探针平台中真空机构、显微镜机构、样品支撑机构、探针机构及加热制冷机构另一视角的结构示意图；

图7是沿图6中a—a线的剖视图；

图8是图7中b处的局部放大示意图；

图9是图7中c处的局部放大示意图；

图10是本发明所述的可变温真空探针平台中样品支撑机构、热制冷机构及待测的样品的结构示意图；

图11是本发明所述的可变温真空探针平台中三维移动组件的结构示意图；

图12是本发明所述的可变温真空探针平台中三维移动组件另一视角的结构示意图；

图13是沿图12中d—d线的剖视图；

图14是图13中e处的局部放大示意图；

图15是本发明所述的可变温真空探针平台中连接部、固定部及连接螺钉的剖视图；

图16是本发明所述的可变温真空探针平台中样品支撑机构、加热组件及样品的爆炸图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种可变温真空探针平台，如图1和图2所示，包括固定机构1、真空机构2、显微镜机构3、样品支撑机构4、多个探针机构5及加热制冷机构6，固定机构1包括第一壳体11、第二壳体12、两个u型支架13，第一壳体11的内部空心且顶部开口，第二壳体12的内部空心且底部开口，第二壳体12的顶部开设有第一安装孔，第二壳体12的开口端相对第一壳体11的开口端设置并可拆卸连接于第一壳体11，两个u型支架13分别设置于第一壳体11的两侧并相互平行设置，u型支架13的两端均连接于第一壳体11。

真空机构2包括真空筒21，真空筒21内置于第一壳体11和第二壳体12围成的空腔内，真空筒21内设有真空腔。

于本实施例中，真空筒21的周向的外壁开设有连通孔，真空机构2还包括管接头22，管接头22相对连通孔设置并连接于真空筒21。

于本实施例中，真空筒21的内部空心且两端开口，真空筒21的一开口端相对第一安装孔设置，真空机构2还包括盖板23和第一密封圈24，盖板23设置于第二壳体12的上方并相对真空筒21的开口设置，盖板23通过螺钉可拆卸连接于真空筒21，第一密封圈24设置于盖板23与真空筒21之间并分别抵接于盖板23和真空筒21。

于本实施例中，盖板23开设有观察孔，真空机构2还包括透光板25，透光板25相对观察孔设置并可拆卸连接于盖板23。

通过设置观察孔，便于观察探针512与待测的样品7之间的距离，便于观察。

其中，观察孔为阶梯孔，观察孔包括直径依次减小的第一通孔、第二通孔及第三通孔，第一通孔、第二通孔及第三通孔均同轴设置，真空机构2还包括固定环26、第二密封圈27、第三密封圈28，固定环26内置于第一通孔并通过螺钉可拆卸连接于第一通孔的底部内壁，透光板25设置于固定环26与第二通孔的底部内壁之间，第二密封圈27设置于固定环26与透光板25之间并分别抵接于固定环26和透光板25，第三密封圈28设置于固定环26与第二通孔的底部内壁之间并分别抵接于透光板25和第二通孔的底部内壁。

通过设置固定环26、第一密封圈24及第二密封圈27，实现了透光板25与盖板23的可拆卸连接，并实现了透光板25与盖板23之间的密封，当需要取出或者放入待检测的样品7时，拆下透光板25，将待检测的样品7观察孔放入真空筒21内，实现了待检测的样品7的取放。

显微镜机构3包括显微镜31，显微镜31相对透光板25设置。

探针接近待检测的样品7时，通过设置显微镜31，可以仔细的观察到探针与待检测的样品7之间的距离，能进一步避免探针512划伤待测的样品7。

于本实施例中，第二壳体12的顶部开设有四个第二安装孔，四个第二安装孔呈矩阵分布，显微镜机构3还包括固定架32，固定架32的底部设置有四个固定脚33，四个固定脚33与四个第二安装孔一一对应设置，固定脚33可滑动插设于相对应的第二安装孔，固定架32相对第三通孔开设有第三安装孔，显微镜31的一端穿过第三安装孔，并通过紧定螺钉将显微镜31可拆卸的连接于固定架32。

通过设置固定架32，实现了显微镜31相对第二壳体12的固定，通过在固定架32的底部设置四个固定脚33，当需要使用显微镜31时，将显微镜31连同固定架32设置于第二壳体12的顶部，取放待检测的样品7时，将固定架32和显微镜31从第二壳体12上取下，能方便的对显微镜31安装或者拆卸。

样品支撑机构4包括样品支撑台41，样品支撑台41内置于真空腔。

其中，样品支撑台41的材质可以为铜、铝、银等导热的材质。

如图3至5所示，多个探针机构5沿真空筒21的周向间隔设置，探针机构5包括探针组件51和三维移动组件52，探针组件51包括固定部511、探针512及第一弹性部513，探针512沿自身轴向可滑动连接于固定部511，探针512内置于真空腔并相对样品支撑台41上的待检测的样品7设置，第一弹性部513连接于固定部511和探针512，用于给探针512相对固定部511的移动提供弹性阻尼。

其中，探针512的材质可以铜针、钨针及钢针等。

如图11和12所示，三维移动组件52连接于固定部511，用于驱动固定部511、探针512及第一弹性部513沿三维方向移动。

于本实施例中，探针机构5还包括连接组件53，连接组件53包括连接块531，连接块531连接于三维移动组件52，固定部511可拆卸连接于连接块531。

如图13、14、15所示，于本实施例中，真空筒21的周向的外壁还开设有与真空腔相连通的多个固定孔，探针机构5与固定孔一一对应设置，连接组件53还包括过渡块532和连接杆533，过渡块532连接于连接块531，连接杆533的一端连接于过渡块532、另一端沿轴向开设有阶梯孔，阶梯孔贯穿连接杆533且其小径段相对大径段靠近连接块531贯穿连接杆533，探针组件51还包括连接部515，连接部515呈阶梯状，连接部515的小径段可滑动插设于阶梯孔的大径段，固定部511可拆卸连接于连接部515。

其中，真空筒21开设的固定孔的数量可以为三个、四个、五个等，于本实施例中，真空筒21开设的固定孔的数量为四个，相对应的探针机构5的数量为四个，四个探针机构5沿真空筒21的周向等距分布，且固定孔和探针机构5的数量不限定于此。

其中，连接杆533穿过固定孔，连接组件53还包括第一固定块534、第二固定块535及波纹管536，波纹管536套设于连接杆533和过渡块532，波纹管536的一端通过第一固定块534连接于连接块531、另一端通过第二固定块535连接于真空筒21。

通过设置波纹管536、连接块531，在不妨碍连接杆533和探针512移动的同时，实现了真空筒21的固定孔的封闭，避免真空筒21的固定孔处出现漏气。

于本实施例中，连接杆533的另一端的周向的外壁开设有至少一个第一限位孔，第一限位孔与阶梯孔相连通，连接部515相对第一限位孔开设有第二限位孔，连接组件53还包括顶针537、第二弹性部538及限位部539，顶针537呈阶梯状，顶针537的小径段可滑动插设于阶梯孔的小径段，顶针537的大径段可滑动内置于阶梯孔的大径段，第二弹性部538内置于阶梯孔的大径段，第二弹性部538的一端连接于阶梯孔的大径段的底部内壁、另一端连接于顶针537的大径段，用于推动顶针537的大径段抵接于连接部515的小径段，限位部539插设于第一限位孔和第二限位孔，用于限制连接部515相对连接杆533的滑动。

其中，连接部515的大径段沿连接杆533的轴向开设有至少一个沉头孔，沉头孔的大径段相对小径段靠近连接杆533，固定部511相对沉头孔开设有螺纹孔，探针组件51还包括连接螺钉516，连接螺钉516的螺纹端可转动穿过沉头孔并螺纹连接于螺纹孔。

通过设置连接部515和连接螺钉516，实现了连接部515和固定部511的可拆卸连接。

其中，连接部515和固定部511为回转体，连接部515开设有第一贯穿孔，第一贯穿孔贯穿孔沿靠近样品支撑台41的方向向下倾斜设置，第一贯穿孔包括相连通的第四安装孔和第五安装孔，第五安装孔的内径大于第四安装孔，第五安装孔相对第四安装孔远离连接杆533，固定部511沿第一贯穿孔的轴向开设有第二贯穿孔，第二贯穿孔包括相连通的第六安装孔和第七安装孔，第六安装孔的直径大于第七安装孔，第六安装孔相对第七安装孔靠近连接部515，第六安装孔与第五安装孔同轴设置且其直径等于第五安装孔，探针512可滑动穿过第四安装孔、第五安装孔、第六安装孔及第七安装孔，探针512向外凸出形成有环体514，环体514与探针512设置并可滑动内置于第五安装孔或者第六安装孔，环体514的外径大于第四安装孔和第七安装孔的内径，第一弹性部513为弹簧，第一弹性部513套设于探针512且其一端抵接于环体514，另一端抵接于第五安装孔的顶部的内壁。

通过设置第四安装孔、第五安装孔、第六安装孔及第七安装孔，使得探针512可从固定部511上拆下。

通过设置第一弹性部513，当探针512抵接于物体后继续移动时，探针512通过环体514压缩第一弹性部513，避免探针512直接刚性接触物体，避免探针512划伤待检测的样品7，通过设置贯穿孔，能对探针512进行固定，通过设置第四安装孔、第五安装孔、第六安装孔、第七安装孔及环体514，能对探针512可滑动的距离进行限制。

其中，沉头孔和连接螺钉516的数量可以为一个、两个、三个等，于本实施例中，沉头孔和连接螺钉516的数量均为两个，沉头孔与连接螺钉516一一对应设置，但沉头孔和连接螺钉516的数量不限定于此。

其中，第二弹性部538为弹簧，第二弹性部538套设于顶针537的小径段。

通过设置第一限位孔和第二限位孔实现了固定部511相对连接杆533的轴向的固定，通过设置顶针537和第二弹性部538，第二弹性部538推动顶针537的大径段抵接于固定部511的小径段，能避免固定部511相对连接杆533转动或者晃动。

其中，连接杆533开设的第一限位孔的数量可以为一个、两个、三个等，于本实施例中，连接杆533开设的第一限位孔的数量为两个，两个第一限位孔相互平行且间隔设置，相对应的限位部539的数量为两个，限位部539为限位螺钉，限位部539与第一限位孔一一对应设置，且第一限位孔和限位部539的数量均不限位于此。

于本实施例中，三维移动组件52用于驱动固定部511、探针512及第一弹性部513在第一方向x、第二方向y及第三方向z三个方向上移动。

其中，三维移动组件52可以为机械臂、机械手及三轴移动机构等，于本实施例中，三维移动组件52包括x轴运动组件521、y轴运动组件522与z轴运动组件253。任一运动组件均采用丝杆机构加导轨滑块机构，即转柄驱动丝杆，丝杆驱动丝杆螺母和滑块沿导轨的导向移动。具体地，x轴运动组件521驱动与其丝杆螺母和滑块连接的y轴运动组件522在第一方向x上移动，y轴运动组件522驱动与其丝杆螺母和滑块连接的z轴运动组件253在第二方向y上移动，z轴运动组件253驱动与其丝杆螺母和滑块连接的连接块531在第三方向z移动。

如图16所示，于本实施例中，可变温真空探针平台还包括加热制冷机构6，加热制冷机构6包括制冷组件61和加热组件62，制冷组件61的制冷端内置于真空腔并连接于样品支撑台41，用于对样品支撑台41上的样品进行制冷，加热组件62内置于真空腔，用于对样品支撑台41上的样品进行加热。

通过设置制冷组件61和加热组件62可以选择性的对待检测的样品7进行加热或者降温。

于本实施例中，固定机构1还包括固定筒14，固定筒14内置于第一壳体11，固定筒14的内部空心且两端开口，固定筒14的一端连接于真空筒21的另一开口端，制冷组件61内置于第一壳体11，制冷组件61为热声制冷机，热声制冷机的冷头穿过固定筒14并连接于样品支撑台41，热声制冷机的壳体连接于固定筒14的另一端开口端。

通过将制冷组件61可以热声制冷机、液氮泵及液氦泵等，于本实施例中，制冷组件61为热声制冷机，通过将制冷组件61设置为热声制冷机，无需给制冷组件61灌装制冷剂，减小了制冷组件61的体积，能大大减小探针台设备的体积。

其中，固定筒14与真空筒21的另一端之间通过螺钉相连接，且固定筒14与真空筒21的连接处设置有密封圈，通过密封圈对固定筒14与真空筒21的连接处进行密封。

其中，热声制冷机的壳体与固定筒14的另一端之间通过螺钉相连接，且热声制冷机与固定筒14的连接处设置有密封圈，通过密封圈对热声制冷机与固定筒14的连接处进行密封。

其中，加热组件62可以是红外加热装置、氮化硅加热片、ptc陶瓷片、电热丝等。

于本实施例中，样品支撑台41远离制冷组件61的制冷端的一侧开设有容纳槽，加热组件62包括电热丝621，电热丝621内置于容纳槽。

如图6至10所示，其中，样品支撑机构4还包括固定台42，固定台42设置于样品支撑台41的底部并连接于样品支撑台41，固定台42远离样品支撑台41的一侧向内凹陷形成有第一固定槽，样品支撑机构4还包括第一绝缘片43，第一绝缘片43内置于第一固定槽并连接于热声制冷机的冷头。

通过设置第一绝缘片43，能有效对样品支撑台41和热声制冷机的冷头进行绝缘处理。

其中，样品支撑机构4还包括第二绝缘片44、银电极45及铂金电极46，第二绝缘片44设置于样品支撑台41远离制冷组件61的制冷端的一侧并连接于样品支撑台41，第二绝缘片44远离样品支撑台41的一侧向内开设有第二固定槽，银电极45的一端嵌设于第二固定槽，铂金电极46连接于银电极45的另一端。

通过设置第二绝缘片44，能有效对银电极45及铂金电极46及待测的样品7进行绝缘处理。

其中，样品支撑机构4还包括第三绝缘片47，第三绝缘片47相对铂金电极46开设有圆孔，第三绝缘片47经圆孔套装于铂金电极46并连接于第二绝缘片44远离样品支撑台41的一侧。

本发明的具体工作流程：将待检测的样品7从真空筒21的顶部的开口端放入真空筒21并使得待检测的样品7设置于铂金电极46上，然后将盖板23连接于真空筒21的底部的开口端，实现了真空筒21的顶部的封闭，将抽真空设备连接于管接头22，在抽真空设备的作用下将真空筒21内抽成真空，并使得真空筒21的内部空腔维持负压状态，然后启动制冷组件61或者加热组件62，通过制冷组件61或者加热组件62对待检测的样品进行降温或者加热，然后启动三维移动组件52，通过三维移动组件52使得连接组件53和探针组件51沿x轴和/或y轴和/或z轴移动，使得探针组件51接近待测的样品7直至抵接于待测的样品7，实现了对待测的样品7的检测。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。