专利名称：顺性电接触器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电接触器，尤其涉及在高频具有很低电感的很小的顺性电接触器。
背景技术：
电接触器的用途是在两个电导体之间提供可分离电气互联。可分离的特征意指导体不是采用诸如焊接或粘合等永久性机械方式而是临时机械方式互联。因此，为了保持良好的机械接触以使接触器的有害电效应降到最小，使用了某种弹簧力的形式将两个导体压在一起。这些电接触器被称为顺性(弹性)接触器。
小的顺性接触器是将集成电路(IC)可分离地互联到用户所希望的任何电设备所必须的。主要示例是将IC连接到测试用固定装置与分选装置，这些装置是用来在制造中测试和分选IC的。顺性接触器应该尽可能的接近电透明(electricallytransparent)以将诸如电感等寄生效应将到最低，这些寄生效应会改变传输至IC及来自IC的信号从而可能导致错误的结果。
顺性接触器提供的另一优点在于它们可以补偿连接的电子在测单元(UUT)的非同面性。UUT上的传导点不精确共面，即它们不在同一平面内，即使是不同UUT的相同传导点之间。顺性接触器根据传导点的实际位置偏转不同的量。
用于连接到UUT的常规顺性接触器包括弹簧探头，导电橡胶，顺性杆接触器，以及称为起毛按钮的被捆成一束的金属线。每项技术都为克服接触点间的非共面性提供了所需装置，且通过多个接触器提供了均匀的电接触。每项技术都在一个特性或另一个特性上有不足，且都有高电寄生特性。另外，它们制造费用都相对较贵。
典型的弹簧探头包括至少三或四个部分，具有弹簧的套管以及一或两个柱塞。弹簧被容纳在套管中，在弹簧的两端，柱塞的端部被限制在套管的两个相对的开口端中。弹簧将柱塞向外偏压，从而向柱塞的顶端提供弹簧力。弹簧探头可以提供很大不同程度的顺性和接触力，而且通常可以非常可靠地接触多次或多个循环。弹簧探头能够适应诸如垫、柱、球等许多不同的传导接口。然而，弹簧探头具有尺寸问题，即弹簧本身不能做到非常小，否则不能保持接触器与接触器的稳定的弹簧力。因此，弹簧探头相对较大，导致在用于更高频率的电信号时产生不能接受的大电感。此外，由于必须先对三个元件分别制造，然后再将它们组装起来，因此弹簧探头成本相对较高导电橡胶接触器由具有嵌入式导电金属元件的不同类型的橡胶和硅组成。这些接触器方案通常比弹簧探头有更小的电感，但是与弹簧探头相比，其顺性较小且能够使用的工作循环也较少。在传导点被抬离UUT从而需要来自UUT的伸出部件或向系统附加第三导电元件以起到伸出构件的作用时，使用导电橡胶。该第三单元减小了给定接触压力的接触面积，因而增加了单位面积的压力从而可得到稳定的接触。第三元件可以是置于传导点间的橡胶上的螺旋机械加工的按钮。该第三元件只会给接触系统加入电感。
顺性杆接触器由导电材料制成，该接触器形成为在其连到UUT传导点的一端获得偏移与接触压力而另一端保持固定到另一导体。换而言之，压力由一个或多个导电板簧提供。这些接触器在形状和应用上变化很大。有些顺性杆接触器足够小，能有效地用于IC。有些顺性杆接触器使用诸如橡胶等其它顺性材料以给杆接触点增加顺性或接触压力。后面的这些类型比传统顺性杆接触器更小，从而有更小的电感，更适合用于分选更高频率的器件。然而，这些接触器对于在某些射频(RF)应用中的使用还是稍显过大。
起毛按钮是相对较老但简单的技术，其中金属线被扭弯成圆柱形。所得到形状看起来非常类似于由钢丝绒组成的小圆柱。当圆柱被放置在一片非导电材料中的孔中时，它起到类似于连续电短路的弹簧的作用。它比其它接触器技术提供电感更低的电路径。类似于橡胶接触器，起毛按钮通常采用第三元件，从而生成与起毛按钮的接触，该第三元件需要达到非导电片的孔之内。该第三元件增加了寄生电感，降低了传输至UUT及来自UUT的信号。
IC封装技术正往更小、更高频率(更快)、以及更廉价的方向发展，从而导致对这些类型的电接触器有了新的要求。它们需要以最低的成本来充分地执行这些要求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种包括顺性接触器的组件，所述顺性接触器在更高频率具有比现有技术更低的自感。
本发明的另一目的是提供能够提供足够的顺性以测试各种UUT的低自感接触组件。
本方面的又一目的是提供能够制造得极小从而用于以紧密的传导点测试UUT的低自感接触器组件。
本发明的另一目的是提供造价相对低廉的低自感接触组件。
本发明是在两个电器件之间提供临时接口的组件。该组件被夹在两个电器件之间，且一压缩力使该组合保持在一起。该组件包括自感很低、顺性的接触器。该接触器包括具有一对相对的、用来连接到电器件上的传导点的接触点的线圈。该线圈与压缩方向成一个角度。角度越小，压缩接触器所需的压力就越大。在压缩过程中，当诸线圈环沿彼此滑动时，它们是电短路的。线圈只需要一环就足以在被压缩时在相邻导线间引起短路，最少可为刚超过360°。
材料可以是具有固有弹性特性的任何导电材料，材料的横截面形状可以是任何形状，包括圆形、正方形、三角形、椭圆形、矩形，或者星形，横截面的尺寸沿材料长度也不需要必须一致。
接触点每个都可被配置成各种构造中的一种。
接触器被放置在电解质面板中的通孔内。孔在中心部分的两端都有开口。接触器可由延伸穿过接触器线圈中心的引脚锁位在孔中。或者，孔中剩下的空间用可增加弹性且有助于使线圈环电短路的顺性的导电弹性体填充。
根据附图和本发明的详细描述，本发明的其它目的将是显见的。
参照附图以对本发明的本质和目的进行更全面的理解，其中图1是具有同轴导线的本发明的基础接触器的立体图；图2是具有椭圆形环的接触器的侧视图；图3是具有平行的环轴线的接触器的侧视图；图4是本发明的组件与UUT及测试台的横截面图；图5是环之间具有变化的间隙的接触器的侧视图；图6是具有最小线圈的接触器的立体图；图7是由矩形横截面材料制成的接触器的侧视图；图8A-8E是在组件中具有中心直导线的接触器的局部横截面示图；
图9A和9B是在组件中具有偏移的直导线的接触器的局部横截面的前视图与侧视图；图10A和10B是在组件中具有倾斜的直导线的接触器的局部横截面的前视图与侧视图；图11A和11B是在组件中具有钩形导线的接触器的局部横截面的前视图与侧视图；图12A和12B是具有钩形导线和切向导线的接触器的局部横截面的前视图与侧视图。
图12C和12D是图12A与12B的罩的俯视和仰视立体图；图13A和13B是具有结节(nub)接触点的接触器的前视图与侧视图；图14A和14B是具有以切向导线形式的另一个结节接触点的接触器的前视图与侧视图；图15A和15B是具有环形接触点的接触器的前视图与侧视图；图16-21是各种接触器捕捉结构的横截面的侧视图；图22是接触器捕捉结构的横截面的仰视图；图23是导线成环形的接触器的立体图；以及图24是导线逐渐变细为点的接触器的立体图。
具体实施例方式
本发明是在两个电器件之间、通常在测单元(UUT)2与测试台4之间提供接口的组件11。组件11包括具有很低自感的顺性电接触器10。
接触器10通过将一段长度的电导材料卷绕或做成线圈12而生成。线圈12可以是如图1中的圆形，或如图2中的椭圆形。线圈12可以具有恒定的直径或可以具有变化的、诸如圆锥形的直径。线圈12的诸环14可以如图1中具有单根轴线，或如图3所示，每个环14都可有其自己的轴线38a-38e，所有的轴线相互平行。如图4中所示的线圈12的环14之间的间隙从基本无间隙(封闭线圈)到距离为大约最大横截面尺寸的100％。金属线横截面尺寸越大，为横截面尺寸一定百分比的间隙44就可以越大。例如，对于0.0031英寸的金属线横截面，0.0001英寸的间隙是可接受的，而对于0.020英寸的金属线横截面，0.010英寸(50％)是可以接受的。本发明还构想了相同线圈12的不同间隙44具有不同尺寸。例如，如图5所示，某些环14’之间可以没有间隙，而在其它环14”之间可以有间隙。
如上所述及图4中所示，接触器在UTT2与测试台4的传导点6、8之间提供了临时电连接。为了提供良好的电连接，通过在UUT2与测试台4之间施加沿压缩方向17的压缩力15来压缩接触器10，从而使得接触器10的弹簧力将接触器10的接触点16、18推到UUT传导点6以及测试台传导点8上。
线圈12被定向为使得压缩的方向17与线圈轴线38成角度19。当在压缩方向17施加压缩力15，线圈12随着环14沿彼此的滑动来提供顺性。当撤除压缩力15时，环14回到其静止状态。被压缩时，线圈12将接触点16、18推至传导点6、8上，从而提供可接受的电连接。另外，线圈12提供了调整传导点6、8的非共面性的必要特性。
一旦间隙44被封闭，环14在其沿彼此滑动时，在整个接触10的剩余压缩过程中是电短路的。线圈12只需要一环就足够在被压缩时在接触点16、18之间引起短路，因此可以非常的短且具有非常低的电寄生。最小的线圈只有比一环稍多一点，如图6所示。材料最少被盘绕刚超过360°，从而使得线圈12的端部在压缩中接触。
角度19的大小取决于具体的应用以及该应用所需的顺性力。角度19越小，压缩接触器10所需的力越大，即意味着接触器10将给传导点6、8提供更大的力。角度19的大小具有极限。当角度19接近零时、即平行于压缩方向17时，一旦线圈已经相互接触，接触器10将不能再进一步压缩。而当角度19超过90°时、即超过垂直于压缩方向17的方向时，线圈12不大可能相互接触以在接触点之间形成短路。因此，角度19的实际范围从大约5°到大约90°。
除了倾斜角度19以外，接触器10的力对偏移量的曲线还由诸如在制造接触器中使用材料的体积之类的其它线圈参数决定，例如，金属线横截面尺寸、线圈直径和环的数目，以及横截面形状与材料。材料的横截面形状可以是如图1中所示的圆形，或其它形状，包括如图7中所示的正方形、三角形、椭圆形、矩形或星形。本发明还构想横截面尺寸不必沿材料的长度一致。当使用诸如矩形或星形等具有平坦侧面的横截面材料时，相比于使用圆形或椭圆形横截面，相邻环可沿着更大表面面积接触。因此，构成了可能的最短电路径，从而导致电感更低的连接。然而，由于成本和其它原因，具有平坦侧面的材料相对于圆形或椭圆形材料不一定是较优的。
材料可以由具有固有的弹性特性的任何导电材料组成，例如，不锈钢、铍铜合金、铜、黄铜、镍铬合金，以及钯-稀有金属合金，诸如PALINEY，35％钯、30％银、14％铜、10％金、10％铂，以及1％锌的合金。所有这些材料都可用于从韧化到完全硬化的不同硬度。
如上所述，接触器10用在给两个电器件之间的传导点6、8提供临时电连接的组件11中。通常，如图8A和8B所示，接触器10被放置在电介质面板26中的通孔24内。孔24在区段30的两端都有开口28，接触点16、18通过这两个开口伸出。
当沿压缩方向17向伸出电介质面板26的开口28的接触点16、18施加压缩力15时，如图8A中所示，环14的左侧压缩而环的右侧扩张，通常增大线圈12的直径。在施加压缩力15时，孔24保持接触器10的位置。孔24还可通过防止线圈环14在压力下被分散来保持接触器10的完整。
通过采用极小的金属线以及在电介质面板26中形成孔24，可以将接触器10做得极小，用于来测试节距小于0.5毫米的UUT。接触器10适用于节距在毫米级的硅晶片探头。
图8A-22示出了多个不同的接触点、孔、电介质面板以及接触器锁位结构的例子。值得注意的是每幅图中的两个接触点1618结构相同。本发明不要求单个接触器的两个接触点16，18是同样的，而是构想两个接触点16，18可以有不同的结构。所示结构仅作示例而不是将本发明限定于任何特定接触点、孔或电介质面板结构。服务于特定应用的任何接触点、孔和/或面板结构都是由本发明所构想。
在图8A-8E中，接触点16在中心直导线的端部。线圈12的端部在诸如74处通过三个维度的弯曲形成通常与压缩方向17成一直线的导线72，从接触点16处看通常位于线圈12的中心。孔24的中间区段30的横截面尺寸比与导线72垂直的接触器10的最大尺寸稍大。在图8C的结构中，中间区段30具有椭圆形横截面，在线圈12的扩张方向40具有较大尺寸。因为线圈12不在维度42扩展，所以较小的维度尺寸42可以与线圈尺寸一样。由于导线72位于孔24的中心，所以开口28通常与中间区段30同轴线。图8A的孔轴线58与压缩方向17成一直线。开口28小于线圈12以使得接触器10被孔24锁位。
图8A的电介质面板26具有包含一个开口28以及大部分中间区段的底部薄板34，以及包含上部分中间区段与另一开口28的顶部薄板32。接触器10被放置于孔24的底部薄板部分，而薄板32、34被夹在一起以将接触器10锁位于孔24内。
图8D中示出了电介质面板26内的接触器10的替换布置。值得注意的是一个接触点16比另一接触点18从线圈12延伸得更远，且孔24是延长和错开的。采用这种布置，接触器10可以一起放置得更紧。该布置的特定应用包括4金属线测试，其中每根IC导线需要两个接触点，一个用于驱动电流而另一个用于高阻抗感应。
图8E中示出了电介质面板26内的接触器10的另一替换布置。孔轴线58、倾斜从而使得导线72相互成一直线，但与压缩方向17不成一直线。该布置允许接触点16与电器件传导点6之间的平移。面板26被分裂开以使得孔24的两个部分彼此偏离。
在图9A与9B的结构中，接触点16位于与压缩方向17也成一直线的偏移直导线76的端部。它与中心直导线72的不同在于，线圈12的端部在环14的切向延伸，然后只在两个维度弯曲，而不是在中心通过三个维度的弯曲形成，所以导线76位于线圈12的一侧。由于导线76偏离接触器10的中心，开口28与中心区段30不同轴，但在其一侧。
图9A示出了平行导线76的优点接触器10可以一起排列得很近而不需要像图8D中的同轴导线72那样延长任一导线76。类似于图8D中的布置，该布置的特定应用包括4金属线测试，其中每根IC导线需要两个接触点，一个用于驱动电流而另一个用于高阻抗感应。
图9的电介质面板26具有两块镜像薄板46、48，其中每块薄板含有一个开口28和一半中间区段30。接触器10被放置在孔24的一侧，薄板46、48被夹在一起以将接触器10锁位在孔24内。
在图10A与10B的结构中，接触点16位于倾斜直导线78的端部，该直导线通过中断环14以使得导线78在环14的切向上延伸而形成。结果就是该导线与压缩方向17不成一直线，如图10B所示。由于导线78与线圈12相切，所以它垂直于线圈轴线38。类似于那些偏移直导线的孔开口，孔开口28位于中间区段30的一侧。然而，由于倾斜直导线78倾斜于压缩方向17，可延长开口28以允许垂直于压缩方向17的运动。
或者，如图10A与10B中所示，在安装接触器10之后孔24中的剩余间隙可用顺性、导电弹性体36填充。弹性体36起双重作用。它增加了接触器10的弹性，意味着接触器10可以比没有弹性体36时承受更多的工作周期。弹性体36还有助于将线圈环14电短路，从而潜在地使接触系统的电寄生值降到最低。
在图11A与11B的结构中，接触点16是钩形导线80的侧面82。类似于偏离直导线76，线圈12的端部从线圈12切向延伸，然后被弯曲成钩84，以使得接触点16沿导线80的侧面82而不是在导线80的端部86。钩84可以是提供所需功能的任何形状。图11A的钩84由两个弯曲88及两者之间的直线部分90构成。或者，钩84可以是大于90°的单个弯曲。孔开口28是将中间区段30平分的槽，从而使得钩84在被压缩时能够弯曲到槽内。
在图12A与12B的结构中，一个接触点16是钩100的上表面102。线圈12的端部从线圈12切向延伸并与压缩方向17成一定角度，然后被弯曲成钩100，以使得接触点16沿钩100的侧面102而不是导线的末端。图12的钩100由大约90°的单个弯曲构成。另一接触点18是导线104的末端，该导线与线圈12大致相切且与压缩方向17成一定角度，如图12A所示。导线104可以与图10B类似的方式与线圈成一直线，或者被弯曲成更加接近与压缩方向17成一直线，如图8与12B。
接触器10被放置在电介质面板26的孔24的开口端105中，以使得钩100延伸穿过在孔的另一端的孔开口28。孔开口28与孔24一体，且是将孔24平分的槽，以使得钩100在被压缩时可以弯曲到开口28中。孔24的开口端105在109处接受一被压合到开口端105中的罩106。如图12C与12D所示，罩106具有开口107，接触点18延伸穿过开口107。在开口107中的是接触导线104所用的槽113，以防止接触器10在压缩过程中旋转。开口107可以与槽113形状相同，如图12D中所示，或者开口107可以为不同尺寸，例如，较小以使得只有接触点18可以从开口107延伸。
接触点18不用必须从开口107延伸出来。接触点18延伸穿过开口107只要足够使得其大致位于电介质面板26的较低表面108的平面中，以及足够使得在压缩过程中接触UUT传导点6或测试台传导点8(取决于零件的物理结构)。该结构被构想用来作为接触结构中任一结构的替换。仅有的局限性在于，如果接触点之一大致位于电介质面板表面的平面中，另一接触点必须延伸出电介质面板足够远以使得压缩能在接触器与测试台及UUT之问产生良好的电连接。
在图13A与13B的结构中，接触点16是结节92，即除了环14的弯曲之外没有任何弯曲的线圈12的末端。结节92与压缩方向17成一直线。或者，如图14A与14B所示，结节92位于与线圈12相切的很短的导线94的端部，它可以与压缩方向17成一直线也可不与其成一直线。
在图15A与15B的结构中，接触点16是环14的侧面96。它是与图13A与13B中的结节92基本相同的设计，所不同的只是旋转了线圈12以使得将环14的侧面96而不是线圈12的末端98作为接触点16。如果两个接触点16、18都在环14的侧面，则必须至少有1.5个环14。
由于图13A-15B的接触点结构没有类似于其它接触点结构的基本延伸出线圈14的导线，具有中间区段以及更小的开口的孔结构不一定能提供最佳性能。图16-22示出了更适合于这些接触点结构的孔结构。可以使用这些采用窄孔开口之外的结构来锁定接触器10的孔结构，其适合于所有的接触结构。
图16的孔24具有与压缩方向17成一直线的轴线58，其中接触器10被放置在中间区段30，接触点16、18延伸出开口28。接触器10被保持在适当位置，而陶制材料52固化以将接触器10固定在正确的方向。陶制材料52可为导体或非导体。图17的孔24具有从压缩方向17倾斜的轴线58，其中倾斜角基本垂直于线圈轴线38的角度。接触器10不是通过摩擦配合、即孔24略小于接触器10，就是通过类似于图16的陶制材料来固定在中间区段。接触点16、18延伸出开口28。
图18-22示出了锁位接触器的各种方法，其中一些形式的引脚延伸穿过线圈12的中心。
图18的孔24从压缩方向17倾斜，其中倾斜角基本垂至于线圈轴线38的角度。固定接触器10的引脚是延伸穿过电介质面板26中的孔56与线圈12中心的棒54。接触点16、18延伸出开口28。
在图19中，引脚是延伸出孔24的中间区段30的壁的凸起110，孔24倾斜于压缩方向17。凸起110延伸进线圈12以将接触器10固定在孔24中。第二凸起111是可选择的。在图20中，引脚是延伸出孔24的中间区段30的壁的一对同轴凸起112，孔24倾斜于压缩方向17。电介质面板26在将孔24平分的接口116处水平分离。接触器10被安装在孔24的一侧，然后两个面板元件118、120被水平组装在一起以使得两个凸起都能延伸进接触器10。
图21的引脚也是延伸出中间区段30的壁的凸起122。在安装好接触器10之后，插塞126被安装在孔24中以将接触器10固定在孔中。可选地，在插塞126上可以有凸起124。
在图22中，接触器10被放置在孔24中。将接触器10固定在孔24中的引脚是延伸穿过电介质面板中的孔62和线圈12的中心的弹性带60。带60能延伸穿过一个以上的接触器10。由于带60是弹性的，接触器10不必排列成使得诸孔62在一直线上，而是能绕拐角弯曲。带60由诸如硅橡胶等绝缘材料组成。
接触点16、18可被配置成有助于接触器完整性的形状。接触点构成的一个示例是如图23中所示的半球或环20，用于在测试球栅阵列(BGA)器件时接受球形接触器。另一示例是如图24中所示的、具有一个或多个用于刺入传导点6、8上的氧化物的矛。
由此，示出及描述了一种满足上述目标的顺性电接触器组件。
由于可以在本公开内容内进行某些改动而不会背离本发明的范围，旨在将在以上说明书中描述以及在附图中所示的所有主题解释为说明性而不是限制性意义。
权利要求
1.一种适用于在第一电器件的传导点与第二电器件的传导点之间提供临时电连接的顺性电接触器组件，所述多个电器件由在压缩方向上的压缩力使它们与它们之间的所述组件被压缩在一起，所述组件包括(a)至少一个顺性电接触器，所述接触器包括一段固有弹性的导电材料，所述材料被成形为具有至少略多于一环的环数的线圈，每一环都有一轴线，所述多个环轴线与所述压力方向成第一角度；所述接触器具有用于与所述传导点电连接的大致相对的接触点，所述接触点中的一个在大致与所述线圈相切并与所述压缩方向成第二角度的导线上，另一所述接触点在钩形导线上；以及(b)对所述至少一个电接触器中的每个接触器有一个通孔的电介质面板，所述接触器被锁位在所述孔中从而使得所述接触点延伸穿出所述孔的相对开口。
2.如权利要求1所述的顺性电接触器组件，其特征在于，所述环轴线是同轴的。
3.如权利要求1所述的顺性电接触器组件，其特征在于，所述第一角度处在从大约5度至大约90度的范围内。
4.如权利要求1所述的顺性电接触器组件，其特征在于，所述相对开口中的第一开口是与所述孔为一整体的槽且所述钩形导线延伸穿过该槽，以及所述相对开口中的第二开口在配合于所述孔的一个开口端内的、与所述槽相对的罩内。
5.如权利要求1所述的顺性电接触器组件，其特征在于，所述罩被压配合到所述开口端内。
6.一种适用于在第一电器件的传导点与第二电器件的传导点之间提供临时电连接的顺性电接触器组件，所述多个电器件由在压缩方向上的压缩力使它们与它们之间的所述组件被压缩在一起，所述组件包括(a)至少一个顺性电接触器，所述接触器包括一段固有弹性的导电材料，所述材料被成形为具有至少略多于一环的环数的线圈，每一环都有一轴线，所述多个环轴线与所述压力方向成一定角度；所述接触器具有用于与所述传导点电连接的大致相对的接触点；以及(b)对所述至少一个电接触器中的每个接触器都具有一带有轴线的通孔的电介质面板，所述接触器被延伸穿过所述线圈的引脚锁位在所述孔中。
7.如权利要求6所述的顺性电接触器组件，其特征在于，所述环轴线是同轴的。
8.如权利要求6所述的顺性电接触器组件，其特征在于，所述角度处在从大约5度至大约90度的范围内。
全文摘要
一种用于临时连接两个电器件的顺性电接触器组件(11)。组件(11)包括具有环(14)且具有相对接触点(16，18)的接触器(10)，所述环(14)含有轴线并形成闭合线圈。该轴线于将保持组件(11)夹在电器件之间的压缩力(15)的方向(17)成一个角度。当施加压缩力(15)时，线圈的电短路环(14)在另一环的表面上滑动，从而提供顺性。接触器(16，18)可做到极小从而使得可以达到很低电感值的毫米范围内的节距。接触器(10)被安装在电介质面板(26)中的通孔(24)中从而使得接触点(16，18)伸出孔(24)的相对的开口。选择性地，孔(24)可由顺性、导电弹性体(36)填充。
文档编号H01R13/24GK1977344SQ200580013387
公开日2007年6月6日 申请日期2005年4月28日 优先权日2004年4月29日
发明者G·A·温瑟 申请人:忠诚概念股份有限公司