顺应性电接触件.pdf

一种顺应电接触件(10)具有闭合线圈(12)，它具有相对的旁轴引脚(16、18)，该引脚以偏离线圈(12)的轴线(38)的一定角度延伸出。当轴向力施加到引脚(16、18)的端部时，线圈(12)的电短路的环(14)在彼此表面上滑动，提供顺应性。接触件(10)可以制成极小，从而可以以很小的电感值实现微米范围中的间距。接触件(10)是安装在电介质片(26)中的通孔(24)内的组件的部件。线圈(12)适应孔(24)的较大中心部分(30)。引脚(16、18)从孔(24)的相对开口(28)延伸。任选地，孔(24)由顺应的导电弹性体(36)填充。

1.  一种顺应性电接触件，其特征在于，包括：
(a)一段电线，它具有末端并由导电、固有弹性材料制成；
(b)所述电线形成的线圈，它具有至少略多于一个的环以及一轴线；
(c)所述末端在大致相反的方向上从所述线圈延伸出，作为引脚；以及
(d)所述线圈轴线与所述引脚成角度。

2.  如权利要求1所述的顺应电接触件，其特征在于，所述电线具有圆形的截面。

3.  如权利要求1所述的顺应性电接触件，其特征在于，所述电线具有含至少一个平坦侧的截面。

4.  如权利要求1所述的顺应性电接触件，其特征在于，至少一个所述引脚被配置一成形的端部。

5.  如权利要求1所述的顺应性电接触件，其特征在于，所述引脚中的一个比所述引脚中的另一个长。

6.  如权利要求1所述的顺应性电接触件，其特征在于，所述电线是金属的。

7.  如权利要求1所述的顺应性电接触件，其特征在于，所述电线具有截面尺寸，且所述环之间的间隙小于100％的所述截面尺寸。

8.  一种顺应性电接触件组件，其特征在于，包括：
(a)至少一个顺应性电接触件，所述接触件包括一段电线，该电线具有末端并由导电的固有弹性材料构成，所述电线被形成具有至少略多于一个的环以及一轴线的线圈，所述末端在大致相反方向上从所述线圈延伸出，作为引脚，以及所述线圈轴线与所述引脚成角度；以及
(b)电介质板，它具有用于所述至少一个电接触件中的每一个的通孔，所述通孔具有在其中锁住所述线圈的中间部分以及所述引脚通过其延伸的相对置的开口，所述中间部分尺寸被调整以便在所述引脚上施加轴向压力和除去轴向压力时允许所述线圈压缩和延伸。

9.  如权利要求8所述的顺应性电接触件组件，其特征在于，在将所述接触件安装入所述通孔后所述通孔填充有顺应性导电弹性体。

10.  如权利要求8所述的顺应性电接触件组件，其特征在于，所述电线具有圆形截面。

11.  如权利要求8所述的顺应性电接触件组件，其特征在于，所述电线具有含至少一个平坦侧的截面。

12.  如权利要求8所述的顺应性电接触件组件，其特征在于，至少一个所述引脚被配置一成形的端部。

13.  如权利要求8所述的顺应性电接触件组件，其特征在于，所述引脚中的一个比所述引脚中的另一个长。

14.  如权利要求8所述的顺应性电接触件组件，其特征在于，所述电线是金属的。

15.  如权利要求8所述的顺应性电接触件组件，其特征在于，所述电线具有截面尺寸且所述环之间的间隙小于100％的所述截面尺寸。

顺应性电接触件
发明背景
发明领域
本发明涉及电接触件，尤其涉及非常小的顺应性电接触件，它在高频处具有非常低的电感。
现有技术
电接触件的用途在于在两个电导体之间提供可分开的电气互连。可分开的特性意味着导体不通过永久机械手段互连，诸如焊接或粘结，而是通过暂时的机械手段。结果，为了在尝试最小化接触件的有害电效应时保持良好的机械接触，某种形式的弹性力被用于将两个导体压在一起。这些电接触件被称为顺应性(或“可弯曲的”)接触件。
对于分别地将集成电路(IC)器件互连到用户需要的无论什么电装置来说，较小的顺应性接触件是必要的。最好的实例是将IC连接到用于在制造期间测试和分类IC的试验夹具或分类设备。顺应性接触件应尽可能接近电透明(electricallytransparent)以便最小化诸如电感的寄生效应，它改变来自IC或到IC的信号，这会引起错误的结果。
顺应性接触件提供的另一种优点在于，它们可以补偿被连接的电子在测试元件(UUT)的非共平面性。即使在不同UUT上的相同传导点之间，UUT上的传导点也不是精确地共平面的，即它们不在同一平面内。顺应性电接触件偏斜不同量，这取决于传导点的实际位置。
用于连接到UTT的常规顺应性电接触件包括弹簧探头、导电橡胶、顺应性梁接触件以及称作细丝扣(fuzz button)的捆扎电线(bunched up wire)。每种技术都提供必要的手段来克服接触点之间的非共平面性并提供贯穿多个接触件的均匀电接触。每种技术都具有一种或另一种特性中的缺点且都具有较高的电寄生特性。此外，它们的制造相对较昂贵。
常规弹簧探头由至少三或四个部件，具有弹簧的中空柱体以及一个或两个柱塞组成。弹簧容纳于柱体中，在弹簧的端部处柱体的相对打开端内柱塞的端部卷曲。弹簧使得柱塞向外偏，从而向柱塞的顶端提供弹力。弹簧探头可以具有高变化程度的顺应性性和接触力，并且通常是非常可靠的，用于接触多次或者许多循环。弹簧探头可以适应许多不同的传导接口，诸如垫、柱状物、球状物等等。但是，弹簧探头具有尺寸问题，其中弹簧本身不能制成非常小，另外不能保持从接触件到接触件的一致弹力。因此，弹簧探头相对较大，当用于较高频率的电信号时这会造成不可接受的高电感。此外，由于必须分开制造三种部件并随后组装，弹簧探头的成本相对较高。
导电橡胶接触件由嵌入导电金属元素的各种类型的橡胶和硅构成。这些接触件解决方案的电感通常小于弹簧探头，但具有较差的顺应性性并且工作循环比弹簧探头少。当传导点被升高离开UUT时，导电橡胶工作，因此要求从UUT突出的器件或者向系统添加第三导电元件以用作突出部件。该第三部件减少用于给定接触力的接触面积并因此增加了单位面积的力，从而可以形成一致的接触。该第三元件可以是置于传导点之间的橡胶上的螺旋加工的钮。该第三元件可能仅向接触系统增加电感。
顺应性梁接触件由导电材料制成，从而在一端处获得对UUT传导点的偏斜和接触力而另一端保持固定到其它导体。换句话说，一个或多个导电板簧提供力。这些接触件在形状和应用中变化很大。某些顺应性梁接触件足够小以便于IC有效使用。某些顺应性梁接触件使用诸如橡胶的其它顺应性材料，以便向梁接触点添加顺应性性或接触力。后者的这些类型趋向比常规顺应性梁接触件更小，因此具有较少的电感并更适于分类较高频率的器件。但是，这些接触件仍趋向于稍许过大，从而不能用于某些射频(RF)应用中。
细丝扣是相对较老但简单的技术，其中电线被压缩成圆柱形状。最终的形状看起来很象钢丝绒制成的小圆柱。当该圆柱置于非导电材料片的孔内时，它用作被连续电短路的弹簧。它提供比其它接触技术更少的电感电通路。与橡胶接触件类似，细丝扣最常与第三元件一起使用以便达到非导电片的孔内与细丝扣接触。该第三元件增加了寄生电感，使得到UUT和来自UUT的信号劣化。
IC封装技术正向更小、更高频率(更快)和更廉价的方向发展，这就对这些类型的电接触件地新要求。它们需要以更低的成本充分实现。
发明概述
本发明的目的在于提供一种顺应性接触件，与现有技术相比，它在较高频率时具有更低的自感。
另一个目的在于提供一种低自感接触件，它能提供足够的顺应性性以便测试各种UUT。
又一个目的在于提供一种低自感接触件，它被制成极小以便检测具有靠近的传导点的UUT。
进一步的目的在于提供一种低自感接触件，它的制造成本相对较低。
本发明是两个实施例中的自感非常低的顺应性接触件。斜线圈实施例包括具有相对延伸的一对引脚的一电线线圈。该引脚沿与线圈轴线成一定角度的方向延伸，该角度的大小取决于特定的应用。角度越大，压缩该接触件所必需的力越大。在压缩期间，在沿彼此滑动时线圈环被电气短路。线圈仅需要具有足够的一环以便在被压缩时引起引脚之间的短路，最小值仅是超过360°。
电线的横截面形状可以是任意形状，包括圆形、正方形、三角形、椭圆形、矩形或星形，且横截面的尺寸不必在电线的长度上是均匀的。具有平坦侧的横截面提供比圆形或椭圆横截面更好的接触面，但这不必是优选的。电线由具有固有弹性特征的任意导电材料制成。
引脚端可以被配置成有助于接触完全的一定形状，例如半球或用于接收球接触的环形，或者用于刺穿氧化物的尖。
在一个应用中，接触件被置于电介质板的通孔内。该孔在较大的中间部分的两端处都具有开口。在一个实施例中，电介质板具有含一个开口和中间部分的底片以及含另一个开口的顶片。接触件被置于中间部分中而片被夹在一起，将接触件锁在孔中。在另一个实施例中，电介质板具有两个镜像片，其中每片都具有一个开口和一半中间部分。接触件置于一侧中而片被夹在一起以锁住接触件。任选地，孔的其余空间由顺应性的导电弹性体填充，它增加弹性并有助于将线圈环电气短路。
通过强迫一段电线进入圆柱腔来产生本发明接触件的缠绕(raveled)电线实施例，其中圆柱腔具有比电线的横截面尺寸更大的直径，这导致圆柱形范围内形成的任意缠绕的盘旋(convolution)。引脚端从该盘旋旁轴地突出。电线的特性与斜线圈接触件的特性相同。缠绕的电线接触件的所有其它特性都与斜线圈接触件的特性相同或类似。
根据以下本发明的附图和详细说明，本发明的其它目的将变得显而易见。
附图概述
为了更完整地理解本发明的性质和目的，将参考附图，其中：
图1是本发明的斜线圈实施例的基本接触件的透视图；
图2是具有椭圆环的斜线圈接触件的侧视图；
图3是具有最小线圈的斜线圈接触件的透视图；
图4是由具有矩形截面的电线制成的斜线圈接触件的侧视图；
图5是具有形成环的引脚的斜线圈接触件的透视图；
图6是引脚形成尖的斜线圈接触件的透视图；
图7是采用斜线圈接触件的组件的一个实施例的部分侧剖视图；
图8是图7组件的部分顶剖视图；
图9是采用斜线圈接触件并用导电弹性体填充的组件的另一个实施例的部分侧剖视图；
图10是安装在非常接近的电介质片中的一对斜线圈接触件的部分侧剖视图；
图11是安装在电介质片中的缠绕电线接触件的几种结构的部分剖视图；以及
图12是安装在电介质片中并填充了导电弹性体的缠绕电线接触件的结构的部分侧剖视图。
具体实施方式
本发明是自感很低的顺应性电接触件。它具有两个实施例。
1.图1到10的斜线圈实施例
在图1-10所示的斜线圈实施例中，通过将一段导电电线缠绕成圆柱形线圈12来形成接触件10。图6所示线圈12的环14之间间隙44的范围从基本上没有间隙(闭圈)到多达约100％的最大电线截面尺寸的距离。电线截面尺寸越大，作为截面尺寸的百分比的间隙44越大。例如，在0.0031英寸的电线截面尺寸时，0.0001英寸(3％)的间隙是可接受的，而在0.020英寸的电线截面尺寸时，0.010英寸(50％)的间隙是可接受的。
线圈12可以是如图1所示的圆形，或者是如图2所示的椭圆形。两个电线末端在相反方向上从线圈12延伸出，作为引脚16和18，它们通常相互平行并与线圈轴线38成一角度。该斜角的大小将取决于特定的应用和该应用所需的顺应性力。角度越大，压缩接触件10所必需的力就越大，这意味着接触件10将对UUT传导点提供更大的力。在安装接触件10从而可以轴向压缩引脚16、18时，由于环14沿彼此滑动，线圈12将提供顺应性性。当除去压缩力时，环14返回到其静止状态。当受压时，线圈12向被连接的UUT的传导点推动引脚16、18，提供可接受的电气连接。此外，线圈14提供用于传导点的非共平面性的必要调节特点。
只要间隙44是闭合的，在沿彼此滑动的同时贯穿于接触件10的压缩过程，环14都被电短路。线圈12仅需要具有足够的一环以便在被压缩时引起引脚16、18之间的短路，因此它可以是非常短的并具有很低的电寄生效应。最小的线圈具有稍多于一个环，如图3所示。电线被盘绕最小仅超过360°，从而在压缩期间使得线圈12的端部接触。
除了斜角，力对斜线圈接触件10的变位曲线也由制造接触件中采用的电线体积以及截面形状和电线材料确定，该电线体积例如电线截面尺寸、线圈直径和电线长度。电线的横截面形状可以是图1所示的圆形，或者任何其它形状，包括正方形、三角形、椭圆形、矩形或者星形。本发明还考虑截面尺寸不必是电线长度上均匀的。在使用具有含诸如矩形或星形的平坦侧的截面的电线时，与采用具有圆形或椭圆形截面的电线时相比，相邻环将沿更多的表面积进行接触。结果，产生了可能最短的电气通路，从而形成电感更低的连接。但是，出于成本和其它原因，具有平坦侧的电线并不必优选于比圆形或椭圆形电线。
电线可以由具有固有弹性特征的任何导电材料制成，例如不锈钢、铍铜、铜、黄铜和镍铬合金。所有这些材料都可以用于从退火到完全硬化的各种回火程度。
引脚16、18的端部可以被配置成有助于接触点的接触完全的一定形状。引脚形成的一个实例是图5所示的半球或环20，用于接收诸如球格子阵列(BGA)测试中的球接触件。另一个实例是图6所示的尖，其中一个或多个尖头22用于刺穿传导点处的氧化物。
在图7所示的一个应用中，斜线圈接触件10被置于电介质板26的通孔24内。孔24在较大的中间部分30的两端处都具有开口28。中间部分30的截面尺寸稍大于垂直于引脚的接触件最大尺寸。在图8所示的一种结构中，中间部分30具有椭圆截面，其中线圈12延伸的方向40具有较大的尺寸。由于线圈12不在尺寸42中延伸，所以较小的尺寸42可以与线圈尺寸相同。
在图7所示的一个实施例中，电介质板26具有包含一个开口28和整个中间部分30的底片34，以及仅包含另一个开口28的顶片32。接触件10置于孔24的底片部分中且片32、34夹在一起，将接触件10锁在孔24内。
在图9所示的另一个实施例中，电介质板26具有两个镜像片46和48，其中每个片都具有一个开口28和半个中间部分30。接触件10置于孔24的一侧内且片46和48夹在一起，将接触件10锁在孔24内。
在将轴向压缩力施加到从电介质板26的开口28突出的引脚16、18上时，线圈12的环14延伸。在被压缩时，孔24保持接触件10的位置。通过防止线圈环14在轴向压缩下分开，孔24还可以保持接触件10的完全性。
在另一个应用中，斜线圈接触件10安装在孔24中且孔24的其余空间由顺应性的导电弹性体36填充，如图9所示。弹性体36执行双重功能。它增加接触件10的弹性，这意味着与没有弹性体34相比接触件10可以承受更多工作循环。弹性体34还有助于将线圈环14电气短路，从而潜在地使得接触件系统的电寄生值最小。
通过采用极小的电线在电介质板26中形成孔24，斜线圈接触件10可以被制成极小，以便用于测试具有小于0.5mm(0.020”)的间距的UUT。接触件10可适用于以微米的间距探测的硅片。
图10中示出电介质板26内接触件10的可选排列。注意，一个引脚16比另一个18更长，且孔24被拉长并交错排列。采用这种结构，接触件10可以被放置得更靠近。这种排列的特殊应用包括4电线测试，其中每个IC引脚需要两个接触件，一个用于驱动电流而另一个用于高阻抗感应。
斜线圈接触件可以由光纤制成，从而它可以建立与具有光纤接口的UUT的临时连接。斜线圈引脚从线圈轴向突出，从而将光信号直接引导入接触件或引导出接触件。明显地，其目的不是使得寄生电效应最小，因为光信号不存在该问题。光学接触件允许相同测试夹具上电和光信号的混合，同时提供与电斜线圈接触件相同的顺应性性。
2.图11和12的缠绕电线实施例
图11和12示出的缠绕电线实施例由一段电线组成，该电线被强迫入一圆柱腔，该圆柱腔具有大于电线的截面尺寸的直径，通常比其大2到4倍。如图11和12中多样地示出的，结果是，接触件50由圆柱形范围内形成的任意缠绕的盘旋52组成，电线的两个末端从盘旋52的任一端旁轴地突出，作为引脚54、56。从盘旋52突出的引脚54、56提供顺应性接触点。轴向突出的引脚54、56是与现有技术的细丝扣接触件的关键差别，在现有技术的细丝扣接触件中接触系统中不需要附加的接触元件。结果，接触件具有较小的电感并可以制成比细丝扣接触件系统更小。
电线可以由与斜线圈接触件10相同的材料制成。使用矩形截面电线的接触件50可以诱导一致的盘旋52。当制造的时候强迫电线进入腔时，电线趋向沿其最弱的点弯曲。采用矩形截面，最弱的点是通过电线轴线的最短线，它在电线的长度上是基本相同的。因此，诱导单向塌陷形式，使得接触件一致地从接触件到接触件地压缩。
引脚54、56可以采用与斜线圈接触件10的引脚16、18的相同方式被形成为一定形状。缠绕的电线接触件50可以被制成很小，与斜线圈接触件10类似。如同采用斜线圈接触件10，缠绕电线接触件可以安装在电介质板62的通孔58内。同样，如同采用斜线圈接触件10，孔50的其余空间可以由顺应性的导电弹性体60填充，如图12所示。
形成接触件50的腔可以是圆形、正方形或者任何其它所需的截面形状。如果接触件50形成于矩形而非圆形的腔内，则所形成的接触件50的顶点可用于将接触件保持在孔58内。
因此，已示出并描述了满足以上阐述的目的的顺应性电接触件。
由于可以在本揭示内容中进行某些变化而不背离本发明的范围，附图中示出的以及以上说明书中描述的所有问题都是说明性的而非限制性的。