专利名称：用于测量器件性能的传感探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及能减小柱塞与圆筒之间的接触电阻值并且增强耐用性的接触式探头。
背景技术：
使用接触式探头对诸如激光二极管等分立半导体器件以及形成有多个器件的晶片进行电气检查。具体地说，为了检查半导体器件，柱塞的顶端与器件的焊点弹性地接触， 以测量电气性能并且给器件供电。典型的接触式探头设置有柱塞、接纳柱塞的圆筒、以及将柱塞的顶端推至圆筒之外的弹簧。柱塞和圆筒可以由导电材料制成。柱塞可以沿圆筒的轴线滑动，并且可以通过使柱塞接触圆筒的内表面来形成导电路径。日本专利申请公开JP 2002-202323A披露了一种接触式探头，该接触式探头提供将销的直线运动转变成绕轴线的旋转运动的机械装置。另一日本专利申请公开JP 2006-090941A披露了一种具有柱塞、偏置销和弹簧的接触式探头，其中柱塞在面对弹簧的一侧具有坡面，同时，偏置销在面对柱塞的一侧具有渐缩表面，并且偏置销布置在柱塞和弹簧之间。日本专利申请公开JP 2004-069508A披露了另一种接触式探头，该接触式探头具有顶端为冠状的柱塞。传统接触式探头具有如下柱塞，该柱塞的受限制区域与圆筒接触。通过使柱塞沿圆筒的轴线滑动，柱塞的受限制表面总是与圆筒接触。因此，探头的重复使用使受限制区域磨损，这使得探头与受限制区域之间的接触电阻值不稳定并且耐久性变差。在上述日本专利中公开的柱塞的冠状顶端本身可以旋转并且可以改变待要通过抵靠焊球与导电管接触的面积。然而，柱塞的旋转很大程度上取决于柱塞的冠状顶端的状况、以及与该顶端接触的面积。因此，平坦区域不会导致柱塞旋转并且可靠地避免区域受到磨损。

发明内容
用于例如在出厂检验时测量半导体器件的电气性能的本发明传感探头具有下述特征当将柱塞推出和推进圆筒时，柱塞可以旋转，这使得柱塞与圆筒接触的区域改变；因此，可以可靠地将柱塞与圆筒之间的接触电阻值维持在低电阻值。具体地说，传感探头包括圆筒、弹性构件和柱塞。圆筒具有筒形形状以在内部接纳棒状柱塞。弹性构件置于柱塞的底端以将柱塞从圆筒中推出，而当柱塞的顶端与半导体器件的电气焊点接触时，柱塞被推进圆筒中。因此，柱塞可以在圆筒内沿圆筒的轴线移动。圆筒在内表面上设置有突出部，而柱塞在槽区设置有槽，该槽通过重复包括前槽和后槽在内的单位图案而沿柱塞的周围成连续的。当通过使柱塞与半导体器件的电气焊点接触来将柱塞推进圆筒中而使柱塞的突出部在前槽中滑动时，本发明的柱塞可以旋转。当弹性构件的力将柱塞从圆筒推出而使突出部在下一个单位图案内的后槽中滑动时，柱塞也可以旋转。也就是说，随着柱塞做往复式运动，圆筒的突出部从一个槽变为进入另一个槽， 并且槽的改变可以使柱塞旋转，该旋转使柱塞与圆筒接触的表面相摩擦并且改变摩擦表面。因此，可以可靠地将圆筒与柱塞之间的接触电阻值稳定保持为低电阻值。此外，柱塞的旋转可以剥去固有地形成在半导体器件的电气焊点的顶端上的氧化物膜。因此，本发明的旋转柱塞也可以可靠地稳定柱塞与半导体器件之间的摩擦电阻值。


下面参考附图，根据本发明的优选实施例的详细描述更好地理解上述及其它的目的、方面和优点。图IA示意性示出了根据本发明的实施例的传感探头的截面，并且图IB放大地示出柱塞的头部，在该柱塞的头部形成有柱塞上的槽和圆筒上的突出部；图2A是根据发明的第一实施例的槽区的展开图，其中槽形成在柱塞上，并且图2B 说明了突出部在槽中的轨迹；图3A是根据发明的第二实施例的槽区的展开图，并且图;3B说明了突出部在槽中的轨迹；图4A是根据发明的第三实施例的槽区的展开图，并且图4B示出了突出部在槽中的轨迹；图5A示出了柱塞的变型例，其中柱塞的后端相对于其轴线倾斜，并且图5B示出了发明的另一个变型例，其中，在螺旋弹簧和柱塞端部之间布置有中间构件；以及图6示出了槽的布置方式的另一个变型例。
具体实施例方式将参考附图来描述根据本发明的实施例的传感探头的优选构造。在附图中，相同的附图标记或标号表示相同的元件，并且不再进行重复说明。图IA示出了传感探头100的第一实施例，该传感探头100包括柱塞1、圆筒2和弹性构件。由导电材料制成的棒状的柱塞1设置在圆筒2的孔内，以使柱塞的顶端11从圆筒 2的端部露出。由导电材料制成的圆筒2具有带封闭端的管形形状，该封闭端与使柱塞1露出的一端相反。在柱塞1和圆筒2的孔之间形成有间隙，从而柱塞1可以在圆筒的孔中沿圆筒的轴线滑动并可以绕该轴线转动。如图IB所示的柱塞1与圆筒2的内表面相接触以保证柱塞1和圆筒2之间的导电路径。柱塞1和圆筒2可以由铍铜或镍铜制成，并且可以具有例如铑或金的涂层，以减小柱塞1和圆筒2之间的接触电阻值。图IA和图IB所示的实施例具有柱塞1，其由带铑涂层的铍铜制成；以及圆筒2，其由内表面涂布了金的铍铜制成。弹性构件3设置在圆筒2的底端并抵靠柱塞1的后表面12，以向后表面12施加力从而使柱塞1的顶端11从圆筒2的开口端露出，并且在柱塞1被推入圆筒2中时弹性构件3被压缩。因此，当柱塞1的顶端11与待测试的器件接触时，柱塞1被推入圆筒2中以压缩弹性构件3并对器件施加力。此外，对器件施加的力的大小可以根据被推进圆筒2中的柱塞1的行程来调节。弹性构件3可以是螺旋弹簧和橡胶制品。图IA中所示的实施例提供螺旋弹簧作为弹性构件3。柱塞1在外表面上设置有形成有槽50的区域10，而圆筒2的内表面设置有与槽 50配合的突出部60。
槽50连续地形成在柱塞1的外表面上并用于接纳突出部60。随着柱塞1前后运动，突出部60在槽50中滑动并且使柱塞1转动以改变柱塞与圆筒2接触的区域。下面，将描述槽50和突出部60的优选实施例和示例性实施例。第一实施例图2A是柱塞1的形成有槽50a的区域10的展开视图。图2A和图2B中纸张的纵向沿柱塞1的轴线，而向下对应于柱塞1的顶端。区域10的宽度与柱塞1的周长一致。槽沿周围重复同样的图案50a两次，其中，单位图案50a包括向柱塞的顶端延伸的前槽51a以及朝向柱塞的后端的后槽52a。两个槽51a和5 均包括与柱塞1的轴线平行地延伸的直槽、以及方向与轴线形成相当大角度的倾斜槽，两个槽51a和5 在端部相互连接，即，直槽的端部连接至另一单位的倾斜槽的端部，同时，另一单位的倾斜槽的另一端连接至直槽的另一端。因此，两个单位图案50a平滑地连接在一起。图2B说明了当柱塞1往复地做前后运动时突出部在槽中的轨迹。首先，当柱塞1 不受将要接触的焊点约束时，螺旋弹簧将柱塞1推出并且突出部60设定在点Si。当柱塞1 的顶端与焊点接触并且被推进圆筒2中时，突出部60在前槽51a中滑动到点B。在突出部 60从点A滑动到点B的同时，柱塞1可以在圆筒2中旋转。当柱塞1与焊点分离时，突出部 60在后槽5 中滑动到点S2，该点S2等同于其它单位图案中的点Si。随着突出部60在后槽中从点C移动到点S2，柱塞1还可以朝着与以前旋转的方向相同的方向旋转。柱塞1的前后运动的一次循环使得柱塞做180°的旋转运动，这改变柱塞1与圆筒 2接触的区域并且使它们之间的接触电阻值维持稳定。第二实施例图3A是根据本发明的第二实施例的区域10的展开视图。如图3A所示，前槽51b 的特征与图2A和图2B中所示的实施例的特征不同，即几乎不存在与柱塞1的轴线大致平行地延伸的直槽。具体地，区域10提供沿柱塞1的周围的两个单位图案50b。单位图案50b 设置有前槽51b和后槽52b，其中，各后槽52b与在另一单位图案50b中的前槽51b平滑地连接。在柱塞1的顶端与焊点接触之前，类似于第一实施例，突出部60设定在前槽51b 的端部的点Si。当柱塞1的顶端与焊点接触并被推动时，突出部60在前槽51b中从点Sl 滑动到点B。当突出部60从点Sl经过点A滑动到点B时，柱塞1可以旋转。也就是说，随着柱塞1从与焊点接触向前运动到完全被推进圆筒的状态，柱塞1连续地旋转，而不是间断性地旋转。然后，当柱塞1与焊点分离时，突出部60在后槽52b中从点B滑动到点S2。随着突出部60的滑动，柱塞1可以沿着与突出部60在前槽51b中滑动的方向相同的方向来旋转。此外，与前槽的从点A到点B的部分相比，前槽的从点Sl到点A的部分相对于柱塞1的轴线进一步倾斜，这有效地避免当柱塞1与焊点接触并被推出以按压焊点时，突出部 60被错误引导到后槽52b中。图3A和图;3B所示的实施例提供下述优点S卩，因为柱塞1从与焊点接触时旋转，所以柱塞1的旋转运动可以剥去固有地形成在焊点表面上的自然氧化物膜，这解决了柱塞1与焊点接触不良的问题。在前述的实施例中，在前槽51a或51b中从点A到点B的倾斜部分、以及后槽5 或52b中从点C到点S2的倾斜部分具有恒定宽度。即，这些槽的上壁501和下壁502大致相互平行。上壁501形成在后方，而下壁502在前方。当柱塞1被推进圆筒2中时，突出部 60在前槽51a或51b中滑动并且主要与下壁502接触；因此，在仅下壁502与柱塞1的轴线形成相当大角度且下壁不与上壁501平行的情况下，可以将突出部60稳定地导入前槽51a 或51b。另一方面，当柱塞1伸出时，突出部60在后槽51b或52b中从点C滑动到点S2并主要与上壁501接触；因此，相对于轴线倾斜的上壁501在不平行于下壁502的情况下可以有助于可靠地将突出部60从后槽5 或52b引导到前槽51a或51b。第三实施例图4A是根据发明的第三实施例的区域10的展开视图。图4A和图4B中所示槽的第三实施例具有区别于上述实施例的特征，即该槽包括置于槽51c和52c之间的第三段槽。第三实施例也提供两个单位图案50c，这两个单位图案均包括前槽51c、后槽52c、 和将前槽51c的中部与后槽52c的端部相连接的中间槽53。后槽52c的另一端部连接至前槽51c的一端。前槽51c和后槽52c均具有笔直的形状并且相对于柱塞1的轴线倾斜，但后槽52c更倾斜。中间槽53也具有笔直的形状，但与轴线基本上平行。下面，将参考图4B来描述突出部60的轨迹。在柱塞的顶端与焊点接触之前，类似于上述实施例，突出部60置于点Si，即前槽51c的端部处。当向外推动柱塞1时，突出部 60在前槽中滑动到前槽51c的另一端，即点A，并且随着突出部60的滑动，柱塞1可以旋转。 因此，柱塞1可以从柱塞的顶端与焊点接触时连续地旋转直到柱塞1被完全推进圆筒2为止。另一方面，当柱塞1与焊点分离时，突出部60首先从点A竖直移动直到接触前槽的上壁为止，然后沿上壁滑动到点B，并且最后进入中间槽53。在从点B移进中间槽到达点 C时，突出部60抵靠后槽52c的上壁并且在后槽52c中滑到点S2。当突出部从点A移动到点B时柱塞1反向旋转，并且当突出部60移进后槽52c时，柱塞1朝着与突出部60从点Sl 移动到点A时相同的方向正向旋转。本实施例中柱塞1的旋转可以起到与上述实施例同样的作用和效果。此外，甚至在突出部60位于前槽51c的中途时，突出部60也可以通过中间槽53进入后槽52c，即，突出部60不一定到达前槽51c的端部而返回后槽52c。将参考图4B来描述前槽51c和后槽52c、以及中间槽53的典型尺寸。假定柱塞具有2mm的直径并且形成有槽的区域10的纵向长度D 1大约为5mm，单位图案50c的节距 D2为3. 1mm。对于前槽51c来说，从前槽的端部Sl到中间槽53的边缘的长度Ll可以为大约2mm，而从另一端部A到中间槽53的另一边缘的另一长度L2可以为大约3mm，前槽的宽度Wa可以为大约1mm，并且前槽相对于柱塞1的轴线的倾斜角ea可以为大约40°。对于槽52c来说，它的长度L3和宽度恥可以分别为大约2. Imm和大约0. 5mm ；而相对于轴线的倾斜角θ b可以为大约30°。槽的深度为大约0. 3mm。具有上述尺寸的柱塞1的接触式探头可以按如下步骤形成首先，借助于诸如放电加工等已知精加工技术来形成区域10中的槽，另一方面，圆筒2上在接纳柱塞1时与柱塞1的区域10相对的区域形成有通孔。将螺旋弹簧和柱塞1放置在圆筒2内，将销插进通孔中从而与柱塞1的外表面上的槽配合。销的顶端起到突出部60的作用。可以将槽和销中的至少一个用陶瓷进行涂布，以减少突出部60在槽中的滑动产生的磨损。形成根据本发明的实施例的接触式探头的另一种方法可以按如下步骤实现。首先，准备圆筒2，其中可以将圆筒2沿周围分成多件，并且圆筒2可以在与区域10对应的内表面上具有根据上述实施例的槽。柱塞1在其外表面上与圆筒2的槽对应的位置形成有突出部。绕螺旋弹簧和柱塞布置各件圆筒，以将螺旋弹簧和柱塞置于圆筒2内的各自位置，再组装并整合各件圆筒。可以用环状的支撑构件紧固多件圆筒2，或者可以通过钎焊和焊接法来组装多件圆筒2。第一变型例图5A中所示接触式探头101提供如下柱塞1 该柱塞1的后端12相对于柱塞轴线倾斜。螺旋弹簧3推动柱塞1的后端12使柱塞1偏离轴线，因此，柱塞1的侧面可以与圆筒2的内表面稳定地接触，这使它们之间的接触电阻值稳定。此外，随着柱塞1做前后运动，柱塞可以绕其轴线旋转；圆筒2的内表面与柱塞的一侧接触的部分可以改变。第二变型例图5B所示的接触式探头102具有在柱塞1的端部12和螺旋弹簧3之间的中间构件4，并且柱塞1的端部12提供凹部。中间构件4可以置于柱塞1的凹部中，并且可以具有锥形顶端以及面对螺旋弹簧3的倾斜端。中间构件4的锥形顶端抵靠在柱塞1的端部中的凹部的底部。在图5B所示的布置方式中，螺旋弹簧3使得中间构件4相对于柱塞1的轴线倾斜，并且中间构件4的锥形表面推压柱塞1的端部使柱塞1偏离中心，这使得柱塞1的侧面稳定地接触圆筒的内表面。因为当柱塞1随着进行前后运动而旋转时中间构件4保持空转，所以螺旋弹簧朝向纸张的左侧推动中间构件4，这可以改变柱塞1的与圆筒2接触一侧的表面。第三变型例图6示出槽51d、52d和53’的另一变型例。在图4A和图4B中示出的第三实施例中，槽51c、52c和53具有尖锐的拐角。而槽51d、52d和53’可以具有如图6中所示的钝的拐角。此外，第三实施例具有笔直形状的后槽51，而后槽52d以具有宽度逐渐加宽的弯曲形状。弯曲后槽52d可以使前槽51d稍微加长，这可以提高柱塞1从与焊点接触到完全被推进圆筒2为止的旋转速度。图6中所示的布置方式可以增强下述效果柱塞1的顶端剥去焊点上的自然氧化物膜。第四变型例柱塞1的尖锐顶端可以容易地剥去焊点上的自然氧化物膜，而钝的顶端，例如球形顶端难以破坏焊点。两种顶端形状的柱塞都可以使待接触的面积变小；因此，可以增加单位面积上的压力，并且可以减小摩擦阻力，这有助于柱塞1的旋转。第五变型例形成有槽的区域10的直径可以大于位于区域10的前侧的部分的直径。这种布置方可以帮助形成槽的处理，并且可以实现与微小焊点和节距微小的焊点的稳定接触。尽管已经参考附图和一些变型例结合优选实施例全面地描述了本发明，但应该理解对于本领域的技术人员来说，各种修改和进一步变型是显而易见。例如，可以在柱塞的表面或圆筒的内表面形成多于两个的单位图案。在这种布置方式中，减少了柱塞的一次前后运动中的旋转量；因此，将会更稳定。此外，各单位图案可以具有不同于其他单位图案的独特形状，并且可以具有独立的突出部。这些修改和变型应该理解为包含在由所附权利要求书限定的本发明的范围内，除非这些修改和变型脱离该范围。
权利要求
1.一种用于测量半导体器件的电气性能的传感探头，包括 圆筒，其具有筒形形状，所述圆筒在内表面上设置有突出部； 弹性构件，其设置在所述圆筒中；以及柱塞，其具有棒形形状，所述柱塞能在所述圆筒中沿所述圆筒的轴线移动并且所述柱塞在槽区具有槽，所述槽通过重复包括前槽和后槽在内的单位图案而在所述柱塞的周围成为连续的；其中，当通过使所述柱塞的顶端与所述半导体器件接触来将所述柱塞推进所述圆筒中而使所述圆筒的突出部在所述前槽中滑动时，所述柱塞旋转，并且当所述弹性构件的力将所述柱塞从所述圆筒中推出时，所述突出部在形成于下一个单位图案内的所述后槽中滑动。
2.如权利要求1所述的传感探头，其中，所述前槽和所述后槽均具有与所述轴线大致平行地延伸的直槽以及相对于所述轴线倾斜的倾斜槽，当所述突出部在所述倾斜槽中滑动时，所述柱塞旋转。
3.如权利要求1所述的传感探头，其中，所述前槽和所述后槽均具有第一部分和第二部分，与所述后槽的第一部分相比所述前槽的第一部分相对于所述轴线更加倾斜，以及所述前槽的第二部分和所述后槽的第二部分大致彼此相当地相对于所述轴线倾斜。
4.如权利要求1所述的传感探头，其中，所述槽的单位图案还包括在所述前槽和所述后槽之间的中间槽，所述中间槽从所述前槽的中途分岔。
5.如权利要求4所述的传感探头，其中，所述前槽、所述后槽和所述中间槽具有大致线形形状。
6.如权利要求5所述的传感探头，其中，所述前槽的宽度大于所述中间槽的宽度和所述后槽的宽度。
7.如权利要求5所述的传感探头，其中，所述前槽和所述后槽具有带钝角拐角的弧形形状。
8.如权利要求1所述的传感探头，其中，所述槽区的直径比除了所述槽区以外的部分的直径大。
9.如权利要求1所述的传感探头，其中，所述突出部和所述槽中的至少一者在彼此接触的表面上涂布有陶瓷。
全文摘要
本发明公开一种用于在出厂检验时测量器件电气性能的传感探头。该探头包括柱塞、圆筒和螺旋弹簧。柱塞在外表面上设置有槽，而圆筒的内表面设置有突出部。槽具有包括前槽和后槽在内的多个单位图案。当将柱塞推进圆筒中时，突出部在前槽中滑动，而当将柱塞从圆筒中推出时，突出部在后槽中滑动。此外，当突出部在前槽和后槽中滑动时，柱塞在圆筒中旋转，这使得柱塞与圆筒接触的区域总是改变并且降低柱塞与圆筒之间的接触电阻值。
文档编号G01R31/26GK102226816SQ20101023869
公开日2011年10月26日 申请日期2010年7月26日 优先权日2009年7月24日
发明者志贺威久马 申请人:住友电气工业株式会社