手持式差分接觸探針以及手持式接觸探針的制作方法

本申請涉及接觸探針，尤其是手持式差分接觸探針以及手持式接觸探針。

背景技術：

差分電壓接觸探針典型地將兩個非受控傳輸線(即探針尖端)過渡到印制電路板(PCB)或同軸電纜上的更受控的結構(例如受控阻抗)中。“掃描器”類型探針典型地是手持的，并且因此具有用于確保可靠的接觸的某種順應性或“適應性”，并且還具有用于容納探測不同物理幾何形狀的可調整跨段。歸因于這些多個自由度，機構可能需要將傳輸線的接地端保持在該過渡點處。取決于探針系統的確切實現方式，理想的機構可以具有很多可能的任務，包括：保持通過整個跨段調整的良好電接觸；保持低電感接地路徑(以使得電性能最大化)；使得探針的環路面積最小化(因此使得電性能最大化)；魯棒并且不易受用戶損壞；允許“z軸”順應性或與探針尖端垂直的順應性(并且仍保持電接觸)；允許非常大數目的跨段調整；易于組裝；以及具有低材料成本。典型地隨示波器使用這些探針。

通過單個機構有效地執行這些任務可能是在設計并且構建掃描器類型探針方面的主要挑戰之一。

Keysight公司(該受讓人)當前提供各種差分手持掃描器探針。由于PCB接地端提供低電感接地端連接，因此N5382A沒有接地端機構，并且尖端引線通過尖端網絡直接過渡到PCB中，然后進入受控阻抗傳輸線中。該掃描器探針上的跨段調整依賴于彎曲彈性元件引線。另一Keysight掃描器探針是E2675A。該掃描器探針使用基于旋轉的接地端機構，并且具有非常大的環路面積。Keysight還出售N5445A，其為高性能掃描器探針。該掃描器上的接地端機構使用兩個平坦的滑動葉片，其中的每一個隨著跨段受調整在頂著一個探針臂滑動的同時連接到另一探針臂。這樣產生良好的低電感接地端和非常小的環路面積。葉片設計為用戶可更換的。然而，在小跨段寬度處，超 出的接地端葉片懸吊在空間中，并且可能因削弱待測試設備(DUT)的觀看而影響探針的使用。

Lecroy銷售Dxx05掃描器探針，其使用柔性電路接地端：該接地端機構具有有限跨段范圍，并且完全暴露于消費者，這使得其易于受損。可變的接地端跨段依賴于pc材料的柔性，從而各尖端之間的狹縫必須相當長。這種長狹縫增加尖端網絡的環路面積，并且產生額外電感。其也不是用戶耐用的。此外，由于這是柔性電路，因此沒有多種金屬材料供選取(例如僅銅)。

Tektronix的探針使用可以提供良好跨段范圍的用于接地端機構的引線環路，但在小跨段范圍處引線環路的體塊是未利用的并且棘手的。此外，引線幾何形狀產生犧牲性能的不良環路電感。探針是完全用戶暴露的并且按需要是用戶耐用的。

鑒于傳統接觸探針的各種缺點，通常可能需要改進的方法以保持通過整個跨段范圍的電接觸，保持低電感接地路徑，保護探針不受損壞/濫用，允許大數目的跨段調整/循環，使得制造和組裝容易，減少成本和/或配合各種探針幾何形狀。

技術實現要素：

本申請旨在提供這樣的接觸探針：其能夠解決傳統接觸探針中存在的上述技術問題，使得保持通過整個跨段范圍的電接觸，保持低電感接地路徑，保護探針不受損壞/濫用，允許大數目的跨段調整/循環，使得制造和組裝容易，減少成本和/或配合各種探針幾何形狀。

根據代表性實施例，一種手持式差分接觸探針包括：外殼，其配置為在用戶的手中受握持；成對探針臂，其受外殼承載；以及成對相對探針尖端組件，其每一個均受各個探針臂之一承載，并且每一個均包括探針尖端電路，其在其末梢端處耦合到探針尖端。探針尖端跨段調整機構受外殼承載，并且耦合到所述成對探針臂，并且配置為調整各探針尖端之間的跨段。接地路徑機構耦合在各個探針尖端組件的各探針尖端電路之間，并且包括成對彎曲導電條帶彈性元件，其每一個均在其外端處耦合到各個探針尖端電路，并且每個彎曲導電條帶彈性元件在其各個內端處彼此以能夠滑動的方式接合。

在實施例中，彎曲導電條帶彈性元件中的每一個可以配置為：在探針尖端跨段調整機構調整各探針尖端之間的跨段的同時，以彈性方式形變并且保 持與彼此的電接觸。每個探針尖端組件的探針尖端電路可以是印制電路板，每個探針尖端組件的探針尖端可以是彈簧引腳(pogo pin)。

在實施例中，所述成對相對探針尖端組件是對稱的，并且所述成對彎曲導電條帶彈性元件是對稱的。彎曲導電條帶彈性元件中的每一個可以包括銅合金彈性元件金屬和鍍金層。彎曲導電條帶彈性元件中的每一個可以包括具有鈹銅(BeCu)、磷青銅和彈性元件鋼中的至少一個的彈性元件金屬。彎曲導電條帶彈性元件中的每一個可以是U形導電條帶彈性元件。

在實施例中，成對信號連接體受外殼承載，并且經由對應傳輸線耦合到各個探針尖端電路。

在另一代表性實施例中，手持式接觸探針包括第一和第二相對探針尖端組件，其每一個均包括探針尖端電路，其在其末梢端處耦合到探針尖端。探針尖端跨段調整機構配置為調整各探針尖端之間的跨段。接地路徑機構，其耦合在各個探針尖端組件的各探針尖端電路之間，并且包括至少一個彎曲導電條帶彈性元件，其配置為在探針尖端跨段調整機構調整各探針尖端之間的跨段的同時以彈性方式形變并且以能夠滑動的方式保持第一和第二相對探針尖端組件的各探針尖端電路之間的電耦合。

每個探針尖端組件的探針尖端電路可以包括印制電路板，每個探針尖端組件的探針尖端可以是彈簧引腳。此外，在各個實施例中，第一和第二相對探針尖端組件可以是對稱的。

在實施例中，所述至少一個彎曲導電條帶彈性元件可以是W形導電條帶彈性元件，其配置為在探針尖端跨段調整機構調整各探針尖端之間的跨段的同時以彈性方式形變并且在其外端處以能夠滑動的方式保持第一和第二相對探針尖端組件的探針尖端電路處的電接觸。替代地，在其它實施例中，至少一個彎曲導電條帶彈性元件包括U形導電條帶彈性元件，其配置為在探針尖端跨段調整機構調整各探針尖端之間的跨段的同時以彈性方式形變并且在其第一端處耦合到第一探針尖端組件的探針尖端電路而且在其第二端處以能夠滑動的方式保持第二探針尖端組件的探針尖端電路處的電接觸。

在另一代表性實施例中，提供一種制造手持式差分接觸探針的方法。所述方法包括：提供成對探針臂，其受外殼承載，外殼配置為在用戶的手中受握持；提供成對相對探針尖端組件，其每一個均受各個探針臂之一承載，并且每一個均包括探針尖端電路，其在其末梢端處耦合到探針尖端。所述方法包括：將外殼所承載的探針尖端跨段調整機構耦合到成對探針臂，以調整各 探針尖端之間的跨段。接地路徑機構耦合在各個探針尖端組件的各探針尖端電路之間，并且包括成對彎曲導電條帶彈性元件，其每一個均在其外端處耦合到各個探針尖端電路，并且每個彎曲導電條帶彈性元件在其各個內端處彼此以能夠滑動的方式接合。

彎曲導電條帶彈性元件中的每一個可以配置為：在探針尖端跨段調整機構調整各探針尖端之間的跨段的同時，以彈性方式形變并且保持與彼此的電接觸。

在各個實施例中，通過對銅合金彈性元件金屬進行鍍金形成彎曲導電條帶彈性元件中的每一個，或以包括鈹銅(BeCu)、磷青銅和彈性元件鋼中的至少一個的彈性元件金屬形成彎曲導電條帶彈性元件中的每一個。此外，彎曲導電條帶彈性元件中的每一個可以由U形導電條帶彈性元件形成。

本發明實施例的特征可以提供包括以下方面的優點：保持通過整個跨段范圍的電接觸，保持低電感接地路徑，保護探針不受損壞/濫用，允許大數目的跨段調整/循環，使得制造和組裝容易，減少成本和/或配合各種探針幾何形狀。

附圖說明

當結合附圖閱讀時，根據以下具體實施方式最佳地理解示例實施例。要強調的是，各個特征并非一定按比例繪制。實際上，為了討論的清楚性，尺寸可以任意增加或減少。只要是可應用的并且實際的，相同標號就指代相同特征。

圖1是根據本發明特征的手持式差分接觸探針的實施例的透視圖。

圖2是圖1的手持式差分接觸探針的接地路徑機構的實施例的透視圖。

圖3是圖1的手持式差分接觸探針的接地路徑機構的實施例的示意圖。

圖4是圖1的手持式差分接觸探針的接地路徑機構的另一實施例的示意圖。

圖5是根據代表性實施例的制造手持式差分接觸探針的方法的流程圖。

具體實施方式

在以下具體實施方式中，為了解釋而非限制，闡述公開具體細節的示例實施例以提供根據本教導的實施例的透徹理解。然而，本領域技術人員應理解，脫離在此所公開的具體細節的根據本教導的其它實施例仍然在所附權利 要求的范圍內。此外，可以省略公知裝置和方法的描述，從而不使得示例性實施例的描述模糊。這些方法和裝置顯然在本教導的范圍內。

在此所使用的術語僅用于描述特定實施例的目的，而并非意圖限制。所定義的術語加入到本教導的技術領域中公知并且接受的所定義的術語的技術和科學含義。

如說明書和所附權利要求中使用的那樣，術語“一”、“一種”以及“所述”包括單數和復數指代，除非上下文另外清楚地指明。因此，例如，“設備”包括一個設備或多個設備。如在說明書和所附權利要求中所使用的那樣，并且外加它們的普通意義，術語“基本”或“基本上”還表示在可接受的極限或程度內。如在說明書和所附權利要求中所使用的那樣，并且外加其普通意義，術語“近似”表示在本領域技術人員可接受的極限或量值之內。例如，“近似相同”表示本領域技術人員會認為所比較的項是相同的。

相對術語(例如“之上”、“之下”、“頂部”、“底部”、“上”、“下”)可以用于描述各個要素對于彼此的關系，如附圖所示的那樣。除了附圖中所描述的方位之外，這些相對術語意圖還涵蓋設備和/或要素的不同方位。例如，如果設備相對于附圖中的視圖反轉，則描述為在另一元件“之上”的元件例如將現在處于該元件“之下”。相似地，如果設備相對于附圖中的視圖旋轉達90°，則在另一要素“之上”或“之下”所描述的要素現將與該另一要素“相鄰”；其中，“相鄰”表示要么毗鄰該另一要素，要么在各要素之間具有一個或多個層、材料、結構等。

參照圖1和圖2，將描述手持式差分接觸探針10的代表性實施例。手持式差分接觸探針10包括外殼12，其配置為在用戶的手中受握持。例如，外殼12可以是殼型外殼，其限定內部空間，以用于在其中殼裝各種組件。例如，可以通過塑料形成外殼12。成對探針臂14受外殼12承載。成對相對探針尖端組件16中的每一個受各個探針臂14之一承載。每個探針尖端組件16包括探針尖端電路18(例如印制電路板(PCB))，其在其末梢端處耦合到探針尖端20。每個探針尖端組件16的探針尖端20可以是彈簧引腳，例如，以提供z軸中(即遠離待測試設備(DUT))的順應性。

探針尖端跨段調整機構22受外殼12承載，并且耦合到成對探針臂14。本領域技術人員應理解，探針尖端跨段調整機構22配置為調整各探針尖端20之間的跨段。如所示那樣，探針尖端跨段調整機構22可以是例如具有對應軸和/或傳動機構的指輪。如所示那樣，在實施例中，成對信號連接器24 (例如RF連接器)受外殼12承載。這些信號連接器24用于對外部儀器或設備(例如比如示波器)的連接。信號連接器24例如經由對應傳輸線(例如同軸電纜26和各個同軸連接器28)耦合到各個探針尖端電路18。

接地路徑機構30耦合在各個探針尖端組件16的探針尖端電路18之間，并且包括成對彎曲導電條帶彈性元件32，其每一個均在其外端34處耦合到各個探針尖端電路18，并且每個彎曲導電條帶彈性元件32在其各個內端36處彼此以能夠滑動的方式接合。如圖2所示，在內端36處并且并未在接地路徑中以電方式使用的彎曲導電條帶彈性元件32的部分卷曲回到相對探針尖端組件16的各上部分之間的較寬區域中，并且因此在調整DUT的同時不干擾探針尖端20的操作。

在實施例中，相對探針尖端組件16是對稱的，并且成對彎曲導電條帶彈性元件32中的每一個是對稱的。彎曲導電條帶彈性元件32中的每一個可以包括銅合金彈性元件金屬和鍍金層。彎曲導電條帶彈性元件32中的每一個可以包括具有鈹銅(BeCu)、磷青銅和彈性元件鋼中的至少一個的彈性元件金屬。

圖3是接地路徑機構30和探針尖端組件16的實施例的示意性側視圖。例如，如所示那樣，彎曲導電條帶彈性元件32中的每一個可以是U形導電條帶彈性元件。在此，外端34例如經由焊接或粘接以電方式耦合到各個探針尖端電路18。每個彎曲導電條帶彈性元件32的內端36頂著另一彎曲導電條帶彈性元件32的內端36滑動(例如以摩擦方式滑動和/或滾動)。彎曲導電條帶彈性元件32中的每一個配置為：在探針尖端跨段調整機構22調整各探針尖端20之間的跨段的同時，以彈性方式形變并且保持與彼此的電接觸。

圖4是接地路徑機構40和在此又稱為第一和第二探針尖端組件的相對探針尖端組件16的另一代表性實施例的示意性側視圖。接地路徑機構40耦合在第一和第二探針尖端組件16的各探針尖端電路之間，并且包括至少一個彎曲導電條帶彈性元件42，其配置為：在探針尖端跨段調整機構22調整各探針尖端20之間的跨段的同時以彈性方式形變并且以能夠滑動的方式保持第一和第二相對探針尖端組件的各探針尖端電路18之間的電耦合。

如所示那樣，彎曲導電條帶彈性元件42是W形導電條帶彈性元件，其配置為：在探針尖端跨段調整機構22調整各探針尖端20之間的跨段的同時以彈性方式形變并且在其外端44處以能夠滑動的方式保持在第一和第二相 對探針尖端組件16的探針尖端電路18處的電接觸。在此，W形導電條帶彈性元件的中心46例如經由引腳48緊固到外殼12。

替代地，在其它實施例中，至少一個彎曲導電條帶彈性元件42可以是U形導電條帶彈性元件，其配置為：在探針尖端跨段調整機構22調整各探針尖端20之間的跨段的同時以彈性方式形變，并且在其一端處耦合到一個探針尖端組件16的探針尖端電路18而在其另一端處以能夠滑動的方式保持另一探針尖端組件16的探針尖端電路18處的電接觸。

可以在圖1的手持式差分接觸探針10中提供包括各個所描述的彈性元件布置的接地路徑機構30/40的各個實施例。

與傳統手持式差分接觸探針相比，所描述的實施例可以提供各種優點。例如，特定實施例可以提供包括以下方面的優點：保持通過整個跨段范圍的電接觸，保持低電感接地路徑，保護探針不受損壞/濫用，允許大數目的跨段調整/循環，使得制造和組件容易，減少成本和/或配合各種探針幾何形狀。

將附加參照圖5的流程圖描述本發明實施例的方法方面。所述方法用于制造手持式差分接觸探針10。所述方法開始(塊60)，并且包括：在塊62，提供成對探針臂14，其受外殼12承載。所述方法在塊64繼續，包括：提供成對相對探針尖端組件16，其每一個均受各個探針臂14之一承載，并且每一個均包括探針尖端電路18，其在其末梢端處耦合到探針尖端20。所述方法包括，(在塊66)將外殼12所承載的探針尖端跨段調整機構22耦合到成對探針臂14，以調整各探針尖端20之間的跨段。在塊68，接地路徑機構30耦合在各個探針尖端組件16的各探針尖端電路18之間，并且包括成對彎曲導電條帶彈性元件32，其每一個均在其外端34處耦合到各個探針尖端電路18，并且每個彎曲導電條帶彈性元件32在其各個內端36處彼此以能夠滑動的方式接合，然后所述方法結束(塊70)。

彎曲導電條帶彈性元件32中的每一個可以配置為：在探針尖端跨段調整機構22調整各探針尖端20之間的跨段的同時，以彈性方式形變并且保持與彼此的電接觸。在各個實施例中，通過對銅合金彈性元件金屬進行鍍金形成彎曲導電條帶彈性元件32中的每一個，或以包括鈹銅(BeCu)、磷青銅和彈性元件鋼中的至少一個的彈性元件金屬形成彎曲導電條帶彈性元件32中的每一個。

該上述實施例可以提供具有較小接地端環路面積的更多跨段范圍。從實踐觀點來看，這意味著其可以測量更寬范圍的DUT幾何形狀，并且同時得 到高保真度測量。其可以是比傳統設備更簡單的機構，這有利于成本、制造和魯棒性。

如上所述，手持式差分接觸探針具有很多挑戰。由于這些探針實際上在所有方向上受力，因此包括接地端機構的尖端機構必須容納該情況。歸因于微波電子器件的物理性質，更高性能的探針典型地在物理大小方面更小。典型地，具有顯著順應性的魯棒的材料是不導電的，并且不產生良好彈性元件。手持式差分接觸探針需要某種方式以盡可能靠近尖端保持最受控的阻抗，并且該區域是非常“機械式主動的”，而且需要在物理方面非常小。

在本發明實施例中，金屬組件可以設計為彈性元件，并且受非常導電的材料(例如金)涂覆。以此方式，電接觸得以保持，并且某種機械順應性得以實現。本發明實施例在頂著彼此滑動的兩種形狀的分段中或在頂著探針尖端電路之一或二者(例如頂著PCB的銅接地端平面)滑動的單個分段中使用條帶形狀的彈性元件金屬(例如BeCu、彈性元件鋼或磷青銅)。

目前所描述的實施例可以稱為具有彈簧引腳尖端的基于PCB的掃描器。如上所述，探針尖端組件16的兩側可以是相同的/對稱的，這極大地減少成本。

本發明實施例也可以通過在旋轉軸周圍受調整的探針尖端20工作。如果彎曲導電條帶彈性元件32足夠寬，則它們可以容納幾乎所有方向上的顯著相對尖端移動，并且仍進行電接觸。彎曲導電條帶彈性元件32也可以具有變化寬度。因為由于跨段得以減少因此有效接地端接觸體滑動得更靠近探針尖端20，所以這些特定幾何形狀(例如滑行穿過彼此的兩個半圓)可以使得通過所有跨段的總體環路面積最小化。

這些彈性元件可以是環氧體，或焊接到可以是PCB或同軸連接器28的探針主體的其余部分上的體塊接地端。直徑、寬度和材料厚度可以都變化，以配合期望的初始和最終跨段范圍。此外，彈性元件的彎曲形狀無需是圓形的，例如，其可以成形為差異地控制滑動，或在特定跨段范圍中具有更多或更少的柔性。

雖然在此公開了代表性實施例，但本領域技術人員應理解，根據本教導的很多變形是可能的，并且仍然在所附權利要求集合的范圍內。除了在所附權利要求范圍內之外，本發明因此并不受限。