關於彈簧探針
探針是電氣檢測中，與被測物接觸並傳遞電氣信號的重要元件。由於探針是檢測工程中左右可靠性的重要元件，因此理解其特性及正確的使用方法至關重要。
探針的主要特點如下：
優良的導電性
使用金或鈹銅等高導電性材料，實現精確的信號傳遞。可以確保檢測到微小的電氣信號，實現高精度的測試。
穩定的接觸壓力
通過彈簧結構維持一定的接觸壓力。這一特性保證了對被測物的均勻接觸，提高了測量的再現性。此外，對被測物表面狀況的變化，也能保持穩定的接觸。
高耐久
採用耐重複使用的設計。特別考慮到探針的磨損和疲勞，即使長時間使用也能保持穩定的性能。
探針的使用實例
使用範例包括以下廣泛應用的機種。
- 半導體晶圓測試：檢測晶圓上各個芯片的電氣特性
- IC封裝的最終檢測：組裝後產品的功能確認
- 印刷電路板的導通測試：確認配線圖案的導通情況
- 電子元件的特性評估：檢測電阻、電容等元件
- 汽車電裝品的檢測：確認各種感測器和ECU的運作情況
在這些檢測過程中，探針的性能直接影響檢測精度和生產力，因此恰當的選擇和管理是不可或缺的。
彈簧探針的技術挑戰與解決方案
解決接觸不良的問題
接觸不良是直接影響測試可靠性的重要問題。其主要原因包括被測物表面的氧化膜或異物附著、接觸壓力不足等。這些問題特別是在測試微細端子或高速運行的產品時，會產生嚴重的影響。
作為解決方案，以下的方式是有效的。
– 適當的接觸壓力設定
根據被測物的特性設置最佳的接觸壓力，以確保穩定的接觸。過度的壓力可能會損壞被測物，而壓力不足則會導致接觸不良。
– 最適的探針先端形狀
通過例如齒狀加工等表面處理，破壞氧化膜，實現穩定的電氣接觸。根據被測物的材質和表面狀況，選擇最佳的加工方法是非常重要的。
– 建立定期清潔程序
為了防止異物或氧化物的積累，應設置適當的清潔間隔和方法。建議採用超聲波清洗或專用清潔劑等有效的清潔方法。
– 接觸部的表面處理
通過金屬鍍層等表面處理，提升耐氧化性和導電性。鍍層厚度和材質的選擇應根據使用環境和所需的耐久性來決定。
探針的磨損與壽命對策
重複使用所造成的磨損是無法避免的問題，但通過適當的措施，可以大幅延長其壽命。特別是在高速測試或大規模生產線中，探針的壽命直接影響生產效率。
作為對策要點，需考慮以下因素。
– 選擇適合使用環境的材料
根據溫度條件和接觸次數等使用條件，選擇最佳的材質。例如，在高溫環境下選擇耐高溫的材質，在高頻率使用的情況下選擇耐磨損性優異的材質。
– 設定定期檢查與更換標準
對磨損狀態進行定量評估，並在適當的時機進行更換。檢查項目包括外觀檢查、導通測試、接觸電阻測量等。
– 適當的接觸壓力管理
過度的接觸壓力會加速磨損，因此應調整為在必要的最小壓力下，實現穩定的接觸。建議使用專用測量儀器進行定期檢查來管理壓力。
– 採用耐磨損的表面處理
通過施加硬質鉻鍍層或氮化處理等表面處理方法，提升耐磨損性，可以延長使用壽命。
提高測試精確度
為了實現高精度測試，需要綜合考慮以下因素。
– 接觸電阻的穩定化
通過確保接觸面積並優化表面處理，將接觸電阻的變動降至最低。特別是在微小信號測量中，接觸電阻的變化會對測量結果產生重大影響，因此需要謹慎管理。
– 降低雜訊（噪聲）
通過採用屏蔽結構與優化佈線路徑，降低外部雜訊的影響。在高靈敏度測量中，還需要特別注意接地方式與電纜佈局。
– 溫度變化影響的對策
通過管理測量環境的溫度並引入溫度補正機能，以抑制溫度變化所導致的測量誤差。特別是在長時間連續測量時，需要考慮溫度漂移的影響。
– 確保機械上的定位精度
通過提升探針的安裝精度及與被測物的對位精度，以實現穩定的接觸。
高頻與大電流測試時的課題
在高頻測量時，信號衰減與串擾是主要問題，而在大電流測量時，發熱與電壓低下則是關鍵課題。針對這些問題，以下對策是有效的。
– 優化阻抗匹配
通過考量傳輸線的特性阻抗來設計，以抑制信號的反射與衰減。同時需注意探針的結構與佈局，以維持高頻特性。
– 採用屏蔽式結構
通過適當的屏蔽設計，將串擾與雜訊的影響降至最低。屏蔽的接地方式以及相鄰探針之間的隔離也是關鍵因素。
– 改良散熱設計
作為大電流測量時的散熱對策，採用有效的散熱結構。同時考慮引入冷卻機制或使用高導熱性材料。
– 截面積的適當化
通過考量電流密度來設計導體的截面積，以抑制發熱與電壓低下。然而，同時必須兼顧機械強度。
探針選擇指南
選擇探針種類
根據用途選擇適當的種類非常重要。主要種類及其特點如下：
– 彈簧式探針
- 適用於一般用途，具備優良的成本效益
- 壓縮行程較大，對位置偏差的容忍度較高
- 維護性良好，容易交換探針
- 可選擇各種彈簧特性
– 懸臂式探針
- 可應對微小間距
- 可從橫向進行接觸
- 容易調整接觸壓力
- 刷洗效應能夠提高接觸安定性
– 垂直式探針
- 適用於高頻測試
- 易於優化阻抗匹配
- 可實現小型化
- 機械穩定性高
選擇最適的先端形狀
需要根據被測物的特性選擇適當的尖端形狀。各種形狀的特點及應用範例如下：
– 圓錐型
- 適用於標準用途
- 接觸點穩定
- 可適應各種被測物
- 製造成本相對較低
– 皇冠型
- 去除氧化膜效果高
- 多點接觸提高穩定性
- 刷洗效應大
- 需注意對被測物的損傷
– 平面型
- 抑制焊盤損傷
- 接觸面積大，低接觸電阻
- 適用於大電流測量
- 對位置偏差的容忍度小
– 尖針型
- 可應對微細端子
- 適用於高密度安裝
- 接觸壓力容易集中
- 需注意尖端的磨損
材料選擇要點
根據需求特性選擇適當的材質。主要材質的特點如下：
– 磷青銅
- 適用於標準用途
- 成本效益高
- 機械特性平衡良好
- 加工性優異
– 鈹青銅
- 最適於需要高強度與高導電性的用途
- 耐疲勞性優異
- 高溫特性良好
- 價格相對較高
– 鎢金
- 耐磨損性優異
- 高硬度
- 熱膨脹係數小
- 加工性有限制
– 貴金屬合金
- 要求高可靠性時使用
- 耐腐蝕性優異
- 低接觸電阻
- 成本較高
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