CN112481582A - 一种纳米涂层探针及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纳米涂层探针，包括探针主体、纳米涂层和绝缘涂层，所述纳米涂层包覆于所述探针主体外表面，所述探针主体包括测试部、连接部和固定部，所述绝缘涂层设于所述探针主体连接部对应的纳米涂层上，所述纳米涂层为纳米结构。本发明还提供一种纳米涂层探针的制备方法，利用PVD真空镀膜法制备纳米涂层，制备成本低，纳米涂层生成效果佳，适宜批量生产。本发明通过在探针主体外表面包覆一层纳米涂层，本纳米涂层具有纳米结构，可为纳米氮化钛涂层或纳米类金刚石涂层，有效提高探针的硬度和耐磨性能，增加探针的使用寿命，降低测试成本，提高测试效率。
Description
技术领域
本发明属于电子设备测试技术领域，尤其涉及一种纳米涂层探针及其制备方法。
背景技术
在电子设备集成电路的测试领域，广泛使用接触测试式探针。现有的探针一般采用铼钨、钨钢、琴钢等材料，其中钨钢为最硬最耐磨的材料，其使用寿命通常可以达到100万次，其他材料制成的探针寿命一般为40～80万次。由于探针在使用过程中需要不断与测试板接触，对探针本身造成很大磨损，所以当探针达到一定的磨损程度后，就需要更换探针。另外地，一般会在探针外表面镀镍或者镀金，由于镍和金的材料均比较容易磨损，不利于提高探针的使用寿命。因此在测试领域中，由于现有的探针硬度不高、耐磨性能差，探针需要经常更换，造成测试成本高，测试效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种纳米涂层探针及其制备方法，解决了现有技术中探针硬度不高、耐磨性能差的问题，克服了测试成本高、测试效率低的缺陷。
第一方面，本发明提供一种纳米涂层探针，包括探针主体、纳米涂层和绝缘涂层，所述纳米涂层包覆于所述探针主体外表面，所述探针主体包括测试部、连接部和固定部，所述绝缘涂层设于所述探针主体连接部对应的纳米涂层上，所述纳米涂层为纳米结构。
进一步地，所述纳米涂层为纳米氮化钛涂层，所述纳米氮化钛涂层包含纳米氮化钛颗粒。
进一步地，所述纳米氮化钛涂层的厚度为2～3μm。
进一步地，所述纳米涂层为纳米类金刚石涂层，所述纳米类金刚石涂层包含纳米类金刚石颗粒。
进一步地，所述纳米类金刚石涂层的厚度为1～3μm。
进一步地，所述探针主体由铼钨、钨钢、琴钢中的一种材料制成。
进一步地，还包括金属镀层，所述金属镀层包覆于所述纳米涂层外表面，所述绝缘涂层设于所述探针主体连接部对应的金属镀层上，所述金属镀层为镀镍层或者镀金层。
第二方面，本发明提供一种应用于上述纳米涂层探针的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：将原材料拉直，裁剪，研磨成设定形状的探针主体；
步骤S2：利用PVD真空镀膜法，在所述探针主体外表面镀上一层纳米涂层；
步骤S3：在所述探针主体连接部对应的纳米涂层上涂覆绝缘涂层。
进一步地，当所述纳米涂层为纳米氮化钛涂层时，在步骤S2中，包括以下步骤：
步骤S201：将探针主体经超声波清洗并烘干后，放置于反应炉中，并抽真空；
步骤S202：同时开启钛靶、铜基合金靶和金基合金靶的电源，并充入氮气，采用射频或中频辉光放电，对探针主体进行等离子改性；
步骤S203：使靶上蒸发出来的被蒸发物质和气体发生电离，在电场的加速作用下，使被蒸发的铜基合金、金基合金、钛与氮的反应产物氮化钛沉积在探针主体上，形成纳米氮化钛涂层。
进一步地，当所述纳米涂层为纳米类金刚石涂层时，在步骤S2中，包括以下步骤：
步骤S211：将探针主体经超声波清洗并烘干后，放置于反应炉中，并抽真空；
步骤S212：向反应炉中注入氩气，开启离子源，离子源工作电压2100～2400V，工作时间40～60min，将探针主体表面活化；
步骤S213：关闭氩气，将探针主体和反应炉之间加载负偏压，开启钛电弧源使探针主体表面沉积钛过渡层；
步骤S214：将氮气通入反应炉，并保持真空度的稳定，使探针主体表面沉积氮化钛过渡层；
步骤S215：开启以石墨为阴极电极的脉冲电弧放电，向反应炉内通入碳氢化合物气体，由脉冲放电形成的碳离子和碳的高能中性原子与碳氢化合物气体分子碰撞，生成新的碳离子飞向探针主体表面形成纳米类金刚石涂层。
本发明的有益效果：
1、本发明提供一种纳米涂层探针，在探针主体外表面包覆一层纳米涂层，本纳米涂层具有纳米结构，可为纳米氮化钛涂层或纳米类金刚石涂层，有效提高探针的硬度和耐磨性能，增加探针的使用寿命，降低测试成本，提高测试效率。
2、本发明还提供一种纳米涂层探针的制备方法，利用PVD真空镀膜法制备纳米涂层，制备成本低，纳米涂层生成效果佳，适宜批量生产。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本实施例1的一种纳米涂层探针在一种实施方式下的局部结构中心剖面图。
图2是本实施例1的一种纳米涂层探针在另一种实施方式下的局部结构中心剖面图。
图3是本实施例1的一种纳米涂层探针在一种实施方式下的整体结构中心剖面图。
图4是本实施例1的一种纳米涂层探针在另一种实施方式下的整体结构中心剖面图。
图5是本实施例2的一种纳米涂层探针的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1：
参照图1和图3和图4，实施例1提供了一种纳米涂层探针，包括探针主体1、纳米涂层2和绝缘涂层3，纳米涂层2包覆于探针主体1外表面，探针主体1包括测试部11、连接部12和固定部13，绝缘涂层3设于探针主体1连接部12对应的纳米涂层2上，纳米涂层2为纳米结构。
需要说明的是，直接在探针主体1上增加一层纳米涂层2，此纳米涂层2可使探针主体1的硬度提高3～5倍，寿命提高3倍以上，大大提升探针的硬度和耐磨性，进而提高其使用寿命，再在探针主体1的连接部12对应的纳米涂层2上，设置一绝缘涂层3，保证其连接部12的绝缘性能。
作为一种实施方式，纳米涂层2为纳米氮化钛涂层，纳米氮化钛涂层包含纳米氮化钛颗粒。优选地，纳米氮化钛涂层的厚度为2～3μm。需要说明的是，在探针主体1上增加一层纳米氮化钛涂层，能将探针主体1的硬度提升至2000HV以上，且探针主体1的外表面变至金黄色，摩擦系数低于0.23。
作为另一种实施方式，纳米涂层2为纳米类金刚石涂层，纳米类金刚石涂层包含纳米类金刚石颗粒。优选地，纳米类金刚石涂层的厚度为1～3μm。需要说明的是，在探针主体1上增加一层纳米类金刚石涂层，能将探针主体1的硬度提升至3000HV以上，且探针主体1的外表面变至亮黑色，摩擦系数低于0.1。
在本实施例中，探针主体1由铼钨、钨钢、琴钢中的一种材料制成。
参照图2，作为另一种实施方式，本探针还包括金属镀层4，金属镀层4包覆于纳米涂层2外表面，绝缘涂层3设于探针主体1连接部12对应的金属镀层4上，金属镀层4为镀镍层或者镀金层。
需要说明的是，对于传统探针，只需在探针本体上镀镍或者镀金，然后涂覆绝缘涂层3，即可完成制作。但是在采用纳米涂层2后，镀镍或者镀金这一步骤可选择性地采用。
当需要镀镍或者镀金时，流程即为在探针本体上先包覆一层纳米涂层2，再在纳米涂层2上镀镍或者镀金，最后再涂覆绝缘涂层3，这种方法制作的探针外观颜色不变，更容易被客户接受。
当不需要镀镍或者镀金时，流程即为在探针本体上先包覆一层纳米涂层2，再涂覆绝缘涂层3即可，由于减少镀镍或者镀金的工艺步骤，可在总成本几乎不变的情况下，大大提升探针的质量。
作为一种优选方式，绝缘涂层3为聚氨酯层。
参考图3，作为一种优选方式，由于绝缘涂层3具有一定厚度，即在探针主体1上形成高度差，因此绝缘涂层3在探针主体1上形成第一绝缘层截面31和第二绝缘层截面32，第一绝缘层截面31靠近测试部11，第二绝缘层截面32靠近固定部13，测试部11的端部与第一绝缘层截面31之间的距离为第一距离，固定部13的端部与第二绝缘层截面32之间的距离为第二距离，第一距离与第二距离的长度相同，探针主体1左右对称。当测试部11受到长时间的磨损，已经达到报废状态，可以将探针调转一个方向安装，即将测试部11用于固定，将固定部13用于测试，由于固定部13相对磨损情况不严重，还能充分发挥其测试的功能，有效提高探针是使用寿命。且探针两端都可以用于固定安装，方便维修，提高测试可靠性和效率。
参考图4，作为一种优选方式，绝缘涂层3包括第一厚度绝缘涂层301和第二厚度绝缘涂层302，此两层绝缘涂层3依次地设于探针主体1上，且第二厚度绝缘涂层302的长度比第一厚度绝缘涂层301的长度短，即分别在两端形成两级台阶，此两级台阶仍按照左右对称来设置，且测试部11和固定部13裸露出第一厚度绝缘涂层301的长度很短。通过在一端设置两级台阶，由于在测试过程中，两根探针之间的距离非常小，往往在0.03mm左右，在测试部11推送往被测板方向时，由第二厚度绝缘涂层302形成的第二级台阶起到一个限位作用，当此第二级台阶受到阻力，证明测试部11的推进已经达到设定值；同时，当测试部11通电时，为了防止相邻两根探针之间放电，第一厚度绝缘涂层301起到很好的绝缘防护作用，有效降低打火的可能性。
实施例2：
参照图5，本实施例2提供一种应用于实施例1中纳米涂层探针的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：将原材料拉直，裁剪，研磨成设定形状的探针主体1；
步骤S2：利用PVD真空镀膜法，在探针主体1外表面镀上一层纳米涂层2；
步骤S3：在探针主体1连接部12对应的纳米涂层2上涂覆绝缘涂层3。
需要说明的是，原材料为铼钨、钨钢、琴钢中的一种，将原材料拉直、裁剪并研磨成设定形状，得到探针主体1，利用PVD真空镀膜法，采用物理气相沉积的方式，在探针主体1外表面镀上一层纳米涂层2，此纳米涂层2为纳米氮化钛涂层或纳米类金刚石涂层，最后再此纳米涂层2上涂覆绝缘涂层3。当然地，在步骤S2后、步骤S3前，在纳米涂层2上还可镀上一层金属镀层4，具体地可为镀镍层或者镀金层，进一步地提高探针性能。
因此，存在两种探针的完整制造工艺，分别包括以下步骤：
第一种是包括有金属镀层：
探针棒材拉直，裁剪出合适长短的棒材；
将棒材两头进行研磨，两头磨成规定形状，检查探针的整体外观和形状；
在探针主体1外表面镀上一层纳米涂层2；
检查纳米涂层的情况；
针对探针整体先镀镍，再镀金或镀铑；
针对探针针身涂绝缘涂层；
最后检查制造情况，生产完毕。
第二种是不包括金属镀层：
探针棒材拉直，裁剪出合适长短的棒材；
将棒材两头进行研磨，两头磨成规定形状，检查探针的整体外观和形状；
在探针主体1外表面镀上一层纳米涂层2；
检查纳米涂层的情况；
针对探针针身涂绝缘涂层；
最后检查制造情况，生产完毕。
需要说明的是，当有两层厚度的绝缘涂层的情况下，在涂绝缘涂层的过程中，可以先在针身涂第一厚度绝缘涂层301，再在第一厚度绝缘涂层301上涂第二厚度绝缘涂层302；也可以先在探针两端涂第一厚度绝缘涂层301，再在针身中间涂第二厚度绝缘涂层302。以上两种方式可以互换。
作为一种实施方式，当纳米涂层2为纳米氮化钛涂层时，在步骤S2中，包括以下步骤：
步骤S201：将探针主体1经超声波清洗并烘干后，放置于反应炉中，并抽真空；
步骤S202：同时开启钛靶、铜基合金靶和金基合金靶的电源，并充入氮气，采用射频或中频辉光放电，对探针主体1进行等离子改性；
步骤S203：使靶上蒸发出来的被蒸发物质和气体发生电离，在电场的加速作用下，使被蒸发的铜基合金、金基合金、钛与氮的反应产物氮化钛沉积在探针主体1上，形成纳米氮化钛涂层。
由此方法得到的具有纳米氮化钛涂层的探针，纳米氮化钛涂层和探针主体1的结合力大，硬度高，耐磨性和耐腐蚀性好，涂层的稳定性好，具有自润滑的特性，摩擦系数低。
作为另一种实施方式，当纳米涂层2为纳米类金刚石涂层时，在步骤S2中，包括以下步骤：
步骤S211：将探针主体1经超声波清洗并烘干后，放置于反应炉中，并抽真空，将真空度保持在3.8×10-3Pa～4.5×10-3Pa之间；
步骤S212：向反应炉中注入氩气，保持真空度在3.8×10-3Pa～4.3×10-3Pa之间，开启离子源，离子源工作电压2100～2400V，工作时间40～60min，产生大量氩离子对探针主体1的表面进行轰击，将探针主体1表面活化；
步骤S213：关闭氩气，将探针主体1和反应炉之间加载负偏压，开启钛电弧源使探针主体1表面沉积钛过渡层；
步骤S214：将氮气通入反应炉，并保持真空度的稳定真空度保持在1.1×10-2Pa～1.2×10-2Pa之间，使探针主体1表面沉积氮化钛过渡层；
步骤S215：开启以石墨为阴极电极的脉冲电弧放电，初始放电频率设定为20Hz，每放电一定脉冲数适当提高放电频率是每放电2200～2800个脉冲，放电频率提高10Hz，同时向反应炉内通入碳氢化合物气体，由脉冲放电形成的碳离子和碳的高能中性原子与碳氢化合物气体分子碰撞，生成新的碳离子飞向探针主体1表面形成纳米类金刚石涂层。
由此方法得到的具有纳米类金刚石涂层的探针，纳米类金刚石涂层和探针主体1的结合力大，硬度高，耐磨性和耐腐蚀性好，涂层的稳定性好，具有自润滑的特性，摩擦系数低。
相对于现有技术，本发明提供一种纳米涂层探针，在探针主体1外表面包覆一层纳米涂层2，本纳米涂层2具有纳米结构，可为纳米氮化钛涂层或纳米类金刚石涂层，有效提高探针的硬度和耐磨性能，增加探针的使用寿命，降低测试成本，提高测试效率。
本发明还提供一种纳米涂层探针的制备方法，利用PVD真空镀膜法制备纳米涂层2，制备成本低，纳米涂层2生成效果佳，适宜批量生产。
最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米涂层探针，其特征在于，包括探针主体、纳米涂层和绝缘涂层，所述纳米涂层包覆于所述探针主体外表面，所述探针主体包括测试部、连接部和固定部，所述绝缘涂层设于所述探针主体连接部对应的纳米涂层上，所述纳米涂层为纳米结构。
2.如权利要求1所述的纳米涂层探针，其特征在于，所述纳米涂层为纳米氮化钛涂层，所述纳米氮化钛涂层包含纳米氮化钛颗粒。
3.如权利要求2所述的纳米涂层探针，其特征在于，所述纳米氮化钛涂层的厚度为2～3μm。
4.如权利要求1所述的纳米涂层探针，其特征在于，所述纳米涂层为纳米类金刚石涂层，所述纳米类金刚石涂层包含纳米类金刚石颗粒。
5.如权利要求4所述的纳米涂层探针，其特征在于，所述纳米类金刚石涂层的厚度为1～3μm。
6.如权利要求1至5任一项所述的纳米涂层探针，其特征在于，所述探针主体由铼钨、钨钢、琴钢中的一种材料制成。
7.如权利要求6所述的纳米涂层探针，其特征在于，还包括金属镀层，所述金属镀层包覆于所述纳米涂层外表面，所述绝缘涂层设于所述探针主体连接部对应的金属镀层上，所述金属镀层为镀镍层或者镀金层。
8.一种应用于如权利要求1至7任一项所述的纳米涂层探针的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：将原材料拉直，裁剪，研磨成设定形状的探针主体；
步骤S2：利用PVD真空镀膜法，在所述探针主体外表面镀上一层纳米涂层；
步骤S3：在所述探针主体连接部对应的纳米涂层上涂覆绝缘涂层。
9.如权利要求8所述的纳米涂层探针制备方法，其特征在于，当所述纳米涂层为纳米氮化钛涂层时，在步骤S2中，包括以下步骤：
步骤S201：将探针主体经超声波清洗并烘干后，放置于反应炉中，并抽真空；
步骤S202：同时开启钛靶、铜基合金靶和金基合金靶的电源，并充入氮气，采用射频或中频辉光放电，对探针主体进行等离子改性；
步骤S203：使靶上蒸发出来的被蒸发物质和气体发生电离，在电场的加速作用下，使被蒸发的铜基合金、金基合金、钛与氮的反应产物氮化钛沉积在探针主体上，形成纳米氮化钛涂层。
10.如权利要求8所述的纳米涂层探针制备方法，其特征在于，当所述纳米涂层为纳米类金刚石涂层时，在步骤S2中，包括以下步骤：
步骤S211：将探针主体经超声波清洗并烘干后，放置于反应炉中，并抽真空；
步骤S212：向反应炉中注入氩气，开启离子源，离子源工作电压2100～2400V，工作时间40～60min，将探针主体表面活化；
步骤S213：关闭氩气，将探针主体和反应炉之间加载负偏压，开启钛电弧源使探针主体表面沉积钛过渡层；
步骤S214：将氮气通入反应炉，并保持真空度的稳定，使探针主体表面沉积氮化钛过渡层；
步骤S215：开启以石墨为阴极电极的脉冲电弧放电，向反应炉内通入碳氢化合物气体，由脉冲放电形成的碳离子和碳的高能中性原子与碳氢化合物气体分子碰撞，生成新的碳离子飞向探针主体表面形成纳米类金刚石涂层。
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