KR100429057B1 - 전기 접촉 시스템 - Google Patents

Abstract

예컨대, 시험될 회로 기판 등과 시험 장치 사이의 인터페이스용으로 사용되는 전기 접촉 어셈블리(10)는 외부 배럴(12) 내에 활주 가능하게 설치된 제1 및 제2 접촉 플런저(14, 16)를 포함하며, 그 접촉 플런저(14, 16)는 상기 배럴의 대향 종단으로 연장된 각각의 접촉 돌출부(14c, 16c)를 갖는다. 상기 제1 접촉 플런저(14)는 속이 비어 있고, 그 내부에는 상기 제2 접촉 플런저(16)의 기다란 종방향으로 연장된 부분(16a)이 활주 가능하게 수용되며, 상기 접촉 플런저들은 그 접촉 플런저들의 각각의 스프링 시트(14e, 16g) 사이에 설치된 코일 스프링(18)에 의해 서로 바이어스된다. 다른 실시예들(10', 10'')은 상기 접촉 플런저들 중 하나의 접촉 플런저에 형성된 복수의 종방향으로 연장된 핑거(14h, 16h)를 포함하며, 그 핑거는 다른 접촉 플런저와의 단단한 맞물림을 제공한다. 또 다른 실시예(10''')에 있어서, 제1 및 제2 접촉 플런저(14'', 16'')는 그 제1 접촉 플런저의 구경 내에 형성된 축소된 직경 부분(14k)과, 기다란 부분(16a)의 말단에 형성된 확대된 직경 부분(16m)에 의해 상호 결합된다.

Description

전기 접촉 시스템{ELECTRICAL CONTACT SYSTEM}

스프링이 장착되고 이동 가능한 접촉부를 갖는 전기 접촉 시스템은 회로 기판 및 전자 회로 시험 시스템 등에서 회로 또는 소자와 하나 또는 그 이상의 시험 접속점 사이의 전기 접촉용으로 사용된다. 전기 접촉 시스템은 일반적으로 포개어 끼우는 식으로(telescopically) 활주 가능한(slidable) 접촉 플런저(contact plunger)를 내부에 갖는 금속 배럴(barrel)과, 금속 배럴 내에 배치되어 접촉 플런저를 정상적으로 외향 위치로 바이어스시키는 스프링을 포함한다. 접촉 플런저는 회로 기판 또는 다른 소자의 시험 패드(test pad) 등과 맞물리도록 선택된 구성의 프로브 팁(probe tip)을 가진 외부 종단을 갖는다. 시험 시스템이 시험 절차에서 더 높은 무선 주파수를 사용함에 따라, 정합 임피던스 시스템에서 최단 가능한 소위 전기 경로를 제공해야 할 필요성이 증가된다. 종래의 프로브 시스템은 배럴 내에 배치되고 플런저를 둘러쌈으로써 바람직한 전기 경로보다 더 긴 전기 경로를 생성하는 나선형 코일 스프링을 포함한다. 미국 특허 번호 제4,636,026호에 개시된다른 방법은 옆으로 바이어스될 수 있는 스프링 핑거와 협력하여 플런저를 정상적으로 외부 위치로 치우치게 하는 각진 램프 표면이 있는 내부 종단을 갖는 금속 슬리브 내에 배치된 플런저를 사용한다. 이러한 장치는 비교적 짧은 전기 경로를 제공하지만, 상기 각진 램프에 의해 이동 범위가 제한되어 넓은 범위에 걸쳐 동작할 수 없다는 점에서 제한된다. 또한 상기 장치를 제조할 때 사용될 수 있는 상기 금속 슬리브의 직경에 대해서도 제한된다. 이동 범위를 연장시키기 위해서는 상기 장치의 직경을 증가시킬 필요가 있지만, 이는 인접한 장치간의 피치에 대해 역효과를 미친다. 또 다른 결점은 상기 각진 램프 상에서의 전기 접촉부의 변하는 직경으로 인한 가변 기하가 정합 임피던스 시스템에 불일치하다는 것이다.

본 발명은 일반적으로 전기 접촉 시스템에 관한 것으로, 특히 예컨대 시험 장치, 분석기 등을 시험될 회로 기판 등에 상호 접속시키는 데 사용되는 스프링 바이어스형 접촉부(spring baised contacts)에 관한 것이다.

신규하고 개선된 본 발명의 접촉 어셈블리의 다른 목적, 이점 및 상세한 설명은 다음의 도면을 참조하여 실시예 부분에서 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 접촉 시스템의 정면도.

도 2는 정상적인 정지 위치시, 도 1의 종단면도.

도 3은 전기 접촉 플런저들이 내부로 수축된 위치시, 도 1과 유사한 종단면도.

도 4는 본 발명의 변형예의 도 2와 유사한 종단면도.

도 5는 도 4의 실시예에서 사용된 전기 접촉 플런저의 종단면도.

도 6은 도 5의 전기 접촉 플런저의 왼쪽 종단을 도시한 도면.

도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 각각의 변형예의 도 4와 유사한 종단면도.

본 발명의 목적은 개선된 짧고 직접적인 전기 경로를 제공하는 확실한 접촉 압력을 갖는 장치를 이용하여 시험 장치 등을 시험될 회로 기판 또는 다른 전기 장치의 접촉 패드와 상호 접속시키기 위한 전기 접촉 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 폭넓은 범위의 조건하에서 동작할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 복수의 전기 접촉 장치를 위한 개선된 양호한 피치를 허용하는 전기 접촉 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 신뢰성 있고 저비용인 전기 접촉 장치를 제공하는 것이다.

간략히 말해서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 접촉 시스템은 통상 원통형의 제1 및 제2 전기 접촉 플런저를 포함하며, 상기 제1 전기 접촉 플런저는 상기 제2 전기 접촉 플런저의 기다란 부분을 내부에 활주 가능하게 수용하는 구경을 갖는 고리 모양이다. 나선형 코일 스프링은 상기 제1 전기 접촉 플런저의 내부 종단 표면에 형성된 2개의 스프링 시트 사이에서 상기 제2 전기 접촉 플런저 상에 수용되어, 상기 전기 접촉 플런저들을 정상적으로 외부 위치로 바이어스시킨다. 주요 전기 전류 경로는 상기 스프링에 의해 상기 제2 전기 접촉 플런저의 말단의 기다란 부분이 상기 제1 전기 접촉 플런저와 맞물리도록 스큐 이동시킴으로써 형성되고, 여분의 제2 전기 전류 경로는 상기 전기 접촉 플런저들의 대응하는 대향 부분에서 고리 모양의 외부 배럴을 통해 형성된다. 변형예에 있어서, 상기 제1 전기 접촉 플런저의 일부에는 그 내부 종단에 종방향으로 연장된 핑거가 형성되며, 그 핑거는 약간 방사상 내부로 연장되어 효과적으로 상기 제2 전기 접촉 플런저와 단단히 맞물리도록 형성됨으로써, 상기 전기 접촉 플런저들간의 확실한 전기적 맞물림을 제공한다. 다른 변형예에 있어서, 상기 제2 전기 접촉 플런저의 내부 종단은 상기 제1 전기 접촉 플런저의 구경보다 약간 큰 효과적인 외부 직경을 갖도록 두 갈래로 분기되어 따로 떨어져 연장됨으로써 상기 전기 접촉 플런저들간의 확실한 전기적 맞물림을 제공한다. 또 다른 변형예에 있어서, 상기 전기 접촉 플런저들에는 상호 결합 칼라 및 리세스 부분이 형성됨으로써, 상기 전기 접촉 시스템은 플런저들을 함께 유지하는 금속 배럴없이도 사용될 수 있으며, 대량 생산 기술을 이용하여 더 용이하게 조립될 수 있다.

도 1 내지 3에 있어서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 접촉 시스템 어셈블리(10)는 금 도금 니켈 은과 같은 적절한 도전성 재료로 형성되고 통상 원통형이고 종단이 개방된 관 모양의 배럴(12)과, 그 배럴(12) 내에 배치되고 배럴(12)의 대향 종단(12a, 12b)로부터 외부로 연장된 제1 및 제2의 축방향으로 이동 가능한 전기 접촉 플런저(14, 16)를 포함한다. 종단(12a, 12b)에 형성된 개구는 축소된 직경을 가지며, 이하 논의되는 바와 같이, 배럴의 종단을 방사상 내부로 둥글게 말아 접촉 플런저를 배럴 내에 유지시킨다. 접촉 플런저(14, 16)는 금 도금 베릴륨 구리와 같은 적절한 도전성 재료로 만들어진다. 접촉 플런저(14)는 통상 원통형이고 종단이 개방된 관 모양의 구성으로 형성되며, 그것의 축방향으로 연장된 부분(14a)은 배럴(12) 내에 활주 가능하게 수용될 수 있도록 배럴(12)의 내부 직경보다 약간 작은 외부 직경을 갖도록 형성되고, 제2의 축방향으로 연장된 부분(14b)은 배럴(12)의 개방 종단보다 작게 선택된 축소된 외부 직경을 갖도록 형성된다. 접촉 플런저(14)의 외부 종단은 도시된 바와 같이, 축방향으로 연장된 돌출부(14c)와 같은 선택된 접촉 맞물림 구성을 갖도록 형성된다. 제1 부분(14a)은 점점 가늘어지는 표면(14d)을 갖도록 형성됨으로써, 둥글게 말린 배럴 종단(12a)와 함께 작용하여 접촉 플런저(14)의 외부 이동을 제한함으로써 배럴(12) 내에 접촉 플런저의 제1 부분(14a)을 유지시킨다. 접촉 플런저(14)의 내부 종단은 점점 가늘어지는 표면(14e)을 갖도록 형성되며 이하 논의될 코일 스프링(18)용 스프링 시트의 역할을 한다.

제2 접촉 플런저(16)는 통상 원통형의 고체 구성으로 형성되며, 제1 접촉 플런저(14)의 구경(14f) 내에 활주 가능하게 수용되도록 선택된 직경을 갖는 제1의 기다란 축방향으로 연장된 부분(16a)과, 배럴(12)의 둥글게 말린 종단(12b) 내에 수용되도록 선택되고 상기 제2 부분(14b)과 동일한 직경을 갖는 제2의 축방향으로 연장된 부분(16b)과, 축방향으로 연장된 돌출부(16c)와 같은 적절한 접촉 맞물림 구성을 갖는다. 접촉 플런저(16)는 또한 중간의 축방향으로 연장된 부분(16d, 16e)을 가지며, 그 연장된 부분(16d)은 배럴(12)의 구경 내에 활주 가능하게 수용되도록 선택된, 바람직하게는 접촉 플런저(14)의 제1 부분(14a)의 외부 직경과 동일한 외부 직경을 갖는다. 축방향으로 연장된 부분 16b와 16d 사이에는 점점 가늘어지는 경계 표면(16f)이 형성되어, 접촉 플런저(14)의 점점 가늘어지는 표면(14d)의 기능과 동일한 기능, 즉 배럴(12)의 둥글게 말린 종단(12b)과 함께 작용하여 제2 접촉 플런저(16)의 외부 이동을 제한하는 기능을 갖는다. 축방향으로 연장된 부분(16d)의 내부 대향 종단은 원통형 접촉 플런저(16)의 종축 방향에 수직인 스프링 수용시트(16g)를 갖도록 형성되며, 원한다면 상기 시트(14e)와 유사한 점점 가늘어지는 시트일 수도 있다. 축방향으로 연장된 부분(16e)은 코일 스프링(18)의 내부 직경보다 작고 바람직하게는 축방향으로 연장된 부분(16a)의 직경보다 큰 소정의 직경을 갖도록 형성된다. 스테인레스와 같은 적절한 스프링 와이어로 이루어진 코일 스프링(18)은 각각의 접촉 플런저(14, 16)의 표면(14e, 16g) 사이에 연장되어 있으며, 도 2와 같은 정지 위치에서 플런저들을 서로 바이어스시킨다. 접촉 인터페이스로서 사용되는 동안, 플런저들은 선택된 수준의 확실한 접촉 압력을 스프링(18)의 바이어스 방향과 반대인 내부 방향으로 받는다. 접촉 플런저들 사이에 코일 스프링을 배치하고 그 접촉 플런저들 중 하나가 다른 접촉 플런저 내에 수용됨으로써, 주어진 직경 프로브에 대한 최대 직경 스프링 코일이 사용될 수 있어, 스프링 설계의 유연성을 최대화시키는 동시에 그 스프링 코일수, 그 프로브의 전체 길이 및 전기적 경로를 최소화시킨다.

스프링(18)이 압력을 받아 수축됨으로써 접촉 플런저(14, 16) 사이의 스큐 관계가 유발되어 접촉 돌출부(14c)로부터 구경(14f)을 한정하는 내부 표면과 접촉 플런저(16)의 기다란 부분(16a) 사이의 지점(도 3의 A)까지, 그리고 그곳으로부터 접촉 돌출부(16c)까지의 주요 전기 전류 경로가 형성된다. 그 전류는 접촉 플런저들의 외부 표면을 통해 고속으로 흐르게 된다(표피 효과). 도 3의 지점 B는 배럴(12)의 내부 표면 상에 도금된 금과 접촉 플런저(14, 16)의 외부 표면 상에 도금된 금을 통해 흐름으로써 제2의 여분의 접촉 시스템을 형성하는 대응하는 반대 전기 전류 패턴을 보여준다. 원한다면, 신호 속도보다 벌크 저항의 측정이 주된 관심사일 때 제3 접촉 시스템이 제공될 수 있다. 3 접촉 시스템에 있어서, 스프링은 도전성을 향상시키기 위한 금 도금 베릴륨 구리 등으로 이루어질 수 있다. 특히 고성능 애플리케이션에 알맞은 2 접촉 시스템에 있어서, 코일 스프링(18)은 높은 도전성이 아닌 적절한 보호 코팅을 갖는 스테인레스를 사용함으로써 그 스프링에 의한 신호 전도를 최소화시키고 결과적으로 노이즈 및 유도 발생을 최소하시킨다.

예로서, 도 1 내지 3에 따른 접촉 어셈블리의 물리적인 길이는 대략 0.200 인치이며, 배럴(12)은 대략 0.030 인치의 외부 직경을 갖는다.

도 4 내지 6에 있어서, 다른 실시예(10')는 변형된 접촉 플런저(14')를 포함하며, 그 내부에는 복수의 축방향으로 연장된 슬롯(14g)이 복수의 축방향으로 연장된 핑거(14h)를 형성하는 축방향으로 연장된 부분(14a')에 형성된다. 핑거(14h)는 기다란 부분(16a)이 핑거에 의해 형성된 개구 내로 힘을 받을 때 단단히 맞물리도록 약간 방사상 내부로 연장되며, 심지어 정지시 연장된 위치에 있을 때에도 확실한 전기 접촉 압력이 가해진다. 도시된 바와 같이, 4개의 핑거(14h)가 제공되었지만, 그 핑거의 특정수는 선택에 관한 문제이다. 상기 방사상 내부로 연장된 핑거의 제공은 최적의 직접적인 여분의 신호 경로를 보장한다.

또한 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 원한다면, 접촉 플런저(14')의 구경 내에 실링볼(sealing ball)(20)을 배치하여, 접촉 플런저들간의 전기적인 맞물림에 역효과를 미칠 수 있는 오염 물질의 침입을 방지할 수도 있다. 실링볼의 직경은 단단한 맞물림을 형성할 수 있도록 선택되며, 접촉 맞물림 돌출부(14c)에 인접한 구경 내에 프레스된다.

도 7은 도 4 내지 6에 도시된 실시예의 변형예(10'')로서, 접촉 플런저(16')는 축방향으로 연장된 슬롯(16k)에 의한 2개 또는 그 이상의 축방향으로 연장된 핑거(16h)를 갖도록 형성되며, 상기 핑거(16h)는 이전에 도 1 내지 3에 도시된 바와 같은 비슬롯형 접촉 플런저(14)와 함께 사용된다. 도 7에 도시된 실시예의 핑거(16h)는 접촉 플런저(14)의 구경에 삽입될 때 소정의 접촉 압력을 제공하기 위해서 약간 방사상 외부로 연장되도록 형성된다. 도 7의 실시예는 좀더 간단히 고체 재료를 기계 가공하여 제조될 수 있으며, 또한 핑거와 접촉 플런저(14) 사이의 접촉 압력을 제어할 수 있도록 뛰어난 유연성을 갖는 긴 핑거를 제공한다. 원한다면, 실링볼(20)은 도 7의 실시예에서 뿐만 아니라, 도시되지는 않았지만 도 1 내지 3의 실시예에서도 사용될 수 있다.

도 8의 실시예는 변형된 접촉 어셈블리(10''')로서, 외부 배럴(12)없이, 2개의 접촉 플런저가 상호 결합되며, 특히 부품들을 함께 진동시켜 조립하는 식으로 대량 생산 기술에 따라 제조된다. 도시된 바와 같이, 접촉 플런저(14'')는 도 1 내지 4 및 도 7의 접촉 플런저와 유사하나, 접촉 플런저의 내부 종단, 즉 접촉 맞물림 돌출부(14c)의 반대 종단에 증가된 직경을 갖는 구경(14k)을 가지며, 고리 모양의 플랜지(flange)(14n)를 형성한다. 접촉 플런저(16'')의 축방향으로 연장된 부분(16a'')은 고리 모양의 플랜지(14n)와 서로 작용하여 접촉 플런저들을 서로 결합하는 데 알맞은 스플릿 칼라(split collar)를 형성할 뿐만 아니라 주요 전류 경로를 제공하는 확대된 직경 부분(16m)을 갖는다. 상기 실시예에서, 금과 같은 귀금속으로 스프링을 도금함으로써 또 다른 전류 경류가 제공될 수 있다. 도 8의 실시예는 무선 주파수에 대한 고성능이 덜 중요한 애플리케이션에서 저비용 어셈블리용으로 사용될 수 있으며, 밀집하게 배치된 복수의 접촉 어셈블리를 갖는 시스템에서 접촉 어셈블리간의 피치를 최소화하는 것이 바람직하다.

도 1 내지 8에 따른 전기 접촉 어셈블리는 전술된 바와 같이, 폭넓은 조건하에서 유용한 확실한 바이어스 및 접촉 압력과, 종래 장치보다 양호한 피치를 갖는 개선된 단축 전기 전류 경로를 제공한다. 도 1 내지 7의 접촉 어셈블리는 외부 배럴(12)이 균일한 전기 저항 특성을 생성하기 위한 정합 임피던스 무선 주파수 설계를 제공한다는 점에서 특히 유용하다.

본 발명은 첨부된 청구 범위의 기술적 사상의 범위 내에 있는 전술된 실시예의 모든 변형예 및 균등물을 포함한다.

Claims (8)

1. 내부 및 외부 종단을 갖고 그 외부 종단에 선택된 전기 접촉 구성을 갖는 통상 원통형의 제1 및 제2 전기 접촉 플런저와,

   상기 제1 및 제2 전기 접촉 플런저 사이에 연장되어 그 전기 접촉 플런저들을 서로 바이어스시키는 코일 스프링과,

   상기 제1 및 제2 전기 접촉 플런저의 외부 이동을 제한하기 위한 수단을 포함하며,

   상기 제1 전기 접촉 플런저는 종방향으로 연장된 구경이 적어도 상기 내부 종단 내에 형성되어 있고, 상기 제2 전기 접촉 플런저는 상기 제1 전기 접촉 플런저의 상기 구경 내에 활주 가능하게 수용되는 기다란 원통형 부분을 가지며, 상기 제1 및 제2 전기 접촉 플런저 중 하나의 전기 접촉 플런저의 내부 종단은 다른 전기 접촉 플런저와 활주 가능하게 맞물리도록 바이어스된 적어도 2개의 종방향으로 연장된 핑거를 갖도록 형성되는 것인 전기 접촉 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 도전성 재료로 이루어지고 종단이 개방된 관 모양의 배럴을 더 포함하며,

   상기 제1 및 제2 전기 접촉 플런저는 그 각각의 전기 접촉 플런저의 외부 종단이 상기 배럴의 각각의 개방 종단을 통해 연장되도록 상기 배럴 내에 이동 가능하게 장착되는 것인 전기 접촉 어셈블리.
3. 제2항에 있어서, 상기 전기 접촉 플런저들간의 이동을 제한하기 위한 수단은상기 배럴의 개방 종단에 위치되어 상기 각각의 전기 접촉 플런저의 일부와 상호 작용하는 내부로 연장된 부분들을 포함하는 것인 전기 접촉 어셈블리.
4. 제1항에 있어서, 상기 전기 접촉 플런저들간의 이동을 제한하기 위한 수단은 상기 제2 전기 접촉 플런저의 상기 기다란 원통형 부분의 말단에 형성된 방사상 외부로 연장된 칼라와, 상기 제1 전기 접촉 플런저 내의 상기 구경을 형성하는 표면으로부터 방사상 내부로 연장된 플랜지를 포함하며, 상기 칼라와 상기 플랜지의 상호 맞물림에 의해 상기 전기 접촉 플런저들의 서로에 대한 종방향 이동을 제한하는 것인 전기 접촉 어셈블리.
5. 제2항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉 플런저의 내부 종단은 상기 제2 전기 접촉 플런저와 활주 가능하게 맞물리도록 바이어스된 상기 종방향으로 연장된 핑거들을 갖도록 형성되는 것인 전기 접촉 어셈블리.
6. 제2항에 있어서, 방사상 외부로 연장된 플랜지는 상기 제2 전기 접촉 플런저 상에 형성되어 상기 코일 스프링용 스프링 시트의 역할을 하며, 상기 제1 전기 접촉 플런저의 내부 종단은 또 다른 코일 스프링용 스프링 시트를 형성하는 페이스 표면을 갖는 것인 전기 접촉 어셈블리.
7. 제1항에 있어서, 상기 구경은 상기 제1 전기 접촉 플런저을 통해 상기 내부 종단으로부터 상기 외부 종단까지 완전히 연장되며, 실링볼이 상기 외부 종단 내에 압축 연결되어 오염 물질의 침입을 방지하는 것인 전기 접촉 어셈블리.
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