四線測試探針裝置及其應用方法
【專利摘要】本發明涉及一種四線測試探針裝置，包括牽引機構、主體固定座、兩個測試探針及光電傳感器；兩個測試探針分別設置于主體固定座的兩側，測試探針包括彈性支架及設置在彈性支架上的探頭，其中一個測試探針的彈性支架上設有凸出的遮光塊；光電傳感器靠近設置有遮光塊的測試探針的一側開設有凹口，光電傳感器具有由凹口的一側發射向凹口的另一側的對射光；其中，彈性支架在測試時產生變形，以使遮光塊所遮擋的對射光的光量的產生變化，并通過光電傳感器產生變化的輸出電壓，以控制測試探針施加在印刷電路板上的壓力。上述四線測試探針裝置能夠有效控制與印刷電路板之間接觸力的優點。同時還提供一種四線測試探針裝置的應用方法。
【專利說明】四線測試探針裝置及其應用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及印制電路板(PCB)測試裝置，特別是涉及一種四線測試探針裝置及其應用方法。
【背景技術】
[0002]探針測試裝置一般用于對印刷電路板(PCB)進行檢測，檢測時，需要用測試探針與電路板接觸。按照測試方法的不同有二線和四線兩種測試探針裝置。四線測試探針裝置用于測試阻值精度要求不高的場合，而四線測試探針裝置則用于測試阻值要求高的低阻測試場合。
[0003]傳統的四線測試探針裝置在測試時，探針通常以每秒10?50次的速度下針和抬針以接觸不同測試點。為達到可靠的測試的要求，探針需牢固扎到測試板上。同時也要保證探針與待測印刷電路板的接觸力合適，避免印刷電路板表面被扎花，這就要求其彈簧支架需要有合適的剛度及測試過程中振動小。但是，由于運動速度快，測試探針裝置施加在印刷電路板上的壓力很難控制，測試探針與印刷電路板接觸后接觸力過大，導致印刷電路板有刮痕或者凹痕，致使印刷電路板報廢。
【發明內容】
[0004]基于此，有必要提供一種能夠有效控制測試探針與印刷電路板之間接觸力的四線測試探針裝置及其應用方法。
[0005]一種四線測試探針裝置，用于對印刷電路板進行測試，包括:
[0006]牽引機構；
[0007]主體固定座，固定于所述牽引機構上,所述主體固定座能夠在牽引機構的帶動下運動；
[0008]兩個測試探針，分別設置于所述主體固定座的兩側，兩個所述測試探針對稱設置，所述測試探針包括固定于所述主體固定座上的彈性支架及設置在彈性支架上的探頭，其中一個所述測試探針的彈性支架上設有凸出的遮光塊；
[0009]光電傳感器，設置于所述主體固定座上，并與所述牽引機構通信連接，所述光電傳感器靠近設置有遮光塊的所述測試探針的一側開設有凹口，所述光電傳感器具有由所述凹口的一側發射向所述凹口的另一側的對射光，所述光電傳感器用于實時測量所接收到的所述對射光的光量，并產生隨所述對射光的光量變化的輸出電壓；
[0010]其中，所述遮光塊能夠伸入所述凹口并遮擋所述對射光，所述彈性支架在測試時產生變形，以使所述遮光塊所遮擋的所述對射光的光量的產生變化，并通過光電傳感器產生變化的輸出電壓，所述牽引機構根據所述輸出電壓的值控制所述測試探針施加在所述印刷電路板上的壓力。
[0011]在其中一個實施例中，還包括兩個支架固定座，兩個所述支架固定座分別設置于所述主體固定座的兩側，兩個所述彈性支架分別固定于兩個所述支架固定座上。
[0012]在其中一個實施例中，所述支架固定座還包括限位塊，所述限位塊與所述彈性支架遠離所述主體固定座的端部相接觸。
[0013]在其中一個實施例中，還包括傳感器調整座，所述傳感器調整座可滑動地設置于所述主體固定座上，所述光電傳感器固定于所述傳感器調整座上。
[0014]在其中一個實施例中，所述主體固定座上開設有卡槽；所述傳感器調整座上開設有第一螺孔；所述四線測試探針裝置還包括調節螺釘，所述調節螺釘的螺帽卡持于所述卡槽內，且所述調節螺釘與所述第一螺孔相螺合，以使所述調節螺釘與所述傳感器調整座共同形成螺紋副結構，轉動所述調節螺釘，可調節所述傳感器調整座相對所述主體固定座的位置。
[0015]在其中一個實施例中，所述傳感器調整座上開設有條形孔，所述主體固定座上開設有第二螺孔，所述四線測試探針裝置還包括固定螺釘，所述固定螺釘穿設于所述條形孔內，并與所述第二螺孔配合，且所述固定螺釘在所述條形孔內能夠移動，以使傳感器調整座可滑動地設置于所述主體固定座上。
[0016]在其中一個實施例中，所述主體固定座包括橫截面為梯形的探針固定部，兩個所述測試探針分別設置于所述探針固定部的兩側面上，且兩個所述測試探針間形成夾角。
[0017]在其中一個實施例中，所述探頭包括連接臂及設置于所述連接臂一端上的接觸針頭，所述連接臂設于所述彈性支架上。
[0018]在其中一個實施例中，所述接觸針頭為刀片狀結構或針形結構。
[0019]一種四線測試探針裝置的應用方法，包括以下步驟:
[0020]提供上述四線測試探針裝置；
[0021]將所述四線測試探針裝置上的兩個測試探針扎在校正板上任意一焊盤上；
[0022]所述四線測試探針裝置移動以調整其測試探針施加于校正板上的接觸力；
[0023]實時獲取所述四線測試探針裝置的位移量及所述光電傳感器的輸出電壓，以將所述接觸力與所述輸出電壓進行關聯；
[0024]根據所述接觸力與所述輸出電壓間的關系對所述四線測試探針裝置進行調節。
[0025]上述四線測試探針裝置在測試時，測試探針施加壓力于印刷電路板上，彈性支架會產生變形，以使遮光塊所遮擋的對射光的光量的產生變化，并通過光電傳感器產生變化的輸出電壓，牽引機構根據輸出電壓的值控制測試探針施加在印刷電路板上的壓力，實現了對測試探針與印刷電路板之間接觸力的控制，避免印刷電路板表面被扎花，有效保護了印刷電路板。并且，這個控制過程實現了自動化控制，節省了人力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為一實施例中四線測試探針裝置的結構示意圖；
[0027]圖2為圖1所示四線測試探針裝置的立體分解圖；
[0028]圖3為圖1所示四線測試探針裝置中測試探針的具體結構圖；
[0029]圖4為另一實施例的測試探針的具體結構圖；
[0030]圖5為一實施例中四線測試探針裝置的應用方法的流程圖；
[0031]圖6為圖5所示四線測試探針裝置的應用方法的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施方式。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本發明的公開內容理解的更加透徹全面。
[0033]需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。
[0034]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的【技術領域】的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0035]請參閱圖1，一實施例中的四線測試探針裝置10，用于對印刷電路板(圖未示)進行測試。四線測試探針裝置10包括牽引機構(圖未示)、主體固定座100、測試探針200及光電傳感器300。
[0036]主體固定座100固定于牽引機構上，主體固定座100能夠在牽引機構的帶動下運動。
[0037]測試探針200為兩個，兩個測試探針200分別設置于主體固定座100的兩側，兩個測試探針200對稱設置。請一并參閱圖2，測試探針200包括固定于主體固定座100上的彈性支架210及設置在彈性支架210上的探頭230。彈性支架210由塑料制成，具備了一定的彈性。其中一個測試探針200的彈性支架210上設有凸出的遮光塊211。
[0038]具體的，主體固定座100包括橫截面為梯形的探針固定部160。兩個測試探針200分別設置于探針固定部160的兩側面上，且兩個測試探針200間形成夾角。
[0039]光電傳感器300設置于主體固定座100上，并與牽引機構通信連接。光電傳感器300靠近設置有遮光塊211的測試探針200的一側開設有凹口 310，光電傳感器300具有由凹口 310的一側發射向凹口 310的另一側的對射光。光電傳感器300實時接收對射光的光量，當光電傳感器300所接收到的光量產生變化時，光電傳感器300的輸出電壓也相應的會產生變化。具體的，光電傳感器300的輸出信號為模擬電壓信號，其與所接收到的對射光的光量成線性變化關系。
[0040]遮光塊211能夠伸入凹口 310并遮擋對射光。在對印刷電路板進行測試時，測試探針200施加壓力于印刷電路板上，彈性支架210會產生變形，以使遮光塊211所遮擋的對射光的光量的產生變化，并通過光電傳感器300產生變化的輸出電壓。牽引機構根據輸出電壓的值控制測試探針200施加在印刷電路板上的壓力。
[0041]具體的，由于測試探針200對印刷電路板施加壓力，會帶來彈性支架210的形變，而彈性支架210的形變會帶來遮光塊211在凹口 310中的位移，則對測試探針200與印刷電路板之間接觸力的控制可轉換成對遮光塊211位移量的控制。并且，由于遮光塊211的位移會帶來光電傳感器300接收到的光量的變化，進而改變光電傳感器300的輸出電壓。外部軟件對光電傳感器300的輸出電壓進行分析，當輸出電壓的變化超過閾值時，即說明測試探針200施加于印刷電路板上的壓力足夠大，牽引機構即刻停止運動，以控制測試探針200與印刷電路板之間接觸力。由于光電傳感器300實時對對射光的光量進行監測，進而可對測試探針200與印刷電路板之間接觸力進行實時控制，保證了接觸力大小的精確度。
[0042]四線測試探針裝置10還可包括兩個支架固定座400。兩個支架固定座400分別設置于主體固定座100的兩側，兩個彈性支架210分別固定于兩個支架固定座400上。
[0043]支架固定座400還包括限位塊410，限位塊410與彈性支架210遠離主體固定座100的端部相接觸。限位塊410與彈性支架210的端部相接觸，使彈性支架210產生了一定的預變形，當彈性支架210由于高速運動而發生振動時，由于限位塊410的存在，彈性支架210產生的振動很快就能被抑制，以減小測試時測試探針200所發生的振動，提高了測試的精確度。
[0044]可以理解，在其它實施例中，彈性支架210直接固定于主體固定座100上，此時，支架固定座400可以省略。
[0045]由于在四線測試探針裝置10在裝配或使用過程中有可能出現誤差，從而使光電傳感器300有可能偏離電壓原點。為了減小誤差、使測試更加準確，四線測試探針裝置10還可包括傳感器調整座500。傳感器調整座500可滑動地設置于主體固定座100上。光電傳感器300固定于傳感器調整座500上。通過調節傳感器調整座500在主體固定座100上的位置，可調節光電傳感器300與彈性支架210之間的距離，進而可以對光電傳感器300的電壓原點的調節。
[0046]主體固定座100上開設有卡槽120。傳感器調整座500上開設有第一螺孔(圖未示)。四線測試探針裝置10還包括調節螺釘600，調節螺釘600的螺帽卡持于卡槽120內，且調節螺釘600與第一螺孔相螺合，以使調節螺釘600與傳感器調整座500共同形成螺紋副結構。轉動調節螺釘600，可調節傳感器調整座500相對主體固定座100的位置。
[0047]傳感器調整座500上開設有條形孔510，主體固定座100上開設有第二螺孔140，四線測試探針裝置10還包括固定螺釘700，固定螺釘700穿設于條形孔510內，并與第二螺孔140配合，且固定螺釘700在條形孔510內能夠移動，以使傳感器調整座500可滑動地設置于主體固定座100上。
[0048]請一并參閱圖3，彈性支架210具體包括固定部212、第一力臂214、第二力臂216及探頭安裝部218。
[0049]第一力臂214及第二力臂216均為長條狀結構。第一力臂214及第二力臂216的一端均設置于固定部212上。第一力臂214與第二力臂216相間隔。
[0050]探頭安裝部218設置于第一力臂214及第二力臂216遠離固定部212的一端。探頭安裝部218上開設有探頭安裝槽218a，探頭安裝槽218a的延伸方向與第一力臂214的延伸方向垂直。第一力臂214、第二力臂216與固定部212及探頭安裝部218的連接處213均開設有凹槽213a。
[0051]探頭230包括連接臂232及設置于連接臂232 —端上的接觸針頭234，連接臂232卡設于探頭安裝槽218a中。具體在本實施例中，連接臂232為梯形結構，探頭安裝槽218a也為與連接臂232相對應的梯形結構。通過梯形結構的連接臂232與梯形結構探頭安裝槽218a相卡合，使得探頭230更好的連接于彈性支架210上。
[0052]上述測試探針200中，第一力臂214、第二力臂216與固定部212及探頭安裝部218的連接處213均開設有凹槽213a，這些凹槽213a降低了彈性支架210整體的剛度，利用彈性支架210自身的柔韌性，避免了在測試過程中測試探針200與印刷電路板硬性接觸，有效保護了印刷電路板。
[0053]以第一力臂214及第二力臂216延伸的方向為高度方向。以探頭安裝槽218a延伸的方向為寬度方向。與高度方向及寬度方向均垂直的方向為厚度方向。
[0054]具體在本實施例中，第一力臂214、第二力臂216與固定部212及探頭安裝部218的每個連接處213上均開設有兩個相對的凹槽213a。凹槽213a為U形槽，以使第一力臂214、第二力臂216與固定部212及探頭安裝部218的每個連接處213均為“工”字形結構。
[0055]由于測試時，測試探針200運動速度飛快，導致了測試探針200的振動不可避免，劇烈的振動會導致測試探針200與印刷電路板的接觸不穩定。測試探針200在受力后退過程中不能保證其能平行移動。在受到反推力作用之后，測試探針200在后退移動過程中高度會有所降低，偏移量較大，從而在測試過程中可能會出現扎偏的情況，嚴重影響測試探針200裝置的測試精度。
[0056]每個連接處213上均開設有兩個相對的凹槽213a，以使連接處213形成“工”字形結構，進一步降低了彈性支架210的剛度。第一力臂214及第二力臂216能夠有效分配彈性支架210所受的力的大小。第一力臂214及第二力臂216通過分配得到的力的大小，使每個開設有凹槽213a的連接處213產生相應的變形，以彌補測試探針200高度的不足，保證測試探針200在后退過程中平行移動，不會產生過大的傾斜角度，進而保證了后退移動過程中測試針能夠與接觸面保持相對靜止，測試探針200不會發生過大偏擺，保證了測試的精度。
[0057]此外，連接處213均為“工”字形結構，相對于傳統的單獨開設圓弧槽的形式，其凹槽213a內部的應力分布更加均勻，應力不會集中在某一條線上，而是分布在面上，更加有利于彈性支架210的使用壽命的提高。
[0058]第一力臂214及第二力臂216沿寬度方向排列。第一力臂214相對第二力臂216更靠近接觸針頭234，且第一力臂214的長度大于第二力臂216的長度。固定部212呈臺階狀結構。固定部212包括第一臺階部212a及與第一臺階部212a相連接的第二臺階部212b。第二臺階部212b的高度高于第一臺階部212a。第一力臂214與第一臺階部212a相連接，第二力臂216與第二臺階部212b相連接。
[0059]第一力臂214及第二力臂216的長度均通過有限元計算得出。彈性支架210采用第一力臂214的長度長于第二力臂216的形式，既可保證開設有凹槽213a的連接處213容易產生變形，以保證測試探針200與印刷電路板之間的接觸力合適及運行平穩，又可保證彈性支架210能夠有效抵抗寬度方向的振動。
[0060]第一力臂214及第二力臂216均為矩形柱狀結構。第一力臂214包括相連接的第一桿體214a及第二桿體214b，第一桿體214a與固定部212相連接，第二桿體214b與探頭安裝部218相連接，第一桿體214a的厚度大于第二桿體214b的厚度。
[0061]第二力臂216包括相連接的第三桿體216a及第四桿體216b，第三桿體216a與固定部212相連接，第四桿體216b與探頭安裝部218相連接，第三桿體216a的厚度大于第四桿體216b的厚度。
[0062]第一力臂214及第二力臂216均采用一側比另一側厚的形式，可以有效減輕彈性支架210頭部的質量，并且更加有利于測試探針200的抗振性，特別是寬度方向上的振動。
[0063]可以理解，第一力臂214及第二力臂216不限于矩形柱狀結構，還可為圓柱狀等結構。
[0064]具體在本實施例中，接觸針頭234為刀片狀結構。刀片狀結構的接觸針頭234，其針尖234a的大小約為60微米以上，制造成本較低，一般用于普通的印刷電路板。
[0065]接觸針頭234的針尖234a位于彈性支架210在厚度方向的中線上，可以避免測試過程中力矩的產生，進一步提高測試探針200的抗振性。
[0066]可以理解，在其它實施例中，例如附圖4所示，接觸針頭234還可為針形結構。針形結構的接觸針頭234，其針尖234a的大小約為20微米，制造成本較高，適用于高密度印刷電路板。
[0067]上述四線測試探針裝置10在測試時，測試探針200施加壓力于印刷電路板上，彈性支架210會產生變形，以使遮光塊211所遮擋的對射光的光量的產生變化，并通過光電傳感器300產生變化的輸出電壓，牽引機構根據輸出電壓的值控制測試探針200施加在印刷電路板上的壓力，實現了對測試探針200與印刷電路板之間接觸力的控制，避免印刷電路板表面被扎花，有效保護了印刷電路板。并且，這個控制過程實現了自動化控制，節省了人力。
[0068]此外，請一并參閱圖5，還提供了一種四線測試探針裝置的應用方法，包括以下步驟:
[0069]步驟S110，提供上述四線測試探針裝置。
[0070]步驟S120，將四線測試探針裝置上的兩個測試探針扎在校正板上任意一焊盤上。[0071 ] 請一并參閱圖6，將四線測試探針裝置10的兩個測試探針200扎在校正板60任意一焊盤上。校正板60為一完好的印刷電路板。
[0072]步驟S130，四線測試探針裝置移動以調整其測試探針施加于校正板上的接觸力。
[0073]四線測試探針裝置10移動以調整其測試探針200施加于校正板60上的接觸力。當兩個測試探針200測試信號聯通的那一刻位移記為零。
[0074]步驟S140，實時獲取四線測試探針裝置的位移量及光電傳感器的輸出電壓，以將接觸力與輸出電壓進行關聯。
[0075]每當四線測試探針裝置10向前運動一段距離時，實時獲取位移量及光電傳感器300所輸出的電壓。通過上述測試可以獲得測試探針200與待測印刷電路板接觸后的變形量與光電傳感器的輸出電壓的關系，結合接觸力與變形量測試的結果，將接觸力與光電傳感器的輸出電壓進行關聯。
[0076]步驟S150，根據接觸力與輸出電壓間的關系對四線測試探針裝置進行調節。
[0077]將接觸力與光電傳感器的輸出電壓進行關聯，需要對接觸力進行控制時，可將對接觸力的控制又轉換成對電壓信號的控制。具體工作時，可以設定一個電壓閾值，當光電傳感器的輸出電壓變化，達到電壓閾值時，停止四線測試探針裝置10的移動，進而控制了測試探針200與印刷電路板間的接觸力。
[0078]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種四線測試探針裝置，用于對印刷電路板進行測試，其特征在于，包括: 牽引機構； 主體固定座，固定于所述牽引機構上，所述主體固定座能夠在牽引機構的帶動下運動； 兩個測試探針，分別設置于所述主體固定座的兩側，兩個所述測試探針對稱設置，所述測試探針包括固定于所述主體固定座上的彈性支架及設置在彈性支架上的探頭，其中一個所述測試探針的彈性支架上設有凸出的遮光塊；及 光電傳感器，設置于所述主體固定座上，并與所述牽引機構通信連接，所述光電傳感器靠近設置有遮光塊的所述測試探針的一側開設有凹口，所述光電傳感器具有由所述凹口的一側發射向所述凹口的另一側的對射光，所述光電傳感器用于實時測量所接收到的所述對射光的光量，并產生隨所述對射光的光量變化的輸出電壓； 其中，所述遮光塊能夠伸入所述凹口并遮擋所述對射光，所述彈性支架在測試時產生變形，以使所述遮光塊所遮擋的所述對射光的光量的產生變化，并通過光電傳感器產生變化的輸出電壓，所述牽引機構根據所述輸出電壓的值控制所述測試探針施加在所述印刷電路板上的壓力。
2.根據權利要求1所述的四線測試探針裝置，其特征在于，還包括兩個支架固定座，兩個所述支架固定座分別設置于所述主體固定座的兩側，兩個所述彈性支架分別固定于兩個所述支架固定座上。
3.根據權利要求2所述的四線測試探針裝置，其特征在于，所述支架固定座還包括限位塊，所述限位塊與所述彈性支架遠離所述主體固定座的端部相接觸。
4.根據權利要求1所述的四線測試探針裝置，其特征在于，還包括傳感器調整座，所述傳感器調整座可滑動地設置于所述主體固定座上，所述光電傳感器固定于所述傳感器調整座上。
5.根據權利要求4所述的四線測試探針裝置，其特征在于，所述主體固定座上開設有卡槽；所述傳感器調整座上開設有第一螺孔；所述四線測試探針裝置還包括調節螺釘，所述調節螺釘的螺帽卡持于所述卡槽內，且所述調節螺釘與所述第一螺孔相螺合，以使所述調節螺釘與所述傳感器調整座共同形成螺紋副結構，轉動所述調節螺釘，可調節所述傳感器調整座相對所述主體固定座的位置。
6.根據權利要求5所述的四線測試探針裝置，其特征在于，所述傳感器調整座上開設有條形孔，所述主體固定座上開設有第二螺孔，所述四線測試探針裝置還包括固定螺釘，所述固定螺釘穿設于所述條形孔內，并與所述第二螺孔配合，且所述固定螺釘在所述條形孔內能夠移動，以使傳感器調整座可滑動地設置于所述主體固定座上。
7.根據權利要求1所述的四線測試探針裝置，其特征在于，所述主體固定座包括橫截面為梯形的探針固定部，兩個所述測試探針分別設置于所述探針固定部的兩側面上，且兩個所述測試探針間形成夾角。
8.根據權利要求1所述的四線測試探針裝置，其特征在于，所述探頭包括連接臂及設置于所述連接臂一端上的接觸針頭，所述連接臂設于所述彈性支架上。
9.根據權利要求8所述的四線測試探針裝置，其特征在于，所述接觸針頭為刀片狀結構或針形結構。
10.一種四線測試探針裝置的應用方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供權利要求1至權利要求9任意一項所述的四線測試探針裝置； 將所述四線測試探針裝置上的兩個測試探針扎在校正板上任意一焊盤上； 所述四線測試探針裝置移動以調整其測試探針施加于校正板上的接觸力； 實時獲取所述四線測試探針裝置的位移量及所述光電傳感器的輸出電壓，以將所述接觸力與所述輸出電壓進行關聯； 根據所述接觸力與所述輸出電壓間的關系對所述四線測試探針裝置進行調節。
【文檔編號】G01R1/073GK104237579SQ201410475371
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】譚艷萍, 王星, 翟學濤, 楊朝輝, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司, 深圳市大族數控科技有限公司