分类： 探针

随着社会的不断科技化，人们的生活水平也不断的提高，手机、电脑、汽车、智能手表等也不断的普及，对探针的需求也越来越大！

探针是电测试的接触媒介，为高端精密型电子五金元器件。它在各个领域都有应用，例如在医疗、航空航天、生物、计算机等领域都有的应用。而不同型号的探针，所用的材质及价格也会不同。探针的材质主要有铍铜、磷铜、黄铜、SK4、SUS等，今天主要给大家讲解一下探针表面为什么要进行镀金处理？

简单来说，镀金就是为了防止铜生锈，生锈之后产生的铜绿会增加电阻，探针的稳定性及使用功能也会受到影响。

镀金层外观为金黄色，具有很高的化学稳定性，只溶于王水，不溶于其它酸。金的原子价为一价和三价。一价金的标准电位φ°Au+/Au为+1.68V，三价金的标准电位φ°Au3+/Au为+1.50V。对钢、铜、银及其合金基体而言，金镀层为阴极性镀层，镀层的孔隙影响其防护性能。

一、镀金的好处：

1.镀金层延展性好、易抛光、耐高温，具有很好的抗变色性能。在银层上镀金可以防止银的变色；金合金镀层可呈现多种色调，故常用作装饰性镀层，如镀首饰、钟表零件、艺术品等。

2.镀金具有较低的接触电阻、导电性能良好、易于焊接、耐腐蚀性强、并具有一定的耐磨性（指硬金），因而在精密仪器仪表、印制电路板、集成电路、管壳、电接点等方面有着广泛的应用

二、镀金的工艺

镀金按其工艺特点，有无氰镀金与有氰镀金两种。氰化镀液又分为高氰和低氰镀液。无氰镀液以亚硫酸盐镀金液应用较多。

镀金液按其浓度，有镀水金溶液一般为酸性，其金含量低，可达0．4～0．5g/L。这种镀液成本低，因此溶液带出的损耗少。这种镀液所得金层色泽为青金色，特别适合镀批量大，且加工费偏低，又要镀层为金色的小五金件，如钮扣、腰带扣等。

镀金液按作用分，有预镀金是指在正镀金前在一特定镀金液中进行预镀金后再转入正常镀金工序。经过预镀金处理后的再镀金有几大好处：

1)确保镀金层的结合力。

2)减少正镀金槽被污染的可能性。

3)经济实用，成本降低。

4)可以提高镀金层的致密性。

镀金液按其使用寿命分，有所谓镀纯金，即金镀层中不能含有其他金属成分。因此，在电镀金工艺中不得以各种金属盐作为添加剂而达到某种功能。但纯金镀层柔软，延展性好，不耐磨。镀耐磨金是为了提高金层的硬度。达到某些电子元件的功能要求，提高耐磨性能。为了得到耐磨性好的镀层，一般是在某酸性镀金液中加入钴盐、镍盐及其他添加剂，沉积出含有一定钴或镍成分的金合金镀层，从而达到提高耐磨性的目的。

镀金液按颜色分，常用玫瑰金是含金85%的金铜合金，其具有较高的耐磨性和化学稳定性，不易变色。该种镀液主要由络合剂、金盐、铜盐所组成。

三、镀金工序仅仅是镀金吗？

我们知道镀金顾名思义是镀黄金，实际上我们所说的镀金不仅仅是给探针镀金，在镀金之前我们会先镀一层镍。

镀镍的成本比镀金的成本低得多，而且镀镍也可以达到抗氧化，耐磨的效果，但是他的导电性不如镀金好，而降低电阻，良好的导电性在电子五金业，探针行业都是非常重要的，所以镀金应用更加频繁。

最后我们思考一个问题为什么要在镀金之前镀一层镍呢？

原因在于铜元素和金元素不那么容易贴合，镀金之后可能会脱金，进而影响了探针的使用，而在镀金之前镀上一层镍则可以很好的解决这个问题。

进行过测量和测试的人都知道，准确的数据取决于测试仪表的设计和测量能力。但很少的人知道，测试线和接头的设计质量、制造工艺、匹配性和性能规格与测试仪表具有同样的重要性。本文重点讲述正确选择测试线和探针的五个标准。

1、安全性

与电源的要求一样，仪表测试线和探针由于直接与大电压接触，必须满足严格的安全等级要求，尤其符合国际IEC1010电压和类别的要求，即CAT I、CAT II、CAT III或CAT IV。IEC1010的其它要求还涉及瞬变测试、介质耐电压、或通过测试来验证产品具有充分绝缘并满足电流、电气间隙、暴露的金属探针和抗冲击方面的要求。质量良好测试探头与手套和防护眼睛等重要的人身防护用品一起，构成NFPA70E标准中所定义的人身防护措施中一部分。

2、坚固性和耐用性

优质测试线和接头不会因拉拽、按压和穿刺等日常摩擦而性能下降。测试线两端应该具有设计良好的防应力护套。测试探针应该是经过硬化处理的金属，可经得起反复连接，并且每次都能传送准确数据。与廉价材料相比，经过特殊制造的多股镀锡铍铜导线可提供灵活性、长期耐用性、优异的导电性和精度。其它因素包括探针和接头内部焊接质量和材料的温度范围。

3、设计性能和指标

测试探针和测试夹的设计舒适与否非常重要。舒适、易于抓取的握持表面有助于将探头牢靠控制在手中，夹持有力的弹簧夹可确保牢固连接。连接应该简便，相互匹配的部件应可以不费力地滑到一起而不会产生应力。优质接头上的触点应该是镀镍或镀金机加工黄铜连接件，而不应仅使用铸造黄铜。使用镀金触点可提供准确度和抗氧化性能，从而提供持久、安全和可靠的连接。

测试线和探针的设计指标应与配套的测试仪表一致，如果其指标小于测试仪表，那么仪表的真实价值就大大缩水。例如示波器带宽是100M，配套的示波器探头带宽只有50M，那么示波器就成为了50M。

4、高性能应用

从带有弹簧式探针和用于电子电路测试的精细轻质探头，一直到尖锐的不锈钢探针和适合工业用途的坚固探头，现今探头的设计考虑到了不同应用的需要。例如：单点探头是最常见的探头形式。大多数仪表都提供了单点测试线，对于广泛的测试应用来说相当有用。尖锐探针是测量高密度电路板上很小的接触点的最佳工具。虽然它们很容易损坏，但通常可对探针重新磨尖，因为上面没有电镀层。

带有可伸缩探针的探头连接直径很细的不锈钢导线，除了探头最末端之外，整个导线外面全部由一层绝缘层覆盖以防止误接触导致短路而损害芯片。钩钳探针适用于保持原位的连接，方便脱手操作。使用不同尺寸的测试夹，方便测试IC芯片，IC测试夹是探测IC芯片上多管脚的理想工具，它们非常适合查找许多条芯片导线之中的一条。SMD探头可在表面贴装板(SMD)上进行精确定点测试，这种测试需要使用非常细和尖锐的探针，以精确接触很小电路板上的点.

5、测试线连接接头

根据标准、安全和实际需要，测试线连接头有各种应用和标准的插头和插座。例如示波器是BNC接头，万用表是4mm香蕉头、频谱分析仪是N型头等等，不同的应用有不同的接头，为了相互之间 匹配，市面上就出现了各种各样的适配器（耦合器）、转接器（转接头）、转接接线、连接线、分支线缆等。

不管什么探针都会有自己的寿命，一般公司的探针图册上都有标注寿命，如先得利探针的图册上就标注，但探计到底需要用多久更换新的，这个主要取决于弹簧的寿命和其它影响测试探针寿命的相关因素。那么影响测试探针寿命的因素都有哪些呢？

影响测试探针寿命的因素如下：

1、测试环境。常规探针，这类探针通常寿命在10万次左右。但是寿命往往都是由测试环境决定的，如果测试环境比较差，各种杂质进入探针内管，就会造成弹簧损坏，这样就必须要更换探针。这种是小部分更换，还有一种是定期对探针进行更换，当使用到一定的时间后，探针就必须要更换。如果是高频探针的话，这个比较特殊，高频探针主要在于高频针的内芯针，所以高频探针更换一般都是将内芯针进行更换，这样可大大降低成本。

2、探针的精细。正常情况下，越细的探针相对来说就越短，所以正常探针的寿命都是接近于厂商给出的理论寿命。对治具维护保养做的好，以及治具测试的板子的清洁度高，按照探针规定的行程进行测试，这样探针的更换频次就低。

3、探针使用者的使用方法。使用者的不当使用，也可能造成测试探针因损坏而提前更换。例如，探针头部下压的深度（也就是头接触测试点时头部下压程度。有轻微接触，有头部下压三分二和下压到底部）、下压时的速度以及下压时候的力度，这些都会影对探针的弹簧都有所耗损。每个顾客的设计以及使用方法不同，这些使用方法都是决定探针寿命的几个关键的因素。

另外，探针表面采用镀金有利于导电增强，一般厂家通常都选择SK4材料，内部有平均寿命3万~100万次的高性能弹簧，其实，关于探针的寿命，很多厂家是不给一个明确的答案的，因为探针分很多级别。随着顾客的追求成本计算，国产有分普通材料和进口好料，进口的在国内市场也有很多正品和仿制品。不管哪一个级别的探针，一般生产厂商都不敢给顾客一个具体的使用寿命。

上面只是例举可能会影响探针寿命的原因，还有其他的可能会影响探针寿命的原因需要在实践中发现，因探针是很精密的，建议可按照厂家给出的寿命数据去更换。

问：测试探针有哪些重要的性能?

答：测试探针主要由弹簧、针管、针头三部分组成。是PCB测试或者半导体测试的重要部件，测试探针的机械性能和电气性能是决定探针好坏的两大指标。

一、测试探针机械性能。测试探针机械性能主要是指弹簧的弹力，弹力通常的范围在标注弹力的上下10%，比如1N的弹力，做出来的探针可能是0.9N这样，如果公差范围太大，在测试中可能损伤PCB或者接触不良，使得接触电阻异常。
二、测试探针电子性能。上面说到的接触阻抗是非常重要的一点，理论上阻抗越小越好，但是由于自然界中不可能出现零电阻的材质，所以接触阻抗要在测试的时候保持稳定即可，通常和阻抗相关的因素主要有以下几点：
1、针头、外管和弹簧的材料；
2、外管的直径和针头直径的差值；
3、镀金层的厚度。

所以,测试探针有两大指标，一是机械性能，二是电气性能。

射频测试探针是什么？

射频测试探针主要用于高频信号测试。在路由器、手机WIFI等方面有广泛的应用。

射频（RF）探针在射频产品生命周期中几乎每一个阶段都起着重要作用：从技术开发，模型参数提取，设计验证及调试一直到小规模生产测试和最终的生产测试。通过使用射频探针，人们便有可能在晶片层次上测量射频组件的真正特性。这可以将研究和开发时间缩短并且大大降低开发新产品的成本。

在仅仅三十年的时间里，射频探针技术便取得了惊人的进步，从低频测量到适用多种应用场合的商用方案：如在110GHz高频和高温环境进行阻抗匹配，多端口，差分和混合信号的测量装置，连续波模式中直到60W的高功率测量，以及直到750GHz的太赫兹应用，都能见到射频探针的身影。人们最早采用射频探针技术与今天的工具是很不相同的，早期探针使用了由一个很短的线极尖（wire TIp）而逐渐收敛的50-Ω微带线，通过探针基片上一个小孔而与被测器件（DUT）的压点（pad）相接触。此时，其技术难度在于如何突破4GHz时实现可重复测量。虽然有可能通过校准过程来剔除一个接触线极尖相对较大的串联电感的影响，但当圆晶片的夹具被移动时，线极尖的辐射阻抗会有较大的变化。高频测量使用的极尖设计与用于直流和低频测量的极尖不同，而且必须使50-Ω环境尽可能地接近于DUT压点。

之后工程师在探针技术上取得了突破。确定了射频探针的基本要求和工作原理：

1） 探针的50-Ω平面传输线应当直接与DUT压点相接触而不用接触导线。对于微带线和随后的共面探针设计，探针的接触是用小的金属球来实现的，这个金属球要足够大以保证可靠且可重复性的接触。

2） 为了能同时接触到DUT的信号压点和接地压点，需要将探针倾斜。这个过程被称为“探针的平面化”。

3） 探针的接触重复性比同轴连接器的可重复性要好得多。便于进行探针极尖和在片标准及专用校准方法的开发。

4）具有很高重复性的接触可以进行探针的准确校准并将测量参考平面移向其极尖处。 来自探针线和到同轴连接器的过渡所产生的探针的损耗及反射是通过由射频电缆和连接器的误差相类似的方式而抵消的。

5） 由于其很小的几何尺寸，人们可以假设平面标准件的等效模型纯粹是集总式的。此外，人们可以从标准件的几何尺寸来很容易地预测模型参数。

随着探针的设计从微带线变换到共面波导（CPW），探针的制造就变得很容易了（图1）。 Tektronix公司最终将探针从“自己动手”的工具转换为逐渐形成的射频半导体工业的一种真正的产品（图2）。这预示着圆晶片层次射频测量时代的开始。

图1 基于陶瓷共面线的晶片探针设计

图2（a）共面探针的顶视图和侧视图

（b）经过修正的各种在片阻抗标准件的一端口测量

在80年代初，Tektronix公司推出了最早的射频圆晶片探针模型TMP9600和蓝宝石校准基片CAL96（图3）。探针的主要开发者Eric Strid和Reed Gleason于1983年创办了Cascade Microtech公司并推出了WPH探针。这两个公司曾经在若干年间提供着非常类似的射频探针，一直到Tektronix公司于90年代初最终退出了圆晶片探针这个业务。在这样的机会下，CascadeMicrotech凭借着与Hewlett Packard公司之间的良好关系，便成为工业界射频探针最主要的供应商。

图3（a）第一个商用的蓝宝石校准基片CAL96；

（b）来自Tektronix公司的射频圆晶探针TMP9600；

（c）来自Cascade Microtech公司的WPH探针。

WPH探针的频率在很短的时间内就扩大到26GHz，并且在1987年达到了50GHz，以满足迅速开发的单片微波集成电路（MMIC）的需要。V-波段和W-波段探针分别于1991年和1993年出现。1988年，Cascade推出了用于规模化生产应用的26.5GHz系列极尖可替换的探针（RTP）。现在，人们无需从测试台上将探针主体移动便可以迅速更换陶瓷极尖。WPH探针对80年代和90年代微波技术开发做出了贡献，但存在若干个技术上的局限。最关键的局限在于脆弱的陶瓷CPW线。即使施加高于建议值的一个最小的力（例如，为了达到更好的接触）都会损坏探针。许多工程师将这个时刻称为“死亡之声”。陶瓷探针破裂的声音通常还会将整个项目推向穷途末路，因为对于大学和小的研究室来说探针是非常昂贵的。虽然引入了RTP系列，但陶瓷探针还是被别的技术挤出了市场。

当GGB工业公司为基于微同轴电缆的射频探针申请专利时，1988年便成为另一个里程碑。

在1993年，GGB公司在IEEE理论和技术协会的国际微波年会上（IMS）介绍了W-波段探针。在1999年，它们的探针达到了220GHz，在2006年又进一步扩展到325GHz，在2012年又达到了500GHz。加上与供应商的密切合作，如Karl Suss（后来的SUSS MicroTech），GGB工业公司成为全世界射频市场上最有影响力的公司之一。

同时期，Cascade公司在1994年的第43届春季ARFTG会议上展示了新型的40-GHz空气-共面探针（ACP）。几年之内，ACP探针迅速达到了110GHz（1-mm连接器模型）和140GHz（基于波导模型），代替了WPH生产线。到目前为止，由于ACP的柔软及无损式接触，许多工程师喜欢将ACP用于探测金压点。

在2000年，Rosenberger公司强势推出了一个用于PCB应用、具有明显超过传统技术的射频探针的新概念，将探针的几何尺寸缩小到圆晶片层次所要求的水平，并于2001年推出了新的射频圆晶探针∣Z∣-探针。∣Z∣-探针可以覆盖40GHz范围并且实现了若干种创新思想。

随着对MOS和BICMOS器件的射频特性及缩小DUT接触点尺寸不断增长的需求， CascadeMicrotech公司在2002年的第59届春季自动射频技术组织（Automatic RF Techniques Group-ARFTG）微波测量大会上介绍了基于薄膜技术的新的圆晶探针。这个方法是基于Cascade公司的Pyramid Probe Card 技术。在一个柔软的聚酰亚胺薄膜基片上的微带线从同轴线通过非氧化稀有金属探针极尖向DUT传输信号。Ni探针极尖的接触面积大约为12μm x12 μm，从而可以探测极小的接触压点。这个新型的Infinity 探针展示了卓越的接触的一致性和探针-到-探针的很低的串扰。

Cascade公司提供了工作在110GHz下不同规格的Infinity探针。用于220和325GHz 测量的基于波导的探针是分别于2005和2007年推出的。在Cascade于2009年后期开始提供用于500GHz-波段的Infinity探针。

在2009-2011年间，两个新成员进入了成熟的探针市场：带有微机械加工的探针DMPI 瞄准的是新兴的亚太赫兹（sub-THz）市场。来自台湾的Allstron公司为110GHz以下的应用提供了并不昂贵的探针，其中，测试成本的降低是最主要的要求。来自于Allstron公司的探针是一种基于微同轴电缆的传统设计。接触结构是空气绝缘的CPW线。它类似于ACP，但是极尖被做成一定的形状来探测具有很小钝化窗口（passivation windows）的铝压点。

现代对于射频圆晶探针的设计将测试信号从一个三维媒质（同轴电缆或矩形波导）转换到两维（共面）探针的接触上。这种操作需要对传输媒质的特性阻抗Z0进行仔细的处理，并且要在不同传播模式之间进行电磁能量的正确转换。虽然晶片探针的输入是一个标准化同轴或波导界面，但它的输出（探针极尖）则可以实现不同的设计概念。这些界面，特别是探针极尖，会将不连续性带入到测量信号路径中。这种不连续性本身会产生高阶传播模。因此，圆晶探针和DUT激励必须只能支持单个准-TEM传播模式并且要排除高阶模或者对高阶模展现出更高的阻抗。