1. 引言

随着电子产业的飞速发展，PCBA的测试已经成为产品制造中的重要工序，自动在线测试设备凭借着快速、精准和高效a已经成为现代电子企业必备的生产测试设备。测试探针作为传导媒介，负责测试点与测量设备之间的信号传输和电流导通，其结构特性、材质、匹配性和性能规格与测量仪表具有同样的重要性，直接影响到产品测试的准确性和可靠性。本文通过分析弹簧式测试探针的各项设计特性和参数，为测试探针的选型和应用提供建议和指导。

2. 弹簧式测试探针解析

2.1 弹簧式测试探针的结构和工作原理

弹簧式测试探针通常包含三个主要零部件，针头、弹簧和探针针套。

针头主要起连接作用，探针的针套则负责对针头和弹簧进行可靠的支撑，确保测量信号由针头传输至针套。当探针受到元器件的挤压时，针头尾部轴向移动压缩内部弹簧，弹簧整体受力，同时探针与测试点的紧急接触确保了压力方向垂直于弹簧，保证了探针与测试点搭接的可靠性。探针针管的外表面与针套的内表面接触，测试点的信号通过探针针头传输到针套，再由针套尾部的接线传输至测量仪表。

2.2 弹簧式测试探针的材质

(1) 基础材料

探针通常由黄铜、钢、铍铜、镍银与青铜和弹簧钢这几种基础材料制成，不同的探针将会根据各个零部件的性能要求选择不同的基础材料。

(2) 镀层材料

探针一般都会镀层，主要是为了防止探针被腐蚀生锈，同时镀层还能减少部件间的摩擦，从而降低探针的磨损和内阻。镀层材料可以使用硬金、铑、化学镍和金。不同的探针将会按照功能性方面的观点选择镀层材料。无论采用哪种镀层材料，都需要考虑对探针电阻值的影响，保证探针测试的准确性和搭接的可靠性。

2.3 弹簧式测试探针针头形状

弹簧式测试探针的针头形状都有各自的特性和应用场景,以下是较为常用的探针针头：

（1）尖头形针头：常用针形，穿透性适中；

（2）扁形钝型针头：适用于连接不能被损伤的干净的测试点表面、连接器插件卡终端。

（3）锯齿状针头：用于测试任何类型的销钉，连接头。

（4）六边形针头：集中式 6 边刀切边缘用于连接开放式电镀通孔，穿透性良好。

（5）子弹头形针头：用于搭接干净的PCB导体电路和测试点，避免对测试面造成损坏。

（6）杯头针：用于较长的部件连接、绕线柱等，能够实现弯曲的搭接。

（7）六爪皇冠形针头：带高中间点，适用于各类测试点。

2.4 弹簧式测试探针的规格参数

测试探针的规格参数，代表着探针的各个方面的特性和指标，也是探针选型的重要依据。以下是弹簧式测试探针常用的规格参数：

(1) 工作行程和最大行程：探针内部的弹簧压缩力度分为工作行程和最大行程，工作行程介于总行程的66%-80%之间，最大行程即总行程的100%。工作行程直接影响探针的使用寿命、测试稳定性和测试效率。超过了最大行程，则存在损坏或损毁试样（印刷电路板、元件）或测试装（测试治具、测试探针）的风险。

(2) 安装高度：安装高度指的是位于初始位置的测试探针的活塞顶端和探针面板表面之间的距离。为了对安装高度进行调节，测试探针通常使用各种高度不同的卡环。针对某些结构系列，还提供了外部针套垫圈，使用该针套垫圈可以再次对安装高度进行调节。

(3) 光栅：光栅的原本定义是指电路板上两个测试点之间的距离，国际上使用1/1000英寸作为光栅的尺寸，测试探针的钻孔中心到钻孔中心之间的距离光栅尺寸有40Mil=1.0mm、50Mil=1.27mm、75Mil=1.91mm、100Mil=2.54mm。

(4) 额定电流和电阻：探针的额定电流是指在室温环境以及工作行程下可传输连续电流的最大值，并且探针的温度不会随着时间的推移而上升。探针的电阻则代表着探针自身的电阻阻值。

(5) 温度使用范围：探针的温度使用范围是指探针正常工作的温度区域，一般探针的工作温度范围为-20℃至80℃，超出温度范围将会导致探针断裂或缩短探针寿命。

3. 弹簧式测试探针的选型和应用

精准的测量数据取决于测量设备的性能和测量能力，而稳定可靠的测量连接，才是保证测量的必要基础条件。在PCB板的电路测试中，测试探针担任着极为重要的连接任务，所以测试探针的选型和应用也就成为需要重点考虑的事项。下面就如何根据应用场景选择合适的测试探针提供选型建议和方法。

3.1 最佳针头形状的选择

在选择测试探针的时候，选择合适的针头形状是最重要的一点，可以根据测试点（例如：平面、通孔、销钉或柱状）的几何形状进行基本分类。此外，还可以根据测试点的大小、表面状态（氧化程度、焊接过后残留物的多少）对测试点进行区分。

常见针头形状与不同测试点的匹配选型建议，如表1所示：

表 1 常见针头形状与测试点类型的匹配选型

3.2 探针的建议工作行程和安装高度

在正常测试过程中，需要保证探针工作在有效行程范围内。当测试下压后的探针控制在 1/2 行程和 2/3行程时，是探针使用效果的最佳行程，有利于延长探针的使用寿命。在布局测试治具的时候，建议尽量采用最佳行程。如果超过 2/3 行程时，探针使用寿命会严重下降并给测试带来很大风险。而少于 1/2 行程时，则会造成测试良率下降，影响测试结果。

3.3 探针选型其他注意事项

（1）电流负载：测试探针的可传输连续电流取决于部件的大小规格、弹簧力和所使用的针头材料。铍铜和黄铜针头传输的电流比钢制针头更高，允许的额定电流值也更大。过流会严重影响到探针的寿命，甚至会直接烧坏探针，造成不必要的损失。

（2）坚固性和耐用性：探针连接线的两端应该具有设计良好的防应力护套，可经得起反复连接，并且每次都能传送准确数据。

（3）安全性：测试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CATI、CAT II、CAT III或CATIV。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。

（4）仪表匹配性：测试探针的参数指标应与配套的测试仪表匹配一致，如果其指标不匹配，则测试数据无法达到指定精度要求。

（5）品牌选择：进口品牌主要有德国的INGUN、韩国的LEENO、美国的QA，国产品牌有花荣、中探和木王等品牌。

3.4 测试探针的应用

(6) 电路测试(ICT)：对测试点快速准确定位，并检测产品的电气性能；元器件存在性检查；检测打开/闭合状态的开关，作为过程控制的信号发射器。

(7) 功能测试 (FCT)：提供模拟的测试环境(激励和负载)，使产品工作于各种工作状态，从而实现各种功能的测试和检测。

(8) 元器件性能测试：使用测试探针可以精确和反复测量元器件性能，以便精确确定元器件的各项参数。

(9) 器件的连接检测：使用测试探针，可以对插头连接器、微型开关和电路板测试点进行搭接测试。从而实现对各类接口点位连接互通性和正确性的检测。

4. 结论

综上所述，通过对测试探针的结构、特性和参数各方面的解析，测试探针在PCBA测试中的选型和应用需要从探针的材质、针形、安装高度、工作行程、电流负载等多个方面进行综合考量。同时，在PCB板的设计阶段就考虑好探针测试点位的布局和测试需求，提前进行合理性的评估，以提升探针测试的数据准确性和可靠性。

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