CN101374382A - 具空间转换的多层电路板 - Google Patents

Abstract

本发明一种具空间转换的多层电路板，为印刷电路板，由设于表层的至少一转接层与多数个高频电路层相互迭置，多数个信号电路及接地电路延伸且穿设电路板，转接层中信号电路与相邻接地电路的间距大于高频电路层中信号电路与相邻接地电路的间距，接地电路具有一接地金属设于转接层与高频电路层相接合面，接地金属与相邻信号电路的距离等于高频电路层中各信号电路与相邻接地电路的距离。

Description

具空间转换的多层电路板

技术领域

本发明是与印刷电路板有关，特别是指用于高频探针卡的一种具空间转换的多层印刷电路板。

背景技术

用于晶片级测试的探针卡中，探针卡电路板以具有适当抗压性及绝缘性的多层印刷电路板所构成，电路板周围上方的焊垫是供测试机台的测试头点触，使各焊垫所对应连接的传输线路传送测试机台的测试信号至电路板下方近中心处所密集设置的探针上，因此当各探针对应点触的晶片电子组件接收测试信号后，则通过探针卡回传所对应的电气特性至测试机台以供分析，如此在整个晶片级测试过程中，探针卡电路板的传输线路设计对电子组件的测试结果占有很重要的影响，尤其随着电子科技越趋复杂且高速的运作，测试过程需涵盖晶片上大量的电路组件且操作于实际对应的高速运作条件，故不但探针卡的电路空间利用需为高密集度的设置，传输线路的制作更需符合高速信号的操作条件。

针对高速测试的传输环境时，已有如美国公告专利第6034533号所提供的『低漏电流探针卡』结构，是于探针卡信号传输线路周围设置接地环境，以改善传输线路之间的漏电流、串音现象以及介质吸收等影响测试信号的传输质量及反应速度问题；然由于此种传输线路为信号传输于电路板表面再与中心所直接接设的探针相导通，其电路空间利用仅适合于少量高频测试需求的电路板结构，尽管其余不需高频传输条件的信号线路可布设于电路板内部或用一般导线传输，然而当整个待测晶片电路为更大量甚至皆为高速电子电路组件的组成时，光单一电路板表面的高频传输并无法涵盖所有电子电路组件的高频测试需求。

一旦将高频传输线路布设于电路板内部时，线路需由外至内且由上至下的延伸穿设层迭的印刷电路板，不但须着重于层间电路板的材质特性，电路板所纵向穿设的导通孔结构更为影响高频传输特性的重大因素；纵使已有如美国公告专利第6388206号所提供的『具电路屏蔽与控制阻抗的贯孔结构』，是于信号传输贯孔周围特定间距设置接地贯孔，以解决信号于多层印刷电路板传递时所面临漏电流效应及维持高频传输所需的特性阻抗，至于若电路板表面欲与其它电路组件相接设，当然信号贯孔及邻近的接地贯孔仍须与对应接设的电路组件同时电性连接，才能有效于整个高频传输环境皆维持其特性阻抗；然因信号贯孔与周围接地贯孔之间仅设计有微小的特定间距以维持高频信号传输的特性阻抗，因此电路板表面欲与其它电路组件相接设尚须考虑与信号贯孔及接地贯孔分别相接的电路组件的尺寸间距，一旦贯孔间距与电路组件间距无法实际对应的情况下，往往无法达到有效电性连接的作用，甚至发生不必要的漏电流以及电性短路现象。

以图1所示常用的一探针卡1为例，即为将高频传输线路布设于一多层印刷电路板10内部的结构，电路板10于上、下表面101、102分别近外围及近中心处设有多数个焊垫11、12，电路板10内布设有多数个信号线路13、接地线路14以及导孔15，其中，上表面101的焊垫11为与测试机台(图中未示)的测试头2间的电性连接接口，且通过电路板10外围的导孔151、152与各信号线路13及接地线路14分别电性连接，下表面102的焊垫12为与探针17之间的电性连接接口，且通过电路板10近中心的导孔153、154与各信号线路13及接地线路14分别电性连接，各接地线路14为布设于邻近信号线路13的上、下电路层，以达到高频测试信号于各信号线路13传输时所需的特性阻抗。

当高频测试信号自测试机台的测试头2送出以至探针17的传输路径上，除了借由信号线路13传输外，同时需经由导孔151、153传导于电路板10的上、下表面101、102之间，其中上表面101各焊垫11的宽度及相距间隔是设计为可供测试机台的各测试头2对应点触，同时考虑测试头2的对准误差条件，故焊垫11之间距决定于测试机台的测试头2间距，进而决定了电路板10外围导孔151、152之间距；然以高频信号传输所需具备的特性阻抗条件，各测试头2之间距甚至其截面半径皆大于信号线路13与相邻接地线路14所需维持的距离，故使相邻导孔151、152的设置距离无法缩减至如相邻信号线路13与接地线路14的距离，造成高频信号于各导孔151传输时无法维持如同于信号线路13中传输的特性阻抗；类似问题亦发生于电路板10近中心的导孔153、154，由于下表面102各焊垫12的宽度及相距间隔是设计为可供各探针17对应焊接，同时考虑接合强度所需焊锡量及避免焊接过程中锡流或锡漏发生所需之间隔误差，故焊垫12之间距往往亦大于信号线路13与相邻接地线路14所需维持的距离，使相邻导孔153、154之间距无法缩减至如相邻信号线路13与接地线路14的距离，同样造成高频信号于各导孔153传输时无法维持如同于信号线路13中传输的特性阻抗；因而探针卡1于电测过程中高频信号传输于导孔151、153及信号线路13的特性阻抗不匹配，致使高频信号严重衰减而降低有效传输频段，无法达到实际高频电测的功效。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具空间转换的多层电路板，使用以高频测试的探针卡可维持有高频信号传输的阻抗匹配特性，并具有最佳的电性测试质量。

为达成前揭目的，本发明所提供一种具空间转换的多层电路板，是包括有相互迭置的至少一转接层及多数个高频电路层，该转接层具有一转接面与该高频电路层相接合，以及贯穿有多数个具导电性的第一信号贯孔及第一接地贯孔，该些高频电路层水平布设有多数个信号导线、接地导线，以及贯穿有多数个第二信号贯孔及第二接地贯孔；其中，该第一接地贯孔与该第一信号贯孔的相邻距离大于该第二接地贯孔与该第二信号贯孔的相邻距离，该转接面布设有一接地金属，位于各该第一信号贯孔周围且电性连接该些第一及第二接地贯孔，该些第一接地贯孔为电性导通至接地电位，该接地金属与该第一信号贯孔的相邻距离等于该接地金属与该第二信号贯孔的相邻距离，亦等于该第二接地贯孔与该第二信号贯孔的相邻距离；因此高频信号穿入电路板后，可借转接面的接地金属将接地信号导通至高频信号维持特性阻抗所需的特定间距，借以维持高频信号贯穿该电路板的纵向传输过程具有阻抗匹配的特性。

附图说明

图1是常用探针卡的结构示意图；

图2是图1所述常用探针卡的高频传输信号的特性曲线图；

图3是本发明所提供第一较佳实施例的探针卡顶视图；

图4是图3所述第一较佳实施例所提供探针卡的底视图；

图5是图3中5-5联机的剖视图；

图6是图3所述第一较佳实施例所提供上转接层底视图；

图7是图3所述第一较佳实施例所提供下转接层顶视图；

图8是图3所述第一较佳实施例所提供探针卡的高频传输信号的特性曲线图；

图9是本发明所提供第二较佳实施例的电路板结构示意图。

主要组件符号说明

2测试头                      3探针卡

30、50电路板                 301、501上表面

302、502下表面               303探针区

304测试区                    31、32焊垫

311、321、51信号焊垫         312、322、52接地焊垫

33上转接层                   330第一转接面

34高频电路层                 35下转接层

350第二转接面                36信号电路

361第一信号贯孔              362第二信号贯孔

363信号导线                  37接地电路

371第一接地贯孔              372、373接地金属

374第二接地贯孔              375接地导线

40探针                       D1第一间距

D2第二间距                   D3第三间距

S11、S11’反射耗损曲线       S21、S21’插入耗损曲线

具体实施方式

以下，兹配合附图列举若干较佳实施例，用以对本发明的结构与功效作详细说明如下：

请参阅如图3至图5所示本发明所提供第一较佳实施例的一探针卡3，是具有高介电常数特性的一多层印刷电路板30以及对应接设的多数个探针40结构，可供测试机台(图中未示)的测试头2点触该电路板30并通过该些探针40点触集成电路晶片(图中未示)以做高频电性测试，该电路板30是区分有上、下相对的一上表面301、一下表面302以及分布于内、外围的一探针区303及一测试区304，该电路板30的上、下表面301、302分别设有多数个焊垫31、32，该电路板30内设有相互迭置的一上转接层33、多数个高频电路层34及一下转接层35，且布设有多数个自该上转接层33延伸至下转接层35的信号电路36及接地电路37，配合图5参照，其中：

该上表面301的焊垫31位于测试区304供测试机台电性连接，相邻各该焊垫31之间距为第一间距D1，是考虑测试机台的测试头2对应接触时的对准条件而设置，故各该焊垫31的宽度相当于各该测试头2的截面宽度，各该焊垫31的相邻第一间距D1相当于相邻各该测试头2之间距，该些焊垫31区分有用以接收高频测试信号的信号焊垫311，以及伴随高频信号传递的接地信号所需对应接设的接地焊垫312；该下表面302的焊垫32位于探针区303供该些探针40电性连接，相邻各该焊垫32之间距为第二间距D2，是考虑与各探针40焊接的条件而设置，包括考虑接合强度所需焊锡量及避免焊接过程中锡流或锡漏发生所需之间隔误差，该些焊垫32区分有对应输出高频测试信号及接地信号的信号焊垫321及接地焊垫322。

该上、下转接层33、35分别为形成该电路板30上、下表面301、302的印刷电路层，使该上转接层33具有该上表面301及一第一转接面330，该下转接层35具有该下表面302及一第二转接面350，该些高频电路层34用以延伸布设该些信号电路36及接地电路37，使测试机台的测试信号可由上至下、由外至内传递至该些探针40。

各该信号电路36区分有穿设各该转接层33、35的第一信号贯孔361、穿设该些高频电路层34的第二信号贯孔362，以及横向布设于该高频电路层34的信号导线363；其中，该些第一信号贯孔361于上、下表面301、302分别电性连接该些信号焊垫311、321，邻接该二转接面330、350的第二信号贯孔362与该第一信号贯孔361电性连接，该些第二信号贯孔362为沿信号传递路径纵向贯穿该高频电路层34至所需对应电性连接的信号导线363即截止，各该信号导线363为自该测试区304水平延伸分布至探针区303，于测试区304电性连接上层该高频电路层34的第二信号贯孔362，于探针区303电性连接下层该高频电路层34的第二信号贯孔362，使各该信号电路36为单一连续的信号传输回路，避免高频信号于纵向传递转至横向传递的转折接口时，高频电磁波于不连续的传输路径发生接口反射现象而造成信号耗损。

各该接地电路37区分有穿设各该转接层33、35的第一接地贯孔371、水平布设于各该转接面330、350的接地金属372、373、穿设该些高频电路层34的第二接地贯孔374，以及横向布设于该高频电路层34的接地导线375；其中，各该第一接地贯孔371于上、下表面301、302分别电性连接该接地焊垫312、322，该些第一接地贯孔371相邻对应各该第一信号贯孔361，相邻间距即受限于所对应该些焊垫31、32的第一及第二间距D1、D2，各该接地金属372、373位于各该第一信号贯孔361周围，配合图6及图7参照，用以将所对应该转接面330、350中的第一接地贯孔371电性导通至相邻该高频电路层34的第二接地贯孔374，提供该些第一接地贯孔371及第二接地贯孔374的共接地平面，接地金属与该第一信号贯孔的相邻距离等于该接地金属与该第二信号贯孔的相邻距离且等于该第二接地贯孔与该第二信号贯孔的相邻距离，各该第二接地贯孔374对应该第二信号贯孔362相邻设置有一第三间距D3，相邻距离相当于各该高频电路层34的厚度，为维持高频测试信号特性阻抗的最佳信号传输结构，该些接地导线375自该测试区304水平延伸分布至探针区303，用以电性连接该第二接地贯孔374并与该些信号导线363紧邻布设于左右相邻第三间距D3处或上下相邻的高频电路层34。

该些探针40为一般悬臂式探针结构，为了对应于晶片电路上高频测试组件的接地回路结构，相邻二该探针40需对应点触测试组件的高频信号接点及接地信号接点，因此该电路板30的相邻各该信号电路36与接地电路37即分别通过该信号焊垫321及接地焊垫322对应电性连接相邻各该探针40，该些探针40的结构、大小以及与电路板30的接设方式为决定该些焊垫32的第二间距D2条件。

故当测试机台的测试头2电性连接该上表面301的信号焊垫311及接地焊垫312后，各该信号焊垫311所接收的高频测试信号即通过该上转接层33的第一信号贯孔361、该高频电路层34的第二信号贯孔362与信号导线363以及该下转接层35的第一信号贯孔361传输至下表面302的信号焊垫321，邻近各该高频测试信号的传输路径皆对应有接地信号自该上表面301的接地焊垫312接收后，导通至该上转接层33的第一接地贯孔371、该上转接面330的接地金属373、该高频电路层34的第二接地贯孔374与接地导线375、该下转接面350的接地金属373、该下转接层35的第一接地贯孔371以至该下表面302的接地焊垫322，使各该信号电路36自上表面301延伸至下表面302的路径上，除了分别与二表面301、302邻接的单一电路层(上、下转接层33、35)中，第一信号贯孔361与对应相邻的第一接地贯孔371有间隔较远的第一及第二间距D1、D2外，借由各该接地金属372、373用以将所对应该转接面330、350中的第一接地贯孔371电性连接相邻该高频电路层34的第二接地贯孔374，使其余第二信号贯孔362及信号导线363皆可依照高频信号传输所需维持特性阻抗的需求，沿其路径于邻近第三间距D3处布设有该第二接地贯孔374及接地导线375。

因此无论因测试机台的测试头对准间距与对准误差条件，或者因探针焊接过程中避免锡流或锡漏发生所需之间隔误差条件，需使上、下表面301、302的信号焊垫311、321与接地焊垫312、322设置间距远大于高频电路层34中信号导线363与接地导线375之间距，亦即第一信号贯孔361与对应相邻的第一接地贯孔371设置间距远大于维持高频特性阻抗需求的特性，仅限于单层印刷电路板结构的上、下转接层33、35中，其余高频信号传输于该些高频电路层34中皆可维持所需的特性阻抗，使高频信号穿入电路板30后及穿出电路板30前，皆可借该上、下转接面330、350的接地金属372、373将接地信号导通至高频信号维持特性阻抗所需的第三间距D3处，因此维持高频信号贯穿该电路板30的纵向传输过程具有阻抗匹配的特性；请参阅如图2及图8所示，分别为常用该探针卡1及本发明所提供该探针卡3的高频量测频率特性图，相较两图的反射耗损(return loss)曲线S11、S11’可知，本发明所提供该探针卡3的反射耗损曲线S11’有较低的反射率，显示于整个高频频宽范围有极佳的阻抗匹配特性，另相较两图的插入耗损(insertion loss)曲线S21、S21’更显示常用该探针卡1于-3dB增益的通带(passband)限制频率仅约有2.56GHz，远小于本发明所提供的该探针卡3可高于10GHz，显示该探针卡3具有较常用的探针卡1为更良好的高频信号传输质量。

当然本实施例所提供该电路板30主要使高频测试信号输出或输入上、下表面301、302的焊垫31、32时，能与对应接地信号的相邻间距自表面单层转接板33、35的第一及第二间距D1、D2调整为内部高频电路层34的第三间距D3，因此并不局限应用于该些探针40结构，只要所提供的探针结构可将对应点触于晶片电路组件的高频信号测点电性连接该信号电路36，且邻近高频信号测点的接地测点电性连接该接地电路37，各种顾及高频阻抗匹配特性的悬臂式探针乃至垂直式探针结构皆可实施应用于本发明所提供该电路板30；甚至当任一探针结构与电路板焊垫相接合的焊接模块工程可精密至相邻焊垫间距相当于上述高频电路层34的第三间距D2，则本发明所提供探针卡电路板可省去如上述下转接层35的结构，如图9所示本发明第二较佳实施例所提供的一多层电路板50，具有该上转接层33及该些高频电路层34，电路板50上表面501同样对应于该上转接层33，下表面502则对应于底层的该高频电路层34，并于下表面502对应该些第二信号贯孔362及第二接地贯孔374上设置有信号焊垫51及接地焊垫52，该些焊垫51、52的相邻间距即为相邻各该第二信号贯孔362与第二接地贯孔374的第三间距D3，可应用于以高精密度焊接模块工程所接设的各种探针结构。

以上所述，仅为本发明的较佳可行实施例而已，故举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效结构变化，理应包含在本发明的权利要求保护范围内。

Claims (13)

1.一种具空间转换的多层电路板，为印刷电路板，包括有相互迭置的一转接层及多数个高频电路层，其特征在于：

该转接层设于该些高频电路层上，是具有上、下相对的一表面、一转接面以及贯穿有多数个具导电性的第一信号贯孔及第一接地贯孔，该表面设有多数个焊垫，分别对应设于各该第一信号贯孔及第一接地贯孔上，该转接面与该高频电路层相接合，该转接面布设有一接地金属，位于各该第一信号贯孔周围，该些第一接地贯孔电性导通至接地电位且电性连接该接地金属，相邻于各该第一信号贯孔设有至少一该第一接地贯孔，该接地金属与该第一信号贯孔的相邻距离小于该第一接地贯孔与该第一信号贯孔的相邻距离；

该些高频电路层是水平布设有多数个信号导线、接地导线以及贯穿有多数个第二信号贯孔及第二接地贯孔，各该信号导线电性连接该第二信号贯孔，相邻于各该信号导线并列设有至少一该接地导线，各该接地导线电性连接该第二接地贯孔，该转接面上，该第二信号贯孔电性连接该第一信号贯孔且邻近设有该接地金属，该接地金属与该第二信号贯孔的相邻距离小于该第一接地贯孔与该第一信号贯孔的相邻距离，相邻于各该第二信号贯孔设有至少一该第二接地贯孔，该第二接地贯孔电性连接该接地金属，该第二接地贯孔与该第二信号贯孔的相邻距离小于该第一接地贯孔与该第一信号贯孔的相邻距离。

2.依据权利要求1所述的多层电路板，其特征在于：所述各该信号导线两端分别朝上、下两侧电性连接该第二信号贯孔。

3.依据权利要求1所述的多层电路板，其特征在于：所述信号导线与该接地导线的相邻距离小于该第一接地贯孔与该第一信号贯孔的相邻距离。

4.依据权利要求1或3所述的多层电路板，其特征在于：所述与该信号导线上、下紧邻有至少一该接地导线。

5.依据权利要求1所述的多层电路板，其特征在于：所述各该高频电路层的厚度相当于该转接层的厚度。

6.依据权利要求1所述的多层电路板，其特征在于：所述电路板的上、下两侧分别具有该转接层及该高频电路层，各该信号导线两端分别位于该电路板的内、外围，该转接层的焊垫设于该电路板外围。

7.依据权利要求1所述的多层电路板，其特征在于：是具有二该转接层，分别为迭设于该些高频电路层上、下两侧的一上转接层及一下转接层，该上转接层所设置的焊垫分布于该电路板的外围，该下转接层所设置的焊垫分布于该电路板的内围。

8.一种探针卡，用以电性连接于测试机台以对集成电路晶片做电性测试，其特征在于：包括有：

一电路板，是具有上、下相对的一上表面及一下表面，并设有至少一转接层、多数个高频电路层、多数个焊垫、多数个信号电路及多数个接地电路，各该焊垫位于该上表面用以供上述测试机台点触，各该信号电路及接地电路分别电性连接一该焊垫，且自该上表面延伸穿设该至少一转接层及该些高频电路层至该下表面，该些接地电路为电性导通至接地电位，各该信号电路相邻设有至少一该接地电路，该些接地电路具有一接地金属，设于该至少一转接层与相邻该高频电路层之间，各该信号电路与相邻该接地电路的最短间距于该转接层及该些高频电路层中分别为一第一及一第二间距，该第二间距小于该第一间距，该接地金属与各该信号电路的相邻距离小于该第一间距；以及多数个探针，设于该电路板的下表面，分别电性连接该信号电路及接地电路，用以点触上述集成电路晶片。

9.依据权利要求8所述的探针卡，其特征在于：所述各该信号电路区分有穿设该至少一转接层的第一信号贯孔、穿设该些高频电路层的第二信号贯孔，以及横向布设于该高频电路层的信号导线，该接地金属与该第二信号贯孔的相邻距离相当于该接地金属与该第一信号贯孔的相邻距离。

10.依据权利要求9所述的探针卡，其特征在于：所述各该信号导线两端分别朝上、下两侧电性连接该第二信号贯孔。

11.依据权利要求9所述的探针卡，其特征在于：所述该些高频电路层中，与该信号导线上、下紧邻并列有至少一该接地电路。

12.依据权利要求8所述的探针卡，其特征在于：所述各该高频电路层的厚度相当于该转接层的厚度。

13.依据权利要求8所述的探针卡，其特征在于：是具有二转接层，分别位于该些高频电路层上、下两侧，该电路板的下表面更设有多数个焊垫，各该信号电路及接地电路为延伸穿设该二转接层并电性连接该下表面的焊垫。

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