CN103116045B - Dc-ac探针卡拓扑 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量DUT的DC‑AC探针卡，包括：多个探针，各探针具有用于接触所述DUT的远端；以及可操作连接测试仪器到探针上的多个连接路径，其中，各连接路径提供在相应的测试仪器连接和探针之间的AC测量所需的特征阻抗和DC测量的保护路径。

Description

DC-AC探针卡拓扑
技术领域
本发明涉及电测量，并且特别地，涉及探针卡。
背景技术
在测量小的电装置（例如，集成电路和电路板）中，通常使用探针卡，所述探针卡提供测试仪器和被测试装置（DUT）之间的接口。探针卡提供在探针和测试仪器/线缆之间的连接。转而，在测试期间，探针与DUT电连接。通过替换具有不同探针布局的探针卡，能够改变在DUT上进行测试的位置。探针卡通常的构造让探针径向布置在DUT周围，并且连接路径从探针向外辐射。而连接路径的相反端提供用于测试仪器/线缆的连接点。典型地，连接路径与探针一起集成到支持结构或被安装在支持结构上（例如，印刷电路板）。
除了针的下触位置，经常重要的是去考虑到DUT的所需连接的性质。例如，在很低电流的DC测量的情况下，经常重要的是减小外漏电流，而在AC测量中，经常重要的是由于阻抗不匹配造成的损耗和反射。
这些考虑经常导致不得不根据要进行的测试的类型改变探针卡，即使探针本身是在正确的位置上，在仪器连接和探针之间的连接路径可能不适用于测量。
参考图14，适用于低电流测试的探针卡1将源测量单元2（SMU2）连接到探针3并将SMU4连接到探针5。SMU可提供电压/电流源并分别测量电流/电压。探针3、5提供到DUT的测试连接。如典型的在低电流DC测量中，包含“保护”电压的保护导体6、7分别被设置成贴近信号导体8、9。保护电压典型地由相应的SMU 2、4提供。这种电压是在相应的信号导体上的信号的缓冲形式。由于保护电压和信号电压相等，信号导体8、9没有“察觉”任何电位差而导致从信号导体8、9的泄漏。也就是说这“保护”信号导体免遭泄漏。因此，保护导体6、7经常被简称为保护。它们经常与信号导体同轴，但是也使用其他结构，例如，诸如为接近信号导体、同时具有实质上大于信号导体的宽度的宽度的平面导体，或者为适用于印刷电路板实现的其他条状线结构。在SMU 2、4之间的接地连接10显示为不在探针卡1上，但也可以在探针卡1上。
参考图15，探针卡1可被用于将AC测试仪器11、12连接到DUT。然而，这种构造经常会不满足AC测量，因为保护导体6、7“悬浮（float）”在AC电压上。从传输线的角度来看，当保护导体6、7接近DUT时，它们是传输线桩（transmission line stub）。AC信号的返回路径通过接地连接10，而不通过保护导体6、7的端部。这种构造不太可能显现测量系统的特征阻抗，相反，其导致AC信号的损耗和反射。如果AC信号如此以致于这种传输线效应显著(例如，无线电频率)，那么AC测量将需要不同的探针卡构造。
发明内容
用于测量DUT的DC-AC探针卡，包括：多个探针，各探针具有用于接触所述DUT的远端；以及多个连接路径，可操作将测试仪器连接到探针，其中，各连接路径提供在相应的测试仪器连接和探针之间的AC测量所需的特征阻抗和用于DC测量的保护路径。
附图说明
图1是根据本发明的方面的DC-AC探针卡的示例的示意图；
图2是AC构造中的根据的本发明的另一方面的DC-AC探针卡的示例的示意图；
图3是DC构造中的图2的DC-AC探针卡的示意图；
图4是根据本发明的另一方面的DC-AC探针卡的示例的示意图；
图5是DC构造中的图4的DC-AC探针卡的示意图；
图6是根据本发明的另一方面的DC-AC探针卡的示例的示意图；
图7是DC构造中的图6的DC-AC探针卡的示意图；
图8是根据本发明的另一方面的DC-AC探针卡的示例的示意图；
图9是DC构造中的图8的DC-AC探针卡的示意图；
图10是根据本发明的另一方面的DC-AC探针卡的示例的示意图；
图11是DC构造中的图10的DC-AC探针卡的示意图；
图12是根据本发明的另一方面的DC-AC探针卡的示例的示意图；
图13是DC构造中的图12的DC-AC探针卡的示意图；
图14是用于DC测试的探针卡的现有技术示例的示意图；以及
图15是AC测试构造中的图14的现有技术探针卡的示意图。
具体实施方式
参考图1，DC-AC探针卡20将仪器连接(instrumentation connection)22连接到连接路径24。连接路径24继而连接到探针26，在探针卡20的操作期间，探针26连接到被测试装置(DUT)。
类似地，仪器连接28连接到连接路径30。连接路径30继而连接到探针32，在探针卡20的操作期间，探针32连接到DUT。
DUT不是探针卡20的部分，但典型地将位于探针可下触在DUT上的地方，以形成到这个地方的连接。对于本文所述的所有示例都是这种情况。
另外，当本文提及近的和远的时，近的是电接近测试仪器，并且远的是电接近DUT。例如，探针的远端用于接触DUT。
为容易理解，本文的示例仅使用两个到DUT的连接，实际的探针卡典型地将能够有更多的连接。
本文使用的术语“仪器连接”包括AC或DC测试仪器的一些形式和在测试仪器和探针卡之间的相关的线缆。期望的是本文所述的探针卡典型地将包括在探针卡和测试连接之间的电连接器。这些提供了探针卡与仪器连接的方便的连接/断开。为容易理解，这些电连接器未示出。本文的AC信号的频率可为例如在1KHz到1GHz之间。
在DC测量的情况中，连接路径24、30各提供在相应的仪器连接22、28和相应的探针26、32之间的保护路径。在AC测量的情况中，相同的连接路径24、30提供具有所需的特征阻抗（例如，50或75欧姆）的连接。
参考图2，DC-AC探针卡32包括第一导体对34和第二导体对36。第一导体对34包括第一导体38和第二导体40。第二导体对36包括第三导体42和第四导体44。第一探针46和第二探针48位于适合于接触DUT的位置。
第一导体38的远端连接到第一探针46。第三导体42的远端连接到探针48。
第二和第四导体的远端连接到共点连接的电容50、52。在这个示例中，共点连接的电容50、52组成耦合电路，如下文更全面地描述的。
在操作中，第一导体38和第二导体40的近端连接到AC测试仪器54，以及第三导体42和第四导体44的近端连接到AC测试仪器56。在这个示例中，为容易理解，AC测试仪器54是具有50欧姆阻抗的AC电压源，AC测试仪器56是50欧姆的负载。通常，AC测试仪器可为例如信号发生器、脉冲发生器、示波器、AC电压和电流表或AC功率表。期望的是AC测试仪器将具有特征阻抗（例如，50欧姆）。结果，需要探针卡32也具有相同的特征阻抗。具有这个相同的所需特征阻抗最小化了在整体测量系统中的损耗和不利的反射。
导体对34、36各显示为同轴线缆。这些线缆能够具有各种特征阻抗，通常是50欧姆和75欧姆。通常使用在印刷电路板上的条状线结构以提供具有所需特征阻抗的导体对。
包括共点连接的电容50、52的耦合电路被用于提供达到尽可能接近探针46、48的特征阻抗。例如，电容50、52各具有将通过用于在导体40、44的远端之间进行测量的AC信号的容值。没有这个耦合，导体40、44的远端将会是不确定阻抗的悬浮传输线桩，很可能导致恶化DUT测量的损耗和反射。
参考图3，DC-AC探针卡32显示为改在连接到DC测试仪器。导体对34的近端连接到DC测试仪器58，导体对36的近端连接到DC测试仪器60。
在这个示例中，DC测试仪器58、60各为SMU。SMU可提供DC电压/电流源并分别地测量DC电流/电压。SMU经常用于测量低电流（例如，毫安、毫微微安）。在低电流处，与DUT无关的漏电流可能是特别不利的。SMU提供保护电压以帮助最小化漏电流。保护电压是实际信号电压的缓冲形式。
SMU 58的保护电压连接到第二导体40的近端。SMU 58的实际信号连接到第一导体38的近端。
类似地，SMU 60的保护电压连接到第四导体44的近端。SMU 60的实际信号连接到第三导体42的近端。
在这个构造中，在第二导体40上的电压保护第一导体38，在第四导体44上的电压保护第三导体42。
因为是DC信号，包括共点连接的电容50、52的耦合电路使导体40、44的远端解耦而不是如在图2中的使它们耦合。
在AC测试仪器的情况中，耦合电路使第二导体40和第四导体44的远端耦合。在DC测试仪器的情况中，耦合电路使导体40、44的远端解耦。
电容50、52允许电容40、44带载更高频率的AC接地电流，此时电容50、52能够有效地将远端短接在一起。低于使保护有效地短接在一起的频率必须通过实际的接地路径62返回它们的接地电流。增加电容50、52的容值将降低使保护有效地短接在一起的频率。然而，增加这些容值使得SMU在DC测试期间更难驱动保护。
接地路径的环绕区域也影响频带的宽度，对于该频带的宽度，路径将不有效地起作用。减小接地路径的环绕区域减小了环绕区域的电感。则接地电流可不用进一步减小电容50、52的容值而以更低频率流过接地路径。
参考图4，与图2中先前的示例类似的DC-AC探针卡32'增加了在DC-AC探针卡32'上的另一个并联接地路径64。比接地路径62更近导体40、44的接地路径64产生更低的电感。这个更低的电感进一步降低使导体40、44被有效地短接在一起的频率（或者，如果需要，电容50、52的值还可降低以维持相同的频率性能）。
参考图5，DC-AC探针卡32'显示在与图3类似的DC测试构造中。
参考图6，DC-AC探针卡32''使用三轴结构35、37以进一步控制电感。外部防护导体64'、64 ''现在提供图4的接地路径64。环绕区域以及电感进一步减小。这进一步降低了导体40、44被短接在一起时的频率。
参考图7，DC-AC探针卡32''显示在与图5类似的DC测试构造中。
参考图8，DC-AC探针卡32'''与图6的示例类似，除了同轴导体66、68，替代了三轴结构，被布置围绕在接地路径64的相应部分。同轴导体66、68的近端和远端连接到导体40、44的相应部分。这将上部和下部的同轴结构耦合在一起。
参考图9，DC-AC探针卡32'''显示在与图5类似的DC测试构造中。
应当注意，电容和电感的存在将导致可能的谐振频率的问题。这可通过在环路上加电阻来处理。
参考图10，DC-AC探针卡32''''与图8的示例类似，DC-AC探针卡32''''具有取代了直接连接的电阻70、72，以及替换了同轴导体66、68的具有保护和中心连接的同轴导体66'、68'。这减小了路径电感和电容的谐振Q。
参考图11，DC-AC探针卡32''''显示在与图9类似的DC测试构造中。
参考图12，DC-AC探针卡74提供DC保护和具有所需的特征阻抗的AC路径。
探针卡74具有包括第一导体78和第二导体80的第一传输线76。第一导体78的远端连接到第一探针82。在操作期间，第一导体78和第二导体80的近端连接到第一测试仪器84。
第二传输线86包括第三导体88和第四导体90。第四导体90的远端连接到第二导体80的远端。在操作期间，第三导体88和第四导体90的近端连接到第一测试仪器84。在AC测试期间，第二导体80和第四导体90的近端如所示的连接在一起。
类似地，探针卡74具有包括第五导体94和第六导体96的第三传输线92。第五导体94的远端连接到第二探针98。在操作期间，第五导体94和第六导体96的近端连接到第二测试仪器100。
第四传输线102包括第七导体104和第八导体106。第八导体106的远端连接到第六导体96的远端。第三导体88和第七导体104的远端是连接的。在操作期间，第七导体104和第八导体106的近端连接到第二测试仪器100。在AC测试期间，第六导体96和第八导体106的近端是连接在一起的。
传输线76、86是相等的电长度，传输线92、102是相等的电长度。
在这个示例中，AC信号沿着与频率无关的相同的路径，消除了上文示例的谐振问题。
参考图13，DC-AC探针卡74显示为改在连接到在测试仪器84、100中的DC测试仪器。传输线76的近端连接在测试仪器84中的SMU的信号和保护之间，以及传输线92的近端连接在测试仪器100中的SMU的信号和保护之间。导体88的近端连接到测试仪器84中的SMU的地，以及导体108的近端连接到测试仪器84中的SMU的地。
传输线76、86、92、102显示为同轴线缆，但如上文所述的，可使用其他传输线结构。
应该清楚，本公开仅是通过示例的方式，在不脱离本公开包括的教导的合理范围的情况下，可通过添加、修改或去掉细节做出各种改变。因此，本发明不限于本公开的具体细节，除非是以下权利要求所必要限定的程度。

Claims (3)

1.一种用于测试DUT的具有探针的DC-AC探针卡，所述探针卡包括：
包括第一导体和第二导体的第一导体对，所述第一和第二导体各具有远端和近端，所述第一导体远端连接到第一探针，并且所述第一和第二导体近端可操作连接到第一测试仪器；
包括第三导体和第四导体的第二导体对，所述第三和第四导体各具有远端和近端，所述第三导体远端连接到第二探针，并且所述第三和第四导体近端可操作连接到第二测试仪器；以及
第一接地路径，连接在所述第一测试仪器和所述第二测试仪器之间，
耦合电路，所述耦合电路可操作将所述第二导体远端耦合到所述第四导体远端以用于AC测试测量并从所述第四导体远端解耦所述第二导体以用于DC测试测量，其中，所述耦合电路包括耦合AC测试信号并解耦DC测试信号的电容和具有耦合AC测试信号并解耦DC测试信号的电感的第二接地路径，所述第二接地路径和所述第一接地路径并联，所述第二接地路径比所述第一接地路径更靠近第二导体和第四导体。
2.一种用于测试DUT的具有探针的DC-AC探针卡，所述探针卡包括：
包括第一导体和第二导体的第一传输线，所述第一和第二导体各具有远端和近端，所述第一导体远端连接到第一探针，以及所述第一和第二导体近端可操作连接到第一测试仪器；
包括第三导体和第四导体的第二传输线，所述第三和第四导体各具有远端和近端，所述第四导体远端连接到所述第二导体远端，以及所述第三和第四导体近端可操作连接到所述第一测试仪器，其中，在AC测量期间，所述第二和第四导体近端连接在一起；
包括第五导体和第六导体的第三传输线，所述第五和第六导体各具有远端和近端，所述第五导体远端连接到第二探针，以及所述第五和第六导体近端可操作连接到第二测试仪器；以及
包括第七导体和第八导体的第四传输线，所述第七和第八导体各具有远端和近端，所述第八导体远端连接到所述第六导体远端，所述第三导体远端连接到所述第七导体远端，以及所述第七和第八导体近端可操作连接到所述第二测试仪器，以及所述第一和第二传输线具有相等电长度，所述第三和第四传输线具有相等电长度，其中，在AC测量期间，所述第六和第八导体近端连接在一起。
3.根据权利要求2所述的DC-AC探针卡，其中，所述传输线各为具有作为相应的中心导体的所述第一导体、所述第三导体、所述第五导体和所述第七导体，以及相应地与其同轴的所述第二导体、所述第四导体、所述第六导体和所述第八导体的同轴线缆。
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