CN103575943A

CN103575943A - 信号获取探针的探查端头

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Publication number: CN103575943A
Application number: CN201210267429.8A
Authority: CN
Inventors: J.E.斯皮纳; R.R.林
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-07-31
Also published as: CN103575943B

Abstract

一种信号获取探针的探查端头。信号获取探针的探查端头具有与薄或厚膜处理相容的非导电衬底，该非导电衬底具有相对的水平表面和侧表面，其中侧表面的两个会聚到某个点。等高的探查端头触部形成在非导电衬底上的会聚点处，其中探查端头触部具有第一和第二相交弓形表面。使用薄或厚膜处理将导电材料沉积在等高的探查端头触部上，用于提供到被测装置上的测试点的电接触。使用薄膜处理在非导电衬底上形成电阻元件，其电耦合到探查端头触部及非导电衬底上安装的集成电路小片上形成的放大器的输入端。放大器的输出端耦合到第二非导电衬底上形成的传输结构。

Description

信号获取探针的探查端头

技术领域

一般来说，本发明涉及测量仪表的信号获取探针，并且更具体地涉及形成在非导电衬底上的探查端头。

背景技术

将信号获取探针与诸如示波器、逻辑分析器、谱分析器等测量仪表结合使用,从而把从被测装置(DUT)获取的测试信号耦合到测量仪表以便分析并显示测试信号。信号获取探针具有由诸如铜、铍铜、铝、钢、如镍钯合金的金属合金等导电材料所形成的至少一个导电探查端头。探查端头可形成为朝着某个点逐渐变细的锥形钉或销。其它的端头构造包括斜角、楔形等。

信号获取探针具有带导电空心管的探针头，该空心管具有设置在其中的衬底。衬底可由陶瓷或电路板材料等形成且衬底在其上具有无源和/或有源电路,从而防止载入测试信号并且用于调节耦合到测量仪表的信号。空心管的一端具有设置在其中的绝缘插头，其中从该插头沿两个方向轴向延伸的探查端头。探查端头延伸到空心体中的部分电连接到衬底。可使用弹簧承载的电触部、导电杂乱噪声按钮、引线键合、焊接等将探查端头电耦合到衬底。导电电缆附连到衬底，用于将经过调节的电信号耦合到测量仪表。使用金属探查端头的测量探针的总带宽因金属探查端头的电容和电感效应而受到限制。

随着测量带宽增加，存在对于具有相等或更大带宽的测量探针的相应需求。设计带宽为5 GHz和更大的极宽带宽测量探针中的主要困难在于探查端头或多个端头的电容和电感的效应。对这个问题的一种解决方案是将探查端头与测量探针的探查头中的有源电路分离。美国专利6,704,670描述了一种宽带有源探查系统，其中探针的探查端头或者多个端头与探针放大器单元是可分离的。探针端头单元经由一个或多个探针电缆连接到探针放大器单元，用于传送由探针单元所接收的信号。各种类型的探针端头单元可连接到探针放大器单元。探针端头单元可包含范围从导体迹线到各种电阻、电容和/或其它电子元件的电路。这种探针设计的一个优点在于，它允许将实质上更小的探针端头单元而不是包含探针放大器电路的较大测量探针放置到被测装置上难以到达的触部。

探针端头单元可以是单端或差分的，并且包括具有可变间距的手持差分浏览器。手持浏览器允许用户手动探查被测装置上的各个点。探针端头单元还可具有探针连接点，用于将各种类型的探查端头连接到探针端头单元。通过焊接或压缩端子连接将探查端头固定到探针端头单元的探针连接点。各种类型的探查端头可焊接到探针连接点，例如电阻器、SMT采集卡、楔形探针端头等。

美国专利7056134描述了在经由同轴电缆附连到探针主体的探查端头构件上所安装的可附连/可拆卸探查端头系统。可附连/可拆卸探查端头系统具有接纳各种类型的探查端头的探针端头安装构件，例如从电阻元件和电阻器延伸的引线，其中引线附连到形成为探查臂的柔性电路材料上设置的导电迹线。探针端头安装构件具有附连臂，附连臂接合探针端头构件，用于将探查端头固定并且电连接到探针端头构件。

上述探查端头系统允许使用电阻器的引线将阻尼电阻器放置成紧密接近被测装置上的探针接触点。靠近DUT上的探针接触点放置电阻元件降低了被测装置在高频率处的负载，并且降低了金属电阻器引线的电容效应。使用上述探查系统实现了高达20Ghz的探针带宽。

存在对于具有越来越高带宽的信号获取探针的持续需求。这要求重新考虑信号获取探针与被测装置上的测试点如何进行电接触。替换传统金属探查端头——无论它是传统金属端头还是电阻器的引线——是将信号获取探针带宽增加到30GHz范围内的一种替代方案。

发明内容

本发明是一种具有与薄和厚膜处理相容的非导电衬底的信号获取探针的探查端头。非导电衬底具有相对的水平表面和侧表面，其中侧表面的两个会聚到某个点。会聚侧表面中的一个具有大体40度的角，而另一会聚侧表面具有大体10度的角。等高的探查端头触部在非导电衬底上的会聚点处形成，其中等高的探查端头触部具有第一和第二相交弓形表面并且其上沉积了导电材料。

探查端头具有通过薄或厚膜处理设置在非导电衬底的相对水平表面之一上的电阻元件，其中电阻元件的一个端部电耦合到等高的探查端头触部上的导电材料。探查端头还具有设置在非导电衬底的相对水平表面之一上并且电耦合到电阻元件的另一端的放大器，该放大器优选为缓冲放大器形式。电阻元件通过引线键合电耦合到放大器。

沉积在等高探查端头上的导电材料由粘合层形成，其中金、铂-金合金等的层沉积在粘合层上。粘合层优选地为钛-钨合金。

具有等高的探查端头触部的非导电衬底优选地固定到由诸如液晶聚合物等的绝缘材料所形成的载体。第二非导电衬底固定到载体，其中第二非导电衬底具有在其上形成的接地共面波导结构。第二非导电衬底可由诸如FR-4电路板材料之类的电路板材料来形成。金键合线将放大器电耦合到接地共面波导结构。

本发明的目的、优点及其它新特征在结合所附权利要求书和附图来阅读时，从以下详细描述显而易见。

附图说明

图1是按照本发明的信号获取探针的探查端头的透视图。

图2是按照本发明的信号获取探针的探查端头的侧视图。

图3是按照本发明的信号获取探针的支承和传输结构的分解透视图。

图4是按照本发明的信号获取探针的探查端头的前部的详细视图。

具体实施方式

参照图1和图2，示出了信号获取探针的探查端头10的相应透视图和侧视图。探查端头10具有由诸如熔凝石英、熔凝硅石、陶瓷材料等的刚性非导电材料所形成的衬底12，其与要求300华氏度的标称处理温度的薄膜处理相容。衬底具有顶面和底面14、16和侧表面18。衬底的标称宽度为0.044英寸、标称长度为0.060英寸以及标称厚度为0.010英寸。侧表面18之一具有成角度部分20，该成角度部分20具有40度的标称角。与成角度侧表面部分20相邻的侧表面18还具有角度部分22，该角度部分22具有10度的标称角。成角度部分20和22会聚到其中形成探查端头触部24的某个点。可替代地，衬底12还可与具有850摄氏度的标称处理温度的厚膜处理相容。

探查端头触部24具有等高表面，其上沉积了导电材料。等高表面具有标称半径为0.0020度的第一弓形表面26以及与第一弓形表面相交的标称半径为0.0040度的第二弓形表面28，从而形成大体上圆形的触部。粘合层沉积在等高探查端头触部24上，其中导电材料沉积在粘合层上。在优选实施例中，粘合层是钛-钨合金，其上沉积了金导电层。可替代地，导电层可以是铂-金合金或者具有相似性质的其它类似材料。相交弓形表面26和28产生大体上3维球形的探查端头触部24。

薄或厚膜电阻元件30沉积在非导电衬底12的顶面14上。使用薄或厚膜处理将导电触部32和34沉积在电阻元件30的任一端上。以其上沉积了金导电层的钛-钨合金的粘合层形成电触部32和34。电触部32将等高的探查端头触部24电连接到电阻元件30而电触部34提供用于将电阻元件30引线键合到集成电路小片36的电接触焊盘。使用诸如环氧树脂等的非导电粘合剂将集成电路小片36固定到非导电衬底12的顶面14。集成表面小片36包括放大器电路和键合焊盘38和40。放大器电路优选地为缓冲放大器。导线42键合到键合焊盘38之一并键合到电触部34，用于将电阻元件30电连接到集成电路小片36上的放大器的输入端。其它键合焊盘38耦合到集成电路小片36上的放大器的输出端。

可替代地，可使用倒装芯片技术将集成电路小片36固定到非导电衬底12的顶面14。焊料焊盘在顶面14上形成，其中焊料焊盘之一经由顶面14上沉积的导电迹线电耦合到电阻元件30的电触部34。集成电路小片36具有在其上形成的与顶面14上的焊料焊盘对应的焊球。与电耦合到电阻元件30的焊料焊盘对应的焊球电耦合到放大器电路的输入端。集成电路小片36的焊球被设置到相应的焊料焊盘，并且被加热以将集成电路小片固定到非导电衬底12的顶面14。

参照图3，其示出了信号获取探针的探查端头10的支承结构的分解透视图。支承结构具有大体三角形状的载体50，其具有凸起基座区52和相邻凹陷区54。载体50由可使用注射成型过程形成的诸如液晶聚合物等的低介电、高强度非导电材料构成。使用诸如环氧树脂等的非导电粘合剂将探查端头10的非导电衬底12固定到基座区52。等高的探查端头触部24延伸经过基座52的前表面，从而准许等高的探查端头触部24接合被测装置上的测试点。基座52的相对端具有过渡到凹陷区54的垂直壁56。由诸如FR-4电路板材料、陶瓷材料等的非导电材料所形成的衬底58具有形状与衬底58固定在其上的凹陷区54类似的周边。衬底58具有顶面和底面60、62以及与基座52的垂直壁56邻接的前表面64。导电层或衬底65作为接地层设置在衬底58的底面62上。衬底58的相对端具有形成在其中的凹口，该凹口容纳同轴信号连接器68。衬底58具有使顶面60升高的厚度以便该顶面60与探查端头10的非导电衬底12的顶面14共面。传输结构70设置在衬底58的顶面60上。传输结构70优选地是接地共面传输结构，其具有电连接到同轴信号连接器68的中心信号导体74的导电迹线72。接地平面76设置在导电迹线72的任一侧附近以及任一侧上。接地平面76电连接到从同轴信号连接器68延伸的接片78。凹进部分80形成在载体50中与基座52相对的端部处，用于容纳同轴信号连接器68的下部。使用例如声波焊接、诸如环氧树脂之类的粘合剂等众所周知的附贴手段将顶盖82固定到载体50。

图4是探查端头10的前部的详细视图。导线90从集成电路小片36的键合焊盘38延伸到相应导电迹线72以及传输结构70的接地平面76。导线90引线键合到键合焊盘38以及导电迹线72和接地平面76。导线(附图中为了清楚起见而未示出)从集成电路小片36的键合焊盘40延伸到衬底58上的导电迹线(附图中为了清楚起见而未示出)，用于向集成电路小片36提供电力和通信信号。在倒装芯片的可替代实施例中，键合焊盘38和40形成在集成电路小片36的外露表面上，并且经由导线电耦合到导电迹线72、接地平面76以及提供电力和通信信号的导电迹线。

本领域的技术人员将会清楚地知道，在不背离其基本原理的情况下可以对本发明的上述实施例的细节进行许多变更。因此，本发明的范围应当仅由以下权利要求书来确定。

Claims

1.一种信号获取探针的探查端头，包括：

与薄和厚膜处理相容的非导电衬底，其具有相对的水平表面和侧表面，所述侧表面中的两个会聚到某个点；

等高的探查端头触部，其形成在所述非导电衬底上的所述会聚点处，其中所述探查端头触部具有第一和第二相交弓形表面；以及

导电材料，其沉积在所述等高的探查端头触部上。

2.如权利要求1所述的信号获取探针的探查端头，还包括电阻元件，所述电阻元件通过薄和厚膜处理中的至少一个设置在所述非导电衬底的相对水平表面之一上，且所述电阻元件具有电耦合到所述等高的探查端头触部上的所述导电材料的一个端部。

3.如权利要求2所述的信号获取探针的探查端头，还包括放大器，所述放大器设置在所述非导电衬底的相对水平表面之一上并电耦合到所述电阻元件的另一端。

4.如权利要求3所述的信号获取探针的探查端头，其中，所述放大器是缓冲放大器。

5.如权利要求3所述的信号获取探针的探查端头，还包括将所述电阻元件的另一端电耦合到所述放大器的引线键合。

6.如权利要求1所述的信号获取探针的探查端头，其中，所述导电材料包括沉积在所述等高的探查端头触部上的粘合层以及沉积在所述粘合层上的金层。

7.如权利要求6所述的信号获取探针的探查端头，其中，所述粘合层由钛-钨形成。

8.如权利要求1所述的信号获取探针的探查端头，其中，所述导电材料包括沉积在所述等高的探查端头触部上的粘合层以及沉积在所述粘合层上的铂-金层。

9.如权利要求8所述的信号获取探针的探查端头，其中，所述粘合层由钛-钨形成。

10.如权利要求1所述的信号获取探针的探查端头，其中，所述非导电衬底的所述会聚侧表面之一具有大体上40度的角。

11.如权利要求10所述的信号获取探针的探查端头，其中，所述非导电衬底的所述会聚侧表面的另一个具有大体上10度的角。

12.如权利要求1所述的信号获取探针的探查端头，还包括在其上固定所述非导电衬底的载体。

13.如权利要求12所述的信号获取探针的探查端头，还包括固定到所述载体的第二非导电衬底。

14.如权利要求13所述的信号获取探针的探查端头，还包括在所述第二非导电衬底上形成的接地共面波导结构。

15.如权利要求12所述的信号获取探针的探查端头，其中，所述第二非导电衬底由电路板材料形成。

16.如权利要求14所述的信号获取探针的探查端头，还包括将所述放大器电耦合到所述接地共面波导结构的金键合线。