CN104914339A - 一种面向ate机台的高速测试系统及其加工方法 - Google Patents

Abstract

一种面向ATE机台的高速测试系统及其加工方法，测试系统包括测试子板与测试母板，测试母板上设置有弹簧针连接器阵列，测试子板上设置有测试插座；测试子板，弹簧针连接器阵列以及测试母板采用压合螺接的方式进行连接。加工方法首先将弹簧针压合到弹簧针连接器模组中；然后通过螺接方式将弹簧针连接器模组安装在金属基座预留的台阶状凹槽内；最后将贯穿整个测试系统高度的螺柱安装在金属基座上，且螺柱的两头分别独立螺接测试子板与测试母板，完成测试系统组装压合工作。本发明不仅能够保证测试系统的重复使用及维护，还能实现信号链路阻抗的高精度控制，保证测试系统高速信号的完整性。

Description

一种面向ATE机台的高速测试系统及其加工方法

技术领域

本发明属集成电路测试领域，具体涉及一种面向ATE机台的高速测试系统及其加工方法。

背景技术

自动测试设备(ATE)是指在测试程序的调度下自动完成信号测量、数据处理、传输和显示的新型测试设备。该设备在集成电路研发及量产中，扮演大批量自动化测试筛选的任务角色。现有的ATE测试系统一般采用的子母板连接设计存在一定的局限性。

如图1所示，首先，待测器件需要通过插座、子板、焊接线缆、母板再与ATE机台资源相连，这种多级级联结构以及子母板两端信号连接线缆的手工焊接方式，不仅严重影响测试系统的装焊周期，也会造成严重的信号链路阻抗失配，无法保证ATE测试系统的高速信号完整性，限制了ATE机台的测试性能；其次，现有的ATE测试系统子母板尺寸一般都在半米量级，而测试板厚度仅在毫米量级，这种外形结构将会导致测试板在使用一定时间后发生严重的形变，手工焊接也易出现短接、虚焊等问题，使得测试板可靠性及信号质量均无法长久保证；最后，受限与市面替换产品的匮乏，当测试系统中母板或焊接线缆损坏时，只能采购原厂整套设备进行替换，造成测试系统资源的浪费，无可维护性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷，提供一种面向ATE机台的高速测试系统及其加工方法，既能采用多级级联组装方式保证测试不同器件时的子母板拆装，又能在级联系统中保证信号链路的阻抗匹配，提升测试系统高速信号的完整性。

为了实现上述目的，本发明测试系统采用的技术方案为：

包括测试子板与测试母板，测试母板上设置有弹簧针连接器阵列，测试子板上设置有测试插座；测试子板，弹簧针连接器阵列以及测试母板采用压合螺接的方式进行连接；待测器件通过测试子板上的测试插座完成测试子板与待测器件的连接，然后再通过弹簧针连接器阵列将测试子板与测试母板桥接，最后通过与机台资源相连的测试母板实现信号及供电在待测器件与机台之间的交互，进而完成器件测试。

所述弹簧针连接器阵列包括若干块环形方式布局的弹簧针连接器模组，弹簧针连接器模组包括M*N矩阵式弹簧针连接器；弹簧针连接器模组及弹簧针的数量与ATE机台最大资源通道数相匹配。

所述弹簧针连接器模组中每根弹簧针四周的相邻位置各定义一个接地属性弹簧针。

所述弹簧针为中部直径大于两端直径的柱形镀金弹簧针。

所述弹簧针连接器阵列固定在金属基座上，金属基座四周开设有螺柱安装孔。

所述金属基座为扇形铝基座，金属基座上开设用于安装弹簧针连接器阵列的台阶状凹槽。

所述金属基座正反两面的螺柱安装孔处分别开设有圆形凹槽和方形凹槽，圆形凹槽内安装圆形螺套，方形凹槽内安装方形螺套。

所述测试子板外部安装有外表面为球形的防刮螺帽。

本发明测试系统加工方法采用的技术方案为：包括以下步骤：首先将弹簧针压合到弹簧针连接器模组中；然后通过螺接方式将弹簧针连接器模组安装在金属基座预留的台阶状凹槽内；最后将贯穿整个测试系统高度的螺柱安装在金属基座上，且螺柱的两头分别独立螺接测试子板与测试母板，完成测试系统组装压合工作。

所述金属基座为采用环形方式布局的若干块扇形铝基座，所述弹簧针连接器模组中每根弹簧针四周的相邻位置各定义一个接地属性弹簧针。

与现有技术相比，本发明通过弹簧针连接器阵列将测试子板与测试母板桥接，替代了传统测试系统中子母板级联的焊接线缆，使得测试不同器件时子母板拆装方便。此外，测试子板，弹簧针连接器阵列以及测试母板采用压合螺接的方式进行连接，不仅能够保证测试系统的重复使用及维护，极大地降低测试系统开发成本及周期，还能实现信号链路阻抗的高精度控制，保证测试系统高速信号的完整性，最大程度地发挥ATE测试系统的性能。

进一步的，本发明弹簧针连接器阵列包括若干块环形方式布局的弹簧针连接器模组，弹簧针连接器模组包括M*N矩阵式弹簧针连接器，弹簧针连接器模组及弹簧针的数量由ATE测试机台所能提供的最大资源通道数决定。这样布局弹簧针连接器阵列，不仅可以保证ATE测试机台任意位置资源的充分利用，还可确保压合螺接后施加在子母板上的应力均匀分散，降低测试子母板形变或断裂的风险，提高测试系统的鲁棒性。

进一步的，本发明弹簧针连接器模组中每根弹簧针四周的相邻位置各定义一个接地属性弹簧针，采用这种“四地一信号”方式进行电气布局，利用子母板中布局的信号走线及排布规则，限定模组中每根弹簧针的信号属性，使用该方式完成模组中每个弹簧针电气属性分类，能够最大程度降低开发专用高速信号连接器的研制成本，且该种电气布局形式，能够最大限度抑制信号在弹簧针连接器模组中的传输损耗，提升测试系统的高速信号完整性。

进一步的，本发明金属基座正反两面的螺柱安装孔处分别开设有圆形凹槽和方形凹槽，圆形凹槽内安装圆形螺套，方形凹槽内安装方形螺套，这样既能保证螺柱在基座上的固定，又能保证螺柱不存在转动。

进一步的，本发明测试子板外部安装有外表面为球形的防刮螺帽，防止拆装调试系统时由于螺柱伸出而发生划伤等安全隐患。

与现有技术相比，本发明测试系统加工方法具有的有益效果为：待测器件通过测试子板上的测试插座完成与测试子板的互联，然后再通过弹簧针连接器阵列将测试子板与测试母板桥接，最后通过与机台资源相连的测试母板完成信号及供电在待测器件与机台之间的交互，实现器件测试功能，测试系统中经常更换的测试子板，其拆装过程不影响其他部件的紧合度，避免了每次更换测试子板而拆卸整套系统的麻烦，提高了系统拆装效率、可维护性及鲁棒性。

附图说明

图1现有ATE测试系统的子母板连接结构示意图；

图2本发明测试系统压合螺接方式结构示意图；

图3本发明设计的弹簧针连接器阵列总体结构示意图；

图4本发明金属基座正面结构示意图；

图5本发明金属基座反面结构示意图；

图6本发明方形螺套的结构示意图；

图7本发明弹簧针连接器模组装入金属基座示意图；

图8本发明金属基座与测试母板连接示意图；

图9本发明防刮螺帽的结构示意图；

图10本发明弹簧针连接器阵列电气布局示意图；

图11本发明弹簧针结构示意图；

图12本发明测试系统实测信号链路插入损耗波形图；

图13本发明测试系统实测信号链路回波损耗波形图；

图14本发明测试系统实测信号链路串扰波形图；

附图中：1.测试子板；2.测试母板；3.弹簧针连接器阵列；4.测试插座；5.金属基座；6.螺柱安装孔；7.台阶状凹槽；8.圆形凹槽；9.方形凹槽；10.圆形螺套；11.方形螺套；12.防刮螺帽；13.平头螺丝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如图2所示，本发明测试系统通过将待测器件、测试插座4、测试子板1、弹簧针连接器阵列3、测试母板2以压合螺接的方式进行结构及电气连接，最终通过测试系统与母板的对接，完成供电以及信号与待测器件的交互测试工作。其中整个弹簧针连接器阵列按90°扇形划分为4块矩形模块并能够拆卸，弹簧针连接器阵列最终成型结构如图3所示。针对每块弹簧针连接器，具体结构分解如下：首先将螺柱固定在金属基座5上，将螺柱直接穿过金属基座5上的螺柱安装孔6，螺柱中间凸起部分卡入铝基座圆形台阶内，如图4所示，螺柱的短头通过圆形螺套10保留在金属基座5的圆形凹槽8内；使用带有螺纹的方形螺套11卡住螺柱，如图5，6所示，使螺柱固定在金属基座5之内的方形凹槽9内，此方式既能保证螺柱在基座上的固定，又能保证螺柱不存在转动；基座上通过平头螺丝13装入弹簧针连接器阵列3，其组装方式如图7所示，金属基座5上开设有台阶状凹槽7；然后将测试母板2与带有固定螺栓的金属基座5以图8方式用螺母进行紧固，用同样方式在另一侧将测试子板1与金属基座5通过螺栓进行固定，测试子板8外部安装有外表面为球形的防刮螺帽12，如图9所示。

需要说明的是，测试子板1一侧螺栓采用半圆形螺母进行紧固，目的为防止拆装调试系统时由于螺柱伸出而发生划伤等安全隐患，同时螺母采用开口式设计，保证了测试系统无需刻意控制螺柱高度即能够兼容不同厚度测试子板1的安装。金属基座5采用扇形铝基座。

本发明测试系统的应用条件为：该发明的测试系统可应用在机台工作频率不高于6GHz的ATE设备中，当该ATE测试设备测试能力符合待测器件要求时，可通过本发明系统完成测试应用。其中，测试系统中子母板尺寸应不大于ATE测试机台限定的最大尺寸、环形弹簧针连接器阵列外径尺寸在保证小于测试母板尺寸的条件下尽量大，而连接器阵列内径尺寸在保证可放入矩形连接器模组情况下尽量大，以便能够在子板中搭载更多或更大尺寸待测器件；矩形连接器模组中的弹簧针之间采用绝缘材料隔离，弹簧针采用镀金材料，弹簧针高度、数量及相关性能由ATE机台限制决定；连接器阵列固定框架采用金属材料设计，其表面需要做黑色阳极化绝缘处理，且框架承受重量应不小于2kg。应用时为保证多级级联系统信号链路的阻抗匹配，系统中每块M*N矩形阵列弹簧针连接器模组中，采用“四地一信号”方式进行电气布局，如图10所示，利用子母板中布局的信号走线及排布规则，限定模组中每根弹簧针的信号属性，将每根传递信号的弹簧针左右上下四方向相邻位置各定义一个接地属性弹簧针，以此规律定义该模组中所有弹簧针电气属性。

下面结合本发明的具体实施例做进一步详细说明，但本发明包括但不限于以下实施例。

基于Advantest公司的T6573 ATE测试机台开展待测器件为DDR3颗粒的整套测试系统设计实现与测试。其中待测器件要求ATE测试系统能够向器件任意管脚提供不低于2A电流、不低于3GHz稳定工作频率；任意信号通路须保证50Ω±5％阻抗控制、插入损耗不高于-3dB3GHz、回波损耗不高于-10dB3GHz、串扰不高于-25dB3GHz。针对以上要求，按照该发明方案，设计其测试母板尺寸：480mm×480mm、子板尺寸：环形弹簧针连接器阵列外径尺寸：内径尺寸：由8块矩形阵列弹簧针连接器模组组成，每块矩形阵列弹簧针连接器模组有16×8个镀金弹簧针组成，其弹簧针结构尺寸如图11所示，弹簧针为中部直径大于两端直径的柱形镀金弹簧针，其中弹簧针两端圆中部圆弹簧针一端为1.5mm的柱形，另一端为1.0mm的柱形且加工有60°倒角，弹簧针中部为6.35mm的柱形。本发明采用“四地一信号”方式对连接器及测试子母板完成电气布局设计后，进行压合螺接组装。

通过对系统的实际测试验证，提取得到了其插入损耗、回波损耗、串扰值，其测试曲线分别如图12、13、14所示，测试结果表明，在6GHz频率以内，插损低于-0.2dB、回损低于-30dB、串扰小于-45dB，基于此发明方案设计的测试系统，所有指标均优于传统子母板连接形式的ATE测试系统，实现了系统中信号链路阻抗的高精度控制，保证了测试系统高速信号完整性，最大程度发挥了ATE测试系统的性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种面向ATE机台的高速测试系统，其特征在于：包括测试子板(1)与测试母板(2)，测试母板(2)上设置有弹簧针连接器阵列(3)，测试子板(1)上设置有测试插座(4)；测试子板(1)，弹簧针连接器阵列(3)以及测试母板(2)采用压合螺接的方式进行连接；待测器件通过测试子板(1)上的测试插座(4)完成测试子板(1)与待测器件的连接，然后再通过弹簧针连接器阵列(3)将测试子板(1)与测试母板(2)桥接，最后通过与机台资源相连的测试母板(2)实现信号及供电在待测器件与机台之间的交互，进而完成器件测试。

2.根据权利要求1所述的面向ATE机台的高速测试系统，其特征在于：所述弹簧针连接器阵列(3)包括若干块环形方式布局的弹簧针连接器模组，弹簧针连接器模组包括M*N矩阵式弹簧针连接器；弹簧针连接器模组及弹簧针的数量与ATE机台最大资源通道数相匹配。

3.根据权利要求2所述的面向ATE机台的高速测试系统，其特征在于：所述弹簧针连接器模组中每根弹簧针四周的相邻位置各定义一个接地属性弹簧针。

4.根据权利要求1或2所述的面向ATE机台的高速测试系统，其特征在于：所述弹簧针为中部直径大于两端直径的柱形镀金弹簧针。

5.根据权利要求1或2所述的面向ATE机台的高速测试系统，其特征在于：所述弹簧针连接器阵列(3)固定在金属基座(5)上，金属基座(5)四周开设有螺柱安装孔(6)。

6.根据权利要求5所述的面向ATE机台的高速测试系统，其特征在于：所述金属基座(5)为扇形铝基座，金属基座(5)上开设用于安装弹簧针连接器阵列(3)的台阶状凹槽(7)。

7.根据权利要求5所述的面向ATE机台的高速测试系统，其特征在于：所述金属基座(5)正反两面的螺柱安装孔(6)处分别开设有圆形凹槽(8)和方形凹槽(9)，圆形凹槽(8)内安装圆形螺套(10)，方形凹槽(9)内安装方形螺套(11)。

8.根据权利要求1所述的面向ATE机台的高速测试系统，其特征在于：所述测试子板(1)外部安装有外表面为球形的防刮螺帽(12)。

9.一种面向ATE机台的高速测试系统加工方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将弹簧针压合到弹簧针连接器模组中；然后通过螺接方式将弹簧针连接器模组安装在金属基座(5)预留的台阶状凹槽(7)内；最后将贯穿整个测试系统高度的螺柱安装在金属基座(5)上，且螺柱的两头分别独立螺接测试子板(1)与测试母板(2)，完成测试系统组装压合工作。

10.根据权利要求9所述的面向ATE机台的高速测试系统，其特征在于：所述金属基座(5)为采用环形方式布局的若干块扇形铝基座，所述弹簧针连接器模组中每根弹簧针四周的相邻位置各定义一个接地属性弹簧针。