CN106133531B - 接触组件、特别是hf测量头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及接触组件(10；10’)，特别涉及HF测量头，接触组件(10；10’)包括配置有导体结构(20)的承载件(12)，其中导体结构(20)在接触端(16)具有为了与被测器件的至少一个触点电接触而从承载件伸出的至少一个接触元件(22)，导体结构(20)具有至少一个阻抗转换器(24)，阻抗转换器(24)具有截面逐渐变窄或逐渐变宽的导体段(26；26’)。

Description

接触组件、特别是HF测量头
技术领域
本发明涉及用于接收和发送电压的接触组件，特别涉及高频(HF(highfrequency))测量头或HF测量探针，该接触组件包括配置有导体结构的承载件，其中导体结构在接触端具有为了与被测器件的至少一个触点电接触而伸出超过承载件的边缘的至少一个接触元件，导体结构具有至少一个阻抗转换器或阻抗变换器。
背景技术
特别地，从公开DE 199 45 178C2和从公开WO 2006/066676已知测量头形式的传统接触组件。为了测试例如配置于晶圆的电路形式的被测器件的功能和电性能，通常使用测量头，测量头被利用伸出的接触元件机械地放置在正在被测试的电路的对应的触点上。待被测试的这种电路还产生或处理高频信号，使得测量头还需要考虑对应的(波)阻抗或特征阻抗。换言之，测量头必须在其接触端呈现与被测器件的所要测试的电路适配的阻抗，否则，在不匹配的情况下，如所熟知的，可能会导致能够对测量结果产生不利影响或使测量无法进行的反射(reflection)。
然而，如果为了进一步传输从被测器件接收到的信号或电压，而将具有例如50Ω的特定阻抗的同轴电缆或电路或者具有特定阻抗的其它连接元件连接在导体结构的与导体结构的接触端相反的连接端，则必须使阻抗转换器与承载件上的导体结构一体化，使得测量头能够用于在无不期望的反射的情况下测量具有不同阻抗的被测器件。
诸如RF变换器或其它表面贴装器件(SMD(surface-mounted device))等的无源部件能够用作这种阻抗转换器。然而，这种阻抗转换器仅能够用于在有限频率范围进行阻抗变换。如果源自被测器件并通过测量头发送的HF信号落在该频带之外，则会由阻抗转换器产生不期望的反射。
WO 03/012461 A1公开了使用多个测量探针与晶圆等上的导体结构接触来进行高频测量的测量装置。测量探针包括自由浮动式共面接触头，该共面接触头在其接触端附近借助于至少一个承载件被固定，使得共面接触头相对于彼此具有固定位置。根据WO 03/012461 A1的测量装置还具有截面逐渐变窄或逐渐变宽的、被设计成阻抗变换器形式的导体段。
发明内容
鉴于所述问题，本发明的目的是提供一种诸如HF测量头等的接触组件，其无反射且宽频带地发送待被测量的信号，该接触组件的应用特别灵活。
根据本发明，通过根据方案1的接触组件来解决该问题。本发明的其它有利发展记载在从属方案中。
根据本发明的接触组件的阻抗转换器的区别在于，其具有截面逐渐变窄或逐渐变宽的电的导体段。
本发明基于如下认识：对于阻抗变换，诸如巴伦(balun)等的复杂电子部件不是必需的。而是，为了使阻抗变换，使用导体截面在导体结构的接触端与连接端之间逐渐改变的导体段就足够了。该导体段的长度和截面的改变被设计使得导体结构的特征阻抗改变特定的值。由于导体截面骤然改变通常会引起反射，所以根据本发明，优选地，导体截面逐渐地发生改变，优选地，导体截面在大于5cm的距离上逐渐地改变，更优选地，导体截面在大于10cm的距离上逐渐地改变，特别地，导体截面在20cm或更大的距离上逐渐地改变。
接触组件具有从承载件伸出的五个接触元件，在这五个接触元件中，至少两个接触元件与配置于承载件的至少一个接地导体连接，优选地，接地导体从接触端延伸至连接端。
如上所述，骤变的导体截面可能会引发反射。彼此间隔开的五个接触元件与导体迹线电连接，能够减缓导体迹线与导体结构的接触端上的窄接触元件之间的过渡处的截面或导体宽度的骤变。换言之，导体迹线被分支成与从承载件伸出的多于一个的接触元件连接，其中可以将与接地导体连接的接地元件分别配置在单独的信号输送接触元件之间。以这种方式，能够使导体迹线的宽度在接触端至接触元件的头处实际上连续。
在这种情况下，接地元件与信号输送接触元件之间的交替配置在维持低的输入阻抗的同时增大了单独的接触元件之间的间隔。例如，如果仅存在彼此相邻的一个信号输送接触元件和一个接地元件，则它们之间的间隔需要小于1μm，以便维持低的输入阻抗。两个接触元件之间的这种短的间隔难以制造，并且对应的接触元件容易损坏。另一方面，如果三个或更多个信号输送接触元件从承载件伸出、位于接地元件之间，则相邻的接触元件之间的大于10μm的间隔是足够的。
优选地，导体结构具有至少一个信号导体或电压导体以及至少一个接地导体，其均从接触端延伸至连接端，其中导体结构的连接端处能够配置有用于进一步传输接收到的信号的插接导体。由此，具有变化截面的导体段优选地设置在信号导体中。与信号导体类似，接地导体可以在接触端处和为了与被测器件的至少一个触点电接触而从承载件伸出的一个或多个接触元件连接。
承载件可以具有配置有导体结构的电介质。在本发明的特别优选的实施方式中，承载件为如下电路板的形式：在该电路板上，导体结构的一部分被施加成导体迹线。在这种情况下，可以将具有变化的截面的导体段形成为宽度减小或增大的(基本上二维、即平面的)导体迹线。优选地，信号导体至少部分为导体迹线的形式，而接地导体可以配置在电路板的背侧、例如配置成诸如金属等的导电材料的表面层。
导体迹线的一端处的导体迹线宽度与导体迹线的另一端处的导体迹线宽度之间的比优选大于二，特别优选地，大于三，特别地，大于四或更多。该比取决于所要获得的阻抗变换。
阻抗转换器呈现克洛普芬斯坦结构或“克洛普芬斯坦渐变线(Klopfensteintaper)”，能够使用简单的构件实现相对于导体结构的特定的输入阻抗和/或输出阻抗的可靠阻抗变换。使用克洛普芬斯坦渐变线，在使反射最小化的同时通过截面在短的距离上变窄的导体段使两种不同的特定的特征阻抗彼此连接。使用克洛普芬斯坦结构，能够实现在无反射干扰的情况下在特别宽的HF频带进行阻抗变换。
能够提供特别紧凑且制造经济的接触组件，其中导体段至少部分弯曲地、特别是至少部分以曲折的形式地从连接端朝向接触端的方向延伸。换言之，变窄的导体段以蛇形轨迹延伸，优选地，变窄的导体段以多个弯曲部、特别优选地以多于五个弯曲部、特别地以七个或更多个弯曲部延伸，其中导体段的方向改变大约180°。以这种方式，能够将例如大于30cm的长度的导体施加至承载件的例如小于10cm的长度的区域。换言之，导体段的长度与承载件的配置有导体段的部分的长度方向尺寸之间的比为三或更大。根据本发明的接触组件能够以特别简单的方式制造，其中将蛇形导体段以导体迹线的形式印在或施加在电路板上。
可选地，还可以将变窄的导体段以线性形式、即不弯曲或弯折地施加至承载件。尽管如此，为了获得比较紧凑的接触组件，已经证明如下是有利的：导体段从接触端延伸(优选以导体迹线的形式延伸)至连接端、在超过承载件的尺寸的50％上延伸，优选在不小于承载件的尺寸的80％上延伸，特别地在承载件的整体尺寸上延伸。有利地，该尺寸可以为大于6cm且小于20cm，特别地为10cm至15cm。与弯曲的导体段不同，利用线性的导体段不存在单独的导体环之间的串扰的危险。
已经发现：具有克洛普芬斯坦渐变线的阻抗转换器能够被构造用于在从大约700MHz至大约2.7GHz、优选地从500MHz至3GHz、特别优选地从400MHz至10GHz、特别地从300MHz至20GHz的特别宽的频率范围进行阻抗变换，其中整个频率范围的反射系数Γ小于0.2，特别地，小于0.1。
就HF部件和HF电缆(特别是同轴电缆)的通用输入阻抗而言，已经证明将阻抗转换器或导体结构的输入阻抗与输出阻抗之间的比设定为5:1、1:5、4:1、1:4、2:1或1:2是实用的。导体结构的输出阻抗被理解为是指导体结构的包含导体段的信号导体与接地导体之间的、连接端处的阻抗(连接阻抗)。导体结构的输入阻抗被理解为是指导体结构的与导体段连接的接触元件和与接地导体连接的接触元件之间的接触侧阻抗，接触侧阻抗与待被测量的被测器件的波阻抗适配。
由此，优选地，导体结构的接触侧阻抗为大约10Ω或大约12.5Ω，和/或导体结构的连接阻抗为大约50Ω，反之亦然。在这种情况下，传统的同轴电缆能够与接触组件的连接端连接。
为了实现在不存在被测器件或接触元件损坏的风险的情况下与被测器件上的至少一个触点可靠地接触，已经证明至少一个接触元件优选为弹性地布置的接触指是实用的。优选地，包括与接地导体连接的接地元件的所有接触元件均被设计成弹性地布置的接触指。
以接触弹簧的方式伸出超过承载件的边缘的多个接触元件可以共面配置，使得这些接触元件与被测器件上的共面触点接触。优选地，两外侧接触元件为与接地导体连接的接地元件，而中间接触元件与包含变窄的导体段的信号导体连接。接触元件之间的间隔和接触元件的长度被设计使得在接触端产生与被测器件的波阻抗匹配的特定的波阻抗。
至少一个接地导体可以配置于承载件的与承载有导体段的表面背向的表面。接地导体可以为覆盖承载件的背侧的金属涂覆物或金属层。可选地或另外地，可以设置导体结构的信号导体的屏蔽。
为了减少由接触组件引发的信号反射，已经证明使从承载件伸出的接触元件交替地与接地导体和导体段电连接是实用的。这种接触元件结构能够被说明为GSG(地-信号-地(Ground-Signal-Ground))结构。
优选地，两外侧接触元件为接地元件，优选地，总计设置四个或更多个接地元件。另一方面，优选地，接触结构具有与导体迹线连接的、分别在两个接地元件之间伸出的三个或更多个信号输送接触元件。
为了获得根据本发明的接触组件与诸如电缆或电路等连接元件的阻抗适配的、稳定的联接，导体结构在与接触端相反的连接端可以具有诸如插接导体、特别是同轴插接连接器等的连接元件，其中优选地，导体结构的接地导体与插接导体的外导体连接和/或导体结构的导体段与插接导体的内导体连接。
关于承载件上的接触元件的配置以及关于连接元件和接触元件与连接元件之间的连接，参考公开WO 2006/066676 A1，借助于引用将该公开的内容包含在本公开中。
附图说明
以下参照附图更详细地说明本发明，在附图中：
图1示出根据本发明的采用用于传输HF信号的HF测量头形式的接触组件的第一实施方式的示意性俯视图，和
图2示出根据本发明的接触组件的第二实施方式的示意性俯视图。
具体实施方式
根据本发明的采用用于测量例如在半导体晶圆上的具有高频电路的被测器件的测量头形式的、用于传输电信号的接触组件10的图1所示的实施方式包括具有电路板的承载件12，承载件12从连接端14开始朝向接触端16的方向逐渐变窄。
导体结构20具有至少一个信号导体和至少一个接地导体，在示意图中，接地导体配置在承载件12的未示出的背侧，而承载件12的承载信号导体的表面面向观察者。可选地或另外地，导体结构20还可以具有多个信号导体。可选地，信号导体和接地导体可以配置于承载件12的同一表面。
出于与被测器件的在空间上对应的触点接触的目的，总数为三个的接触指(contact finger)23形式的弹性地布置的接触元件(spring-biased contact element)22从承载件12的接触端16伸出超过承载件的边缘。在图示的示例中，中间接触指23与信号导体连接，两外侧接触指23与接地导体连接。外侧接触指23也为接地元件21。还能够想到接触元件的其它配置或多于三个的接触指。
具有内导体和外导体的插接导体40配置在承载件14的连接端14。同轴电缆或配合插接导体能够插入插接导体40，用于经由接触元件22进一步传输接收到的HF信号。插接导体40的内导体与信号导体电连接并进而与中间接触指23电连接，而插接导体40的外导体与接地导体电连接并进而与两个接地元件21电连接。
导体结构20具有阻抗转换器24，其中阻抗转换器24具有截面从连接端14开始朝向接触端16的方向逐渐变宽的电的导体段26。在图示的实施方式中，该导体段26为施加于承载件12的、宽度增加的导体迹线(conductor trace)27的形式。导体迹线27为信号导体的在中间接触指23与插接导体40的内导体之间延伸的部分。导体迹线27的几何形状和曲率被设计使得建立用于连接端14与接触端16之间的阻抗变换的克洛普芬斯坦结构(Klopfensteinstructure)。在图示的示例中，信号可以通过波阻抗为12.5Ω的接触指23从被测器件接收，并且可以经由与波阻抗为50Ω的插接导体40连接的同轴电缆无反射地发送。因而，图示的接触组件10整体代表借助于克洛普芬斯坦结构来实现阻抗变换的阻抗转换器。
接触组件10被构造成在不发生反射的情况下接收和发送频带从大约698MHz至大约2.7GHz的HF信号，其中阻抗水平从导体结构20的接触端16处的12.5Ω升高至导体结构20的连接端处的50Ω。在该示例中，这产生1:4的变换率。可选地，阻抗水平可以从接触端16处的10Ω升高至连接端处的50Ω，从而得到1:5的变换率。
接触组件10的更紧凑的构造设计是可能的，其中导体迹线27在插接导体40与接触指23之间以包括多个弯曲部的蛇形轨迹延伸。导体迹线27在导体迹线27的面向接触元件22的端处的宽度为其在面向插接导体40的端处的宽度的大约4倍。然而，导体迹线27的形状、长度和曲率可以根据所要获得的阻抗变换而相应调整。接触元件22的间隔和长度被设计使得接触侧阻抗与待被测量的部件的阻抗匹配。
根据本发明，仅通过信号导体的导体迹线27的曲率来实现阻抗变换，无需诸如SMD等的额外部件。这意味着，频带可以较宽，因而根据本发明的接触组件还可以用于测试LTE部件。SMD部件的安装/并入也是非必须的。阻抗转换器的变换率可以单独地改变，并且可以为例如1:5、5:1、1:2、2:1、1:4、4:1等。
图2示出了根据本发明的接触组件10’的第二实施方式。在该第二实施方式中，导体迹线27’形式的导体段26’不以蛇形轨迹、而以线性轨迹从连接端14开始经由承载件12延伸至接触端16。承载件的与导体迹线27’的长度基本对应的总体尺寸为大约12cm，其中导体迹线27’朝向连接端14的方向变窄。导体段26’的直的轨迹防止了单独的导体环之间的串扰。
与第一实施方式不同，导体结构20具有伸出超过承载件12的边缘的总数为七个的接触元件22，在这七个接触元件22中，四个接地元件21均与位于承载件12的背侧的(共用的)接地导体连接，三个信号输送接触元件与导体迹线27’连接。接地元件21和信号输送接触元件是交替的。两外侧接触元件22为接地元件21。可选地，还能够想到多于或少于七个的接触元件22。
图示的分成多个接触元件与导体段26’连接使接触元件22与导体段26’的(宽的)端之间的过渡处的反射最小化。单独的接触元件22之间的间隔还可以在维持期望的接触侧阻抗的同时以这种方式增大。在本案中，两个相邻的接触元件22之间的间隔大于10μm，接触侧阻抗为大约10Ω。接触元件之间的间隔和接触元件的数量可以根据期望的阻抗变换而相应调整。
另外，参考与图1所示的第一实施方式相关的解释，其对应地适用于第二实施方式。
附图标记说明
10、10’ 接触组件
12 承载件/电路板
14 连接端
16 接触端
20 导体结构
21 接地元件
22 接触元件
23 弹性地布置的接触指
24 阻抗转换器
26、26’ 导体段
27、27’ 导体迹线
40 插接导体

Claims (22)

1.一种接触组件（10；10’），所述接触组件（10；10’）包括配置有导体结构（20）的承载件（12），其中所述导体结构（20）在接触端（16）具有至少五个为了与被测器件的至少一个触点电接触而从所述承载件伸出的接触元件（22），所述导体结构（20）具有阻抗转换器（24），其中，所述阻抗转换器（24）为截面逐渐变窄或逐渐变宽的导体段（26；26’），在伸出的所述接触元件（22）中，形成为接地元件（21）的两个接触元件（22）与配置于所述承载件（12）的接地导体连接，其余三个接触元件与截面逐渐变窄或逐渐变宽的所述导体段（26；26’）连接，其中所述接地导体从所述接触端（16）开始延伸至连接端（14），从所述承载件（12）伸出的所述接触元件（22）交替地与所述接地导体和所述导体段（26；26’）电连接。
2.根据权利要求1所述的接触组件，其特征在于，所述接触组件为HF测量头。
3.根据权利要求1或2所述的接触组件，其特征在于，所述导体段（26；26’）为施加到电介质的宽度逐渐减小或逐渐增大的导体迹线（27；27’）。
4.根据权利要求3所述的接触组件，其特征在于，所述电介质为电路板。
5.根据权利要求1或2所述的接触组件，其特征在于，所述阻抗转换器（24）包括克洛普芬斯坦结构。
6.根据权利要求1或2所述的接触组件（10），其特征在于，所述导体段（26）至少部分弯曲地延伸。
7.根据权利要求6所述的接触组件（10），其特征在于，所述导体段（26）至少部分以曲折的形式或以蛇形轨迹延伸。
8.根据权利要求1或2所述的接触组件（10’），其特征在于，所述导体段（26’）以大致线性轨迹延伸。
9.根据权利要求8所述的接触组件（10’），其特征在于，所述导体段（26’）在超过所述承载件（12）的尺寸的50%上延伸。
10.根据权利要求9所述的接触组件（10’），其特征在于，所述导体段（26’）在不小于所述承载件（12）的尺寸的80%上延伸。
11.根据权利要求1或2所述的接触组件，其特征在于，所述阻抗转换器（24）被构造成用于在从700MHz至2.7GHz的频带进行阻抗变换。
12.根据权利要求1或2所述的接触组件，其特征在于，所述阻抗转换器（24）被构造成用于在从500MHz至3GHz的频带进行阻抗变换。
13.根据权利要求1或2所述的接触组件，其特征在于，所述阻抗转换器（24）被构造成用于在从400MHz至10GHz的频带进行阻抗变换。
14.根据权利要求1或2所述的接触组件，其特征在于，所述阻抗转换器（24）被构造成用于在从300MHz至大20GHz的频带进行阻抗变换。
15.根据权利要求1或2所述的接触组件，其特征在于，所述阻抗转换器（24）和/或所述导体结构（20）的输入阻抗与输出阻抗之间的比为5:1、1:5、4:1、1:4、2:1或1:2。
16.根据权利要求11所述的接触组件，其特征在于，所述导体结构（20）的接触端处的输入阻抗为10Ω或12.5Ω，和/或所述导体结构（20）在与所述接触端相反的连接端（14）处的输出阻抗为50Ω，反之亦然。
17.根据权利要求1或2所述的接触组件，其特征在于，至少一个所述接触元件（22）为弹性地布置的接触指（23）。
18.根据权利要求1或2所述的接触组件，其特征在于，至少一个所述接地导体形成于所述承载件（12）的与所述导体段（26；26’）相反的表面。
19.根据权利要求1或2所述的接触组件，其特征在于，所述导体结构（20）在与所述接触端（16）相反的连接端（14）具有连接元件。
20.根据权利要求19所述的接触组件，其特征在于，所述连接元件为插接导体（40）。
21.根据权利要求19所述的接触组件，其特征在于，所述连接元件为同轴插接连接器。
22.根据权利要求20所述的接触组件，其特征在于，所述导体结构（20）的接地导体与所述插接导体（40）的外导体连接，所述导体结构（20）的导体段（26）与所述插接导体（40）的内导体电连接。
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