CN107315098B - 微波共面测试探针及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波共面测试探针及其制作方法，属于微波通讯器件技术领域。本发明包括同轴设置的外导体和内导体，在外导体和内导体之间设有绝缘层，外导体的端部设有转接器，内导体向外延伸形成信号线触头，外导体向外延伸形成两个地线触头，两个地线触头相对于信号线触头对称。该探针具有制作简单、成本低廉、维修便利的特点。

Description

微波共面测试探针及其制作方法

技术领域

本发明属于微波通讯器件技术领域，尤其涉及一种微波共面测试探针及其制作方法。

背景技术

微波共面探针是一种实现微波同轴传输系统到待测半导体芯片压焊点之间匹配传输的连接器，能够传输准TEM模（transverse electromagnetic mode，横电磁波模式，电磁波的传输方向上没有电场和磁场分量的波导模式）的电磁波，具有频带宽、损耗低、反射低、串扰小等优势，既可用于直流特性测试，也能用于高频特性测试，是在片探针测试的核心配件。

在半导体器件制造过程中，人们利用探针测试技术，直接测量芯片器件的特性参数，不但可以监测工艺过程，及时控制制作工艺，还可以用于工艺优化，不断提高工艺水平；而在芯片制作工艺完成后，人们利用探针测试技术，不但可以在封装前进行良品筛选，剔除不合格芯片，还能提取各种电气特性参数，建立用于电路设计的器件模型，缩短产品研发周期，提高市场占领速度。

作为一种信号传输连接件，微波共面探针一般由同轴连接器、同轴电缆和探针触头等部分组成，其连接器用于连接同轴测试系统，通过下压探针，可使触头与被测器件的压焊点形成紧密接触。因此，微波共面探针要求被测件必须拥有与触头结构对应的压焊点。只要元器件的压焊点与探针相匹配，同一探针就可用于多种元器件的特性参数测试。

与夹具测试相比，探针测试无需制作专门的测试夹具，可以节省大量测试成本；另外，在多级电路中，对中间级性能进行测试，只能使用共面波导的微波探针；同时，探针测试前无需频繁地装配、固定被测件，不但操作简单方便，而且测试效率高；更重要的是，探针测试除了能排除键合、封装和测试夹具等的附加影响外，还基本不会对芯片造成损伤。正由于此，微波共面探针在电路测试领域有着广泛的应用。

目前，生产微波共面探针的厂家主要有美国的GGB、Cascade等公司，其中，GGB是专业的探针生产商，占据的市场份额最大。商业探针虽然损耗低、驻波小、温度稳定性高，但由于结构复杂，价格昂贵；商业探针虽然带宽很宽，应用频率高，但现今通信应用的产品的市场需求大部分都在10GHz以下；另外，商业探针的触头多采铍铜等金属材料制成，虽然与金、铝压焊点的接触电阻小，但一旦损坏，很难维修，而且随着磨损的加剧，测试精度也会越来越差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种微波共面测试探针及其制作方法，该探针具有制作简单、成本低廉、维修便利的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种微波共面测试探针，包括同轴设置的外导体和内导体，在外导体和内导体之间设有绝缘层，外导体的端部设有转接器，所述的内导体向外延伸形成信号线触头，所述外导体向外延伸形成两个地线触头，两个地线触头相对于信号线触头对称。

进一步的技术方案，两个地线触头和一个信号线触头的接触面处于同一个平面。

进一步的技术方案，所述的接触面与外导体和内导体的轴线所在的平面成锐角。

进一步的技术方案，所述的锐角为20°-70°之间。

进一步的技术方案，在所述的接触面的背侧为斜面，所述斜面与接触面分设在外导体和内导体的轴线所在的平面的两侧。

进一步的技术方案，所述斜面的倾斜角与接触面所成的锐角相等。

本发明还提供一种微波共面测试探针的制作方法，包括以下步骤：

一、选材：选取半刚性同轴电缆，半刚性同轴电缆至少包括内导体和外导体构成的双导体传输线，其中，内导体为实心铜线，外导体为铜管；

二、根据长度要求，截取电缆；

三、在电缆的一端加工一个斜面，作为接触面；

四、去除地线触头和信号线触头之间的绝缘层，形成处于中间位置的信号线触头以及相对于信号触头镜像对称的地线触头。

进一步的，步骤二中，沿与电缆中心线所在的平面成锐角或垂直切断电缆。

较佳的，步骤三中的接触面与外导体和内导体的轴线所在的平面成锐角，翻转180°，再在接触面的背面对称加工另一个斜面。

较佳的，对作为接触面的斜面进行打磨抛光，在截取的电缆的另一端安装转接器。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的是一种GSG（地-信号-地）微波共面探针，选用半刚性同轴电缆作为加工材料，探针触头与同轴电缆直接连通，可减少中间环节的加工。

该探针具有制作简单、成本低廉、维修便利、简便耐用等优点，能满足10GHz以下的微波和直流特性测试需求，可以在目前通信频段的电路测试中进行低成本应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明选用的半刚性同轴电缆的示意图；

图3是本发明一种截取方式截取的电缆；

图4是本发明另一种截取方式截取的电缆；

图5是本发明制作过程中接触面的示意图；

图中：1、转接器；2、外导体；3、内导体；4、绝缘层；5、护套；6、地线触头；7、信号线触头；8、接触面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明针对现有技术的不足，设计一种满足10GHz以下的微波和直流特性测试需求，而成本低廉、简便耐用的能用于PCB板测试的微波共面探针，可以在目前通信频段的电路测试中进行低成本应用。基于此，本发明选用半刚性同轴电缆，制作了一种简易的GSG（地-信号-地，也即地线触头-信号线触头-地线触头）微波共面探针，该探针具有制作简单、成本低廉、维修便利等优点。

本发明提供的微波共面测试探针，如图1所示，包括同轴设置的外导体2和内导体3，在外导体2和内导体3之间设有绝缘层4，外导体2的端部设有转接器1，内导体3向外延伸形成信号线触头7，外导体2向外延伸形成两个地线触头6，两个地线触头6相对于信号线触头7对称。本发明的探针触头是导体的延伸，与导体为一体结构，直接连通，能够减少中间环节的加工，并能避免传输的电磁信号的准确性。

进一步的，参见图1，两个地线触头6和一个信号线触头7的接触面8处于同一个平面。3个触头共处同一平面，探针下压时，探针触头的2个地线触头6和1个信号线触头7能同时接触对应的压焊点，避免传输的电磁信号不失真，避免电磁模畸变。

进一步的，参照图1，为便于探针安装、测试，切削时，接触面8与外导体2和内导体3的轴线所在的平面成锐角，锐角为20°-70°之间，一般都采用45°角，但不限于此。

请参照图1，为了观察方便，在接触面8的背侧为斜面，也即去掉一角，斜面与接触面8分设在外导体2和内导体3的轴线所在的平面的两侧，该斜面的倾斜角可以等于接触面的倾斜角，也可以与接触面的倾斜角不相等。

本发明还提供一种微波共面测试探针的制作方法，包括以下步骤：

一、选材

参加图2所示，同轴电缆有柔性、半刚性、刚性之分，由外到内一般包括护套、外导体也即屏蔽层、绝缘介质和内导体组成，具有频带宽、损耗低、尺寸紧凑等优点，现被广泛应用于功率传输系统中。本发明选用的半刚性同轴电缆是一种至少由内、外导体构成的双导体传输线，内导体和外导体也即屏蔽层必须同时存在，以便形成共面结构。

本发明制作的微波共面探针，触头设计为GSG（地-信号-地也即地线触头-信号线触头-地线触头）形式的共面传输结构，三个触头处于同一平面上内。其中，通过对半刚性同轴电缆进行机械加工，可将内导体制作成信号线触头，将外导体制作成2个地线触头。为保证在接触被测件时所有触头都具有适当的强度，制作材料要求选用实心半刚性同轴电缆。

半刚性同轴电缆，其外导体是金属铜管，内导体一般是实心铜导体，也有管状的，但本发明采用实心导体，内导体通过绝缘介质支撑固定在外导体上，内、外导体与绝缘介质所用的材料和尺寸决定电缆的特征阻抗。特征阻抗是表征电缆最重要的特性参数，必须与测试系统的阻抗相匹配，否则会导致测试异常。在微波测试中，最常用的是50Ω的同轴电缆，但本发明不限于此，如特性阻抗75Ω、100Ω的线缆也在此列。

微波共面探针作为一种连接过渡器件，除与被测件相连外，还需同轴转接器连接测试系统，用于输出或输入信号，所以选用电缆的另一端最好具有转接器，转接器可以是2.4mm、3.5mm、SMA（全称为small A type，是一种典型的微波高频连接器），但不限于此，具体可以根据测试系统、应用频率、测试功率等条件而定，如果选用的电缆不带有转接器，则在制备初或制备后可以再加上转接器。

同时，为保证测试时能传递足够的压力至探针触头，整根电缆还必须有一定的强度。另外，制作探针的电缆也需具有恰当的长度，以便能通过固定电缆而支撑探针，而无需为探针设计专门的夹持结构。当然，如需在特殊环境中应用，则需具体考虑，如在高低温测试中，则可酌情考虑选用温度稳定性较好的电缆。

综上，本发明制作微波共面探针，选用一端具有转接器的半刚性同轴线缆，或其他具有类似结构的同轴器件，如没有护套的半刚性同轴线缆。

二、探针触头制作

基于选材可知，本发明旨在通过加工同轴电缆，形成探针触头，从而制作出微波共面探针，因此，探针触头的制作是整个探针制作的关键。探针触头由共面的2个地线和1个信号线组成，两个地线触头对称分布于信号线触头的两侧。

一般而言，被测件与探针触头匹配的压焊点往往都处于同一高度，因此制作时，必须确保3个触头的接触面共处同一平面。3个触头只有共处同一平面，探针下压时，探针触头的2个地线和1个信号线才能同时接触对应的压焊点；否则，即使继续下压探针，触头也只会向前滑动，不能保证所有触头都与压焊点形成紧密接触，从而导致传输的电磁模畸变。

为此，制作触头时，其接触面必须同时切削，然后再用高目数的砂纸同时打磨平整。为便于探针安装、测试，切削时，接触面必须与电缆的同轴中心线形成适当的倾角，一般都采用45°倾角，但不限于此。值得一提的是，在处理触头接触面前，必须按此角度截掉足够长的电缆或着垂直于端面法线截掉部分电缆，以保证触头长度相同。

为使探针形成共面波导结构而非腔体结构，3个探针触头之间须相互分离。因此，在背对着接触面的一侧，须去除部分电缆材料，以切断线缆的外导体，形成2个关于信号线触头镜像对称的地线触头。

另外，为保证触头能形成有效接触，残留在触头附近的原电缆护套和绝缘介质材料，在任何情况下，不得先行与被测件接触。其中，较稳妥的方法，是平行于触头接触平面再去除部分护套和绝缘介质材料，具体长度依实际应用而定。

综上，本发明的基本制作步骤如下：

一、选材：选取半刚性同轴电缆，半刚性同轴电缆至少包括内导体和外导体构成的双导体传输线，其中，内导体为实心铜线，外导体为铜管；

二、根据长度要求，截取电缆；

三、在电缆的一端加工一个斜面，作为接触面；

四、去除地线触头和信号线触头之间的绝缘层，形成处于中间位置的信号线触头以及相对于信号触头镜像对称的地线触头。

步骤二中，沿与电缆中心线所在的平面成锐角或垂直切断电缆。

步骤三中的接触面与外导体和内导体的轴线所在的平面成锐角，翻转180°，再在接触面的背面对称加工另一个斜面。

对作为接触面的斜面进行打磨抛光，在截取的电缆的另一端安装转接器。

在选材时，可以选取电缆一端带有转接器，如此选材，一方面可以省略连接同轴测试系统的连接器的制作，另一方面，探针触头与同轴电缆直接连通，可减少中间环节的加工。

下面是利用本发明制作探针的一个具体实施例：

实施例选用了一根长20cm，两端带都带有3.5mm转接器的半刚性同轴电缆，制作3根微波共面探针。具体制作步骤如下：

①、在距各转接器5cm处，沿与电缆中心轴成45°角将电缆截成3段；

②、将2段带有转接头的电缆各翻转180°，再对称加工一个45°斜面；

③、将2段电缆各选定一个斜面作为接触面，用800目的砂纸打磨光滑，

至此，2个微波共面探针实施例制作完成。

进一步说明的是，PCB板（printed circuitboard）印刷电路板，简称印刷板，

进一步说明的是，微波射频器件分为无源和有源两大类，区分两者的标准是看该器件建立起的等效电路模型中是否含有电源（电压源或者电流源），若器件等效电路模型中无电源，该器件被称为无源器件。无源器件主要包括电阻，电容，电感，转换器，渐变器，匹配网络，谐振器，滤波器，混频器和开关等。无源器件是微波射频器件中重要的一类，在微波技术中占有非常重要的地位。无源器件还包括耦合器、功分器、电桥、天线等。

以上对本发明提供的技术方案进行了详细介绍，本发明中应用具体个例对本发明的实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可对本发明进行若干改进，这些改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种微波共面测试探针，包括同轴设置的外导体(2)和内导体(3)，在外导体(2)和内导体(3)之间设有绝缘层(4)，外导体(2)的端部设有转接器(1)，其特征在于，所述内导体(3)向外延伸形成信号线触头(7)，所述外导体(2)向外延伸形成两个地线触头(6)，两个地线触头(6)相对于信号线触头(7)对称；

两个地线触头(6)和一个信号线触头(7)的接触面(8)处于同一个平面；

所述接触面(8)与外导体(2)和内导体(3)的轴线所在的平面成锐角；

所述锐角为20°-70°之间；

所述接触面(8)的背侧为斜面，所述斜面与接触面(8)分设在外导体(2)和内导体(3)的轴线所在的平面的两侧。

2.根据权利要求1所述的微波共面测试探针，其特征在于，所述斜面的倾斜角与接触面(8)所成的锐角相等。

3.一种如权利要求1-2中任一权利要求所述的微波共面测试探针的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、选材：选取半刚性同轴电缆，半刚性同轴电缆至少包括内导体(3)和外导体(2)构成的双导体传输线，其中，内导体(3)为实心铜线，外导体(2)为铜管；

二、根据长度要求，截取电缆；

三、在电缆的一端加工一个斜面，作为接触面(8)；

四、去除地线触头(6)和信号线触头(7)之间的绝缘层(4)，形成处于中间位置的信号线触头(7)以及相对于信号触头镜像对称的地线触头(6)。

4.如权利要求3所述的微波共面测试探针的制作方法，其特征在于，步骤二中，沿与电缆中心线所在的平面成锐角或垂直切断电缆。

5.如权利要求3所述的微波共面测试探针的制作方法，其特征在于，步骤三中的接触面(8)与外导体(2)和内导体(3)的轴线所在的平面成锐角，翻转180°，再在接触面(8)的背面对称加工另一个斜面。

6.如权利要求3所述的微波共面测试探针的制作方法，其特征在于，对作为接触面(8)的斜面进行打磨抛光，在截取的电缆的另一端安装转接器(1)。