CN110108907A - 一种bga封装产品射频性能测试夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种BGA封装产品射频性能测试夹具，包括测试夹具底板、加压机构、定位机构、测试母板和弹性膜片；加压机构设置在测试夹具底板上，测试母板设置于测试夹具底板与加压机构之间，弹性膜片置于测试母板的BGA焊盘侧，定位机构安装在测试母板与加压机构之间，在加压机构对待测BGA封装产品加压到一定程度后，弹性膜片的受压点位两侧导通，使得BGA球与测试母板BGA焊盘接触导通，进而实现射频传输的目的；测试母板导出其所接收到的参数。本发明装置可以实现毫米波频段BGA封装产品的毫米波传输性能的测试功能，扩展了射频BGA封装产品的频率测试范围至40GHz以上，测试效率提升50％以上，互连结构返修更换效率提高2倍以上。

Description

一种BGA封装产品射频性能测试夹具

技术领域

本发明涉及微波毫米波组件及器件测试领域，尤其是一种BGA封装产品射频性能测试夹具。

背景技术

在射频产品测试中，随着小型化BGA封装射频产品的实现，需要对各种封装的BGA封装射频产品进行射频性能的测试。BGA封装产品射频性能测试夹具的关键在于BGA球与夹具的射频互连设计，目前常见的互连方法主要有：（1）弹性探针连接形式（图1所示），利用阵列排布探针实现各BGA球与测试夹具母板间的连通，这种连接形式的射频传输路径较长（探针尺寸较长），引入的测试插损也较大，一般用于10GHz以内射频测试或数字类BGA封装产品测试，且其安装难度较大。（2）铆纽扣连接形式（图2所示），这种方法可以完成25GHz以下射频信号的测试，但其装配及返修更换非常复杂，且其插损较大（单个连接结构插损约1dB@18GHz）。（3）弹片连接测试，此方法适用于数字信号和10GHz以内的射频信号传输测试，对更高频率的射频信号的性能测试效果较差。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种对BGA封装产品的射频性能进行测试的装置和方法，以解决射频BGA封装产品毫米波频段射频性能的精确测试问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种BGA封装产品射频性能测试夹具，包括测试夹具底板、加压机构、定位机构、测试母板和弹性膜片；加压机构设置在测试夹具底板上，测试母板设置于测试夹具底板与加压机构之间，弹性膜片置于测试母板的BGA焊盘侧，定位机构安装在测试母板与加压机构之间，用于对待测BGA封装产品的放置位置进行限位，以确保BGA球与测试母板BGA焊盘间的对位；在加压机构对待测BGA封装产品未加压状态下，BGA封装产品的BGA球、弹性膜片、测试母板BGA焊盘间存在间隙，无法导通，在加压机构对待测BGA封装产品加压到一定程度后，弹性膜片的受压点位两侧导通，使得BGA球与测试母板BGA焊盘接触导通，进而实现射频传输的目的；测试母板导出其所接收到的参数。

上述装置，将膜片放置在测试母板暴露面，将待测BGA封装产品放置在定位机构之中，置于膜片表面，通过加压机构对BGA封装产品加压，使BGA球压缩弹性膜片，进而导通弹性膜片两侧，由于定位机构的限位作用，BGA球对侧（相对于膜片）为测试母板的BGA焊盘，这样就使BGA球与对侧的BGA焊盘导通，实现射频传输。在上述方案中，装置结构简单，弹性膜片与待测BGA封装产品、测试母板间，均不需要精确的对位，只需将膜片置于测试母板之上即可，膜片安装和更换更加快捷；同时，因设置有定位机构，则可快速完成BGA球与母板BGA焊盘间的对位，提高了安装效率，并且还可以确保在测试过程中BGA封装产品在水平方向不发生位移；再有，因弹性膜片厚度小，所引入的插入损耗非常低，能够更加精确地实现对产品的测试，完成对更高频率的射频性能测试；此外，弹性膜片不会对BGA球产生磨损，使得射频性能测试结果更加精确；用于导通射频的膜片很薄，引入插损非常小，可以使得装置对很高频率（高达40GHz）的射频信号也能精确测试。

进一步的，上述加压机构包括加压板、紧固机构和引导机构，紧固机构和引导机构均设置于测试夹具底板上，引导机构沿加压机构对BGA封装产品加压方向设置，紧固机构用于对加压板沿引导机构设置方向加压或减压。

引导机构的设置，可以保持加压板与待测件间的相对平行，使得加压板对待测BGA封装产品的加压更加均匀，不会造成产品受力不均而产生损坏的现象。

进一步的，加压板中部开有通孔。这样，在加压过程中，使用者可以观察到待测件的状态，包括加压板与待测件的接触状态，待测件的受力状态、形变情况等，以便于使用者对测试过程的控制。同时由于加压板中部通孔的存在，在加压测试阶段无需多余装置和操作即可对被测BGA封装产品（需去除盖板）的故障、问题等进行定位和排除，通孔的存在使得去除盖板的BGA封装产品内部处于外部可视和可操作的空间。

进一步的，引导机构由至少一根柱状导向销构成，每一根导向销均垂直于底板，加压板对应于各导向销的位置，开设有对应于相应导向销尺寸的通孔。

将引导机构设置为导向销结构，一方面，可以对加压板的移动方向进行引导和限定，另一方面，可以辅助加压板的安装对位，快速完成对加压板的安装设置。

进一步的，紧固机构由至少两对螺杆和螺母组成，螺杆均垂直于测试夹具底板设置，且至少两个螺杆相对于测试母板成对角或对侧设置，加压板对应于各螺杆的位置，开有相应尺寸的螺纹孔。

采用螺杆和螺母配合作为紧固机构为BGA封装产品加压，一方面，结构简单，成本低，可以有效利用加压板自身的重力，使加压板在初始状态就自然保持水平，便于螺母（加压部件）的初始位置确定，另一方面，可以使加压过程在人为控制范围之内，便于调节压力变化范围。成对角或对侧设置，可以使BGA封装产品受力更均匀。

进一步的，在加压机构和测试夹具底板之间，还安装有若干限位垫片。设置限位垫片可以对加压机构输出的压力上限进行限制，防止压力过大损坏BGA封装产品或膜片。

进一步的，至少一个限位垫片的外侧设置有凸缘。在限位垫片外侧设置凸缘，可以方便放置和更换限位垫片。

进一步的，在测试夹具底板上设置有至少一对梢钉，定位机构上对应于梢钉的位置，开设有对应尺寸的开孔。

根据两点，可以唯一确定定位机构的位置，进而快速完成对定位机构的安装对位，快速完成对定位机构的安装。

进一步的，在测试夹具底板上，还设置有若干低频接口，各低频接口均用于连接测试母板对应的BGA焊盘，在加压测试阶段，通过弹性膜片与BGA封装产品对应的BGA球导通，以给BGA封装产品发送电信号。

通过低频接口的预设，可以不用额外布线（飞线），实现控制信号和电力的输入。电连接稳定，线路不会错接，外部整洁、简单。

进一步的，在底板的四周或表面上，设置有若干毫米波接口，用以外接测试仪器，每一接口与测试母板相应BGA焊盘互连。

通过预设毫米波接口，可以直接引出产品的射频参数，便于测试。同时，线路连接稳定（具备一一对应关系），线路不会错接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明测试夹具通过简单结构，可以实现毫米波频段BGA封装产品的毫米波传输性能的测试功能，扩展了射频BGA封装产品的频率测试范围至40GHz以上，频率测试范围扩展至现有技术的1.6倍以上。

2、本发明测试夹具所设置的定位机构、引导机构等，可以使得装置安装更加快捷，对位更加精准。与现有测试技术相比，在测试效率、返修更换效率上有非常大的提升，膜片更换无需精确定位，测试效率提升50％以上，互连结构返修更换效率提高2倍以上。

3、本发明测试夹具无电力需求（测试时为对产品加电），使用环境更多样化，结构简洁，便于拆卸和携带。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是弹性探针。

图2是铆纽扣。

图3是测试夹具底板的一个实施例。

图4是测试夹具的一个实施例。、

图5是测试夹具的侧视图。

图6和7分别是是弹性膜片未被压缩和被压缩的状态图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

一种BGA封装产品射频性能测试夹具，该测试夹具包括测试夹具底板、加压机构、定位机构、测试母板和弹性膜片，加压机构、定位机构、测试母板和弹性膜片均设置于测试夹具底板的同一侧；加压机构设置在测试夹具底板上，用于为待测BGA封装产品加压，测试母板设置于测试夹具底板与加压机构之间，弹性膜片置于测试母板的BGA焊盘侧；如图6所示，在加压机构对待测BGA封装产品未加压状态下，BGA封装产品的BGA球、弹性膜片、测试母板BGA焊盘间存在间隙，无法导通，在加压机构对待测BGA封装产品加压到一定程度后，如图7所示，弹性膜片在压缩状态下，受压点位两侧（即BGA球接触点和对侧的、对应于BGA焊盘的点位）导通，使得BGA球与测试母板BGA焊盘接触导通，进而实现射频传输的目的；定位机构安装在测试母板与加压机构之间，在测试时，BGA封装产品置于定位机构之中，实现对待测BGA封装产品放置位置的限位，以确保BGA球与测试母板BGA焊盘间的对位。

上述弹性膜片在一个实施例中，生产工艺如下：

（1）将金属丝进行表面镀涂处理，获得具有镀层保护的导电金属丝；

（2）将金属丝与纤维丝（绝缘，如涤纶）进行经纬向混合编织，获得二维单向导电丝网；

（3）将丝网与绝缘介质（液态或半固化薄片，如橡胶或树脂）按照间隔整理，并用夹具进行预固定，整理过程中保持金属丝方向一致；

（4）对叠层结构进行加热加压，使金属丝与绝缘介质紧密粘合，获得单向导电块材；

（5）垂直于金属丝方向（或与金属丝方向成非垂直角度）将块材切割成厚度均匀的薄片；薄片厚度通常取0.1-0.5mm之间，当然，也可以为其它厚度；

（6）抛光薄片暴露出的金属丝末端；

（7）将薄片表面进行物理或化学处理，消除绝缘介质表面的粘附性；

（8）再次进行表面镀涂处理（如镀镍金），即可获得用于微波集成电路测试的各向异性弹性导电膜片。

上述步骤（6）后的处理，可以使得物体仅在接触膜片表面时，不与金属丝导通，在对表面施加一定压力后，才会与金属丝导通。使得膜片在DC-40GHz频率范围内插损无突变，扣除被测件内部垂直过渡及带状线传输插损，单个弹性互连插损小于1dB@40GHz。

在另一个实施例中，膜片中间设置一张基板，在BGA球对应位置打通孔，通过在孔中填充固化后具有弹性导电功能的导电胶，通孔内填充的导电胶在基板两侧高于基板平面200um左右，形成弹性导电凸台，这样就可以在加压后实现BGA封装产品BGA球的射频导通。

本发明中的弹性膜片，还可以采用现有的各向异性弹性导电膜片，本发明主要在于对各向异性弹性导电膜片在射频测试中的应用。

在一个实施例中，定位机构为一中空的金属框，待测BGA封装产品置入中空位置后，各BGA球分别与测试母板对应的BGA焊盘完成对位。

上述加压机构包括加压板、紧固机构和引导机构；加压板用于与BGA封装产品接触（直接或间接），紧固机构和引导机构均设置于测试夹具底板上，引导机构沿加压机构对BGA封装产品加压方向设置，以引导加压板的运动方向，紧固机构用于对加压板沿引导机构设置方向加压或减压。在一个实施例中，加压板中部开有通孔，形成加压框，以使得使用者可以从顶部观看到BGA封装产品（的位置和状态）。紧固机构由至少两对螺杆和螺母组成（一个螺杆和一个螺母组成一对），螺杆均垂直于测试夹具底板设置，且至少两个螺杆相对于测试母板成对角设置，螺母选用蝶形螺母，以便于操作；加压板对应于各螺杆的位置，开有相应尺寸的螺纹孔。引导机构由至少一根柱状导向销构成，每一根导向销均垂直于底板，加压板对应于各导向销的位置，开设有对应于相应导向销尺寸的通孔。在一个实施例中，导向销为一对或两对，优选每一对导向销均相对于测试母板成对角设置。

为了避免加压机构对BGA封装产品加压过度，损坏弹性膜片，在加压机构和测试夹具底板之间，还安装有若干限位垫片，用于对加压机构的加压位置进行限定。在一个实施例中，限位垫片至少为一对，安装于定位机构或底板表面，安装位置为测试母板的两对侧。每一限位垫片的外侧还设置有凸缘，以便于放置和更换限位垫片。

在测试夹具底板上，还设置有若干低频接口，以用于给BGA封装产品发送电信号（控制或供电）。在一个实施例中，低频接口为4个（X1-X4），分别安装在底板表面的四角。每一个低频接口包含若干探针，每一探针分别连接到测试母版对应的BGA焊盘，在加压测试阶段，弹性膜片两侧导通，则低频接口就实现了与BGA封装产品对应的BGA球（控制端或其它焊点）的导通，以实现向BGA封装产品发送电信号的功能。

在底板的四周或表面上，设置有若干毫米波接口，用以外接测试仪器，每一接口与测试母板相应BGA焊盘互连，以从毫米波接口导出BGA焊盘所对应的BGA端口的射频参数。在一个实施例中，底板设置有24个毫米波接口，每一接口均安装在底板的四周上；每一接口通过微带-同轴过渡或微带-带状线搭接过渡等方式实现与射频母板中带状线间的过渡，再通过仿真实现带状线与BGA焊盘间的射频过渡。

为对定位框的安装快速定位，在底板上还设置有至少一对梢钉。每一对优选相对于测试母板的对侧或对角设置；定位框上对应于梢钉的位置，开设有对应尺寸和形状的通孔或凹槽。

实施例二

一种BGA封装产品射频性能测试夹具，如图3-5所示，包括测试夹具底板、加压机构、定位机构、测试母板、弹性膜片和限位垫片。

弹性膜片制造工艺如下：

（1）将金属丝进行表面镀金，获得具有镀层保护的导电金属丝；

（2）将金属丝与纤维丝（绝缘，如涤纶）进行经纬向混合编织，获得二维单向导电丝网；

（3）将丝网与硅胶片按照间隔整理出若干层，并用夹具进行预固定，整理过程中保持金属丝方向一致；

（4）对叠层结构进行加热加压，使金属丝与绝缘介质紧密粘合，获得单向导电块材；

（5）垂直于金属丝方向（或与金属丝方向成非垂直角度）将块材切割成厚度为0.25mm的薄片；

（6）抛光薄片暴露出的金属丝末端；

（7）将薄片表面进行硫化处理；

（8）再次进行表面镀涂镍金。

定位机构为中空金属框，通过螺钉固定在底板上。在底板上设置有一对或两对梢钉，均垂直于底板，在定位框上对应于每一梢钉处，开设有相应尺寸的通孔，安装定位框时，通过将每一通孔对准梢钉，再通过螺钉固定定位框。每一对梢钉均设置在定位框中空处的对侧或对角。定位框的中空位置用于快速放置BGA封装产品。

加压机构包括加压板、紧固机构和引导机构。所谓紧固机构，为四对螺杆和蝶形螺母，每一对螺杆相对定位框中空位置的对侧或对角设置。所谓引导机构，为一对或两对导向销，每一对均相对定位框中空位置的对侧或对角设置。在加压板上，相对于每一处螺杆和导向销的位置，开设有对应尺寸的通孔。螺杆和导向销，均用于固定在底板或定位框上，可以为一体连接，也可以是可拆卸连接。如图3所示，为将导向销和梢钉固定在底板上设置的一个实施例。

限位垫片为一对，分别设置在定位框中空位置的两侧，相互平行设置，通过螺钉固定在定位框上。在每一个限位垫片外侧，设置有凸缘，使得从侧面观看，每一处限位垫片均成‘L’形，两凸缘内边缘间距与加压板宽度相应。

在底板四角，设置有4个低频接口，每一个低频接口通过探针布线连接到测试母版对应的BGA焊盘，以在弹性膜片受压导通后，向BGA封装产品的BGA球供电或发送控制信号。在底板四周，设置有若干2.92mm的毫米波接头，每一个接头通过20mm微带-带状线搭接过渡等方式实现与射频母板中带状线间的过渡，再通过仿真实现带状线与BGA焊盘间的射频过渡。

本文中所述相对于测试母板相对设置，是指测试母板与产品相对的位置，即定位框中空的位置。

实施例三

本实施例公开了一种BGA封装产品射频性能测试夹具，包括如下步骤：

A．依次安装定位机构、限位垫片和加压机构；

B．将待测BGA封装产品置于定位机构中；

C．向加压方向调节加压机构直至弹性膜片射频导通；

D．开始测试。

在测试结束后，向减压方向调节加压机构，再取出产品。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种BGA封装产品射频性能测试夹具，其特征在于，所述装置包括测试夹具底板、加压机构、定位机构、测试母板和弹性膜片；所述加压机构设置在测试夹具底板上，所述测试母板设置于测试夹具底板与加压机构之间，弹性膜片置于测试母板的BGA焊盘侧，定位机构安装在测试母板与加压机构之间，用于对待测BGA封装产品的放置位置进行限位，以确保BGA球与测试母板BGA焊盘间的对位；在加压机构对待测BGA封装产品未加压状态下，BGA封装产品的BGA球、弹性膜片、测试母板BGA焊盘间存在间隙，无法导通，在加压机构对待测BGA封装产品加压到一定程度后，弹性膜片的受压点位两侧导通，使得BGA球与测试母板BGA焊盘接触导通，进而实现射频传输的目的；测试母板导出其所接收到的参数。

2.如权利要求1所述的测试夹具，其特征在于，所述加压机构包括加压板、紧固机构和引导机构，紧固机构和引导机构均设置于测试夹具底板上，引导机构沿加压机构对BGA封装产品加压方向设置，紧固机构用于对加压板沿引导机构设置方向加压或减压。

3.如权利要求2所述的测试夹具，其特征在于，所述加压板中部开有通孔。

4.如权利要求2所述的测试夹具，其特征在于，所述引导机构由至少一根柱状导向销构成，每一根导向销均垂直于底板，加压板对应于各导向销的位置，开设有对应于相应导向销尺寸的通孔。

5.如权利要求2所述的测试夹具，其特征在于，所述紧固机构由至少两对螺杆和螺母组成，螺杆均垂直于测试夹具底板设置，且至少两个螺杆相对于测试母板成对角或对侧设置，加压板对应于各螺杆的位置，开有相应尺寸的螺纹孔。

6.如权利要求1所述的测试夹具，其特征在于，在加压机构和测试夹具底板之间，还安装有若干限位垫片。

7.如权利要求6所述的测试夹具，其特征在于，至少一个限位垫片的外侧设置有凸缘。

8.如权利要求1所述的测试夹具，其特征在于，在测试夹具底板上设置有至少一对梢钉，定位机构上对应于梢钉的位置，开设有对应尺寸的开孔。

9.如权利要求1所述的测试夹具，其特征在于，在测试夹具底板上，还设置有若干低频接口，各低频接口均用于连接测试母板对应的BGA焊盘，在加压测试阶段，通过弹性膜片与BGA封装产品对应的BGA球导通，以给BGA封装产品发送电信号。

10.如权利要求1所述的测试夹具，其特征在于，在底板的四周或表面上，设置有若干毫米波接口，用以外接测试仪器，每一接口与测试母板相应BGA焊盘互连。