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