CN113176427A - 一种射频桥接探针 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种射频桥接探针，包括：微波传输结构以及分别对称连接于所述微波传输结构两端的两个探针组件；两个所述探针组件分别连接微带传输线；所述微波传输结构包括信号通道、屏蔽层以及中间介质；所述探针组件包括一第一探针和一第二探针；所述第一探针与所述微波传输结构的信号通道连接，所述第二探针与所述微波传输结构的屏蔽层连接。射频桥接探针，可用于连接两侧的微带传输线或共面波导结构，其极限带宽可以保证DC‑hGHz信号传输的完整性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术，特别涉及一种可适用于传输皮秒量级电脉冲的微带传输线之间的连接的射频桥接探针。
背景技术
随着半导体技术的日新月异，研究人员越来越需要探究更小时间尺度的相关特性，国家战略也充分聚焦超快科学的研究。例如MOS晶体管中栅叠层与沟道界面缺陷捕获释放载流子的时间可达十皮秒量级。又如，在垂直各向异性的磁性薄膜样品或亚铁磁、反铁磁、人工反铁磁体系中，磁矩的翻转行为的表征需要在亚纳秒甚至数皮秒尺度下进行。美国学者首先将十皮秒量级电脉冲应用于磁学样品的测试。为保证信号完整，此类超快电脉冲需要通过同轴线、微带传输线、共面波导(CPW)等微波传输线进行传输。一般地，微带传输线由介质平面上两条或三条平行金属导带构成，即“地-信号”(GS)、“地-信号-地”(GSG)结构，CPW是微带传输线的一种，下面统称微带传输线。在某些测试系统中，通常要使各种分离的微波传输线建立连接，如“同轴-微带传输线”、“微带传输线1-微带传输线2”等。对于“同轴-微带传输线”，可使用GSG、SG或GS结构的射频探针进行射频桥接，使微带传输线上的信号出入测试源表。对于“微带传输线1-微带传输线2”，也有其它射频桥接方式，实现微带传输线1与微带传输线2之间的电气连接与分离。现有射频桥接方式，通常有“微带传输线1-贴片装置-微带传输线2”、“微带传输线1-探针1-微波传输结构-探针2-微带传输线2”等。然而，现有的射频桥接方式并不适合皮秒量级电脉冲传输，有的触点贴合不牢导致接触不可靠，有的因为传输距离太远损耗太大，多数达不到千兆赫兹量级的极限带宽。此外，现有射频桥接方式尺寸太大，无法用于数十微米量级宽度的微带传输线之间连接。
发明内容
本申请提供一种射频桥接探针，可适用于传输皮秒量级电脉冲的微带传输线之间的连接。所述射频桥接探针包括：
微波传输结构以及分别对称连接于所述微波传输结构两端的两个探针组件；两个所述探针组件分别连接微带传输线；
所述微波传输结构包括信号通道、屏蔽层以及中间介质；
所述探针组件包括一第一探针和一第二探针；
所述第一探针与所述微波传输结构的信号通道连接，所述第二探针与所述微波传输结构的屏蔽层连接。
在一实施例中，所述微波传输结构的信号通道和屏蔽层的材质为铜或黄铜；所述信号通道与屏蔽层表面镀金或镀镍。
在一实施例中，所述微波传输结构的中间介质为聚氯四氟乙烯。
在一实施例中，所述第一探针和所述第二探针的材料为铍铜或钨。
在一实施例中，所述微波传输结构的屏蔽层上设置有控制臂连接结构。
在一实施例中，所述探针组件还包括一第三探针，所述第三探针与所述微波传输结构的屏蔽层连接；
所述第二探针和第三探针分别位于所述第一探针两侧。
在一实施例中，每个探针组件的探针针尖高度相同；
在一实施例中，第一探针组件的探针与第二探针组件的探针与微带传输线连接的一端高度不同。
在一实施例中，各探针组件上的探针均为片状结构，探针针尖弯折与水平面平行。
在一实施例中，所述射频探针的特征阻抗为50欧姆。
本发明针对现有技术的不足，设计了一种射频桥接探针(bridge RF probe)，可用于连接两侧的微带传输线或共面波导(CPW)结构，其极限带宽可以保证hGHz量级高频信号分量传输的完整性。该射频桥接探针可支持DC～hGHz量级的电信号传输，实现数皮秒脉宽的电脉冲信号进行较低损耗传输，还可用于常规尺寸及更小尺寸甚至数十微米内的微带传输线连接。除磁动力学测试系统外，本发明还能用于其它类似的射频桥接场景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1至图3为本申请提供的射频桥接探针的三视图。
图4为射频桥接探针的微波传输结构的示意图。
图5至图7为射频桥接探针的探针组件的三视图。
图8为射频桥接探针的探针组件与微波传输结构的连接示意图。
图9为射频桥接探针连接微带传输线的示意图。
图10为射频桥接探针的另一种示意图。
图11为射频桥接探针的另一种示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1至图7为本申请提供的射频桥接探针的结构示意图。其中，图1至图3分别为本申请提供的射频桥接探针的主视图、侧视图和俯视图。如图1至图3所示，该射频桥接探针包括微波传输结构1以及两个探针组件2，所述两个探针组件2分别对称设置于所述微波传输结构1的两侧。图4为所述微波传输结构1的结构示意图，该微波传输结构1包括信号通道11、屏蔽层12以及中间介质13。图5至图7分别为所述探针组件2的主视图、侧视图和俯视图，探针组件2包括第一探针21，第二探针22，以及第三探针23。
由图2至图3可知，所述第一探针21与微波传输结构1的信号通道11连接，第二探针22和第三探针23分别与所述微波传输结构1的屏蔽层12连接，且第二探针22和第三探针23分别位于第一探针21的两侧。同一探针组件上的第一探针21，第二探针22，以及第三探针23的针尖高度相同，两个探针组件的针尖也可设置为同一高度。
为了增加探针针尖与微带传输线的接触面积以及便于所述射频桥接探针和微带传输线的连接，第一探针21，第二探针22，以及第三探针23设置为片状结构，且探针针尖的一部分可弯折至与水平面平行，使探针针尖弯折的部分可与微带传输线更加贴合。
各探针与微波传输结构的连接方式可参见图8，第一探针21第一端扎入微波传输结构1的信号通道11后进行焊接固定。图8仅以第一探针21作为示例进行说明，第二探针22和第三探针23与微波传输结构1的屏蔽层12的连接方式类似。此外，各探针与微波传输结构的信号通道和屏蔽层可通过凹凸设计增加接触面积，提高焊接连接强度，分摊受力，降低局部应力。其中，焊接材料可以用钛、金、银、铜、锡等导电性高金属或者金属合金。
如图9所示，本申请的射频桥接探针适用于两组微带传输线3和3’之间的连接。微带传输线3(3’)包括高频信号传输线31(31’)以及地信号传输线32(32’)和33(33’)。所述射频桥接探针的探针组件2与微带传输线的连接方式为：探针组件2的第一探针21与微带传输线3的高频信号传输线31(31’)连接，探针组件2的第二探针22和第三探针23分别与微带传输线3(3’)的地信号传输线32(32’)和33(33’)连接。
当微带传输线上有信号传输时，高频信号从微带传输线3的高频信号传输线31传输至与之连接的探针组件1的第一探针21，随后经微波传输结构1的信号通道11以及射频桥接探针另一端的探针组件1的第一探针21，到达微带传输线3’的高频信号传输线31’；地信号则从微带传输线3的地信号传输线32和33分别传输至与之连接的探针组件1的第二探针22和第三探针23，随后经微波传输结构1的屏蔽层12以及射频桥接探针另一端的探针组件1的第二探针22和第三探针23，到达微带传输线3’的地信号传输线32’和33’。
本申请的射频桥接探针面向hGHz范畴，即可传输的高频信号频率范围在100GHz～1000GHz之间。因此，微波传输结构1的信号通道11和屏蔽层12、探针组件2的各探针需使用具有较高的介电常数(如介电常数大于2)的材料，且需满足宽频率范围(DC～hGHz)内其相对介电常数和介质损耗q数是基本恒定的。另外，该材料同样需具有耐高低温、耐腐蚀的特性。
微波传输结构1的信号通道11和屏蔽层12通常为具有高导电性且价格适宜的金属或者金属合金，例如铜、黄铜等铜合金、铝以及铝合金等，且其表面通常镀金以增强导电性或者镀以镍增强屏蔽层强度。本领域技术人员应该明白，本示例给出的几种可制作信号通道和屏蔽层的材料仅用以对本申请进行说明，而非用以限定本申请。
探针通常为具有高弹性、高导电率、耐磨损、耐腐蚀、抗疲劳等特性的金属或者金属合金，如铍铜或者钨等。本领域技术人员应该明白，本示例给出的几种可制作探针的材料仅用以对本申请进行说明，而非用以限定本申请。
微波传输结构1的中间介质13采用介电常数较高(如介电常数大于2)的材料，以实现低损传输，同时需耐磨损、耐腐蚀、耐高低温以及具备一定的刚性。中间介质13常用的材料为聚氯四氟乙烯或物理发泡聚乙烯，还可以是具备中间介质13所需的特性的其他材料，本申请不以此为限。
以上实施例以GSG结构(包含两个传输地信号的探针和一个传输高频信号的探针)的射频桥接探针为例进行说明。如图10所示，本申请的射频桥接探针结构还可以是SG结构或GS结构(包含一个传输地信号的探针和一个传输高频信号的探针)，根据实际的应用场景可以使用不同结构的射频桥接探针。可以理解的是，无论是GSG结构、SG结构还是GS结构，传输高频信号的探针必然与微波传输结构的信号通道连接，传输地信号的探针必然与微波传输结构的屏蔽层连接。
实际情况中，由于射频桥接探针两侧连接的微带传输线空间高度难以做到完全一致，为了适应这一应用场景，在一实施例中，可以将射频桥接探针两端的两个探针组件的针尖设置为不同的高度。如图11所示，连接于微波传输结构1两端的两个探针组件2的针尖高度在自然悬空放置时相差高度d。当应用于连接空间高度不同的两组微带传输线的场景时，针尖高度较高的探针组件与空间高度较低的微带传输线连接，针尖高度较低的探针组件与空间高度较高的微带传输线连接，便于操作，达到了更好的连接效果。
本申请的射频桥接探针用于连接两组微带传输线，通常，微带传输线中的高频信号传输线的宽度在1～200um之间，高频信号传输线与地信号传输线之间的间距在1～200um之间，因此，射频桥接探针的探针组件与微带传输线连接的一端的尺寸应与微带传输线的尺寸保持兼容性。同时，射频桥接探针的探针组件与微波传输结构连接的一端的尺寸也应与微波传输结构的尺寸保持兼容性。
另外，影响射频桥接探针的尺寸的因素还有特征阻抗。信号传输时中使用的微带传输线、高频设备(如微波发生器、频谱仪等)的特征阻抗为50欧姆，因此，为了提高信号传输效率，降低驻波比，射频桥接探针的特征阻抗也应为50欧姆。而射频桥接探针的特征阻抗与探针组件的宽度、厚度、探针组件中传输高频信号的探针与传输地信号的探针之间的间距等因素有关。因此，在设计射频桥接探针的尺寸时，因综合考虑多个因素，既要满足各个连接器件之间的尺寸兼容性，也使射频桥接探针的特征阻抗为50欧姆。
在另一实施例中，为了便于调整所述射频桥接探针的位置，在射频桥接探针微波传输结构的屏蔽层上可设置一通用的控制臂连接结构。在实际使用时，可通过控制臂方便地移动射频桥接探针。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种射频桥接探针，其特征在于，包括：微波传输结构以及分别对称连接于所述微波传输结构两端的两个探针组件；所述两个探针组件分别连接微带传输线；
所述微波传输结构包括信号通道、屏蔽层以及中间介质；
所述探针组件包括一第一探针和一第二探针；
所述第一探针与所述微波传输结构的信号通道连接，所述第二探针与所述微波传输结构的屏蔽层连接。
2.根据权利要求1所述的射频桥接探针，其特征在于：
所述微波传输结构的信号通道和屏蔽层的材质为铜或黄铜；
所述信号通道与屏蔽层表面镀金或镀镍。
3.根据权利要求2所述的射频桥接探针，其特征在于，所述微波传输结构的中间介质为聚氯四氟乙烯。
4.根据权利要求3所述的射频桥接探针，其特征在于，所述第一探针和所述第二探针的材料为铍铜或钨。
5.根据权利要求4所述的射频桥接探针，其特征在于，所述微波传输结构的屏蔽层上设置有控制臂连接结构。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的射频桥接探针，其特征在于，所述探针组件还包括一第三探针，所述第三探针与所述微波传输结构的屏蔽层连接；
所述第二探针和第三探针分别位于所述第一探针两侧。
7.根据权利要求6所述的射频桥接探针，其特征在于，每个探针组件的探针针尖高度相同。
8.根据权利要求7所述的射频桥接探针，其特征在于，第一探针组件的探针与第二探针组件的探针与微带传输线连接的一端高度不同。
9.根据权利要求8所述的射频桥接探针，其特征在于，各探针组件上的探针均为片状结构，探针针尖弯折与水平面平行。
10.根据权利要求9所述的射频桥接探针，其特征在于，所述射频探针的特征阻抗为50欧姆。
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