ES2214335T3 - Punta de medida para la medicion de altas frecuencias. - Google Patents

Abstract

Punta (100, 200, 300) de medida para la medición de alta frecuencia, con un extremo (20) por el lado del contacto para contactar estructuras planares, y un extremo (18) por el lado de un cable coaxial, para la unión con un cable (22) coaxial, estando dispuesta una estructura (10) coplanaria de los conductores con al menos dos conductores (12, 14), entre el extremo (20) por el lado del contacto, y el extremo (18) por el lado del cable coaxial, estando dispuesto en la estructura (10) coplanaria de los conductores, un dieléctrico (28) que sujeta la estructura (10) coplanaria de los conductores, caracterizada porque el dieléctrico (28) está dispuesto en la estructura (10) coplanaria de los conductores, en un sector central entre, y distanciado en la dirección de propagación de, el extremo (18) por el lado del cable coaxial y el extremo (20) por el lado del contacto, al menos por un lado, en especial por los dos lados, de tal manera que entre el dieléctrico (28) y el extremo (20) por el lado delcontacto, cada conductor (12, 14) de la estructura (10) coplanaria de los conductores, esté configurado elástica e individualmente libre en el espacio y con respecto al dieléctrico (28) portador, estando configurado un entrehierro (16) entre cada dos conductores (12, 14) de la estructura (10) coplanaria de los conductores, desde el extremo (18) por el lado del cable coaxial hasta el extremo (20) por el lado del contacto, de tal manera que se produce una impedancia intrínseca constante desde el extremo (18) por el lado del cable coaxial hasta el extremo (20) por el lado del contacto.

Description

Punta de medida para la medición de altas frecuencias.

La invención se refiere a una punta de medida para la medición de alta frecuencia, según el preámbulo de la reivindicación 1.

Para la comprobación de, por ejemplo, circuitos electrónicos preparados sobre plaquitas, en cuanto a su capacidad funcional y a sus características eléctricas, se utilizan corrientemente puntas de medida, que se apoyan mecánicamente sobre los correspondientes puntos de contacto del circuito electrónico a comprobar. Tales circuitos electrónicos a comprobar, generan o procesan también crecientemente señales de alta frecuencia, de manera que se produce para la punta de medida una impedancia que merece la correspondiente atención. Con otras palabras, la punta de medida tiene que presentar una impedancia adaptada al contacto con el circuito eléctrico a comprobar, puesto que si no, en caso de malas adaptaciones, como se conoce en general, se producen las correspondientes reflexiones que influyen en un resultado de la medida en forma no deseada, o incluso hacen imposible una medición. Tampoco a través de la propia punta de medida debería de producirse ninguna variación de la impedancia, puesto que tales saltos de impedancia, generan los correspondientes puntos reflectantes.

Así, por el documento US 4 697 143 se conoce una punta de medida que para la obtención de una impedancia constante de un cable de medida respecto a un punto de contacto, presenta una estructura coplanaria de los conductores, estando distanciados uno de otro un conductor de señales y un conductor de masa, de tal manera que se produce una deseada impedancia constante. No obstante, esta disposición tiene el inconveniente de que, a causa de la utilización de un sustrato de óxido de aluminio, es necesario un apantallamiento costoso para impedir modos de orden superior. Además, esta punta de medida es complicada, de fabricación aparatosa y de coste intensivo. Puesto que a causa de las correspondientes tolerancias, no todas las puntas de medida cumplen los parámetros predefinidos, se produce una alta inutilidad en la producción, lo cual encarece adicionalmente esta punta de medida. Además, por la disposición globalmente rígida de la estructura coplanaria de los conductores con en especial tres o más conductores, se produce un problema de empalme, puesto que a causa de las correspondientes tolerancias de la punta de medida, de los puntos de contacto y de la orientación mecánica de la punta de medida, para las dimensiones presentes en plaquitas, mecánicamente es casi imposible que al apoyar la punta de medida sobre los puntos de contacto, todos los conductores de la estructura coplanaria de los conductores de la punta de medida, estén exactamente situados en el plano de los puntos de contacto. Por consiguiente, algunos conductores hacen contacto mejor en sus respectivos puntos de contacto, y otros, peor, o en su caso, no lo hacen en absoluto.

Por el documento US 4 894 612 se conoce una punta de medida en la que está dispuesto un dieléctrico a todo lo largo de una estructura coplanaria de conductores. Además, se hace pública una punta de medida con líneas de bandas paralelas, levantándose elásticamente los extremos de las líneas de bandas paralelas, de un substrato portador.

La misión de la invención se basa en poner a disposición una punta mejorada de medida del tipo arriba citado, consiguiendo una producción en serie sencilla y barata, para simultáneamente una buena calidad de contacto.

Esta misión se resuelve mediante una punta de medida del tipo arriba citado con las notas características significativas en la reivindicación 1. Acondicionamientos ventajosos de la invención, se indican en las respectivas reivindicaciones secundarias.

En una punta de medida del tipo arriba citado, está previsto según la invención que el dieléctrico esté dispuesto en la estructura coplanaria de los conductores, en un sector central entre, y distanciado en la dirección de propagación de, el extremo por el lado del cable coaxial y el extremo por el lado del contacto, al menos por un lado, en especial por los dos lados, de tal manera que entre el dieléctrico y el extremo por el lado del contacto, cada conductor de la estructura coplanaria de los conductores, esté configurado elástica e individualmente libre en el espacio y con respecto al dieléctrico portador, estando configurado un entrehierro entre cada dos conductores de la estructura coplanaria de los conductores, desde el extremo por el lado del cable coaxial hasta el extremo por el lado del contacto, de tal manera que se produzca una impedancia intrínseca constante desde el extremo por el lado del cable coaxial hasta el extremo por el lado del contacto.

Esto tiene la ventaja de que se dispone de una punta de medida barata y precisa, que también puede fabricarse en serie, con control de la impedancia, y que con fines de medición se producen pocas reflexiones al hacer contacto con la estructura planar. La disposición según la invención se caracteriza por frecuencias de funcionamiento de hasta 40 a 60 GHz, siendo la impedancia a todo lo largo de la estructura coplanaria de los conductores, a causa de la configuración según la invención, en lo esencial sin dispersión, es decir, independiente de la frecuencia de funcionamiento. Gracias a la disposición libremente elástica de los conductores de la estructura coplanaria de los conductores, entre el dieléctrico y el extremo por el lado del cable coaxial, se garantiza una alta calidad de contacto entre todos los conductores de la estructura coplanaria de los conductores, y los correspondientes puntos de contacto de un dispositivo a probar, siendo la calidad de contacto insensible con respecto a un apoyo ladeado de la punta de medida en los puntos de contacto.

En una forma preferente de realización, el dieléctrico está configurado como al menos un bloque de cuarzo.

Para la producción de una unión sólida entre la estructura coplanaria de los conductores y el bloque de dieléctrico, este presenta en una cara de unión con la estructura coplanaria, un recubrimiento metálico que en lo esencial cubre la última.

Para atenuar los modos de orden superior por encima de la deseada frecuencia de funcionamiento, el dieléctrico está metalizado en toda su superficie en una cara más alejada de la estructura coplanaria de los conductores. Además, de este modo se produce en la zona del dieléctrico, una estructura apantallada cerrada.

Para determinadas aplicaciones, en el extremo por el lado del cable coaxial, está dispuesta una conexión planar, en especial una conexión eléctrica, electrónica o activa, o al menos un elemento activo de conexión. De este modo la conexión adicional o el elemento adicional de conexión, está situado en la proximidad inmediata a los contactos entre la punta de medida y un circuito a comprobar en el extremo por el lado del contacto de la punta de medida.

La invención se explica a continuación en detalle, de la mano del dibujo. Este muestra en:

Figura 1 Una primera forma preferente de realización de una punta de medida según la invención, en vista en perspectiva.

Figura 2 Una segunda forma preferente de realización de una punta de medida según la invención, en vista en perspectiva.

Figura 3 Una tercera forma preferente de realización de una punta de medida según la invención, en vista en planta.

Figuras 4 a 7 Una ilustración de fases sucesivas de un procedimiento según la invención, y

Figura 8 Un gráfico de parámetros S de un cálculo de simulación, para una punta de medida según la invención.

La primera forma preferente de realización, representada en la figura 1, de una punta 100 de medida según la invención, comprende una estructura 10 coplanaria de los conductores, con un conductor 12 central de señales, y dos conductores 14 de masa, dispuestos coplanares contiguos a este conductor 12 de señales. Entre el conductor 12 de señales y cada uno de los conductores 14 de masa, está configurado un entrehierro 16 predeterminado. La estructura 10 coplanaria de los conductores, se extiende desde un extremo 18 por el lado del cable coaxial hasta un extremo 20 por el lado del contacto, y el entrehierro 16 está configurado a todo lo largo de la estructura 10 coplanaria de los conductores, de tal manera que se produzca una impedancia intrínseca, constante predeterminada. En el extremo 18 por el lado del cable coaxial, la estructura 10 coplanaria de los conductores está unida con un cable 22 coaxial, haciendo contacto el conductor 12 de señales con un conductor 24 interior, y los conductores 14 de masa, con un conductor 26 exterior del cable coaxial.

En un sector central entre el extremo 18 por el lado del cable coaxial, y el extremo 20 por el lado del contacto, está dispuesto a cada uno de los dos lados de la estructura 10 coplanaria de los conductores, un dieléctrico en forma de un bloque 28 de cuarzo. Aquí los dos bloques 28 de cuarzo y la estructura 10 coplanaria de los conductores, están metidos unos en la otra en una estructura a modo de sándwich. Los bloques 28 de cuarzo están unidos sólidamente con la estructura 10 coplanaria de los conductores, y llevan cada uno en su cara vuelta hacia la estructura 10 coplanaria de los conductores, una metalización que en lo esencial corresponde a la forma de la estructura 10 coplanaria de los conductores, en la zona de los bloques 28 de cuarzo. De este modo se obtiene una unión que sujeta especialmente bien, y estrecha, entre los bloques 28 de cuarzo y los conductores 12, 14 de la estructura 10 coplanaria de los conductores. Por razón de las circunstancias electromagnéticas con el dieléctrico 28, el entrehierro 16 está ensanchado en la zona de los bloques 28 de cuarzo, de manera que se produzca globalmente una impedancia intrínseca constante en toda la estructura 10 coplanaria de los conductores, desde el extremo 18 por el lado del cable coaxial, hasta el extremo por el lado del contacto. Las metalizaciones de cada uno de los dos bloques 28 de cuarzo, están unidas por conveniencia una con otra, conduciendo la electricidad, mediante una técnica apropiada de montaje. De este modo se produce un nivel idéntico de potencial para las dos caras de los bloques de cuarzo, con la correspondiente idéntica función de apantallamiento.

Como se deduce directamente de la figura 1, los conductores 12, 14 están dispuestos libres en el espacio, en una zona 29 entre los bloques 28 portadores de cuarzo y el extremo 20 por el lado del contacto, de manera que cada conductor 12, 14 puede ser flexible individualmente con respecto a la fijación en los bloques 28 de cuarzo. Si ahora se aprieta mecánicamente el extremo 20 por el lado del contacto, de esta punta 100 de medida, sobre los correspondientes puntos de contacto para un circuito eléctrico a comprobar, la posibilidad de la flexibilidad libre para cada conductor 12, 14 de la estructura 10 coplanaria de los conductores, condiciona que cada conductor 12, 14 individual tenga un contacto óptimo con el respectivo punto de contacto coordinado a él. Un ladeamiento eventual de la punta 100 de medida al apretar mecánicamente sobre los puntos de contacto, y eventuales tolerancias, tanto en los mismos conductores 12, 14, como también en las superficies de los puntos de contacto, se compensan gracias a la flexibilidad elástica de los conductores 12, 14 individuales. De este modo en cada apoyo mecánico de los conductores 12, 14 en los correspondientes puntos de contacto, se produce un contacto siempre igual y definido, de manera que pueden lograrse resultados óptimos de la medición con la punta 100 de medida según la invención.

La representación de la punta 100 de medida con tres conductores 12, 14 en la disposición masa - señal - masa, o g - s - g (g = tierra; s = señal), es únicamente a título de ejemplo. Naturalmente son posibles también estructuras coplanarias de los conductores con sólo dos conductores 12, 14, o con más de tres conductores 12, 14, con la distribución de conductores de señales y conductores de masa o de tierra, del siguiente modo: g - s - g - s - g - s - g..., o g - s- g - g -s - g - g- s - g- g ..., o similar. De este modo con una única punta de medida puede hacer contacto también con circuitos a comprobar, que presenten varios conductores coplanarios de señales.

La segunda forma preferente de realización, representada en la figura 2, de una punta 200 de medida según la invención, corresponde en lo esencial a la de la figura 1, estando señaladas piezas iguales con las mismas cifras de referencia, de manera que para su descripción, remítase a las explicaciones de más arriba, relativas a la figura 1. A diferencia de la forma 100 de realización, los bloques 28 de cuarzo presentan una metalización 30 de toda la superficie en una cara más alejada de la estructura 10 coplanaria de los conductores. Esta metalización conduce de una vez a la atenuación de modos no deseados de orden superior, más allá de la deseada frecuencia de funcionamiento y, al mismo tiempo, crea un sistema cerrado en una zona predefinida de la estructura 10 coplanaria de los conductores.

La tercera forma preferente de realización, representada en la figura 3, de una punta 300 de medida según la invención, ilustra la situación después de preparar la punta 300 de medida con un procedimiento según la invención en una plaquita de silicio. En la figura 3, una vez más se designan piezas iguales con las mismas cifras de referencia, de manera que para su descripción, remítase a la descripción de más arriba, de las figuras 1 y 2. En la punta 300 de medida según la figura 3, los conductores 12, 14 de la estructura 10 coplanaria de los conductores, están unidos mecánicamente unos con otros mediante un puente 32, en primer lugar, después de la preparación, con un procedimiento litográfico - galvanoplástico (procedimiento LiGa), todavía a explicar en detalle, a continuación. En el puente 32 está configurado de una sola pieza, un marco 34 que rodea completamente en un plano, la estructura 10 coplanaria de los conductores. Mediante este marco 34 es posible una manipulación correspondiente de la estructura 10 coplanaria de los conductores, hasta la fabricación definitiva de la punta de medida, sin tener que tocar los mismos conductores 12, 14 de la estructura 10 coplanaria de los conductores, con un peligro correspondiente de dañar estos conductores 12, 14. Después de configurar la estructura 10 coplanaria de los conductores, con puente 32 y marco 34, en una plaquita de silicio con el procedimiento litográfico - galvanoplástico, se retira esta disposición 10, 32, 34 de la plaquita de silicio, y arriba y abajo en la zona correspondiente del entrehierro 16 ensanchado, se fijan los bloques 28 de cuarzo, a la estructura 10 coplanaria de los conductores por ejemplo, mediante unión metálica. A partir de ahora la estructura 10 coplanaria de los conductores tiene una estabilidad propia, gracias a la sujeción mediante los bloques 28 de cuarzo, de manera que puede separarse la unión entre la estructura 10 coplanaria de los conductores y el puente 32 con marco 34. Esto se lleva a cabo, por ejemplo, en la zona de una línea 36 representada esquemáticamente. Por conveniencia, la separación entre el puente 32 y la estructura 10 coplanaria de los conductores, se lleva a cabo de tal manera que los extremos 38 exteriores de los dos conductores 14 exteriores de masa, sobresalgan en el extremo 18 por el lado del cable coaxial, de manera que se produzca un centrado automático de un cable coaxial a unir con la estructura 10 coplanaria de los conductores.

En el extremo 20 por el lado de contacto, los conductores 12, 14 de la estructura 10 coplanaria de los conductores, se reducen convergiendo para configurar una disposición de los conductores 12, 14, que corresponda adecuándose a los puntos de contacto a contactar de un circuito eléctrico a comprobar. Para respetar una impedancia intrínseca constante, el entrehierro 16 se reduce correspondientemente en la zona 29, en la dirección del extremo 20 por el lado de contacto.

Una característica especialmente sobresaliente de la punta de medida según la invención, según las figuras 1 a 3, reside en que la impedancia ajustada mediante el entrehierro 16 pasando por encima de la estructura 10 coplanaria de los conducto res, es en lo esencial sin dispersión, es decir, la impedancia y la velocidad de fase no son en lo esencial función de la frecuencia de funcionamiento.

A continuación se explica en detalle esquemáticamente, de la mano de las figuras 4 a 7, el procedimiento según la invención para la preparación de una punta de medida según la invención. En una primera fase se aplica por vaporización una plaquita 38 de silicio, con una capa 40 de metal (figura 4). La capa 40 de metal comprende, por ejemplo, titanio, plata, cromo u oro. En otra fase, como se ve en la figura 5, se aplica un barniz 42 sensible a la luz sobre la capa 40 metálica. Este barniz sensible a la luz se ilumina a través de un estarcido. Aquí el estarcido está configurado de tal manera que corresponda a un determinado número de estructuras 10 coplanarias de los conductores, a preparar en la plaquita 38 de silicio, con el correspondiente puente 32 y el correspondiente marco 34, como está representado en la figura 3. En ciertos casos, marcos contiguos están unidos mecánicamente unos con otros. Aquí es especialmente conveniente preparar en la plaquita de silicio muchas estructuras 10 coplanarias de los conductores, situadas unas junto a otras y unas sobre otras, con puente 32 y marco 34 según la figura 3. Con ello se coloca el barniz mediante un procedimiento litográfico - galvanoplástico, en una forma que corresponda a un negativo de las estructuras 10 coplanarias de los conductores, a preparar, con los respectivos puentes 32 y los respectivos marcos 34. Aquí se revela el barniz en la forma correspondiente. En una fase subsiguiente se rellenan galvánicamente las cavidades 43 producidas en el barniz según la figura 5, con un material 44 conductor de la electricidad, como por ejemplo, níquel, como puede verse en la figura 6. Esta disposición se crea según la figura 6, y se retira el barniz 42, de manera que se produce una disposición según la figura 7. Aquí el material 44 conductor de la electricidad, configura ahora la estructura deseada de la estructura 10 coplanaria de los conductores, juntamente con un puente 32 correspondiente y un marco 34 correspondiente, como se representa en la figura 3. Finalmente se retira la capa 40 metálica que actúa como capa separadora entre el material 44 conductor de la electricidad y la plaquita 38 de silicio, y puede sacarse la disposición de estructuras coplanarias de los conductores situadas unas junto a otras y unas sobre otras, con puentes y marcos, de la plaquita 38 de silicio. De inmediato se provee por los dos lados, cada estructura 10 individual coplanaria de los conductores, dentro de un marco 34, en la correspondiente zona, con los bloques 28 de cuarzo, y finalmente se separan los puentes 32 con los marcos 34, de las estructuras 10 coplanarias de los conductores. Finalmente se une la estructura 10 coplanaria de los conductores, en el extremo 18 por el lado del contacto, con un cable coaxial.

Especialmente interesante en el procedimiento según la invención es, que los conductores 12, 14 individuales de la estructura 10 coplanaria de los conductores, no tienen que ser orientados en modo alguno unos con respecto a los otros durante el montaje. La disposición relativa de los conductores 12, 14 unos respecto a los otros, está predeterminada y fija, desde el comienzo al final del proceso de fabricación. De este modo se suprimen eventuales tolerancias en la disposición mecánica de los conductores 12, 14 individuales durante el procedimiento de fabricación.

Como puede verse en la figura 8, la punta de medida según la invención, presenta un comportamiento sorprendentemente bueno en frecuencia. La figura 8 ilustra un gráfico de parámetros S, de un cálculo de simulación para una punta de medida según la invención. Aquí está registrado en el eje 46 horizontal, una frecuencia en GHz, y en el eje 48 vertical un parámetro S en dB. Como se deduce directamente del gráfico según la figura 8, la punta de medida según la invención, es utilizable según este modelo de cálculo, hasta frecuencias de 60 GHz. Esto para la posibilidad simultánea de la fabricación en serie con poco desecho y poco gasto.

Claims (6)

1. Punta (100, 200, 300) de medida para la medición de alta frecuencia, con un extremo (20) por el lado del contacto para contactar estructuras planares, y un extremo (18) por el lado de un cable coaxial, para la unión con un cable (22) coaxial, estando dispuesta una estructura (10) coplanaria de los conductores con al menos dos conductores (12, 14), entre el extremo (20) por el lado del contacto, y el extremo (18) por el lado del cable coaxial, estando dispuesto en la estructura (10) coplanaria de los conductores, un dieléctrico (28) que sujeta la estructura (10) coplanaria de los conductores, caracterizada porque el dieléctrico (28) está dispuesto en la estructura (10) coplanaria de los conductores, en un sector central entre, y distanciado en la dirección de propagación de, el extremo (18) por el lado del cable coaxial y el extremo (20) por el lado del contacto, al menos por un lado, en especial por los dos lados, de tal manera que entre el dieléctrico (28) y el extremo (20) por el lado del contacto, cada conductor (12, 14) de la estructura (10) coplanaria de los conductores, esté configurado elástica e individualmente libre en el espacio y con respecto al dieléctrico (28) portador, estando configurado un entrehierro (16) entre cada dos conductores (12, 14) de la estructura (10) coplanaria de los conductores, desde el extremo (18) por el lado del cable coaxial hasta el extremo (20) por el lado del contacto, de tal manera que se produce una impedancia intrínseca constante desde el extremo (18) por el lado del cable coaxial hasta el extremo (20) por el lado del contacto.

2. Punta (100, 200, 300) de medida según la reivindicación 1, caracterizada porque el respectivo entrehierro (16) en la zona del dieléctrico, está configurado más ancho en la zona del dieléctrico (28) que en la zona de la estructura (10) coplanaria de los conductores, sin dieléctrico (28).

3. Punta (100, 200, 300) de medida según alguna de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque el dieléctrico está configurado como al menos un bloque (28) de cuarzo.

4. Punta (100, 200, 300) de medida según al menos alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dieléctrico (28) presenta en una cara de unión con la estructura (10) coplanaria de los conductores, un recubrimiento metálico que en lo esencial se cubre con la última.

5. Punta (200) de medida según al menos alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dieléctrico (28) está metalizado en toda la superficie, en una cara más alejada de la estructura coplanaria de los conductores.

6. Punta de medida según al menos alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque en el extremo (18) por el lado del cable coaxial, está dispuesta una conexión planar, en especial una conexión eléctrica, electrónica o activa, o al menos un elemento activo de conexión.