JP2006162626A - 集積回路のテスト用プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】 超高周波における集積回路の各構成部品のイミュニティを組み込んだ状態で特性評価することを可能にする。
【解決手段】原理として、集積回路２の各構成部品を中心とする小さな特定のゾーンでの擾乱電磁界を導く構造を有している。テスト用プローブ１が無線周波振動の信号発生器５、アンテナ９、アンテナ９を信号発生器５に接続するための給電回路８、給電回路８上のカップラ３４、および、テスト対象の集積回路２の周辺に位置する接続体４の正面にアンテナ９を配置するための手段を具備している。アンテナ９が、ホーン型カバー１１と中心盾状体１０とを備えた導波路を具備し、ホーン型カバー11が、テスト対象の集積回路２のケース表面のスパン１４よりも大きな開口面１３を有している。カップラ３４からの入射電力Ｐｉと反射電力Ｐｒとを測定装置３７により実効電力を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は集積回路のテスト用プローブを対象とし、該プローブは、特に、集積回路の電磁環境両立性の特性評価に対して用いられるものである。

現状で知られている集積回路の各構成部品のイミュニティという特性評価に関する技術は、大きく二つのグループに分けられる。すなわち、直接注入式と呼ばれる技術と、放射注入式と呼ばれる技術である。

直接注入式技術は、それ自体、大きく二つのタイプに分けられる。ＤＰＩ技術（Ｄｉｒｅｃｔ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ、電流の直接注入）とＢＣＩ技術（Ｂｕｌｋ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ、電流の大量注入）である。ＤＰＩ技術は、各構成部品に対して各固有のプリント回路を創りだすことからなるのだが、該プリント回路には寄生信号が注入される可能性が加えられ得る。したがって、注入される信号があるときには、各構成部品が非常に擾乱されることが観察される。ＢＣＩ技術は、各構成部品または複数の各構成部品を担持するカードの作動信号を搬送するケーブルを変成器に挿入することからなる。この変成器は、電力をこのケーブルの導線に注入し、このことによって、一つまたは複数の各構成部品に擾乱があるかないかということを検証することを目的とするものである。

ＤＰＩ技術は、局所的な注入によって、集積回路の作動の感受性を詳細に特性評価するという利点を有している。該技術の欠点は、該技術では各構成部品の複数の入力に同時に注入することが容易には行うことができないことである。逆に、ＢＣＩ技術では各構成部品のすべての入り口に同時に介入することができる。しかし、ＢＣＩ技術は、まさに変成器の体積という理由のために最短の結線を用いようとするので、該技術では高い周波数に上げることができず、実質的に５００ＭＨｚを超えることができない。

放射注入式技術は共鳴セルＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍｏｄｅ、横電磁界モード）、またはＧＴＥＭ（ギガヘルツＴＥＭ）、あるいは撹拌モードでのセルＭＳＣ（Ｍｏｄｅ Ｓｔｉｒｒｅｄ Ｃｈａｍｂｅｒ、撹拌共振空洞モード）を用いることで、各構成部品を担持するプリント回路タイプの電子カードを励起するようになっているものである。あるいは、これらのセルは、テスト対象の各構成部品を担持する各固有のカードを励起することで、電磁界下での該各構成部品の感受性を検証するようになっている。いずれの場合にも、各構成部品の感受性を特性評価するために、これらの技術は特定のカードを製造することを必要とし、各構成部品に対して電磁界源から相対的に離れているために、強力な電力源を必要とする。さらに、各構成部品によって実際に受信される擾乱電力の方を制御することは容易ではなく、好ましくもない。
この技術分野では、例えば下記の文献が知られている。国際公開第００／７２０３０号パンフレットには、ＷＨＩＴＥ氏他により発明された、集積回路のワイヤレステスト用装置が記載されている。また、米国特許出願公開第２００２／００４７７２２号明細書には、ＣＯＯＫ氏他により発明された、半導体ウェーハ用の無接触プローブが記載されている。
国際公開第００／７２０３０号パンフレット 米国特許出願公開第２００２／００４７７２２号明細書

本発明は、したがって、超高周波における集積回路の感受性を組み込んだ状態で特性評価することを可能にすることを目的とする。本発明は、その原理として、各構成部品が実際に呈するような、各構成部品を中心とする小さな特定のゾーンでの擾乱電磁界を導く構造を有している。したがって、このような各構成部品は、自身のケースにおいて単独でテストすることができ、また、該各構成部品が実際に用いられることになっている電子回路カード（テスト用固有のカードではない）に取り付けることさえできる。

本発明の擾乱電磁界を導く構造は、実施例においては、同軸ケーブルの延長部分に取り付けられた全体的に円錐形の構造を有し、全体として重ねられた二つのホーン型部品または漏斗型部品を伴うものであり、実際の例では二つの円錐型部品である。閉じられた（または中実の）ホーン型部品の金属製の中心導体は、アンテナと同時に、ケーブルから発せられる電磁界の伝播に対する盾状体を形成する。ホーン型カバーは、好ましくは金属製であり、このホーン型部品をカバーするものであって、予め選択された進行ゾーンを伝播する電磁界をカバーするとともにこの電磁界を導く。予め選択される進行ゾーンとは、各構成部品の周辺ゾーンである。つまり、この各構成部品の連結接続部が通常位置づけられるゾーンである。この周辺ゾーンは二つのホーン型部品の間にある冠状部分に対応している。

この電磁界を導く構造は同軸ケーブルから発せられるエネルギーを受容し、該エネルギーを放射状に近くの各構成部品に向けて、電磁界を方向付ける。電界および磁界はホーン型カバーの周囲に生じ、電界については、各構成部品を担持するチップレイアウトの方向においてホーン型カバーの端部の間でも生じる。これら電界および磁界は、各構成部品のピンまたはハンダ付けトラックおよびハンダ付けのボール状部分（ＢＧＡケースの場合における結合形成部分）と結合するように進行してくる。また、鐘状体カバーをプリント回路の両面に配置することもできる。電磁界の展開については、場合によって各構成部品の周囲に弱い展開抵抗を必要とするだけである。好ましくは、この展開抵抗は、テスト対象の各構成部品のグランドに接続されたグランドトラックで製作される。この展開抵抗は、鐘状体のコールドポイントと接触する周辺ゾーンに対応する。この展開抵抗は、各構成部品を含むカードの最終的な作動ネットワークの中に容易に含めることができる。こうしてこの技術によって、各構成部品と切り離すことができない近くの要素との結合を考慮に入れつつ、実際の動作環境における各構成部品の感受性を評価することが可能になる。これらの切り離しできない要素とは、デカップリング要素であることもあり、あるいは、配線トラック、ケースなどである。また、下端部が絶縁されているホーン型カバーの形を用いることもできる。この形によって、このホーン型カバーをテスト対象の各構成部品の周辺における近くの各構成部品に押しつけることが可能になる。このとき、導電性のフレキシブルなスカート部が、これらの各構成部品（デカップリングコンデンサ、クォーツなど）に押し当たるように移動してきて、放射すべきゾーンに電磁界を閉じ込め続けるが、グランドの展開抵抗を伴う各固有のルーティングを製造することは必要としない。

伝送される電力の総量は、鐘状体の給電ケーブルと接続されたカップラを介して測定される。この技術の利点は、テスト用固有の電子回路カードを創りだす必要などないということと、集積回路の実際の作動条件を考慮に入れるということである。電磁界は確かにいくつかの方向に偏向されているが、各構成部品のマイクロ周波の擾乱、特に検出時の様相に基づく擾乱は、一つの入力から他の入力への注入に関する位相を考慮に入れない。その擾乱はむしろ、結合した電磁界の振幅を考慮するものである。

鐘状体の形状は、さまざまであってよく、プリント回路のさまざまな構成および設置の構成に合わせて適合化することができる。

したがって、本発明が対象とするものは、プリント回路によって担持される集積回路のテスト用プローブであり、プローブが無線周波振動の信号発生器、アンテナ、このアンテナを信号発生器に接続するための給電回路、および、テスト対象の集積回路の周辺に位置する接続体の正面にこのアンテナを配置するための手段を具備することで、この無線周波の信号をこの接続体に放射するようになっているプローブであって、そのアンテナがホーン型カバーと中心盾状体とを備えた導波路を具備し、ホーン型カバーが、テスト対象の集積回路のケース表面のスパンよりも大きな開口面を有し、中心盾状体が、その端部の部位でのセクションがテスト対象の集積回路のケース表面より小さなフレア部を有し、ホーン型カバーをプリント回路に対して配置し、中心盾状体をホーン型カバーの内部において、各構成部品の上に配置するような手段が用意されていることを特徴とする、集積回路のテスト用プローブである。

特に、ホーン盾状体がホーン型カバーの容積における上方部分で留まることができるようになっていることで、さまざまな偏向電磁界を発生させる、あるいは、ホーン型カバーの体積中の空洞効果を利用するようになっている。ホーン型部品はまた、必ずしも円錐形ではなく、平行六面体の形状でもよい。

本発明は、以下の説明を読み、また該説明に付属する図面を検討することでよりよく理解されるものである。これら各図面は、例示としてのみ示されるものであり、本発明をまったく限定するものではない。各図面は、以下のものを示している。
−図１は、本発明に係るテスト用プローブのアンテナの概略図である。
−図２は、本発明に係るテスト用プローブの使用装置である。
−図３、図４および図６は、本発明のプローブの必須要素の製作に関する各詳細を表している。

図１および図２は、本発明による集積回路２のテスト用プローブ１を示している。図１は、図２の特定の詳細部の図である。集積回路２は、図ではプリント回路３によって担持されている。たとえば、集積回路２は、接続体４によってプリント回路３に接続されており、該接続体によって該集積回路は当然、給電される。プリント回路３は、好ましくは本物のプリント回路であり、実際の使用において各構成部品３を担持するようになっているもの、とりわけ機器の中に挿入すべき電子回路のカードであり、該機器の中では、この集積回路が有用である。必要な場合には、プリント回路３はテスト用回路であってよい。しかし、これは必ずしも本発明では必要ではない。この場合には特に、本発明によって集積回路２を実際の使用条件においてテストすることが可能になる。

プローブ１は、無線周波の信号発生器５を具備している。好ましくは、信号発生器５は放射された無線周波信号の周波数調整回路６、ならびに、信号発生器５によって生成された無線周波信号の振幅調整回路７を具備している。信号発生器５は、給電回路８によってアンテナ９に接続されている。アンテナ９は、本発明の必須部分を形成するものである。アンテナ９の詳細は、図１に示されている。アンテナ９は、テスト対象の集積回路２の正面に配置されている。アンテナ９は、とりわけ、接続体４の正面に配置される。既知の方法によってアンテナ９が、接続体４の上、ならびに集積回路２およびプリント回路３の各構成部品の中で無線周波の電磁信号を放射させることで、集積回路２の作動を擾乱しようとし、擾乱に対する該集積回路の抵抗力を測定するようになっている。

本発明によると、アンテナ９は導波路を具備しており、この導波路は電界Ｅおよびマイクロ周波の磁界Ｂを放射することができるようになっている。図１では、電界Ｅは実効部分において、アンテナ９の中心盾状体１０からこのアンテナ９のホーン型カバー１１の方向、ならびに、中心盾状体１０からプリント回路３の方向に向かうものとして示されている。マイクロ周波の磁界Ｂは導波路すべてで伝播し、とりわけ接続体４の部位では、これらの接続体に直交する方向に向けられている。このように形成された導波路が集積回路２において、近くの場に電界および磁界を伝播させることを示すこともできる。したがって、これらの電磁界の方向はまったく安定したものではない。磁界Ｂの方向は変動しており、その結果、時間が経過するにつれて、磁界Ｂは所期の擾乱効果を接続体４に与えるようになっている。

本発明の思想は、中心盾状体１０とともに導波路を形成することで、接続体４が位置するスペース１２だけがマイクロ無線周波の電磁界によって励起されるようにすることにある。スペース１２はホーン型カバー１１の内部において、このホーン型カバー１１と中心盾状体１０の間に位置するスペースである。このため、ホーン型カバー１１は、テスト対象の集積回路２とその接続体のスパン１４よりも大きな開口面１３を有している。可能である限り、ホーン型カバー１１が構成部品２の周辺にあり、プリント回路３に製作されたグランド回路１５と接触しにくるように用意することができる。しかし、この配置は不可欠なものではなく、ホーン型カバー１１が接続体４よりも大きな面積を有して、該接続体に触れないようにするだけで十分である。

その代わりに、中心盾状体１０は、フレア部１６を有しており、該フレア部の各構成部品２の上にある、その端部の部位におけるセクションは、テスト対象の集積回路２のケース表面のスパン１４より小さい。

ホーン型カバーがプリント回路３に押しつけられるのと同じように、中心盾状体１０はホーン型カバーの内部において、各構成部品の上に配置される。ホーン型カバー１１および中心盾状体１０は給電回路８に接続されている。実施例では、この給電回路８は中心導体１７と同軸のケーブルと、一般的には編組体１８である、外側のグランド導電体を具備している。中心盾状体１０は中心導体１７に接続されており、ホーン型カバー１１は編組体１８に接続されている。

このように働きかけることで、スペース１２、とりわけ接続体４が位置するスペースに電磁界の広がりが閉じ込められる。必要であれば、ホーン型カバー１１は、第二のホーン型カバー１９によって補完することもでき、該第二のホーン型カバーは第一のものとは対称的な形状であり、プリント回路３の反対側に配置される。こうすることで、あらゆる場合において、集積回路２を備えたプリント回路３は放射電磁界に対する負荷に変換される。放射電磁界は、中心盾状体１０とホーン型カバー１１の間を除くすべてのスペースで生じることがないので、接続体４の部位では、該放射電磁界は、中心盾状体１０が存在しておらず、電界がスペース内で自由に生起することができるような場合よりも大幅に強く、一層擾乱を引き起こす（このことは対象としている目的である）ものとなる。

ホーン型カバー１１をプリント回路３に押しつけるのと同時に、中心盾状体１０を集積回路２の各構成部品に押しつけるために、中心盾状体がその頂点に穴を有し、該穴を通って弾性的に、平行移動できる自由度をもって同軸ケーブルの中心導体１７が突き抜けていることで、プリント回路３の上にある集積回路２の各構成部品の上面のさまざまな高さを考慮に入れるようにすることができる。実際には、テストの間には、同軸ケーブル（中心導体１７−編組体１８）を測定の間、結果に達するまでプリント回路の上方に手で保持するだけで十分となる。別の方法としては、操作用および保持用の補助的構造が考えられる。

当然、ホーン型カバー１１および中心盾状体１０は、好ましくは導電性の面で形成される。しかしながら、それらの一方、あるいは両方を、空気に対する非常に異なった誘電率をした材料で製作することで、好ましい導波路の様相が効果的に生じるようにすることが可能となる。

図４で取り上げているのは、中心盾状体１０であって、これは、金属板で形成されており、また、金属面によって基部が閉じられ、フランジを伴ってのびている円錐形である。この例では、中心盾状体１０は円形のフレア部を有しており、該フレア部の直径は、およそ１２．３ｍｍである。中心盾状体１０は、また、その頂点に内壁をメタライズ加工された穴２０も具備していることで、該穴に同軸ケーブルの中心導体を挿入し、この軸を該穴にハンダ付けできるようになっている。変形例によっては、中心盾状体１０は、中実の金属製材料で形成される。もし、その中心盾状体が、金属板製であれば、穴２０は金属製の栓によって内側の端部で塞ぐことも、また塞がないこともできる。

中心盾状体１０が好ましくは単一部品で製作されるばかりではなく、ホーン型カバー１１は、好ましくは、図３に示された二つのハーフシェル形部品で形成される。実施例では、これら二つのハーフシェル形部品は、モールドまたはプレスによって製造される。ハーフシェル形部品のそれぞれは半円錐形の形状をしたマントル２１を具備し、このマントルは回転軸２２の中心におかれている。マントル２１はその基部においてスカート部２３と一体化され、そのスカート部の形状は回転軸２２を中心とする円筒形である。マントル２１の上に肉厚カラー部２４が載っており、その肉厚カラー部の外部形状は円筒形であり、内部形状は回転軸２２を中心とする円錐形である。

図５は、図３に示されたハーフシェル形部品それぞれの断面を示している。ハーフシェル形部品は肉厚カラー部２４の部位でプレーティング面２５および２６を呈している。実施例では、プレーティング面２５が穿孔２７によって穴を開けられているのに対し、プレーティング面２６は貫通していないネジ穴２８によってネジ穴を開けられている。しかし、このネジ穴は貫通していてもよい。穿孔２７は、カラー部の円筒形内壁２９をもとにして穿孔２７よりも大きな中ぐり穴３０を具備している。この中ぐり穴３０によって、穿孔２７をスライドし、プレーティング面２５および２６に対して押しつけられている他方のハーフシェル形部品のネジ穴２８にネジ留めされるようになるビスの頭部を維持することが可能になっている。肉厚カラー部２４は、その頂点に、半ボール形の半円形開口部３１も具備している。半円形開口部３１は、プローブに給電するのに役立つ同軸ケーブルの編組体１８を締め付けるようになっている。

ハーフシェル形部品を用いることによって、中心盾状体の同一のサイズに対して、異なったサイズと形状をしたホーン型カバーを、場合によっては、テスト対象の集積回路が占める寸法と広さに応じて適合化することが可能になっている。

ここまでに示された形状が円錐形であるだけでなく、形状をフレア部と適合化させることも可能であるが、該フレア部の基底セクションは、テスト対象の集積回路の形状に応じて、円形であるだけでなく、場合によっては長方形、正方形などとなり得るものである。図３および図４で与えられている各数値の表示については、テスト対象の集積回路のサイズに合わせて適合化することができるのは、もちろんのことである。ハーフシェル形部品は、それぞれの側面が回転軸２２を通過する面によって形成される。ハーフシェル形部品は、この面に対して対称をなしている。半円形開口部３１がメタライズ加工を施されていることで、編組体１８との良好な接触が確保されるようになっている。

図６は、変形例で、スカート部２３は変形可能形状で導電性の、金属製の編組で製作されている。この金属製の編組体は、金属製のマントル２１に接続されており、電磁界を導く。グランドの展開抵抗がテスト対象の集積回路を担持するプリント回路に製作されていなければ、網目状のスカート部２３の下方縁は絶縁性のジョイント３８を備えており、このジョイントは、たとえばゴム製であり、たとえば取り外し可能である。ジョイント３８の輪郭はＵ字の形状をしている。Ｕ字の分岐間の距離は、スカート部基部の弾性によってジョイント３８を維持するために十分な狭さとなっており、そのスカート部基部にそのジョイントはかみ合っている。

本発明のプローブの作動は、以下のとおりである。図１では、信号発生器５およびアンテナ９によって、電磁信号は、操作・制御回路３２によって作動させられている集積回路２の作動を擾乱しにくるように導かれる。この回路は、たとえば、米国特許第６，４００，１６４号明細書に記載されているタイプの回路である。コントロール回路３２は、また、集積回路２に擾乱印加されている際の、集積回路２の応答障害を測定することができる。カウンタ３３は、この擾乱時に集積回路２で生じている機能停止の回数を数えることに供されるものである。

給電回路８は、また、好ましくは、分岐電力３５および３６の二つの出力を備えた、３ｄＢのカップラ３４を具備している。分岐電力３５によって、アンテナ９によって接続体４に印加される入射電力Ｐｉの実効性を測定することが可能になっている。分岐電力３６によって、集積回路２によって形成される負荷が特性インピーダンス整合の欠如の事実から、反射電力Ｐｒを測定することができるようになっている。このように働きかけ、入射電力から反射電力を差し引くことで、測定装置３７において、テスト時の接続体４および集積回路２によって吸収される擾乱電力の実効性を測定することが可能になる。とりわけ、測定装置３７によって、第二のホーン型カバー１９を、プリント回路３の反対側にある第一のホーン型カバー１１と対称的に配置するかどうかという機会を判断することができる。

本発明に係るテスト用プローブのアンテナの概略図 本発明に係るテスト用プローブの適用装置 本発明の構成要素のホーン型カバーの一例の詳細図 本発明の構成要素の中心盾状体の一例の詳細図 本発明の構成要素のハーフシェル型部品の断面図 本発明の構成要素のホーン型カバーの一実施例

符号の説明

１ プローブ
２ 集積回路
３ プリント回路
４ 接続体
５ 無線周波の信号発生器
６ 周波数調整回路
７ 振幅調整回路
８ 給電回路
９ アンテナ
１０ 中心盾状体
１１ ホーン型カバー
１２ スペース
１３ 開口面
１４ スパン
１５ グランド回路
１６ フレア部
１７ 中心導体
１８ 編組体
１９ 第二のホーン型カバー
２０ 穴
２１ マントル
２２ 回転軸
２３ スカート部
２４ 肉厚カラー部
２５ プレーティング面
２６ プレーティング面
２７ 穿孔
２８ ねじ穴
２９ 円筒形内壁
３０ 中ぐり穴
３１ 半円形開口部
３２ 操作・制御回路
３３ カウンタ
３４ カップラ
３５ 分岐電力
３６ 分岐電力
３７ 測定装置
３８ 絶縁性ジョイント

Claims (9)

1. プリント回路（３）によって担持される集積回路（２）のテスト用プローブ（１）であり、プローブが無線周波振動の信号発生器（５）、アンテナ（９）、このアンテナを信号発生器に接続するための給電回路（８）、および、テスト対象の集積回路の周辺に位置する接続体（４）の正面にこのアンテナを配置するための手段を具備することで、この無線周波の信号をこの接続体に放射（Ｅ，Ｂ）するようになっているプローブであって、
   そのアンテナがホーン型カバー（１１）と中心盾状体（１０）とを備えた導波路を具備し、ホーン型カバーが、テスト対象の集積回路のケース表面のスパン（１４）よりも大きな開口面（１３）を有し、中心盾状体が、その端部の部位でのセクションがテスト対象の集積回路のケース表面より小さなフレア部（１６）を有し、ホーン型カバーをプリント回路に対して配置し、中心盾状体をホーン型カバーの内部において、各構成部品の上に配置するような手段が用意されていることを特徴とする、集積回路のテスト用プローブ。
2. ホーン型カバーおよび中心盾状体が導電性の表面によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の集積回路のテスト用プローブ。
3. 中心盾状体が、閉じた鐘状体である電磁界を導く構造と、給電回路の同軸ケーブルを中心導体（１７）に接続する手段（２０）とを具備していることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の集積回路のテスト用プローブ。
4. ホーン型カバーが二つのハーフシェル形部品で作られ、該ハーフシェル形部品がそれぞれ互いに、ホーン型カバーの大回転軸（２２）を通過する面に対して対称的であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の集積回路のテスト用プローブ。
5. ホーン型カバーのハーフシェル形部品のそれぞれがメタライズ加工の半円形開口部（３１）を具備することで、給電回路の同軸ケーブルの外部導電体である編組体（１８）を受容するようになっていることを特徴とする、請求項４に記載の集積回路のテスト用プローブ。
6. 周波数調整（６）および電力調整（７）ができる無線周波の信号発生器（５）と、カップラ（３４）を備えた給電回路であって該カップラが給電回路によって伝送された信号の一部と集積回路の部位で反射した信号の一部の分岐電力（３５、３６）を採取するカップラを備えた給電回路と、有効に吸収された電力を測定するための測定装置（３７）とを具備することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の集積回路のテスト用プローブ。
7. 各構成部品を担持するプリント回路の反対側に、ホーン型カバーに対して対称的に配置される第二のホーン型カバー（１９）を具備することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の集積回路のテスト用プローブ。
8. ホーン型カバーが、ゴム製の取り外し可能な絶縁性ジョイント（３８）を下方縁に備えた金属性の網目状のスカート部を具備することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の集積回路のテスト用プローブ。
9. ホーン型カバーがプリント回路のチップレイアウトと接触していること、又は、テスト対象の集積回路の近くの各構成部品に押し当てられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の集積回路のテスト用プローブ。
   
   

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