JP2006258667A - パッケージ基板のｒｆインピーダンス測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
パッケージ基板の特に電源／ＧＮＤ系線路のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）を高周波領域まで精度良く測定することのできるＲＦインピーダンス測定装置を提供することである。
【解決手段】
ＲＦプローブ２１０をパッケージ基板２００の表面及び裏面に形成されている端子２０１に直接コンタクトさせて端子間のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定を行う。また、ＲＦプローブ２１０に接続された回転機構２２０により、設置されたパッケージ基板２００に対して水平および垂直に配置される位相校正用基板２４０にプローブ２１０を接触させる。これにより、パッケージ基板２００の当該端子間の位相差が測定され、この位相差により上記ＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定で得られた値が補正される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体パッケージ基板のＲＦインピーダンスを測定するための装置およびその方法に関する。

近年，急速に電子機器の高速動作化が進んでおり、それに伴ない電子機器に搭載される半導体パッケージ基板の実動作速度も高速化されている。

半導体パッケージ基板の実動作速度が高速化されると、試験調整段階で半導体パッケージ基板のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）を測定する際に今までにない問題が生じてきている。

まず、図１を用いて、パッケージ基板１０５の従来のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）測定測定方法を説明する。図１は、ＰＯＷＥＲ（電源）線路のＳパラメータを測定する様子を示している。

図１においては、パッケージ基板１０５がハンダボールを介してプリント基板などの実装基板１１０上に搭載されている。本来であれば、パッケージ基板１０５の表面（上部面）のＰＯＷＥＲ端子１０７と、裏面（下部面）にあるＰＯＷＥＲ端子１０６との間のＳパラメータを、直接ＲＦＰｒｏｂｅ２（１０３）およびＲＦＰｒｏｂｅ１（１０２）をそれぞれの端子に電気的に接続して測定するのが良いが、パッケージ基板１０５の裏面（下部面）は通常プリント基板上に搭載されるようになっている。このため、ＲＦＰｒｏｂｅ１（１０２）をパッケージ基板１０５の裏面（下部面）に直接電気的に接続することができない。従って、パッケージ基板１０５の裏面（下部面）の端子と電気的に接続されているプリント基板などの実装基板１１０に形成されるＰＯＷＥＲ端子１０８にＲＦＰｒｏｂｅ１（１０２）の信号用Ｐｒｏｂｅ１０２ａを接続することにより、パッケージ基板１０５の表面（上部面）のＰＯＷＥＲ端子１０７に接触させたＲＦＰｒｏｂｅ２（１０３）の信号用Ｐｒｏｂｅ１０３ａとの間でＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定が実施されていた。また、これとは別に実装基板１１０のＰＯＷＥＲ線路１１２自身のＳパラメータの測定が実施される。ＲＦＰｒｏｂｅ１（１０２）のＧＮＤ用プローブ１０２ｂはプリント基板のＧＮＤ端子１０９に接触させ、ＲＦＰｒｏｂｅ２（１０３）のＧＮＤ用Ｐｒｏｂｅ１０３ｂはパッケージ基板１０５の表面（上部面）のＧＮＤ端子１１３に接触させている。パッケージ基板１０５と実装基板１１０とは直列に接続されているため，測定されたＳパラメータをＺパラメータに変換し，パッケージ基板１０５，実装基板１１０および全体のＺパラメータをそれぞれＺ_０，Ｚ_１，Ｚとすると，

であるから，

としてパッケージ基板のＺパラメータを求めることができる。その後，必要に応じてＳパラメータやＹパラメータに変換，等価回路の抽出などが行われる。

測定対象が信号線路の場合には、Ｚ_０とＺ_１とは同程度の値となり，測定周波数が高くない周波数帯域では十分に精度良く信号線路のインピーダンス（Ｓパラメータ）を測定することができる。

しかし，測定周波数が高くなると、図１に示されるパッケージ基板の高さに起因するＲＦＰｒｏｂｅ１（１０２）およびＲＦＰｒｏｂｅ２（１０３）を接続するＰＯＷＥＲ端子１０８とＰＯＷＥＲ端子１０７との距離が、測定周波数の波長に対して無視できなくなり、測定時の基準面ずれ１０１が問題となってくる。通常、ＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定の際には、測定器のＲＦＰｒｏｂｅを接続する測定基準面間における電磁波の位相差や伝送損失を補正するために，セラミック製の校正基板が使用される。この校正基板は水平板であり，図１に示されている２つのＲＦプローブ（ＲＦＰｒｏｂｅ１（１０２）、ＲＦＰｒｏｂｅ２（１０３））は同じ位置にあるものとして校正されている。

しかし実際には、図１に示されるように２つのＲＦプローブ（ＲＦＰｒｏｂｅ１（１０２）、ＲＦＰｒｏｂｅ２（１０３））間にはパッケージ基板の高さ（測定基準面のずれ１０１）に起因する電気的距離があるため、この基準面間の電気的距離が位相差や損失の原因となり、測定誤差が生じる。一般的に十分に精度よくＲＦインピーダンスを測定するためには，信号の位相誤差を測定周波数の波長の１／２０波長以下にする必要がある。平均的なＦＣＢＧＡ（ＦＬＩＰ ＣＨＩＰ ＢＡＬＬ ＧＲＩＤ ＡＲＲＡＹ）パッケージの場合，パッケージ基板表面から実装基板（プリント基板）表面までの平均比誘電率は４程度，パッケージ基板表面から実装基板表面までの高さ（距離）は２ｍｍ程度であるから，１／２０波長以下を満たす周波数は３．７５ＧＨｚ以下となる。したがって、図１に示す測定方法により十分な精度で測定することができるのは、概ね４ＧＨｚ以下の周波数帯域である。

さらに，図１において測定対象が電源／ＧＮＤ系線路の場合には周波数が低い範囲でも測定誤差が大きくなる。通常，電源／ＧＮＤ系線路のＲＦインピーダンスはかなり小さく、

である。したがって、

となり、測定値からパッケージ基板のみのインピーダンスＺ_０を求めようとすると、

となって、非常に誤差の大きな値となる。

以上記述したように、ＧＨｚ領域のＲＦインピーダンスを測定するには，測定対象の基板の表裏両面からＲＦプローブを直接コンタクトさせることができ、かつ、パッケージ基板の厚み方向（あるいは同一平面内）の位相差を校正する手段を備えた測定装置が求められている。

こうした技術に関連して、特開２００３−４３０９１に開示されている「基板検査装置、基板製造方法及びバンプ付き基板」では、基板表面に設けられたバンプと基板裏面に設けられた端子との間の配線ネットの電気抵抗値を、４端子法により測定する検査装置が提案されている。

当該検査装置は、その課題から見てＲＦインピーダンス測定測定装置としての機能を備えておらず，この装置をそのまま測定対象基板のＲＦインピーダンス測定装置として転用することはできない。この装置をＲＦインピーダンス測定装置として転用するためには、例えば、ＲＦプローブ、精密稼動機構、５０Ωなどに調整されたＲＦ信号伝送系（ケーブル，コネクタ，アッテネータ，サーキュレータ、ネットワークアナライザなど）、ＲＦ校正基板等を備えなければならない。さらに、アレイ状の測定端子群は互いにＲＦ干渉を引き起こす可能性があり、アレイ状の測定端子群を基準面としたＲＦインピーダンス測定は困難である。

また、特開２００１−１５３９０９に開示されている「基板検査装置、基板製造方法及びバンプ付き基板」では、基板本体の一方の板面上に複数の第一端子部が二次元的に配列・形成され、他方の板面上に第一端子部に対応する複数の第二端子部が二次元的に配列・形成されるとともに、それら第一端子部と第二端子部との互いに対応するもの同士が、ビアを含む配線ネットにより個別に接続された構造を有する基板の検査装置であって、電流通電用プローブ要素と電圧測定用プローブ要素とを有し、それらプローブ要素において第一端子部に着脱可能に当接する第一測定プローブが、該第一端子部の二次元的な配列に対応して複数配置された第一測定プローブ群と、電流通電用プローブ要素と電圧測定用プローブ要素とを有し、それらプローブ要素において、複数の第二端子部のいずれかに選択的かつ着脱可能に当接する第二測定プローブと、第一測定プローブ群を第一端子部群に当接させ、また、測定対象となる配線ネットに対応した第二端子部に第二測定プローブを当接させ、その状態にて電流通電用プローブ要素により配線ネットに測定用電流を通電しつつ、電圧測定用プローブ要素にて測定される配線ネットへの印加電圧レベルに基づいて、当該配線ネットの固有電気抵抗値を反映した情報を生成する固有電気抵抗値情報生成手段と、その生成された固有電気抵抗値情報を、配線ネット毎に個別に定められた参照情報と比較することにより、当該配線ネットの良否に関する検査情報を生成する検査情報生成手段と、を備えた基板検査装置が提案されている。

また、特開平１１−１４８９５１に開示されている「基板検査装置、基板製造方法及びバンプ付き基板」では、プリント回路板に形成された半導体装置の電源およびグランド端子に接続する電極と、高周波コネクタとをプリント配線板に備え、該高周波コネクタと電極とを内部配線で接続するインピーダンス測定装置が提案されている。

特開２００３−４３０９１号公報 特開２００１−１５３９０９号公報 特開平１１−１４８９５１号公報

本発明の目的は、パッケージ基板の特に電源／ＧＮＤ系線路のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）を高周波帯域まで精度良く測定することのできるＲＦインピーダンス測定装置を提供することである。また、これにより精度の高い等価回路を生成し、ＬＳＩの高速化にシミュレーションモデルを追従させることである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明のＲＦインピーダンス測定装置は、パッケージ基板厚方向および同一面内方向の位相差を補正してパッケージ基板（２００）の表裏面上に形成された端子（２０１ａ〜ｄ）間のインピーダンスを測定するＲＦインピーダンス測定装置であって、複数のＲＦプローブ（２１０ａ〜ｄ）と、複数の回転機構（２２０）とを備え、複数のＲＦプローブ（２１０ａ〜ｄ）は複数の回転機構（２２０）に１つずつ接続されて第１の回転位置でパッケージ基板（２００）の表裏面上に形成された端子（２０１ａ〜ｄ）間のインピーダンス値を測定し、さらに、第１の回転位置および第２の回転位置でパッケージ基板（２００）の設置方向に対して垂直および水平に配置されたＲＦ校正基板（２４０）によりパッケージ基板（２００）の基板厚方向および同一面内方向の端子（２０１ａ〜ｄ）間距離に対応する位相差を測定し、位相差に基づいてインピーダンス値が校正される。

また、本発明のＲＦインピーダンス測定装置の回転機構（２２０）は、９０度の範囲内で回動自在である。

また、本発明のＲＦインピーダンス測定装置は、パッケージ基板厚方向および同一面内方向の位相差を補正してパッケージ基板（４００）の表裏面上に形成された端子（４０１ａ〜ｄ）間のインピーダンスを測定するＲＦインピーダンス測定装置であって、複数のＲＦプローブ（４１０ａ〜ｄ）と、複数の回転機構（４２０）とを備え、複数のＲＦプローブ（４１０ａ〜ｄ）は複数の回転機構（４２０）に１つずつ接続されて第１の回転位置または第２の回転位置でパッケージ基板（４００）の表裏面上に形成された端子（４０１ａ〜ｄ）間のインピーダンス値を測定し、さらに、第１の回転位置、第２の回転位置、第３の回転位置、または第４の回転位置でパッケージ基板（４００）の設置方向に対して垂直および水平に配置されたＲＦ校正基板によりパッケージ基板（４００）の基板厚方向および同一面内方向の端子（４０１ａ〜ｄ）間距離に対応する位相差を測定し、位相差に基づいてインピーダンス値が校正される。

また、本発明のＲＦインピーダンス測定装置の回転機構（４２０）は、１８０度の範囲内で回動自在である。

また、本発明のＲＦインピーダンス測定装置に備えられる複数のＲＦプローブ（４１０ａ〜ｄ）は、３軸方向のスケール（４６０ａ、４６０ｂ、４７０、４８０）上に配置されて移動可能であり、３軸方向のスケールにより複数のＲＦプローブの間のパッケージ基板（４００）の基板厚方向および同一面内方向の端子（４０１ａ〜ｄ）間距離に対応するそれぞれの距離が測定される。

また、本発明のＲＦインピーダンス測定システムは、請求項１から５までに記載のＲＦインピーダンス装置装置のうちいずれか１つと、ＲＦインピーダンスの校正および実測を行うＲＦ測定器とを備える。

また、本発明のＲＦインピーダンス測定方法は、パッケージ基板厚方向および同一面内方向の位相差を補正してパッケージ基板（２００，４００）の表裏面上に形成された端子（２０１ａ〜ｄ、４０１ａ〜ｄ）間のインピーダンスを測定するＲＦインピーダンス測定方法であって、回転機構（２２０，４２０）を備えた複数のＲＦプローブ（２１０ａ〜ｄ、４１０ａ〜ｄ）によりパッケージ基板の表裏面上に形成された端子間のインピーダンス値を測定するステップと、回転機構を備えた複数のＲＦプローブによりパッケージ基板の基板厚方向および同一面内方向の端子間距離に対応するそれぞれの位相差を測定するステップと、位相差に基づいてインピーダンス値を校正するステップとを備える。

また、本発明のＲＦインピーダンス測定方法に係わる回転機構（２２０）は、９０度の範囲内で回動自在である。

また、本発明のＲＦインピーダンス測定方法に係わる回転機構（４２０）は、１８０度の範囲内で回動自在である。

また、本発明のＲＦインピーダンス測定方法において、回転機構（２２０，４２０）を備えた複数のＲＦプローブ（２１０ａ〜ｄ、４１０ａ〜ｄ）は３軸方向のスケール（４６０ａ、４６０ｂ、４７０、４８０）上に配置されて移動可能であり、位相差を測定するステップの前に、さらに、３軸方向のスケールにより回転機構を備えた複数のＲＦプローブの間のパッケージ基板（２００，４００）の基板厚方向および同一面内方向の端子間距離を測定するステップを備える。

本発明により、パッケージ基板の特に電源／ＧＮＤ系線路のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）を高周波帯域まで精度良く測定することのできるＲＦインピーダンス測定装置を提供することができる。また、これにより精度の高い等価回路やモデルを生成すると共に、ＬＳＩの高速化にシミュレーションモデルを追従させることができる。

添付図面を参照して、本発明によるパッケージ基板のＲＦインピーダンス測定装置を実施するための最良の形態を以下に説明する。

本発明に係わるＲＦインピーダンス測定装置は、設置されたパッケージ基板の表裏両面に形成されている複数の端子のそれぞれに同時に接触できるように、複数のＲＦプローブを備えている。この複数のＲＦプローブにより、パッケージ基板の表裏両面に形成されている複数の端子間のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）が測定される。

また、複数のＲＦプローブのそれぞれには回転機構が接続されている。これにより、パッケージ基板の配置向きに対して平行および垂直に配置されるＲＦ校正基板（標準線路，標準抵抗，ショートパターンなどのＲＦ構成部品を表面に形成してある基板）を使用して、パッケージ基板の厚さ方向および同一面内における端子間距離に対応する位相差を同一のＲＦプローブにより測定することができる。そして、測定されたパッケージ基板の厚さ方向および同一面内における端子間距離に対応する位相差により、ＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定値が補正される。これにより、パッケージ基板の表裏両面に形成されて測定対象となる端子間のＲＦインピーダンス測定が高周波領域にわたって高精度に実施される。

また、本発明においては、ＲＦプローブを、実装基板を介さずにパッケージ基板の表裏面上に形成されている端子に直接コンタクトさせる。これにより、実装基板の影響のない高精度のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）測定が可能となる。

（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１に係わるパッケージ基板のＲＦインピーダンス測定装置を図２、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明する。

図２は、本実施の形態に係わるＲＦインピーダンス測定装置に、測定対象であるパッケージ基板２００が取り付けられてＲＦインピーダンスが測定される際の断面を示している。

本実施の形態のＲＦインピーダンス測定装置は、４本のＲＦプローブ２１０ａ〜ｄと、ＲＦプローブ２１０ａ〜ｄのそれぞれに接続される９０度折り曲げ回転機構２２０と、ＲＦ校正基板２４０を水平方向および垂直方向に支持するためのＲＦ校正基板支持機構２５０とを備えている。

それぞれのＲＦプローブ２１０ａ〜ｄは、ＤＣ Ｓｕｐｐｌｙ端子２３０ａからＤＣバイアスを印加して、ＲＦ Ｓｏｕｒｃｅ端子２３０ｂから出力されるＲＦを図示せぬＲＦ測定器の入力ポートに入力するためのＢｉａｓ−Ｔ２３０、測定対象となるパッケージ基板２００の表裏面上に形成される端子２０１ａ〜ｄに接触させることにより、ＲＦ信号線路間のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）が測定される信号用プローブ２１５を備えている。なお、ＧＮＤ用プローブは図示を省略している。また、ＲＦプローブ２１０ａ〜ｄは、端子間の位相校正時にＲＦプローブ２１０ａ〜ｄ本体を回転させ、パッケージ基板２００の設置方向に対して並行あるいは垂直向きに設置されるＲＦ校正基板２４０上の標準線路に上記端子を接触させるための９０度折り曲げ回転機構２２０に接続されている。

本実施の形態において、ＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）測定の際、パッケージ基板２００は図２に示されるように水平向きに配置される。また、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、本実施の形態において、ＲＦ信号線路間の位相差測定時に、ＲＦ校正基板支持機構２５０により、ＲＦ校正基板２４０はパッケージ基板２００の配置方向に対して平行および垂直に設置される。

次に、本実施の形態における動作原理について説明する。

まず，図２に示されるように測定対象となるパッケージ基板２００が水平向きに設置されると、上記したようにＲＦプローブ２１０ａ〜ｄの信号用プローブ２１５がそれぞれ端子２０１ａ〜ｄのそれぞれに接触される。これにより、パッケージ基板２００の表裏面に形成されている端子２０１ａ〜ｄそれぞれの間におけるＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定のセットアップが完了する。各ＲＦプローブ２１０ａ〜ｄのそれぞれの信号用プローブ２１５には、図示せぬネットワークアナライザ等のＲＦ測定器のポートが接続されており、実際のＲＦインピーダンス測定前には測定器のポートにおいて初期校正がなされる。このとき、各ポートは同一基準面に設置されていると見なされており、実際の信号用プローブ２１５が異なった基準面に接触されて測定が行われる場合には、それぞれの信号用プローブ２１５間において位相差等の補正が必要となる。この位相補正については後述する。

ＲＦプローブ２１０ａ〜ｄの信号用プローブ２１５が、それぞれ端子２０１ａ〜ｄのそれぞれに接触されて図示せぬＲＦ測定器における初期校正が終了すると、図示せぬＲＦ測定器により、端子２０１ａ〜ｄ間におけるＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定が開始される。ここでは便宜上、端子２０１ａを「ポート１」、端子２０１ｂを「ポート２」、端子２０１ｃを「ポート３」、端子２０１ｄを「ポート４」とする。測定により、各端子間のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）である、通過損失／通過利得（Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ１４、Ｓ２１、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ３１、Ｓ３２，Ｓ３４等）、反射率（Ｓ１１，Ｓ２２，Ｓ３３、Ｓ４４）が取得される。

パッケージ基板２００のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）測定時に、測定対象となるパッケージ基板２００の厚さ、および表面と裏面上に形成されている端子２０１ａとｂ、および端子２０１ｃとｄのそれぞれの間の距離が測定される。ＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定が終了すると、図３Ａに示されるように測定対象基板であるパッケージ基板２００がＲＦインピーダンス測定装置から取り外されて、代わりにＲＦ校正基板支持機構２５０によりＲＦ校正基板２４０が垂直向きに設置される。ＲＦプローブ２１０ａ〜ｄのそれぞれに接続されている９０度折り曲げ回転機構２５０により、それぞれのＲＦプローブ２１０ａ〜ｄは９０度折り曲げ回転機構２５０の回転軸中心に９０度回転させられて、ＲＦプローブ２１０ａ〜ｄのそれぞれに備えられている信号用プローブ２１５は校正基板上に形成されている標準線路に接触される。この際、ＲＦプローブ（２１０ａ〜２１０ｄ）は、それぞれ垂直方向に移動できる構造になっており、左右２組のＲＦプローブ（２１０ａと２１０ｃ、２１０ｂと２１０ｄ）の端子２１５による接触点間距離は、先に測定されていたパッケージ基板２００の厚さになるように調整される。この状態で、端子２１５間の位相差を測定すれば、パッケージ基板２００の厚さ分に対応した位相差が求まる。また、パッケージ基板２００の同一面内方向（例えば、ポート１とポート２、およびポート３とポート４との間）の位相差については、図３Ｂに示されるように、パッケージ基板２００のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）測定時に、測定対象となるパッケージ基板２００の表面と裏面上に形成されている端子２０１ａとｂ（ポート１とポート２）、および端子２０１ｃとｄ（ポート３とポート４）のそれぞれの間の距離が測定される。次に、図３Ｂに示されるように測定対象基板であるパッケージ基板２００がＲＦインピーダンス測定装置から取り外されて、代わりにＲＦ校正基板支持機構２５０によりＲＦ校正基板２４０が水平向きに設置される。ＲＦプローブ２１０ａ〜ｄのそれぞれに接続されている９０度折り曲げ回転機構２５０により、それぞれのＲＦプローブ２１０ａ〜ｄは９０度折り曲げ回転機構２５０の回転軸中心に９０度回転させられて、ＲＦプローブ２１０ａ〜ｄのそれぞれに備えられている信号用プローブ２１５は校正基板上に形成されている標準線路に接触される。この際、ＲＦプローブ（２１０ａ〜２１０ｄ）は、それぞれ水平方向に移動できる構造になっており、上下２組のＲＦプローブ（２１０ａと２１０ｂ、２１０ｃと２１０ｄ）の信号用プローブ２１５による接触点間距離が、先に測定されたパッケージ基板２００の表面と裏面上に形成されている端子２０１ａとｂ（ポート１とポート２）、および端子２０１ｃとｄ（ポート３とポート４）のそれぞれの間の距離になるように調整される。この状態で端子間の位相差を測定すれば、パッケージ基板２００の表面と裏面上に形成されている端子２０１ａとｂ（ポート１とポート２）、および端子２０１ｃとｄ（ポート３とポート４）間における位相差が求まる。こうして求められた各ポート間における位相差に基づいて、先に測定されたパッケージ基板２００のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の値を補正することにより、測定精度を向上させることができる。なお、位相差の測定においては、パッケージ基板２００の垂直方向に対して１組のＲＦプローブによる測定、また、水平方向に対しても１組のＲＦプローブによる測定で十分である。

本実施の形態においては、ＲＦプローブ２１０ａ〜ｄをパッケージ基板２００の両面から直接コンタクトさせる。また、ＲＦプローブ２１０ａ〜ｄに接続される９０度折り曲げ回転機構２２０により、同一のＲＦプローブ２１０ａ〜ｄによって、測定対象となるパッケージ基板２００のＲＦインピーダンスの測定、およびパッケージ基板２００のポート間位相差を補正することができる。

これにより、更に精度の高いＲＦ測定（特に電源／ＧＮＤ系線路）が可能となると共に、概ね２０ＧＨｚ程度までの高周波領域にわたって高精度のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）測定が実現される。また、これにより精度の良い等価回路が生成され、ＬＳＩの高速化にシミュレーションモデルを追従させることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係わるパッケージ基板のＲＦインピーダンス測定装置の概略構成を図４Ａおよび図４Ｂに示す。本実施の形態の基本的な構成および動作原理は、実施の形態１のパッケージ基板のＲＦインピーダンス測定装置と同じである。但し、本実施の形態においては、９０度折り曲げ回転機構２５０の代わりに１８０度回転機構４２０を備えている。

本実施の形態のＲＦインピーダンス測定装置は、２本のＲＦプローブ４１０ａ、４１０ｂと、上記した１８０度回転機構４２０とを備えている。

それぞれのＲＦプローブ４１０ａ、４１０ｂは、ＤＣ Ｓｕｐｐｌｙ端子４３０ａからＤＣバイアスが印加されて、ＲＦ Ｓｏｕｒｃｅ端子４３０ｂから出力されるＲＦを図示せぬ測定装置の入力ポートに入力するためのＢｉａｓ−Ｔ、測定対象となるパッケージ基板４００の表裏面上に形成される端子４０１ａ〜ｄに接触させることにより端子４０１ａ〜ｄ間のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）が測定される信号用プローブ４１５を備えている。また、ＲＦプローブ４１０ａ、４１０ｂは、端子間の位相校正時にＲＦプローブ４１０ａ、４１０ｂ本体を回転させ、パッケージ基板４００の設置方向に対して並行あるいは垂直向きに設置されるＲＦ校正基板上の標準線路に上記信号用プローブを接触させるための１８０度折り曲げ回転機構４２０に接続されている。

次に、本実施の形態における動作原理について説明する。

まず，図４Ａに示されるように測定対象となるパッケージ基板４００が水平向きに設置されると、上記したようにＲＦプローブ４１０ａおよび４１０ｂのそれぞれの信号用プローブ４１５が端子４０１ａおよび４０１ｂのそれぞれに接触される。これにより、パッケージ基板４００の表面上に形成されている端子４０１ａと４０１ｂとの間におけるＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定のセットアップが完了する。各ＲＦプローブの信号用プローブ４１５には、図示せぬネットワークアナライザ等のＲＦ測定器のポートが接続されており、実際のＲＦインピーダンス測定前にはＲＦ測定器のポートにおいて初期校正がなされる。このとき、各ポートは同一基準面に設置されていると見なされており、実際の信号用プローブ４１５が異なった基準面に接触されて測定が行われる場合にはそれぞれの信号用プローブ４１５間において位相等などの補正が必要となる。

ＲＦプローブ４１０ａおよび４１０ｂの信号用プローブ４１５がそれぞれ端子４０１ａおよび４０１ｂのそれぞれに接触されて、ＲＦ測定器における初期校正が終了すると、実際に端子４０１ａおよび４０１ｂ間においてＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定が開始される。本実施の形態においても便宜上、端子４０１ａを「ポート１」、端子４０１ｂを「ポート２」、端子４０１ｃを「ポート３」、端子４０１ｄを「ポート４」とする。測定により、端子間のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）である、通過損失／通過利得（Ｓ１２、Ｓ２１）、反射率（Ｓ１１，Ｓ２２）が取得される。

図４Ａに示される、パッケージ基板４００のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）測定時に、測定対象となるパッケージ基板４００の端子４０１ａと端子４０１ｂのそれぞれの間の距離が測定される。本実施の形態における端子４０１ａと端子４０１ｂ間における位相差の求め方は、実施の形態１で説明されているものと同等であるのでここでは説明を省略する。

次に、図４Ｂに示されるように測定対象となるパッケージ基板４００の表裏面上にそれぞれ形成されている端子４０１ｂと端子４０１ｃとの間において、ＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）を測定する場合について説明する。この場合、図４Ａに示されるセットアップから、ＲＦプローブ４１０ａが１８０度折り曲げ回転機構４２０により、水平軸に対して１８０度線対称に回転され、また、垂直方向に移動されることにより、図４Ｂに示されているセットアップ状態に移行される。そして、上記したようにＲＦプローブ４１０ａおよび４１０ｂの信号用プローブ４１５がそれぞれ端子４０１ｃ（ポート３）および４０１ｂ（ポート２）のそれぞれに接触される。

本実施の形態では、１８０度折り曲げ回転機構４２０を備えていることにより、実施の形態１においてパッケージ基板２００上の全てのポート間のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）を計測するのに計４本必要であったＲＦプローブを２本に減らすことが出来る。つまり、本実施の形態においては、実施の形態１におけるＲＦプローブ２１０ａと２１０ｃを４１０ａで、また、ＲＦプローブ２１０ｂと２１０ｄを４１０ｂで代替することができる。

本セットアップにおけるＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定および位相補正については、図４Ａに示されるものと同様である。

本実施の形態においては、実施の形態１で示された作用効果の他に、ＲＦプローブ４１０ａおよび４１０ｂが１８０度折り曲げ回転機構４２０に接続されていることにより、実施の形態１においては４本のＲＦプローブ２１０ａ〜ｄにより４ポート間のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）および位相差を測定していたものが、２本のＲＦプローブＲＦプローブ４１０ａおよび４１０ｂのみで同一の機能を達成することができる。このため、本実施の形態においては、実施の形態１に比較して、より簡単な構成のＲＦインピーダンス測定装置を提供することが出来る。また、ＲＦプローブの数が少なくなることにより、ＲＦインピーダンス測定装置そのものの操作も簡易化される。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係わるパッケージ基板のＲＦインピーダンス測定装置の概略構成図を図５に示す。

本実施の形態の基本的な構成、機能および動作原理は実施の形態２と同様である。但し、本実施の形態においては図６に見られるように、ＲＦプローブ４１０ａおよび４１０ａの３軸方向に対する位置座標を正確に測定することのできるスケールを備えている。これにより、パッケージ基板上４００の厚さ方向（Ｚ方向）、および同一面内方向（ＸＹ平面）におけるポート間の距離を正確に測定することができ、位相補正を迅速かつ容易に行うことができる。

本実施の形態のＲＦインピーダンス測定装置は、２本のＲＦプローブ４１０ａ、４１０ｂ、ＲＦプローブ４１０ａ、４１０ｂを支持するための２本のＲＦプローブ支持機構４５０ａ、４５０ｂ、および１８０度折り曲げ回転機構４２０を備えている。図５に示されるように、ＲＦプローブ支持機構４５０ａおよび４５０ｂは、Ｘ軸およびＹ軸方向に対してＸＹ平面内を移動できる。Ｘ軸およびＹ軸方向にはスケール（Ｘ軸）４７０、およびスケール（Ｙ軸）４８０が配設されており、ＲＦプローブ支持機構４５０ａおよび４５０ｂ、つまりＲＦプローブ４１０ａおよび４１０ｂの信号用プローブ４１５のＸおよびＹ座標が迅速に求まる。また、ＲＦプローブ支持機構４５０ａおよび４５０ｂのそれぞれには、ＲＦプローブ４１０ａおよび４１０ｂのＺ軸方向の位置座標を測定するためのスケール（Ｚ軸）４６０ａおよびスケール（Ｚ軸）４６０ｂが配設されている。これにより、ＲＦプローブ４１０ａおよび４１０ｂの端子４１５のＺ軸方向の位置座標が迅速に求まる。

次に、本実施の形態における動作原理について説明する。

まず，図５に示されるように測定対象となるパッケージ基板４００が水平向きに設置されて、上記したようにＲＦプローブ４１０ａおよび４１０ｂの信号用プローブ４１５がそれぞれ端子４０１ａ〜４０１ｄのいずれか１つに接触される。これにより、パッケージ基板４００の表面に形成されている端子４０１ａ〜４０１ｄの任意の２ポート間におけるＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定のセットアップが完了する。各ＲＦプローブの信号用プローブには、図示せぬネットワークアナライザ等のＲＦ測定器のポートが接続されており、実際のＲＦインピーダンス測定前にはＲＦ測定器のポートにおいて初期校正がなされる。このとき、各ポートは同一基準面に設置されていると見なされており、実際の測定プローブが異なった基準面に接触されて測定が行われる場合には、端子間において位相差などの補正が必要となる。

ＲＦプローブ４１０ａおよび４１０ｂの信号用プローブ４１５がそれぞれ端子４０１ａ〜４０１ｄのいずれか１つに接触されてＲＦ測定器における初期校正が終了すると、実際に選択された端子間でＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）の測定が開始される。本実施の形態においても便宜上、端子４０１ａを「ポート１」、端子４０１ｂを「ポート２」、端子４０１ｃを「ポート３」、端子４０１ｄを「ポート４」とする。測定により、ポート間のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）である、通過損失／通過利得（Ｓ１２、Ｓ２１等）、反射率（Ｓ１１，Ｓ２２等）が取得される。

パッケージ基板４００のＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）測定時に、測定対象となるパッケージ基板４００の端子４０１ａ（ポート１）〜端子４０１ｄ（ポート４）のそれぞれの間の距離が求められる。

本実施の形態において、端子４０１ａ（ポート１）〜端子４０１ｄ（ポート４）のそれぞれの間の距離は、測定対象となるポート上に信号用プローブ４１５が接触されて、このとき、スケール（Ｘ軸）４７０、スケール（Ｙ軸）４８０、スケール（Ｚ軸）４６０ａおよびスケール（Ｚ軸）４６０ｂにより測定対象となるポート間距離が計測される。そして、この計測された距離に基づいて測定対象となるポート間の測定周波数に対応する位相差が求められ、測定されたＲＦインピーダンス（Ｓパラメータ）に対する位相差の補正が行われる。

本実施の形態におけるスケール（Ｘ軸）４７０、スケール（Ｙ軸）４８０、スケール（Ｚ軸）４６０ａおよびスケール（Ｚ軸）４６０ｂは、図５に見られるように手動で移動されるように示されているが、このステージが電動モータなどを備えてコンピュータにより制御されても良い。この場合、正確かつ迅速にパッケージ基板４００の端子４０１ａ（ポート１）〜端子４０１ｄ（ポート４）に対して信号用プローブ４１５の位置合わせができる。また、位置合わせされた時点での測定対象ポート間の距離が自動的に測定されて、ポート間における測定されたＲＦインピーダンスに対する位相差の補正が迅速に行われる。また、本実施の形態においては、実施の形態２に基づいて２つのＲＦプローブを備えたＲＦインピーダンス測定装置の説明がなされたが、もちろん実施の形態１に示されている４つのＲＦプローブで構成される形態に対しても適応でき、ＲＦプローブの数に制限されない形態をとる。さらに、本実施の形態においては、図示せぬネットワークアナライザ等のＲＦ測定器と組み合わせられていることにより、ＲＦインピーダンス測定システムとして、基板等に限定されない多様なＲＦ機器のＳパラメータ測定を高周波帯域に渡って高精度で実施することができる。

本実施の形態においては、実施の形態１および２の作用効果を持つと共に、ＲＦプローブの位置を測定することのできる３軸方向のスケールを備えることにより、位相についての補正が極めて容易な操作により出来るようになる。これにより、装置の利便性がさらに増す。

従来の測定方法を示す原理図である。 本発明の実施の形態１に係わる測定装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係わるＲＦ校正時の動作を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係わるＲＦ校正時の動作を説明する図である。 本発明の実施の形態２に係わる測定装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係わる測定装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係わる測定装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０１…基準面ずれ
１０２…ＲＦプローブ１
１０２ａ…信号用プローブ
１０２ｂ…ＧＮＤ用プローブ
１０３…ＲＦプローブ２
１０３ａ…信号用プローブ
１０３ｂ…ＧＮＤ用プローブ
１０５…パッケージ基板
１１０…実装基板
２００、４００…パッケージ基板
２０１ａ、４０１ａ…端子（ポート１）
２０１ｂ、４０１ｂ…端子（ポート２）
２０１ｃ、４０１ｃ…端子（ポート３）
２０１ｄ、４０１ｄ…端子（ポート４）
２１０ａ、４１０ａ、４１０ｂ…ＲＦプローブ
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、４１０ａ、４１０ｂ…ＲＦプローブ
２１５、４１５…信号用プローブ
２２０…９０度折り曲げ回転機構
２３０、４３０…Ｂｉａｓ−Ｔ
２３０ａ、４３０ａ…ＤＣ Ｓｕｐｐｌｙ端子
２３０ｂ、４３０ｂ…ＲＦ Ｓｏｕｒｃｅ端子
２４０…ＲＦ校正基板
２５０…ＲＦ校正基板支持機構
４５０ａ、４５０ｂ…ＲＦプローブ支持機構
４２０…１８０度折り曲げ回転機構
４６０ａ…スケール（Ｚ軸）
４６０ｂ…スケール（Ｚ軸）
４７０…スケール（Ｘ軸）
４８０…スケール（Ｙ軸）
Ａ１〜Ａ６…回転軸

Claims (10)

1. パッケージ基板厚方向および同一面内方向の位相差を補正してパッケージ基板の表裏面上に形成された端子間のインピーダンスを測定するＲＦインピーダンス測定装置であって、
   複数のＲＦプローブと、
   複数の回転機構と
   を具備し、
   前記複数のＲＦプローブは前記複数の回転機構に１つずつ接続されて第１の回転位置で前記パッケージ基板の表裏面上に形成された前記端子間のインピーダンス値を測定し、
   さらに、前記第１の回転位置および第２の回転位置で前記パッケージ基板の設置方向に対して垂直および水平に配置されたＲＦ校正基板により前記パッケージ基板の基板厚方向および同一面内方向の前記端子間距離に対応する位相差を測定し、
   前記位相差に基づいて前記インピーダンス値が校正される
   ＲＦインピーダンス測定装置。
2. 請求項１に記載のＲＦインピーダンス測定装置において、
   前記回転機構は９０度の範囲内で回動自在である
   ＲＦインピーダンス測定装置。
3. パッケージ基板厚方向および同一面内方向の位相差を補正してパッケージ基板の表裏面上に形成された端子間のインピーダンスを測定するＲＦインピーダンス測定装置であって、
   複数のＲＦプローブと、
   複数の回転機構と
   を具備し、
   前記複数のＲＦプローブは前記複数の回転機構に１つずつ接続されて第１の回転位置または第２の回転位置で前記パッケージ基板の表裏面上に形成された前記端子間のインピーダンス値を測定し、
   さらに、前記第１の回転位置、前記第２の回転位置、第３の回転位置、または第４の回転位置で前記パッケージ基板の設置方向に対して垂直および水平に配置されたＲＦ校正基板により前記パッケージ基板の基板厚方向および同一面内方向の前記端子間距離に対応する位相差を測定し、
   前記位相差に基づいて前記インピーダンス値が校正される
   ＲＦインピーダンス測定装置。
4. 請求項３に記載のＲＦインピーダンス測定装置において、
   前記回転機構は１８０度の範囲内で回動自在である
   ＲＦインピーダンス測定装置。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載のＲＦインピーダンス測定装置において、
   前記複数のＲＦプローブは３軸方向のスケール上に配置されて移動可能であり、前記３軸方向のスケールにより前記複数のＲＦプローブの間の前記パッケージ基板の基板厚方向および同一面内方向の前記端子間距離に対応するそれぞれの距離が測定される
   ＲＦインピーダンス測定装置。
6. 請求項１から５までに記載のＲＦインピーダンス測定装置のうちいずれか１つと、
   ＲＦインピーダンスの校正および実測を行うＲＦ測定器と
   を具備するＲＦインピーダンス測定システム。
7. パッケージ基板厚方向および同一面内方向の位相差を補正して前記パッケージ基板の表裏面上に形成された端子間のインピーダンスを測定するＲＦインピーダンス測定方法であって、
   回転機構を備えた複数のＲＦプローブにより前記パッケージ基板の表裏面上に形成された前記端子間のインピーダンス値を測定するステップと、
   前記回転機構を備えた複数のＲＦプローブにより前記パッケージ基板の基板厚方向および同一面内方向の前記ＲＦ信号線路間距離に対応するそれぞれの位相差を測定するステップと、
   前記位相差に基づいて前記インピーダンス値を校正するステップと
   を具備するＲＦインピーダンス測定方法。
8. 請求項７に記載のＲＦインピーダンス測定方法において、
   前記回転機構は９０度の範囲内で回動自在である
   ＲＦインピーダンス測定方法。
9. 請求項７に記載のＲＦインピーダンス測定方法において、
   前記回転機構は１８０度の範囲内で回動自在である
   ＲＦインピーダンス測定方法。
10. 請求項７から９までのいずれか一項に記載のＲＦインピーダンス測定方法において、
    前記回転機構を備えた複数のＲＦプローブは３軸方向のスケール上に配置されて移動可能であり、
    前記位相差を測定するステップの前に、
    さらに、前記３軸方向のスケールにより前記回転機構を備えた複数のＲＦプローブの間の前記パッケージ基板の基板厚方向および同一面内方向の前記端子間距離を測定するステップを
    具備するＲＦインピーダンス測定方法。

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