JPH05180897A - 広帯域マイクロ波現場試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハイブリッド回路の個別的なマイクロ波機能
を現場試験する広帯域マイクロ波試験装置を提供する。 【構成】 電磁波を放射するマイクロ波ライン上に配置
するように設計された薄い小さなシリコン板と、前記小
さなシリコン板の上面に設けられた金属化エッチング領
域により形成されたマイクロ波結合手段とを備えてい
る。この広帯域マイクロ波試験装置はセンチメートル波
及びミリメートル波領域での測定に適当しており、複数
の試験プローブ用の入力を有する通常の測定装置により
動作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波領域で動作
するハイブリッド又はモノリシック回路について現場
で、換言すれば任意点でマイクロ波により装置機能試験
を実行する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハイブリッド又はモノリシック回路は、
異なるレベルで試験することが必要な複合マイクロ波機
能を実現させることができる。この必要性はこのような
回路の本質的なアナログ特性から来るものであり、この
特性は厳密な製造パラメータを使用することを自ずと意
味している。

【０００３】更に、個々のマイクロ波機能（電力、雑音
係数、線形性、通過帯域及びフィルタ特性、変調精度
等）に期待されるパフォーマンスは、これらに関連する
装置のパフォーマンスに直接作用するので、可能な限り
正確であることを保証しなければならない。これらパフ
ォーマンスの上限でしばしば利用される多くのマイクロ
波部品の前駆的な特性は、マイクロ波の試験条件を特徴
付けるものである。

【０００４】これまで、活性部品（ダイオード、トラン
ジスタ、集積回路）の試験は、活性部品をマウントする
前に、与えられたパラメータ・セットの関数として、活
性部品を連続的に動作させることにより行なうものが伝
統的なものであった。この試験は研究所のプロトタイプ
の段階及び一連の生産段階で行なわれる。更に、例えば
カスケード・マイクロ波（Cascade Microwave)から販売
されている試験プローブに寸法を合わせた試験装置を用
いることにより、マイクロ波で集積回路を試験すること
ができる。

【０００５】これらの活性部品は、場合に応じて、それ
ら自身のハウジング、試験可能チップ・キャリア、又は
チップとして直接個別的なマイクロ波機能に搭載され
る。

【０００６】最初の２つの場合では、活性部品の最終的
なパフォーマンスをチェックするため、及びあり得る故
障原因を把握し、これを修理することが容易であるとい
う理由のために、マイクロ波による試験を行なう。

【０００７】個別的なマイクロ波機能は、コネクタに合
わせてシール又はハーメッチク・シールされたハウジン
グにより提供される。最終的な調整のために、必要なら
ば修理のために、ハウジングを閉じる前に試験がしばし
ば実行される。これは、特に複雑なパッケージ又はパフ
ォーマンスが臨界的である場合に適用される。

【０００８】最後に、ハウジングが閉じられ、サブアッ
センブリ、総合的なアッセンブリ、及び集積している装
置の項目のパフォーマンスをチェックするために試験が
実行される。このような試験は統合試験と呼ばれる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】現場試験といわれるこ
れらの試験は、個別的なマイクロ波機能の各位置に実行
される試験である。一般的に、半導体回路の形態と、実
行する電気的機能との間には直接的な関係が存在するの
で、現場試験は有用である。特に、現場試験のための３
条件レベルを区別することができる。即ち、 ・開発又は研究所モデル段階において、回路給電ライン
における一定の内部回路結合又は電力分配ランはまだう
まくモデル化されていず、これらのエネルギ・レベルを
測定する工具は、一定の設計の不確かさを明確にするこ
とができる。 ・プロトタイプ段階では、精密調整後にのみあるパフォ
ーマンスが得られる。ここで試験を実行するためには、
精密調整された後、一緒にアッセンブリされた個別的な
部品パッケージを作成する。しかし、この手順はコスト
が掛かり、しかも得ようとする個別的なマイクロ波機能
の正しいミニチュア化が不可能である。マイクロ波現場
試験は、例えば、セラミック基板を有し、カスケードに
搭載された複数の増幅器の整合を、中間段の回路の１又
は複数のポイントで存在する電圧を測定することによ
り、行なうことができる。更に、マイクロ波現場試験
は、特殊な試験台を用いることなく、電力増幅器の出力
で定在波比測定（ＳＷＲ）も実行することができる。 ・一連の生産段階で、通常のマイクロ波試験、及び電源
投入試験は、一般的に複数の部品が並行して給電される
ので、マイクロ波結線不良、更には直流給電結線不良の
ような、構造上の欠陥を探し出すことができない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、従来技
術の前記欠点を克服することにある。

【００１１】特に、本発明の目的は、マイクロ波領域で
動作しているハイブリッド回路で発生する問題を克服で
きる装置を提供することにある。本発明の他の目的は、
マイクロ波機能の異なるポイントに配置するために取り
扱が容易であり、かつ（直流又はマイクロ波試験用の）
試験プローブに寸法を合わせた現用測定装置に適応可能
な広帯域マイクロ波現場試験装置を提供することにあ
る。

【００１２】本発明の要旨は、本質的に、ハイブリッド
回路から来る基板上の電磁波を検出するために、試験中
のハイブリッド回路の基板上に配置するように設計され
たチップ型式の部品の使用に関するものであり、その特
徴をなす合成放射即ち測定信号が試験プローブに供給さ
れる。

【００１３】従って、本発明は、好ましくは、マイクロ
・ストリップ・ライン、共平面ライン等のような開放構
造に適用される。

【００１４】特に、マイクロ波回路の広帯域マイクロ波
現場試験を実行するための装置は、 ・電磁波を放射するマイクロ波ライン上に配置するよう
にした支持手段と、 ・前記支持手段の前記第２の面により搬送され、前記電
磁波を検出するマイクロ波結合手段と を備えると共に、前記支持手段を前記支持手段により前
記マイクロ波ラインから十分に離して、前記放射の一部
に結合させることによりマイクロ波を結合させるもので
ある。

【００１５】好ましくは、 ・前記支持手段は透明な下面及び金属化された上面を有
するシリコン小板からなり、前記マイクロ波結合手段は
前記シリコン小板の前記金属化された上面に設けられた
エッチング領域からなる。 ・前記電磁波の磁界に結合するようにした電流ループ・
センサである。 ・前記マイクロ波結合手段は前記電磁波の電界に結合す
るようにしたダイポール電圧センサである。 ・前記電流ループ・センサは、共通ループ部分を有し、
背中合わせで動作する２つの電流ループ・センサを備
え、前記共通ループ部分は２つの端子を形成するために
切り断されている。 ・前記２つの電流ループは前記マイクロ波ラインの長軸
に対して対称的に配列され、前記２つの端子は前記長軸
にほぼ揃えられており、ダイオードが前記２つの端子を
結合させる。 ・この広帯域マイクロ波試験装置は、対向して配列され
ている２つのダイポール電圧センサを備え、各ダイポー
ル電圧センサはダイオードに寸法を合わせたダイポール
を備え、前記ダイポールは更に直列に接続されている。

【００１６】本発明の他の特徴及び効果は、以下の非限
定的な実施例の説明、及び添付された図面を参照するこ
とにより、更に明らかとなるであろう。

【００１７】

【実施例】図１を参照すると、現場で実行される広帯域
マイクロ波試験装置は、シリコン小板２０からなる支持
手段と、マイクロ波ライン２５、例えばマイクロ波回路
のマイクロ波ライン上に配置され、かつ受信アンテナの
機能を実行するために支持手段により搬送され、参照番
号１５により示される電流ループ・センサ（マイクロ波
結合手段）とを備えている。

【００１８】図１は現場で試験されるマイクロ波回路の
基板３０も示している。マイクロ波動作において、マイ
クロ波ライン２５は基板３０上に電磁波を放射する。本
発明により採用された原理は電磁波が発生した電磁界を
検出してその特性を測定することからなる。測定は、マ
イクロ波結合手段のテスト・ポイント（接触パッド）に
宛がう例えば（直流又はマイクロ波用の）試験プローブ
１０に接続される試験装置により実行される。

【００１９】マイクロ波の結合には、直接結合、電磁波
の磁界に対する結合又は電界に対する結合、又は放射さ
れた電磁波の特性をサンプリング可能にする他の結合を
用いることができる。このために、以下で説明するよう
に、ダイポール電圧センサ又は電流ループ・センサを用
いる。更に、ＧａＡｓの電子光学効果、又は光若しくは
温度勾配検出器との組合わせにより液晶の熱効果を用い
ることもできる。

【００２０】電流ループ・センサ１５によりマイクロ波
信号の一部を挿出すると、これを、 ・マイクロ波ライン、光ファイバ、又は他の適当な手段
を介して測定装置に供給し、 ・又は現場で電気信号に変換した後、測定装置に供給す
る。

【００２１】これら種々の可能性のうちのでいずれが最
良であるかは、 ・基板（アルミナ、ＧａＡｓ）の型式、 ・同時的な測定ポイントの数、 ・試験中の回路の動作周波数、 ・所要帯域幅、 ・測定ダイナミック・レンジ、 ・マイクロ波信号の位相がどのようなものかを知る必要
があるか否か、 ・測定装置との両立性、 ・回路にどのような歪みを印加できるか による。

【００２２】シリコン小板２０は、横が約１ｍｍ、かつ
厚さが約０. １ｍｍの矩形状のものである。シリコン小
板２０は双眼顕微鏡を用いて複合ハイブリッド回路のマ
イクロ波ラインの上配置可能である。これは、個々のマ
イクロ波機能について異なる測定点で行なわれる。シリ
コン小板２０は露出し、透明であり、かつ直接マイクロ
波ライン２５に対面する下面２１と、金属化された上面
２２とを有する。金属化された上面２２は接続パッド、
電流ループ・センサ、又はダイポール電圧センサを形成
するためにエッチングされている。これらのセンサは、
通常的な試験装置が用いるプローブにより用いられる。
シリコン小板２０はマイクロ波ライン２５に対するセン
サの高さを正しく決定する利点がある。シリコン小板２
０の厚さは、マイクロ波ラインとの結合係数を決定する
ものであり、好ましくは、−２０ｄＢ〜−５０ｄＢのレ
ベルで信号と結合し得る値のものでなければならない。

【００２３】図２に示す本発明の第１の実施例によれ
ば、シリコン小板２０の金属化された上面２２は、エッ
チングされて電流ループ・センサ１５を形成している。
この電流ループ・センサ１５は電流ループ５０、５１と
共に、２つの接触パッド４０を有する。

【００２４】電流ループ・センサにより検出されたマイ
クロ波電流信号は、（カスケード・セラミック(Cascade
ceramic) として知られた）セラミック材料によるマイ
クロ波プローブ３５から供給される。これらのマイクロ
波プローブ３５は接触パッド４０に宛がわれる。

【００２５】全てのマイクロ波媒体は、電流ループ・セ
ンサ１５が発生したマイクロ波電流信号の振幅及び位相
情報の使用を可能にしている。

【００２６】図３に示す本発明の第２の実施例によれ
ば、シリコン小板２０の金属化された上面２２は、彫り
込まれて電流ループ５０、５１を有するセンサを形成し
てマイクロ波放射の磁界に対する結合を得る。

【００２７】２つの電流ループ５０、５１は、マイクロ
波ラインの長軸２６に対して対称に構成されたものであ
り、背中合わせで動作するように配列され、２つの接触
パッド４０を形成するために各ループの共通部分５２に
切り離しがある。２つの接触パッド４０は、長軸２６と
ほぼ揃えられたものであり、参照番号４５により示すよ
うに、金属エッチング上の３点で支えるように搭載され
ているショットキー・ダイオードにより一緒に接続され
ている。ショットキー・ダイオード４５は整流されたマ
イクロ波電流信号を現場で検出可能にするものであり、
このマイクロ波電流信号は関連するテスト・ポイントに
おけるマイクロ波放射により磁界を表わしている。

【００２８】更に、２つの電流ループ５０、５１は、シ
ョットキー・ダイオード４５を短絡させないように、そ
れぞれ約１ｐＦのコンデンサ５４、５３に大きさを合わ
せている。第３図に示す電流ループ・センサは、試験装
置の（直流）プローブを給電するように設計された各保
護抵抗５６、５８及び５５、５７を介する２つのプロー
ブ選択出力５９、６１及び６０、６２をそれぞれ備えて
いる。

【００２９】図４に示す本発明の第３の実施例によれ
ば、シリコン小板２０の金属化した上面２２はエッチン
グされて、マイクロ波の電界に結合させるためのダイポ
ール電圧センサを形成する。ダイポール電圧センサは、
対向して配列され、マイクロ波ラインの長軸２６に対し
て対称な２つのダイポール７０、７５と、各ダイポール
７０、７５間にそれぞれ配置された２つのショットキー
・ダイオード８０、８１とを備えている。対向する２つ
のダイポール７０、７５は直流電圧を加算するために抵
抗８３を介して直列に接続されている。ダイポール電圧
センサは保護抵抗８２、８４を介して直流を供給する選
択出力８５、９０を有する。

【００３０】図３及び図４から明らかなように、電流セ
ンサ及び電圧センサは、マイクロ波ラインの縁に存在す
る磁界及び電界を本質的に検出し、かつ試験中のハイブ
リッド回路のハウジングに存在するスプリアス放射から
来る比較的に均一な磁界及び電界を可能な限り排除する
ために、マイクロ波ラインの長軸２６と一致する対称軸
を有する。

【００３１】従って、本発明による広帯域マイクロ波試
験装置は、通常のマイクロ波用試験装置が使用可能なト
ランデューサである。試験中のハイブリッド回路の表面
が許容し得る数のトランデューサ、及び通常、試験装置
上に存在する数のプローブ入力を用いることができる。

【００３２】本発明による広帯域マイクロ波試験装置
は、例えば１〜１００GHz のセンチメートル及びミリメ
ートル波長領域での測定に特に適している。実際におい
て個々のマイクロ波機能の寸法は、回路を支持する材料
における波長の１/ １０程度が典型なものであり、例え
ば誘電率９による３０GHz で０. ３mmである。これは、
現存のマイクロマニュピュレータが取り扱えるものによ
く適合している。

【００３３】本発明は、前述の実施例に限定されず、ま
た本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施例が考
え得ることが明らかである。例えば、マイクロ波を変調
して、その振幅がトランデューサに結合される電界を表
わしている個々のマイクロ波機能の出力で検出するため
に、１又は複数のショットキー・ダイオードを変調ダイ
オード（ピン・ダイオード）により置換してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による広帯域マイクロ波試験装置の原理
を示す断面図である。

【図２】上面から見た広帯域マイクロ波試験装置の第１
の実施例の平面図である。

【図３】上面から見た広帯域マイクロ波試験装置の第２
の実施例の平面図である。

【図４】上面から見た広帯域マイクロ波試験装置の第３
の実施例の平面図である。

【符号の説明】

１０ 試験プローブ １５ 電流ループ・センサ ２０ シリコン小板 ２１ 下面 ２２ 上面 ２５ マイクロ波ライン ２６ 長軸 ３５ マイクロ波プローブ ４０ 接触パッド ４５、８０、８１ ショットキー・ダイオード ５０、５１ 電流ループ ５９、６１、６０、６２ プローブ選択出力 ７０、７５ ダイポール ８５、９０ 選択出力

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に電磁波を放射する少なくとも一
   つのマイクロ波ラインを備えているマイクロ波回路を広
   帯域マイクロ波により現場試験する広帯域マイクロ波試
   験装置において、 第１の面及び対向する第２の面を有し、前記マイクロ波
   ラインと直接接触して前記第１の面により配置される支
   持手段と、 前記支持手段の前記第２の面により搬送され、前記電磁
   波を検出するマイクロ波結合手段とを備え、前記支持手
   段は所定の材料及び寸法特性を有し、前記マイクロ波結
   合手段は所望値の部分を挿出することによりマイクロ波
   結合を得ることを特徴とする広帯域マイクロ波試験装
   置。
2. 【請求項２】 前記支持手段は前記第１の面を形成する
   透明な下面及び金属化された上面を有するシリコン小板
   からなり、前記マイクロ波結合手段は前記シリコン小板
   の前記金属化された上面上に設けられたエッチング領域
   からなることを特徴とする請求項１記載の広帯域マイク
   ロ波試験装置。
3. 【請求項３】 前記マイクロ波結合手段は前記電磁波の
   磁界に結合するようにした電流ループ・センサであるこ
   とを特徴とする請求項２記載の広帯域マイクロ波試験装
   置。
4. 【請求項４】 前記マイクロ波結合手段は前記電磁波の
   電界に結合するようにしたダイポール電圧センサである
   ことを特徴とする請求項２記載の広帯域マイクロ波試験
   装置。
5. 【請求項５】 前記電流ループ・センサは共通ループ部
   分を有し、背中合わせで動作する２つの電流ループ・セ
   ンサを備え、前記共通ループ部分は２つの端子を形成す
   るために切り離されていることを特徴とする請求項３記
   載の広帯域マイクロ波試験装置。
6. 【請求項６】 前記マイクロ波ラインは長軸を有し、２
   つの電流ループは前記マイクロ波ラインの前記長軸に対
   して対称的に配列され、前記２つの端子は前記長軸にほ
   ぼ揃えられていることを特徴とする請求項５記載の広帯
   域マイクロ波試験装置。
7. 【請求項７】 更に前記２つの端子を結合させるダイオ
   ードを備えていることを特徴とする請求項６記載の広帯
   域マイクロ波試験装置。
8. 【請求項８】 対向して配列された２つのダイポール電
   圧センサを備え、各ダイポール電圧センサはダイオード
   に寸法を合わせたダイポールを備え、前記ダイポールは
   直列に接続されていることを特徴とする請求項４記載の
   広帯域マイクロ波試験装置。
9. 【請求項９】 前記マイクロ波ラインは長軸を有し、前
   記ダイポールは前記マイクロ波ラインの長軸に対して対
   称的に配列されていることを特徴とする請求項８記載の
   広帯域マイクロ波試験装置。