KR20220053553A - 회로 및 회로에 결합된 안테나를 포함하는 피시험 디바이스를 시험하기 위한 시험 장치, 자동화된 시험 장비 및 방법 - Google Patents

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KR20220053553A
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호세 모레이라
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주식회사 아도반테스토
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Abstract

본 발명에 따른 실시예는, 능동 회로 및 이 회로에 결합되는 안테나를 포함하는 DUT를 시험하는 시험 장치에 관한 것이다.
시험 장치는 DUT 자리 및 프로브를 포함한다. 또한, 시험 장치는 DUT의 안테나에 대한 안테나 그라운드 영역 역할을 하도록 구성된 그라운드 영역을 포함한다. 프로브는 그라운드 영역 부근에 위치할 수 있다.
그라운드 영역은 작은 개구를 포함하여, 안테나 피드 임피던스가 영향을 받지 않거나 크게 영향을 받지는 않게 된다.
DUT 자리는 그라운드 영역의 제1 측에 있는 반면에, 프로브는 그라운드 영역의 제2 측에 배치된다.
프로브는, DUT의 안테나가 DUT의 회로에 의해 제공될 때 신호를 프로빙하기 위해, 그리고/또는 안테나에 의해 DUT의 회로에 제공되는 신호를 안테나에 커플링하기 위해, 개구를 통해 DUT의 안테나에 약하게 결합되도록 조정된다.

Description

회로 및 회로에 결합된 안테나를 포함하는 피시험 디바이스를 시험하기 위한 시험 장치, 자동화된 시험 장비 및 방법
본 발명의 실시예는 회로 및 이 회로에 결합되는 안테나를 포함하는 피시험 디바이스(device under test)를 시험하기 위한 시험 장치와 관련된다. 본 발명에 따른 다른 실시예는 회로 및 이 회로에 결합되는 안테나를 포함하는 피시험 디바이스를 시험하기 위한, 단일 또는 복수의 사이트(site)를 갖는 자동화된 시험 장비(automated test equipment)와 관련된다. 본 발명에 따른 다른 실시예는 회로 및 이 회로에 결합되는 안테나를 포함하는 피시험 디바이스를 시험하기 위한 방법과 관련된다. 본 발명에 따른 실시예는 임베디드 안테나 어레이(embedded antenna array)를 가진 집적 회로 또는 이 집적 회로를 포함하는 모듈을 OTA(over-the-air) 전자 시험하는 시스템 및 방법과 관련된다.
집적, 소형화 및 무선 연결성에 대한 변함없는 추동(drive)과 함께, 집적 회로 다이(die) 또는 패키지(package) 내에 통신 안테나를 포함하며 이전 세대에서와 같이 따로따로가 아닌, 무선 애플리케이션, 예를 들어, 5G 또는 WiGig을 위한 새로운 세대의 디바이스가 개발되고 있다. 이들 안테나는 통상적으로 다수의 소자를 가진 어레이 안테나로서 구현된다.
밀리미터파(millimeter-wave) 주파수에서의 무선 모바일(mobile) 또는 노마딕(nomadic) 통신은 초당 기가비트(gigabits-per-second)의 사용자당 데이터 레이트(per-user data rate)를 약속한다. 따라서, WLAN 기반 및/또는 셀룰러, 5G 표준 양자 모두는, 예를 들어, 28 GHz, 39 GHz, 60 GHz 또는 더 높은 것만큼 높은 주파수에서의 사용자 액세스(user access)를 꾀한다. 유의미한 링크 거리(link distance)를 달성하기 위해, 밀리미터파 주파수에서의 높은 자유 공간 감쇠(free-space attenuation)에도 불구하고, 예를 들어, 고지향성(high-directivity) 안테나가 링크의 양 단부 모두에서(사용자 디바이스 측에서뿐만 아니라 기지국 측에서) 이용될 수 있다. 이동성(mobility) 및/또는 유연성(flexibility)을 지원하기 위해서, 예를 들어, 전자적 빔 조향(electronic beam steering)(예를 들어, 위상 어레이(phased array) 원리를 사용함)이 사용자 디바이스 측에서 이용될 수 있다.
밀리미터파 주파수 스펙트럼은, 예를 들어, 높은 쓰루풋(high-throughput) 또는 높은 데이터 레이트(high-data-rate) 무선 송신을 위해, 주파수 대역폭 리소스를 제공한다. 결과로서, 예를 들어, 진전된 와이파이(WiFi) 시스템뿐만 아니라, 예를 들어, 5G 무선 통신은 밀리미터파의 사용을 꾀한다. Friis의 전송식
Figure pct00001
(여기서
· Prec 및 Pt 는 수신 전력 및 송신 전력이고,
· Grec 및 Gt는 안테나 이득이고,
· r은 거리이고,
· λ0는 공기 중에서의 신호의 파장을 나타냄)에 따르면,
밀리미터파 주파수에서의 거리당 높은 자유 공간 손실 또는 높은 감쇠는, 예를 들어, 무선 링크의 하나의 단부 상의 또는 양 단부 모두 상의 고이득(high-gain) 안테나에 의해, 보상될(compensated) 수 있다. 고이득 안테나는 좁은 빔 폭을 갖는다. 예를 들어, 모바일 또는 노마딕 애플리케이션을 위해, 안테나의 빔 방향은 링크의 대향하는 단부(opposite end)를 향해 적절히 조절되고 정향될(directed) 수 있다. 이는 편파(polarization)를 적응시키는 것을 포함한다.
송수신기(transceiver) 전자기기 및 공중 인터페이스(air interface) 간의 조밀함(compactness), 저비용 및 저손실을 위하여, 패키지 집적 안테나 어레이 모듈(package-integrated antenna array module)이 선호되는데, 이는 하나 또는 여러 개의 다중 송수신기 집적 회로를 다층 평면 안테나 어레이(multi-layer planar antenna array)와 함께 포함한다. 안테나 어레이 폼 팩터(form factor)는 (바람직하게는 이중 선형 편파(dual-linear polarized)) 빔이 어레이에 수직인 2차원(two-dimensional) 평면 어레이가 엔드 파이어(end fire)(바람직하게는 측방(sideward)) 방사(radiation)로써 선형 어레이로부터 비롯하는 빔과 함께 이용될 수 있도록, 중요한 역할을 한다.
예를 들어, 대부분의 애플리케이션은, 빔의 방향을 변경하기 위해 기계적 수단에 의존하는 것이 아니라 안테나 어레이를 사용함으로써 달성되는 전자적 빔 조향 및/또는 빔 스위칭(switching)에 의지한다. 엄격히 요구되지는 않지만, 많은 안테나 어레이는, 예를 들어, 원치 않는(unwanted) 방향에서, 방사, 또는 어레이의 방사기(radiator)의 각자의 기여(contribution)의 보강 간섭(constructive interference)을 방지하기 위해서, 어레이의 방사 소자를 서로 가까이 배치한다. 평면 어레이에 있어서, 어레이의 소자 간의 전형적인 거리 또는 중심 대 중심 거리(center-to-center distance)는, 예를 들어, 약 0.6 파장(자유 공간 파장 λ0임)이다.
그러므로, 일반 안테나 어레이는 평평한 평면 상의 다수의 방사기 소자로 구성되는데, 각각의 방사기 소자는 평면에 수직인 방향에서, 그리고 이 수직 축에 중심이 두어진 공간적 섹터(sector)에서, 2개의 직교의 격리된 편파에서의 방사를 가능하게 한다. 어레이 배열은 0.6 × λ0의 주기성으로 평면 내의 두 방향에서 주기적일 수 있다.
그러한 안테나 어레이의 표준적인 동작은, 예를 들어, 어레이의 소자로부터의 모든 방사 기여의 주어진 공간적 방향에서의 예측가능한 보강 간섭을 수반한다. 이것은 송신 및/또는 수신 전자기기를 비롯하여, 바람직하게는 두 편파 모두를 위해, 크기 및 위상에서 각각의 방사기 소자의 확정된(well-defined) 동작을 요구한다.
다소 복잡한 집적 회로는, 예를 들어, 칩(chip) 상에 무려 32개의 송수신기 채널 및/또는 내장된(built-in) 자체 시험 기능을 조합할 수 있다.
하나 또는 여러 개의 집적된 송수신기 칩 및 다층 보드(multi-layer board)를 신호 분배 및 안테나 어레이와 합친 완전한 방사 모듈은 상당한 패키징 복잡도를 나타내며, 따라서, 생산에서 시험될 필요가 생긴다. 추가로, 예를 들어, 사용자 디바이스는 디바이스의 상이한, 공간적으로 분리된 위치에서 몇 개의 방사 모듈을 포함할 수 있고, 그것은 다중 빔(multi-beam) 또는 MIMO 모드로 동작할 수 있다. 공중상(Over-The-Air: OTA) 시험에서 그러한 사용자 디바이스의 능력의 전 세트(full set)를 시험하는 것은 극도로 난해하다.
과거에 안테나는 피시험 디바이스(Device Under Test: DUT)에 포함되지 않았고 이들 디바이스는 표준적인 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 측정 기법을 사용하는 전기적 연결(electrical connection)을 통해서 시험된다. 다이 내의 또는 패키지 내의 집적된 안테나 어레이들을 가진 무선 DUT는 그것들의 임무 모드(mission mode)에서 쌍대성(reciprocal) 안테나 또는 안테나 어레이(이는 DUT로부터의 무선 신호를 측정하고/거나 또한 활성화 신호(stimulus signal)를 DUT에 제공할 수 있음)에 의해 시험될 수 있다. 다시 말해, 집적된 안테나 어레이를 가진 DUT는 DUT의 송신 모드에서 시험될 수 있을 뿐만 아니라, DUT의 수신 모드에서 시험되는 것이 가능하거나 몇몇 경우에는 요구될 수도 있다. 이들 타입의 디바이스를 시험하기 위한 자동화된 시험 장비(Automated Test Equipment: ATE) 또는 시스템은 방법 및 프로브 및/또는 안테나가 무선으로 수신하고 DUT를 활성화할 것을 요구한다(공중상(Over-The-Air: OTA) 시험으로도 지칭됨).
집적된 안테나 어레이를 가진 DUT를 측정하기 위한 표준적인 접근법(approach)은 적절히 차폐된 측정 함체(enclosure) 상에서, 원역장(far-field) 측정 영역에서(DUT로부터 멀리 떨어짐을 의미함), 혼 안테나(horn antenna) 같은 표준적인 기성(off-the-shelf) 안테나를 사용하는 것이다.
어레이의 동작은, 송신을 측정하기 위해, 방사 강도(radiation intensity)를 맵핑하기(map) 위해서, 어떤 확정된 거리에서, 프로브로써 주위의 공간을 측정함으로써 시험될 수 있는 한편, 수신을 측정하는 것이 유사한데, 모든 공간 방향에 걸쳐, 구면 좌표계
Figure pct00002
및
Figure pct00003
를 사용한다. 이 개념은 전형적으로 구형 스캐닝(spherical scanning) 능력으로써 안테나 무반향 측정 챔버(chamber) 내에 구현된다.
정밀한 구형 스캐닝의 기계적 복잡도에 더하여, 어레이 및 프로브 안테나 간의 거리는 꽤 클 수 있고, 측정은 어레이 안테나의 원역장 영역에서 행해질 수 있다. 원역장을 위한 최소 거리는 몇 개의 제약과 함께 대략적으로 2 × D2 / λ0로서 주어지는데, 여기서 D는 안테나 어레이의 최대 치수, 흔히 어레이 개구(aperture)를 가로지르는 사선 길이(diagonal length)를 나타낸다. 이 원역장 거리는 중간 내지 높은 이득의 밀리미터파 어레이에서 수 미터일 수 있다.
원역장 측정을 위한 종래의 무반향 챔버 접근법을 적응시키는 것은 무반향 챔버 내에 장착될(mounted), 시험 송수신기가 연결된, 많은 수의 안테나 프로브로 인해 매우 비싼 투자가 된다. 그러한 접근법은 또한 각각의 디바이스를 위한 기나긴 측정 시간으로 인해 생산 시험에 실용적이지 않다.
이 접근법은, 실험실 타입 측정 셋업(setup)을 위해 이상적이기는 하나, 요구되는 치수로 인해 집적 회로의 대규모 시험을 위한 표준적인 시험 셀(test cell) 내에 통합되지 않을 수 있다. 또한, 단일 안테나로써 원역장 영역에서 작업함으로써, 그것은 DUT 안테나 어레이를 단일 빔으로서 측정하는데, 이는, DUT 안테나 어레이 상의 각각의 소자 따로따로가 아니라, 모든 안테나 소자가 방사하고 있고 그것들의 신호가 단일 빔으로 조합됨을 의미한다. 만일 DUT 상의 안테나 어레이의 개별 안테나 소자 각각에 프로브 안테나를 접근시키면, 측정 또는 프로브 안테나 그 자체는 DUT 안테나 어레이 소자를 교란하고(disturb) 측정을 무효화할(invalidate) 것이다.
대안적으로, 프로브는, 이른바 방사 근접장 내에서, 더 짧은 거리 내에서 안테나 어레이 주위를, 바람직하게는 구형으로(spherically), 스캐닝할 수 있다. 크기 및/또는 위상을 포함하는 이들 측정된 데이터는, 푸리에 변환(Fourier transformation)을 사용함으로써, 원역장으로 수학적으로 변환될 수 있다. 얼마쯤, 이들 데이터는, 방사 개구에 걸친 국소적 장 분포(local field distribution)가 획득되거나 대략적으로 획득될 때까지, 또한 안테나 어레이 쪽으로 변환될 수 있다. 그러면, 단일의 고장난(failed) 안테나 어레이 방사기 소자가 국소화될(localized) 수 있다.
종래의 근접장 측정으로 되돌아가는 것, 즉, 전기적으로 대형 방사 구조체를 그것의 방사 근접장에서 그것을 프로빙함(probing)으로써 특성화하는 것(characterizing)(수학적 변환이 이에 뒤따름)은, DUT를 위한 측정 시간이 더 길어지므로, 예를 들어 모든 공간 방향이 스캐닝될 필요가 있으므로, 전혀 도움이 되지 않는다.
생산 시험에는 또는 완전한 방사 모듈의 캘리브레이션(calibration)에는, 방사 모듈의 주어진 송수신기로부터 그것의 연결된 방사기 소자의 공중 인터페이스로의 경로를 특성화하는 것으로 충분할 수 있다. 방사 모듈의 시험 모드가 모든 송수신기의 순차적 시험을 지원한다면, 안테나 어레이의 방사 근접장 내에 또는 조금 멀리서, 그러나 여전히 어레이의 단일 방사 소자의 원역장 내에서, 어레이 안테나 앞에 배치된 단일 프로브 안테나가 그러한 시험을 수행하는 데에 이용될 수 있다.
다시 말해, 연관된 송신 또는 수신 체인(chain)과 더불어, 단일 안테나 어레이 방사기의 동작은 크기 및 위상에 대해서, 단일 공간 방향에서 프로빙된다. 만일 이것이 요구되는 바와 같이 작동하면, 다른 어레이 소자와의/에의 커플링(coupling)을 포함하는, 모든 다른 방향에서의 방사 속성이 역시 작동한다고 가정된다. 후자의 가정은 알려진 양호한 디바이스(known-good device)의 사전의 측정에, 시뮬레이션(simulation)에, 또는 설계에 기반한다. 이 접근법의 예는, 프로브 안테나가 어레이 앞에 배치된 경우이다. 어레이의 소자는 하나씩 하나씩 선택된다. 안테나 어레이 및 프로브 안테나 간의 거리는 프로브 안테나가 어레이 안테나의 방사 근접장 내에 있으나, 단일 방사 어레이 소자의 원역장 내에 있는 정도이다. 무반향 및/또는 흡수 함체는 조밀한 셋업을 가능케 한다.
개념의 단순함에도 불구하고, 몇 가지 결점이 있다. 첫째, 순차적 개념으로서, 그것은 더 병렬화된 접근법보다 더 시간 소모가 클 수 있다. 둘째, 셋업의 기하구조(geometry)에 따라서, 프로브 안테나는 상이한 각도 하에서 조밀한 셋업 내의 대형 안테나 어레이의 각각의 방사 소자를 "보는바", 절대적인 측정은 다소 복잡하며, 따라서 알려진 양호한 디바이스와의 비교만이 간단한 것으로 보인다. 셋째, "온으로 스위칭된"(switched-on) 방사기 소자로부터 다른 방사기 소자로의 커플링은 다소 복잡한 방식으로, 예컨대 원역장 내에 및/또는 보드 표면파(surface wave)를 통해서 및/또는 송수신기 부정합(mismatch)을 통해서가 아니라, 자유 공간을 통해서, 측정된 반응에 겹쳐질(superimpose) 수 있으며, 신뢰도(confidence)로써 수량화되지 않을 수 있다.
이 상황에 비추어 볼 때 회로 및 회로에 결합되는 안테나를 포함하는 DUT를 시험하기 위한 복잡도, 정확성 및 비용 간의 개선된 절충을 대동하는 개념에 대한 필요가 있다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 이른바 근접장 전자기 동작 범위의, DUT에 아주 가까운 범위에서 DUT를 무선으로 시험하는 것이 유익한 것으로 밝혀졌다. 이는 측정 안테나가 DUT로부터 멀리 떨어져 있어야 하는 원역장 전자기 동작 범위에서 작동하는 솔루션과의 통합 및/또는 기계적 문제를 회피할 뿐만 아니라, DUT 안테나 어레이 상의 각 개별 안테나 소자를 측정할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 실시예는, 예컨대 ATE를 사용하여, 능동 회로, 예컨대 MMIC 및 이 회로에 결합되는 안테나를 포함하는 DUT를 시험하는 시험 장치에 관한 것이다.
시험 장치는 DUT 자리(DUT-location) 및 프로브를 포함한다. 또한, 시험 장치는 DUT의 안테나에 대한 안테나 그라운드 영역 역할을 하도록 구성된 그라운드 영역, 예컨대 대략 λ0 × λ0의 통상의 크기의 금속 면을 포함한다. 프로브는 그라운드 영역의 부근, 예컨대, λ0/20 이하의 작은 거리 내에 위치할 수 있다.
그라운드 영역은, 예컨대 0.2 × λ0 이하의 크기의 작은 개구를 포함하여, 안테나 피드 임피던스가 영향을 받지 않거나 크게 영향을 받지는 않게 된다.
DUT 자리는 그라운드 영역의 제1 측에 있는 반면에, 프로브는 그라운드 영역의 제2 측에 배치된다.
프로브는, DUT의 안테나가 DUT의 회로에 의해 공급받을 때 신호를 프로빙하기 위해 그리고/또는 안테나에 의해 DUT의 회로에 제공되는 신호를 안테나에 커플링하기 위해, 개구를 통해 DUT의 안테나에 약하게 결합되도록 조정된다.
시험 장치는, 큰 부피의 집적 회로를 전기적으로 시험하는 데 사용되는 현재의 자동 시험 셀에 쉽게 통합될 수 있다.
즉, 임베디드 웨이퍼 레벨 볼 그리드 어레이(embedded wafer level ball grid array: eWLB) 패키지와 같은 칩 임베디드 패키지 내에서 안테나를 시험하기 위해 새로운 프로브 개념 또는 시험 장치가 사용될 수 있으며, 여기서 안테나에 의해 요구되는 그라운드 평면은 모듈이 장착될 회로 보드의 일부분이고, 예컨대 개구를 갖는 그라운드 영역에 의해 제공된다(안테나에서 봤을 때 프로브는 개구 뒤에 배치된다).
제안된 개념 또는 시험 장치는 외부 반사체(예컨대, 온보드 반사체)를 요구하는 인패키지 안테나를 시험하도록 적용될 수도 있다. 이러한 DUT는, 쌍극 또는 패치 안테나를 갖는 eWLB-패키지이며, 이 경우 패키지가 장착될 회로 보드가 안테나 방사체에 금속 그라운드를 제공한다.
이러한 안테나를 포함하는 패키지를 시험하기 위해, 테스터는 정의된 위치에서 그라운드를 제공해야 한다. 이 그라운드 필드는 이후 안테나의 일부분이 된다. 이 그라운드 금속에 유도된 전류는 후면 상의 시험 라인을 사용하여 이 그라운드 내의 작은 개구를 통해 프로빙될 수 있다. 프로빙은 약한 프로빙, 즉 프로빙에 의한 안테나 동작 간섭을 피하기 위해 안테나와 프로브 사이의 상당한 감쇠가 있는 프로빙을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 프로브는 도전성이다.
도전성 프로브는 안테나에 의해 여기된 파를 급전점으로 안내하거나, 또는 DUT의 안테나를 여기시킴으로써 급전점으로부터의 파를 DUT 쪽으로 안내할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 프로브는 전송 선로(transmission line)를 형성하거나 또는 전송 선로, 예컨대 프로브 및 그라운드 영역(예컨대, DUT 반대편)에 의해 형성된 마이크로스트립 라인의 일부분이다. 프로브는 선택적으로 그라운드 영역과 단락될 수 있는데, 예컨대, 그라운드 영역 내에서의 커플링을 위해 작은 개구로부터 λ0/20 이하의 작은 거리 내에 있을 수 있다.
예컨대, 전송 선로는 파의 특성을 고려하여 무선 주파수의 교류로 전도하도록 구성된 설계이다. 따라서, 전송 선로를 통해 파를 안내하여, 안테나에 의해 방사된 신호의 평가를 하도록 할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 프로브는 안테나에 대한 약한 커플링을 할 수 있어, 주변의 다른 신호와 뚜렷이 구별되도록 안테나의 신호를 측정할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 그라운드 영역 및/또는 프로브는 DUT-시험 장비의 DUT 자리에 통합된다. 그라운드 영역 및 프로브를 DUT 자리에 통합하면, 작은 크기의 컴팩트한 시험 장치가 가능하다.
바람직한 실시예에서, 프로브는 그라운드 영역 내의 개구를 통해 누설되는 필드에 커플링하여, DUT의 안테나에 의해 (주로) 그라운드 영역의 제1 측 방향으로 방사된 신호를 프로빙하도록 구성된다.
그라운드 영역의 작은 개구를 통해 필드에 결합하면, DUT에 의해 그라운드 영역의 제2 측으로부터 그라운드 영역의 제1 측 방향으로 방사되는 신호를 프로빙할 수 있으므로, 시험 장치의 크기를 작게 유지할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 작은 개구 및 프로브는 DUT의 패치 안테나의 그라운드 영역 역할을 하는 그라운드 영역의 중심부에 위치한다. 일부 경우에, 프로브와 개구를 그라운드 영역의 중심부에 배치하면, DUT의 안테나로부터 수신된 신호를 최대화하고/하거나 DUT에 대한 개구 및 프로브의 영향을 상당히 작게 유지할 수 있다.
바람직한 실시예에서, DUT 자리는 DUT와 접촉하는 접촉 수단, 예컨대 포고 핀 또는 스프링-로디드 접촉부가 배치되는 적어도 하나의 접촉 영역을 포함한다. 프로브가 뒤에 배치되어 있는 그라운드 영역이 접촉 영역 옆에 위치하며, 따라서 DUT가 상기 DUT 자리 내에 위치할 때 DUT의 접촉부가 접촉 수단과 접촉하며, DUT의 통합 안테나는 DUT가 DUT 자리 내에 위치할 때 그라운드 영역에 인접하게 된다.
접촉 영역을 포함하는 DUT 자리는, 예를 들어 DUT의 능동 회로 또는 안테나에 전력을 공급할 수 있다.
또한, 이는 DUT의 회로와 시험 장치 사이의 데이터 전송을 가능하게 한다.
바람직한 실시예에서, 프로브가 뒤에 배치되어 있는 그라운드 영역이 시험 장치의 2개의 접촉 영역 사이에 배치된다. 접촉 영역들은 동일한 DUT와 연관되며, 따라서 DUT의 2개의 접촉 영역 사이에 배치되는 DUT의 통합 안테나는, DUT가 DUT 자리 내에 위치할 때, 프로브가 뒤에 배치되어 있는 그라운드 영역에 인접해 있다.
일부 경우에, 공간 활용을 최대화하기 위해, 바람직한 실시예는, 하나 초과의, 예컨대 2개의 접촉 영역을 포함할 수 있다. 상이한 유형의 DUT에 의해 상이한 접촉 수단 및/또는 접촉 영역이 요구될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 프로브가 뒤에 배치되어 있는 그라운드 영역은 DUT에 접촉하는 접촉부와 동일 평면 내에 있어, 예를 들어, 그라운드 평면은 +/-20%의 범위 내에서, DUT가 접촉부에 결합될 때 DUT로부터 DUT가 장착될 인쇄 회로 보드의 표면까지의 거리와 동일한 거리를 갖는다.
따라서, 그라운드 영역은, DUT가 시험 장치 내에 삽입되어 시험 장치의 접촉부를 통해 결합될 때, 그라운드 평면과 인쇄 회로 보드를 대체한다.
따라서, 시험 장치는 거의 실시간으로 DUT의 안테나의 신호를 프로빙하는데 사용될 수 있으며, 여기서 DUT의 안테나는 커넥터 또는 접촉 패드 및 그라운드 평면을 포함하는 회로 보드에 인접한다. DUT와 접촉하는 접촉부와 동일 평면에 있는 그라운드 영역을 갖는 시험 장치는 이 공통 사용 사례를 시뮬레이션하거나 근사화한다.
또한, 이 구성은 그라운드 영역 뒤, 예컨대 그라운드 영역으로부터 λ0/20 이하의 작은 거리 내에, 프로브를 배치할 수 있게 한다.
바람직한 실시예에서, 개구는 슬롯이고, 프로브의 주 연장부는 슬롯의 주 연장부에 대해 +/- 20도의 공차 내에서 직교한다.
프로브의 주 연장부가 슬롯의 주 연장부에 대해 +/- 20도의 공차 내에서 직교하는 방식으로 슬롯과 프로브를 배치하면, 예컨대 DUT의 안테나에 의해 전송된 수신 신호를 최대화할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 개구는 슬롯이고, 슬롯의 주 연장부의 길이는, DUT의 안테나의 주파수 범위의 중심 주파수에서의 자유 공간 파장의 0.2배 이하이다.
예컨대 0.2×λ0의 주 연장부를 갖는 작은 슬롯은, 안테나 피드 임피던스가 영향을 받지 않거나 거의 영향을 받지 않는 방식으로 신호를 프로빙할 수 있게 한다.
바람직한 실시예에서, 개구 또는 슬롯은, DUT의 안테나에 의해 여기되는 슬롯의 위치에서의 그라운드 영역 내 로컬 전류 방향이 슬롯의 주 연장부에 대해 +/- 20도의 공차로 직교하도록 구성된다.
슬롯의 위치에서의 그라운드 영역 내 로컬 전류 방향이 슬롯의 주 연장부에 대해 +/- 20도의 공차 내로 대략 직교하는 방식으로 슬롯을 배치하면, 예컨대 DUT의 안테나에 의해 전송된 수신 신호를 최대화할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 시험 장치를 포함하는 단일 또는 다수의 사이트를 갖는 자동화된 시험 장비(Automated Test Equipment: ATE)로서, 이 시험 장치는, 예컨대 MMIC와 같은 회로 및 이 회로에 결합되는 안테나를 포함하는 DUT를 시험하도록 구성된다.
전술한 시험 장치는 큰 부피의 집적 회로를 전자적으로 시험하는 데 사용될 수 있는 ATE에 통합될 수 있다. ATE는, 시험 프로세스의 효율 및/또는 속도를 향상시키기 위해, 다수의 사이트 및/또는 다수의 시험 장치를 가질 수 있다.
본 명세서에 기술된 시험 장치는 적당한 비용 및 크기로 높은 DUT-밀도로 구현될 수 있다.
바람직한 실시예에서, DUT는 복수의 안테나 및 예컨대 MMIC와 같은 하나 이상의 능동 회로를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 시험 장치는 하나 이상의 그라운드 플레이트를 포함하고, 이들 각각은 하나 이상의 개구 및 하나 이상의 프로브를 제각기 포함하며, 각각의 프로브는 DUT의 안테나와 연관될 수 있고, 또는 둘 이상의 프로브가 다수의 편파 또는 원 또는 타원 편파를 감지하기 위해 일부 또는 모든 안테나와 연관될 수 있다.
DUT는, 선택적으로 하나 이상의 그라운드 플레이트의 제2 측에 위치하는 하나 이상의 프로브에 의해 프로빙 및/또는 시험될 수 있는, 하나 초과의 안테나 및/또는 능동 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전송된 무선 신호에 대한 흡수체는 선택적으로 DUT 안테나 어레이의 방사 근접장 거리 내에서 DUT 위에 위치하거나, 또는 안테나 그라운드 반대편인 DUT의 제1 측에 위치한다. 이러한 흡수체는, 안테나 어레이의 안테나 방사체 요소들 사이의 원치않는 결합을 회피하는 한편 안테나 피드 임피던스 정합 조건의 원치 않는 열화, 일명 디튜닝(detuning)을 회피하면서, ATE 구조를 컴팩트하게 유지하도록 한다.
본 발명에 따른 다른 실시예는 제각기의 방법을 생성한다.
그러나, 이들 방법은 대응하는 장치와 동일한 고려사항에 기반항에 유의해야 한다. 또한, 이들 방법은 개별적으로도 또 조합으로 취해져서도, 장치에 관해서 본 명세서에 기술된 기능 및 세부사항에 대한 특징들 중 임의의 것에 의해 보완될 수 있다.
본 출원에 따른 실시예는 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 설명할 것이다.
도 1은 회로 및 회로에 결합되는 안테나를 포함하는 피시험 디바이스를 시험하기 위한 시험 장치의 실시예의 개략도이다.
도 2a는 피시험 디바이스를 시험하기 위한 시험 장치의 개략적인 3D 표현을 보여준다.
도 2b는 도 2a의 시험 장치의 개구부를 확대한 개략적인 3D 표현을 보여준다.
도 2c는 안테나를 포함하는 피시험 디바이스의 개략적인 3D 표현을 보여준다.
도 2d는 피시험 디바이스에 결합된 시험 장치의 개략적인 3D 표현을 보여준다.
도 3은 회로 및 회로에 결합되는 안테나를 포함하는 피시험 디바이스를 시험하기 위한 시험 장치의 실시예의 개략도이다.
도 4a는 종래의 임베디드 웨이퍼 레벨 볼 그리드 어레이(embedded wafer level ball grid array: eWLB) 패키지 개념의 개략도이다.
도 4b는 다른 기존 안테나 설계 예를 보여준다.
도 4c는 시험 장치로 시험할 피시험 디바이스의 설계도이다.
도 5는 시험 장치로 시험할 피시험 디바이스의 설계도이다.
도 6은 도 1에 도시된 시험 장치를 포함하는 자동화된 시험 장비(ATE)의 실시예의 개략도이다.
이하에서, 여러 발명 실시예들 및 양태들을 설명할 것이다. 또한, 다른 실시예들은 첨부한 청구범위에 정의될 것이다.
청구범위에 정의된 실시예들은 본 명세서에 설명된 세부사항, 특징 및 기능 중 임의의 것에 의해 선택적으로 보완될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들은 개별적으로 사용될 수 있고, 청구범위에 포함된 세부사항, 특징 및 기능 중 임의의 것에 의해 선택적으로 보완될 수도 있다.
또한, 본 명세서에 기술된 개별 양태들은 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, 세부사항은, 이들 양태 중 다른 하나의 양태에는 세부사항을 추가하지 않으면서, 이들 개별 양태 각각에 추가될 수도 있다. 본 개시는 시험 장치 또는 자동화된 시험 장비(ATE)에서 사용가능한 특징들을 명시적으로 또는 암시적으로 기술한다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 본 명세서에 기술된 임의의 특징은 시험 장치 또는 자동화된 시험 장비의 맥락에서 사용될 수 있다.
또한, 방법과 관련하여 본 명세서에 기술된 특징 및 기능은 그러한 기능을 수행하도록 구성된 장치에 사용될 수도 있다. 또한, 장치와 관련하여 본 명세서에 기술된 임의의 특징 및 기능은 대응하는 방법에 사용될 수도 있다. 즉, 본 명세서에 기술된 방법은 장치와 관련하여 기술된 특징 및 기능 중 임의의 것에 의해 보완될 수도 있다.
본 발명은 후술하는 상세한 설명 및 본 발명의 실시예의 첨부 도면으로부터 충분히 더 잘 이해할 수 있을 것이지만, 본 발명을 기술된 특정 실시예로 한정하는 것이 아니라 단지 설명 및 이해를 위한 것으로만 해석해야 한다.
도 1에 따른 실시예
도 1은 피시험 디바이스(DUT)(110)를 시험하기 위한 시험 장치(100)의 실시예의 개략도이다. 시험 장치(100)에 삽입되는 DUT(110)는 MMIC와 같은 능동 회로(120)와, 회로(120)에 결합되는 안테나(130)를 포함한다.
DUT(110)는 DUT 자리(140)에 위치한다. DUT 자리(140)는 두 개의 접촉 영역(150a, 150b)과, 그라운드 영역(160)을 포함하며, 여기서 그라운드 영역(160)은 접촉 영역들(150a, 150b) 사이에 위치한다. 시험 장치(100)는, 접촉 수단으로서 포고 핀(pogo pins) 및/또는 스프링-로디드(spring-loaded) 접촉부를 사용하여 두 개의 접촉 영역(150a, 150b) 내에서 DUT(110)와 접촉하도록 조정될 수 있다. 그라운드 영역(160)은 두 개의 접촉 영역(150a, 150b)(또는 접촉 수단의 DUT-측 표면)과 대략 같은 평면에 있고, 두 접촉 영역(150a, 150b) 사이에 존재한다. 그라운드 영역(160)은 돌출부 상에 위치하거나 또는 두 접촉 영역(150a, 150b) 과 동일 평면 내에 있도록 상승해 있다(예컨대, 접촉 수단이 배치되는 표면에 비해).
안테나 그라운드(160)는 개구 또는 "작은(tiny)" 개구(170)를 포함하는데, 이것은 그라운드 영역(160)의 중앙 영역에 위치한다. 개구(170)는 슬롯일 수 있으며, 슬롯의 주 연장부의 길이는 DUT(110)의 안테나(130)의 주파수 범위의 중심 주파수에서의 자유 공간 파장의 0.2배 또는 심지어 0.1배 또는 그 이하이다. 슬롯일 수 있는 개구(170)는, 예를 들어 DUT(110)의 안테나(130)에 의해 여기되는 슬롯(170)의 위치에서의 그라운드 영역(160) 내 로컬 전류의 방향이 슬롯(170)의 주 연장부와 +/- 20도의 공차로 직교하거나 평행하도록 배치된다.
시험 장치(100)는 프로브(180)를 더 포함한다. 프로브는, 그라운드 영역(160) 부근에 작은 개구(170)의 인근에, 안테나(130)와 비교했을 때 그라운드 영역의 반대편인 그라운드 영역(160)의 제2 측에 위치한다. 프로브(180)는 그라운드 영역(160)이 위치하는 돌출부 내에 위치한다. 프로브(180)는 도전성일 수 있고, 프로브(180)의 주 연장부는, 예컨대 개구 또는 슬롯(170)의 주 연장부에 대해 +/- 20도로 직교할 수 있다. 안테나 그라운드(160)와 프로브(180) 사이의 거리는 DUT(110)의 안테나(130)의 주파수 범위의 중심 주파수에서의 λ0/20 이하일 수 있다.
시험 장치(100)의 DUT 자리(140)는 DUT(110)에 전력을 공급하고/하거나 접촉 영역(150a, 150b)을 통해 DUT(110)의 안테나(130)에 결합되는 MMIC와 같은 능동 회로(120)와 통신하도록 구성된다. 그라운드 영역(160)은 DUT(110)의 안테나(130)에 대한 안테나 그라운드 영역 역할을 하도록 구성되며, 여기서 안테나(130)의 주 방사 방향(135)은, 예컨대 안테나에서 프로브(180) 및/또는 그라운드 영역(160)로부터 멀어지는 방향을 가리킨다. 개구(170) 및 프로브(180)는, 예컨대 시험 장치(100)의 그라운드 영역(160)의 중앙 영역에 위치한다. 프로브(180)는 그라운드 영역(160) 내의 개구(170)를 통해 누설되는 필드에 커플링하도록 배치되어, DUT(110)의 안테나에 의해 방사된 신호를 프로빙한다.
예를 들어, 인패키지 안테나의 시험은 그라운드 영역에 의해 구현되는 보드 그라운드 반사체(160)를 요구할 수 있으며, 약하게 커플링된 프로브(180)는 바람직하게는 보드 그라운드(160) 아래에 장착되고 그 보드 그라운드(160) 내의 개구(170)를 통해 커플링될 수 있다.
프로브(180)는 그라운드 영역(160)의 제2 측에 배치되며, DUT(110)의 안테나(130)가 DUT(110)의 회로(120)에 의해 공급받을 때 신호를 프로빙하기 위해 그리고/또는 안테나(130)에 의해 DUT(110)의 회로(120)를 통해 제공되는 신호를 안테나(130)에 커플링하기 위해, 개구(170)를 통해 DUT(110)의 안테나(130)에 약하게 결합되도록 조정된다.
제안된 개념은, 예컨대, 그라운드 없는 평면 안테나를 가진 DUT에 적용되어, 보드 면 방향으로 엔드파이어(end-fire) 방사에 사용되는 쌍극형(dipole-like) 구조에 적용될 수 있다. 여기서, 쌍극 안테나의 중앙 대칭면에서 자기장을 약하게 프로빙하는 데 도전성 단락이 있는 프로브가 사용될 수 있다.
제안된 개념 또는 시험 장치(100)는 외부 온보드 반사체(160)를 요구하는 인패키지 안테나(130)를 시험하도록 적용될 수도 있다. 이러한 안테나는, 예컨대, 쌍극 및/또는 패치 안테나를 갖는 임베디드 웨이퍼 레벨 볼 그리드 어레이(eWLB) 패키지에 대해 제안되며, 여기서 패키지가 장착될 회로 보드는 금속 그라운드(160)를 안테나 방사체(130)에 제공한다. 예를 들어, DUT가 DUT 자리로 삽입될 때의 그라운드 영역과 DUT 사이에 저임피던스 연결이 존재하도록, 그라운드 영역(160)은 DUT를 접촉시키기 위한 접촉 수단들 중 하나 이상과 전기적으로 결합된다. 이러한 안테나를 포함하는 패키지를 시험하기 위해, 테스터는 정의된 위치에서 그라운드(160)를 제공해야 한다. 이 그라운드 필드(160)는 이후 안테나(130)의 일부분이 된다. 그라운드 금속에 유도된 전류는 이 그라운드(160) 내의 작은 개구(170)를 통해 후면 상의 시험 라인으로 프로빙될 수 있다. 프로빙은, 프로빙에 의한 안테나 동작 방해를 피하기 위해 안테나와 프로브 사이의 상당한 감쇠가 있는 약한 프로빙을 의미할 수 있다.
즉, 제안된 새로운 시험 장치 및/또는 시험 개념은 eWLB 패키지와 같은 외부 온보드 반사체를 요구하는 인패키지 안테나에 유용하다. 테스터 또는 시험 장치는 시험 대상 또는 DUT에 접속하고 시험 대상의 인패키지 안테나를 위한 그라운드를 제공한다. 테스터 및/또는 시험 장치는, 제공된 안테나 그라운드 내의 작은 개구를 통해 약하게 크기 및 위상에서 방사 필드에 비례하는(또는 적어도 고정 관계로) 안테나 필드를 프로빙한다. 프로브 커플링은 너무 약해서 안테나 피딩 임피던스는 영향을 받지 않는다(또는 심각하게 영향을 받지는 않는다).
도 2에 따른 실시예
도 2는, DUT(210)가 있는 경우와 없는 경우의, 도 1의 시험 장치(100)와 유사한 시험 장치(200)의 실시예의 3D 표현이다.
도 2a는 DUT(210)가 없는 시험 장치(200)를 보여준다. 시험 장치(200)는, 도 1의 접촉 영역(150a, 150b)과 같은 하나 이상의 접촉 영역으로 그룹지워질 수 있는, 포고 핀 및/또는 스프링-로디드 접촉부와 같은 접촉 수단(220)을 포함한다. 시험 장치(200)는, 그라운드 영역(230)이 그라운드 영역(230)을 둘러싸는 접촉 수단(220)과 동일 평면 내에 있거나 또는 대략 평면 내에 있도록 돌출해 있거나 상승해 있는 그라운드 영역(230)을 더 포함한다. 그라운드 영역(230)의 중심부에는, 개구 또는 작은 개구(240)가 있다. 예를 들어, 돌출부는 위에서 봤을 때 직사각형 또는 정사각형일 수 있다.
돌출부의 측면 연장부는, 예를 들어, DUT의 주파수 범위의 중심 주파수에서 신호의 자유 공간 파장보다 더 클 수 있다.
접촉 수단(222a-d)은, 예컨대, 돌출부의 모서리 근처에 배치될 수 있다.
예를 들어, 접촉 수단(222a-d)은 돌출부의 최상부에 배치된 그라운드 영역(230)을 DUT와 연결할 수 있다.
게다가, 돌출부의 가장자리들 중 한 가장자리 옆에 배치되고, 예컨대 전력 및/또는 제어 신호를 DUT에 제공할 수 있는 추가적인 접촉 수단(220)이 존재한다.
도 2b는 그라운드 영역(230) 내의 작은 개구(240)를 확대한 3D 표현을 보여준다. 작은 개구(240)는 슬롯일 수도 있다. 개구(240) 또는 슬롯의 주 연장부의 길이는, 예컨대 DUT(210)의 안테나의 주파수 범위의 중심 주파수에서의 자유 공간 파장의 0.2배 이하이다. 시험 장치(200)는 작은 개구(240) 및/또는 그라운드 영역(230) 뒤에 도 1의 프로브(180)와 유사한 프로브(250)를 포함한다. 프로브(250)의 주 연장부는 슬롯(240)의 주 연장부와 +/- 20도의 공차로 직교한다. 프로브(250)는 도전성이며 전송 선로를 형성할 수도 있고, 또는 전송 선로의 일부분일 수도 있는데, 전송 선로는 선택적으로 도전 스트립(260)에 의해 그라운드 영역(230)과 단락될 수도 있다. 프로브는 슬롯(240)으로부터 λ0/4 또는 λ0/20 미만의 거리 내에 이격되어 있다.
즉, 그라운드 영역에 직교하는 돌출부 내에서, 프로브를 형성하는 프로브 전송 선로는 슬롯을 가로지른다. 슬롯의 한 편에서는 프로브가 그라운드 영역에 단락되고, 슬롯의 다른 편에서는, 전송 선로가 신호를 프로브에 제공하거나 또는 프로브에 의해 전달된 신호를 평가하기 위한 회로에 결합된다.
도 2c는 DUT(210)의 개략적인 3D 표현을 보여준다. DUT(210)는 쌍극 안테나(270) 및 임베디드 웨이퍼 레벨 볼 그리드 어레이(eWLB) 패키지(280)를 포함한다. DUT(210)는, 칩 임베디드 패키지 내, 예컨대 eWLB 패키지(280) 내에 평면 안테나를 포함하며, 여기서 안테나(270)에 의해 요구되는 그라운드 평면 또는 그라운드 영역(230)은, 모듈이 장착될 회로 보드의 일부이며, DUT(210)를 시험할 때 그라운드 영역(230)에 의해 제공된다.
도 2d는 DUT(210)에 연결된 시험 장치(200)의 개략적인 3D 표현을 보여준다. 시험 장치(200) 및 DUT(210)는 시험 장치(200)의 접촉 수단(220 및 222a-d) 및 DUT(210)의 eWLB-패키지(280)를 통해 연결된다. DUT(210)는, DUT(210)의 쌍극 안테나(270)가 그라운드 영역(230) 부근에 위치하고, 그라운드 영역(230)의 중심 영역, 예컨대 개구(240) 위 및 프로브(250) 위에 위치하는 방식으로, 시험 장치(200) 상에 위치한다.
제안된 시험 장치 및/또는 개념은 외부의 온보드 반사체 또는 그라운드 영역(230)을 필요로 하는 인패키지 안테나에 적용될 수 있다. 이러한 안테나는 쌍극 또는 패치 안테나(270)를 갖는 eWLB-패키지에 대해 제안되며, 이 경우 패키지가 장착될 회로 보드가 안테나 방사체(270)에 금속 그라운드(230)를 제공한다. 이러한 안테나를 포함하는 패키지를 시험하기 위해, 테스터 또는 시험 장치(200)가 정의된 위치에 그라운드를 제공할 수 있다(일부 경우에는 제공해야 한다). 이 그라운드 필드는 안테나(270)의 일부분이 될 수 있다. 이 그라운드 금속(230)에 유도된 전류는 이 그라운드(230) 내의 작은 개구(240)를 통해 후면 상의 시험 라인으로 프로빙될 수 있다(또는 프로브에 인가된 신호에 의해 여기될 수 있다). 프로빙은, 프로빙에 의한 안테나 동작 방해를 피하기 위해 안테나(270)와 프로브(250) 사이의 상당한 감쇠가 있는 약한 프로빙을 의미할 수 있다.
도 2는 eWLB 시험 개념 증명(proof-of-concept) 시뮬레이션 셋업을 보여준다. 인패키지 쌍극 안테나(270)를 갖는 더미 칩 및/또는 DUT(210)는 적절히 동작하는 그라운드 영역(230) 또는 그라운드 금속을 요구한다.
도 2d는 시험 장치(200)의 그라운드 영역(230)을 갖는 인패키지 쌍극 안테나(270)를 보여준다.
도 2a 및 도 2b는 패키지 및 커플링 개구(240)에 대한 연결을 갖는 시험 구조를 보여주는데, 이 경우에 이것은 테스터 또는 시험 장치(200)의 일부로서 프로브(250) 또는 마이크로 스트립 라인에 재결합하기 위해 직사각형이다. 마이크로 스트립 라인 또는 프로브(250)는 그라운드 영역 내의 개구를 통해 누설되는 필드에 커플링하도록 배치되어, DUT(210)의 안테나에 의해 방사된 신호를 프로빙한다.
도 2는 도 1의 시험 장치(100)와 유사한 시험 장치(200)의 개략적인 3D 표현을 보여준다. 도 2의 시험 장치(200)는 시험 장치(200) 또는 도 1의 시험 장치(100)의 부분의 위치를 3D로 보다 이해하기 쉽게 만든다. 시험 장치(200)의 능력은 도 2a에서 설명되며, 여기서 작은 개구(240) 및 그 뒤의 프로브(250)는 도 2b에 확대되어 있다. DUT(210)는 시험 장치(200)에 연결될 수 있으며, 도 2c에 도시 및/또는 설명되어 있다. DUT(210)가 시험 장치(200)의 DUT 자리에 위치할 때, 시험 장치(200) 및 DUT(210)의 연결은 도 2d에 설명된다.
도 3에 따른 실시예
도 3은 도 1의 시험 장치 및 도 2의 시험 장치(200)와 유사한 시험 장치(300)의 실시예를 보여준다.
도 1의 시험 장치(100)와 유사하게, 시험 장치(300)는 2개의 접촉 영역(350a, 350b) 및 중심부에 작은 개구가 있는 그라운드 영역(360)을 포함한다. 그라운드 영역(360)은 접촉 영역(350a, 350b)의 접촉 수단과 동일 평면 내에 있다. 접촉 영역(350a, 350b) 및 그라운드 영역(360)은 DUT 자리(340)에서 통합된다.
DUT 자리(340)의 상부에는 DUT(310)가 있는데, 이는 접촉 영역(350a, 350b)의 접촉 수단을 통해 시험 장치(300)에 연결된다.
DUT 자리(340) 하부에는, 도 1의 시험 장치(100)와 유사하게, 프로브(380)가 그라운드 영역(360)의 중심부의 개구(370) 부근에 위치한다. 즉, DUT는 그라운드 영역(360)의 제1 측에 위치하며, 프로브는 그라운드 영역의 반대편에 위치한다.
DUT(310)는 도 1의 DUT(110)보다 더 상세하다. DUT(310)는 재분배 층(390) 및 몰드(395)를 포함한다.
재분배 층(390)은 시험 장치(300)(예컨대, 볼 그리드 어레이(BGA)의 일부분일 수 있는 접촉 볼을 통해)의 접촉 영역(350a, 350b)과 결합되며, 안테나(330)로부터 프로브(380)로부터 멀어지는 방향을 향하는 주 방사 방향(335)을 갖는 안테나(330)를 포함한다. 재분배 층(390)은 또한 DUT 자리(340) 반대편(접촉 수단 및 그라운드 영역(360) 반대편의 재분배층 쪽)의 몰드 내에 위치하거나 또는 그 안에 캡슐화되는 능동 회로(320), 예컨대 모노리식 마이크로파 집적 회로(monolithic microwave integrated circuit: MMIC)에 연결된다. 능동 회로(320)는 또한 안테나(330)에 결합된다.
도 1의 시험 장치(100)와 유사하게, 안테나(330) 및/또는 능동 회로(320)는 접촉 영역(350a, 350b)을 통해 시험 장치(300)에 의해 전력을 공급받는다. DUT(310)의 전력 공급받은 안테나(330)는 주 방사 방향(335)으로, 즉 그라운드 영역(360)에서 멀어지도록 또는 프로브(380)로부터 멀어지도록 방사한다. 안테나(330)의 필드는 그라운드 영역(360) 내의 개구(370)를 통해 누설되고, 바람직하게는 안테나 그라운드(360)로부터 λ0/20의 거리 내에 위치하는 프로브(380)에 의해 프로빙된다.
즉, 안테나 반응성 근접장에 대한 재결합의 개념적 아이디어는 칩 임베디드 패키지의 일부 안테나(330)를 시험하는 데 적용될 수 있으며, 이는 적절한 동작을 위해 회로 보드 상의 그라운드 영역(360) 또는 금속 층을 필요로 할 수 있다. 이러한 금속 그라운드(360)가 없으면, 안테나(330)는 완전히 디튜닝되어, 송수신기 입력/출력에서 열악한 방사 및 강한 임피던스 부정합을 초래한다. 이러한 모듈의 생산 시험을 위해, 테스터 또는 시험 장치(300)는 모듈에 대한 적절한 거리에서 필요한 금속 그라운드(360)를 쉽게 제공할 수 있다. 테스터 및/또는 시험 장치(300)에 의해 제공된 그라운드 평면(360) 내의 작은 개구(370)는 금속 그라운드(360) 뒤의 전송 선로(380)에 대한 잘 정의된 결합 또는 재결합을 하게 하며, 따라서 안테나(330)의 적절한 동작을 측정할 수 있게 한다.
도 3은, 안테나의 적절한 동작에 필요한 그라운드 평면 또는 그라운드 영역(360)이 테스터 및/또는 시험 장치(300)의 일부인 패키지 임베디드 안테나가 있는 eWLB 무선 송수신기 모듈의 개념도를 보여준다.
도 3은, 패키지 임베디드 안테나 부류가 시험될 수 있는, 도 1의 시험 장치(100)와 유사한 시험 장치(300)를 보여준다. 프로브 및/또는 전송 선로(380)은 금속 그라운드 실드(360) 뒤에 있고(예컨대, DUT에서 봤을 때), 이 실드는 안테나의 일부분이고(또는 DUT가 DUT 자리에 있을 때 안테나의 일부분이 되며) 액세스 가능하다.
도 1의 시험 장치(100)와 도 3의 시험 장치(300) 사이의 차이점은 시험 장치(300)가 재분배층(390)과 몰드(395)가 또한 표시되어 있는 보다 상세한 DUT(310)에 결합된다는 것이다.
도 4에 따른 eWLB 개념 및 안테나 예들
도 4는 상이한 안테나 예들이 있는 기존의 eWLB 개념을 보여준다.
도 4a는 기존 eWLB 개념(400)을 보여주고, 도 4b는 다른 안테나 예를 보여주며, 도 4c는 DUT(410)의 안테나를 보여준다.
도 4a는, DUT(410)가 2개의 접촉 영역(450a, 450b), 및 DUT의 와이어 볼 그리드 어레이(480)를 통해 인쇄 회로 보드(440)에 결합되는 종래의 eWLB 개념(400)을 보여준다. 인쇄 회로 보드(440)은, 2개의 접촉 영역(450a, 450b) 사이에 그라운드 영역 또는 DUT(410)의 안테나(430)의 반사체 역할을 하는 그라운드 영역(460)을 포함한다. DUT(410)는 능동 회로(420) 및 통합 안테나(430)를 포함한다. 어떤 경우에는 통합 안테나(430)는 제대로 작동하기 위해 그라운드 금속(460)이 필요한데, 이는 안테나(430)로부터 그라운드 영역(460)에서 멀어지는 방향을 가리키는 방향(435)으로 신호를 방사한다는 것을 의미한다.
DUT(410)의 통합 안테나는 여러 안테나 설계를 가질 수 있다. 도 4b는 쌍극 안테나, 2개의 쌍극 안테나 어레이, CPW 패치 안테나 및 비발디 안테나와 같은 설계 개념의 몇 가지 예를 보여준다.
도 4c는 볼 그리드 어레이(480), 통합 안테나(430) 및 능동 회로(420)를 포함하는 DUT(410)를 도시하며, 여기서 안테나(430)는 볼 그리드 어레이(480)를 통해 추가 구성요소에 연결될 수 있는 능동 회로(420)에 연결된다.
도 4c는 도 1의 시험 장치(100)와 유사한 시험 장치에서 시험 및/또는 프로브될 수 있는 DUT(410)를 보여준다. DUT(410)는, 예를 들어 도 4a에 도시된 패키지 임베디드 안테나에 사용된다. 시험될 안테나(430)는, 예를 들어 도 4b에서 설명된 여러 안테나 유형 중 하나일 수 있다. 도 1의 시험 장치(100)와 유사한 시험 장치에서 시험되는 DUT(410)가 도 4c에 도시되어 있으며, 안테나(430)는 볼 그리드 어레이(480)를 통해 추가 구성요소에 연결 및/또는 추가 구성요소에 의해 전력을 공급받을 수 있는 능동 회로(420)에 연결된다.
도 5에 따른 DUT
도 5는, 볼 그리드 어레이 패키지(510), 능동 회로(520) 및 안테나 어레이(530)를 포함하는, 도 1의 DUT(110)와 유사한 DUT(500)를 도시한다. 안테나 어레이(530)는 볼 그리드 어레이(510)를 통해 추가 회로 요소에 접촉할 수 있는 능동 회로(520)에 결합된다.
안테나 어레이(530)는 볼 그리드 어레이(510)를 통해 추가 회로 요소에 연결되는 능동 회로(520)에 의해 전력이 공급된다.
예시적인 DUT(500)는, 시험 장치의 DUT 자리에 배치될 때, 시험 장치(100)와 유사한 시험 장치에서 시험될 수 있다.
안테나는 적절한 동작을 위해 회로 보드 및/또는 시험 장치에 금속 층 또는 그라운드 영역이 필요할 수 있다. 이러한 금속 그라운드가 없으면, 안테나 어레이(530)의 안테나 소자는 완전히 디튜닝되어, 송수신기 입력/출력에서 열악한 방사 및 강한 임피던스 부정합을 초래한다. 이러한 DUT의 생산 시험을 위해, 테스터 또는 시험 장치는 필요한 금속 그라운드를 제공할 수 있다.
도 6에 따른 자동화된 시험 장비
도 6은 도 1의 시험 장치(100)와 유사한 시험 장치(850) 및 DUT(860)를 포함하는 자동화된 시험 장비(ATE)(800)의 실시예를 보여준다. 시험 장치(850)는 측정 프로브(810) 및 시험 픽스처(820) 또는 DUT 자리를 포함한다. 시험 픽스처(820)는 그라운드 평면 또는 그라운드 영역(830)을 포함한다. 그라운드 평면은 DUT(860)의 안테나 어레이(870)에 대한 그라운드 영역 역할을 한다. 테스터 또는 시험 장치 또는 시험 픽스처 또는 ATE에 의해 제공된 DUT 안테나용 그라운드 평면(830)은 접촉 볼의 대략 바닥에 있는 시험 픽스처(820)의 표면과 동일 평면, 즉 시험 픽스처 면에 있는데, 즉, 모듈 또는 DUT가 회로 보드에 장착된 경우, 향후 애플리케이션 시나리오에서 이는 그라운드 평면을 형성하는 이 회로 보드의 금속화된 표면이 될 것이다.
DUT(860)는 시험 픽스처(820)에 위치하고 시험 장치(850)에 전자적으로 결합된다. DUT(860)는 시험 장치(850)의 전자 신호(880)에 따라 무선 신호(890)를 전송할 수 있는 DUT 안테나 어레이(870)를 포함한다. 전송된 무선 신호(890)를 위한 흡수체(840)는, DUT 안테나 어레이(870)의 방사 근접장 거리에, 그라운드 영역(830)의 반대편인 DUT(860) 위에 위치한다. 흡수체는, 안테나 어레이(870)의 안테나 방사체 요소들 사이의 원치않는 결합을 회피하는 한편 안테나 피드 임피던스 정합 조건의 원치 않는 열화, 일명 디튜닝(detuning)을 회피하면서, ATE 구조를 컴팩트하게 유지하도록 한다.
DUT 안테나 어레이(870)의 안테나 소자는 시험 픽스처(820)가 DUT(860)와 프로브 안테나(810) 사이에 있도록 위치하는 프로브 안테나(810)에 의해 프로빙된다.
ATE(800)에서 전술한 시험 장치와 유사한 시험 장치(850)는 DUT(860)의 DUT 안테나 어레이(870)에 전기 신호(880)를 전송한다. DUT 안테나 어레이(870)는 신호(890)를 전송하고, 이 신호는 시험 장치(850)의 프로브 안테나(810)에 의해 수신된다. 수신된 신호는 DUT(860)를 시험하는 데 사용된다.
도 1의 시험 장치(100)의 프로브는 DUT에 매우 가깝게 배치될 수 있기 때문에 대량의 집적 회로를 전자적으로 시험하는 데 사용될 수 있는 DUT 자리 또는 자동 시험 셀에 쉽게 통합될 수 있다.
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Claims (19)

  1. 회로(120, 320, 420, 520) 및 상기 회로에 결합되는 안테나(130, 270, 330, 430, 530,870)를 포함하는 피시험 디바이스(DUT)(110, 210, 310, 410, 500, 860)를 시험하기 위한 시험 장치(100, 200, 300, 850)로서,
    상기 시험 장치는 DUT 자리(DUT-location)(140, 340, 820) 및 프로브(180, 250, 380, 810)를 포함하고,
    상기 시험 장치는 상기 DUT의 안테나에 대한 안테나 그라운드 영역 역할을 하도록 구성된 그라운드 영역(160, 230, 360, 460, 830)을 포함하고,
    상기 그라운드 영역은 개구(170, 240, 370)를 포함하며,
    상기 DUT 자리는 상기 그라운드 영역의 제1 측에 있고,
    상기 DUT의 상기 안테나가 상기 DUT의 회로에 의해 제공받을 때 신호(890)를 프로빙하기 위해, 그리고/또는 상기 안테나에 의해 상기 DUT의 상기 회로에 제공되는 신호를 상기 안테나에 커플링하기 위해, 상기 프로브는 상기 그라운드 영역의 제2 측에 배치되며 상기 개구를 통해 상기 DUT의 상기 안테나에 커플링되도록 구성되는,
    시험 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로브는 도전성인,
    시험 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프로브는 전송 선로(transmission line)를 형성하거나 또는 전송 선로의 일부분인,
    시험 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브는 상기 안테나의 반응성 근접장 영역(reactive near-field region) 내에 있는,
    시험 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그라운드 영역 및/또는 상기 프로브는 상기 DUT 자리에 통합되는,
    시험 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브는, 상기 그라운드 영역 내의 상기 개구를 통해 누설되는 필드에 커플링되고, 상기 DUT의 상기 안테나에 의해 상기 그라운드 영역의 상기 제1 측 상의 방향으로 방사된 신호를 프로빙하도록 구성되는,
    시험 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구 및 상기 프로브는 상기 DUT의 패치 안테나의 그라운드 영역 역할을 하는 상기 그라운드 영역의 중심부에 위치하는,
    시험 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DUT 자리는, 상기 DUT와 접촉하는 접촉 수단(150a, 150b, 220, 222a-d, 350a, 350b, 450a, 450b, 480, 510)이 배치되는 적어도 하나의 접촉 영역(150a, 150b, 220, 222a-d, 350a, 350b, 450a, 450b, 480, 510)을 포함하고,
    상기 프로브가 뒤에 배치되어 있는 상기 그라운드 영역은 상기 접촉 영역 옆에 위치하며,
    상기 DUT가 상기 DUT 자리 내에 위치할 때 상기 DUT의 접촉부가 상기 접촉 수단과 접촉하며, 상기 DUT의 통합 안테나는 상기 DUT가 상기 DUT 자리 내에 위치할 때 상기 그라운드 영역에 인접해 있는,
    시험 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브가 뒤에 배치되어 있는 상기 그라운드 영역은 동일한 DUT와 연관되는 상기 시험 장치의 2개의 접촉 영역 사이에 배치되며,
    상기 DUT의 2개의 접촉 영역 사이에 배치되는 상기 DUT의 통합 안테나는, 상기 DUT가 상기 DUT 자리 내에 위치할 때, 상기 프로브가 뒤에 배치되어 있는 상기 그라운드 영역에 인접해 있는,
    시험 장치.
  10. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브가 뒤에 배치되어 있는 상기 그라운드 영역은 상기 DUT와 접촉하는 접촉부와 동일 평면 내에 있는,
    시험 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구는 슬롯이고,
    상기 프로브의 주 연장부는 상기 슬롯의 주 연장부에 대해 +/- 20도(degree)의 공차(tolerance)로 직교하거나 또는 평행한,
    시험 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구는 슬롯이고,
    상기 슬롯의 주 연장부의 길이는, 상기 DUT의 안테나의 주파수 범위의 중심 주파수에서의 자유 공간 파장의 0.2배 이하인,
    시험 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구 또는 슬롯은, 상기 DUT의 안테나에 의해 여기되는 상기 슬롯의 위치에서의 상기 그라운드 영역 내 로컬 전류 방향이 상기 슬롯의 주 연장부에 대해 +/- 20도의 공차 내에서 직교하도록 구성되는,
    시험 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 시험 장치를 포함하는 단일 또는 복수의 사이트를 구비한 자동화된 시험 장비(Automated Test Equipment: ATE)로서,
    상기 시험 장치는 회로 및 상기 회로에 결합되는 안테나를 포함하는 DUT를 시험하도록 구성되는,
    ATE.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 DUT는 복수의 안테나 및 하나 이상의 회로를 포함하는,
    ATE.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 시험 장치는 하나 이상의 그라운드 플레이트를 포함하고, 각각의 그라운드 플레이트는 하나 이상의 개구 및 하나 이상의 프로브를 제각기 포함하는,
    ATE.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시험 장치는 상기 DUT의 상기 안테나 그라운드 측 반대편의 상기 DUT의 제1 측 상의 상기 DUT의 안테나의 상기 방사 근접장 영역 또는 상기 원역장 영역 내에 흡수체 재료(840)를 포함하는,
    ATE.
  18. 회로 및 상기 회로에 결합되는 안테나를 포함하는 피시험 디바이스(DUT)를 시험하는 방법으로서,
    상기 시험 장치는 상기 DUT의 안테나에 대한 안테나 그라운드 영역 역할을 하는 그라운드 영역을 포함하고,
    상기 그라운드 영역은 개구를 포함하며,
    상기 개구를 통해 상기 DUT의 상기 안테나에 프로브가 결합되는,
    방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 DUT의 상기 안테나가 상기 DUT의 회로에 의해 제공될 때 신호를 프로빙하기 위해, 그리고/또는
    상기 안테나에 의해 상기 DUT의 상기 회로에 의해 제공되는 신호를 안테나에 커플링하기 위해,
    상기 프로브는 상기 개구를 통해 상기 DUT의 상기 안테나에 결합되는,
    방법.
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