TW201333476A - Ｄｃ－ａｃ探針卡拓撲 - Google Patents

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Abstract

一種用於測試DUT之DC-AC探針卡，包括：複數探針，每一探針具有遠端，用於接觸該DUT；以及複數連接路徑，可操作以將測試儀表連接至該探針，其中，每一連接路徑提供用於AC量測的所欲特性阻抗，及用於個別測試儀器連接與探針之間之DC量測的保護路徑。

Description

DC-AC探針卡拓撲
本發明關於電氣量測，尤其關於探針卡。
在測試小型電氣裝置(例如積體電路及電路板)中，通常使用探針卡，其提供測試儀器與待測裝置(DUT)之間之介面。探針卡提供探針與測試儀器/電纜之間之連接。然後，探針於測試期間進行與DUT電氣連接。藉由以不同探針配置取代探針卡，可改變DUT測試的測試位置。探針卡之共同組態為具有繞DUT放射狀配置之探針，且連接路徑從探針向外放射。連接路徑之相對端接著為測試儀器/電纜提供連接點。典型地，連接路徑係與沿探針之支撐結構為整體或安裝於其上(例如，印刷電路板)。
除了針部之落點位置以外，通常重要的是考量至DUT之所需連接的性質。例如，若為極低電流DC量測，通常重要的是使多餘的洩漏電流降到最少，同時在AC量測中，通常重要的是因阻抗失配之損失及反射。
該些考量通常導致必須依據實施之量測類型而改變探針卡，即使探針本身處於正確位置，儀器連接與探針之間之連接路徑可能不適於量測。
參照圖14，適於低電流測試之探針卡1將來源測量單元2(SMU 2)連接至探針3，並將SMU 4連接至探針5。SMU可分別獲得電壓/電流及測量電流/電壓。探針3 、5提供至DUT之測試連接。如低電流DC量測中典型，包含「保護」電壓之保護導體6、7接著分別提供至信號導體8、9。保護電壓典型地係由個別SMU 2、4供應。該電壓為個別信號導體上信號之緩衝版本。因為保護電壓及信號電壓相等，信號導體8、9並未「見到」任何造成從信號導體8、9洩漏之電位差。即，其「保護」信號導體免於洩漏。因此，保護導體6、7通常簡單稱為保護。其通常與信號導體同軸，但亦使用其他組態，例如接近信號導體同時具有實質上大於信號導體之寬度的平面導體，或其他適於印刷電路板實施之帶狀線組態。SMU 2、4之間之接地連接10顯示離開探針卡1，但亦可在探針卡1上。
參照圖15，探針卡1可用以將AC測試儀表11、12連接至DUT。然而，隨著保護導體6、7於AC電壓「浮動」，該組態通常將不滿足AC量測。從傳輸線看來，因為接近DUT，保護導體6、7為傳輸線殘段。AC信號之返回路徑通過接地連接10，但未通過保護導體6、7之端點。組態不可能表示量測系統之特性阻抗，而是造成AC信號之損失及反射。若AC信號使得傳輸線效果顯著(例如，射頻)，那麼AC量測將需不同探針卡組態。
用於測試DUT之DC-AC探針卡包括：複數探針，每一探針具有遠端用以接觸該DUT；及複數連接路徑，可 操作以將測試儀表連接至探針，其中，每一連接路徑提供AC量測之所欲特性阻抗及個別測試儀器連接與探針之間DC量測之保護路徑。
參照圖1，DC-AC探針卡20將儀表連接22連接至連接路徑24。連接路徑24接著連接至探針26，其於探針卡20操作期間連接至待測裝置(DUT)。
類似地，儀表連接28連接至連接路徑30。連接路徑30接著連接至探針32，其於探針卡20操作期間連接至DUT。
DUT並非探針卡20之一部分，但典型地將置於探針可接觸DUT而形成連接處。此係文中所提出之所有範例的狀況。
此外，當文中提及近端及遠端時，近端係電氣朝向測試儀表及遠端係電氣朝向DUT。例如，探針之遠端用以接觸DUT。
為易於了解，文中範例僅採用兩連接至DUT，實際探針卡典型地將可更多連接。
文中使用之「儀表連接」用詞包含AC或DC測試儀表兩種形式以及測試儀表與探針卡之間之相關電纜。預期文中所說明之探針卡典型地將包括探針卡與儀表連接之間之電氣接頭。此提供探針卡與儀表連接方便的連接/脫離。為易於了解，該些電氣接頭未顯示。文中AC信號之頻 率可為例如介於1 KHz及1 GHz之間。
若為DC量測，連接路徑24、30各提供個別儀表連接22、28與個別探針26、32之間之保護路徑。若為AC量測，相同連接路徑24、30提供具有所欲特性阻抗(例如50或75歐姆)之連接。
參照圖2，DC-AC探針卡32包括第一導體對34及第二導體對36。第一導體對34包括第一導體38及第二導體40。第二導體對36包括第三導體42及第四導體44。第一探針46及第二探針48係置於適於接觸DUT之位置。
第一導體38之遠端連接至第一探針46。第三導體42之遠端連接至探針48。
第二導體及第四導體之遠端連接至共同連接之電容器50、52。在此範例中，共同連接之電容器50、52如以下更完整說明構成耦合電路。
在操作中，第一導體38及第二導體40之近端連接至AC測試儀表54及第三導體42及第四導體44之近端連接至AC測試儀表56。在此範例中為易於了解，AC測試儀表54為具50歐姆阻抗之AC電壓源及AC測試儀表56為50歐姆負載。通常，AC測試儀表可為例如信號產生器、脈衝產生器、示波器、AC電壓及電流計、或AC功率計。預期AC測試儀表將具有特性阻抗(例如50歐姆)。結果，希望探針卡32亦具有相同特性阻抗。具有相同所欲特性阻抗使整體量測系統中損失及有害反射最小。
導體對34、36各顯示為同軸電纜。該等電纜可用於各式特性阻抗，通常為50歐姆及75歐姆。亦共同使用印刷電路板上之帶狀線結構以提供具所欲特性阻抗之導體對。
包含共同連接之電容器50、52的耦合電路用以提供所欲特性阻抗，盡可能接近探針46、48。例如，電容器50、52各具有電容，其將傳送用於導體40、44之遠端間測試之AC信號。缺少此耦合，導體40、44之遠端將為不確定阻抗之浮動傳輸線殘段，極可能造成損失及反射而降低DUT的量測品質。
參照圖3，顯示DC-AC探針卡32未連接至DC測試儀表。導體對34之近端連接至DC測試儀表58及導體對36之近端連接至DC測試儀表60。
在此範例中，DC測試儀表58、60各為SMU。SMU可分別獲得DC電壓/電流及測量DC電流/電壓。SMU通常用以測量低電流(例如微安、毫微微安)。在低電流，與DUT無關之洩漏電流可能特別有害。SMU提供保護電壓以協助使洩漏電流最小。保護電壓為實際信號電壓之緩衝版本。
SMU 58之保護電壓連接至第二導體40之近端。SMU 58之實際信號連接至第一導體38之近端。
類似地，SMU 60之保護電壓連接至第四導體44之近端。SMU 60之實際信號連接至第三導體42之近端。
在此組態中，第二導體40上之電壓保護第一導體38 及第四導體44上之電壓保護第三導體42。
因為信號為DC，共同連接之電容器50、52組成之耦合電路現在去耦導體40、44之遠端，而非如圖2中將其耦合。
若為AC測試儀表，耦合電路耦合第二導體40及第四導體44之遠端。若為DC測試儀表，耦合電路去耦導體40、44之遠端。
電容器50、52允許導體40、44以更高頻率攜帶AC接地電流，其中電容器50、52可有效地將遠端短路在一起。低於有效地短路在一起之保護下的頻率必須經由實際接地路徑62返回其接地電流。增加電容器50、52之電容將降低有效地短路在一起之保護下的頻率。然而，增加該些電容使得SMU於DC測試期間更難以驅動保護。
接地路徑之迴路面積亦影響路徑將不有效作動之頻帶寬。減少接地路徑之迴路面積降低迴路面積之電感。接地電流接著可流經較低頻率之接地路徑而非進一步增加電容器50、52之電容。
參照圖4，類似於先前圖2範例之DC-AC探針卡32'於DC-AC探針卡32'上附加另一平行接地路徑64。較接地路徑62更接近導體40、44之接地路徑64導致較低電感。此較低阻抗進一步降低導體40、44有效地短路在一起之頻率(或若需要，亦可降低電容器50、52之值以維持相同頻率性能)。
參照圖5，以類似於圖3之DC量測組態顯示DC-AC 探針卡32'。
參照圖6，DC-AC探針卡32"利用三軸結構35、37以進一步控制電感。外屏蔽導體64'、64"現在提供圖4之接地路徑64。迴路面積及因而之電感進一步降低。此進一步降低導體40、44短路在一起之頻率。
參照圖7，以類似於圖5之DC量測組態顯示DC-AC探針卡32"。
參照圖8，DC-AC探針卡32'''類似於圖6之範例，除了並非三軸結構以外，同軸導體66、68配置環繞接地路徑64之個別部分。同軸導體66、68之近端及遠端連接至導體40、44之個別部分。此將上及下同軸結構耦合在一起。
參照圖9，以類似於圖5之DC量測組態顯示DC-AC探針卡32'''。
應注意的是電容及電感的存在將導致共振頻率之問題。此可藉由添加電阻至迴路而予管理。
參照圖10，DC-AC探針卡32''''類似於圖8之範例且電阻器70、72取代直接連接及具有屏蔽及從同軸導體66、68互換之中心連接的同軸導體66'、68'。此降低路徑電感及電容之共振Q。
參照圖11，顯示類似於圖9之DC量測組態的DC-AC探針卡32''''。
參照圖12，DC-AC探針卡74提供DC保護及具有所欲特性阻抗之AC路徑。
探針卡74具有第一傳輸線76，其包括第一導體78及第二導體80。第一導體78之遠端連接至第一探針82。在操作期間，第一導體78及第二導體80之近端連接至第一測試儀表84。
第二傳輸線86包括第三導體88及第四導體90。第四導體90之遠端連接至第二導體80之遠端。在操作期間，第三導體及第四導體88、90之近端連接至第一測試儀表84。在AC測試期間，如同所示，第二導體及第四導體80、90之近端連接在一起。
類似地，探針卡74具有第三傳輸線92，其包括第五導體94及第六導體96。第五導體94之遠端連接至第二探針98。在操作期間，第五導體及第六導體94、96之近端連接至第二測試儀表100。
第四傳輸線102包括第七導體104及第八導體106。第八導體106之遠端連接至第六導體96之遠端。第三導體及第七導體88、104之遠端相連。在操作期間，第七導體及第八導體104、106之近端連接至第二測試儀表100。在AC測試期間，第六導體及第八導體96、106之近端連接在一起。
傳輸線76、86與傳輸線92、102相同，均為相等電長度。
在此範例中，AC信號沿著相同路徑傳送，不受頻率影響，排除了以上範例之共振問題。
參照圖13，顯示DC-AC探針卡74替代地連接至測 試儀表84、100中之DC測試儀表。傳輸線76之近端於信號與測試儀表84中之SMU的保護之間連接，且傳輸線92之近端於信號與測試儀表100中之SMU的保護之間連接。導體88之近端連接至測試儀表84中之SMU的接地，且導體104之近端連接至測試儀表100中之SMU的接地。
傳輸線76、86、92、102顯示為同軸電纜，但可如上述使用其他傳輸線結構。
顯然此揭露係藉由範例，且藉由增加修改或排除細節而未偏離本揭露中所包含之合理範圍，可進行各式改變。本發明因此未侷限於本揭露之特定細節，而係侷限於依循下列申請專利範圍之內容。
1‧‧‧探針卡
2、4‧‧‧來源測量單元
3、5、26‧‧‧探針
6、7‧‧‧保護導體
8、9‧‧‧信號導體
10‧‧‧接地連接
11、12‧‧‧AC測試儀表
20、32、32'、32"、32'''、32''''‧‧‧DC-AC探針卡
22、28‧‧‧儀表連接
24、30‧‧‧連接路徑
34‧‧‧第一導體對
35、37‧‧‧三軸結構
36‧‧‧第二導體對
38、78‧‧‧第一導體
40、80‧‧‧第二導體
42、88‧‧‧第三導體
44、90‧‧‧第四導體
46、82‧‧‧第一探針
48、98‧‧‧第二探針
50、52‧‧‧電容器
54、56‧‧‧AC測試儀表
58、60、74‧‧‧DC測試儀表
62、64‧‧‧接地路徑
64'、64"‧‧‧外屏蔽導體
66、68、66'、68'‧‧‧同軸導體
70、72‧‧‧電阻器
76‧‧‧第一傳輸線
84‧‧‧第一測試儀表
86‧‧‧第二傳輸線
92‧‧‧第三傳輸線
94‧‧‧第五導體
96‧‧‧第六導體
100‧‧‧第二測試儀表
102‧‧‧第四傳輸線
104‧‧‧第七導體
106‧‧‧第八導體
圖1為依據本發明之一方面之DC-AC探針卡之範例示意圖；圖2為AC組態之依據本發明之另一方面之DC-AC探針卡之範例示意圖；圖3為DC組態之圖2之DC-AC探針卡之示意圖；圖4為依據本發明之仍另一方面之DC-AC探針卡之範例示意圖；圖5為DC組態之圖4之DC-AC探針卡之示意圖；圖6為依據本發明之其餘方面之DC-AC探針卡之範例示意圖； 圖7為DC組態之圖6之DC-AC探針卡之示意圖；圖8為依據本發明之另一其餘方面之DC-AC探針卡之範例示意圖；圖9為DC組態之圖8之DC-AC探針卡之示意圖；圖10為依據本發明之仍另一其餘方面之DC-AC探針卡之範例示意圖；圖11為DC組態之圖10之DC-AC探針卡之示意圖；圖12為依據本發明之進一步方面之DC-AC探針卡之範例示意圖；圖13為DC組態之圖12之DC-AC探針卡之示意圖；圖14為用於DC測試之探針卡之習知技藝範例之示意圖；以及圖15為AC組態之圖8之習知技藝探針卡之示意圖。
20、32‧‧‧DC-AC探針卡
22、28‧‧‧儀表連接
24、30‧‧‧連接路徑
26‧‧‧探針

Claims (6)

  1. 一種DC-AC探針卡，用於測試DUT(待測裝置)，該探針卡包含：複數探針，每一探針具有遠端，用於接觸該DUT；以及複數連接路徑，可操作以將測試儀表連接至該探針，其中，每一連接路徑提供AC量測之所欲特性阻抗及用於個別測試儀器連接與探針之間的DC量測之保護路徑。
  2. 一種DC-AC探針卡，具有用於測試DUT(待測裝置)之探針，該探針卡包含：第一導體對，包括第一導體及第二導體，該第一導體及該第二導體各具有遠端及近端，該第一導體遠端連接至第一探針，及該第一導體及該第二導體近端可操作以連接至第一測試儀表；第二導體對，包括第三導體及第四導體，該第三導體及該第四導體各具有遠端及近端，該第三導體遠端連接至第二探針，及該第三導體及該第四導體近端可操作以連接至第二測試儀表；以及耦合電路，該耦合電路可操作以將該第二導體遠端耦合至該第四導體遠端進行AC測試量測，及從該第四導體遠端去耦該第二導體遠端進行DC測試量測。
  3. 如申請專利範圍第2項之DC-AC探針卡，其中，該耦合電路包括電容器，其耦合AC測試信號及去耦DC測試信號。
  4. 如申請專利範圍第3項之DC-AC探針卡，其中，該耦合電路包括具有電感之接地路徑，其耦合AC測試信號及去耦DC測試信號。
  5. 一種DC-AC探針卡，具有用於測試DUT(待測裝置)之探針，該探針卡包含：第一傳輸線，包括第一導體及第二導體，該第一導體及該第二導體各具有遠端及近端，該第一導體遠端連接至第一探針，及該第一導體及該第二導體近端可操作以連接至第一測試儀表；第二傳輸線，包括第三導體及第四導體，該第三導體及該第四導體各具有遠端及近端，該第四導體遠端連接至該第二導體遠端，及該第三導體及該第四導體近端可操作以連接至該第一測試儀表，其中，該第二導體及該第四導體近端於AC量測期間連接在一起；第三傳輸線，包括第五導體及第六導體，該第五導體及該第六導體各具有遠端及近端，該第五導體遠端連接至第二探針，及該第五導體及該第六導體近端可操作以連接至第二測試儀表；以及第四傳輸線，包括第七導體及第八導體，該第七導體及該第八導體各具有遠端及近端，該第八導體遠端連接至該第六導體遠端，該第三導體遠端連接至該第七導體遠端，及該第七導體及該第八導體近端可操作以連接至該第二測試儀表，其中，該第六導體及該第八導體近端於AC量測期間連接在一起，該第一傳輸線及該第二傳輸線具有相 等電長度，及該第三傳輸線及該第四傳輸線具有相等電長度。
  6. 如申請專利範圍第5項之DC-AC探針卡，其中，該些傳輸線各為同軸電纜，且該第一導體、該第三導體、該第五導體及該第七導體為個別中心導體，及該第二導體、該第四導體、該第六導體及該第八導體分別與其同軸。
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