TWI499781B - 一種探針模組 - Google Patents

Description

一種探針模組

本發明係揭露一種探針模組，分為水平式和垂直式兩類型，用以量測一印刷電路板上之一線路。

習知訊號傳輸用連接器的發展與演進趨勢，有兩個主要的共通點分別為連接器的傳輸速率朝向高速傳輸功能而設計，以及連接器的尺寸普遍皆因電子商品的功能需求而微小化。當高頻訊號傳輸用連接器被製造出來後，則須進行產品之電氣特性量測來得知其性能。習知高頻連接器在訊號傳輸的時候有幾項電氣特性會影響訊號品質，例如特性阻抗(Characteristic Impedance)、串音干擾(Crosstalk)、介入損失(Insertion Loss)及反射損失(Return Loss)等。其中，特性阻抗之大小可經由時域反射儀(Time Domain Reflectometry,TDR)來進行量測，屬於時域量測分析；而介入損失及反射損失之大小則是透過網路分析儀(Network Analyzer,NA)來進行量測，屬於頻域量測分析。串音干擾之特性則可利用時域反射儀或網路分析儀來取得，依照使用者或產品規格之需求而定。

然而，一般在進行連接器之高頻特性量測前會製作測試治具(Test Fixture)，藉以作為儀器上之同軸纜線與待測物(Device Under Test,DUT)之間的介面。以HDMI連接器之高頻特性量測為例，測試治具主要由印刷電路板(Print Circuit Board,PCB)及SMA(SubMiniature version A)接頭所構 成，印刷電路板上的傳輸線結構則依測試需求來設計，一般常見的有微帶線(Microstrip Line)或共平面波導(Coplanar Wave Guide,CPW)。

習知工業界在量測連接器之前，一般皆會將SMA接頭銲在連接器的高頻測試治具上，再做後續的量測工作。傳統水平式銲接用的SMA接頭及垂直式銲接用的SMA接頭均是以銲錫的方式固定在測試治具上，其優點為銲接完成後即可固定在測試板上不易鬆脫。而缺點在於銲接後不易取下，因此一般不會再經由解銲來重覆使用。然而，SMA接頭的價格，從數美元到數十美元不等，而每個測試治具使用的SMA的數量由數顆到數十顆不等，故使用銲錫式的SMA也會增加測試的成本。其中，垂直式SMA接頭容易在銲接時，造成中心針沾錫過量使得電容效應增加，導致電氣特性變差。同時，當訊號經過傳統SMA之銲錫區時容易造成阻抗不匹配及電磁波場形不一致的問題，影響量測結果。

此外，在進行頻域量測時，網路分析儀未校正之前的參考平面皆為其輸出埠的端面，而所謂參考平面是指訊號的虛擬輸入端面或虛擬輸出端面，儀器的演算法會參考此面來做運算。在進行量測過程中，網路分析儀需要透過同軸纜線及線兩端的轉接頭來與測試治具做連接，用來發送能量和接收能量，藉由這兩個能量，可得知訊號在待測物中傳輸時所消耗掉之能量。然而因同軸纜線與轉接頭會衰減訊號及產生相位誤差，故須進行校正使參考平面移至測試治具或待測物兩端。而網路分析儀的校正有很多方式，最常使用的是SOLT(Short,Open,Load,Thru)校正法。其中，SOLT校正器一般人無法自製，需有特殊技術，因此該校正器的價格成本高。然而，當以微波探針取代SMA接頭時，則另需藉由探針用之SOLT校正器來進行 校正，而探針用之SOLT校正器同樣為一般人無法自製，需有特殊技術，因此價格成本也高。製作探針不難，然而要製作探針用的SOLT校正器卻非常困難，因為必須要先能準確地量得該SOLT校正器之電阻、電感及電容值才能進行校正，而這項工作需要使用昂貴的設備才能做到。同時微波探針相較於焊接式SMA接頭成本亦較高。

有鑑於此，本發明係提出了一種探針模組，分為水平式和垂直式兩類型。

首先，本發明提供一種水平式探針模組，用以量測一印刷電路板上之一線路，其包含有一SMA探針及一固定夾具。該SMA探針包含有一筒體結構以及一中心針，該筒體結構具有一外螺紋及一半圓弧之金屬屏蔽，該半圓弧之金屬屏蔽係一體成型於該筒體結構之一延伸端上，該中心針設於該筒體結構中並以一介電材料所包覆，該中心針之一測試端係設於該延伸端上並裸露該介電材料之外。該固定夾具有一內螺紋孔，用於將該SMA探針固定於該印刷電路板之上。其中，該SMA探針藉由該外螺紋栓入該固定夾具之該內螺紋孔，以使該中心針之該測試端可以接觸該印刷電路板上之該線路。

此外，本發明水平式探針模組之探針模組之該固定夾具有一凹槽以及一第一孔洞，而該印刷電路板亦具有一相對應之第二孔洞，該印刷電路板可以置入該凹槽中，藉由一第一螺絲穿越該第一孔洞及該第二孔洞並與一螺帽栓緊，藉以鎖固於該固定夾具上。此外，該固定夾具另具有一第三孔洞，藉由一第二螺絲穿越該第三孔洞以頂持該印刷電路板。

再者，本發明另提供一種垂直式探針模組，用以量測一印刷電路板上之一線路，其包含有一SMA探針及一固定夾具。該SMA探針包含有一筒體結構以及一中心針，該筒體結構具有一外螺紋，該中心針設於該筒體結構中並以一介電材類所包覆，該中心針之一測試端係設於該筒體結構之一延伸端上並裸露該介電材料之外。該固定夾具具有一內螺紋孔，用於將該SMA探針固定於該印刷電路板之上。其中，該SMA探針藉由該外螺紋栓入該固定夾具之該內螺紋孔，以使該中心針之測試端可以接觸該印刷電路板上之該線路。

此外，本發明垂直式探針模組之該固定夾具另具有一第一孔洞，而該印刷電路板亦具有一相對應之第二孔洞，該印刷電路板可以藉由一第一螺絲穿越該第一孔洞及該第二孔洞並與一螺帽栓緊，藉以鎖固於該固定夾具上。再者，該固定夾具另具有一圓弧槽，用以避免該線路與該固定夾具互相導通。

相較於習知技術，為了降低訊號經過傳統SMA之銲錫區時容易造成阻抗不匹配及電磁波場形不一致的問題，本發明以SMA轉接頭之改良並開發出垂直式探針模組(Vertical Probe Module,VPM)及水平式探針模組(Horizontal Probe Module,HPM)，透過這兩種模組來取代習知水平式或垂直式銲接用之SMA接頭。藉由本發明之SMA探針接觸印刷電路板上之線路，來改善習知因銲錫所造成的訊號完整性問題。此外，本發明探針模組也具有重複使用的特點，可以降低產品之檢測成本。再者，若一些特定細小的微波線路需透過微波探針(Microwave probe,MP)量測，則本發明之SMA探針結構能夠達到比習知量測晶圓用之微波探針更強壯之針腳，因此在下針的 過程中，能夠避免發生如晶圓用的微波探針因為下壓力量不當而容易損壞的缺點。同時本發明是由SMA接頭改良而成的探針，所以可用現有之SMA接頭所對應的SOLT校正器，不必購買客製化的探針校正器，同時能夠將纜線及本發明之探針效應自量測中移除，得到一準確的量測結果。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

1‧‧‧SMA探針

10‧‧‧筒體結構

100‧‧‧外螺紋

102‧‧‧半圓弧之金屬屏蔽

104‧‧‧延伸端

106‧‧‧介電材料

12‧‧‧中心針

120‧‧‧測試端

2‧‧‧固定夾具

20‧‧‧內螺紋孔

22‧‧‧凹槽

24‧‧‧第一孔洞

26‧‧‧第三孔洞

3‧‧‧水平式探針模組

30‧‧‧印刷電路板

302‧‧‧線路

32‧‧‧第一螺絲

34‧‧‧第二螺絲

4‧‧‧SMA探針

40‧‧‧筒體結構

400‧‧‧外螺紋

402‧‧‧介電材料

404‧‧‧延伸端

42‧‧‧中心針

420‧‧‧測試端

5‧‧‧固定夾具

50‧‧‧內螺紋孔

52‧‧‧圓弧槽

54‧‧‧第一孔洞

6‧‧‧垂直式探針模組

60‧‧‧印刷電路板

602‧‧‧線路

62‧‧‧第一螺絲

圖一係繪示本發明之水平式探針模組之SMA探針示意圖

圖二係繪示本發明之水平式探針模組之固定夾具示意圖

圖三係繪示本發明之水平式探針模組之示意圖

圖四係繪示本發明之垂直式探針模組之SMA探針示意圖

圖五係繪示本發明之垂直式探針模組之固定夾具示意圖

圖六係繪示本發明之垂直式探針模組之示意圖

為了讓本發明的目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合所附圖式對本發明的具體實施方式做詳細之說明。

本發明主要係關於一種探針模組，分為水平式和垂直式兩類型，係用以量測一印刷電路板上之一線路。首先，請參閱圖一、圖二及圖三，圖一係繪示本發明之水平式探針模組之SMA探針示意圖，圖二係繪示本發明之水平式探針模組之固定夾具示意圖，圖三係繪示本發明之水平式探針模組之示意圖。本發明揭示一種水平式探針模組3包含有一SMA探針1以及一固定夾具2。固定夾具2用於將SMA探針1固定於一印刷電路板30之上，用以 量測印刷電路板30上之一線路302。SMA探針1，於本實施例中係指一母-母(R)SMA轉接頭(Female-To-Female Reverse Polarity SMA)，惟本發明不以此為限。SMA探針1包含有一筒體結構10以及一中心針12。於本實施例中，中心針12係指一金屬導體如黃銅鍍金，惟本發明不以此為限，於實際應用時，中心針12亦得以其他能夠達到相同效果之材料為之。筒體結構10具有一外螺紋100及一半圓弧之金屬屏蔽102，半圓弧之金屬屏蔽102係一體成型於筒體結構10之一延伸端104上，中心針12設於筒體結構10中並以一介電材料106所包覆。於本實施例中，筒體結構10所具有之半圓弧之金屬屏蔽102，目的是當第二螺絲34栓入時讓該印刷電路板30卡緊於固定夾具2及半圓弧之金屬屏蔽102，而筒體結構10所具有之外螺紋100，目的是使筒體結構10能夠有效鎖附於固定夾具2上。再者，於本實施例中，介電材料106係指一含氟聚合物材料(如鐵氟龍)，惟本發明不以此為限，於實際應用時，亦得以為無任何介電材料，只有空氣。中心針12之一測試端120係設於延伸端104上並裸露於介電材料106之外。固定夾具2具有一內螺紋孔20，用於將SMA探針1固定於印刷電路板30之上。其中，SMA探針1藉由外螺紋100栓入固定夾具2之內螺紋孔20，以使中心針12之測試端120可以接觸印刷電路板30上之線路302。

再者，請參閱圖二及圖三。固定夾具2具有一凹槽22以及一第一孔洞24，印刷電路板30亦具有一相對應之第二孔洞(未顯示於圖中)。於本實施例中，固定夾具2設有兩個凹槽22以及四個第一孔洞24，惟不以此為限，於實際應用時，凹槽22以及第一孔洞24的數量得以能夠達到相同效果之數量為之。同時於本實施例中，印刷電路板30設有四個相對應之第二孔洞(未 顯示於圖中)，惟不以此為限，於實際應用時，第二孔洞的數量得以能夠達到相同效果之數量為之。印刷電路板30可以置入凹槽22中，藉由一第一螺絲32穿越第一孔洞24及第二孔洞(未顯示於圖中)並用一螺帽(未顯示於圖中)栓緊，藉以鎖固於固定夾具2上。於本實施例中，水平式探針模組3設有四個第一螺絲32以及四個螺帽(未顯示於圖中)鎖固於固定夾具2上，惟不以此為限，於實際應用時，第一螺絲32以及螺帽(未顯示於圖中)的數量得以能夠達到相同效果之數量為之。最後，水平式探針模組3之固定夾具2另具有一第三孔洞26，藉由一第二螺絲34穿越第三孔洞26以頂持印刷電路板30，使印刷電路板30往上移動並卡緊。於本實施例中，設有兩組水平式探針模組3固定於印刷電路板30之上，用以量測印刷電路板30上之線路302，惟不以此為限，於實際應用時，水平式探針模組3的數量得以能夠達到量測所欲電氣特性之數量為之。

接著，請參閱圖四、圖五及圖六，圖四係繪示本發明之垂直式探針模組之SMA探針示意圖，圖五係繪示本發明之垂直式探針模組之固定夾具示意圖，圖六係繪示本發明之垂直式探針模組之示意圖。本發明另揭示一種垂直式探針模組6包含有一SMA探針4以及一固定夾具5。垂直式探針模組6用以量測印刷電路板60上之一線路602。SMA探針4，於本實施例中，係指一母-母(R)SMA轉接頭(Female-To-Female Reverse Polarity SMA)，惟本發明不以此為限。SMA探針4包含有一筒體結構40以及一中心針42。於本實施例中，中心針42係指一金屬導體如黃銅鍍金，惟本發明不以此為限，於實際應用時，中心針42亦得以其他能夠達到相同效果之材料為之。筒體結構40具有一外螺紋400，中心針42設於筒體結構40中並以一介電材類402所 包覆。於本實施例中，介電材料402係指一含氟聚合物材料(如鐵氟龍)，惟本發明不以此為限，於實際應用時，於實際應用時，亦得以為無任何介電材料，只有空氣。中心針42之一測試端420係設於筒體結構40之一延伸端404上並裸露於介電材料402之外。固定夾具5具有一內螺紋孔50，用於將SMA探針4固定於印刷電路板60之上。其中，SMA探針4藉由外螺紋400栓入固定夾具5之內螺紋孔50，以使中心針42之測試端420可以接觸印刷電路板60上之線路602(未顯示於圖中)。再者，由於在垂直量測時，須避免SMA探針4之延伸端404之屏蔽(未顯示於圖中)接觸到印刷電路板60上之線路602。因此，於本實施例中，將延伸端404之金屬屏蔽(未顯示於圖中)修改至介電材料402的邊線，惟不以此為限。接著，於本實施例中，裸露出介電材料402之SMA探針4之中心針42長度由1.96mm修短成0.3mm的金屬導體，以使中心針42之測試端420可以接觸印刷電路板60上之線路602(未顯示於圖中)，惟不以此為限，於實際應用時，中心針42修短之長度得以能夠達到相同效果之長度為之。其中固定夾具5具另具有一圓弧槽52，用以避免線路602與固定夾具5互相導通。

再者，請參閱圖五及圖六。固定夾具5具有一第一孔洞54，印刷電路板60亦具有一相對應之第二孔洞(未顯示於圖中)。於本實施例中，固定夾具5設有四個第一孔洞54，惟不以此為限，於實際應用時，第一孔洞54的數量得以能夠達到相同效果之數量為之。印刷電路板60可以藉由一第一螺絲62穿越第一孔洞54及第二孔洞(未顯示於圖中)並用一螺帽(未顯示於圖中)栓緊，藉以鎖固於固定夾具上。於本實施例中，設有兩組垂直式探針模組6固定印刷電路板60之上，惟不以此為限，於實際應用時，垂直式探針 模組6的數量得以能夠達到量測所欲電氣特性之數量為之。同時，於本實施例中，印刷電路板60設有八個相對應之第二孔洞(未顯示於圖中)，惟不以此為限，於實際應用時，第二孔洞的數量得以能夠達到相同效果之數量為之。

最後，請再參閱圖三及圖六。於本實施例中，本發明之水平式探針模組3以及垂直式探針模組6在做SOLT校正時會搭配習知母-母SMA轉接頭(Female-To-Female SMA)進行校正，惟不以此為限。首先，由於本發明SMA探針1及SMA探針4無法將含有中心針42之延伸端404端連接至習知公頭類型之SOLT校正器(未顯示於圖中)。再者，由於習知母-母SMA轉接頭與本發明SMA探針1及SMA探針4之結構主要只差別在於習知母-母SMA轉接頭於兩個母轉接頭內均無中心針，而SMA探針1及SMA探針4於兩個母轉接頭之一具有中心針。故於本實施例中，假設習知母-母SMA轉接頭與本發明SMA探針1及SMA探針4此兩者電氣特性相同。接著，藉由習知母-母SMA轉接頭取代本發明SMA探針1或SMA探針4並進行校正，待校正完成後再將習知之母-母SMA轉接頭取下並裝上SMA探針1或SMA探針4。接著，將SMA探針1或SMA探針4栓入夾具並接上習知網路分析儀之同軸纜線來進行量測。而於本實施例中，本發明在頻寬6GHz以前能夠取代昂貴的微波探針來進行量測，惟本發明不以此為限。

相較於習知技術，本發明提出一種探針模組，首先，由於其探針模組之SMA探針接觸方式為透過接觸式導通來取代習知水平式或垂直式銲接用之SMA接頭，因此能夠以此方式來改善習知技術因銲錫所造成的訊號完整性問題。再者，由於本發明能夠使用習知SOLT校正器，解決探針需要製作 相對應之SOLT校正器的問題，所以不必購買客製化的探針校正器，同時能夠將纜線及探針效應自量測中移除，得到一準確的量測結果。最後，由於本發明探針模組所具有重複使用之特點，以及能夠取代成本較為昂貴之微波探針來進行量測，因此能夠幫助使用者大幅降低量測成本。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本創作之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本創作之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本創作所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本創作所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1‧‧‧SMA探針

10‧‧‧筒體結構

100‧‧‧外螺紋

102‧‧‧半圓弧之金屬屏蔽

104‧‧‧延伸端

12‧‧‧中心針

120‧‧‧測試端

2‧‧‧固定夾具

22‧‧‧凹槽

3‧‧‧水平式探針模組

30‧‧‧印刷電路板

302‧‧‧線路

32‧‧‧第一螺絲

34‧‧‧第二螺絲

Claims (9)

1. 一種水平式探針模組，用以量測一印刷電路板上之一線路，其包含有：一SMA探針，包含有一筒體結構以及一中心針，該筒體結構具有一外螺紋及一半圓弧之金屬屏蔽，該半圓弧之金屬屏蔽係一體成型於該筒體結構之一延伸端上，該中心針設於該筒體結構中並以一介電材料所包覆，該中心針之一測試端係設於該延伸端上並裸露於該介電材料之外；以及一固定夾具，具有一內螺紋孔、一凹槽以及一第一孔洞，該固定夾具用於將該SMA探針固定於該印刷電路板之上；其中，該SMA探針藉由該外螺紋栓入該固定夾具之該內螺紋孔，以使該中心針之該測試端可以接觸該印刷電路板上之該線路，該印刷電路板具有一相對應於該第一孔洞之第二孔洞，該印刷電路板可以置入該凹槽中，藉由一第一螺絲穿越該第一孔洞及該第二孔洞並用一螺帽栓緊，藉以鎖固於該固定夾具上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之水平式探針模組，其中該SMA探針是一母-母(R)SMA轉接頭。
3. 如申請專利範圍第1項所述之水平式探針模組，其中該固定夾具另具有一第三孔洞，藉由一第二螺絲穿越該第三孔洞以頂持該印刷電路板。
4. 如申請專利範圍第1項所述之水平式探針模組，其中該介電材料是鐵氟龍。
5. 一種垂直式探針模組，用以量測一印刷電路板上之一線路，其包含有：一SMA探針，包含有一筒體結構以及一中心針，該筒體結構具有一外螺紋，該中心針設於該筒體結構中並以一介電材類所包覆，該中心 針之一測試端係設於該筒體結構之一延伸端上並裸露於該介電材料之外；以及一固定夾具，具有一內螺紋孔，用於將該SMA探針固定於該印刷電路板之上；其中，該SMA探針藉由該外螺紋栓入該固定夾具之該內螺紋孔，以使該中心針之該測試端可以接觸該印刷電路板上之該線路。
6. 如申請專利範圍第5項所述之垂直式探針模組，其中該SMA探針是一母-母(R)SMA轉接頭。
7. 如申請專利範圍第5項所述之垂直式探針模組，其中該固定夾具有一第一孔洞，該印刷電路板亦具有一相對應之第二孔洞，該印刷電路板可以藉由一第一螺絲穿越該第一孔洞及該第二孔洞並用一螺帽栓緊，藉以鎖固於該固定夾具上。
8. 如申請專利範圍第5項所述之垂直式探針模組，其中該固定夾具另具有一圓弧槽，用以避免該線路與該固定夾具互相導通。
9. 如申請專利範圍第5項所述之垂直式探針模組，其中該介電材料是鐵氟龍。