TWI637181B

TWI637181B - 半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置

Info

Publication number: TWI637181B
Application number: TW106136246A
Authority: TW
Inventors: 徐嘉祥; 王偉丞; 許芳儀
Original assignee: 中華精測科技股份有限公司
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2018-10-01
Also published as: TW201917395A

Abstract

一種半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，包括：一負載板；一封裝量測插座，設置在該負載板上，用以供一半導體封裝元件安裝於該封裝量測插座上以進行訊號量測，在該封裝量測插座上設置有複數個訊號接點；一高頻訊號量測電路軟板，其上形成有一固定部，該固定部設置在該封裝量測插座上，且在該固定部上設置有複數個高頻訊號量測接點；以及至少一高頻訊號量測電連接器，設置在並電連接該高頻訊號量測電路軟板上。當測試一半導體元件，高頻訊號可直接經過高頻訊號量測電路軟板而無須經過封裝量測插座及負載板，藉此提升高頻訊號量測準確度。

Description

半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置

本發明關於一種量測裝置，尤指一種半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其可縮短訊號傳輸路徑，尤其可避免半導體封裝元件之高頻訊號傳遞經過插座及負載板時(Load Board)，因插座以及負載板所產生的阻抗不連續(Impedance Discontinuity)並造成部分訊號反射，導致在負載板末端上的訊號量測電路或是訊號量測裝置對該高頻訊號的測量結果不正確的問題。藉此，半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置可提高對高頻訊號的量測精確度。

半導體封裝(Semiconductor Package)元件是一種在積體電路(Integrated Circuit,IC)晶片外包覆一層絕緣封裝材料，並從IC晶片內延伸出複數外露於封裝材料之外的接點(例如導線架(Lead Frames)、接墊(Pads)或是表面黏著技術(Surface-mount Technology,SMT)錫球等等)的電子元件結構，半導體封裝元件於製作完成並經過功能量測及分析後，能進一步安裝在印刷電路板上以供製作後續的電子產品。

隨著半導體技術不斷發展更新，傳統半導體封裝元件除了在線程不斷縮小外，電晶體數量亦逐步攀升，而半導體封裝元件所發送或接收的訊號隨之發展為高頻訊號，例如77Ghz或更高頻的訊號，藉此令半導體封裝元件能展現高效的數據處理能力。

一般而言半導體封裝元件的製程完成後，會送交測試廠進行訊號量測，以便驗證半導體封裝元件是否良好無缺失。

請參照圖9，傳統半導體封裝元件量測裝置包括一負載板(Load Board)(又稱印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB))以及一插座(Socket)80。該負載板70為多層板的結構，例如四層板、六層板或八層板，在負載板70內部或表面形成有複數過孔(Via，圖中未示)，此外在負載板70表面上設置有複數組電路以及複數電子元件，例如電容、電感、半導體晶片等等。該插座80以設置在該負載板70的上表面並與與負載板70的複數組電路中的至少一訊號量測及分析電路相互電連接，且該插座80能夠供一欲進行量測的半導體封裝元件90安裝於其中進而與該插座80電連接，當透過該半導體封裝元件量測裝置量測該半導體封裝元件90後，該半導體封裝元件90可發出訊號，該訊號向下經過插座80後並進入負載板70之中，接著沿著負載板70內部的垂直過孔及水平銅線路行進，最後到達該訊號量測及分析電路，藉由該訊號量測及分析電路進行訊號量測，藉此檢驗半導體封裝元件90的功能是否正常。此外，該負載板70上亦能透過電連接器而電連接至少一個訊號量測及分析儀器，使半導體封裝元件90所發出的訊號能經由負載板70傳遞到該訊號量測及分析儀器，借助該訊號量測及分析儀器來檢驗半導體封裝元件90的功能。

然而，將上述傳統半導體封裝元件量測裝置應用在傳遞高頻訊號的高性能半導體封裝元件時，出現了訊號失真的導致量測結果不正確的問題。圖9中的箭頭乃是半導體封裝元件所發出訊號的訊號傳遞路徑，由半導體封裝元件所發出的高頻訊號，其先傳遞經過插座80，接著經過負載板70的垂直過孔及內部水平銅線路，最後到達負載板70一端上的高頻訊號號量測電路或是連接在該端的外部量測儀器。首先，插座80及負載板70均會造成阻抗不連續以致訊號反射的問題，尤其，插座80的結構複雜，其內部阻抗的連續性難以掌握，進一步造成了阻抗不連續而降低訊號品質的問題。再者，負載板70內部的垂直過孔及水平銅線路亦導致訊號傳遞路徑過長，以至於發生插入損失(Insertion Loss)過大的情形，進而導致訊號量測及分析儀器上觀察各種訊號的變化與分析發生失真現象，換言之，即便半導體封裝元件本身功能正常而無瑕疵，但訊號經過負載板70而發生反射與減損後，訊號量測及分析儀器的檢驗結果可能將半導體封裝元件誤判為不合格。當上述半導體封裝元件的性能越好，所傳輸的高頻訊號頻率越高時，上述的訊號反射及插入損失越大，訊號失真及量測結果錯誤的情形也將更嚴重。

本發明人有鑑於現有半導體封裝元件的量測裝置發生高頻訊號因插座以及負載板的阻抗不連續性導致訊號反射而造成訊號失真，難以正確量測高頻訊號的缺點，改良其不足與缺失，進而創作出一種半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置。

本發明主要目的在於提供一種半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其可縮短訊號傳輸路徑，尤其可避免半導體封裝元件之高頻訊號傳遞經過插座及負載板時(Load Board)，因插座以及負載板所產生的阻抗不連續並造成部分訊號反射，導致在負載板末端上的訊號量測電路或是訊號量測裝置對該高頻訊號的測量結果不正確的問題。藉此，半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置可提高對高頻訊號的量測精確度。

為達上述目的，令前述半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置包括：一負載板；一封裝量測插座，設置在該負載板上，用以供一半導體封裝元件安裝於該封裝量測插座上以進行訊號量測，在該封裝量測插座上設置有複數個訊號接點；一高頻訊號量測電路軟板(Flexible Printed Circuit,FPC)，其上形成有一固定部，該固定部設置在該封裝量測插座上，且在該固定部上設置有複數個高頻訊號量測接點；以及至少一高頻訊號量測電連接器，設置在並電連接該高頻訊號量測電路軟板上。

藉由上述技術手段，該半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置將傳統具有對應半導體封裝元件全部接點的插座修改為僅具有一部分的訊號接點，且於該改良的插座上另設置具有另一部分的高頻訊號接點的專用測量電路軟板。以上述高頻訊號量測裝置對一半導體封裝元件進行高頻訊號量測時，將先將半導體封裝元件安裝在該封裝量測插座上，並且使半導體封裝元件底面的複數個接點分別與該封裝量測插座的訊號接點以及該高頻訊號量測電路軟板上的高頻訊號量測接點一對一地相互接觸並電連接，此時，於該半導體封裝元件上的高頻訊號透過該高頻訊號量測電路軟板的高頻訊號量測接點傳輸到該高頻訊號量測電連接器上，該高頻訊號量測電連接器另連接一高頻訊號量測儀器來對高頻訊號的強度、正確性或其他特性進行量測、分析，並給出量測結果。由於半導體封裝元件的高頻訊號不再經過封裝量測插座以及負載板，因此可避免因封裝量測插座以及負載板的阻抗不連續所造成的訊號反射問題及因高頻訊號在封裝量測插座以及負載板中的傳遞路徑過長而導致的插入損失問題，藉此提升高頻訊號在高頻訊號量測電連接器端的訊號準確性，提高量測結果的精確性。

較佳地，前述封裝量測插座的訊號接點是位於該封裝量測插座的頂面；該高頻訊號量測電路軟板的固定部是設置在該封裝量測插座頂面一側。

較佳地，前述高頻訊號量測電路軟板的厚度小於該負載板的厚度。

較佳地，前述高頻訊號量測電路軟板的厚度小於該封裝量測插座的厚度。

較佳地，前述高頻訊號量測電路軟板的面積小於該負載板的面積。

較佳地，前述高頻訊號量測電路軟板的高頻訊號量測接點與封裝量測插座的訊號接點齊平。

較佳地，各訊號接點為凸塊。

較佳地，各高頻訊號量測接點為插孔。

較佳地，各高頻訊號量測接點為凸塊。

較佳地，前述高頻訊號量測電路軟板的固定部位於該封裝量測插座的頂面的外側。

較佳地，前述負載板上貫穿形成有至少一容置孔以供該高頻訊號量測電連接器穿設於該容置孔中。

較佳地，前述高頻訊號量測電路軟板上各處的阻抗值是在平均阻抗值的95%到105%的範圍內。

較佳地，前述高頻訊號量測電連接器為一同軸連接器。

10‧‧‧負載板

11‧‧‧容置孔

20‧‧‧封裝量測插座

25‧‧‧訊號接點

251‧‧‧凹槽

30‧‧‧高頻訊號量測電路軟板

31‧‧‧固定部

35‧‧‧高頻訊號量測接點

40‧‧‧高頻訊號量測電連接器

50‧‧‧半導體封裝元件

55‧‧‧普通訊號端子

55a‧‧‧高頻訊號端子

70‧‧‧負載板

80‧‧‧插座

90‧‧‧半導體封裝元件

圖1為本發明及一半導體封裝元件的立體外觀圖。

圖2為本發明及該半導體封裝元件的立體分解圖。

圖3為本發明及該半導體封裝元件的立體分解圖，其中省略負載板。

圖4為本發明封裝量測插座及高頻訊號量測電路軟板的局部放大立體外觀圖。

圖5為本發明及該半導體封裝元件的另一立體分解圖，其中省略負載板。

圖6為本發明半導體封裝元件的立體外觀圖。

圖7為本發明及該半導體封裝元件的側面剖視圖。

圖8為本發明及該半導體封裝元件的訊號傳遞路徑側視示意圖。

圖9為傳統半導體封裝元件量測裝置的傳統半導體封裝元件量測裝置的訊號傳遞路徑側視示意圖。

請參照圖1及圖6，本發明半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置可供一半導體封裝元件50安裝於其上，該半導體封裝元件50底面設置有複數訊號端子，其中一部分為普通訊號端子55，另一部分為高頻訊號端子55a，其中該高頻訊號端子55a可收發77Ghz甚至高達到100Ghz之高頻訊號，而本發明亦是針對此類高頻訊號的量測。該高頻訊號量測裝置包括：一負載板10、一封裝量測插座20、至少一高頻訊號量測電路軟板(Flexible Printed Circuit,FPC)30、以及至少一高頻訊號量測電連接器40。

請進一步參照圖2，該負載板10可為多層板，例如四層板、六層板或八層板，此外，該負載板10上設置有多組電路以提供不同的功能及用途。由於需要涵蓋多組電路，該負載板10必須採用多層板來設置不同電路，導致該負載板10總厚度較厚，故該負載板10的厚度在0.5cm以上。該負載板10中形成有複數過孔以電連接不同層板之間的銅線路或是電連接同一層板的兩相對面上的銅線路。此外，在該負載板10上垂直貫穿形成有至少一容置孔11。

請進一步參照圖3至圖5，該封裝量測插座20設置在該負載板10上，用以供該半導體封裝元件50安裝於該封裝量測插座20上以進行訊號量測，在該封裝量測插座20上設置有複數個訊號接點25。於較佳實施例之中，該封裝量測插座20的訊號接點25是位於該封裝量測插座20的頂面，此外，各訊號接點25可為凸塊，在該凸塊上形成有一凹槽251以結合對應的普通訊號端子55。

請進一步參照圖7，該高頻訊號量測電路軟板30為扁平、輕薄狀，且以具可撓性之材料製造，因而能彎折。由於該高頻訊號量測電路軟板30不具有過孔等垂直結構，因此在厚度上遠小於該負載板10的厚度及該封裝量測插座20的厚度，藉此減少高頻訊號在該高頻訊號量測電路軟板30行進時所遭受的插入損失。在該高頻訊號量測電路軟板30上形成有一固定部31，該固定部31設置在該封裝量測插座20上，且在該固定部31上設置有複數個高頻訊號量測接點35。於較佳實施例之中，該高頻訊號量測電路軟板30的固定部31是設置在該封裝量測插座20頂面的外側，例如，當該封裝量測插座20為四邊形時，該高頻訊號量測電路軟板30的固定部31是設置在該封裝量測插座20頂面的其中一側邊處。此外，各高頻訊號量測接點35可為插孔以結合半導體封裝元件50上對應的高頻訊號端子55a；或者，各高頻訊號量測接點35可如同訊號接點25之結構般，為凸塊(圖中未示)，且在該凸塊上形成有一凹槽以結合半導體封裝元件50上對應的高頻訊號端子55a。此外，該高頻訊號量測電路軟板30的高頻訊號量測接點35可與封裝量測插座20的訊號接點25齊平。於較佳實施例之中，該高頻訊號量測電路軟板30的面積可小於該負載板10的面積，藉此使進一步縮短高頻訊號在該高頻訊號量測電路軟板30中的行進路徑，進而降低訊號之插入損失。

於本發明較佳實施例中，該高頻訊號量測電路軟板30上各處的阻抗值是在平均阻抗值的95%到105%的範圍內，換言之，在該高頻訊號量測電路軟板30上的任兩處的最大阻抗值差為不大於平均阻抗值的10%，藉此，可大幅增進該高頻訊號量測電路軟板30本身的阻抗連續性，換言之，降低該高頻訊號量測電路軟板30阻抗不連續的問題，進而提升在該高頻訊號量測電路軟板30中所傳遞之高頻訊號的品質。

該高頻訊號量測電連接器40設置在並電連接該高頻訊號量測電路軟板30，且可分別設置在對應的負載板10的容置孔11內。此外，該高頻訊號量測電連接器40為一同軸連接器。

請進一步參照圖8，該高頻訊號量測裝置將傳統具有對應半導體封裝元件50全部接點的插座修改為僅具有一部分的訊號接點25，且於該改良的插座上另設置具有另一部分的高頻訊號接點的專用測量電路軟板。以上述高頻訊號量測裝置對該半導體封裝元件50進行高頻訊號量測時，將先將半導體封裝元件50安裝在該封裝量測插座20上，並且使半導體封裝元件50底面的複數個高頻訊號端子55a分別與該封裝量測插座20的訊號接點25以及該高頻訊號量測電路軟板30上的高頻訊號量測接點35一對一地相互接觸並電連接，此時，於該半導體封裝元件50上的高頻訊號(高頻訊號行進路徑見圖中先水平向右到達該高頻訊號量測電連接器40後再向下的箭頭)透過該高頻訊號量測電路軟板30的高頻訊號量測接點35傳輸到該高頻訊號量測電連接器40上，該高頻訊號量測電連接器40另連接一高頻訊號量測儀器來對高頻訊號的強度、正確性或其他特性進行量測、分析，並給出量測結果。

藉由上述技術手段，本發明半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置具有下列優點：由於半導體封裝元件50的高頻訊號不再經過封裝量測插座20以及負載板10，因此可避免因封裝量測插座20以及負載板10的阻抗不連續所造成的訊號反射問題及因高頻訊號在封裝量測插座20以及負載板10中的傳遞路徑過長而導致的插入損失問題，藉此提升高頻訊號在高頻訊號量測電連接器端的訊號準確性，提高量測結果的精確性。

Claims

一種半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，包括：一負載板；一封裝量測插座，設置在該負載板上，用以供一半導體封裝元件安裝於該封裝量測插座上以進行訊號量測，在該封裝量測插座上設置有複數個訊號接點；一高頻訊號量測電路軟板，其上形成有一固定部，該固定部設置在該封裝量測插座上，且在該固定部上設置有複數個高頻訊號量測接點；以及至少一高頻訊號量測電連接器，設置在並電連接該高頻訊號量測電路軟板上；其中該封裝量測插座的訊號接點是位於該封裝量測插座的頂面；該高頻訊號量測電路軟板的固定部是設置在該封裝量測插座頂面一側。
如請求項1所述半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其中該高頻訊號量測電路軟板的厚度小於該負載板的厚度。
如請求項1至2中任一項所述半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其中該高頻訊號量測電路軟板的厚度小於該封裝量測插座的厚度。
如請求項1至2中任一項所述半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其中該高頻訊號量測電路軟板的面積小於該負載板的面積。
如請求項1至2中任一項所述半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其中該高頻訊號量測電路軟板的高頻訊號量測接點與封裝量測插座的訊號接點齊平。
如請求項1至2中任一項所述半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其中各訊號接點為凸塊。
如請求項1至2中任一項所述半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其中各高頻訊號量測接點為插孔。
如請求項1至2中任一項所述半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其中各高頻訊號量測接點為凸塊。
如請求項1至2中任一項所述半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其中該高頻訊號量測電路軟板的固定部位於該封裝量測插座的頂面的外側。
如請求項1至2中任一項所述半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其中該負載板上貫穿形成有至少一容置孔以供該高頻訊號量測電連接器穿設於該容置孔中。
如請求項1至2中任一項所述半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其中該高頻訊號量測電路軟板上各處的阻抗值是在平均阻抗值的95%到105%的範圍內。
如請求項1至2中任一項所述半導體封裝元件之高頻訊號量測裝置，其中該高頻訊號量測電連接器為一同軸連接器。