TWI742545B

TWI742545B - 量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統

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Publication number: TWI742545B
Application number: TW109106413A
Authority: TW
Inventors: 黃榮書; 葉柏榕; 蘇勝義; 喬鴻培; 李子勝; 蔡憲毅; 吳俞宏; 邱宗文
Original assignee: 佳思科技有限公司; 揚博科技股份有限公司
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-10-11
Also published as: TW202132792A

Abstract

一種量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統包括一微波暗室、一射頻量測設備、一饋源天線、一晶片吸取裝置及一封裝測試基座。該封裝測試基座包括可相接合或分開的一第一基座部及一第二基座部。該第一基座部固定地設置在該微波暗室的頂板上方。該晶片吸取裝置穿伸過該第二基座部定義出的一通孔，該晶片吸取裝置與該第二基座部連動，當該第二基座部與該第一基座部相接合時，該射頻量測設備依序透過該第一基座部、該第二基座部電連接該封裝天線以量測該封裝天線的一射頻傳導特性參數，並且，該射頻量測設備更電連接該饋源天線以量測該封裝天線的一輻射特性。

Description

量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統

本發明是關於一種量測系統，特別是一種量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統。

隨著行動通信技術的演變與多元化應用，現有一種將天線集成到晶片封裝中的天線模組，稱為「封裝天線(Antenna in Package,AiP)」。在封裝天線的開發過程中，需要利用一封裝測試基座(SKT)檢測封裝天線的傳導電性參數。在進行檢測時，是將該封裝天線設置在該封裝測試基座上，並以探針直接接觸封裝天線的接腳以與封裝天線構成電性連接，再藉由測試信號的傳遞與量測，以進行該封裝天線的傳導電性測試。

實務上，封裝天線不只要接受傳導電性測試，更需進一步進行輻射特性參數的量測，其中，所述輻射特性參數可例如為空中下載技術(Over-The-Air Technology,OTA)的各項參數。然而，基於傳統封裝測試基座之先天上的功能限制，傳統封裝測試基座只能用來進行封裝天線的傳導電性測試，其無法用來量測封裝天線的輻射特性參數。由此可見，當封裝天線在通過傳統封裝測試基座的傳導電性測試之後，需從傳統封裝測試基座卸下，另再裝上一輻射特性測試裝置(例如智慧型手機)，才能利用該輻射特性測試裝置對該封裝天線進行輻射特性的各項參數量測。

如此一來，當封裝天線安裝在傳統封裝測試基座時，只能進行傳導電性測試，無法同時進行輻射特性參數量測；另一方面，將封裝天線設置在輻射特性測試裝置中才進行整機OTA參數量測，若OTA測試後發現效能不佳，必須修改封裝天線的設計，而修改設計後的封裝天線仍須再次安裝至傳統封裝測試基座以進行傳導電性測試，通過後再另外安裝到輻射特性測試裝置進行OTA參數量測。

綜上所述，因為傳統封裝測試基座的功能限制，其只能供進行傳導電性測試，而為了讓封裝天線進行輻射特性的參數量測，必須另外使用輻射特性測試裝置。透過傳統封裝測試基座與輻射特性測試裝置分開量測傳導電性參數與輻射特性參數，整體而言讓封裝天線的檢測時程無法進一步縮短，相對延宕封裝天線的開發時程。

為了解決前述已知技術的問題，本發明提出一種量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統，用以量測封裝天線，以期克服先前技術所述已知技術造成延宕封裝天線(AiP)的開發時程的技術問題。

本發明量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統包括：一微波暗室，包括一地板及一面對該地板的頂板，該頂板包括一射頻窗戶；一射頻量測設備；一饋源天線，設置於該微波暗室內；一晶片吸取裝置，以吸力取放及移動一封裝天線；及一封裝測試基座，包括可相接合或分開的一第一基座部及一第二基座部，該第一基座部固定地設置在該微波暗室的頂板上方，該第一基座部呈一環狀並界定出一第一通孔，該第一通孔與該射頻窗戶在該地板的法線方向上相重疊，該第二基座部界定出一第二通孔，該晶片吸取裝置穿伸過該第二基座部的第二通孔，該晶片吸取裝置與該第二基座部連動，當該第二基座部與該第一基座部相接合時，該射頻量測設備透過該第一基座部與該第二基座部電連接該封裝天線以量測該封裝天線的一射頻傳導特性參數，並且，該射頻量測設備更電連接該饋源天線以量測該封裝天線的一輻射特性參數，此外，當該饋源天線及該封裝天線的其中一者作為發射天線時，另一者對應地作為接收天線。

較佳地，該第二基座部圍繞界定出一接合凹槽，該接合凹槽供容置該第一基座部，該接合凹槽供該第二基座部活動地與該第一基座部相接合或分開。

較佳地，該第一基座部包括一第一探針，該第二基座部包括一第一轉接板及一第二探針，該第一轉接板包括一第一傳輸線。該第一傳輸線的其中一端與該第二探針的其中一端恆保持實體接觸而電連接，該第二探針的另一端用以電連接該封裝天線。而當該第二基座部與該第一基座部相接合時，該第一傳輸線的另一端才與該第一探針實體接觸而電連接。

較佳地，該第一基座部更包括一第三探針，該第二基座部更包括一第二轉接板及一第四探針，該第二轉接板包括一第二傳輸線。該第二傳輸線的其中一端與該第四探針的其中一端恆保持實體接觸而電連接，該第四探針的另一端用以電連接該封裝天線。而當該第二基座部與該第一基座部相接合時，該第二傳輸線的另一端才與該第三探針實體接觸而電連接。

較佳地，該綜合系統更包括一測試載板。該測試載板設置於該第一基座部與該微波暗室的頂板之間，且該測試載板包括一第三傳輸線及一第四傳輸線，該第三傳輸線電連接於該射頻量測設備與該饋源天線之間，該第四傳輸線電連接於該射頻量測設備與該第一探針之間。

較佳地，該綜合系統還包括一反射鏡。該反射鏡設置在該微波暗室內的地板上，該反射鏡將來自該饋源天線的一非均勻平面波反射成朝向該射頻窗戶的一均勻平面波。

較佳地，該反射鏡可轉動。

較佳地，該饋源天線是波束可控制陣列天線。

較佳地，該綜合系統更包括設置在該第一基座部上方的一基頻量測設備，當該第二基座部與該第一基座部相接合時，該基頻量測設備透過該第一基座部與該第二基座部電連接該封裝天線以量測該封裝天線的基頻特性參數。

較佳地，該第二基座部及該晶片吸取裝置安裝在一機械手臂。該機械手臂用以抓取移動該第二基座部及該晶片吸取裝置。

基於封裝天線需通過傳導電性測試與輻射特性測試的需求，本發明克服傳統封裝測試基座的功能限制而只能供進行傳導電性測試的技術瓶頸，本發明的效果在於：當可移動的該第二基座部與該第一基座部相接合時，該射頻量測設備同時電連接該封裝天線與該饋源天線，藉此，本發明除了量測該封裝天線的射頻傳導特性參數(例如S參數)之外，並且，該射頻量測設備更可驅動該饋源天線以量測該封裝天線的輻射特性參數(例如OTA的相關參數)。是以，本發明通過用一套綜合系統就可以同時量測射頻傳導特性參數以及輻射特性參數，而非如已知技術需分開量測射頻傳導特性參數以及輻射特性參數，和已知技術相比，本發明可有效縮短封裝天線的開發時程。

另一方面，如前所述的該基頻量測設備也可透過該第一基座部及該第二基座部電連接該封裝天線，以量測該封裝天線的基頻特性參數(例如直流、基頻或中頻信號位準驗證及供給)，因此本發明進一步透過該基頻量測設備的設置，用一套綜合系統就可以同時量測(1)、射頻傳導特性參數；(2)、輻射特性參數；及(3)、基頻特性參數，從而解決先前技術的缺點，有效縮短封裝天線的開發時程。

1:封裝天線

2:微波暗室

21:地板

22:頂板

221:射頻窗戶

31:饋源天線

32:射頻量測設備

321:第一傳輸埠

322:第二傳輸埠

4:反射鏡

5:晶片吸取裝置

51:抽氣機

52:真空吸管

53:吸嘴

6:封裝測試基座

61:第一基座部

611:第一通孔

612:第一探針

613:第三探針

62:第二基座部

621:第二通孔

622:接合凹槽

623:第一轉接板

6231:第一傳輸線

624:第二探針

625:第二轉接板

6251:第二傳輸線

626:第四探針

7:測試載板

700:載板通孔

71:第三傳輸線

72:第四傳輸線

73:第五傳輸線

8:基頻量測設備

9:機械手臂

W:非均勻平面波

圖1是本發明較佳實施例的晶片吸取裝置吸取封裝天線時，連同第二基座部移動至第一基座部的第一剖視示意圖。

圖2是本發明較佳實施例的晶片吸取裝置吸取封裝天線時，連同第二基座部移動至第一基座部的第二剖視示意圖。

圖3是本發明較佳實施例的使用狀態剖視示意圖。

圖4是本發明較佳實施例的俯視示意圖。

圖5是本發明較佳實施例的第二基座部安裝在機械手臂的示意圖。

參閱圖1至圖3，本發明量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統用以量測一封裝天線1，本發明的較佳實施例包括一微波暗室2、一射頻量測單元、一晶片吸取裝置5與一封裝測試基座6，或者在其他實施例中，本發明綜合系統可進一步包含一反射鏡4、一測試載板7及/或一基頻量測設備8。為方便說明，本發明圖1至圖3及圖5全部呈現微波暗室2、射頻量測單元、晶片吸取裝置5、封裝測試基座6、反射鏡4、測試載板7及基頻量測設備8的構造。

該微波暗室2包括一地板21及一間隔地平行面對該地板21的頂板22，該頂板22包括一射頻窗戶221(RF Window)以讓電磁波通過；舉例來說，該射頻窗戶221可為開口，該射頻窗戶221的開口空間具有空氣以供電磁波通過，或者該射頻窗戶221可供設置非金屬材料，或低介電常數及低損耗的保麗龍、塑膠等物體。

該射頻量測單元包括一饋源天線31及一射頻量測設備32，該饋源天線31位於該微波暗室2內且電連接該射頻量測設備32，可由該射頻量測設備32驅動該饋源天線31輻射電磁波，其中，該饋源天線31所發出的電磁波可直接或經反射而朝著該射頻窗戶221前進。本發明的實施例是採用反射方式，該反射鏡4與該饋源天線31為分離設置，且該反射鏡4位於該饋源天線31的下方，其中，該饋源天線31位於該射頻窗戶221，該反射鏡4設置在該微波暗室2內的地板21上，該反射鏡4的功效在於將來自該饋源天線31的一非均勻平面波W(如圖3所示)反射成朝向該射頻窗戶221的一均勻平面波。其中，該饋源天線31是波束可控制陣列天線或喇叭天線，該反射鏡4可對應該饋源天線31轉動，以控制該反射鏡4反射出電磁波束的角度。

該晶片吸取裝置5以吸力取放及移動該封裝天線1，該晶片吸取裝置5包括一抽氣機51、一真空吸管52及一連接該真空吸管52的吸嘴53。

該封裝測試基座6包括可相接合或分開的一第一基座部61及一第二基座部62。該第一基座部61固定地設置在該微波暗室2的頂板22上方，該第一基座部61呈一矩形環狀並界定出一第一通孔611，該第一通孔611可為矩形通孔，該第一通孔611與該射頻窗戶221在該地板21的法線方向上相重疊而可彼此連通，該第二基座部62如圖4所示界定出一第二通孔621，該第二通孔621可為矩形通孔，該晶片吸取裝置5的真空吸管52穿伸過該第二基座部62定義出的第二通孔621，該晶片吸取裝置5與該第二基座部62相互結合而連動，當該第二基座部62與該第一基座部61如圖3所示相接合時，該射頻量測設備32依序透過該第一基座部61、該第二基座部62電連接該封裝天線1以量測該封裝天線1的一射頻傳導特性參數，並且，該射頻量測設備32更電連接該饋源天線31以量測該封裝天線1的一輻射特性參數，此外，當該饋源天線31及該封裝天線1的其中一者作為發射天線時，另一者對應地作為接收天線。

該第二基座部62圍繞界定出一接合凹槽622，該接合凹槽622可供容置該第一基座部61，故該接合凹槽622供該第二基座部62活動地與該第一基座部61相接合或分開。

該第一基座部61包括一第一探針612，該第一探針612的一端可外露在該第一基座部61的表面(頂面)。該第二基座部62包括一第一轉接板623與一第二探針624。該第一轉接板623包括一第一傳輸線6231。該第一傳輸線6231的其中一端與該第二探針624的其中一端恆保持實體接觸而電連接，該第二探針624的另一端用以電連接該封裝天線1，該第一傳輸線6231的另一端外露在該第二基座部62的接合凹槽622。前述中，該第一探針612外露於該第一基座部61表面的一端的位置對應於該第一傳輸線6231外露在該第二基座部62接合凹槽622的一端的位置，故當該第二基座部62與該第一基座部61相接合時，該第一傳輸線6231的所述外露的一端與該第一探針612的所述外露的一端實體接觸而電連接。

如前所述的該測試載板7可設置於該第一基座部61與該微波暗室2的頂板22之間，該測試載板7可部分延伸在該射頻窗戶221上方以供設置該饋源天線31，該測試載板7界定出一載板通孔700，該第一通孔611、該載板通孔700與該射頻窗戶221在該地板21的法線方向上相重疊而可彼此連通，該測試載板7包括一第三傳輸線71及一第四傳輸線72，該第三傳輸線71電連接於該射頻量測設備32的一第一傳輸埠321與該饋源天線31之間，該第四傳輸線72電連接於該射頻量測設備32的一第二傳輸埠322與該第一探針612之間。

參閱圖4，該封裝測試基座6的矩形外框尺寸大約為40×40mm²，該測試載板7的矩形外框尺寸大約為500×500mm²。

圖5是本發明的本發明的第二基座部62及晶片吸取裝置5安裝在一機械手臂9的示意圖，該機械手臂9用以抓取移動該第二基座部62及該晶片吸取裝置5，以使該第一基座部61和該第二基座部62彼此結合及分離。

以下舉例說明本發明較佳實施例的運作方式，首先如圖1以晶片吸取裝置5先從IC脆盤(圖未示出)中吸取一顆尚未測試的封裝天線1，接著，如如圖1與圖2所示，該第二基座部62與該晶片吸取裝置5一起連動地移到該第一基座部61的上方，且該封裝天線1對準該第一基座部61的中央處的第一通孔611，供該封裝天線1的位置對應於該射頻窗戶221，最後，如圖3所示，該第二基座部62與該晶片吸取裝置5下壓，該第一基座部61與該第二基座部62卡接在一起，該射頻量測設備32透過該第三傳輸線71電連接該饋源天線31，該饋源天線31朝向該反射鏡4的輻射出非均勻平面波，凹面的該反射鏡4將來自該饋源天線31的非均勻平面波反射成朝向位於該射頻窗戶221上的該封裝天線1，該封裝天線1作為接收天線，將接收到的均勻平面電磁波轉換成一射頻接收信號依序透過該第二探針624、該第一轉接板623的第一傳輸線6231、該第一探針612及該第四傳輸線72傳輸到該射頻量測設備32以量得該封裝天線1的輻射特性參數，例如天線增益；並且，該射頻量測設備32除了如前所述量測該封裝天線1的輻射特性參數之外，該射頻量測設備32可以是一台網路分析儀(network analyzer)或是內建信號產生器與頻譜分析儀的設備，還可以依序透過該第四傳輸線72、該第一探針612、該第一轉接板623的第一傳輸線6231及該第二探針624以傳導的方式量測該封裝天線1的射頻傳導特性參數，例如S參數。

本發明前述實施例的效果在於：當可移動的該第二基座部62與該第一基座部61相接合時，該射頻量測設備32依序透過該第一基座部61、該第二基座部62電連接被該晶片吸取裝置5吸取的該封裝天線1，以量測該封裝天線1的射頻傳導特性參數(例如S參數)，並且，該射頻量測設備32更電連接該饋源天線31以量測該封裝天線1的輻射特性參數(例如OTA的相關參數)，因此本發明用一套綜合系統就可以量測(1)、射頻傳導特性參數；及(2)、輻射特性參數，從而解決先前技術的缺點，有效縮短AiP的開發時程。

此外，本發明的另一實施例中，如前所述的該基頻量測設備8可設置在該第一基座部61上方，當該第一基座部61與該第二基座部62相結合時，該基頻量測設備8可透過該第一基座部61與該第二基座部62電連接該封裝天線1，以進行該封裝天線1的基頻量測。其中，該第一基座部61更包含一第三探針613，該第三探針613的一端可外露在該第一基座部61的表面(頂面)，該第二基座部62更包括一第二轉接板625及一第四探針626，該第二轉接板625包括一第二傳輸線6251。該第二傳輸線6251的其中一端與該第四探針626的其中一端恆保持實體接觸而電連接，該第四探針626的另一端用以電連接該封裝天線1，該第二傳輸線6251的另一端外露在該第二基座部62的接合凹槽622。該基頻量測設備8可設置在該測試載板7上，該測試載板7更包括一第五傳輸線73，該第五傳輸線73電連接在該基頻量測設備8與該第一基座部61的第三探針613的另一端之間。

前述中，因為該第三探針613外露於該第一基座部61表面的一端的位置對應於該第二傳輸線6251外露在該第二基座部62接合凹槽622的一端的位置，故當該第一基座部61與該第二基座部62如圖3卡接在一起時，該第二傳輸線6251的所述外露的一端與該第三探針613的所述外露的一端實體接觸而電連接，此時該基頻量測設備8依序透過第五傳輸線73、該第三探針613、該第二傳輸線6251、該第四探針626電連接該封裝天線1，以量取該封裝天線1的基頻特性參數，例如直流位準驗證及供給。

本發明除了量測該封裝天線1的射頻傳導特性參數(例如S參數)以及該封裝天線1的輻射特性參數(例如OTA的相關參數)之外，藉由進一步設置的該基頻量測設備8，該基頻量測設備也電連接該封裝天線1，以量測該封裝天線1的基頻特性參數(例如直流、基頻或中頻信號位準驗證及供給)，因此本發明用一套系統就可以量測(1)、射頻傳導特性參數；(2)、輻射特性參數；及(3)、基頻特性參數，從而解決先前技術的缺點，有效縮短AiP的開發時程。

1:封裝天線 2:微波暗室 31:饋源天線 32:射頻量測設備 4:反射鏡 5:晶片吸取裝置 6:封裝測試基座 61:第一基座部 62:第二基座部 7:測試載板 8:基頻量測設備 9:機械手臂 W:非均勻平面波

Claims

一種量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統，包括：一微波暗室，包括一地板及一面對該地板的頂板，該頂板包括一射頻窗戶；一射頻量測設備；一饋源天線，設置於微波暗室內且位於該射頻窗戶；一晶片吸取裝置，以吸力取放及移動一封裝天線；一封裝測試基座，包括可相接合或分開的一第一基座部及一第二基座部，該第一基座部固定地設置在該微波暗室的頂板上方，該第一基座部呈一環狀並界定出一第一通孔，該第一通孔與該射頻窗戶在該地板的法線方向上相重疊，該第二基座部界定出一第二通孔，該晶片吸取裝置穿伸過該第二基座部的第二通孔，該晶片吸取裝置與該第二基座部連動；及一反射鏡，設置在該微波暗室內的地板上，該反射鏡與該饋源天線為分離設置，且該反射鏡位於該饋源天線的下方，該反射鏡將來自該饋源天線的一非均勻平面波反射成朝向該射頻窗戶的一均勻平面波，其中，該反射鏡可轉動；當該第二基座部與該第一基座部相接合時，該射頻量測設備透過該第一基座部與該第二基座部電連接該封裝天線以量測該封裝天線的一射頻傳導特性參數，並且，該射頻量測設備更電連接該饋源天線以量測該封裝天線的一輻射特性參數，此外，當該饋源天線及該封裝天線的其中一者作為發射天線時，另一者對應地作為接收天線。
如請求項1所述之量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統，其中，該第二基座部圍繞界定出一接合凹槽，該接合凹槽供容置該第一基座部，該接合凹槽供該第二基座部活動地與該第一基座部相接合或分開。
如請求項1所述之量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統，其中，該第一基座部包括一第一探針，該第二基座部包括一第一轉接板及一第二探針，該第一轉接板包括一第一傳輸線，該第一傳輸線的其中一端與該第二探針恆保持實體接觸而電連接，而當該第二基座部與該第一基座部相接合時，該第一傳輸線的另一端才與該第一探針的實體接觸而電連接。
如請求項1所述之量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統，其中，該第一基座部更包括一第三探針，該第二基座部更包括一第二轉接板及一第四探針，該第二轉接板包括一第二傳輸線，該第二傳輸線的其中一端與該第四探針恆保持實體接觸而電連接，而當該第二基座部與該第一基座部相接合時，該第二傳輸線的另一端才與該第三探針實體接觸而電連接。
如請求項3所述之量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統，該綜合系統更包括一測試載板，該測試載板設置於該第一基座部與該微波暗室的頂板之間，且該測試載板包括一第三傳輸線及一第四傳輸線，該第三傳輸線電連接於該射頻量測設備與該饋源天線之間，該第四傳輸線電連接於該射頻量測設備與該第一探針之間。
如請求項1所述之量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統，其中，該饋源天線是波束可控制陣列天線。
如請求項1所述之量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統，該綜合系統更包括設置在該第一基座部上方的一基頻量測設備，當該第二基座部與該第一基座部相接合時，該基頻量測設備透過該第一基座部與該第二基座部電連接該封裝天線以量測該封裝天線的基頻特性參數。
如請求項1所述之量測封裝天線之傳導及輻射特性的綜合系統，其中，該第二基座部及該晶片吸取裝置安裝在一機械手臂，該機械手臂用以抓取移動該二基座部及該晶片吸取裝置。