TWI750912B - 高頻量測線結構 - Google Patents

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Abstract

一種高頻量測線結構，包含一電路板結構以及由該電路板結構所形成的一多導體傳輸線段、一高頻量測探點段及一轉換段，其中該轉換段係設置介於該多導體傳輸線段及該高頻量測探點段之間以連接至該多導體傳輸線段及該高頻量測探點段。該高頻量測探點段包含一組高頻量測探點；該組高頻量測探點係設置在該電路板結構之一第一金屬層上以接觸一高頻探針以傳輸一高頻信號。該電路板結構之一第二金屬層定義一開槽；該開槽係對應於該高頻量測探點段及該轉換段設置以協助該高頻探針及該多導體傳輸線段之間的一模態轉換。

Description

高頻量測線結構
本發明係有關於一種量測線結構，特別是一種高頻量測線結構。
在高頻元件的設計與測試階段，係使用高頻探針來量測高頻元件；最常使用的高頻探針係為具有地-信號-地(通常簡稱為GSG)的排列的探針，如圖3所示(高頻探針20)，其中它的操作模態可以直接地對應到相關技術之共面波導(co-planar waveguide，通常簡稱為CPW)傳輸線。請參考圖4，其係為相關技術之共面波導場型模態剖視圖。
相關技術之共面波導傳輸線在高頻具有低損耗的優勢；然而，在許多高頻基板上，考慮許多因素，例如基板厚度以及多層板整合等等，相關技術之微帶線(microstrip)以及相關技術之接地共面波導(grounded co-planar waveguide，通常簡稱為GCPW)是比較常用的傳輸線。請參考圖5，其係為相關技術之微帶線場型模態與相關技術之接地共面波導場型模態之剖視圖，其中圖5的上半部顯示相關技術之微帶線場型模態剖視，而圖5的下半部則顯示相關技術之接地共面波導場型模態剖視。尤其是在毫米波頻段，考慮許多因素，例如輻射損耗以及高頻信號耦合等等，相關技術之接地共面波導是最常使用的傳輸線。
相關技術之接地共面波導的結構類似於相關技術之共面波導的結構，但是相關技術之接地共面波導的操作模態不同於相關技術之共面波導的操作模態；相關技術之接地共面波導的操作模態類似於相關技術之微帶線的操作模態，有較多的能量儲存於基板中；因此，當使用具有地-信號-地排列的探針探測相關技術之接地共面波導的傳輸線時，會發生模態轉換的損耗以及阻抗的不匹配；一般而言，頻率越高時上述問題越嚴重，過強的反射以及損耗會降低高頻量測的準確度。
為解決上述問題，本發明之目的在於提供一種高頻量測線結構。
為達成本發明之上述目的，本發明之高頻量測線結構係應用於一高頻探針，該高頻量測線結構包含：一電路板結構；一多導體傳輸線段，該多導體傳輸線段係由該電路板結構所形成；一高頻量測探點段，該高頻量測探點段係由該電路板結構所形成；及一轉換段，該轉換段係由該電路板結構所形成，該轉換段係設置介於該多導體傳輸線段及該高頻量測探點段之間以連接至該多導體傳輸線段及該高頻量測探點段，其中該電路板結構包含：一第一金屬層；一第二金屬層；一介電質層，該介電質層係設置介於該第一金屬層及該第二金屬層之間；及複數之導通孔，該些導通孔係連接至該第一金屬層及該第二金屬層，其中該高頻量測探點段包含一組高頻量測探點；該組高頻量測探點係設置在該第一金屬層上以接觸該高頻探針以傳輸一高頻信號；該第二金屬層定義一開槽；該開槽係對應於該高頻量測探點段及該轉換段設置以協助該高頻探針及該多導體傳輸線段之間的一模態轉換。
再者，在如上所述之本發明之高頻量測線結構之一具體實施例當中，該電路板結構可為例如但本發明不限定為包含至少三層金屬層之一多層電路板。
再者，在如上所述之本發明之高頻量測線結構之一具體實施例當中，該組高頻量測探點可為例如但本發明不限定為一組排列為地-信號-地(通常簡稱為GSG)之探點。
再者，在如上所述之本發明之高頻量測線結構之一具體實施例當中，該多導體傳輸線段可為例如但本發明不限定為一接地共面波導(grounded co-planar waveguide，通常簡稱為GCPW)結構。
再者，在如上所述之本發明之高頻量測線結構之一具體實施例當中，該多導體傳輸線段可為例如但本發明不限定為一微帶線(microstrip)結構。
再者，在如上所述之本發明之高頻量測線結構之一具體實施例當中，該開槽具有一寬度；如果該開槽之該寬度越靠近該多導體傳輸線段，則該開槽之該寬度越窄；如果該開槽之該寬度越靠近該高頻量測探點段，則該開槽之該寬度越寬。
再者，在如上所述之本發明之高頻量測線結構之一具體實施例當中，該開槽可為例如但本發明不限定為三角形的。
再者，在如上所述之本發明之高頻量測線結構之一具體實施例當中，該高頻量測探點段包含連接至該第一金屬層及該第二金屬層的該些導通孔的一部分。
本發明之功效在於減少模態轉換的損耗以提高高頻量測的準確度。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得到深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
在本揭露當中，提供了許多特定的細節，以提供對本發明之具體實施例之徹底瞭解；然而，本領域技術人員應當知曉，在沒有一個或更多個該些特定的細節的情況下，依然能實踐本發明；在其他情況下，則未顯示或描述眾所周知的細節以避免模糊了本發明之主要技術特徵。茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：
圖1為本發明之高頻量測線結構之一具體實施例示意圖，圖2為本發明之電路板結構之金屬層之一具體實施例分解圖，圖3為本發明之高頻量測線結構應用於高頻探針之一具體實施例示意圖，請同時參考圖1、圖2及圖3；本發明之一種高頻量測線結構10係應用於一高頻探針20，該高頻量測線結構10包含一電路板結構30、一多導體傳輸線段40、一轉換段50及一高頻量測探點段60；該多導體傳輸線段40係由該電路板結構30所形成，該高頻量測探點段60係由該電路板結構30所形成，該轉換段50係由該電路板結構30所形成，且該轉換段50係設置介於該多導體傳輸線段40及該高頻量測探點段60之間以連接至該多導體傳輸線段40及該高頻量測探點段60。須知圖1、圖2及圖3僅為局部示意圖，且圖1、圖2及圖3的右邊係連接至待測高頻元件(未示於該些圖式中)；例如，請參考圖9或圖10，該電路板結構30係透過另一個高頻探針20連接至待測高頻元件(未示於該些圖式中)。
該電路板結構30包含一第一金屬層302、一介電質層304、一第二金屬層306(例如為一接地層)及複數之導通孔308；該介電質層304係設置介於該第一金屬層302及該第二金屬層306之間；該些導通孔308係連接至該第一金屬層302及該第二金屬層306。該高頻量測探點段60包含一組高頻量測探點602；該組高頻量測探點602係設置在該第一金屬層302上以接觸該高頻探針20以傳輸一高頻信號。該第二金屬層306定義一開槽310；該開槽310係對應於該高頻量測探點段60及該轉換段50設置以協助該高頻探針20及該多導體傳輸線段40之間的一模態轉換。須知為簡潔理由，圖2的該第二金屬層306上並未畫出該些導通孔308。
該電路板結構30可為例如但本發明不限定為包含至少三層金屬層之一多層電路板。該組高頻量測探點602可為例如但本發明不限定為一組排列為地-信號-地(通常簡稱為GSG)之探點。該多導體傳輸線段40可為例如但本發明不限定為一接地共面波導(grounded co-planar waveguide，通常簡稱為GCPW)結構或一微帶線(microstrip)結構。該開槽310具有一寬度312；如果該開槽310之該寬度312越靠近該多導體傳輸線段40，則該開槽310之該寬度312越窄；如果該開槽310之該寬度312越靠近該高頻量測探點段60，則該開槽310之該寬度312越寬。該開槽310可為例如但本發明不限定為三角形的。該高頻量測探點段60包含連接至該第一金屬層302及該第二金屬層306的該些導通孔308的一部分。
再者，請參考圖8，其係為本發明之第二金屬層之各式各樣的開槽示意圖。該開槽310可為例如但本發明不限定為等腰三角形的、梯形的、以弧形/拋物線/漸開線與直線所圍成的區域或是鑰匙孔形的；基本上，鄰近該多導體傳輸線段40的部位窄，且鄰近該高頻量測探點段60的部位寬，以達到調整電流分布以及場型模態的目的。
如果該多導體傳輸線段40係為該接地共面波導結構，則如圖3所示，該多導體傳輸線段40包含一接地共面波導線402，其傳輸線特徵阻抗一般設計成量測系統的標準阻抗，用以將待測高頻元件的高頻信號導入或導出。由該高頻探針20所量測的該高頻量測探點段60之該組高頻量測探點602的大小與間距需要與該高頻探針20的間距配合。該轉換段50係用以處理該多導體傳輸線段40與該高頻量測探點段60的幾何與阻抗的漸變；在一些較低頻率的應用，該轉換段50可能被省略。
在一例子當中，該第二金屬層306係為一片完整的接地面(亦即，沒有該開槽310)，且該第二金屬層306有該些導通孔308連接至該第一金屬層302的接地面；由於該高頻量測探點段60下方有該第二金屬層306的接地面，所以模態還是接地共面波導的形式，有許多能量儲存於信號線與該第二金屬層306的接地面之間；由於無法轉化為地-信號-地探針的共面波導模態，因而產生阻抗不匹配與損耗。請參考圖6，其係為相關技術之接地面無開槽之電場向量切面圖。
在另一例子當中，該高頻量測探點段60下方的該第二金屬層306的接地面以及該轉換段50下方的該第二金屬層306的接地面被完全地移除(或者是，該高頻量測探點段60下方的該第二金屬層306的接地面被完全地移除，而該轉換段50下方的該第二金屬層306的接地面被部分地(逐漸地)移除)，使得其能轉換成共面波導模態；然而，由於該第二金屬層306的接地面被大量地移除，因此該高頻量測探點段60的共面波導的間距受到製程限制而無法達到很窄，如此容易產生高頻信號較多的輻射損耗；亦即，由於印刷電路板的製程的限制，同層金屬的間距(gap)下限為3~4mil，以此間距所構成的共面波導結構，在該第二金屬層306的接地面的邊界部連續處容易產生輻射洩漏。再者，該第二金屬層306的被移除的接地面的下方需要足夠的淨空區(包括板厚方向以及側向)，以避免高頻信號耦合與反射干擾，這不利於以test coupon型式整合於系統中的測試結構或是對板厚敏感的設計。考量到製程線寬限制、多層板整合、系統整合等等，需要發展能兼顧量測性能與需求空間的該高頻量測線結構10。
本發明之該高頻量測線結構10是一種新的高頻量測線結構設計，巧妙地設計該第二金屬層306之該開槽310的形狀與位置，以有效地調整高頻訊號模態，並降低對淨空區的要求以及減少輻射損失與耦合。本發明之該高頻量測線結構10包含下列特徵：
1. 該第二金屬層306(接地層)的該開槽310對應地起始於該轉換段50，並對應地結束於該高頻量測探點段60；該開槽310之該寬度312係為前窄後寬，以協助場型在傳輸線的接地共面波導與地-信號-地探針的共面波導模態之間轉換；該開槽310之該寬度312以及一長度316(如圖2所示)可依據需求頻段被最佳化，以獲得較佳的頻寬特性。
2. 該第二金屬層306之該開槽310的外圍被連接該第一金屬層302與該第二金屬層306之該些導通孔308包圍，以維持各層的接地面等電位，並遏止高頻訊號往外部輻射洩漏。
3. 圖9為本發明之電路板結構之另一具體實施例從一視角之分解圖，圖10為本發明之電路板結構之另一具體實施例從另一視角之分解圖；圖9與圖10所示之元件與前述圖式所示之元件相同者，為簡潔因素，故於此不再重複其敘述。該電路板結構30更包含一次介電質層318，該次介電質層318係設置於該第二金屬層306的下面，該次介電質層318定義一淨空區314，該淨空區314係設置於該第二金屬層306之該開槽310的下方，以避免高頻信號耦合。而該淨空區314可大幅縮小；最後，獲得在多層板整合、傳輸性能、輻射洩漏/耦合等等條件下最適合的高頻量測線結構。
結合上述特徵，本發明之該高頻量測線結構10具有較優異的傳輸特性，並適合在多層電路板的結構中應用。請參考圖7，其係為本發明之接地面有開槽之電場向量切面圖。本發明之該高頻量測線結構10係保留該第二金屬層306的大部分的接地面，該開槽310係用以協助模態轉換；如圖7所示，本發明之電場相對於沒有開槽的設計之電場(圖6)，在中間信號線側邊與上方，本發明之電場的信號強度增加，而在中間信號線下方，本發明之電場的信號強度則減弱，使得其與該高頻探針20的模態較為匹配。
本發明之功效在於減少模態轉換的損耗以提高高頻量測的準確度。
然以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明請求項所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的請求項的保護範圍。綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。
10:高頻量測線結構
20:高頻探針
30:電路板結構
40:多導體傳輸線段
50:轉換段
60:高頻量測探點段
302:第一金屬層
304:介電質層
306:第二金屬層
308:導通孔
310:開槽
312:寬度
314:淨空區
316:長度
318:次介電質層
402:接地共面波導線
602:高頻量測探點
圖1為本發明之高頻量測線結構之一具體實施例示意圖。
圖2為本發明之電路板結構之金屬層之一具體實施例分解圖。
圖3為本發明之高頻量測線結構應用於高頻探針之一具體實施例示意圖。
圖4為相關技術之共面波導場型模態剖視圖。
圖5為相關技術之微帶線場型模態與相關技術之接地共面波導場型模態之剖視圖。
圖6為相關技術之接地面無開槽之電場向量切面圖。
圖7為本發明之接地面有開槽之電場向量切面圖。
圖8為本發明之第二金屬層之各式各樣的開槽示意圖。
圖9為本發明之電路板結構之另一具體實施例從一視角之分解圖。
圖10為本發明之電路板結構之另一具體實施例從另一視角之分解圖。
10:高頻量測線結構
30:電路板結構
40:多導體傳輸線段
50:轉換段
60:高頻量測探點段
302:第一金屬層
304:介電質層
306:第二金屬層
308:導通孔
602:高頻量測探點

Claims (8)

  1. 一種高頻量測線結構，係應用於一高頻探針，該高頻量測線結構包含： 一電路板結構； 一多導體傳輸線段，該多導體傳輸線段係由該電路板結構所形成； 一高頻量測探點段，該高頻量測探點段係由該電路板結構所形成；及 一轉換段，該轉換段係由該電路板結構所形成，該轉換段係設置介於該多導體傳輸線段及該高頻量測探點段之間以連接至該多導體傳輸線段及該高頻量測探點段， 其中該電路板結構包含： 一第一金屬層； 一第二金屬層； 一介電質層，該介電質層係設置介於該第一金屬層及該第二金屬層之間；及 複數之導通孔，該些導通孔係連接至該第一金屬層及該第二金屬層， 其中該高頻量測探點段包含一組高頻量測探點；該組高頻量測探點係設置在該第一金屬層上以接觸該高頻探針以傳輸一高頻信號；該第二金屬層定義一開槽；該開槽係對應於該高頻量測探點段及該轉換段設置以協助該高頻探針及該多導體傳輸線段之間的一模態轉換。
  2. 如請求項1所述之高頻量測線結構，其中該電路板結構係為包含至少三層金屬層之一多層電路板。
  3. 如請求項1所述之高頻量測線結構，其中該組高頻量測探點係為一組排列為地-信號-地之探點。
  4. 如請求項1所述之高頻量測線結構，其中該多導體傳輸線段係為一接地共面波導結構。
  5. 如請求項1所述之高頻量測線結構，其中該多導體傳輸線段係為一微帶線結構。
  6. 如請求項1所述之高頻量測線結構，其中該開槽具有一寬度；如果該開槽之該寬度越靠近該多導體傳輸線段，則該開槽之該寬度越窄；如果該開槽之該寬度越靠近該高頻量測探點段，則該開槽之該寬度越寬。
  7. 如請求項1所述之高頻量測線結構，其中該開槽係為三角形的。
  8. 如請求項1所述之高頻量測線結構，其中該高頻量測探點段包含連接至該第一金屬層及該第二金屬層的該些導通孔的一部分。
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