TWM504245U - 高頻探針之接點結構 - Google Patents

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TWM504245U
TWM504245U TW104203134U TW104203134U TWM504245U TW M504245 U TWM504245 U TW M504245U TW 104203134 U TW104203134 U TW 104203134U TW 104203134 U TW104203134 U TW 104203134U TW M504245 U TWM504245 U TW M504245U
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Description

高頻探針之接點結構
本創作係關於一種高頻探針之接點結構，係一種用於擷取並傳送一電壓之接點結構，特別是一種高頻(HF)測量探針或具有載體之高頻偵測頭，於該載體上安裝有導體結構，其中該導體結構於一接觸端上具有一由載體邊緣突出之接觸元件，用以與一待測物件上至少一接點接觸，且該導體結構具有至少一阻抗轉換器。
專利文件DE19945178C2與WO2006/066676揭露了傳統測量探針之接點結構；為了測量一例如為晶圓待測物件上電路之功能性與電學特性，通常會使用測量探針，將其突出之接觸元件以機械方式放置於待測電路之適當接點上；此種待測電路會產生或處理一高頻訊號，使得對測量探針產生一對應的(波)阻抗，換句話說，測量探針必須於其接觸端上具有一匹配於待測物件上待測電路之阻抗，因為在錯誤匹配時，一般可能發生習知的反射，影響測量結果，或是使得測量無法進行。
然而，當為了傳送由待測物件截取之訊號或電壓，而在遠離導體結構接觸端之導體結構的連接端上，連接有一具有預設阻抗(如50Ω)之同軸電纜或電路，或是一具有預設阻抗之連接元件時，必須要在載體上之導體結構內安裝一阻抗變換器，使得測量探針在測量具有阻抗偏差之待測物件時，不會受到反射之影響。
此類阻抗轉換器可使用被動元件，例如RF變壓器或其他表面安裝元件(SMD)，但是這種阻抗轉換器僅可用於經由有限頻域的阻抗變壓；當由待測物件經過測量探針傳輸的高頻訊號在該頻域外時，就會由阻抗轉換器產生一無預期的反射。
本創作之目的，係在提供一種高頻測量探針之接點結構，即使在預設頻寬內，也可進行無反射傳輸，並且具有使用上的彈性。
本創作高頻探針之接點結構，其阻抗轉換器之特徵在於，其具有一在截面上逐漸縮小或逐漸擴大之導體區段。
本創作之依據係為：阻抗轉換器不一定要使用例如平衡-不平衡轉換器或類似的複雜電子組件，反而僅需使用一導體區段作為阻抗轉換，該導體區段在導體結構之接觸端與連接端之間為逐漸改變，此導體區段之長度與截面變化的設計，為可使得此導體區段波阻抗之改變為一個預設的值；由於階段式截面積改變一般會導致反射，本創作導體區段之變化優先為逐漸，長度優先為大於5cm，尤其優先為大於10cm，特別優先為大於20cm。
本創作高頻探針之接點結構，導體結構係具有至少一訊號導體或是電壓導體，以及至少一個接地導體，其走向分別為由接觸端至連接端，其中於該導體結構之連接端上可安裝一可傳輸截取訊號之插接器，同時，該具有逐漸變化的截面之導體區段優先安裝於訊號導體內；該接地導體可如導體區段一樣與由載體突出之接觸元件連接，以用於與待測物件上至少一接點於接觸端上導電接觸。
該載體可具有介電性，而導體結構係安裝於其上，於本創作一特別優先的實施例中，該載體為一電路板，其上印有電路作為導體結構的一部分，在此狀況下，(平面、二維印刷上)之電路若具有逐漸變寬或變窄，便可作為具有漸變截面的導體區段；訊號導體至少一部分優先為電路，而接地導體則為由導電材質(如金屬)製成並安裝於電路板背面覆蓋層。
本創作高頻探針之接點結構，位於電路一尾端電路寬度與位於另一尾端電路寬度的比例，優先為大於2，特別優先為大於3，更優先為大於4、5或更多，此一比例與所欲達到的阻抗轉換器有關。
本創作高頻探針之接點結構，其阻抗轉換器包含一蛇形之錐形構造，藉此可對導體結構的輸入與輸出阻抗上形成一可靠且簡易的阻抗轉換；藉著此一蛇形之錐形可將兩個通過逐漸變窄的電路區段上不同的波阻抗水平在短距離內加以連結，並同時達到最低反射；經過蛇形之錐形結構可在特別寬的頻寬內達到無反射的阻抗轉換。
將導體區段由連接端朝向接觸端做成分段彎曲，特別是蜿蜒狀，可使得接點結構特別緊緻小巧且可便宜生產；換句話說，漸窄的電路走向為蛇形，且同時優先具有多數個，優先為5個，特別優先為7個或更多個彎折區段，在此區段上電路方向轉折180°；藉由此法，可在長度小於10cm的載體範圍內裝設大於30cm長度的電路；換句話說，電路區段長度與裝有電路區段的載體範圍的長度比例，為大於3或更高；本創作接點結構特別簡易的生產，可將蛇形導體區段以電路形式印刷在電路板上，或是以其他方式安裝上。
另一種作法為，將漸窄的導體區段以直線狀，也就是沒有彎曲狀裝於載體上；但是，為了達到可接受的緊緻接點結構，優先在載體由接觸端至 連接端總長的50%，優先為80%，特別優先為整體總長度上將導體區段以電路形式安裝上，此一尺寸可優先為大於6cm且小於20cm，更優先為介於10cm與15cm之間；相對於彎曲狀導體區段，在直線狀導體區段上，個別導體片之間不會有串擾的風險。
結果可見，由此可獲得可在700MHz至2.7GHz頻寬內，優先為500MHz至3GHz，特別優先為400MHz至10GHz之頻寬內，用於轉換阻抗之蛇形之錐形的阻抗轉換器，其中全頻域內的反射係數Γ小於0.2，優先為小於0.1。
對HF組件與HF導線(特別是同軸電纜)上常見的自有阻抗來說，阻抗轉換器與導體結構的輸入與輸出阻抗間的比值需調整在5：1、1：5、4：1、1：4、2：1或1：2；導體結構之輸出阻抗定義為：該導體結構在連接端上，具有導體區段之訊號導體與一接地導體間的阻抗(又稱為連接端阻抗)；而導體結構之輸入阻抗定義為：和導體區段連接之接觸元件以及一與接地導體連接之接觸元件間導體結構之接觸端阻抗，其與待測物件的阻抗相匹配。
此時，導體結構之接觸端阻抗值優先約為10Ω或約為12.5Ω，以及/或是導體結構之連接端阻抗值約為50Ω，或是反過來；在此條件下，可將一傳統的同軸電纜接通於接點結構的連接端上。
欲將待測物件上至少一接點穩固連接，且不造成待測物件或接點的損害，須至少一接點為彈性的接觸頭，優先為：包含與接地導體連接之接地接觸元件在內均為彈性的接觸頭。
接點結構優先具有二、三、四、五或更多個，特別是七個由載體突出的接觸元件，其中至少一個，特別二個接觸元件為與至少一安裝於載體上的接地導體連接，該接地導體優先為由接觸端朝向連接端走向。
這些多數個接觸彈簧狀由載體邊緣突出之接觸元件，可位於同一平面上，使得其可與待測物件上位於同一平面之接觸元件接觸；接地元件優先為二個與接地導體連接之外部接觸元件，而一具有漸窄導體區段之中央接觸元件則與訊號導體連接；接觸元件間的距離與長度分別設定為可產生接觸端上預設之波阻抗，該阻抗係與待測物件之波阻抗相匹配。
至少一個接地導體可安裝於載體之一平面上，該平面係遠離載有導體區段的平面；其可為金屬層或金屬蓋結構，並可覆蓋於載體之背面；此外另一種或額外作法為，於導體結構之訊號導體上加裝屏蔽層。
有鑑於要降低因接點構造所導入的訊號反射，突出載體之接觸元件需交替地與接地導體以及與導體區段連接，此種接點結構可稱為GSG-結構(Ground-Signal-Ground)。
如前所述，一急遽變化的導體區段會導致反射；在導體結構接觸端上，電路與狹窄的接觸元件介面上急遽的截面或是導體寬度變化，可藉由將兩個以上，特別是三個或更多個相隔的接觸元件與電路導電連接來降低；換句話說，電路為扇狀散開，使其可與一個以上由載體突出之接觸元件連接，其中每個傳導訊號之接觸元件之間可分別安裝有一與接地導體連接之接地接觸元件，藉由此舉，實務上可將電路在接觸端的寬度延伸至接觸元件的尖端。
因為在此狀況下，個別接觸元件間的距離加大，同時保持自身阻抗較低，因此將接地接觸元件與傳導訊號之接觸元件交替安裝；例如，當只有一個傳輸訊號之接觸元件與一接地接觸元件相鄰時，為了保持自身阻抗較低，其間的距離有時須在1μm以下；兩接觸元件間保持如此小的距離在生產技術上相當困難，且這類適當的接觸元件容易受損；另一方面，若有三或更多個傳輸訊 號之接觸元件分別安裝於由載體突出的接地接觸元件之間，則相鄰兩接觸元件間的距離大於10μm便已足夠。
兩個外部的接觸元件優先為接地接觸元件，且優先為共有四個或更多；另一方面，接點結構優先具有三個或更多個與電路連接的傳輸訊號接觸元件，其分別突出於兩個接地接觸元件之間。
為了將本創作接點結構可匹配阻抗且穩定地接通至一如電纜或電路之連接元件上，導體結構可在遠離接觸端之連接端上具有一像是插接頭之連接元件，特別是一同軸插接頭，其中接點結構中的一接地導體優先與插接頭之外導體連接，且/或接點結構之導體區段與插接頭之內導體連接。
關於接觸元件在載體上的排列，以及關於連接元件、接觸元件與連接元件間的連結，係參考專利文件WO2006/066676A1，其內容引用於本公開文件中。
10、10’‧‧‧接點結構
12‧‧‧載體
14‧‧‧連接端
16‧‧‧接觸端
20‧‧‧導體結構
21‧‧‧接地接觸元件
22‧‧‧接觸元件
23‧‧‧接觸頭
24‧‧‧阻抗轉換器
26、26’‧‧‧導體區段
27、27’‧‧‧電路
40‧‧‧插接頭
第一圖所示係為本創作第一實施例之平面圖，係作為高頻測量探針之用，用以傳輸高頻訊號。
第二圖所示係為本創作第二實施例之平面圖。
有關本創作為達上述之使用目的與功效，所採用之技術手段，茲舉出較佳可行之實施例，並配合圖式所示，詳述如下：
本創作之第一實施例，請參閱第一圖所示，係為一測量探針之接點結構10，於測量一具有高頻電路之待測物件時(例如一半導體晶圓)，可用於傳 輸電子訊號，其包含一具有電路板之載體12，該載體12由連接端14朝向接觸端16為逐漸縮小，於該載體12上安裝有一導體結構20，該導體結構20之走向為由連接端14朝向接觸端16。
導體結構20具有至少一訊號導體與至少一接地導體，其中接地導體安裝於未於圖上顯示之載體12之背面，而圖式中朝向觀察者的為裝載有訊號導體之載體12；另一種或是額外作法可為：導體結構20也具有數個訊號導體，另外也可將訊號導體與接地導體安裝於同一面上。
由載體12之接觸端16上設有三個具彈性之接觸元件22突出於該載體12之邊緣，其形狀為接觸頭23，並可與待測物件上具有相同間距的接點接觸；在圖式的實施例中，中央的接觸頭23與訊號導體連接，且兩個外部之接觸頭23與接地導體連接，外部之接觸頭23即為接地接觸元件；同理可推估另一接觸元件的排列或是具有三個以上接觸頭。
載體12之連接端14上安裝有一具有內導體與外導體之插接頭40，一同軸電纜或一反向插接頭可插裝於該插接頭40內，以用於傳輸由接觸元件22所截取之高頻訊號；該插接頭40之內導體為與訊號導體，進而與中央之接觸頭23導電連接，而插接頭40之外導體則與接地導體，進而與兩個接地接觸元件21導電連接。
導體結構20具有一阻抗轉換器24，其中該阻抗轉換器24具有一導電之導體區段26，該導體區段26之截面由連接端14開始朝接觸端16為逐漸擴大，該導體區段26在圖式中之型態為印刷於載體12上寬度逐漸加大的電路27，該電路27為訊號導體之一部分，該訊號導體之走向為介於中央之接觸頭23與插接頭40之內導體之間；該導體區段26之幾何形狀與走向之設計為，可在連接端14與接觸 端16間形成一蛇形之錐形結構以轉換阻抗；在第一圖之實施例中，波阻抗為12.5Ω之待測物件之訊號可藉由接觸頭23截取，並經過連接於插接頭40上之阻抗為50Ω之同軸電纜無反射傳送，如此一來，整個圖中所示的接點結構10便是一個阻抗轉換器，在其上可藉由蛇形之錐形結構來達到阻抗轉換的目的。
接點結構10係針對截取與傳送一頻率約在698MHz與2.7GHz之間的高頻訊號而設置，且不會產生反射，其中，阻抗值會由導體結構20之接觸端16的12.5Ω提升至導體結構20之連接端的50Ω，如此，在揭露之實施例中所產生之轉換比為1：4；另一種作法為，將阻抗值由導體結構20之接觸端16的10Ω提升至連接端的50Ω，使得所產生之轉換比為1：5。
一較為緊緻的接點結構10，可將插接頭40與接觸頭23間的電路27製成彎曲蛇形並具有數個彎折，該電路27在面對接觸元件22之尾端上的寬度，大約為面對插接頭40之尾端上寬度的四倍，但是，電路27之形狀、長度與走向可依據所欲達成的阻抗轉換而加以調整；接觸元件22之距離與長度設定為，使得接觸端之阻抗可與待測物件之阻抗相匹配。
依據本創作，僅需藉由訊號導體中電路27之走向便可達到阻抗轉換的效果，無須額外增加如SMDs等組件，如此可擴大頻寬，且本創作之接點結構也可應用於LTF-組件的測試上，阻抗轉換器之轉換比可個別調整為例如1：5、5：1、1：2、2：1、1：4、4：1等。
本創作之第二實施例，請參閱第二圖所示，其接點結構10’之形式為電路27’之導體區段26’並非蛇形彎曲狀，而是通過載體12由插接端14到接觸端16之直線狀，該載體12之整體尺寸基本上與朝連接端14漸窄之電路27’之長 度相符，大約為12cm，藉由導體區段26’這種直線狀結構，可避免個別導體片段間的串擾。
有別於第一實施例，該導體結構20上共有七個突出於載體12邊緣之接觸元件22，其中四個接地接觸元件21分別與載體12背面上一(共同的)接地導體連接，其餘三個傳輸訊號之接觸元件則與電路27’連接；同時，接地接觸元件21與訊號傳輸之接觸元件是相互交替安裝，兩個外部之接觸元件22係為接地接觸元件21；另一種作法也可使用多於或少於七個接觸元件22。
藉由第二圖上所示與導體區段26’連接之接觸元件上之扇狀散開，可降低接觸元件22與導體區段26’(較寬一端)間介面上的反射至最低；更進一步，藉此可將個別接觸元件22間之距離加大，且同時可保持預設之接觸端阻抗；另外，相鄰兩個接觸元件22間距離可大於10μm，且接觸端阻抗約為10Ω；相互間隔距離與接觸元件數量可依據所設定之阻抗轉換而進行設定。
一般而言係參照第一圖所示之第一實施例，此一實施例也同樣適用於第二實施例上。
10‧‧‧接點結構
12‧‧‧載體
14‧‧‧連接端
16‧‧‧接觸端
20‧‧‧導體結構
21‧‧‧接地接觸元件
22‧‧‧接觸元件
23‧‧‧接觸頭
24‧‧‧阻抗轉換器
26‧‧‧導體區段
27‧‧‧電路
40‧‧‧插接頭

Claims (13)

  1. 一種高頻探針之接點結構，係具有上面安裝有導體結構(20)之載體(12)的接點結構(10、10’)，特別是指高頻測量探針，其中該導體結構(20)於接觸端(16)上設有至少一個由載體突出之接觸元件(22)，可與一待測物件上至少一接點作導電連接，且其中該導體結構(20)具有至少一阻抗轉換器(24)；其特徵在於：該阻抗轉換器(24)具有一導體區段(26、26’)，該導體區段具有逐漸縮小或擴大之截面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述高頻探針之接點結構，其中，該導體區段(26、26’)係安置於一介電質上，特別是一電路板上之電路(27、27’)，該電路之寬度係逐漸變窄或變寬。
  3. 如申請專利範圍第1項所述高頻探針之接點結構，其中，該阻抗轉換器(24)包含一蛇形之錐形構造。
  4. 如申請專利範圍第1項所述高頻探針之接點結構，其中，該導體區段(26)至少一部分為彎折狀，特別是蜿蜒或蛇形狀。
  5. 如申請專利範圍第1項所述高頻探針之接點結構，其中，該導體區段(26’)主要為線性走向，且優先鋪設於該載體(12)總尺寸的50%以上，特別優先為80%以上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述高頻探針之接點結構，其中，用於轉換阻抗之阻抗轉換器(24)之作用範圍優先為約700MHz至約2.7GHz，特別優先為400MHz至10GHz，更優先為300MHz到20GHz。
  7. 如申請專利範圍第1項所述高頻探針之接點結構，其中，該阻抗轉換器(24)與/或該導體結構(20)之輸入阻抗與輸出阻抗間的比例為5：1、1：5、4：1、1：4、2：1或1：2。
  8. 如申請專利範圍第6項所述高頻探針之接點結構，其中，該導體結構(20)接觸端上的輸入阻抗約為10Ω或12.5Ω，且/或該導體結構(20)遠離接觸端之連接端(14)上的輸出阻抗約為50Ω，或相反。
  9. 如申請專利範圍第1項所述高頻探針之接點結構，其中，至少一個該接觸元件(22)優先為具有彈性之接觸頭(23)。
  10. 如申請專利範圍第1項所述高頻探針之接點結構，其中，由該載體(12)突出之接觸元件(22)係有兩個、三個、四個、五個或更多個，特別是七個，其中至少一個，特別是兩個為接地接觸元件(21)，且與至少一安裝於該載體(12)上之接地導體連接，該接地導體優先為由接觸端(16)走向連接端(14)。
  11. 如申請專利範圍第10項所述高頻探針之接點結構，其中，至少一該接地導體係安裝於該載體(12)上與該導體區段(26、26’)相反之另一面上。
  12. 如申請專利範圍第10項所述高頻探針之接點結構，其中，由該載體(12)突出之接觸元件(22)係與該接地導體交替安裝，且與該導體區段(26、26’)導電連接。
  13. 如申請專利範圍第1項所述高頻探針之接點結構，其中，該導體結構(20)於一遠離該接觸端(16)之連接端(14)上具有一像是插接頭(40)之連接元件，特別是依同軸插接頭，該導體結構(20)之一接地線優先與該 插接頭(40)之外導體連接，且該導體結構(20)之導體區段(26)優先與該插接頭(40)之內導線連接。
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