WO2005101034A1

WO2005101034A1 - 電子部品の高周波電気特性測定方法および装置、高周波電気特性測定装置の校正方法

Info

Publication number: WO2005101034A1
Application number: PCT/JP2004/019086
Authority: WO
Inventors: Gaku Kamitani
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2005-10-27
Also published as: JPWO2005101034A1; DE112004002808T5; JPWO2005101035A1; JP3912428B2; WO2005101037A1; JP3912429B2; WO2005101035A1; DE112004002805B4; DE112004002808B4; DE112004002805T5

Abstract

複数の信号導体１２ａ，１２ｂと接地導体１２ｃとをネットワークアナライザ２０の測定ポートにそれぞれ接続し、各信号導体１２ａ，１２ｂの長さ方向の少なくとも３箇所において短絡基準１０を信号導体１２ａ，１２ｂと接地導体１２ｃとの間に接続して電気特性を測定し、信号導体１２ａ，１２ｂ間にスルーチップ１３をシリーズ接続して電気特性を測定し、伝送路を含む測定系の誤差要因を計算する。信号導体間あるいは信号導体間および接地導体の間に被測定電子部品１７を接続して電気特性を測定し、被測定電子部品１７の測定値から測定系の誤差要因を除去し、被測定電子部品１７の電気特性の真値を求める。そのため、接続ばらつきの影響を受けない高精度な高周波電気特性測定方法を実現できる。

Description

電子部品の高周波電気特性測定方法および装置、高周波電気特性測定装置の校正方法

技術分野

[0001] 本発明は、フィルタや力ブラ、ノンのような電子部品、またはチップインダクタ、チップコンデンサ等のようなインピーダンス素子の高周波電気特性の測定方法に関する

。より詳しくは、ネットワークアナライザなどの測定器によって前記電子部品の散乱係数やインピーダンス値を測定する際の測定誤差の補正方法に関する。

背景技術

[0002] ネットワークアナライザを用いて、表面実装タイプのフィルタや力プラ、またはチップィンダクタ等のインピーダンス素子の高周波電気特性を測定する場合、これらの電子部品に直接同軸ケーブル等を接続することは不可能であるため、通常はネットワークアナライザに同軸ケーブルを介して平面伝送路 (マイクロストリップラインゃコプレーナウエーブガイドなど)を接続し、この平面伝送路上に電子部品を接触させて測定する。この場合、被検体であるインピーダンス素子の散乱係数行列の真値を得るためには、測定系の誤差要因を同定して測定結果力も誤差要因の影響を取り除力なければならな!ヽ。これを補正または校正（キャリブレーション） t ヽぅ。

[0003] ネットワークアナライザによる測定において、測定系の誤差を除去する従来技術として、非特許文献 1に示されるように、 TRL(Through- Reflection- Load)補正や SOLT (Short-Open-Load-Through)補正が知られて、る。

[0004] 図 1,図 2に、ネットワークアナライザを用いた測定系と、 SOLUTE, TRL補正で使用される各誤差モデルとを示す。

被検体である電子部品 1は、測定治具 2の上面に形成された伝送路上に接続される。測定治具 2の伝送路の両端は同軸ケーブル 3を介して図示しな、ネットワークアナライザの測定ポートに接続されている。

SOLT補正の誤差モデルにおいて、 S — S は被検体を含む伝送路の散乱係数

11A 22A

、 E E E は一方の測定ポート側の散乱係数、 E E は他方の測定ポート側の散乱係数である。

TRL補正の誤差モデルにおいて、 S

11A— S は被検体の散乱係数、 e — e は一

22 A 00 11 方の測定ポート側の散乱係数、 f

00一 f

11は他方の測定ポート側の散乱係数である。

[0005] 誤差要因を同定するためには、被検体測定面に少なくとも 3種類の散乱係数が既知のデバイス (標準器)を取りつけて測定を行わなければならな、。伝統的に開放（ OPEN)、短絡（SHORT )、終端 (LOAD=50 Q )が使用されることが多ぐ同軸環境であればこのような標準器を実現できるため、この方法は広く使用されており、 SOLT補正と呼ばれる。 SOLT補正では、図 3に示すように、短絡 (0 Ω )と開放（∞Ω )と終端（ 50 Ω )の 3種類のコネクタ 4を使用するとともに、ポート間を直結してスルー（Through ) 状態としている。

[0006] しかし、 SOLT補正の場合、同軸環境以外ではこのような標準器の実現は極めて困難であり、補正に必要な標準器をチップデバイス形状で実現することができない。例えば表面実装部品を測定する際に用いられる平面伝送路は、導波管や同軸伝送路とは異なり、良好な「開放」や「終端」を得ることができず、現実的に SOLT補正を実施することができない。また、一般的に測定によって得られる測定値は、被検体 1そのものではなぐ被検体 1と被検体を接続した測定治具 2とを合成した特性となり、被検体単体の特性を測定することができな、。

[0007] TRL補正とは、実現の難しいデバイス形状の標準器に代えて、図 4に示すように、ポート間直結状態（Through )の伝送路 5a、全反射 (Reflection:通常短絡）の伝送路 5b 、及び長さが異なる数種類の伝送路 (Line ) 5c, 5dを標準器として使用するものである。伝送路 5a— 5dは、比較的散乱係数が既知のものを製作しやすぐまた全反射も短絡であれば、比較的簡単にその特性を予想できることから、伝送路のみで補正を可能としたものである。そのため、原理的には被検体 1単体の特性を測定することができる。

この例では、スルー伝送路 5aはいわゆる Zero-throughである。被検体の測定時には、スルー伝送路 5aより被検体の大きさだけ長さを長くした測定治具 2に被検体をシリーズ接続して測定する。

[0008] ところが、被検体である表面実装型デバイスに TRL補正を適用しょうとすると、以下のような課題を生じる。

1)標準器である伝送路 (Line数種類と Reflectionと Through)5a— 5dにおいて、同軸コネクタ 3と伝送路 5a— 5dとの接続部に生じる誤差要因が全て等しくなければならない。しかし、たとえ各標準器で同じ種類のコネクタを使用しても、各標準器を測定器に接続する際に特性バラツキが非常に大きくなり、補正誤差を生じ、ミリ波帯に近づくと事実上実施不可能となる。

2)前記課題を解決するため、同軸コネクタ 3を共通とし、その同軸ピンを標準器である伝送路と接触接続することでコネクタ測定のバラツキの影響を回避しょうという工夫もされている。しかし、同軸ピンが破損するなど、構造上接触部に十分な押しつけ荷重を確保することが難しく、接触が安定しな、ために補正が不安定になることが多ヽ。また、測定周波数が高くなると一般に伝送路も同軸ピンも細くなるので、これらの位置決め再現性による測定バラツキが大きくなつてしまう。

3)補正時の測定が正常であるかどうかを補正作業中に判断することが困難であるので、手間の力かる補正作業を終えて実際に被検体を測定して初めて、補正時の接触不良などの事故に気づくといった無駄を生じる。

[0009] 特許文献 1には、ストリップ線路を経由して被検体に接続される 2つの試験端子を有するネットワークアナライザを校正する方法が開示されている。すなわち、最初の校正測定においては、伝送と反射のパラメータを、伝搬定数が未知の線路上で、前記 2 つの試験端子間で無反射の仕方で接続されたストリップ線路上で測定し、同じ線路を使用してさらなる 3回の校正測定を、前記線路上の 3つの異なる位置において挿入された反射対称でかつ相反的な不連続部により実現された 3つの校正標準器で実施するものである。

つまり、伝送路の状態を 3つの状態に変化させることで、 3種類の標準器を実現し、標準器の接続を 1回のみとするものである。この方法であれば、 TRL補正に比べて、標準器の接続回数を減らすことができ、校正作業における測定誤差を少なくできる。

[0010] しかし、実際に被検体の測定を行う場合には、標準器として使用したストリップ線路を取り外し、被検体を接続できるストリップ線路 (治具)を再度接続しなければならなヽ。当然、再接続した際の接続部の特性は変化するので、測定誤差になってしまう。また、 2つの試験端子間にストリップ線路を無反射の仕方で接続することは、実際上難しぐ試験端子とストリップ線路との接続部での反射係数が誤差要因となる。

さら〖こ、被検体を接続して得られる測定値は、被検体だけでなぐ被検体と被検体を接続したストリップ線路とを合成した特性となり、被検体単体の特性を測定することができない。

特許文献 1：特開平 6— 34686号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] そこで、本発明の目的は、 TRL補正や SOLT補正における問題点を解消するとともに、接続部の特性ばらつきの影響を受けな、高精度な電子部品の高周波電気特性測定方法を提供することにある。

また、高精度な電子部品の高周波電気特性測定装置を提供することにある。

さらに、高精度な高周波電気特性測定装置の校正方法を提供することにある。課題を解決するための手段

[0012] 前記目的を達成するため、請求項 1に記載の発明は、電子部品の高周波電気特性を測定する方法において、互いに離間して配置された複数の信号導体と、少なくとも 1つの接地導体とを持ち、単位長さ当たりの電気特性が既知の伝送路を準備するステツプと、前記各信号導体と前記接地導体とを測定器の測定ポートにそれぞれ接続するステップと、前記各信号導体の長さ方向の少なくとも 3箇所において、信号導体と接地導体とを接続状態にして電気特性を測定するステップと、前記信号導体間を相互にスルー状態にして電気特性を測定するステップと、前記接続状態での測定値、スルー状態での測定値および前記伝送路の電気特性から、前記伝送路を含む測定系の誤差要因を求めるステップと、前記信号導体間あるいは前記信号導体間と前記接地導体との間に、被測定電子部品を接続して電気特性を測定するステップと、前記被測定電子部品の測定値力前記測定系の誤差要因を除去し、被測定電子部品の電気特性の真値を求めるステップと、を含むことを特徴とする電子部品の高周波電気特性測定方法を提供する。

[0013] 本発明は、測定治具である伝送路の信号導体と接地導体との間に被検体をシリーズ接続するか、あるいは信号導体間と接地導体との間に接続して、その反射および伝達係数などを測定し、これからインピーダンス値や品質係数等の電気特性を求める方法において、伝送路その他の測定系の誤差を除去する手法である。本発明は、測定系の誤差を測定する際、伝送路の短絡状態は良質なものを容易に実現できる、と V、う知見に基づ、てなされたものである。

本発明にかかる補正方法 (以下、 RRRR校正と呼ぶ）の好ましい例では、校正基準（標準器)として短絡基準を用いる。これは、短絡状態であればほぼ全反射状態になるので、信号導体の終端側の影響を受けないこと、及び、対象とする伝送路が TEM単一モード動作する周波数範囲では短絡状態の特性には誘電体の影響が実質的に無ぐ電磁界シミュレーションで非常に精度良くその電気特性を予想できること等の理由による。

一般的に、伝送路特性のシミュレーション時の精度を制限するパラメータは誘電率であるが、短絡状態の反射特性では誘電率を変化させてもほとんど計算結果に変化が見られな!/ヽことを確認しており、シミュレーション結果を物理的真値と仮定して校正時に使用して差し支えないといえる。なお、伝送路の幅が測定信号の波長よりも十分に小さい場合は、短絡特性として 1 (理想短絡の反射係数)を使用しても大きな誤差にはならないと考えられる。

[0014] ここで、本発明に力かる RRRR校正の概略について説明する。

校正工程 1：短絡状態での測定

RRRR校正では、長さ方向に一様な電気特性を有する複数の信号導体を持つ伝送路上の少なくとも 3箇所において、伝送路を短絡状態とすることで、測定系の誤差要因を同定する。短絡状態とするため、例えば短絡基準を信号導体と接地導体との間に接続する。具体的には、伝送路の被検体測定位置に短絡基準を接続して測定を行い、次に被検体測定位置から L だけ離れた点に短絡基準を接続して測定を行い

1

、さらに被検体測定位置カゝら L だけ離れた点に短絡基準を接続して測定を行う。な

2

お、伝送路特性が未知の場合には、さらに異なる 1点での測定が必要である。ここで短絡基準とは、電気的に短絡状態の部品一般を指し、チップ部品に限らず、金属片や工具などでもよい。望ましくは、ナイフエッジのような伝送路の長さ方向の接触長さが短いものがよい。短絡基準が理想的であれば、反射係数がー 1 (全反射)の値になるが、実際には短絡基準といえどもある程度のインダクタンスを持つので、インダクタンス値が既知である必要があるということである。通常、マイクロ波帯では、ォープン状態と比較してショート状態は比較的容易に理想に近、状態を得られる。高、測定精度が要求される場合には、簡単なシミュレーション等によって短絡基準のインダクタンスを求めれば良、。

校正工程 2 :スルー状態での測定

短絡状態での測定とは別に、信号導体間を相互にスルー状態にして測定系の誤差要因を同定する。スルー状態を得るために、例えば伝達係数に方向性がないスルーチップをシリーズ接続する。シリーズ法による測定が可能な RRRR校正では、ポート間をスルー接続する必要がある。このとき、スルーチップの特性は既知でなくても良く、例えば抵抗値が未知のチップ抵抗でも良いが、方向性はあってはならない。なお、アイソレータやサーキユレータ（直流磁界下の磁性体を使用した特殊な素子）、または半導体アンプのような能動素子を除き、信号伝達に方向性を有するデバイスは作れない (相反定理)ので、この仮定は事実上自動的に満たされる。スルーチップとは、チップ部品に限らず、信号伝達に方向性がな、部品であれば、、かなる部品でもよい。

実測工程:被検体の測定

伝送路の信号導体間に被測定電子部品をシリーズ接続する力ある、はシリーズ接続および接地導体との接続の両方を同時に行って、その電気特性を測定する。測定した被検体の電気特性と校正工程 1, 2で求めた誤差要因とを用いて、計算により被検体の電気特性の真値を求めることができる。

特に、短絡状態での測定を 4箇所以上で実施すれば、測定系の誤差要因に加えて、伝送路の電気特性も求めることができる。

前記説明では、校正工程において、信号導体と接地導体とを短絡させたが、必ずしも短絡させる必要はなぐ何らかの反射状態が得られるように信号導体と接地導体とを接続すればよい。

短絡基準に代えてチップ抵抗のような伝達係数のある校正基準を用いた場合、一方のポートから入力された信号のうち一部が校正基準との接触部を通過し、信号導体の開放端で全反射して戻ってくるため、測定誤差になる可能性がある。しかしながら

、例えば入力信号のうち 16% (— 16dB)が校正基準との接触部を通過して信号導体の開放端へ伝達し、ここで全反射したと仮定すると、往復で約— 32db (=— 16 X 2)となり、誤差のレベルは入力信号の約 2. 5%程度である。したがって、開放端へ流れる信号が入力信号の 16%程度以下であれば、誤差は非常に小さぐ校正に必要な精度が得られる。

一方、 16%より大きな信号が校正基準との接触部を通過した場合には、誤差が大きくなる可能性があるが、その場合は、接触検出と同様にポート 1とポート 2との間をスルーチップなどで接続しておけばょヽ。スルーチップを介して信号がポート 2側へ伝達し、信号導体の開放端で全反射しないため、戻ってくる信号レベルを低くできる。以上のようにして実施される本 RRRR校正法は、次のような特徴を有する。

( 1)補正'測定は全て同一の 1つの伝送路上で行う。

TRL補正では、いくつもの長さの伝送路が標準器として必要で、かつこれらと同軸ケ一ブルとの接続部の電気特性が全て等ヽ必要があるが、 RRRR校正では補正作業だけでなぐ測定作業でも全て同一の 1つの伝送路を使用するので、伝送路を付け替える必要がなぐ伝送路やコネクタ、接続部などの特性バラツキの影響を受けない。

(2) 2端子素子のシリーズ法による測定はもちろん、通常の 2ポート以上の電子部品（ 3端子以上の電子部品）の測定も問題なく行うことができ、測定対象を選ばない。特に、伝送路の特性インピーダンスより高、インピーダンスを持つ電子部品の測定精度が高い。

(3)測定治具に必要な伝送路の長さは、測定したい周波数の下限によって決まる。低周波数に対応するには長い伝送路が必要である力高周波数に対応するには短い伝送路で足りる。

(4)補正のための測定は、伝送路上の数力所での校正基準 (例えば短絡基準）による測定と適当なデバイスによるスルー測定を行うことで行う。

被検体の測定位置カゝらどれだけ離れた位置で何ケ所の校正基準による測定をすベきかは、測定周波数帯域幅と周波数上限によって決定する。また、スルーチップは方向性さえなければ、その散乱係数は未知でょ、。

(5)校正基準での測定を伝送路の 4箇所以上で実施すれば、伝送路の特性も知ることがでさる。

伝送路の特性が既知である場合には、 3箇所で校正基準を接続すれば、測定系の誤差要因を求めることができるが、 4箇所以上で校正基準を接続すれば、測定系の誤差要因だけでなく伝送路自体の特性 (誘電率，損失係数など)を求めることが可能になる。したがって、伝送路治具に使用する誘電体材料の誘電率や損失係数が未知の場合や、誘電体材料がロット毎に特性バラツキを有する場合であっても、使用する伝送路治具そのものの特性を正確に求めることができ、誤差のな、高精度な校正が可能になる。

一般に、テフロン (登録商標)やアルミナなどの基材で構成された伝送路治具は、電気特性のバラツキが小さぐその物理的真値を求めやすいが、高価である。これに対し、エポキシ榭脂などの汎用樹脂よりなる基材で構成された伝送路治具は、安価であるが、材料特性のばらつきが大きぐ誘電率や損失係数にもばらつきがある。このような場合には、 4箇所以上で校正基準を接続して伝送路特性を求めれば、伝送路特性のばらつきの影響を受けず、被検体の電気特性を高精度に測定できる。

(6)インピーダンス測定を行う場合には、伝送路の特性インピーダンス等は既知である必要がある。

伝送路の特性インピーダンスを基準とする散乱係数測定のみが必要な場合には、伝送路の特性インピーダンスは未知で良、が、インピーダンス測定を行、た、場合等には、伝送路の特性インピーダンスが既知である必要がある。これには、シミュレーシヨンで計算したり、タイムドメインリフレクトリー法で実測するなどした値を用いれば良い。

前述の説明では、短絡状態での測定結果の他に、伝達係数に方向性のないスルーチップをシリーズ接続した測定結果を用いて誤差係数を決定したが、被検体に方向性がない場合には、被検体も一種のスルーチップとみなすことができる。そのため、スルーチップによる測定を省略し、被検体の測定結果と短絡状態での測定結果とを用 V、て誤差係数を決定することが可能である。

この場合、被検体は 2端子に限らず、各ポート間に方向性がなければ 3端子以上の電子部品でも適用可能である。

[0018] 短絡基準の測定時に、被検体測定箇所に適当なスルーチップを接続しておく事で、短絡基準の接触不良を伝達係数の大小で検出できる。すなわち、何らかの原因で接触不良が発生じている場合には、ポート間の伝達係数が大きくなることで、接触不良を検出できる。このように、補正手順中に測定ミスを検出できるため、後に被検体を測定した時点で補正に失敗していたと判明するような無駄を防げる。

[0019] 上記補正では、被検体測定位置までの誤差要因を除去できるが、被検体測定位置間の誤差、例えば 2ポートの場合なら各ポートの被検体電極の接触点間の誤差要因は未考慮である。このような誤差のなかで最大のものは、信号導体間に存在する浮遊容量である。浮遊容量があると、被検体を測定したとき、浮遊容量を含んだ値を測定することになり、誤差要因となる。

そこで、信号導体に何も接続しない状態 (オープン状態)の電気特性を測定し、その測定結果力も浮遊アドミタンスを求め、被検体の測定結果力も浮遊アドミタンスの影響を数学的に除去すれば、浮遊容量による誤差を解消でき、より高精度の特性測定が可能になる。

[0020] 伝送路の信号導体と接地導体とを短絡状態にするため、短絡基準を伝送路に接続したが、周波数が高いために短絡基準の残留インダクタンスの影響が大きぐ十分に短絡に近くならな、場合 (ポート間を信号が通過してしま、、全反射が得られなヽ場合)がある。

この場合には、校正基準を伝送路に対して近接 (非接触)させ、伝送路と校正基準との間に発生する浮遊容量と校正基準の残留インダクタンスを直列共振状態とするのがよい。

直列共振状態では、校正基準接続部のインピーダンスは Ο Ω、つまり理想の短絡状態になる。つまり、良好な短絡基準が得られない高い周波数においても、良好な短絡基準を使用したのと同じ効果が得られる。

なお、校正基準として微小容量のコンデンサを用いた場合には、このコンデンサを伝送路に接触 (完全接続)させて直列共振させることもできる。

[0021] 本発明の伝送路としては、信号導体と接地導体とが同一平面上に形成された伝送路を用いるのがよ!/、。校正基準を用いた補正作業や被検体を用いた測定作業にお!ヽて、校正基準や被検体を信号導体と接地導体とに同時に接続しやすいからである。しかも、補正測定時の校正基準や被検体の押し付けを伝送路に対して垂直に行えるので、十分な押しつけ荷重を確保することが容易で、接触が安定しやすい。

具体的な伝送路としては、コプレーナウエーブガイドやスロット線路を用いることができる。コプレーナウエーブガイドは信号導体とこの信号導体を間にしてその両側に接地導体を有し、前記信号導体と接地導体とが同一平面上に形成されたものであり、 1 OGHzまでの高周波特性の測定に適して、る。

一方、スロット線路は、信号導体と接地導体とが同一平面上に間隔をあけて設けられたものであり、 10GHz以上の高周波特性の測定に適している。

[0022] 校正基準を接続する位置は、各位置間の位相差が 70° — 145° となる位置とするのが望ましい。

補正を高精度に行うためには、補正データが相互にできるだけ離れていることが望ましぐ校正基準の反射の位相によって異なる補正データを得る RRRR校正では、補正に必要な校正基準の接続位置間の位相差を 70° — 145° とするのが、校正精度を高める上で望ましい。但し、接続位置間の位相差を前記のように設定すれば、校正精度は高、が、 1組の校正基準で対応できる周波数範囲が力なり狭くなつてしまう。しかし、校正基準接続位置の設定が非常に簡単で、かつ、校正時の測定データをうまく使いまわせば、広帯域測定であっても実用上問題になるほどは校正基準測定回数が増えるわけでも無い。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]従来のネットワークアナライザを用いた測定系および SOLT補正の誤差モデルを示す図である。

[図 2]従来のネットワークアナライザを用いた測定系および TRL補正の誤差モデルを示す図である。

[図 3]SOLT校正法を示す図である。

[図 4]TRL校正法を示す図である。

[図 5]本発明にかかる RRRR校正法の一例を示す高周波電気特性測定装置の平面図である。

[図 6]図 5に示す校正時における高周波電気特性測定装置の正面図である。

[図 7]本発明にかかるスルー測定における高周波電気特性測定装置の平面図である

[図 8]本発明にカゝかる RRRR校正法で使用される誤差モデル図である。

[図 9]本発明にかかる高周波電気特性測定装置の被検体測定時における平面図である。

[図 10]本発明に力かる RRRR校正法の一例のフローチャート図である。

[図 11]本発明に力かる RRRR校正法の他の例のフローチャート図である。

[図 12]伝送路間に発生する浮遊容量の影響を示す図である。

[図 13]本発明に力かる RRRR校正法を用いて測定したチップインダクタの高周波特

'性図である。

[図 14]本発明にかかる RRRR校正法の他の例を示す高周波電気特性測定装置の平面図である。

[図 15]校正基準と伝送路との間で直列共振させる例を示す図である。

[図 16]3ポートを持つ伝送路の例を示す平面図である。

[図 17]伝送路としてスロット線路を用いた例の平面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下に、本発明による RRRR校正について、実施例を参照しながら具体的に説明する。

実施例 1

[0025] 図 5—図 9は本発明にかかる第 1実施例を示す。

RRRR校正の校正基準

RRRR校正では、測定すべき校正基準は全て同じ短絡基準 10であり、使用する測定治具 11 (伝送路 12)も同じ治具である。

図 5に示すように、測定治具 11に形成された伝送路 12上の 3箇所以上で測定する。ここではポート 1 (コネクタ 11a)側の補正について説明する力ポート 2 (コネクタ l ib) 側についても同じ操作が必要である。

[0026] 測定治具 11として、ここではコプレーナウエーブガイドを例にして説明する。測定治具 11は、図 5,図 6に示すように、治具基板 11cの上面に 2つの信号導体 12a, 12b がー直線上にかつ一端が間隔をあけて配置され、他端がコネクタ 11a, l ibにそれぞれ接続されている。信号導体 12a, 12bの幅方向両側に間隔をあけて接地導体 12 cが配置されており、信号導体 12a, 12bと接地導体 12cとが治具基板 11c上の同一平面上に形成されている。なお、この治具基板 11aでは、裏面にも接地導体 12dが形成されている。コネクタ 11a, l ibには同軸ケーブル 14がそれぞれ接続され、測定器の一例であるネットワークアナライザ 20の測定ポート 21— 24に接続されている。同軸ケーブル 14の信号線 14aは、接続ばらつきを解消するため信号導体 12a, 12bに半田付けや溶接等によって固定されている。測定ポート 21, 24は同軸ケーブル 14 を介して信号導体 12a, 12bに接続され、測定ポート 22, 23は接地導体 12bに接続されている。

[0027] 測定治具 11の上方には、図 6に示すように短絡基準 10を伝送路 12に押し付けるプッシャ 15と、プッシャ 15を伝送路 12に沿って自由に移動できる機構 16とが設けられている。ここでは、短絡基準 10として、絶縁性のプッシャ 15の先端に取り付けたナイフエッジ状の導体を用いた。

[0028] 短絡基準の接続'測定

まず、被検体の測定時に一方の電極を接続する箇所（図 5中の測定点 1 : P1、以下「被検体測定箇所」という）に短絡基準 10を接続して測定を行い、この時の測定結果を S とする。この際、測定箇所における反射係数の真値を Γ とする。 Γ は短絡

11 1 Al A1 基準の真値であるが、これは短絡基準 10の伝送路 12の長さ方向の大きさが測定信号波長と比較して十分に小さければ 1とすればよぐそうでなければその真値の予想値をシミュレーション等で求めておくべきものである。

[0029] 次に、被検体測定箇所よりポート 1側に L だけ離れた信号導体 12a上の位置 (測定点 2 : P2)に短絡基準 10を接続して測定を行い、この時の測定結果を S とする。こ

11 2 の際、測定点 2における短絡基準 10の反射係数の真値はもちろん Γ であるが、被

A1

検体測定箇所を基準面にとると、反射係数の真値は数式 1のように変換される。ポート 1側より入射した電磁波は、短絡基準 10で全反射するため、被検体測定箇所に短絡基準 10を接続した場合と比較して往復分 2L だけ伝送路を伝達する距離が短！、

1

力もである。ここで、 αは単位長さ当たりの伝送路の伝達度 [U/mm]、 j8は伝送路の位相定数 [rad/mm]であり、 Γ は被検体測定箇所を基準面とした場合の測定点 2〖こ

A2

接続された短絡基準 10の真値である。

[数 1] = "—² e_Xp( S [0030] 続けて、被検体測定箇所よりポート 1側に L だけ離れた信号導体 12a上の位置 (測

2

定点 3 : P3)に短絡基準 10を接続して測定を行い、この時の測定結果を S とする。

11 3 測定点 2の場合と同様に被検体測定箇所を基準面に取ると、反射係数の真値は数式 2のようになる。

[数 2]

[0031] なお、数式 1、数式 2は伝送路の伝達度の負の冪になっていることから明らかなように、 Γ 、 Γ はその大きさが 1を越えることがある。通常であれば、反射係数の大きさが

Α2 A3

1を超える短絡基準など存在し得ないが、これはあくまでも数式 1、数式 2が基準面を被検体測定箇所に取って、るために発生して、る状態であり、異常ではな、。

[0032] 伝送路の特性 a , j8が未知の場合には、さらに測定点 1よりポート 1側に距離 L だけ

3 離れた伝送路上の位置 (測定点 4 : P4)に短絡基準 10を接続して測定を行い、この時の測定結果を S とする。測定点 2の場合と同様に測定点 1を基準面に取ると、測

11 4

定点 4における反射係数の真値 Γ は数式 3のようになる。

A4

[数 3] r_A4=r_Ala-^cxp{j2fiL₃)

[0033] ここで、次式の通り a, j8を含む式を ξとおく。 ξは、物理的には単位長さ当たりの伝送路の伝達係数を表してヽる。

画 ξ = α ²^_ν{]2β)

[0034] 数式 4を用いると、数式 1一数式 3はそれぞれ数式 5—数式 7のように書き直すことが出来る。

[数 5]

[数 6]

[数 7]

i₃

[0035] 前述のとおり、伝送路特性 ξが未知の場合には、短絡基準を伝送路の 4箇所で短絡させることで、誤差係数だけでなぐ伝送路特性 ξをも求めることができる。

伝送路特性 ξには伝達度 aと位相係数 βの 2つの未知数が含まれるが、伝送路特性 ξは、実数部が伝達度 aに関係し、虚数部が位相係数 βに関係する複素数である力、 1つの未知数として求めることができる。

なお、後の計算の都合により、短絡基準を測定する被検体測定位置からの距離 L ,

1

L , L は、次のいづれかの関係を満たすことが望ましい。

L ： L ： L :2:3

1 2 ：

L ： L ： L :2:4

前記関係を満たしていれば、以下に示す数式を用いて伝送路特性を陽に計算することができる。前記関係を満たしていない場合、下記数式では伝送路特性を計算できないので、反復計算等によって求める必要がある。

[0036] 短絡基準を測定する位置 L , L , L 力 L ： L ： L = 1： 2: 3の関係を満足してい

1 2 3 1 2 3

る場合は、数式 8によって ξを求めることができる。

[数 8]

[0037] 一方、 L ： L ： L :2 :4の関係を満足している場合は、数式 9によってを求める

1 2

ことができる。

[数 9]

° 1 IMl

^ 11 1 ° 1 I l 2²~ 12 _{T 1M1} ! 1M2+8 u ) s_ni

-2S 2

] 1M1 " 1 ΙΜ2 SllM4+ (― 4 11M2²+ ^ ° 1 IMl ° 11 2— ° ° 1 s,

-2S 1 IMl ^ 11M2 ° 11Μ3+ IMl ° 11M2 i T O i 1_1M2 ) s_n M4

— υ 1 ij Ml ° 11M3+ 1 IMl 11M2 ]

/Ll

/ {(2S 11M ) s, 11M3 }〕 1

L ： L ： L の比が前記の条件を満たさない場合については、 ξを求める式を陽に導

1 2 3

いていないので、必要に応じて同様の式を誘導しておくか、あるいは反復計算によつて ξを求めるかすれば良い。

[0038] 数式 8または数式 9によってが求まれば、数式 5、数式 6によって Γ Γ の値が

Α2 A3 計算できるので、後述の誤差係数を順次求めることが可能になる。

[0039] スルーチップの接続'測定

次に、図 7に示すようにスルー（ポート間直結)状態での測定を行う。ポート間を接続するために適当なデバイス（以下、スルーチップという） 13を信号導体 12a, 12b間にシリーズ接続する。測定値は、反射係数が s 、で、伝達係数

11 T s は

22 T s 、

21 T s と

12 T する。なお、後述するが、スルーチップ 13の電気特性は未知で良ぐ例えば抵抗値が分力もないチップ抵抗などでも良いが、伝達係数に方向性があってはならない。伝達係数は、直流磁界下のフライトなどの特殊な材料を使用しない限り、相反定理により方向性を持たないので、通常この条件は自動的に満足される。

[0040] RRRR校正の誤差モデルの誤差係数の計算

RRRR校正の誤差モデルを図 8に示す。これは特に新規なものではなぐ従来から使用されている TRL補正の誤差モデルと同じものである。図中の S 、S は反射係

11 21

数及び伝達係数の測定値であり、 S 、 S

11A 21A等は被検体の散乱係数の真値である。また、誤差係数 E 、 F は 8個あるが、散乱係数測定は比測定であるので、このうち 7 個の誤差要因を定められれば良い。具体的には、 E =1

21 と置けば良い。

[0041] さて、前述の短絡基準 10の接続による測定結果から、図 8中の各誤差係数を求めなければならないが、まず E 、E 、E 、F 、（F *F )、F は次式で求められる。なお

11 12 22 11 21 12 22

、F は E と同様のため、 E とのみ記載する。この段階では（F -F )については、 2

21 12

つの誤差係数 F 、 F の積は求められる力これらを別個独立に求めることはできな

21 12

い。なお、 D は中間変数である。

1

[数 10]

Di = ^A A2 ^A A3 °11M3 " ^ l ^ Ά °11M3 " I A2 I A3 S_11M2 ^{+ A} Al ¹ A2 °1

+ Γ_Α1 S_11M1 - Γ_Α1

_llMl

^Ειι - ( ^Al Γ_Α3 S_11M2 S_11M3 - Γ_Α1 ^11M2 °11M3 " ^A2 ^A3 °11M1 Sn 3

+ Γ_Α1 tJiiMl °11M3 + ^A2 ^ S ^IIMI SnM2 " ^Al Γ_{Α3 nM1} S_11M2)/Dl

(ΓΑ2"ΓΑΙ) (ΓΑ3-Γ_ΑΙ) ( Γ_Α3 - Γ_Α2 ) (S_11M2- _UMl) JiiM3-S_UM1) (S_11M3-S_NM2)

Di

^A2 Sn 3 " ΓΑΙ SllM3 "「A3 ^11Μ2⁺「Al ^11Μ2⁺ 3 S_UMl^_「A2 SllMt

Di

[0042] 次に、スル -チップの順方向および逆方向の伝達係数の測定結果 S 、 S は、

21MT 12MT 図 8の誤差要因を用いて次式のように書ける。ただし、スルーチップの散乱係数の真値を仮に S , S , S , S としておく。

11A 21A 12A 22A

[数 11]

[0043] ここで、 S 、S の比を考える。数式 11をもとに、スルーチップの正逆方向の伝達

21 T 12 T

係数が等しい（s =s )ことに注意しつつ整理すると、次式が得られる。ここで注

21A 12A

目すべきは、スルーチップの散乱係数 S , S , S , S は除算ですベて消滅

11A 21A 12A 22A

してしまう点である。つまり、スルーチップの散乱係数真値が不明であっても、スルーチップに方向性がない場合は s 、

21 T s (これは測定可能量である）の比さえ分か 12 T

れば、誤差係数の関係が決まるという事である。

[数 12]

°21MT一 21 ^12

°12MT 丄 1 ^12

[0044] 数式 10と数式 12をもとに、次式の通り全誤差係数を決定できる

[数 13]

E₂₁ = 1

[0045] 以上で、全ての誤差係数を決定する事ができた。以上はポート 1側からポート 2側へ信号を印加した場合 (順方向）の議論であるが、逆方向については E = 1とする代わ

21

りに F = 1とすれば導出できる。

21

[0046] 被検体の測定と RRRR校正の実施

誤差係数が求まれば、被検体 17を伝送路 12に接続し、その特性を測定する。例えばチップマウンタなどを用いて被検体 17を吸着し、この被検体 17を伝送路 12の被検体測定位置へ接触させて、電気特性 (S S S S )を測定する。この際、被

11 , 21 , 12 , 22

検体 17が 2端子の場合には、図 9の（a)のように信号導体 12a, 12b間にシリーズ接続すればよいが、 3端子または 4端子の場合には、図 9の (b)のように信号導体 12a, 12bおよび接地導体 12cの間に接続すればよい。したがって、本発明による測定方法は、 2端子の電子部品の他、フィルタのような 3端子以上の電子部品にも適用できる。

[0047] RRRR校正の誤差モデルは TRL補正の誤差モデルと同じものであるから、実際の被検体測定結果力誤差の影響を除去するには TRL補正と同様の計算を行えば良く、誤差の影響を除去する数式を以下に記載しておく。なお、誤差要因の影響を除去するには、本式は 2ポート測定の場合の反射係数をもとに計算する式であるが、ネットワークアナライザの 4つのレシーバ出力力計算してもよい。また、 3ポート以上の場合にも、本式と同様の式を使用してもよいし、あるいは回路シミュレーション手法を用いて誤差要因の影響を除去しても良い。要するに、どのような公知技術を選択しても良い。なお、数式 14において、 D は中間変数である。

2

[数 14] n ( Ε₂₂ (^ιΐΜ-^π) .，、（ F₂₂ (o_22M-F_u) F₂₂ F_{n 12M} O₂IM ° 2 = { p +1} { ϋ +1 }

_G _ (SIIM^_E_u) {ί₂₂ (S_22M-Fuノ Fi₂+1} /E₁₂ - F₂₂ Si_2M S_21M/(F₁₂ Εΐ2) c _ S_21M/F₁₂ {(F₂₂-F₂₂) (S₂₂M-Fny Fi2+1 }

[0048] 図 10は、 RRRR校正方法の一例のフローチャート図である。

補正を開始すると、まず測定器と測定治具とを同軸ケーブルを介して接続する (ステップ Sl)。次に、一方の信号導体 12aの開放端である第 1の位置で短絡基準 10により信号導体 12aと接地導体 12cとを短絡する (ステップ S2)。第 1の位置とは被検体測定位置近傍でもよいし、他の位置でもよい。短絡基準 10を接続した状態で、ポート 1 側の反射係数 (S )を測定する (ステップ S3)。

11 1

次に、第 2の位置で短絡基準 10により信号導体 12aと接地導体 12cとを短絡し (ステップ S4)、ポート 1側の反射係数 (S )を測定する (ステップ S5)。続、て、第 3の位

11 2

置で短絡基準 10により信号導体 12aと接地導体 12cとを短絡し (ステップ S6)、ポート 1側の反射係数 (S )を測定する (ステップ S7)。伝送路特性が未知の場合には、

11 3

さらに第 4の位置で短絡基準 10により信号導体 12aと接地導体 12cとを短絡し (ステップ S8)、ポート 1側の反射係数 (S )を測定する (ステップ S9)。そして、これら反

11 4

射係数からポート 1側の伝送路特性 ξを計算で求める (ステップ S 10)。伝送路特性が既知の場合には、ステップ S8— S10の工程は不要である。

次に、他方の信号導体 12bの開放端である第 5の位置で短絡基準 10により信号導体 12bと接地導体 12cとを短絡する (ステップ Sl l)。第 5の位置とは被検体測定位置近傍でもよいし、他の位置でもよい。短絡基準 10を接続した状態で、ポート 2側の反射係数 (S )を測定する (ステップ S 12)。

22 1

次に、第 6の位置で短絡基準 10により信号導体 12bと接地導体 12cとを短絡し (ステップ S13)、ポート 2側の反射係数 (S )を測定する (ステップ S 14)。続いて、第 7の

22 2

位置で短絡基準 10により信号導体 12bと接地導体 12cとを短絡し (ステップ S15)、ポート 2側の反射係数 (S )を測定する (ステップ S 16)。伝送路特性が未知の場合

22 3

には、さらに第 8の位置で短絡基準 10により信号導体 12bと接地導体 12cとを短絡し (ステップ S17)、ポート 2側の反射係数 (S )を測定する (ステップ S18)。そして、

22 4

これら反射係数からポート 2側の伝送路特性 ξを計算で求める (ステップ SI 9)。伝送路特性が既知の場合には、ステップ S17— S19の工程は不要である。

次に、スルーチップ 13を信号導体 12a, 12b間にシリーズ接続し (ステップ S20)、伝達係数 (S S )を測定する (ステップ S21)。

21 T, 12 T

その後、測定した反射係数、伝達係数、および伝送路特性 ξを用いて、数式 10—数式 13により誤差係数を計算する (ステップ S22)。

誤差係数を計算した後、測定治具に被検体を接続し (ステップ S23)、被検体の順方向'逆方向の反射係数および伝達係数 (S S S S )を測定する (ステップ S2

11 , 21 , 12 , 22

4)。次に、数式 14で測定値力も誤差の影響を除去し (ステップ S25)、誤差除去結果 (被検体の真値)のディスプレーなどへの表示や被検体の選別等を実施する (ステツプ S26)。その後、全ての被検体の測定が完了するまでステップ S23— 26を繰り返し (ステップ S27)、全ての被検体の測定が完了すれば、 RRRR校正を終了する。前記短絡基準 10の接続時、短絡基準 10と伝送路 12との間で接触不良が発生していると、測定された反射係数は誤った値となる。接触不良を知らずに測定を行うと、後で被検体を測定した時点で補正に失敗していたと判明するような無駄が発生する。図 11は、図 10の誤差係数の導出過程において、伝達係数から接触不良を検出するステップを追加したものである。ここでは、第 1の位置における接触不良検出についてのみ示すが、他の位置においても同様である。

まず、測定器と測定治具とを同軸ケーブルを介して接続し (ステップ S1)、第 1の位置で短絡基準 10により信号導体 12aと接地導体 12cとを短絡する (ステップ S2)と同時に、スルーチップ 13を信号導体 12a, 12b間に接続する (ステップ S 30)。短絡基準 1 0とスルーチップ 13とを同時に接続した状態で、ポート 1側の反射係数 (S )と伝達

11 1 係数 )とを測定し (ステップ S31)、測定した伝達係数が十分に小さいか否かを

21 1

判定し (ステップ S32)、十分に小さくない場合には接触不良であると判定し、再度ステツプ S2以下を繰り返す。一方、伝達係数が十分に小さい場合には、接触が良好であると判定し、次の第 2の位置での測定に移る。

前記のように、短絡基準 10が正常に接触している場合には全反射が起こるため、治具ポート間の伝達係数は非常に小さいが、短絡基準 10と伝送路 12との間で接触不良が発生していると、ポート間の伝達係数が大きくなる。この伝達係数の違いを利用して、接触不良を簡単に判別できる。

このように、補正手順中に測定ミスを検出できるため、後に被検体を測定した時点で補正に失敗していたと判明するような無駄を防げる。

[0050] ここで、短絡基準 10の測定位置をどのように選択するべきかについて説明する。

伝送路 12の被検体測定箇所と、ここ力も 5mm離れた点で短絡基準 10を測定したとする。伝送路 12の損失が大きくないとすると、この 2点の測定結果の違いは位相だけである。ここで、波長が 30mm (真空中での 1GHzの電磁波の波長）であるとする。 5 mm位置の違いは、往復で 10mmの位置の違いに相当するので、測定データは（10 mm ÷ 30mm) X 360° = 120° の位相差があると期待できる。ところ力波長が 10 mm (真空中での 3GHzの電磁波の波長）であったとすると、同じく往復 10mmの位置の違いが生み出す位相差は 10mm÷ 10mm X 360° = 360° であり、結局位相の差が生じない。このため、 5mmの位置の違いでは、波長 10mmの周波数では補正を正常に行えない。

[0051] 補正を高精度に行うためには、補正データが相互にできるだけ離れていることが望ましぐ短絡基準の反射の位相によって異なる補正データを得る RRRR校正では、短絡基準の接続位置間の位相差が 70° — 145° となる条件を採用するのがよい。校正基準間の位相差を大きく確保すると校正の精度は向上するが、一組の校正基準で対応できる周波数範囲が狭くなり、広帯域の測定をする場合に多くの校正基準を測定する必要が生じる。 RRRR校正と同じく校正基準間の位相差を用いて校正を行う TRL校正の場合、良好な測定精度を得るために校正基準間の位相差は 20° — 30° 以上程度確保するべきであるとされている。

これに対し、短絡基準の接続位置間の位相差を 70° — 145° とすると、校正精度は高いが 1組の校正基準で対応できる周波数範囲が前記の場合と比較して力なり狭くなってしまう。しかし、以下に説明するように短絡基準接続位置の設定が非常に簡単で、かつ、校正時の測定データをうまく使いまわせば、広帯域測定であっても実用上問題になるほどは短絡基準測定回数が増えるわけでも無いからである。

[0052] まず、測定上限周波数において位相が 145° 程度になる第 2の短絡基準測定位置を求める。具体的には、 j8 [rad/mm]を位相定数、 L[mm]を短絡基準測定位置として次式により求めれば良い。

[数 15]

_ 145π

― 180 次に、第 3の短絡基準測定位置を 2L[mm]に、第 4の短絡基準測定位置を 4L[mm]に設定する。同様に、第 nの短絡基準測定位置を 2ⁿ— ² L[mm]に設定する。

測定上限周波数 f 力 f Z2までの周波数帯は、第 1、第 2、第 3の短絡基準測 max max

定位置の測定結果によって RRRR校正を行う。 f

max Z2— f Z4までの周波数帯は max

、第 1、第 3、第 4の短絡基準測定位置の測定結果を用いる。同様に、 n番目の周波数帯、すなわち f

max Z2ⁿ— ¹— f

max Z2ⁿの周波数帯は、第 1、第 n+ l、第 n+2の短絡基準測定位置の測定結果を用いる。このようにすることで、概ね短絡基準測定位置間の位相差が 70° — 145° の範囲に保たれる。

[0053] オープン補正 RRRR校正では、被検体測定位置までの誤差要因を除去できるが、被検体測定位置間の誤差、例えば 2ポートの場合なら各ポートの被検体電極の接触点間の誤差要因は未考慮である。このような誤差の中で最大のものは、図 12に示すようなポート間の浮遊容量 (信号導体 12a, 12b間の浮遊容量 Cs)である。つまり、コプレーナウブガイドを TEM伝送してきた信号は、高インピーダンスの被検体 17に阻まれて反射するが、一部が TM波として伝達してしまうという誤差要因が存在する。 RRRR法が属するシリーズ法は、高、アイソレーションの測定治具を使用すれば高、インピーダンスの測定に対応できるはずのものである力ガラスエポキシ材等の誘電率の高、材料の治具を使用したり、あるいは治具の厚みが例えば 1. 6mm等と厚いものを使用すると、ポート間の浮遊容量が大きくなり、アイソレーションが低くなつてしまう。テフ口ン (登録商標）のように誘電率が低、材料で、薄、治具を作成すればこの問題は低減する。しかし、これでも十分でない場合、あるいは、コスト等の問題で満足できる特性の治具を使用できな、場合 (テフロン (登録商標)基板は一般的に高価である）には、数学的にこの誤差を補正できる。

つまり、測定治具単体 (オープン状態)の測定結果から、測定結果の浮遊アドミタンスを求め、被検体測定結果力も浮遊アドミタンスの影響を数学的に除去するのである。測定治具単体を RRRR校正してインピーダンスを求めたものを Z 、被検体測定結果

C

を RRRR校正してインピーダンスを求めたものを Z とすると、前記数学処理 (オーブン補正)後のインピーダンス Z は次式で求められる。あまりに Z が大きいと測定系の

L C

ダイナミックレンジが狭くなり、測定バラツキが大きくなるなどの問題が生じる可能性があるので、あまりにアイソレーションが低い治具を使用するべきではないが、通常は以上の処理で十分な結果を得られる。

[数 16]

7 C - 7 M RRRR法の説明は主に散乱係数で議論してきている力オープン補正についてはィンピーダンスを用いて議論して！/、る。インピーダンスと散乱係数は相互変換可能な物理量で、伝送路の特性インピーダンスを Z 、散乱係数の反射係数を S 、伝達係数

0 11

を S とすると、散乱係数とインピーダンス Zは次式で変換できる。 2つの式を載せてい

21

る力どちらの式を用いても原理的には同じ結果を与える。

[数 17] 2Z₀5_n ，― 2Z₀(5₂₁ - l)

s_u - 1 s_2l

[0055] 測定結果

以上の RRRR校正およびオープン補正を用いて、 1mm X 0.5mmサイズで ΙΟηΗのチップインダクタ（卷線タイプチップインダクタ）を 100MHz— 20GHzの範囲で測定してみた結果が図 13である。

図 13から分力るように、インダクタの一般的なインピーダンス特性カーブが得られている。つまり、自己共振周波数までは周波数上昇に比例してインピーダンスが上昇し、自己共振周波数以降は周波数上昇に反比例してインピーダンスが低下している。また、従来技術である TRL校正法による測定にもほぼトレースした結果が得られてヽる。

以上のとおり、 RRRR校正により被検体の真値を測定できることが確かめられた。実施例 2

[0056] スルーチップを用ヽな、誤差補正方法

実施例 1では、方向性のないスルーチップ 13を信号導体 12a, 12b間にシリーズ接続して、順方向および逆方向の伝達係数 S 、S を測定し、その比 S ZS

21 T 12 T 21 T 12 T の比を求めることで誤差係数の関係を決定したが、被検体に方向性がない場合には、スルーチップ測定を省略して被検体の測定結果を用いて誤差係数を決定することが可能である。

例えば、フィルタ、力プラ、バラン、コンデンサ、抵抗、コイルなどの殆どの被検体では、被検体に方向性がないので、被検体も一種のスルーチップとみなすことができる。被検体の測定結果から伝達係数の比 S /S を求め、この比を S /S に代

21 12 21 T 12 T えて用、れば、数式 12から誤差係数の関係を決定できる。実施例 3

[0057] 短絡基準以外の校正基準を用いた校正方法

RRRR校正において、短絡基準 10に代えてチップ抵抗のような伝達係数のある校正基準 18を用いた場合、一方のポートから入力された信号のうち一部が校正基準との接触部を通過し、信号導体の開放端で全反射して戻ってくるため、測定誤差になる可能性がある。

この場合には、図 14に示すように、信号導体 12aの開放端と信号導体 12bの開放端とをスルーチップ 19で接続しておき、この状態で、校正基準 18を伝送路 12の少なくとも 3か所に接続して RRRR校正を実施すればよい。スルーチップ 19は、スルー測定 (図 7参照）におけるスルーチップ 13と同様な部品であってもよいし、短絡基準 10のようなショートチップでもよヽ。

信号の一部が校正基準 18と信号導体 12aとの接触部を通過しても、その信号はスル一チップ 19を介してポート 2側へ伝達され、信号がポート 2側で吸収されてポート 1側へ戻ってくる信号レベルを低くできる。例えば、通常予想されるポート 2での反射レべルはー 15dB 25dBであり、その平均を 20dBとすると、入力信号のうち 50% (— 6 dB)が校正基準との接触部を通過してポート 2側へ伝達しても、往復で約— 32db ( = 6— 20— 6)となり、誤差のレベルは入力信号の約 2. 5%程度となる。

したがって、伝達係数のある校正基準 18を使用しても、高い校正精度を確保できる。実施例 4

[0058] RRRR校正は、単体で行えば測定系全体の誤差を補正できる。一方、治具基板を接続する同軸コネクタまでを SOLT補正等の手法で補正した上で、 RRRR校正を行うと、得られる誤差係数は治具基板の誤差係数になる。つまり、 RRRR校正を治具の誤差要因の同定手法として利用できる。

最近のネットワークアナライザには、治具などの誤差係数を与えれば、測定結果から与えた誤差の影響を自動的に除去してくれる機能 (デイエンべデイング機能)がある。しかし、治具の誤差を求める方法がないために、実際にはあまり使われない機能である。本発明に力かる RRRR校正の手法と組み合わせると、これは非常に便利な機能になる。なお、デイエンべデイングとは、既知の誤差要因を数学的に除去する手法であり、伝送行列を用いると簡単に実施できる。得られた治具の誤差要因の散乱係数行列を伝送行列に変換して逆行列にしたものを、ポート 1側、ポート 2側それぞれ E— F— ¹とする。このとき、治具の各ポートの誤差要因の伝送行列が EFである。さらに、デバイスの伝送行列を Aとする。この時、同軸ケーブル先端まで校正したネットワークアナライザで治具ごとデバイスを測定した測定結果は、デバイスに各ポートの誤差が重畳されたものであるから

E-A-F

が測定されているはずである。そこで、左右からそれぞれ E^_1、 F—¹をかけると、 E^_i -E-A-F-F^_1=A

となり、デバイスの特性を得ることができる。

[0059] デイエンべデイング手法を用いると、高い精度での校正基準の位置決め等が必要な RRRR校正手順は研究室的な環境で行、、各治具の誤差要因を高精度に定めておき、量産工程では誤差要因が既に分力つている治具を使用して量産することができる。勿論、治具の誤差は研究室で求めた誤差要因をデイエンべデイングすることで除去する。

このようにすることで、各工程で高!、精度での校正基準の位置決め手段等を準備することなく RRRR法を運用でき、コスト的 ·工程管理的に有利である。

実施例 5

[0060] 測定器に計算機と専用ソフトウエアを備え、校正基準の残留インダクタンス及び伝送路のパラメータ (位相定数 [md/mm]及び伝達損失 δ [dB/Hz])と校正基準の接触位置を入力すると、各位置における校正基準特性を数式 1一 3に基づいて自動的に算出し、これを数式 10—数式 13の補正計算に使用することもできる。要するに、ネットワークアナライザが自動的に校正基準の値を予想して RRRR校正をすることができるものである。

量産工場のデバイスの検査工程にぉ、て、校正基準の値をオペレータ等が計算する必要が無くなり、また測定器単体で RRRR校正が行えるため、工程を簡素化できる実施例 6

[0061] 周波数が高いなどのために校正基準 (例えば短絡基準）の残留インダクタンスの影響が大きぐ校正基準を伝送路に接続しても、十分に短絡に近くならない場合 (ポート間を信号が通過してしまい、全反射が得られない場合)がある。

この場合には、図 15の（a)のように校正基準 25を伝送路 12から浮力して、伝送路と校正基準の間に発生する容量 C[F]と校正基準の残留インダクタンス L[H]を直列共振状態とするのがよ、。この場合 C = 1/ (2 π f^L)となるように設定する。

なお、校正基準と伝送路の間の浮遊容量を利用する方法に代えて、図 15の (b)のように校正基準 26を伝送路 12に接触させて直列共振させることもできる。この場合の校正基準 26は微小容量のコンデンサを用いればょ、。

直列共振状態では、校正基準接続部のインピーダンスは Ο Ω、つまり理想の短絡状態になる。つまり、良い短絡基準が得られない高い周波数においても良い短絡基準を使用したのと同じ効果が得られる。

実施例 7

[0062] 図 16は 3ポートを持つ測定治具の例を示す。

図において、 30は治具基板、 31— 33は治具基板 30の上面に形成された 3本の信号導体、 34は同じく治具基板 30の上面に信号導体 31— 33の両側を挟むように形成された接地導体、 35— 37は治具基板 30の端部に設けられたコネクタである。信号導体 31— 33の一端は 3方力も互いに近接して対向しており、他端がコネクタ 35— 37にそれぞれ接続されている。各信号導体 31— 33と接地導体 34との間にそれぞれ校正基準を接続し、補正を行った後、信号導体 31— 33間、または信号導体 31— 33と接地導体 32との間に被検体 38を接続し、電気特性を測定する。

このように 3端子以上の被検体 38の電気特性を測定することもできる。

実施例 8

[0063] 前記実施例では、伝送路としてコプレーナウェーブガイドを用いた例を示したが、図 17のようなスロット線路 40を用いることもできる。スロット線路 40は、信号導体 41, 42 と接地導体 43とが同一平面上に隙間をあけて設けられたものである。この場合は、被検体 44を信号導体 41, 42間、あるいは信号導体 41, 42と接地導体 43との間に接続して電気特性を測定する。

[0064] 本発明にかかる高周波電気特性測定方法は、前記実施例に限定されるものではない。

本発明における測定器としては、ネットワークアナライザに限らず、高周波電気特性を測定できるものであれば、使用可能である。

被検体測定位置で校正基準を測定したが、被検体測定位置で校正基準を測定する必要はなぐその場合、 3回以上の校正基準測定が全て数式 1のような形で表される伝送路は、平面伝送路に限るものではなぐ校正基準を接続でき、スルーチップをシリーズ接続でき、かつ被検体を信号導体間あるいは信号導体間と接地導体との間に接続できるものであれば、任意の構造のものを用いることができる。

1ポート一 3ポートを持つ測定治具を用いた例について説明したが、 4ポート以上の測定治具を用いることもできる。この場合も、同様の補正と測定とを実施できる。産業上の利用可能性

[0065] 以上のように、本発明にかかる高周波電気特性測定方法は次のような効果を有する

(1)補正に使用する伝送路と被検体測定に使用する伝送路は同じものであるから、伝送路のノラツキの影響を受けにくい。また、伝送路と測定器との接続も、補正および実測定において固定であり、再接続の必要がないので、伝送路の接触不良等による補正失敗等の事故も起こらな、。

(2)被検体の部品単体の特性を高精度に測定可能であり、治具等の誤差の影響を受けない。特に、伝送路の特性インピーダンスより高いインピーダンスを持つ電子部品の測定精度が高い。

(3)被検体は 2端子だけでなぐ 3端子以上の電子部品でも測定でき、測定できる対象部品を選ばない。従って、本発明はフィルタや力ブラ、バランのような電子部品、またはチップインダクタ、チップコンデンサなどのようなインピーダンス素子の散乱係数やインピーダンス値を精度よく測定するためには非常に有効な方法である。

Claims

請求の範囲

[1] 電子部品の高周波電気特性を測定する方法において、

互いに離間して配置された複数の信号導体と、少なくとも 1つの接地導体とを持ち、単位長さ当たりの電気特性が既知の伝送路を準備するステップと、

前記各信号導体と前記接地導体とを測定器の測定ポートにそれぞれ接続するステツプと、

前記各信号導体の長さ方向の少なくとも 3箇所において、信号導体と接地導体とを接続状態にして電気特性を測定するステップと、

前記信号導体間を相互にスルー状態にして電気特性を測定するステップと、前記接続状態での測定値、スルー状態での測定値および前記伝送路の電気特性から、前記伝送路を含む測定系の誤差要因を求めるステップと、

前記信号導体間あるいは前記信号導体間と前記接地導体との間に、被測定電子部品を接続して電気特性を測定するステップと、

前記被測定電子部品の測定値力前記測定系の誤差要因を除去し、被測定電子部品の電気特性の真値を求めるステップと、を含むことを特徴とする電子部品の高周波電気特性測定方法。

[2] 電子部品の高周波電気特性を測定する方法にお!、て、

互いに離間して配置された複数の信号導体と、少なくとも 1つの接地導体とを持ち、単位長さ当たりの電気特性が未知の伝送路を準備するステップと、

前記各信号導体の長さ方向の少なくとも 4箇所において、信号導体と接地導体とを接続状態にして電気特性を測定するステップと、

前記信号導体間を相互にスルー状態にして電気特性を測定するステップと、前記接続状態での測定値およびスルー状態での測定値から、前記伝送路を含む測定系の誤差要因および前記伝送路の電気特性を求めるステップと、

前記信号導体間あるいは前記信号導体間と前記接地導体との間に、被測定電子部品を接続して電気特性を測定するステップと、前記被測定電子部品の測定値力前記測定系の誤差要因を除去し、被測定電子部品の電気特性の真値を求めるステップと、を含むことを特徴とする電子部品の高周波電気特性測定方法。

[3] 電子部品の高周波電気特性を測定する方法にお!、て、

前記接続状態での測定値、前記被測定電子部品を接続して測定された測定値および前記伝送路の電気特性から、前記伝送路を含む測定系の誤差要因を求めるステップと、

[4] 電子部品の高周波電気特性を測定する方法にお!、て、

前記接続状態での測定値および前記被測定電子部品を接続して測定された測定値から、前記伝送路を含む測定系の誤差要因および前記伝送路の電気特性を求めるステップと、

[5] 前記信号導体と接地導体とを接続状態にするため、短絡基準を前記信号導体と接地導体とに対して接触させることを特徴とする請求項 1ないし 4のいずれかに記載の高周波電気特性測定方法。

[6] 前記信号導体と接地導体とを接続状態にして電気特性を測定するステップを、前記信号導体間にスルーチップを接続した状態で実施することを特徴とする請求項 1なヽし 5の、ずれかに記載の高周波電気特性測定方法。

[7] 前記信号導体間にスルーチップを接続した状態で、前記信号導体と接地導体とを接続状態にして伝達係数を測定し、測定した伝達係数に基づ!、て前記接続状態の接触不良を検出するサブステップを含むことを特徴とする請求項 6に記載の高周波電気特性測定方法。

[8] 前記信号導体と接地導体とを接続状態にするため、校正基準を前記信号導体と接地導体とに対して接触または近接させ、前記校正基準内の容量または前記校正基準と伝送路の間の容量と、前記校正基準の残留インダクタンスとで直列共振させることを特徴とする請求項 1な、し 4のヽずれかに記載の高周波電気特性測定方法。

[9] 前記スルー状態とするため、伝達係数に方向性がないスルーチップを前記信号導体間にシリーズ接続することを特徴とする請求項 1に記載の高周波電気特性測定方法

[10] 前記測定系の誤差要因を求めるために、前記接続状態およびスルー状態での測定値のほかに、前記伝送路をオープン状態として測定した測定値を用いることを特徴とする請求項 1なヽし 4のヽずれかに記載の高周波電気特性測定方法。

[11] 前記伝送路を含む測定系の誤差要因を求めるステップは、次式により実行されることを特徴とする請求項 1, 2, 5— 9のいずれかに記載の高周波電気特性測定方法。

[数 10] Di = >iiM3 " FAI Γ_Α3 O_11M3 - Γ_Α3 S_11M2 + Γ_Α1

A3 S_11M1 - Γ Α_Α11 Γ Α_Α2₂ S °11Μ1

En - ( ^ΑΑΙ1 Γ ¹ _ΑA₃3 °_l1_l1_MΜ₂2 θ °11Μ3 " ¹ Α1 ¹ Α2 ^ΰ11Μ2 Γ ΑΑ2 Γ ¹ AΑ3 °11Μ1 ° S11Μ3

+ Γ_{Α1 11Μ}χ _11Μ3 + Γ_Α3 S_11M1 S_11M2 - Γ_Α1 Γ_{Α3 11Μ1} S_UM2)/Di

(ΓΑ2"ΓΑΙ) (ΓΑ3-Γ_Α1) ( Γ_Α3 - Γ_Α2 ) (S_llM2-o_UMl) ν^ύ1ΐΜ3"8πΜΐ) (SnM3"SnM2)

E₂₁ E₁₂ =

D?

FA2 S_11M3 -「Α1 ^11Μ3" >-ΊΐΜ2⁺「Α1 ^11Μ2⁺ Γ_Α3 S_11M1 " Γ_Α2 S

Di

[数 12] 21MT一 Ε₂₁ F₁₂

[数 13]

E₂₁ = 1

上式において、 Γ ：第 1の測定位置における反射係数、 Γ ：第 2の測定位置にお

Al Α2

ける反射係数、 Γ ：第 3の測定位置における反射係数、 S ：第 1の測定位置にお

A3 11 1

ける測定値、 S ：第 2の測定位置における測定値、 S ：第 3の測定位置における

11 2 11 3

測定値、 S ：スルー状態での反射係数， S ：スルー状態での伝達係数、 E F

11 T 21 T

：測定系の誤差要因。

前記被測定電子部品の測定値力前記測定系の誤差要因を除去し、被測定電子部品の電気特性の真値を求めるステップは、次式により実行されることを特徴とする請求項 11に記載の電子部品の高周波電気特性測定方法。

[数 14]

(SUM" E_X1) {F₂₂ (S₂₂M-FH)/F ₁₂+1} E₁₂ - F₂₂ S_12M S_21M/(F 12 E₁₂) 11A⁼

D2

S₂IM/F 12 {(F22-F22) (S₂2M"Fny Fl2⁺1 }

Ό2 上式において、 S ：被測定電子部品の反射係数、 S ：被測定電子部品の伝達係

11A 21A

数。

[13] 前記伝送路は、信号導体と接地導体とが同一平面上に形成された伝送路であることを特徴とする請求項 1な！ヽし 12のヽずれかに記載の高周波電気特性測定方法。

[14] 前記伝送路は、信号導体とこの信号導体を間にしてその両側に接地導体とを有するコプレーナウエーブガイドであることを特徴とする請求項 13に記載の高周波電気特性測定方法。

[15] 前記伝送路は、信号導体と接地導体とが間隔をあけて設けられたスロット線路であることを特徴とする請求項 13に記載の高周波電気特性測定方法。

[16] 前記信号導体と接地導体とを接続状態にして電気特性を測定する位置は、各位置間の位相差が 70° — 145° となる位置であることを特徴とする請求項 1ないし 15の

Vヽずれかに記載の高周波電気特性測定方法。

[17] 電子部品の高周波電気特性を測定する装置において、

互いに離間して配置された複数の信号導体と、少なくとも 1つの接地導体とを持ち、単位長さ当たりの電気特性が既知の伝送路と、

前記各信号導体に接続された測定ポートと、前記接地導体に接続された測定ポートとを有し、高周波電気特性を測定可能な測定器と、

前記各信号導体の長さ方向の少なくとも 3箇所において、信号導体と接地導体とを接続状態にする手段と、

前記信号導体間を相互にスルー状態にする手段と、

前記接続状態での測定値、スルー状態での測定値および前記伝送路の電気特性から、前記伝送路を含む測定系の誤差要因を求める手段と、

前記信号導体間あるいは前記信号導体間と前記接地導体との間に、被測定電子部品を接続する手段と、

前記被測定電子部品を前記信号導体間あるいは前記信号導体間と前記接地導体との間に接続して測定される測定値力前記測定系の誤差要因を除去し、被測定電子部品の電気特性の真値を求める手段と、を含むことを特徴とする電子部品の高周波電気特性測定装置。

[18] 電子部品の高周波電気特性を測定する装置において、

互いに離間して配置された複数の信号導体と、少なくとも 1つの接地導体とを持ち、単位長さ当たりの電気特性が未知の伝送路と、

前記各信号導体の長さ方向の少なくとも 4箇所において、信号導体と接地導体とを接続状態にする手段と、

前記信号導体間を相互にスルー状態にする手段と、

前記接続状態での測定値およびスルー状態での測定値から、前記伝送路を含む測定系の誤差要因および前記伝送路の電気特性を求めるステップと、

[19] 前記信号導体と接地導体とを接続状態にする手段は、短絡基準と、この短絡基準を伝送路に対して接触させる手段とで構成されることを特徴とする請求項 16または 17 に記載の高周波電気特性測定装置。

[20] 前記スルー状態にする手段は、伝達係数に方向性がな、スルーチップと、このスル一チップを伝送路にシリーズ接続する手段とで構成されることを特徴とする請求項 17 な!、し 19の、ずれかに記載の高周波電気特性測定装置。

[21] 電子部品の高周波電気特性測定装置の校正方法において、

前記信号導体間を相互にスルー状態にして電気特性を測定するステップと、前記接続状態での測定値、スルー状態での測定値および前記伝送路の電気特性から、前記伝送路を含む測定系の誤差要因を求めるステップと、を含むことを特徴とする校正方法。

[22] 電子部品の高周波電気特性測定装置の校正方法において、

前記信号導体間を相互にスルー状態にして電気特性を測定するステップと、前記接続状態での測定値およびスルー状態での測定値から、前記伝送路を含む測定系の誤差要因および前記伝送路の電気特性を求めるステップと、を含むことを特徴とする校正方法。

[23] 請求項 1乃至 16のいずれかに記載の測定方法を用いて高周波電気特性が測定された電子部品。

[24] 請求項 21または 22に記載の校正方法を用いて校正された高周波電気特性測定装置。