用於甚高頻應用的具有背腔的設備接口板的製作方法
2023-06-11 10:59:21
專利名稱：用於甚高頻應用的具有背腔的設備接口板的製作方法
用於甚高頻應用的具有背腔的設備接ロ板
背景技術：
對於高性能半導體測試器(有時稱為自動測試設備或Α )而言，高達數千兆赫的測試器信號從測試電子器件通過稱為設備接ロ板(DIB)的相對大型電路板匯集到ー個或多個非常緊湊的被測設備或DUT的引線上。DUT通常設計為包括要和高性能數位訊號一起包括的甚高頻模擬信號。這些甚高頻模擬信號包括例如行動電話射頻信號、全球定位無線電信號、無線通信無線電信號等。在當今的高性能片上系統(SOC)中，DUT和測試器電子器件之間通常有數百條信號通道。為了保持此類高頻信號的保真性，信號通道被構造成能提供準確匹配的阻抗(通常為50歐姆)。難以在存在大量信號通道的情況下提供準確匹配阻
in οDIB安裝在自動測試設備上，使得要在通常稱為測試頭的測試電子器件與DUT之間交換的電子信號通過直接利用彈簧針或者利用OSP、SMA, SMP或其他高速連接器從底面或測試器側連接到DIB的電纜傳送。DUT通過安裝在DIB的頂面或DUT側的插座連接。SMA 同軸連接器(由Bendix Scintilla公司原創設計的A型超微連接器)、OSP同軸連接器(由 M/A Corn of Lowell，MA原創設計的Omni-Spectra插入式連接器)以及SMP同軸連接器 (由Gilbert公司原創發明)常常由例如Tyco Electronics公司(Berwyn，PA)等公司制
In ο連接到DIB底面的電纜和通過DIB頂面的插座連接的DUT與導電跡線(帶線或微帶線)和通路連接以連接不同層的跡線。另外，DIB包含多種電子元件(如平衡/不平衡變壓器(BalUns)、電感器、電容器和/或電阻器等)來調節測試信號以確保測試器資源與DUT 要求之間的良好匹配。由於片上系統的複雜性使得在測試頭與DUT之間傳送的信號數量增加，DIB的厚度由於較大數字引腳數而增加。由於DIB的尺寸増大，所以它們需要更大厚度來實現相同穩定性。另外，可降低測試成本的多點測試要求(同時測試多個DUT)會増加DIB的布線要求。這就迫使提供額外的層用於安排所有信號通道的所有布線跡線。當前DIB需要多達二十個信號層(大約5. 08mm) 並且在將來會需要至少三十個信號層，使得厚度按至少1. 5的係數増大。由於需要更多層， DIB的厚度會増大。由於信號數量的増加，需要更多連接器，例如彈簧針。這樣會對DIB產生更大機械壓力，因此需要更厚的印刷電路板以承受更大壓カ而不會損壞印刷電路板。圖1為自動測試設備100的簡化框圖。自動測試設備100包括與測試頭108通信的測試器主機102。測試頭108連接到DIB 106。來自測試頭108的信號可通過電纜組件路由到DIB 106。在操作中，DIB 106電連接到被測設備(DUT) 104以便測試DUT 104。例如，自動測試設備(ATE)系統100用於測試集成電路，DUT 104可為包括執行數字和模擬功能的集成電路的半導體器件。高性能模擬功能的實例為行動電話發射器和接收器、數字無線發射器和接收器、射頻識別發射器和接收器。這樣，來自測試頭108的信號通過DIB 106 路由到DUT。測試器主機102包括用於生成測試激勵信號和評估測試響應信號的電路，該激勵信號通過測試頭108和DIB 106傳送到DUT 104，該測試響應信號通過DIB 106和測試頭108從DUT 104接收。DUT 104可為包括待測集成電路的封裝矽DIB。DIB 106也可連接到探針接ロ卡，而DUT 104為包括安裝到該探針接ロ卡的待測集成電路的半導體晶片。圖2為DIB印刷電路板200的橫截面視圖的示意圖。DIB印刷電路板200具有DUT 插座205，其通過例如彈簧或彈簧針觸點207和209等壓縮連接器連接到DIB印刷電路板 200表面上的金屬布線跡線。在DUT為執行數字和模擬功能的集成電路的情況下，數位訊號230常常與模擬信號235分離，尤其是對甚高射頻(RF)信號而言。模擬信號235通過插座的引腳209從DUT傳送到通路215。通路215為在DIB印刷電路板200中鑽出並電鍍的洞。通路215連接到金屬布線跡線220，該金屬布線跡線連接至同軸連接器210。同軸連接器210可為OSP、SMA, SMP或其他高速連接器。模擬信號235在同軸連接器210和圖1的測試頭108之間傳送。電子元件2 被布置成與布線跡線220接觸，以提供確保模擬信號 235的信號保真性所需的補償電路和終端電路。如上所述，電路複雜性的増大和布線密度的增長使得DIB印刷電路板的厚度增大。由於DIB印刷電路板的厚度増大，導致性能在高速信號下通常會下降。性能的ー個主要不利因素為通路215。本領域中已知的是，由於通路代表GHz頻率模擬信號235的阻抗中斷，因此通路的高速性能欠佳。由於元件/電路2 距DUT插座205太遠，因此對於某些匹配技木，長的通路215會導致問題。難以將匹配電子元件225布置在DIB印刷電路板200 頂面上更理想位置(DUT插座205和DIB印刷電路板200之間)，這是因為DUT的RF引腳數增加導致DUT插座205下沒有足夠的空間。現在參見圖3A，其示出用於測量甚高頻模擬信號235性能的DIB印刷電路板201 的實例。在本實例中，DIB印刷電路板201具有連接到通路245的SMA同軸連接器210。通路245連接到金屬布線跡線220，其為了此評估而連接到50η電阻器Μ0，該電阻器連接到接地基準點222。SMA同軸連接器210具有布置在通路250中的護罩。通路250還在DIB 印刷電路板201內以內部方式連接到接地基準點。在本實例中，DIB印刷電路板201被構造成約5. 08mm厚。這代表當前DIB印刷電路板201所採用的厚度。隨著集成電路複雜性的増大，該厚度將更大。SMA連接器與長約 5. 08mm(0. 2〃 )的通路245後面的50η終端電阻器240連接在一起。圖;3Β為圖3Α的實例中從SMA同軸連接器210通過通路245到達50η終端電阻器MO的信號反射圖。在圖3Α的實例中，在2GHz處存在-10dl3的信號反射沈0。在使用 5. 08mm長的通路M5的情況下，30輸出功率的百分之十被反射沈0。此量級的反射260導致功率損耗並導致更難以匹配和補償模擬信號ぬ5以保持信號保真性。因此，需要的是被構造成能在甚高速模擬信號的布線通道中形成低損耗以保持高信號質量和保真性的DIB印刷電路板。
發明內容
在一個實施例中，提供了一種設備接ロ板，其包括具有DUT接ロ結構(例如插座) 的印刷電路板，所述DUT接ロ結構與所述印刷電路板的DUT側相連。高頻連接器和電子元件安裝在該印刷電路板背面形成的腔體內。通過該印刷電路板的信號通路將高頻連接器和電子元件與DUT接ロ結構連接在一起。可提供包封結構，其包覆腔體，同時允許電纜連接到高頻連接器。
圖1為自動測試設備系統的簡化框圖。圖2為DIB印刷電路板的橫截面視圖的示意圖。圖3A為用於測量甚高頻模擬信號性能的DIB印刷電路板實例的示意圖。圖加為圖3A中從SMA同軸連接器通過通路30到達50 Ω終端電阻器的信號的前向反射圖。圖4為DIB印刷電路板的實施例的橫截面視圖的示意圖。圖5Α為採用5包封結構的DIB印刷電路板的另ー個實施例的橫截面視圖的示意圖。圖5Β示出包封結構的一個實例的透視圖。圖6Α為圖5的DIB印刷電路板實施例的橫截面視圖的示意圖，其中示出包封結構的另ー種實施方式。圖6Β示出包封結構的第二個實例的透視圖。
具體實施例方式如圖1所述，自動測試設備100包括與測試頭108通信的測試器主機102。測試頭 108連接到DIB 106。來自測試頭108的信號通過電纜組件路由到DIB 106。在操作中，DIB 106電連接到被測設備(DUT) 104以便測試DUT 104。在圖2中，電子元件2 被布置成與布線跡線220接觸以提供確保模擬信號235的信號保真性所需的阻抗匹配電路、補償電路和終端電路，然而，由於元件/電路距DUT插座205太遠，對於某些匹配技術，長的通路215 會導致問題。因此，在一個實施例中，自動測試設備系統包括測試頭108和DIB 106。測試頭108採用電子電路以用於生成傳送到至少ー個被測設備104的測試激勵信號，以及用於接收和評估來自至少ー個被測設備104的測試響應信號。DIB 106布置在測試頭108和至少ー個被測設備104之間，以抑制甚高頻信號的衰減。圖4為設備接ロ(DIB)印刷電路板300的橫截面視圖的ー個實施例的示意圖。設備接ロ板包括具有第一厚度355的印刷電路板300。DIB印刷電路板300具有DUT插座305， 其通過彈簧或彈簧針觸點307和309接觸DIB印刷電路板300的頂部表面300t上的金屬布線跡線。如上所述，在DUT為執行數字和模擬功能的集成電路的情況下，數位訊號330常常與模擬信號335分離，尤其是對甚高RF頻率而言。模擬信號335通過DUT插座305的引腳309從DUT傳送至通路315。在DIB印刷電路板300的背面或測試器側300b (測試器側)形成的腔體350使腔體下的印刷電路板300的厚度減小為第二厚度360，其可為例如DIB印刷10電路板300的厚度355的一半。在一個實例實施例中，20層DIB印刷電路板300為5. 08mm厚並且腔體為 2. 54mm 厚。腔體350設置為緊鄰DUT插座305。連接器310和電子元件320安裝在腔體350 內，以用於在圖1的測試頭108和DUT 104之間傳送甚高頻信號335。在腔體350內的印刷電路板300上鑽出並電鍍通路315，以將連接器310和電子元件325連接到DUT插座305 並從而連接到被測設備。通路315可在腔體350形成之前或之後形成。電子元件325被布置成接觸布線跡線320，以提供確保模擬信號335的信號保真性所需的阻抗匹配電路、補償電路和終端電路。電子元件325為平衡/不平衡變壓器(BalUns)、電感器、電容器和/或電阻器等，其調節測試信號以確保信號保真性。在一些實施例中將電子元件;^6與連接器一起設置在腔體350內的ー個優點為電子元件在DIB製造、測試和再加工期間可更易觸及。圖2的電子元件2 被布置在DUT插座205和板200之間的DUT插座205下方。這樣，電子元件2 就不易於觸及以進行調整、 改變或更換。然而，圖4的實施例中的電子元件3 在製造或維護期間易於觸及，以允許提供適合的阻抗匹配電路、補償電路和終端電路從而確保測試信號的保真度。可通過加工處理從印刷電路板300移除材料而在印刷電路板300的背面300b上形成腔體350。加工處理可為對背面300b的表面進行銑削、刨削、打槽或成形以將印刷電路板的厚度減小為第二厚度360，其為印刷電路板300原始厚度的一部分，例如約二分之一。在其他實施例中，通過層疊多層預浸漬層合疊堆302直到印刷電路板300達到第 ニ厚度360(該厚度為第一厚度355的一部分或印刷電路板300的最終厚度)，在印刷電路板300的背面300b上形成腔體350。形成多重層合層304以在腔體區域350中提供開ロ。 在腔體350內添加層合層直到累積了足夠多的層合層304以使印刷電路板達到第一厚度 355。一般來說，層合層302的材料具有用於極高RF應用的穩定、合適的介電常數。層合層 304可具有與層合層302相似的介電常數，或材料為用絕緣纖維強化的熱塑性或熱固性聚合物(例如纖維玻璃強化的環氧樹脂)的標準組合。圖5A為採用包封結構的DIB印刷電路板的一些實施例的橫截面視圖的示意圖。 DIB印刷電路板300還包括包封結構375，其可包覆腔體350，同時允許電纜連接到連接器 310。包封結構375可為安裝在腔體350內的連接器310和電子元件325形成隔離封裝件。 包封結構375可插入DIB印刷電路板300中並通過多重層合層302內的接地平面金屬層 380連接到接地基準點385。在一些實施例中，包封結構375會導電並有效地形成「法拉第籠」以將連接器310、金屬布線跡線320、以及元件325與外部幹擾電子噪聲電隔離，同時允許信號電纜接頭穿過。圖5B示出包封結構375的一個實例的透視圖。包封結構375具有開ロ 370。開ロ 370將允許電纜(或連接器310的末端)從中穿過。這樣電纜就可連接到連接器310。此電纜將DIB印刷電路板300連接到圖1的測試頭108，以將來自DUT插座305的甚高頻RF 信號325傳送到測試頭108。引腳376附接到包封結構375的側面377的拐角處。包封結構375被布置在腔體350內，使得包封結構375的側面377接觸腔體的側面，並且引腳376 被布置成貫穿多重層合層302的電鍍接地通路以接觸接地平面380。引腳376的長度為約多重層合層302的厚度360。圖6A為圖5A的DIB印刷電路板300的實施例的橫截面視圖的示意圖，其中示出包封結構375的另ー種實施方式。包封結構375的基本結構基本如圖5A所示，不同的是包封結構375不包括引腳376，而是在腔體350的側面內滑動。腔體350的側面具有在其表面上形成的金屬層395，其延伸到DIB印刷電路板300的底部表面上。包封結構375被布置在腔體350內，使得包封結構375的側面377接觸導電性金屬層395。通過將包封結構375 的側面377焊接或硬釺焊400到金屬層395，使包封結構375的側面377粘附到金屬層395上。金屬層395固定到接地通路390a和390b。固定到通路390a和390b的金屬層395形成到接地基準點385的連接。接地通路390a和390b接觸連接到接地基準點385的接地平面380。如圖5A所示，包封結構375有效地形成「法拉第籠」以將連接器310、金屬布線跡線320、以及元件325與外部幹擾電子噪聲電隔離。圖6B示出包封結構375的第二實例的透視圖。如圖6A所示，包封結構375可具有開ロ 370。開ロ 370將允許電纜從中穿過以連接到連接器310。此電纜將DIB印刷電路板300連接到圖1的測試頭108，以將來自DUT插座305的甚高頻RF信號325傳送到測試頭108。在各種實施例中，包封結構375可為封蓋或其他導電性包覆裝置。應該指出的是，圖4、圖5和圖6A的DIB印刷電路板300的各種實施例中示為在 DIB印刷電路板300內形成単一腔體350。與本發明的目的一致的是，可根據從圖1的測試頭108和DUT 104傳送的高頻信號的數量和點335的數量在印刷電路板300內形成多個腔體350。另外，腔體350可具有一個或多個連接器310、一條或多條金屬布線跡線320、以及一組或多組電子元件325。因此，包封結構375可具有多個開ロ 370以允許多條電纜連接到連接器310。這樣，如上所述，在印刷電路板的背面300b形成腔體，其將印刷電路板的厚度減小為第二厚度。本發明的發明人已觀察到，在圖3A的實例中，在較薄(約2. 54mm)的印刷電路板中，2GHz處的信號反射小於_30dB。與圖;3B中示出的2GHz處的-IOdB信號反射260 相比較，這小於SMA同軸連接器210處反射的輸出功率的百分之一(1% )。參見圖4，在一些實施例中，根據腔體350的相對深度，腔體350可相對於DUT插座 305設置，使得在DUT插座305下面或與之相鄰的印刷電路板300的結構完整性不會減弱到使印刷電路板300疲勞和/或損壞的程度。因此，在一些實施例中，腔體350可偏移到DUT 插座305側並從而不與DUT插座305直接相対。其他布置和幾何形狀可以保持足夠的結構支承以便在DUT插座305中插入DUT和從中取出DUT。如果在印刷電路板300上設置多個腔體350，它們可相互間隔開從而留出格子或印刷電路板300較厚部分形成的其他支承幾何形狀，其足以在DUT插座305下方或相鄰位置提供結構支承，以在DUT的插入和取出期間抑制應カ失效。在其他實施例中，包封結構375(例如剛性封蓋和/或剛性導電性包覆材料結構)在腔體350處增加結構支承以允許在一個或多個腔體350的位置具有更高柔性。應該指出的是，連接到設備接ロ印刷電路板300的圖4、圖5A和6A的DUT插座305 是示例性的。其他實施例可具有其他DUT接ロ結構，即其他DUT連接裝置(例如晶片探測裝置)、或其他直接附連晶片測試裝置、或其他接口裝置，其與可根據上述說明構造的設備接ロ印刷電路板300相連。雖然已經結合其實施例部分地示出和描述了本發明，但本領域的技術人員將會理解，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，可以在形式和細節上進行各種修改。
權利要求
1.一種用於安裝在自動測試設備內的測試頭和至少ー個被測設備之間的設備接ロ板， 所述設備接ロ板包括a)具有DUT側和背面的印刷電路板；b)與所述印刷電路板的所述DUT側相連的至少ー個DUT接ロ結構；c)所述印刷電路10板背面的腔體；d)安裝在所述腔體內的所述背面上的至少ー個高頻連接器和至少ー個電子元件；以及e)通過所述印刷電路板的至少ー個信號通路，所述信號通路將所述至少ー個高頻連接器和所述至少一個電子元件連接到所述至少ー個DUT接ロ結構。
2.根據權利要求1所述的設備接ロ板，還包括包封結構，所述包封結構包覆所述腔體並被構造成允許電纜連接到所述至少ー個高頻連接器。
3.根據權利要求2所述的設備接ロ板，其中所述包封結構將所述腔體電屏蔽。
4.根據權利要求3所述的設備接ロ板，其中所述25包封結構連接到接地基準點。
5.根據權利要求4所述的設備接ロ板，其中所述包封結構包括通過接地通路電連接到所述接地基準點的引腳。
6.根據權利要求4所述的設備接ロ板，其中所述包封結構具有電附接到導電層的側面，所述導電層通過接地通路連接到所述接地基準點。
7.根據權利要求3所述的設備接ロ板，其中所述包封結構具有開ロ以允許電纜從中穿過到達所述連接器。
8.根據權利要求1所述的設備接ロ板，其中所述至少ー個DUT接ロ結構為插座，並且其中所述腔體設置成緊鄰所述至少ー個DUT插座。
9.根據權利要求1所述的設備接ロ板，其中所述至少ー個DUT接ロ結構為插座，其中所述腔體偏移到所述至少ー個DUT插座的側面。
10.根據權利要求1所述的設備接ロ板，還包括所述印刷電路板的所述背面的多個腔體。
11.根據權利要求1所述的設備接ロ板，還20包括所述印刷電路板的所述背面的多個間隔開的腔體。
12.根據權利要求1所述的設備接ロ板，還包括包覆所述腔體的剛性包封結構。
13.根據權利要求1所述的設備接ロ板，其中所述印刷電路板具有厚度，並且其中所述腔體延伸到所述印刷電路板內，佔據所述印刷電路板的所述厚度的一部分。
14.根據權利要求1所述的設備接ロ板，其中所述至少一個電子元件包括阻抗匹配元件。
15.一種用於自動測試設備的設備接ロ板，所述設備接ロ板包括a)具有DUT側和10測試器側的印刷電路板，所述印刷電路板包括至少二十個布線層；b)安裝到所述印刷電路板的所述DUT側的多個DUT連接裝置；c)在所述印刷電路板的所述測試器側中的至少一半距離處形成的多個腔體；d)安裝在至少ー個所述多個腔體內的所述測試器側的高頻連接器和電子元件；e)通過所述印刷電路板的多個信號通路，所述信號通路將所述多個連接器和電子元件連接到所述多個DUT連接裝置；以及f)具有封裝件封蓋的所述多個腔體中的至少ー個。
16.ー種自動測試設備系統，包括a)測試頭；以及b)與所述測試頭相鄰的設備接ロ板，所述設備接ロ板包括1)印刷電路板；2)至所述印刷電路板的DUT側的至少ー個DUT連接裝置；3)所述印刷電路板背面的腔體；4)安裝在所述腔體內的所述背面的至少ー個高頻連接器和至少ー個電子元件；以及5)通過所述印刷電路板的至少ー個信號通路，所述信號通路將所述至少ー個高頻連接器和所述至少一個電子元件電連接到所述至少ー個DUT連接裝置。
17.根據權利要求16所述的自動測試設備系統，還包括包覆所述腔體的包封結構，所述包封結構被構造成允許電纜連接到所述至少ー個高頻連接器。
18.根據權利要求17所述的自動測試設備系統，其中所述包封結構將所述腔體電屏蔽。
19.根據權利要求18所述的自動測試設備系統，其中所述包封結構連接到接地基準好、ο
20.根據權利要求19所述的自動測試設備系統，其中所述包封結構包括通過接地通路電連接到所述接地基準點的引腳。
21.根據權利要求19所述的自動測試設備系統，其中所述包封結構具有電附接到導電層的側面，所述導電層通過接地通路連接到所述接地基準點。
22.根據權利要求18所述的自動測試設備系統，其中所述包封結構具有開ロ以允許電纜從中穿過到達所述連接器。
23.根據權利要求16所述的自動測試設備系統，其中所述至少ー個DUT接ロ連接為至少ー個插座，並且其中所述腔體設置成緊鄰所述至少ー個插座。
24.根據權利要求16所述的自動測試設備系統，還包括所述印刷電路板背面的多個腔體。
25.根據權利要求16所述的自動測試設備系統，其中所述多個腔體間隔開。
26.根據權利要求16所述的自動測試設備系統，其中所述印刷電路板還包括包覆所述多個腔體中的至少ー個的剛性包封結構。
27.根據權利要求16所述的自動測試設備系統，其中所述印刷電路板具有厚度，並且其中所述腔體延伸到所述印刷電路板內，佔據所述印刷電路板的所述厚度的一部分。
全文摘要
在一個實施例中，提供了一種設備接口板，其包括具有例如插座的DUT接口結構的印刷電路板，所述DUT接口結構與所述印刷電路板的DUT側相連。高頻連接器和電子元件安裝在所述印刷電路板背面形成的腔體內。通過所述印刷電路板的信號通路將所述高頻連接器和電子元件與所述DUT接口結構連接在一起。可提供包封結構，其包覆所述腔體，同時允許電纜連接到所述高頻連接器。
文檔編號G01R31/28GK102576048SQ201080044597
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月30日 優先權日2009年10月2日
發明者彼得·霍茨, 沃爾夫岡·斯蒂格 申請人:泰拉丁公司