JP2006258667A - パッケージ基板のrfインピーダンス測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
パッケージ基板の特に電源/GND系線路のRFインピーダンス(Sパラメータ)を高周波領域まで精度良く測定することのできるRFインピーダンス測定装置を提供することである。
【解決手段】
RFプローブ210をパッケージ基板200の表面及び裏面に形成されている端子201に直接コンタクトさせて端子間のRFインピーダンス(Sパラメータ)の測定を行う。また、RFプローブ210に接続された回転機構220により、設置されたパッケージ基板200に対して水平および垂直に配置される位相校正用基板240にプローブ210を接触させる。これにより、パッケージ基板200の当該端子間の位相差が測定され、この位相差により上記RFインピーダンス(Sパラメータ)の測定で得られた値が補正される。
【選択図】 図2
パッケージ基板の特に電源/GND系線路のRFインピーダンス(Sパラメータ)を高周波領域まで精度良く測定することのできるRFインピーダンス測定装置を提供することである。
【解決手段】
RFプローブ210をパッケージ基板200の表面及び裏面に形成されている端子201に直接コンタクトさせて端子間のRFインピーダンス(Sパラメータ)の測定を行う。また、RFプローブ210に接続された回転機構220により、設置されたパッケージ基板200に対して水平および垂直に配置される位相校正用基板240にプローブ210を接触させる。これにより、パッケージ基板200の当該端子間の位相差が測定され、この位相差により上記RFインピーダンス(Sパラメータ)の測定で得られた値が補正される。
【選択図】 図2
Description
本発明は、半導体パッケージ基板のRFインピーダンスを測定するための装置およびその方法に関する。
近年,急速に電子機器の高速動作化が進んでおり、それに伴ない電子機器に搭載される半導体パッケージ基板の実動作速度も高速化されている。
半導体パッケージ基板の実動作速度が高速化されると、試験調整段階で半導体パッケージ基板のRFインピーダンス(Sパラメータ)を測定する際に今までにない問題が生じてきている。
まず、図1を用いて、パッケージ基板105の従来のRFインピーダンス(Sパラメータ)測定測定方法を説明する。図1は、POWER(電源)線路のSパラメータを測定する様子を示している。
図1においては、パッケージ基板105がハンダボールを介してプリント基板などの実装基板110上に搭載されている。本来であれば、パッケージ基板105の表面(上部面)のPOWER端子107と、裏面(下部面)にあるPOWER端子106との間のSパラメータを、直接RFProbe2(103)およびRFProbe1(102)をそれぞれの端子に電気的に接続して測定するのが良いが、パッケージ基板105の裏面(下部面)は通常プリント基板上に搭載されるようになっている。このため、RFProbe1(102)をパッケージ基板105の裏面(下部面)に直接電気的に接続することができない。従って、パッケージ基板105の裏面(下部面)の端子と電気的に接続されているプリント基板などの実装基板110に形成されるPOWER端子108にRFProbe1(102)の信号用Probe102aを接続することにより、パッケージ基板105の表面(上部面)のPOWER端子107に接触させたRFProbe2(103)の信号用Probe103aとの間でRFインピーダンス(Sパラメータ)の測定が実施されていた。また、これとは別に実装基板110のPOWER線路112自身のSパラメータの測定が実施される。RFProbe1(102)のGND用プローブ102bはプリント基板のGND端子109に接触させ、RFProbe2(103)のGND用Probe103bはパッケージ基板105の表面(上部面)のGND端子113に接触させている。パッケージ基板105と実装基板110とは直列に接続されているため,測定されたSパラメータをZパラメータに変換し,パッケージ基板105,実装基板110および全体のZパラメータをそれぞれZ0,Z1,Zとすると,
測定対象が信号線路の場合には、Z0とZ1とは同程度の値となり,測定周波数が高くない周波数帯域では十分に精度良く信号線路のインピーダンス(Sパラメータ)を測定することができる。
しかし,測定周波数が高くなると、図1に示されるパッケージ基板の高さに起因するRFProbe1(102)およびRFProbe2(103)を接続するPOWER端子108とPOWER端子107との距離が、測定周波数の波長に対して無視できなくなり、測定時の基準面ずれ101が問題となってくる。通常、RFインピーダンス(Sパラメータ)の測定の際には、測定器のRFProbeを接続する測定基準面間における電磁波の位相差や伝送損失を補正するために,セラミック製の校正基板が使用される。この校正基板は水平板であり,図1に示されている2つのRFプローブ(RFProbe1(102)、RFProbe2(103))は同じ位置にあるものとして校正されている。
しかし実際には、図1に示されるように2つのRFプローブ(RFProbe1(102)、RFProbe2(103))間にはパッケージ基板の高さ(測定基準面のずれ101)に起因する電気的距離があるため、この基準面間の電気的距離が位相差や損失の原因となり、測定誤差が生じる。一般的に十分に精度よくRFインピーダンスを測定するためには,信号の位相誤差を測定周波数の波長の1/20波長以下にする必要がある。平均的なFCBGA(FLIP CHIP BALL GRID ARRAY)パッケージの場合,パッケージ基板表面から実装基板(プリント基板)表面までの平均比誘電率は4程度,パッケージ基板表面から実装基板表面までの高さ(距離)は2mm程度であるから,1/20波長以下を満たす周波数は3.75GHz以下となる。したがって、図1に示す測定方法により十分な精度で測定することができるのは、概ね4GHz以下の周波数帯域である。
さらに,図1において測定対象が電源/GND系線路の場合には周波数が低い範囲でも測定誤差が大きくなる。通常,電源/GND系線路のRFインピーダンスはかなり小さく、
以上記述したように、GHz領域のRFインピーダンスを測定するには,測定対象の基板の表裏両面からRFプローブを直接コンタクトさせることができ、かつ、パッケージ基板の厚み方向(あるいは同一平面内)の位相差を校正する手段を備えた測定装置が求められている。
こうした技術に関連して、特開2003−43091に開示されている「基板検査装置、基板製造方法及びバンプ付き基板」では、基板表面に設けられたバンプと基板裏面に設けられた端子との間の配線ネットの電気抵抗値を、4端子法により測定する検査装置が提案されている。
当該検査装置は、その課題から見てRFインピーダンス測定測定装置としての機能を備えておらず,この装置をそのまま測定対象基板のRFインピーダンス測定装置として転用することはできない。この装置をRFインピーダンス測定装置として転用するためには、例えば、RFプローブ、精密稼動機構、50Ωなどに調整されたRF信号伝送系(ケーブル,コネクタ,アッテネータ,サーキュレータ、ネットワークアナライザなど)、RF校正基板等を備えなければならない。さらに、アレイ状の測定端子群は互いにRF干渉を引き起こす可能性があり、アレイ状の測定端子群を基準面としたRFインピーダンス測定は困難である。
また、特開2001−153909に開示されている「基板検査装置、基板製造方法及びバンプ付き基板」では、基板本体の一方の板面上に複数の第一端子部が二次元的に配列・形成され、他方の板面上に第一端子部に対応する複数の第二端子部が二次元的に配列・形成されるとともに、それら第一端子部と第二端子部との互いに対応するもの同士が、ビアを含む配線ネットにより個別に接続された構造を有する基板の検査装置であって、電流通電用プローブ要素と電圧測定用プローブ要素とを有し、それらプローブ要素において第一端子部に着脱可能に当接する第一測定プローブが、該第一端子部の二次元的な配列に対応して複数配置された第一測定プローブ群と、電流通電用プローブ要素と電圧測定用プローブ要素とを有し、それらプローブ要素において、複数の第二端子部のいずれかに選択的かつ着脱可能に当接する第二測定プローブと、第一測定プローブ群を第一端子部群に当接させ、また、測定対象となる配線ネットに対応した第二端子部に第二測定プローブを当接させ、その状態にて電流通電用プローブ要素により配線ネットに測定用電流を通電しつつ、電圧測定用プローブ要素にて測定される配線ネットへの印加電圧レベルに基づいて、当該配線ネットの固有電気抵抗値を反映した情報を生成する固有電気抵抗値情報生成手段と、その生成された固有電気抵抗値情報を、配線ネット毎に個別に定められた参照情報と比較することにより、当該配線ネットの良否に関する検査情報を生成する検査情報生成手段と、を備えた基板検査装置が提案されている。
また、特開平11−148951に開示されている「基板検査装置、基板製造方法及びバンプ付き基板」では、プリント回路板に形成された半導体装置の電源およびグランド端子に接続する電極と、高周波コネクタとをプリント配線板に備え、該高周波コネクタと電極とを内部配線で接続するインピーダンス測定装置が提案されている。
本発明の目的は、パッケージ基板の特に電源/GND系線路のRFインピーダンス(Sパラメータ)を高周波帯域まで精度良く測定することのできるRFインピーダンス測定装置を提供することである。また、これにより精度の高い等価回路を生成し、LSIの高速化にシミュレーションモデルを追従させることである。
以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明のRFインピーダンス測定装置は、パッケージ基板厚方向および同一面内方向の位相差を補正してパッケージ基板(200)の表裏面上に形成された端子(201a〜d)間のインピーダンスを測定するRFインピーダンス測定装置であって、複数のRFプローブ(210a〜d)と、複数の回転機構(220)とを備え、複数のRFプローブ(210a〜d)は複数の回転機構(220)に1つずつ接続されて第1の回転位置でパッケージ基板(200)の表裏面上に形成された端子(201a〜d)間のインピーダンス値を測定し、さらに、第1の回転位置および第2の回転位置でパッケージ基板(200)の設置方向に対して垂直および水平に配置されたRF校正基板(240)によりパッケージ基板(200)の基板厚方向および同一面内方向の端子(201a〜d)間距離に対応する位相差を測定し、位相差に基づいてインピーダンス値が校正される。
また、本発明のRFインピーダンス測定装置の回転機構(220)は、90度の範囲内で回動自在である。
また、本発明のRFインピーダンス測定装置は、パッケージ基板厚方向および同一面内方向の位相差を補正してパッケージ基板(400)の表裏面上に形成された端子(401a〜d)間のインピーダンスを測定するRFインピーダンス測定装置であって、複数のRFプローブ(410a〜d)と、複数の回転機構(420)とを備え、複数のRFプローブ(410a〜d)は複数の回転機構(420)に1つずつ接続されて第1の回転位置または第2の回転位置でパッケージ基板(400)の表裏面上に形成された端子(401a〜d)間のインピーダンス値を測定し、さらに、第1の回転位置、第2の回転位置、第3の回転位置、または第4の回転位置でパッケージ基板(400)の設置方向に対して垂直および水平に配置されたRF校正基板によりパッケージ基板(400)の基板厚方向および同一面内方向の端子(401a〜d)間距離に対応する位相差を測定し、位相差に基づいてインピーダンス値が校正される。
また、本発明のRFインピーダンス測定装置の回転機構(420)は、180度の範囲内で回動自在である。
また、本発明のRFインピーダンス測定装置に備えられる複数のRFプローブ(410a〜d)は、3軸方向のスケール(460a、460b、470、480)上に配置されて移動可能であり、3軸方向のスケールにより複数のRFプローブの間のパッケージ基板(400)の基板厚方向および同一面内方向の端子(401a〜d)間距離に対応するそれぞれの距離が測定される。
また、本発明のRFインピーダンス測定システムは、請求項1から5までに記載のRFインピーダンス装置装置のうちいずれか1つと、RFインピーダンスの校正および実測を行うRF測定器とを備える。
また、本発明のRFインピーダンス測定方法は、パッケージ基板厚方向および同一面内方向の位相差を補正してパッケージ基板(200,400)の表裏面上に形成された端子(201a〜d、401a〜d)間のインピーダンスを測定するRFインピーダンス測定方法であって、回転機構(220,420)を備えた複数のRFプローブ(210a〜d、410a〜d)によりパッケージ基板の表裏面上に形成された端子間のインピーダンス値を測定するステップと、回転機構を備えた複数のRFプローブによりパッケージ基板の基板厚方向および同一面内方向の端子間距離に対応するそれぞれの位相差を測定するステップと、位相差に基づいてインピーダンス値を校正するステップとを備える。
また、本発明のRFインピーダンス測定方法に係わる回転機構(220)は、90度の範囲内で回動自在である。
また、本発明のRFインピーダンス測定方法に係わる回転機構(420)は、180度の範囲内で回動自在である。
また、本発明のRFインピーダンス測定方法において、回転機構(220,420)を備えた複数のRFプローブ(210a〜d、410a〜d)は3軸方向のスケール(460a、460b、470、480)上に配置されて移動可能であり、位相差を測定するステップの前に、さらに、3軸方向のスケールにより回転機構を備えた複数のRFプローブの間のパッケージ基板(200,400)の基板厚方向および同一面内方向の端子間距離を測定するステップを備える。
本発明により、パッケージ基板の特に電源/GND系線路のRFインピーダンス(Sパラメータ)を高周波帯域まで精度良く測定することのできるRFインピーダンス測定装置を提供することができる。また、これにより精度の高い等価回路やモデルを生成すると共に、LSIの高速化にシミュレーションモデルを追従させることができる。
添付図面を参照して、本発明によるパッケージ基板のRFインピーダンス測定装置を実施するための最良の形態を以下に説明する。
本発明に係わるRFインピーダンス測定装置は、設置されたパッケージ基板の表裏両面に形成されている複数の端子のそれぞれに同時に接触できるように、複数のRFプローブを備えている。この複数のRFプローブにより、パッケージ基板の表裏両面に形成されている複数の端子間のRFインピーダンス(Sパラメータ)が測定される。
また、複数のRFプローブのそれぞれには回転機構が接続されている。これにより、パッケージ基板の配置向きに対して平行および垂直に配置されるRF校正基板(標準線路,標準抵抗,ショートパターンなどのRF構成部品を表面に形成してある基板)を使用して、パッケージ基板の厚さ方向および同一面内における端子間距離に対応する位相差を同一のRFプローブにより測定することができる。そして、測定されたパッケージ基板の厚さ方向および同一面内における端子間距離に対応する位相差により、RFインピーダンス(Sパラメータ)の測定値が補正される。これにより、パッケージ基板の表裏両面に形成されて測定対象となる端子間のRFインピーダンス測定が高周波領域にわたって高精度に実施される。
また、本発明においては、RFプローブを、実装基板を介さずにパッケージ基板の表裏面上に形成されている端子に直接コンタクトさせる。これにより、実装基板の影響のない高精度のRFインピーダンス(Sパラメータ)測定が可能となる。
(実施の形態1)
以下に、本発明の実施の形態1に係わるパッケージ基板のRFインピーダンス測定装置を図2、図3Aおよび図3Bを参照して説明する。
以下に、本発明の実施の形態1に係わるパッケージ基板のRFインピーダンス測定装置を図2、図3Aおよび図3Bを参照して説明する。
図2は、本実施の形態に係わるRFインピーダンス測定装置に、測定対象であるパッケージ基板200が取り付けられてRFインピーダンスが測定される際の断面を示している。
本実施の形態のRFインピーダンス測定装置は、4本のRFプローブ210a〜dと、RFプローブ210a〜dのそれぞれに接続される90度折り曲げ回転機構220と、RF校正基板240を水平方向および垂直方向に支持するためのRF校正基板支持機構250とを備えている。
それぞれのRFプローブ210a〜dは、DC Supply端子230aからDCバイアスを印加して、RF Source端子230bから出力されるRFを図示せぬRF測定器の入力ポートに入力するためのBias−T230、測定対象となるパッケージ基板200の表裏面上に形成される端子201a〜dに接触させることにより、RF信号線路間のRFインピーダンス(Sパラメータ)が測定される信号用プローブ215を備えている。なお、GND用プローブは図示を省略している。また、RFプローブ210a〜dは、端子間の位相校正時にRFプローブ210a〜d本体を回転させ、パッケージ基板200の設置方向に対して並行あるいは垂直向きに設置されるRF校正基板240上の標準線路に上記端子を接触させるための90度折り曲げ回転機構220に接続されている。
本実施の形態において、RFインピーダンス(Sパラメータ)測定の際、パッケージ基板200は図2に示されるように水平向きに配置される。また、図3Aおよび図3Bに示されるように、本実施の形態において、RF信号線路間の位相差測定時に、RF校正基板支持機構250により、RF校正基板240はパッケージ基板200の配置方向に対して平行および垂直に設置される。
次に、本実施の形態における動作原理について説明する。
まず,図2に示されるように測定対象となるパッケージ基板200が水平向きに設置されると、上記したようにRFプローブ210a〜dの信号用プローブ215がそれぞれ端子201a〜dのそれぞれに接触される。これにより、パッケージ基板200の表裏面に形成されている端子201a〜dそれぞれの間におけるRFインピーダンス(Sパラメータ)の測定のセットアップが完了する。各RFプローブ210a〜dのそれぞれの信号用プローブ215には、図示せぬネットワークアナライザ等のRF測定器のポートが接続されており、実際のRFインピーダンス測定前には測定器のポートにおいて初期校正がなされる。このとき、各ポートは同一基準面に設置されていると見なされており、実際の信号用プローブ215が異なった基準面に接触されて測定が行われる場合には、それぞれの信号用プローブ215間において位相差等の補正が必要となる。この位相補正については後述する。
RFプローブ210a〜dの信号用プローブ215が、それぞれ端子201a〜dのそれぞれに接触されて図示せぬRF測定器における初期校正が終了すると、図示せぬRF測定器により、端子201a〜d間におけるRFインピーダンス(Sパラメータ)の測定が開始される。ここでは便宜上、端子201aを「ポート1」、端子201bを「ポート2」、端子201cを「ポート3」、端子201dを「ポート4」とする。測定により、各端子間のRFインピーダンス(Sパラメータ)である、通過損失/通過利得(S12、S13,S14、S21、S23、S24、S31、S32,S34等)、反射率(S11,S22,S33、S44)が取得される。
パッケージ基板200のRFインピーダンス(Sパラメータ)測定時に、測定対象となるパッケージ基板200の厚さ、および表面と裏面上に形成されている端子201aとb、および端子201cとdのそれぞれの間の距離が測定される。RFインピーダンス(Sパラメータ)の測定が終了すると、図3Aに示されるように測定対象基板であるパッケージ基板200がRFインピーダンス測定装置から取り外されて、代わりにRF校正基板支持機構250によりRF校正基板240が垂直向きに設置される。RFプローブ210a〜dのそれぞれに接続されている90度折り曲げ回転機構250により、それぞれのRFプローブ210a〜dは90度折り曲げ回転機構250の回転軸中心に90度回転させられて、RFプローブ210a〜dのそれぞれに備えられている信号用プローブ215は校正基板上に形成されている標準線路に接触される。この際、RFプローブ(210a〜210d)は、それぞれ垂直方向に移動できる構造になっており、左右2組のRFプローブ(210aと210c、210bと210d)の端子215による接触点間距離は、先に測定されていたパッケージ基板200の厚さになるように調整される。この状態で、端子215間の位相差を測定すれば、パッケージ基板200の厚さ分に対応した位相差が求まる。また、パッケージ基板200の同一面内方向(例えば、ポート1とポート2、およびポート3とポート4との間)の位相差については、図3Bに示されるように、パッケージ基板200のRFインピーダンス(Sパラメータ)測定時に、測定対象となるパッケージ基板200の表面と裏面上に形成されている端子201aとb(ポート1とポート2)、および端子201cとd(ポート3とポート4)のそれぞれの間の距離が測定される。次に、図3Bに示されるように測定対象基板であるパッケージ基板200がRFインピーダンス測定装置から取り外されて、代わりにRF校正基板支持機構250によりRF校正基板240が水平向きに設置される。RFプローブ210a〜dのそれぞれに接続されている90度折り曲げ回転機構250により、それぞれのRFプローブ210a〜dは90度折り曲げ回転機構250の回転軸中心に90度回転させられて、RFプローブ210a〜dのそれぞれに備えられている信号用プローブ215は校正基板上に形成されている標準線路に接触される。この際、RFプローブ(210a〜210d)は、それぞれ水平方向に移動できる構造になっており、上下2組のRFプローブ(210aと210b、210cと210d)の信号用プローブ215による接触点間距離が、先に測定されたパッケージ基板200の表面と裏面上に形成されている端子201aとb(ポート1とポート2)、および端子201cとd(ポート3とポート4)のそれぞれの間の距離になるように調整される。この状態で端子間の位相差を測定すれば、パッケージ基板200の表面と裏面上に形成されている端子201aとb(ポート1とポート2)、および端子201cとd(ポート3とポート4)間における位相差が求まる。こうして求められた各ポート間における位相差に基づいて、先に測定されたパッケージ基板200のRFインピーダンス(Sパラメータ)の値を補正することにより、測定精度を向上させることができる。なお、位相差の測定においては、パッケージ基板200の垂直方向に対して1組のRFプローブによる測定、また、水平方向に対しても1組のRFプローブによる測定で十分である。
本実施の形態においては、RFプローブ210a〜dをパッケージ基板200の両面から直接コンタクトさせる。また、RFプローブ210a〜dに接続される90度折り曲げ回転機構220により、同一のRFプローブ210a〜dによって、測定対象となるパッケージ基板200のRFインピーダンスの測定、およびパッケージ基板200のポート間位相差を補正することができる。
これにより、更に精度の高いRF測定(特に電源/GND系線路)が可能となると共に、概ね20GHz程度までの高周波領域にわたって高精度のRFインピーダンス(Sパラメータ)測定が実現される。また、これにより精度の良い等価回路が生成され、LSIの高速化にシミュレーションモデルを追従させることができる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係わるパッケージ基板のRFインピーダンス測定装置の概略構成を図4Aおよび図4Bに示す。本実施の形態の基本的な構成および動作原理は、実施の形態1のパッケージ基板のRFインピーダンス測定装置と同じである。但し、本実施の形態においては、90度折り曲げ回転機構250の代わりに180度回転機構420を備えている。
本発明の実施の形態2に係わるパッケージ基板のRFインピーダンス測定装置の概略構成を図4Aおよび図4Bに示す。本実施の形態の基本的な構成および動作原理は、実施の形態1のパッケージ基板のRFインピーダンス測定装置と同じである。但し、本実施の形態においては、90度折り曲げ回転機構250の代わりに180度回転機構420を備えている。
本実施の形態のRFインピーダンス測定装置は、2本のRFプローブ410a、410bと、上記した180度回転機構420とを備えている。
それぞれのRFプローブ410a、410bは、DC Supply端子430aからDCバイアスが印加されて、RF Source端子430bから出力されるRFを図示せぬ測定装置の入力ポートに入力するためのBias−T、測定対象となるパッケージ基板400の表裏面上に形成される端子401a〜dに接触させることにより端子401a〜d間のRFインピーダンス(Sパラメータ)が測定される信号用プローブ415を備えている。また、RFプローブ410a、410bは、端子間の位相校正時にRFプローブ410a、410b本体を回転させ、パッケージ基板400の設置方向に対して並行あるいは垂直向きに設置されるRF校正基板上の標準線路に上記信号用プローブを接触させるための180度折り曲げ回転機構420に接続されている。
次に、本実施の形態における動作原理について説明する。
まず,図4Aに示されるように測定対象となるパッケージ基板400が水平向きに設置されると、上記したようにRFプローブ410aおよび410bのそれぞれの信号用プローブ415が端子401aおよび401bのそれぞれに接触される。これにより、パッケージ基板400の表面上に形成されている端子401aと401bとの間におけるRFインピーダンス(Sパラメータ)の測定のセットアップが完了する。各RFプローブの信号用プローブ415には、図示せぬネットワークアナライザ等のRF測定器のポートが接続されており、実際のRFインピーダンス測定前にはRF測定器のポートにおいて初期校正がなされる。このとき、各ポートは同一基準面に設置されていると見なされており、実際の信号用プローブ415が異なった基準面に接触されて測定が行われる場合にはそれぞれの信号用プローブ415間において位相等などの補正が必要となる。
RFプローブ410aおよび410bの信号用プローブ415がそれぞれ端子401aおよび401bのそれぞれに接触されて、RF測定器における初期校正が終了すると、実際に端子401aおよび401b間においてRFインピーダンス(Sパラメータ)の測定が開始される。本実施の形態においても便宜上、端子401aを「ポート1」、端子401bを「ポート2」、端子401cを「ポート3」、端子401dを「ポート4」とする。測定により、端子間のRFインピーダンス(Sパラメータ)である、通過損失/通過利得(S12、S21)、反射率(S11,S22)が取得される。
図4Aに示される、パッケージ基板400のRFインピーダンス(Sパラメータ)測定時に、測定対象となるパッケージ基板400の端子401aと端子401bのそれぞれの間の距離が測定される。本実施の形態における端子401aと端子401b間における位相差の求め方は、実施の形態1で説明されているものと同等であるのでここでは説明を省略する。
次に、図4Bに示されるように測定対象となるパッケージ基板400の表裏面上にそれぞれ形成されている端子401bと端子401cとの間において、RFインピーダンス(Sパラメータ)を測定する場合について説明する。この場合、図4Aに示されるセットアップから、RFプローブ410aが180度折り曲げ回転機構420により、水平軸に対して180度線対称に回転され、また、垂直方向に移動されることにより、図4Bに示されているセットアップ状態に移行される。そして、上記したようにRFプローブ410aおよび410bの信号用プローブ415がそれぞれ端子401c(ポート3)および401b(ポート2)のそれぞれに接触される。
本実施の形態では、180度折り曲げ回転機構420を備えていることにより、実施の形態1においてパッケージ基板200上の全てのポート間のRFインピーダンス(Sパラメータ)を計測するのに計4本必要であったRFプローブを2本に減らすことが出来る。つまり、本実施の形態においては、実施の形態1におけるRFプローブ210aと210cを410aで、また、RFプローブ210bと210dを410bで代替することができる。
本セットアップにおけるRFインピーダンス(Sパラメータ)の測定および位相補正については、図4Aに示されるものと同様である。
本実施の形態においては、実施の形態1で示された作用効果の他に、RFプローブ410aおよび410bが180度折り曲げ回転機構420に接続されていることにより、実施の形態1においては4本のRFプローブ210a〜dにより4ポート間のRFインピーダンス(Sパラメータ)および位相差を測定していたものが、2本のRFプローブRFプローブ410aおよび410bのみで同一の機能を達成することができる。このため、本実施の形態においては、実施の形態1に比較して、より簡単な構成のRFインピーダンス測定装置を提供することが出来る。また、RFプローブの数が少なくなることにより、RFインピーダンス測定装置そのものの操作も簡易化される。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係わるパッケージ基板のRFインピーダンス測定装置の概略構成図を図5に示す。
本発明の実施の形態3に係わるパッケージ基板のRFインピーダンス測定装置の概略構成図を図5に示す。
本実施の形態の基本的な構成、機能および動作原理は実施の形態2と同様である。但し、本実施の形態においては図6に見られるように、RFプローブ410aおよび410aの3軸方向に対する位置座標を正確に測定することのできるスケールを備えている。これにより、パッケージ基板上400の厚さ方向(Z方向)、および同一面内方向(XY平面)におけるポート間の距離を正確に測定することができ、位相補正を迅速かつ容易に行うことができる。
本実施の形態のRFインピーダンス測定装置は、2本のRFプローブ410a、410b、RFプローブ410a、410bを支持するための2本のRFプローブ支持機構450a、450b、および180度折り曲げ回転機構420を備えている。図5に示されるように、RFプローブ支持機構450aおよび450bは、X軸およびY軸方向に対してXY平面内を移動できる。X軸およびY軸方向にはスケール(X軸)470、およびスケール(Y軸)480が配設されており、RFプローブ支持機構450aおよび450b、つまりRFプローブ410aおよび410bの信号用プローブ415のXおよびY座標が迅速に求まる。また、RFプローブ支持機構450aおよび450bのそれぞれには、RFプローブ410aおよび410bのZ軸方向の位置座標を測定するためのスケール(Z軸)460aおよびスケール(Z軸)460bが配設されている。これにより、RFプローブ410aおよび410bの端子415のZ軸方向の位置座標が迅速に求まる。
次に、本実施の形態における動作原理について説明する。
まず,図5に示されるように測定対象となるパッケージ基板400が水平向きに設置されて、上記したようにRFプローブ410aおよび410bの信号用プローブ415がそれぞれ端子401a〜401dのいずれか1つに接触される。これにより、パッケージ基板400の表面に形成されている端子401a〜401dの任意の2ポート間におけるRFインピーダンス(Sパラメータ)の測定のセットアップが完了する。各RFプローブの信号用プローブには、図示せぬネットワークアナライザ等のRF測定器のポートが接続されており、実際のRFインピーダンス測定前にはRF測定器のポートにおいて初期校正がなされる。このとき、各ポートは同一基準面に設置されていると見なされており、実際の測定プローブが異なった基準面に接触されて測定が行われる場合には、端子間において位相差などの補正が必要となる。
RFプローブ410aおよび410bの信号用プローブ415がそれぞれ端子401a〜401dのいずれか1つに接触されてRF測定器における初期校正が終了すると、実際に選択された端子間でRFインピーダンス(Sパラメータ)の測定が開始される。本実施の形態においても便宜上、端子401aを「ポート1」、端子401bを「ポート2」、端子401cを「ポート3」、端子401dを「ポート4」とする。測定により、ポート間のRFインピーダンス(Sパラメータ)である、通過損失/通過利得(S12、S21等)、反射率(S11,S22等)が取得される。
パッケージ基板400のRFインピーダンス(Sパラメータ)測定時に、測定対象となるパッケージ基板400の端子401a(ポート1)〜端子401d(ポート4)のそれぞれの間の距離が求められる。
本実施の形態において、端子401a(ポート1)〜端子401d(ポート4)のそれぞれの間の距離は、測定対象となるポート上に信号用プローブ415が接触されて、このとき、スケール(X軸)470、スケール(Y軸)480、スケール(Z軸)460aおよびスケール(Z軸)460bにより測定対象となるポート間距離が計測される。そして、この計測された距離に基づいて測定対象となるポート間の測定周波数に対応する位相差が求められ、測定されたRFインピーダンス(Sパラメータ)に対する位相差の補正が行われる。
本実施の形態におけるスケール(X軸)470、スケール(Y軸)480、スケール(Z軸)460aおよびスケール(Z軸)460bは、図5に見られるように手動で移動されるように示されているが、このステージが電動モータなどを備えてコンピュータにより制御されても良い。この場合、正確かつ迅速にパッケージ基板400の端子401a(ポート1)〜端子401d(ポート4)に対して信号用プローブ415の位置合わせができる。また、位置合わせされた時点での測定対象ポート間の距離が自動的に測定されて、ポート間における測定されたRFインピーダンスに対する位相差の補正が迅速に行われる。また、本実施の形態においては、実施の形態2に基づいて2つのRFプローブを備えたRFインピーダンス測定装置の説明がなされたが、もちろん実施の形態1に示されている4つのRFプローブで構成される形態に対しても適応でき、RFプローブの数に制限されない形態をとる。さらに、本実施の形態においては、図示せぬネットワークアナライザ等のRF測定器と組み合わせられていることにより、RFインピーダンス測定システムとして、基板等に限定されない多様なRF機器のSパラメータ測定を高周波帯域に渡って高精度で実施することができる。
本実施の形態においては、実施の形態1および2の作用効果を持つと共に、RFプローブの位置を測定することのできる3軸方向のスケールを備えることにより、位相についての補正が極めて容易な操作により出来るようになる。これにより、装置の利便性がさらに増す。
101…基準面ずれ
102…RFプローブ1
102a…信号用プローブ
102b…GND用プローブ
103…RFプローブ2
103a…信号用プローブ
103b…GND用プローブ
105…パッケージ基板
110…実装基板
200、400…パッケージ基板
201a、401a…端子(ポート1)
201b、401b…端子(ポート2)
201c、401c…端子(ポート3)
201d、401d…端子(ポート4)
210a、410a、410b…RFプローブ
210a、210b、210c、210d、410a、410b…RFプローブ
215、415…信号用プローブ
220…90度折り曲げ回転機構
230、430…Bias−T
230a、430a…DC Supply端子
230b、430b…RF Source端子
240…RF校正基板
250…RF校正基板支持機構
450a、450b…RFプローブ支持機構
420…180度折り曲げ回転機構
460a…スケール(Z軸)
460b…スケール(Z軸)
470…スケール(X軸)
480…スケール(Y軸)
A1〜A6…回転軸
102…RFプローブ1
102a…信号用プローブ
102b…GND用プローブ
103…RFプローブ2
103a…信号用プローブ
103b…GND用プローブ
105…パッケージ基板
110…実装基板
200、400…パッケージ基板
201a、401a…端子(ポート1)
201b、401b…端子(ポート2)
201c、401c…端子(ポート3)
201d、401d…端子(ポート4)
210a、410a、410b…RFプローブ
210a、210b、210c、210d、410a、410b…RFプローブ
215、415…信号用プローブ
220…90度折り曲げ回転機構
230、430…Bias−T
230a、430a…DC Supply端子
230b、430b…RF Source端子
240…RF校正基板
250…RF校正基板支持機構
450a、450b…RFプローブ支持機構
420…180度折り曲げ回転機構
460a…スケール(Z軸)
460b…スケール(Z軸)
470…スケール(X軸)
480…スケール(Y軸)
A1〜A6…回転軸
Claims (10)
- パッケージ基板厚方向および同一面内方向の位相差を補正してパッケージ基板の表裏面上に形成された端子間のインピーダンスを測定するRFインピーダンス測定装置であって、
複数のRFプローブと、
複数の回転機構と
を具備し、
前記複数のRFプローブは前記複数の回転機構に1つずつ接続されて第1の回転位置で前記パッケージ基板の表裏面上に形成された前記端子間のインピーダンス値を測定し、
さらに、前記第1の回転位置および第2の回転位置で前記パッケージ基板の設置方向に対して垂直および水平に配置されたRF校正基板により前記パッケージ基板の基板厚方向および同一面内方向の前記端子間距離に対応する位相差を測定し、
前記位相差に基づいて前記インピーダンス値が校正される
RFインピーダンス測定装置。 - 請求項1に記載のRFインピーダンス測定装置において、
前記回転機構は90度の範囲内で回動自在である
RFインピーダンス測定装置。 - パッケージ基板厚方向および同一面内方向の位相差を補正してパッケージ基板の表裏面上に形成された端子間のインピーダンスを測定するRFインピーダンス測定装置であって、
複数のRFプローブと、
複数の回転機構と
を具備し、
前記複数のRFプローブは前記複数の回転機構に1つずつ接続されて第1の回転位置または第2の回転位置で前記パッケージ基板の表裏面上に形成された前記端子間のインピーダンス値を測定し、
さらに、前記第1の回転位置、前記第2の回転位置、第3の回転位置、または第4の回転位置で前記パッケージ基板の設置方向に対して垂直および水平に配置されたRF校正基板により前記パッケージ基板の基板厚方向および同一面内方向の前記端子間距離に対応する位相差を測定し、
前記位相差に基づいて前記インピーダンス値が校正される
RFインピーダンス測定装置。 - 請求項3に記載のRFインピーダンス測定装置において、
前記回転機構は180度の範囲内で回動自在である
RFインピーダンス測定装置。 - 請求項1から4までのいずれか一項に記載のRFインピーダンス測定装置において、
前記複数のRFプローブは3軸方向のスケール上に配置されて移動可能であり、前記3軸方向のスケールにより前記複数のRFプローブの間の前記パッケージ基板の基板厚方向および同一面内方向の前記端子間距離に対応するそれぞれの距離が測定される
RFインピーダンス測定装置。 - 請求項1から5までに記載のRFインピーダンス測定装置のうちいずれか1つと、
RFインピーダンスの校正および実測を行うRF測定器と
を具備するRFインピーダンス測定システム。 - パッケージ基板厚方向および同一面内方向の位相差を補正して前記パッケージ基板の表裏面上に形成された端子間のインピーダンスを測定するRFインピーダンス測定方法であって、
回転機構を備えた複数のRFプローブにより前記パッケージ基板の表裏面上に形成された前記端子間のインピーダンス値を測定するステップと、
前記回転機構を備えた複数のRFプローブにより前記パッケージ基板の基板厚方向および同一面内方向の前記RF信号線路間距離に対応するそれぞれの位相差を測定するステップと、
前記位相差に基づいて前記インピーダンス値を校正するステップと
を具備するRFインピーダンス測定方法。 - 請求項7に記載のRFインピーダンス測定方法において、
前記回転機構は90度の範囲内で回動自在である
RFインピーダンス測定方法。 - 請求項7に記載のRFインピーダンス測定方法において、
前記回転機構は180度の範囲内で回動自在である
RFインピーダンス測定方法。 - 請求項7から9までのいずれか一項に記載のRFインピーダンス測定方法において、
前記回転機構を備えた複数のRFプローブは3軸方向のスケール上に配置されて移動可能であり、
前記位相差を測定するステップの前に、
さらに、前記3軸方向のスケールにより前記回転機構を備えた複数のRFプローブの間の前記パッケージ基板の基板厚方向および同一面内方向の前記端子間距離を測定するステップを
具備するRFインピーダンス測定方法。
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