JP2017516084A - 接触アセンブリ、特にhf測定チップ - Google Patents

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Abstract

本発明は、導体構造(20)が配置されるキャリア(12)を備える接触アセンブリ(10、10′)、特にHF測定チップであって、導体構造(20)が、接触端(16)に、被検査デバイスの少なくとも1つの接触点と電気的に接触するためにキャリアから突出する少なくとも1つの接触要素(22)を有し、導体構造(20)が、少なくとも1つのインピーダンス変換器(24)を有する接触アセンブリにおいて、インピーダンス変換器(24)が、徐々に縮小又は拡大する断面を持つ導体セグメント(26、26′)を有する接触アセンブリに関する。

Description

本発明は、導体構造が配置されるキャリアを備える、電圧を取り出して伝達するための接触アセンブリ、特に高周波(HF)測定チップ又はHF測定プローブであって、導体構造が、接触端に、被検査デバイスの少なくとも1つの接触点と電気的に接触するためにキャリアの縁部を越えて突出する少なくとも1つの接触要素を有し、導体構造が、少なくとも1つのインピーダンス変換器又はインピーダンス変成器を有するものに関する。
測定チップの形態の従来型の接触アセンブリは、とりわけ特許文献1から及び特許文献2から知られる。例えばウェーハに配置される電子回路の形態の被検査デバイスの機能性及び電気特性を検査するために、突出する接触要素で検査される電子回路の対応する接触点に機械的に設置される測定チップが通常用いられる。そのような検査対象の電子回路はまた、高周波信号を生成又は処理し、その結果、測定チップはまた、対応する(波)インピーダンス又は特性インピーダンスを考慮に入れる必要がある。言い換えると、測定チップは、その接触端において、被検査デバイスの検査される電子回路に適合するインピーダンスを提示しなければならないが、それは、そうでなければ、不整合が生じた際に、一般に知られるように、測定結果に悪影響を与え又は測定を不可能にし得る反射が起こり得るからである。
しかし、例えば50Ωの所定のインピーダンスを持つ同軸ケーブル又は回路或いは所定のインピーダンスを持つ他の接続要素が、被検査デバイスから取得される信号又は電圧の更なる伝送のために、導体構造の接触端の反対側の導体構造の接続端に接続される場合、測定チップが不所望の反射なしで異なるインピーダンスで被検査デバイスを測定するために使用され得るように、インピーダンス変換器をキャリアの導体構造に組み込むことが必要であり得る。
RF変換器又は他の表面実装デバイス(SMD)のようなパッシブコンポーネントがそのようなインピーダンス変換器として用いられ得る。しかし、そのようなインピーダンス変換器は、限られた周波数範囲にわたるインピーダンス変換のためにのみ用いられ得る。被検査デバイスから発生して測定チップによって伝達されるHF信号がこの周波数帯域の外にある場合、インピーダンス変換器によって不所望の反射が生じる。
独国特許発明第19945178号明細書 国際公開第2006/066676号
上述の問題を考慮して、本発明の目的は、無反射で且つ広範な周波数帯域にわたり測定対象の信号を伝達し、使用において特に融通性のあるHF測定チップのような接触アセンブリを提供することである。
この課題は、本発明により、請求項1に記載の接触アセンブリによって解決される。本発明の有利な更なる展開は、従属請求項に記載される。
本発明に係る接触アセンブリのインピーダンス変換器は、徐々に縮小又は拡大する断面を持つ電気伝導体セグメントを有することに特徴がある。
本発明は、インピーダンス変換のためにバラン又は同等物のような複雑な電子コンポーネントが必ずしも必要とされないという知見に基づく。むしろ、インピーダンスを変換するためには、導体構造の接触端と接続端との間で徐々に変化する導体断面を持つ導体セグメントを用いれば十分である。この導体セグメントの長さ及び断面の変化は、導体構造の特性インピーダンスが所定値分変化するように設計される。導体断面の段階的な変化は一般に反射をもたらすため、本発明では、導体断面の変化は、好ましくは徐々に発生し、好ましくは5cm超、特に好ましくは10cm超、特に20cm以上の距離にわたり発生する。
好ましくは、導体構造は、少なくとも1つの信号導体又は電圧導体と少なくとも1つのグランド導体とを有し、それらはそれぞれ接触端から接続端に通り、それにより、取り出される信号の更なる伝送のためのプラグコネクタが導体構造の接続端に配置され得る。それにより、変化する断面を持つ導体セグメントは、好ましくは信号導体に組み込まれる。グランド導体は、信号導体と同様に、接触端で、被検査デバイスの少なくとも1つの接触点と電気的に接触するためにキャリアから突出する1つ以上の接触要素と接続され得る。
キャリアは、導体構造が配置される誘電体を有し得る。本発明の特に好ましい態様では、キャリアは、導体構造の一部が導体トレースとして施される回路基板の形態である。この場合、変化する断面を持つ導体セグメントは、減少又は増加する幅を持つ(実質的に二次元の、すなわち平面状の)導体トレースとして形成され得る。好ましくは、信号導体は、少なくとも部分的に導体トレースの形態であるが、グランド導体は、例えば金属のような導電材料の表面層として、回路基板の裏側に配置され得る。
導体トレースの一端での導体トレース幅と導体トレースの他端での導体トレース幅との比は、好ましくは2より大きく、特に好ましくは3より大きく、特に4以上である。この比は、達成されるべきインピーダンス変換に依存する。
単純な手段を用いて達成され得る導体構造の所定の入力及び/又は出力インピーダンスへの確実なインピーダンス変換は、インピーダンス変換器がクロプフェンシュタイン構造又は「クロプフェンシュタインテーパ」を提示することによって達成され得る。クロプフェンシュタインテーパを用いると、2つの異なる所定の特性インピーダンスレベルは、短距離にわたる縮小する断面を持つ導体セグメントを介して、同時に反射を極減しながら互いに連結される。クロプフェンシュタイン構造を用いると、特に広範なHF周波数帯域にわたる干渉する反射なしでのインピーダンス変換の達成が可能である。
導体セグメントが、少なくとも部分的に、接続端から接触端の方向に、湾曲して、特に曲がりくねった形態で通ることによって、特に小型であり経済的に製造される接触アセンブリが提供され得る。言い換えると、縮小する導体セグメントは、蛇行状の経路で通り、好ましくはいくつか、特に好ましくは5つ超、特に7つ以上の湾曲区分で通り、そこで導体セグメントの方向が約180°変化する。こうして、例えば30cm超の導体長さが、例えば10cm未満の長さを持つキャリアの領域に適用され得る。言い換えると、導体セグメントの長さと導体セグメントが配置されるキャリア区分の長手方向寸法との比は、3以上である。本発明に係る接触アセンブリは、蛇行状の導体セグメントが回路基板に導体トレースの形態で印刷又は他の方法で施されることによって、特に簡単な方式で製造され得る。
代替的に、縮小する導体セグメントはまた、線状の形態で、すなわち湾曲又は屈曲なしでキャリアに施され得る。しかし、比較的小型の接触アセンブリを達成するためには、導体セグメントが、好ましくは導体トレースの形態で、接触端から接続端に、キャリアの寸法の50%超、好ましくは80%超、特に全体にわたり延在すると有利であることが実証された。この寸法は有利には、6cm超且つ20cm未満、特に10cmから15cmの間であり得る。湾曲する導体セグメントとは異なり、線状の導体セグメントでは、個々の導体ループ間のクロストークの危険はない。
クロプフェンシュタインテーパを持つインピーダンス変換器は、約700MHzから約2.7GHzまで、好ましくは500MHzから3GHzまで、特に好ましくは400MHzから10GHzまで、特に300MHzから20GHzまでの、特に広範な周波数範囲にわたるインピーダンス変換のために構成され得るが、それにより、周波数範囲全体にわたる反射率Γは、0.2未満、特に0.1未満であることが分かった。
HFコンポーネント及びHFケーブル、特に同軸ケーブルの通常の入力インピーダンスを考慮して、インピーダンス変換器又は導体構造の入力インピーダンスと出力インピーダンスとの比が5:1、1:5、4:1、1:4、2:1又は1:2に設定されると実用的であることが実証された。導体構造の出力インピーダンスは、導体セグメントを含む信号導体とグランド導体との間の接続端での導体構造のインピーダンス(接続インピーダンス)を意味すると理解される。導体構造の入力インピーダンスは、導体セグメントと接続される接触要素とグランド導体と接続される接触要素との間の導体構造の接触側インピーダンスを意味すると理解され、それは、測定対象の被検査デバイスの波インピーダンスに適合する。
それにより、導体構造の接触側インピーダンスは好ましくは約10Ω又は約12.5Ωであり、及び/又は、導体構造の接続インピーダンスは約50Ωであり、或いは、その逆である。この場合、従来型の同軸ケーブルは接触アセンブリの接続端に接続され得る。
被検査デバイス又は接触要素の損傷の危険性なしに被検査デバイスの少なくとも1つの接触点との確実な接触を達成するために、少なくとも1つの接触要素が好ましくはばね付勢接触フィンガーであると実用的であることが実証された。好ましくは、グランド導体と接続されるグランド接触要素を含む全接触要素は、ばね付勢接触フィンガーとして設計される。
好ましくは、接触アセンブリは、キャリアから突出する2つ、3つ、4つ、5つ又はそれ以上、特に7つの接触要素を有し、それらのうちの少なくとも1つ、特に2つの接触要素は、好ましくは接触端から接続端に通る、キャリアに配置される少なくとも1つのグランド導体と接続される。
接触ばねの方式でキャリアの縁部を越えて突出するいくつかの接触要素は、共面配置であり得るが、その結果、それらは、被検査デバイスの共面接触点と接触するように設けられる。好ましくは、2つの外側の接触要素は、グランド導体と接続されるグランド要素であり、一方で、中間の接触要素は、縮小する導体セグメントを含む信号導体と接続される。接触要素間の間隔及び接触要素の長さは、被検査デバイスの波インピーダンスに整合する接触端で所定の波インピーダンスが生じるように設計される。
少なくとも1つのグランド導体は、導体セグメントを担持する表面と反対方向を向くキャリアの表面に配置され得る。これは、キャリアの裏側を覆う金属の被膜又は層の形態であり得る。代替的に又は付加的に、導体構造の信号導体のシールドが配設され得る。
接触アセンブリによってもたらされる信号反射を低減するために、キャリアから突出する接触要素がグランド導体及び導体セグメントと電気的に交互に接続されると実用的であることが実証された。そのような接触要素構造は、GSG構造(グランド−信号−グランド)と記述され得る。
上記説明のように、反射は、急激に変化する導体断面によってもたらされ得る。導体トレースと導体構造の接触端の狭い接触要素との間の移行部における断面又は導体幅の急激な変化は、互いに離間した2つ超、特に3つ以上の接触要素が導体トレースと電気的に接続されることによって低減され得る。言い換えると、導体トレースは、キャリアから突出する1つ超の接触要素と接続されることによって分岐され、それにより、グランド導体と接続されるグランド接触要素がいずれの場合にも個々の信号伝送接触要素間に配置され得る。こうして、導体トレースの幅は、接触端にて接触要素の先端まで事実上継続され得る。
グランド接触要素と信号伝送接触要素との交互配置が必要であり得るが、それは、この場合、低入力インピーダンスを維持しながら個々の接触要素間の間隔が増加され得るからである。例えば、1つのみの信号伝送接触要素と1つのみのグランド接触要素とが互いに隣接して存在する場合、これらの間の間隔は、低入力インピーダンスを維持するために1μm未満である必要があり得る。2つの接触要素間のそのような短い間隔は製造が困難であり、対応する接触要素は損傷を受けやすい。他方、3つ以上の信号伝送接触要素がグランド接触要素間でキャリアから突出する場合、隣接する接触要素間の間隔が10μm超でも十分であり得る。
好ましくは、2つの外側の接触要素は、グランド接触要素であり、好ましくは合計で4つ以上が配設される。他方、接触構造は好ましくは、2つのグランド接触要素間にそれぞれ突出する、導体トレースと接続される3つ以上の信号伝送接触要素を有する。
本発明に係る接触アセンブリのケーブル又は電子回路のような接続要素へのインピーダンス適合し且つ安定した結合を達成するために、導体構造は、プラグ導体、特に同軸プラグコネクタのような接続要素を接触端の反対側の接続端に有し得るが、それにより好ましくは、接触構造のグランド導体がプラグ導体の外側導体と接続され、及び/又は、接触構造の導体セグメントがプラグ導体の内側導体と接続される。
キャリアでの接触要素の配置に関しては、並びに、接続要素及び接触要素と接続要素との間の接続に関しては、その内容が参照によって本開示に包含される特許文献2が参照される。
以下において、本発明が図面を参照してより詳細に説明される。
HF信号の伝送のためのHF測定チップの形態の本発明に係る接触アセンブリの第1の実施形態の模式上面図である。 本発明に係る接触アセンブリの第2の実施形態の模式上面図である。
図1に示される、例えば半導体ウェーハ上の高周波回路を持つ被検査デバイスの測定のための測定チップの形態の、電気信号の伝送のための本発明に係る接触アセンブリの第1の実施形態10は、接続端14から始まって接触端16の方向に徐々に縮小する回路基板を持つキャリア12を備える。キャリア12には、接続端14から接触端16に通る導体構造20が配置される。
導体構造20は、少なくとも1つの信号導体及び少なくとも1つのグランド導体を有し、グランド導体は、キャリア12の不図示の裏側に配置され、一方で、信号導体を担持するキャリア12の表面は、表示の図において観察者に面する。代替的に又は付加的に、導体構造20はまた、いくつかの信号導体を有し得る。代替的に、信号導体及びグランド導体は、キャリア12の同じ表面に配置され得る。
接触フィンガー23の形態の合計3つのばね付勢接触要素22は、被検査デバイスの対応する間隔の接触点と接触するために、キャリア12の接触端16からキャリアの縁部を越えて突出する。図示の例では、中間の接触フィンガー23は信号導体と接続され、外側の2つの接触フィンガー23はグランド導体と接続される。外側の接触フィンガー23はグランド接触要素21でもある。接触要素の別の配置又は3つ超の接触フィンガーも想定可能である。
内側導体及び外側導体を持つプラグ導体40が、キャリア14の接続端14に配置される。同軸ケーブル又は相手側プラグコネクタが、接触要素22を介して取得されるHF信号の更なる伝送のためにプラグ導体40に差し込まれ得る。プラグ導体40の内側導体は、信号導体と電気的に接続され、従って中間の接触フィンガー23と接続され、一方で、プラグ導体40の外側導体は、グランド導体と電気的に接続され、従って2つのグランド接触要素21と接続される。
導体構造20は、インピーダンス変換器24を有し、インピーダンス変換器24は、接続端14から始まって接触端16の方向に徐々に拡大する断面を持つ電気伝導体セグメント26を有する。図示の実施形態において、この導体セグメント26は、キャリア12に施される、増加する幅を持つ導体トレース27の形態である。導体トレース27は、中間の接触フィンガー23とプラグ導体40の内側導体との間に通る信号導体の一部である。導体トレース26の幾何学的形状及び湾曲は、接続端14と接触端16との間のインピーダンス変換のためにクロプフェンシュタイン構造が作成されるように設計される。図示の例では、信号は、12.5Ωの波インピーダンスで接触フィンガー22を通して被検査デバイスから取得され、50Ωの波インピーダンスでプラグ導体40に接続される同軸ケーブルを介して無反射で伝達され得る。こうして、例示の接触アセンブリ10は全体として、インピーダンス変換がクロプフェンシュタイン構造によってなされるインピーダンス変換器を表す。
接触アセンブリ10は、反射が起こらない状態で約698MHzから約2.7GHzまでの周波数帯域にわたりHF信号を取得して伝達するように構成され、それにより、インピーダンスレベルは、導体構造20の接触端16での12.5Ωから導体構造20の接続端での50Ωまで引き上げられる。この例において、これは、1:4の変換比をもたらす。代替的に、インピーダンスレベルは、接触端16での10Ωから接続端での50Ωまで引き上げられ得るが、それは、1:5の変換比をもたらす。
導体トレース27がいくつかの湾曲を含む蛇行状の経路でプラグ導体40と接触フィンガー23との間に通ることによって、接触アセンブリ10のより小型の構造設計が可能である。接触要素22に面する導体トレース27の端部での導体トレース27の幅は、プラグ導体40に面する端部での導体トレース27の幅の約4倍の大きさである。しかし、導体トレース40の形状、長さ及び湾曲は、達成されるべきインピーダンス変換に応じて適切に調整され得る。接触要素22の間隔及び長さは、接触側インピーダンスが測定対象のコンポーネントのインピーダンスに整合するように設計される。
本発明によれば、インピーダンス変換は、SMDのような付加的なコンポーネントを必要とせずに、信号導体の導体トレース27の湾曲によってのみなされる。これは、周波数帯域がより広範であり、従って、本発明に係る接触アセンブリがLTEコンポーネントの検査にも使用され得るということを意味する。SMDコンポーネントの設置/組み込みも不要である。インピーダンス変換器の変換比は、個別に変えられ、例えば1:5、5:1、1:2、2:1、1:4、4:1等であり得る。
図2は、本発明に係る接触アセンブリの第2の実施形態10′を示す。この第2の実施形態では、導体トレース27′の形態の導体セグメント26′は、蛇行状の経路ではなく線状の経路で、接続端14から始まってキャリア12を介して接触端16に通る。接続端14の方向に縮小する導体トレース27′の長さに実質的に対応するキャリアの全体的な寸法は、約12cmである。導体セグメント26′の直線状の経路は、個々の導体ループ間のクロストークを防止する。
第1の実施形態とは異なり、導体構造20は、キャリア12の縁部を越えて突出する合計7つの接触要素22を有し、それらのうちの4つのグランド接触要素21はそれぞれキャリア12の裏側の(共通の)グランド導体と接続され、3つの信号伝送接触要素は導体トレース27′と接続される。それにより、グランド接触要素21と信号伝送接触要素とは交互になる。2つの外側の接触要素22は、グランド接触要素21である。代替的に、7つより多い又は少ない接触要素22も想定可能である。
導体セグメント26′と接続されるいくつかの接触要素への例示の分岐は、接触要素22と導体セグメント26′の(広い方の)端部との間の移行部における反射を極減する。こうして、個々の接触要素22間の間隔がまた、所望の接触側インピーダンスを維持しながら、増加され得る。本例では、2つの隣接する接触要素22間の間隔は10μm超であり、接触側インピーダンスは約10Ωである。接触要素間の間隔及び接触要素の個数は、所望のインピーダンス変換に応じて適切に調整され得る。
その他の点では、第2の実施形態に相応して適用される、図1に示される第1の実施形態に関する説明が参照される。
10、10′ 接触アセンブリ
12 キャリア/回路基板
14 接続端
16 接触端
20 導体構造
21 グランド接触要素
22 接触要素
23 ばね付勢接触フィンガー
24 インピーダンス変換器
26、26′ 導体セグメント
27、27′ 導体トレース
40 プラグ導体
本発明は、導体構造が配置されるキャリアを備える、電圧を取り出して伝達するための接触アセンブリ、特に高周波(HF)測定チップ又はHF測定プローブであって、導体構造が、接触端に、被検査デバイスの少なくとも1つの接触点と電気的に接触するためにキャリアの縁部を越えて突出する少なくとも1つの接触要素を有し、導体構造が、少なくとも1つのインピーダンス変換器又はインピーダンス変成器を有するものに関する。
測定チップの形態の従来型の接触アセンブリは、とりわけ特許文献1から及び特許文献2から知られる。例えばウェーハに配置される電子回路の形態の被検査デバイスの機能性及び電気特性を検査するために、突出する接触要素で検査される電子回路の対応する接触点に機械的に設置される測定チップが通常用いられる。そのような検査対象の電子回路はまた、高周波信号を生成又は処理し、その結果、測定チップはまた、対応する(波)インピーダンス又は特性インピーダンスを考慮に入れる必要がある。言い換えると、測定チップは、その接触端において、被検査デバイスの検査される電子回路に適合するインピーダンスを提示しなければならないが、それは、そうでなければ、不整合が生じた際に、一般に知られるように、測定結果に悪影響を与え又は測定を不可能にし得る反射が起こり得るからである。
しかし、例えば50Ωの所定のインピーダンスを持つ同軸ケーブル又は回路或いは所定のインピーダンスを持つ他の接続要素が、被検査デバイスから取得される信号又は電圧の更なる伝送のために、導体構造の接触端の反対側の導体構造の接続端に接続される場合、測定チップが不所望の反射なしで異なるインピーダンスで被検査デバイスを測定するために使用され得るように、インピーダンス変換器をキャリアの導体構造に組み込むことが必要であり得る。
RF変換器又は他の表面実装デバイス(SMD)のようなパッシブコンポーネントがそのようなインピーダンス変換器として用いられ得る。しかし、そのようなインピーダンス変換器は、限られた周波数範囲にわたるインピーダンス変換のためにのみ用いられ得る。被検査デバイスから発生して測定チップによって伝達されるHF信号がこの周波数帯域の外にある場合、インピーダンス変換器によって不所望の反射が生じる。
特許文献3は、ウェーハや同等物上の導体構造と接触するためのいくつかの測定プローブを用いる高周波測定のための測定装置を開示する。測定プローブは、自由浮動共面接触チップを備え、それらは、互いに固定の位置を有するように、少なくとも1つのキャリアによってそれらの接触端付近で固定される。特許文献3による測定装置はまた、インピーダンス変換器の形態に設計される、縮小又は拡大する断面を持つ導体セグメントを有する。
独国特許発明第19945178号明細書 国際公開第2006/066676号 国際公開第03/012461号
上述の問題を考慮して、本発明の目的は、無反射で且つ広範な周波数帯域にわたり測定対象の信号を伝達し、使用において特に融通性のあるHF測定チップのような接触アセンブリを提供することである。
この課題は、本発明により、請求項1に記載の接触アセンブリによって解決される。本発明の有利な更なる展開は、従属請求項に記載される。
本発明に係る接触アセンブリのインピーダンス変換器は、徐々に縮小又は拡大する断面を持つ電気伝導体セグメントを有することに特徴がある。
本発明は、インピーダンス変換のためにバラン又は同等物のような複雑な電子コンポーネントが必ずしも必要とされないという知見に基づく。むしろ、インピーダンスを変換するためには、導体構造の接触端と接続端との間で徐々に変化する導体断面を持つ導体セグメントを用いれば十分である。この導体セグメントの長さ及び断面の変化は、導体構造の特性インピーダンスが所定値分変化するように設計される。導体断面の段階的な変化は一般に反射をもたらすため、本発明では、導体断面の変化は、好ましくは徐々に発生し、好ましくは5cm超、特に好ましくは10cm超、特に20cm以上の距離にわたり発生する。
接触アセンブリは、キャリアから突出する5つの接触要素を有し、それらのうちの少なくとも2つの接触要素は、好ましくは接触端から接続端に通る、キャリアに配置される少なくとも1つのグランド導体と接続される。
上記説明のように、反射は、急激に変化する導体断面によってもたらされ得る。導体トレースと導体構造の接触端の狭い接触要素との間の移行部における断面又は導体幅の急激な変化は、互いに離間した5つの接触要素が導体トレースと電気的に接続されることによって低減され得る。言い換えると、導体トレースは、キャリアから突出する1つ超の接触要素と接続されることによって分岐され、それにより、グランド導体と接続されるグランド接触要素がいずれの場合にも個々の信号伝送接触要素間に配置され得る。こうして、導体トレースの幅は、接触端にて接触要素の先端まで事実上継続され得る。
この場合、グランド接触要素と信号伝送接触要素との交互配置は、低入力インピーダンスを維持しながら個々の接触要素間の間隔を増加させる。例えば、1つのみの信号伝送接触要素と1つのみのグランド接触要素とが互いに隣接して存在する場合、これらの間の間隔は、低入力インピーダンスを維持するために1μm未満である必要があり得る。2つの接触要素間のそのような短い間隔は製造が困難であり、対応する接触要素は損傷を受けやすい。他方、3つ以上の信号伝送接触要素がグランド接触要素間でキャリアから突出する場合、隣接する接触要素間の間隔が10μm超でも十分であり得る。
好ましくは、導体構造は、少なくとも1つの信号導体又は電圧導体と少なくとも1つのグランド導体とを有し、それらはそれぞれ接触端から接続端に通り、それにより、取り出される信号の更なる伝送のためのプラグコネクタが導体構造の接続端に配置され得る。それにより、変化する断面を持つ導体セグメントは、好ましくは信号導体に組み込まれる。グランド導体は、信号導体と同様に、接触端で、被検査デバイスの少なくとも1つの接触点と電気的に接触するためにキャリアから突出する1つ以上の接触要素と接続され得る。
キャリアは、導体構造が配置される誘電体を有し得る。本発明の特に好ましい態様では、キャリアは、導体構造の一部が導体トレースとして施される回路基板の形態である。この場合、変化する断面を持つ導体セグメントは、減少又は増加する幅を持つ(実質的に二次元の、すなわち平面状の)導体トレースとして形成され得る。好ましくは、信号導体は、少なくとも部分的に導体トレースの形態であるが、グランド導体は、例えば金属のような導電材料の表面層として、回路基板の裏側に配置され得る。
導体トレースの一端での導体トレース幅と導体トレースの他端での導体トレース幅との比は、好ましくは2より大きく、特に好ましくは3より大きく、特に4以上である。この比は、達成されるべきインピーダンス変換に依存する。
単純な手段を用いて達成され得る導体構造の所定の入力及び/又は出力インピーダンスへの確実なインピーダンス変換は、インピーダンス変換器がクロプフェンシュタイン構造又は「クロプフェンシュタインテーパ」を提示することによって達成され得る。クロプフェンシュタインテーパを用いると、2つの異なる所定の特性インピーダンスレベルは、短距離にわたる縮小する断面を持つ導体セグメントを介して、同時に反射を極減しながら互いに連結される。クロプフェンシュタイン構造を用いると、特に広範なHF周波数帯域にわたる干渉する反射なしでのインピーダンス変換の達成が可能である。
導体セグメントが、少なくとも部分的に、接続端から接触端の方向に、湾曲して、特に曲がりくねった形態で通ることによって、特に小型であり経済的に製造される接触アセンブリが提供され得る。言い換えると、縮小する導体セグメントは、蛇行状の経路で通り、好ましくはいくつか、特に好ましくは5つ超、特に7つ以上の湾曲区分で通り、そこで導体セグメントの方向が約180°変化する。こうして、例えば30cm超の導体長さが、例えば10cm未満の長さを持つキャリアの領域に適用され得る。言い換えると、導体セグメントの長さと導体セグメントが配置されるキャリア区分の長手方向寸法との比は、3以上である。本発明に係る接触アセンブリは、蛇行状の導体セグメントが回路基板に導体トレースの形態で印刷又は他の方法で施されることによって、特に簡単な方式で製造され得る。
代替的に、縮小する導体セグメントはまた、線状の形態で、すなわち湾曲又は屈曲なしでキャリアに施され得る。しかし、比較的小型の接触アセンブリを達成するためには、導体セグメントが、好ましくは導体トレースの形態で、接触端から接続端に、キャリアの寸法の50%超、好ましくは80%超、特に全体にわたり延在すると有利であることが実証された。この寸法は有利には、6cm超且つ20cm未満、特に10cmから15cmの間であり得る。湾曲する導体セグメントとは異なり、線状の導体セグメントでは、個々の導体ループ間のクロストークの危険はない。
クロプフェンシュタインテーパを持つインピーダンス変換器は、約700MHzから約2.7GHzまで、好ましくは500MHzから3GHzまで、特に好ましくは400MHzから10GHzまで、特に300MHzから20GHzまでの、特に広範な周波数範囲にわたるインピーダンス変換のために構成され得るが、それにより、周波数範囲全体にわたる反射率Γは、0.2未満、特に0.1未満であることが分かった。
HFコンポーネント及びHFケーブル、特に同軸ケーブルの通常の入力インピーダンスを考慮して、インピーダンス変換器又は導体構造の入力インピーダンスと出力インピーダンスとの比が5:1、1:5、4:1、1:4、2:1又は1:2に設定されると実用的であることが実証された。導体構造の出力インピーダンスは、導体セグメントを含む信号導体とグランド導体との間の接続端での導体構造のインピーダンス(接続インピーダンス)を意味すると理解される。導体構造の入力インピーダンスは、導体セグメントと接続される接触要素とグランド導体と接続される接触要素との間の導体構造の接触側インピーダンスを意味すると理解され、それは、測定対象の被検査デバイスの波インピーダンスに適合する。
それにより、導体構造の接触側インピーダンスは好ましくは約10Ω又は約12.5Ωであり、及び/又は、導体構造の接続インピーダンスは約50Ωであり、或いは、その逆である。この場合、従来型の同軸ケーブルは接触アセンブリの接続端に接続され得る。
被検査デバイス又は接触要素の損傷の危険性なしに被検査デバイスの少なくとも1つの接触点との確実な接触を達成するために、少なくとも1つの接触要素が好ましくはばね付勢接触フィンガーであると実用的であることが実証された。好ましくは、グランド導体と接続されるグランド接触要素を含む全接触要素は、ばね付勢接触フィンガーとして設計される。
接触ばねの方式でキャリアの縁部を越えて突出するいくつかの接触要素は、共面配置であり得るが、その結果、それらは、被検査デバイスの共面接触点と接触するように設けられる。好ましくは、2つの外側の接触要素は、グランド導体と接続されるグランド要素であり、一方で、中間の接触要素は、縮小する導体セグメントを含む信号導体と接続される。接触要素間の間隔及び接触要素の長さは、被検査デバイスの波インピーダンスに整合する接触端で所定の波インピーダンスが生じるように設計される。
少なくとも1つのグランド導体は、導体セグメントを担持する表面と反対方向を向くキャリアの表面に配置され得る。これは、キャリアの裏側を覆う金属の被膜又は層の形態であり得る。代替的に又は付加的に、導体構造の信号導体のシールドが配設され得る。
接触アセンブリによってもたらされる信号反射を低減するために、キャリアから突出する接触要素がグランド導体及び導体セグメントと電気的に交互に接続されると実用的であることが実証された。そのような接触要素構造は、GSG構造(グランド−信号−グランド)と記述され得る。
好ましくは、2つの外側の接触要素は、グランド接触要素であり、好ましくは合計で4つ以上が配設される。他方、接触構造は好ましくは、2つのグランド接触要素間にそれぞれ突出する、導体トレースと接続される3つ以上の信号伝送接触要素を有する。
本発明に係る接触アセンブリのケーブル又は電子回路のような接続要素へのインピーダンス適合し且つ安定した結合を達成するために、導体構造は、プラグ導体、特に同軸プラグコネクタのような接続要素を接触端の反対側の接続端に有し得るが、それにより好ましくは、接触構造のグランド導体がプラグ導体の外側導体と接続され、及び/又は、接触構造の導体セグメントがプラグ導体の内側導体と接続される。
キャリアでの接触要素の配置に関しては、並びに、接続要素及び接触要素と接続要素との間の接続に関しては、その内容が参照によって本開示に包含される特許文献2が参照される。
以下において、本発明が図面を参照してより詳細に説明される。
HF信号の伝送のためのHF測定チップの形態の本発明に係る接触アセンブリの第1の実施形態の模式上面図である。 本発明に係る接触アセンブリの第2の実施形態の模式上面図である。
図1に示される、例えば半導体ウェーハ上の高周波回路を持つ被検査デバイスの測定のための測定チップの形態の、電気信号の伝送のための本発明に係る接触アセンブリの第1の実施形態10は、接続端14から始まって接触端16の方向に徐々に縮小する回路基板を持つキャリア12を備える。キャリア12には、接続端14から接触端16に通る導体構造20が配置される。
導体構造20は、少なくとも1つの信号導体及び少なくとも1つのグランド導体を有し、グランド導体は、キャリア12の不図示の裏側に配置され、一方で、信号導体を担持するキャリア12の表面は、表示の図において観察者に面する。代替的に又は付加的に、導体構造20はまた、いくつかの信号導体を有し得る。代替的に、信号導体及びグランド導体は、キャリア12の同じ表面に配置され得る。
接触フィンガー23の形態の合計3つのばね付勢接触要素22は、被検査デバイスの対応する間隔の接触点と接触するために、キャリア12の接触端16からキャリアの縁部を越えて突出する。図示の例では、中間の接触フィンガー23は信号導体と接続され、外側の2つの接触フィンガー23はグランド導体と接続される。外側の接触フィンガー23はグランド接触要素21でもある。接触要素の別の配置又は3つ超の接触フィンガーも想定可能である。
内側導体及び外側導体を持つプラグ導体40が、キャリア14の接続端14に配置される。同軸ケーブル又は相手側プラグコネクタが、接触要素22を介して取得されるHF信号の更なる伝送のためにプラグ導体40に差し込まれ得る。プラグ導体40の内側導体は、信号導体と電気的に接続され、従って中間の接触フィンガー23と接続され、一方で、プラグ導体40の外側導体は、グランド導体と電気的に接続され、従って2つのグランド接触要素21と接続される。
導体構造20は、インピーダンス変換器24を有し、インピーダンス変換器24は、接続端14から始まって接触端16の方向に徐々に拡大する断面を持つ電気伝導体セグメント26を有する。図示の実施形態において、この導体セグメント26は、キャリア12に施される、増加する幅を持つ導体トレース27の形態である。導体トレース27は、中間の接触フィンガー23とプラグ導体40の内側導体との間に通る信号導体の一部である。導体トレース26の幾何学的形状及び湾曲は、接続端14と接触端16との間のインピーダンス変換のためにクロプフェンシュタイン構造が作成されるように設計される。図示の例では、信号は、12.5Ωの波インピーダンスで接触フィンガー22を通して被検査デバイスから取得され、50Ωの波インピーダンスでプラグ導体40に接続される同軸ケーブルを介して無反射で伝達され得る。こうして、例示の接触アセンブリ10は全体として、インピーダンス変換がクロプフェンシュタイン構造によってなされるインピーダンス変換器を表す。
接触アセンブリ10は、反射が起こらない状態で約698MHzから約2.7GHzまでの周波数帯域にわたりHF信号を取得して伝達するように構成され、それにより、インピーダンスレベルは、導体構造20の接触端16での12.5Ωから導体構造20の接続端での50Ωまで引き上げられる。この例において、これは、1:4の変換比をもたらす。代替的に、インピーダンスレベルは、接触端16での10Ωから接続端での50Ωまで引き上げられ得るが、それは、1:5の変換比をもたらす。
導体トレース27がいくつかの湾曲を含む蛇行状の経路でプラグ導体40と接触フィンガー23との間に通ることによって、接触アセンブリ10のより小型の構造設計が可能である。接触要素22に面する導体トレース27の端部での導体トレース27の幅は、プラグ導体40に面する端部での導体トレース27の幅の約4倍の大きさである。しかし、導体トレース40の形状、長さ及び湾曲は、達成されるべきインピーダンス変換に応じて適切に調整され得る。接触要素22の間隔及び長さは、接触側インピーダンスが測定対象のコンポーネントのインピーダンスに整合するように設計される。
本発明によれば、インピーダンス変換は、SMDのような付加的なコンポーネントを必要とせずに、信号導体の導体トレース27の湾曲によってのみなされる。これは、周波数帯域がより広範であり、従って、本発明に係る接触アセンブリがLTEコンポーネントの検査にも使用され得るということを意味する。SMDコンポーネントの設置/組み込みも不要である。インピーダンス変換器の変換比は、個別に変えられ、例えば1:5、5:1、1:2、2:1、1:4、4:1等であり得る。
図2は、本発明に係る接触アセンブリの第2の実施形態10′を示す。この第2の実施形態では、導体トレース27′の形態の導体セグメント26′は、蛇行状の経路ではなく線状の経路で、接続端14から始まってキャリア12を介して接触端16に通る。接続端14の方向に縮小する導体トレース27′の長さに実質的に対応するキャリアの全体的な寸法は、約12cmである。導体セグメント26′の直線状の経路は、個々の導体ループ間のクロストークを防止する。
第1の実施形態とは異なり、導体構造20は、キャリア12の縁部を越えて突出する合計7つの接触要素22を有し、それらのうちの4つのグランド接触要素21はそれぞれキャリア12の裏側の(共通の)グランド導体と接続され、3つの信号伝送接触要素は導体トレース27′と接続される。それにより、グランド接触要素21と信号伝送接触要素とは交互になる。2つの外側の接触要素22は、グランド接触要素21である。代替的に、7つより多い又は少ない接触要素22も想定可能である。
導体セグメント26′と接続されるいくつかの接触要素への例示の分岐は、接触要素22と導体セグメント26′の(広い方の)端部との間の移行部における反射を極減する。こうして、個々の接触要素22間の間隔がまた、所望の接触側インピーダンスを維持しながら、増加され得る。本例では、2つの隣接する接触要素22間の間隔は10μm超であり、接触側インピーダンスは約10Ωである。接触要素間の間隔及び接触要素の個数は、所望のインピーダンス変換に応じて適切に調整され得る。
その他の点では、第2の実施形態に相応して適用される、図1に示される第1の実施形態に関する説明が参照される。
10、10′ 接触アセンブリ
12 キャリア/回路基板
14 接続端
16 接触端
20 導体構造
21 グランド接触要素
22 接触要素
23 ばね付勢接触フィンガー
24 インピーダンス変換器
26、26′ 導体セグメント
27、27′ 導体トレース
40 プラグ導体

Claims (13)

  1. 導体構造(20)が配置されるキャリア(12)を備える接触アセンブリ(10、10′)、特にHF測定チップであって、前記導体構造(20)は、接触端(16)に、被検査デバイスの少なくとも1つの接触点と電気的に接触するために前記キャリアから突出する少なくとも1つの接触要素(22)を有し、前記導体構造(20)は、少なくとも1つのインピーダンス変換器(24)を有する接触アセンブリにおいて、
    前記インピーダンス変換器(24)は、徐々に縮小又は拡大する断面を持つ導体セグメント(26、26′)を有することを特徴とする接触アセンブリ。
  2. 請求項1に記載の接触アセンブリにおいて、前記導体セグメント(26、26′)は、誘電体、特に回路基板に施される、徐々に減少又は増加する幅を持つ導体トレース(27、27′)であることを特徴とする接触アセンブリ。
  3. 請求項1又は2に記載の接触アセンブリにおいて、前記インピーダンス変換器(24)は、クロプフェンシュタイン構造を備えることを特徴とする接触アセンブリ。
  4. 請求項1から3の少なくともいずれか一項に記載の接触アセンブリ(10)において、前記導体セグメント(26)は、少なくとも部分的に、湾曲して、特に曲がりくねった形態又は蛇行状の経路で通ることを特徴とする接触アセンブリ。
  5. 請求項1から3の少なくともいずれか一項に記載の接触アセンブリ(10′)において、前記導体セグメント(26′)は、実質的に線状の経路で通り、好ましくは前記キャリア(12)の寸法の50%超、特に80%以上にわたり延在することを特徴とする接触アセンブリ。
  6. 請求項1から5の少なくともいずれか一項に記載の接触アセンブリにおいて、前記インピーダンス変換器(24)は、約700MHzから約2.7GHzまで、好ましくは500MHzから3GHzまで、特に好ましくは400MHzから10GHzまで、特に300MHzから20GHzまでの周波数帯域にわたるインピーダンス変換のために構成されることを特徴とする接触アセンブリ。
  7. 請求項1から6の少なくともいずれか一項に記載の接触アセンブリにおいて、前記インピーダンス変換器(24)及び/又は前記導体構造(20)の入力インピーダンスと出力インピーダンスとの比が5:1、1:5、4:1、1:4、2:1又は1:2であることを特徴とする接触アセンブリ。
  8. 請求項6に記載の接触アセンブリにおいて、前記導体構造(20)の前記接触端での入力インピーダンスは約10Ω又は約12.5Ωであり、及び/又は、前記導体構造(20)の前記接触端の反対側の接続端(14)での出力インピーダンスは約50Ωであり、或いは、その逆であることを特徴とする接触アセンブリ。
  9. 請求項1から8の少なくともいずれか一項に記載の接触アセンブリにおいて、前記少なくとも1つの接触要素(22)は、好ましくはばね付勢接触フィンガー(23)であることを特徴とする接触アセンブリ。
  10. 請求項1から9の少なくともいずれか一項に記載の接触アセンブリにおいて、前記キャリア(12)から突出する2つ、3つ、4つ、5つ又はそれ以上、特に7つの接触要素(22)があり、それらのうちの少なくとも1つ、特に2つのグランド接触要素(21)が、好ましくは前記接触端(16)から始まって接続端(14)に通る、前記キャリア(12)に配置される少なくとも1つのグランド導体と接続されることを特徴とする接触アセンブリ。
  11. 請求項10に記載の接触アセンブリにおいて、前記少なくとも1つのグランド導体は、前記導体セグメント(26、26′)と反対の前記キャリア(12)の表面に形成されることを特徴とする接触アセンブリ。
  12. 請求項10又は11に記載の接触アセンブリにおいて、前記キャリア(12)から突出する前記接触要素(22)は、前記グランド導体及び前記導体セグメント(26、26′)と電気的に交互に接続されることを特徴とする接触アセンブリ。
  13. 請求項1から12の少なくともいずれか一項に記載の接触アセンブリにおいて、前記導体構造(20)は、プラグ導体(40)、特に同軸プラグコネクタのような接続要素を前記接触端(16)の反対側の接続端(14)に有し、好ましくは、前記接触構造(20)のグランド導体が前記プラグ導体(40)の外側導体と接続され、前記接触構造(20)の前記導体セグメント(26)が前記プラグ導体(40)の内側導体と電気的に接続されることを特徴とする接触アセンブリ。
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