CN115598390B - 一种多枝节同轴体宽带射频探针 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多枝节同轴体宽带射频探针，包括外壳、探针、垫片和多枝节同轴体，外壳内设有定型槽，用于固定多枝节同轴体、探针及垫片，探针为片状，并开设有用于调节阻抗匹配的开槽，探针一端与多枝节同轴体连接，另一端外露用于探测，垫片设于探针上用于固定探针。探针通过共面波导与多枝节同轴体相连，可以实现在0‑70Ghz的阻抗匹配（S11\S22）均低于‑20dB,传输损耗(S12\S21)均大于‑1dB，探针上开设有预定槽用于调节阻抗匹配，垫片不仅用于固定探针，还能够通过调节垫片的预定长度、预定宽度及预定厚度与探针配合降低电磁信号传输损耗，本发明具备良好的传输功能和探测功能，并且有效降低了传输过程中的损耗，结构简单，有效降低投资成本。
Description
技术领域
本发明涉及电磁波传输和电子检测技术领域，具体涉及一种多枝节同轴体宽带射频探针。
背景技术
随着科学技术的发展，半导体技术的日新月异，半导体行业在国家综合实力竞争以及居民日常生活中长久并且将持续占据重要地位，其中数码产品处理器芯片、射频器件芯片，是较为重要的产品。在芯片的生产制造环节中，通过射频探针进行晶圆在片测试、射频器件芯片测试，提取晶圆、射频器件的射频特性参数，来检测芯片质量，调试性能，是一个缩短研发生产周期，快速分析定位问题的重要环节。
完成晶圆级测试的射频探针的工作带宽，需要具有高精度，低损耗，高重复性。当前300Mhz~300Ghz频率范围内的射频探针，主要由德国GGB工业公司和美国Cascade公司为全球提供设计和生产。然而，由于缺少选择，其高昂的价格增加了企业生产成本；其产品在50~67Ghz范围，损耗并没有降低到极致。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种多枝节同轴体宽带射频探针，通过多枝节和特定位置开槽的结构，能有效降低传输损耗、节省成本。
一种多枝节同轴体宽带射频探针，包括外壳、探针、垫片和多枝节同轴体，所述外壳内设有定型槽，用于固定所述多枝节同轴体、探针及所述垫片，所述探针为片状，开设有用于调节阻抗匹配的开槽，所述探针一端与所述多枝节同轴体连接，另一端外露用于探测，所述垫片设于所述探针上用于固定所述探针。
进一步地，所述探针包含并排设置的三个探针片，中间为S信号线探针片，在S信号线探针片的两侧为G信号线探针片，所述G信号线探针片通过所述外壳接地，所述S信号线探针片与所述多枝节同轴体相连接用于传导电磁信号，所述S信号线探针片与两侧所述G信号线探针片之间间隔有预定距离，所述G信号线探针片的边分别为L19、L16、L18、L17、L9、L11、L12、L13、L14、L15、W16、W17、W9，所述L19为0.85mm、L16为3.38mm、L18为0.33mm、L17为1.86mm、L9为1.78mm、L11为0.4mm、L12为0.11mm±0.05mm、L13为0.38mm、L14为0.25mm±0.05mm、L15为0.75mm、W16为0.405mm、W17为0.12mm±0.02mm、W9为0.045mm±0.01mm；所述S信号线探针片的边分别为L16、W10、W13，所述L16为3.38mm、W10为0.14mm、W13为0.02mm；所述G信号线探针片与所述S信号线探针片的厚度h1为0.16mm。
进一步地，每个所述G信号线探针片分别具有G信号针尖部，所述S信号线探针片具有S信号针尖部，所述G信号针尖部所述S信号针尖部的上下两面分别在同一水平面。
进一步地，两个所述G信号针尖部具有最前端的G信号尖端面，所述S信号针尖部具有最前端的S信号线尖端面，所述G信号尖端面的中心与所述S信号线尖端面的中心距离W14为0.15mm。
进一步地，两个所述G信号线探针片尾部开设有切槽，两个所述G信号线探针片尾部面向所述S信号线探针片的端面开设有下沉槽，两个所述G信号线探针片对应在面向所述S信号线探针片的端面开设有槽口，所述槽口靠近于所述S信号线探针片的尾部，所述G信号片探针远离所述S信号线探针片端面边缘设有倾斜部，两个所述G信号线探针片探针形状大小及开设的各个槽均相同，且呈左右对称设于所述S信号线探针片两侧。
进一步地，所述槽口边为L14、W17，所述W17为0.12±0.02mm、L14为0.25±0.05mm，所述切槽呈锐角型，边为L11、L19，所述L11为0.4mm、L19为0.85mm，所述下沉槽边为L12、W9，所述L12为0.11±0.05mm、W9为0.045±0.01mm，所述槽口距离所述下沉槽0.38mm。
进一步地，所述垫片为方形垫片并具有两块，分别夹设于所述探针上下面两侧，所述垫片具有预定宽度、预定长度及预定厚度，所述垫片与所述槽口共同调整所述探针的阻抗匹配。
进一步地，所述垫片为聚四氟乙烯，所述垫片的介电常数为2.1，所述垫片边为W11、L10、h2，所述W11为1.80mm、L10为1.25mm、h2为1.1mm。
进一步地，所述多枝节同轴体具有四段采用渐缩式渐变结构的结合方式，所述多枝节同轴体具有输入端口，所述输入端口为直径1.85mm的输入端口，所述多枝节同轴体分为第一轴体、第二轴体、第三轴体和第四轴体，所述第一轴体、第二轴体、第三轴体和第四轴体长度分别为h6、h7、h8、h9，所述h6为4mm、h7为4.4mm、h8为4mm、h9为2.18mm。
进一步地，所述第三轴体与所述第四轴体连接处由一个聚四氟乙烯套筒固定，使所述多枝节同轴体始终保持在预定的位置。
上述多枝节同轴体宽带射频探针，将探针、垫片及多枝节同轴体设于外壳的定型槽内，所述探针通过共面波导与所述多枝节同轴体相连，可以实现在0-70Ghz的阻抗匹配（S11\S22）均低于-20dB,传输损耗(S12\S21)均大于-1dB，所述探针上开设有预定槽用于调节阻抗匹配，所述垫片不仅用于固定所述探针，还能够通过调节所述垫片的预定长度、预定宽度及预定厚度与所述探针配合降低电磁信号传输损耗，本发明具备良好的传输功能和探测功能，并且有效降低了传输过程中的损耗，结构简单，有效降低投资成本。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明一种多枝节同轴体宽带射频探针的结构示意图。
图2是本发明为去除外壳后的结构示意图。
图3是本发明去除外壳和垫片后的结构示意图。
图4是本发明多枝节同轴体宽带射频探针尺寸标注示意图。
图5是本发明多枝节同轴体宽带射频探针另一角度尺寸标注示意图。
图6是本发明多枝节同轴体宽带射频探针俯视尺寸标注示意图。
图7是本发明探针尺寸标注示意图。
图8是本发明多枝节同轴体L12尺寸对高频的影响。
图9是本发明多枝节同轴体R3尺寸对高频的影响。
图10是本发明多枝节同轴体R5尺寸对高频的影响。
图11是本发明S信号线探针片的参数随频率变化的情况。
其中，
100多枝节同轴体宽带射频探针；
20外壳；
30探针：31S信号线探针片、32G信号线探针片、33切槽、34槽口、35倾斜部、36下沉槽；
40垫片；
50多枝节同轴体：51输入端口、52套筒、53第一轴体、54第二轴体、55第三轴体、56第四轴体。
具体实施方式
需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。
请参阅图1、图2和图3，示出本发明的实施例提供的一种多枝节同轴体宽带射频探针100，包括外壳20、探针30、垫片40和多枝节同轴体50，所述外壳20内设有定型槽，用于固定所述多枝节同轴体50、探针30及所述垫片40，所述探针30为片状，开设有用于调节阻抗匹配的开槽，所述探针30一端与所述多枝节同轴体50连接，另一端外露用于探测，所述垫片40设于所述探针30上用于固定所述探针30。所述外壳20优选黄铜外壳,所述探针30优选为金属探针，所述探针30的工作频率范围为0-70Ghz,阻抗匹配＜-20dB，所述垫片40不仅用于固定所述探针30，还能够通过调节所述垫片40的预定长度、预定宽度及预定厚度与所述探针30配合降低电磁信号传输损耗。
优选地，参阅图3、图6和图7所示，所述探针30包含并排设置的三个探针30片，中间为S信号线探针片31，在S信号线探针片31的两侧为G信号线探针片32，所述G信号线探针片32通过所述外壳20接地，所述S信号线探针片31与所述多枝节同轴体50相连接用于传导电磁信号，所述S信号线探针片31与两侧所述G信号线探针片32之间间隔有预定距离，所述G信号线探针片32的边分别为L19、L16、L18、L17、L9、L11、L12、L13、L14、L15、W16、W17、W9，所述L19为0.85mm、L16为3.38mm、L18为0.33mm、L17为1.86mm、L9为1.78mm、L11为0.4mm、L12为0.11mm±0.05mm、L13为0.38mm、L14为0.25mm±0.05mm、L15为0.75mm、W16为0.405mm、W17为0.12mm±0.02mm、W9为0.045mm±0.01mm；所述S信号线探针片31的边分别为L16、W10、W13，所述L16为3.38mm、W10为0.14mm、W13为0.02mm；所述G信号线探针片32与所述S信号线探针片31的厚度h1为0.16mm。所述S信号线探针片31与两侧所述G信号线探针片32之间间隔有预定距离为0.085mm，通过调整所述S信号线金属探针片31与两片所述G信号线金属探针片32的距离及所述探针片的尺寸能够显著影响阻抗匹配，所述S信号线金属探针片31的宽度在影响50Ghz频率以上的阻抗匹配效果明显。
优选地，每个所述G信号线探针片32分别具有G信号针尖部，所述S信号线探针片31具有S信号针尖部，所述G信号针尖部和所述S信号针尖部的上下两面分别在同一水平面。所述G信号针尖部和所述S信号针尖部均用于接触测试Pad。
优选地，两个所述G信号针尖部具有最前端的G信号尖端面，所述S信号针尖部具有最前端的S信号线尖端面，所述G信号尖端面的中心与所述S信号线尖端面的中心距离W14为0.15mm。所述S信号线探针片31与被测传输线的接触距离影响着高频的阻抗匹配。
优选地，两个所述G信号线探针片32尾部开设有切槽33，两个所述G信号线探针片32尾部面向所述S信号线探针片31的端面开设有下沉槽36，两个所述G信号线探针片32对应在面向所述S信号线探针片31的端面开设有槽口34，所述槽口34靠近于所述S信号线探针片31的尾部，所述G信号片探针30远离所述S信号线探针片31端面边缘设有倾斜部35，两个所述G信号线探针片32形状大小及开设的各个槽均相同，且呈左右对称设于所述S信号线探针片31两侧。两侧所述下沉槽36位于所述G信号线探针片32的尾端可以调节其带宽及传输损耗，所述切槽33防止所述S信号线探针片31接地，所述槽口34与所述垫片40连接共同调整金属片状探针30的阻抗匹配。
优选地，所述槽口34边为L14、W17，所述W17为0.12±0.02mm、L14为0.25±0.05mm，所述切槽33呈锐角型，边为L11、L19，所述L11为0.4mm、L19为0.85mm，所述下沉槽36边为L12、W9，所述L12为0.11±0.05mm、W9为0.045±0.01mm，所述槽口34距离所述下沉槽360.38mm。所述预定尺寸的槽有效降低传输损耗。
优选地，参阅图2示出，所述垫片40为方形垫片并具有两块，分别夹设于所述探针30上下面两侧，所述垫片40具有预定宽度、预定长度及预定厚度，所述垫片40与所述槽口34共同调整所述探针30的阻抗匹配。通过调节所述垫片40厚度，可以调节传输损耗，通过调节固定垫片40长度与宽度，可以调节阻抗匹配。
优选地，参阅图7示出，所述垫片40为聚四氟乙烯，所述垫片40的介电常数为2.1，所述垫片40边为W11、L10、h2，所述W11为1.80mm、L10为1.25mm、h2为1.1mm。所述聚四氟乙烯垫片40可耐高温，所述探针30的传输损耗与所述垫片40材料的介电常数相关，采用介电常数为2.1能够有效降低传输损耗，结合聚四氟乙烯的预定长度、预定宽度及预定厚度能够更加有效降低传输损耗。
优选地，参阅图4、图5示出，所述多枝节同轴体50具有四段采用渐缩式渐变结构的结合方式，所述多枝节同轴体50具有输入端口51，所述输入端口51为直径1.85mm的输入端口51，所述多枝节同轴体50分为第一轴体53、第二轴体54、第三轴体55和第四轴体56，所述第一轴体53、第二轴体54、第三轴体55和第四轴体56长度分别为h6、h7、h8、h9，所述h6为4mm、h7为4.4mm、h8为4mm、h9为2.18mm。所述多枝节同轴体50半径均不相同，通过调节其每一节轴体的长度与轴芯半径，来调节其高频段的带宽，所述多枝节同轴体50相对于所述探针30倾斜放置，所述第四轴体56与所述S信号线探针片31形成150°夹角焊接固定。
优选地，参阅图2、图3示出，所述第三轴体55与所述第四轴体56连接处由一个聚四氟乙烯套筒52固定，使所述多枝节同轴体50始终保持在预定的位置。所述聚四氟乙烯套筒52能够有效调节阻抗匹配。
上述多枝节同轴体宽带射频探针100，将探针30、垫片40及多枝节同轴体50设于外壳20的定型槽内，两个G信号线探针片32尾部上分别开设有预定尺寸的切槽33不仅能够改善阻抗匹配还能够防止所述S信号线探针片31接地的功能，两个G信号线探针片32上开设的下沉槽36可以调节其带宽及传输损耗，所述垫片40不仅能够用于固定所述探针30，还能够通过调节所述垫片40的预定长度、预定宽度与所述G信号线探针片32中间段的槽口34配合调节阻抗匹配，通过调节所述垫片40预定厚度降低电磁信号传输损耗，所述S信号线探针片31与两侧所述G信号线探针片32之间间隔有预定距离能够显著影响阻抗匹配；多枝节同轴体50具有四段采用渐缩式渐变结构的结合方式，通过调节其每一节轴体的长度与轴芯半径，来调节其高频段的带宽，所述本发明所述S信号线探针片31通过共面波导与所述多枝节同轴体50固定相连，可以实现在0-70Ghz的阻抗匹配（S11\S22）均低于-20dB,传输损耗(S12\S21)均大于-1dB，具备良好的传输功能和探测功能，并且有效降低了传输过程中的损耗，结构简单，有效降低投资成本。
结合实验对以上的多枝节同轴体宽带射频探针100的阻抗匹配与传输损耗做进一步说明：
多枝节同轴体宽带射频探针的具体尺寸如下表。
单位：毫米（mm）
参照图4、5、6、7、8、9、10、11所示，示出所述多枝节同轴体宽带射频探针100及探针30、垫片40的尺寸对HFSS仿真软件测得的S参数曲线，从图中可以看出该宽带毫米波射频探针30的工作范围频段（S11\S22＜-10dB）为0Ghz-69.91Ghz，通带内平均插入损耗(|S21|\|S12|)为0.6dB左右。从图中可以看出，综合L12减小、R3增大、R5增大等主要参数带来的影响，得出图11最终的性能曲线图。
由以上试验结果可知，本发明所提出的宽带射频探针30将芯片测试频段拓宽到了0Ghz-69.91Ghz，性能优越。
以上内容是结合具体的可选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多枝节同轴体宽带射频探针，其特征在于，包括外壳、探针、垫片和多枝节同轴体，所述外壳内设有定型槽，用于固定所述多枝节同轴体、探针及所述垫片，所述探针为片状，所述探针开设有用于调节阻抗匹配的开槽，所述探针一端与所述多枝节同轴体连接，另一端外露用于探测，所述垫片设于所述探针上用于固定所述探针，所述多枝节同轴体具有四段采用渐缩式渐变结构结合的轴体。
2.如权利要求1所述的多枝节同轴体宽带射频探针，其特征在于，所述探针包含并排设置的三个探针片，中间为S信号线探针片，在S信号线探针片的两侧为G信号线探针片，所述G信号线探针片通过所述外壳接地，所述S信号线探针片与所述多枝节同轴体相连接用于传导电磁信号，所述S信号线探针片与两侧所述G信号线探针片之间间隔有预定距离，所述G信号线探针片的边分别为L19、L16、L18、L17、L9、L11、L12、L13、L14、L15、W16、W17、W9，所述L19为0.85mm、L16为3.38mm、L18为0.33mm、L17为1.86mm、L9为1.78mm、L11为0.4mm、L12为0.11mm±0.05mm、L13为0.38mm、L14为0.25mm±0.05mm、L15为0.75mm、W16为0.405mm、W17为0.12mm±0.02mm、W9为0.045mm±0.01mm；所述S信号线探针片的边分别为L16、W10、W13，所述L16为3.38mm、W10为0.14mm、W13为0.02mm；所述G信号线探针片与所述S信号线探针片的厚度h1为0.16mm。
3.如权利要求2所述的多枝节同轴体宽带射频探针，其特征在于，每个所述G信号线探针片分别具有G信号针尖部，所述S信号线探针片具有S信号针尖部，所述G信号针尖部所述S信号针尖部的上下两面分别在同一水平面。
4.如权利要求3所述的多枝节同轴体宽带射频探针，其特征在于，两个所述G信号针尖部具有最前端的G信号尖端面，所述S信号针尖部具有最前端的S信号线尖端面，所述G信号尖端面的中心与所述S信号线尖端面的中心距离W14为0.15mm。
5.如权利要求4所述的多枝节同轴体宽带射频探针，其特征在于，两个所述G信号线探针片尾部开设有切槽，两个所述G信号线探针片尾部面向所述S信号线探针片的端面开设有下沉槽，两个所述G信号线探针片对应在面向所述S信号线探针片的端面开设有槽口，所述槽口靠近于所述S信号线探针片的尾部，所述G信号片探针远离所述S信号线探针片端面边缘设有倾斜部，两个所述G信号线探针片形状大小及开设的各个槽均相同，且呈左右对称设于所述S信号线探针片两侧。
6.如权利要求5所述的多枝节同轴体宽带射频探针，其特征在于，所述槽口边为L14、W17，所述W17为0.12±0.02mm、L14为0.25±0.05mm，所述切槽呈锐角型，边为L11、L19，所述L11为0.4mm、L19为0.85mm，所述下沉槽边为L12、W9，所述L12为0.11±0.05mm、W9为0.045±0.01mm，所述槽口距离所述下沉槽0.38mm。
7.如权利要求6所述的多枝节同轴体宽带射频探针，其特征在于，所述垫片为方形垫片并具有两块，分别夹设于所述探针上下面两侧，所述垫片具有预定宽度、预定长度及预定厚度，所述垫片与所述槽口共同调整所述探针的阻抗匹配。
8.如权利要求7所述的多枝节同轴体宽带射频探针，其特征在于，所述垫片为聚四氟乙烯，所述垫片的介电常数为2.1，所述垫片边为W11、L10、h2，所述W11为1.80mm、L10为1.25mm、h2为1.1mm。
9.如权利要求8所述的多枝节同轴体宽带射频探针，其特征在于，所述多枝节同轴体具有四段采用渐缩式渐变结构的结合方式，所述多枝节同轴体具有输入端口，所述输入端口为直径1.85mm的输入端口，所述多枝节同轴体分为第一轴体、第二轴体、第三轴体和第四轴体，所述第一轴体、第二轴体、第三轴体和第四轴体长度分别为h6、h7、h8、h9，所述h6为4mm、h7为4.4mm、h8为4mm、h9为2.18mm。
10.如权利要求9所述的多枝节同轴体宽带射频探针，其特征在于，所述第三轴体与所述第四轴体连接处由一个聚四氟乙烯套筒固定，使所述多枝节同轴体始终保持在预定的位置。
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