信號(hào)獲取探針的探查端頭的制作方法
【專利摘要】一種信號(hào)獲取探針的探查端頭。信號(hào)獲取探針的探查端頭具有與薄或厚膜處理相容的非導(dǎo)電襯底，該非導(dǎo)電襯底具有相對(duì)的水平表面和側(cè)表面，其中側(cè)表面的兩個(gè)會(huì)聚到某個(gè)點(diǎn)。等高的探查端頭觸部形成在非導(dǎo)電襯底上的會(huì)聚點(diǎn)處，其中探查端頭觸部具有第一和第二相交弓形表面。使用薄或厚膜處理將導(dǎo)電材料沉積在等高的探查端頭觸部上，用于提供到被測(cè)裝置上的測(cè)試點(diǎn)的電接觸。使用薄膜處理在非導(dǎo)電襯底上形成電阻元件，其電耦合到探查端頭觸部及非導(dǎo)電襯底上安裝的集成電路小片上形成的放大器的輸入端。放大器的輸出端耦合到第二非導(dǎo)電襯底上形成的傳輸結(jié)構(gòu)。
【專利說明】信號(hào)獲取探針的探查端頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一般來說，本發(fā)明涉及測(cè)量?jī)x表的信號(hào)獲取探針，并且更具體地涉及形成在非導(dǎo) 電襯底上的探查端頭。
【背景技術(shù)】
[0002]將信號(hào)獲取探針與諸如示波器、邏輯分析器、譜分析器等測(cè)量?jī)x表結(jié)合使用，從 而把從被測(cè)裝置(DUT)獲取的測(cè)試信號(hào)耦合到測(cè)量?jī)x表以便分析并顯示測(cè)試信號(hào)。信號(hào)獲 取探針具有由諸如銅、鈹銅、鋁、鋼、如鎳鈀合金的金屬合金等導(dǎo)電材料所形成的至少一個(gè) 導(dǎo)電探查端頭。探查端頭可形成為朝著某個(gè)點(diǎn)逐漸變細(xì)的錐形釘或銷。其它的端頭構(gòu)造包 括斜角、楔形等。
[0003]信號(hào)獲取探針具有帶導(dǎo)電空心管的探針頭，該空心管具有設(shè)置在其中的襯底。襯 底可由陶瓷或電路板材料等形成且襯底在其上具有無源和/或有源電路，從而防止載入測(cè) 試信號(hào)并且用于調(diào)節(jié)耦合到測(cè)量?jī)x表的信號(hào)?？招墓艿囊欢司哂性O(shè)置在其中的絕緣插頭， 其中從該插頭沿兩個(gè)方向軸向延伸的探查端頭。探查端頭延伸到空心體中的部分電連接到 襯底。可使用彈簧承載的電觸部、導(dǎo)電雜亂噪聲按鈕、引線鍵合、焊接等將探查端頭電耦合 到襯底。導(dǎo)電電纜附連到襯底，用于將經(jīng)過調(diào)節(jié)的電信號(hào)耦合到測(cè)量?jī)x表。使用金屬探查 端頭的測(cè)量探針的總帶寬因金屬探查端頭的電容和電感效應(yīng)而受到限制。
[0004]隨著測(cè)量帶寬增加，存在對(duì)于具有相等或更大帶寬的測(cè)量探針的相應(yīng)需求。設(shè)計(jì) 帶寬為5 GHz和更大的極寬帶寬測(cè)量探針中的主要困難在于探查端頭或多個(gè)端頭的電容和 電感的效應(yīng)。對(duì)這個(gè)問題的一種解決方案是將探查端頭與測(cè)量探針的探查頭中的有源電路 分離。美國(guó)專利6，704，670描述了一種寬帶有源探查系統(tǒng)，其中探針的探查端頭或者多個(gè) 端頭與探針放大器單元是可分離的。探針端頭單元經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)探針電纜連接到探針放 大器單元，用于傳送由探針單元所接收的信號(hào)。各種類型的探針端頭單元可連接到探針放 大器單元。探針端頭單元可包含范圍從導(dǎo)體跡線到各種電阻、電容和/或其它電子元件的 電路。這種探針設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它允許將實(shí)質(zhì)上更小的探針端頭單元而不是包含探 針放大器電路的較大測(cè)量探針放置到被測(cè)裝置上難以到達(dá)的觸部。
[0005]探針端頭單元可以是單端或差分的，并且包括具有可變間距的手持差分瀏覽器。 手持瀏覽器允許用戶手動(dòng)探查被測(cè)裝置上的各個(gè)點(diǎn)。探針端頭單元還可具有探針連接點(diǎn)， 用于將各種類型的探查端頭連接到探針端頭單元。通過焊接或壓縮端子連接將探查端頭固 定到探針端頭單元的探針連接點(diǎn)。各種類型的探查端頭可焊接到探針連接點(diǎn)，例如電阻器、 SMT采集卡、楔形探針端頭等。
[0006]美國(guó)專利7056134描述了在經(jīng)由同軸電纜附連到探針主體的探查端頭構(gòu)件上所 安裝的可附連/可拆卸探查端頭系統(tǒng)。可附連/可拆卸探查端頭系統(tǒng)具有接納各種類型的 探查端頭的探針端頭安裝構(gòu)件，例如從電阻元件和電阻器延伸的引線，其中引線附連到形 成為探查臂的柔性電路材料上設(shè)置的導(dǎo)電跡線。探針端頭安裝構(gòu)件具有附連臂，附連臂接 合探針端頭構(gòu)件，用于將探查端頭固定并且電連接到探針端頭構(gòu)件。[0007]上述探查端頭系統(tǒng)允許使用電阻器的引線將阻尼電阻器放置成緊密接近被測(cè)裝 置上的探針接觸點(diǎn)?？拷麯UT上的探針接觸點(diǎn)放置電阻元件降低了被測(cè)裝置在高頻率處的 負(fù)載，并且降低了金屬電阻器引線的電容效應(yīng)。使用上述探查系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)20Ghz的探 針帶寬。
[0008]存在對(duì)于具有越來越高帶寬的信號(hào)獲取探針的持續(xù)需求。這要求重新考慮信號(hào)獲 取探針與被測(cè)裝置上的測(cè)試點(diǎn)如何進(jìn)行電接觸。替換傳統(tǒng)金屬探查端頭——無論它是傳統(tǒng) 金屬端頭還是電阻器的引線——是將信號(hào)獲取探針帶寬增加到30GHz范圍內(nèi)的一種替代方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是一種具有與薄和厚膜處理相容的非導(dǎo)電襯底的信號(hào)獲取探針的探查端 頭。非導(dǎo)電襯底具有相對(duì)的水平表面和側(cè)表面，其中側(cè)表面的兩個(gè)會(huì)聚到某個(gè)點(diǎn)。會(huì)聚側(cè) 表面中的一個(gè)具有大體40度的角，而另一會(huì)聚側(cè)表面具有大體10度的角。等高的探查端 頭觸部在非導(dǎo)電襯底上的會(huì)聚點(diǎn)處形成，其中等高的探查端頭觸部具有第一和第二相交弓 形表面并且其上沉積了導(dǎo)電材料。
[0010]探查端頭具有通過薄或厚膜處理設(shè)置在非導(dǎo)電襯底的相對(duì)水平表面之一上的電 阻元件，其中電阻元件的一個(gè)端部電耦合到等高的探查端頭觸部上的導(dǎo)電材料。探查端頭 還具有設(shè)置在非導(dǎo)電襯底的相對(duì)水平表面之一上并且電耦合到電阻元件的另一端的放大 器，該放大器優(yōu)選為緩沖放大器形式。電阻元件通過引線鍵合電耦合到放大器。
[0011]沉積在等高探查端頭上的導(dǎo)電材料由粘合層形成，其中金、鉬-金合金等的層沉 積在粘合層上。粘合層優(yōu)選地為鈦-鶴合金。
[0012]具有等高的探查端頭觸部的非導(dǎo)電襯底優(yōu)選地固定到由諸如液晶聚合物等的絕 緣材料所形成的載體。第二非導(dǎo)電襯底固定到載體，其中第二非導(dǎo)電襯底具有在其上形成 的接地共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。第二非導(dǎo)電襯底可由諸如FR-4電路板材料之類的電路板材料來形 成。金鍵合線將放大器電耦合到接地共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)及其它新特征在結(jié)合所附權(quán)利要求書和附圖來閱讀時(shí)，從以 下詳細(xì)描述顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是按照本發(fā)明的信號(hào)獲取探針的探查端頭的透視圖。
[0015]圖2是按照本發(fā)明的信號(hào)獲取探針的探查端頭的側(cè)視圖。
[0016]圖3是按照本發(fā)明的信號(hào)獲取探針的支承和傳輸結(jié)構(gòu)的分解透視圖。
[0017]圖4是按照本發(fā)明的信號(hào)獲取探針的探查端頭的前部的詳細(xì)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]參照?qǐng)D1和圖2，示出了信號(hào)獲取探針的探查端頭10的相應(yīng)透視圖和側(cè)視圖。探查 端頭10具有由諸如熔凝石英、熔凝硅石、陶瓷材料等的剛性非導(dǎo)電材料所形成的襯底12， 其與要求300華氏度的標(biāo)稱處理溫度的薄膜處理相容。襯底具有頂面和底面14、16和側(cè)表 面18。襯底的標(biāo)稱寬度為0.044英寸、標(biāo)稱長(zhǎng)度為0.060英寸以及標(biāo)稱厚度為0.010英寸。側(cè)表面18之一具有成角度部分20，該成角度部分20具有40度的標(biāo)稱角。與成角度側(cè)表面 部分20相鄰的側(cè)表面18還具有角度部分22，該角度部分22具有10度的標(biāo)稱角。成角度 部分20和22會(huì)聚到其中形成探查端頭觸部24的某個(gè)點(diǎn)?？商娲?，襯底12還可與具有 850攝氏度的標(biāo)稱處理溫度的厚膜處理相容。
[0019]探查端頭觸部24具有等聞表面,其上沉積了導(dǎo)電材料。等聞表面具有標(biāo)稱半徑為
0.0020度的第一弓形表面26以及與第一弓形表面相交的標(biāo)稱半徑為0.0040度的第二弓形 表面28，從而形成大體上圓形的觸部。粘合層沉積在等高探查端頭觸部24上，其中導(dǎo)電材 料沉積在粘合層上。在優(yōu)選實(shí)施例中，粘合層是鈦-鎢合金，其上沉積了金導(dǎo)電層?？商娲?地，導(dǎo)電層可以是鉬-金合金或者具有相似性質(zhì)的其它類似材料。相交弓形表面26和28 產(chǎn)生大體上3維球形的探查端頭觸部24。
[0020]薄或厚膜電阻元件30沉積在非導(dǎo)電襯底12的頂面14上。使用薄或厚膜處理將 導(dǎo)電觸部32和34沉積在電阻元件30的任一端上。以其上沉積了金導(dǎo)電層的鈦-鎢合金 的粘合層形成電觸部32和34。電觸部32將等高的探查端頭觸部24電連接到電阻元件30 而電觸部34提供用于將電阻元件30引線鍵合到集成電路小片36的電接觸焊盤。使用諸 如環(huán)氧樹脂等的非導(dǎo)電粘合劑將集成電路小片36固定到非導(dǎo)電襯底12的頂面14。集成表 面小片36包括放大器電路和鍵合焊盤38和40。放大器電路優(yōu)選地為緩沖放大器。導(dǎo)線 42鍵合到鍵合焊盤38之一并鍵合到電觸部34，用于將電阻元件30電連接到集成電路小片 36上的放大器的輸入端。其它鍵合焊盤38稱合到集成電路小片36上的放大器的輸出端。
[0021]可替代地，可使用倒裝芯片技術(shù)將集成電路小片36固定到非導(dǎo)電襯底12的頂面
14。焊料焊盤在頂面14上形成，其中焊料焊盤之一經(jīng)由頂面14上沉積的導(dǎo)電跡線電耦合 到電阻元件30的電觸部34。集成電路小片36具有在其上形成的與頂面14上的焊料焊盤 對(duì)應(yīng)的焊球。與電耦合到電阻元件30的焊料焊盤對(duì)應(yīng)的焊球電耦合到放大器電路的輸入 端。集成電路小片36的焊球被設(shè)置到相應(yīng)的焊料焊盤，并且被加熱以將集成電路小片固定 到非導(dǎo)電襯底12的頂面14。
[0022]參照?qǐng)D3，其示出了信號(hào)獲取探針的探查端頭10的支承結(jié)構(gòu)的分解透視圖。支承 結(jié)構(gòu)具有大體三角形狀的載體50，其具有凸起基座區(qū)52和相鄰凹陷區(qū)54。載體50由可使 用注射成型過程形成的諸如液晶聚合物等的低介電、高強(qiáng)度非導(dǎo)電材料構(gòu)成。使用諸如環(huán) 氧樹脂等的非導(dǎo)電粘合劑將探查端頭10的非導(dǎo)電襯底12固定到基座區(qū)52。等高的探查端 頭觸部24延伸經(jīng)過基座52的前表面，從而準(zhǔn)許等高的探查端頭觸部24接合被測(cè)裝置上的 測(cè)試點(diǎn)?；?2的相對(duì)端具有過渡到凹陷區(qū)54的垂直壁56。由諸如FR-4電路板材料、陶 瓷材料等的非導(dǎo)電材料所形成的襯底58具有形狀與襯底58固定在其上的凹陷區(qū)54類似 的周邊。襯底58具有頂面和底面60、62以及與基座52的垂直壁56鄰接的前表面64。導(dǎo) 電層或襯底65作為接地層設(shè)置在襯底58的底面62上。襯底58的相對(duì)端具有形成在其中 的凹口，該凹口容納同軸信號(hào)連接器68。襯底58具有使頂面60升高的厚度以便該頂面60 與探查端頭10的非導(dǎo)電襯底12的頂面14共面。傳輸結(jié)構(gòu)70設(shè)置在襯底58的頂面60上。 傳輸結(jié)構(gòu)70優(yōu)選地是接地共面?zhèn)鬏斀Y(jié)構(gòu)，其具有電連接到同軸信號(hào)連接器68的中心信號(hào) 導(dǎo)體74的導(dǎo)電跡線72。接地平面76設(shè)置在導(dǎo)電跡線72的任一側(cè)附近以及任一側(cè)上。接 地平面76電連接到從同軸信號(hào)連接器68延伸的接片78。凹進(jìn)部分80形成在載體50中與 基座52相對(duì)的端部處，用于容納同軸信號(hào)連接器68的下部。使用例如聲波焊接、諸如環(huán)氧樹脂之類的粘合劑等眾所周知的附貼手段將頂蓋82固定到載體50。
[0023]圖4是探查端頭10的前部的詳細(xì)視圖。導(dǎo)線90從集成電路小片36的鍵合焊盤 38延伸到相應(yīng)導(dǎo)電跡線72以及傳輸結(jié)構(gòu)70的接地平面76。導(dǎo)線90引線鍵合到鍵合焊盤 38以及導(dǎo)電跡線72和接地平面76。導(dǎo)線(附圖中為了清楚起見而未示出)從集成電路小 片36的鍵合焊盤40延伸到襯底58上的導(dǎo)電跡線(附圖中為了清楚起見而未示出)，用于 向集成電路小片36提供電力和通信信號(hào)。在倒裝芯片的可替代實(shí)施例中，鍵合焊盤38和 40形成在集成電路小片36的外露表面上，并且經(jīng)由導(dǎo)線電耦合到導(dǎo)電跡線72、接地平面76 以及提供電力和通信信號(hào)的導(dǎo)電跡線。
[0024]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)清楚地知道，在不背離其基本原理的情況下可以對(duì)本發(fā)明 的上述實(shí)施例的細(xì)節(jié)進(jìn)行許多變更。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅由以下權(quán)利要求書來確定。
【權(quán)利要求】
1.一種信號(hào)獲取探針的探查端頭，包括:與薄和厚膜處理相容的非導(dǎo)電襯底，其具有相對(duì)的水平表面和側(cè)表面，所述側(cè)表 面中的兩個(gè)會(huì)聚到某個(gè)點(diǎn)；等高的探查端頭觸部，其形成在所述非導(dǎo)電襯底上的所述會(huì)聚點(diǎn)處，其中所述探 查端頭觸部具有第一和第二相交弓形表面；以及導(dǎo)電材料，其沉積在所述等高的探查端頭觸部上。
2.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，還包括電阻元件，所述電阻元件通 過薄和厚膜處理中的至少一個(gè)設(shè)置在所述非導(dǎo)電襯底的相對(duì)水平表面之一上，且所述電阻 元件具有電耦合到所述等高的探查端頭觸部上的所述導(dǎo)電材料的一個(gè)端部。
3.如權(quán)利要求2所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，還包括放大器，所述放大器設(shè)置在 所述非導(dǎo)電襯底的相對(duì)水平表面之一上并電耦合到所述電阻元件的另一端。
4.如權(quán)利要求3所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，其中，所述放大器是緩沖放大器。
5.如權(quán)利要求3所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，還包括將所述電阻元件的另一端電 耦合到所述放大器的引線鍵合。
6.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，其中，所述導(dǎo)電材料包括沉積在所 述等高的探查端頭觸部上的粘合層以及沉積在所述粘合層上的金層。
7.如權(quán)利要求6所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，其中，所述粘合層由鈦-鎢形成。
8.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，其中，所述導(dǎo)電材料包括沉積在所 述等高的探查端頭觸部上的粘合層以及沉積在所述粘合層上的鉬-金層。
9.如權(quán)利要求8所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，其中，所述粘合層由鈦-鎢形成。
10.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，其中，所述非導(dǎo)電襯底的所述會(huì)聚 側(cè)表面之一具有大體上40度的角。
11.如權(quán)利要求10所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，其中，所述非導(dǎo)電襯底的所述會(huì) 聚側(cè)表面的另一個(gè)具有大體上10度的角。
12.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，還包括在其上固定所述非導(dǎo)電襯 底的載體。
13.如權(quán)利要求12所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，還包括固定到所述載體的第二非 導(dǎo)電襯底。
14.如權(quán)利要求13所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，還包括在所述第二非導(dǎo)電襯底上 形成的接地共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求12所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，其中，所述第二非導(dǎo)電襯底由電 路板材料形成。
16.如權(quán)利要求14所述的信號(hào)獲取探針的探查端頭，還包括將所述放大器電耦合到所 述接地共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的金鍵合線。
【文檔編號(hào)】G01R1/067GK103575943SQ201210267429
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】J.E.斯皮納, R.R.林 申請(qǐng)人:特克特朗尼克公司