ピッチ図 2 ソケットコネクタ中心導体用プローブグランド用プローブソケットにおけるプローブの配置約 2mm,Probe A 及びBのピッチが.25,.3mmなので, プレート及びタブ端子を介して, ソケット内に配置されたプローブと接続できるようにしたプレートとタブ端子で構成される同軸構造の

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えみさんきち
5 years ago
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1 論文長野県工技センター研報 No.6, p.p32p36 ( 極微小径スプリングテストプローブの高周波特性評価技術の開発 * 工藤賢一 ** 蜜澤雅之 ** 小池博幸 *** Development of High Frequency Characterization Technology for pring Test Probe Kenichi KUDO, Masayuki MITUZAWA and Hiroyuki KOIKE φ.2 及び.25mmの極微小径スプリングテストプローブについて, 中心導体として1 個, その周囲にグランドとして4 個のプローブを配置したソケットと, 同軸コネクタ測定冶具を用いて,2GHzまでのパラメータをベクトルネットワークアナライザで測定したその際, あらかじめ三次元電磁界シミュレータにより冶具の特性を求めて, この冶具の特性を測定値全体から取り除く ( ディエンベディング ) 方法を検討したディエンベディングした値は, ほぼ予想された特性を示し, また計算値とのもdB 以下程度で一致し, 本方法の有効性が確認できたキーワード : スプリングテストプローブ, パラメータ, ディエンベディング, ベクトルネットワークアナライザ, 三次元電磁界シミュレータ 1 緒言近年, 電子情報通信機器の高速化, 大容量化のニーズに伴い, 半導体デバイスの高周波化, 高集積化, 微細化は著しい進展を見せているこうした中, 実装技術において, ウエハレベル CP(Chip ize Package) などバンプを有するパッケージが主流となり, バンプのピッチや大きさが極めて小さくなっているそのため, デバイス試験においても, バンプとの電気的接続を行うスプリングテストプローブ ( 以下, プローブと呼ぶ ) は, 小型化狭ピッチ化が要求されると同時に, その高周波特性も極めて重要になっているこのようなプローブの高周波特性の評価方法としては, 既に多くの種類が示されているが, いずれも, プローブを平板の樹脂にマトリックス状に配置した, いわゆるソケットとしての高周波特性 ( パラメータ ) を評価している 1), 2) これらの方法は, ソケットとプリント基板や同軸コネクタ等を用いた測定冶具を接続し, ベクトルネットワークアナライザ (VNA) によりパラメータを得ているしかしながら, 得られた値には測定冶具の特性が誤として含まれているが, その影響や補正方法については十分に議論されていない本報では, 直径が異なる 2 種類の極微小径プローブ (φ.2 及び.25mm, 以下 Probe A 及び Probe B と呼ぶ ) につ * 受託研究 ** 電子部 *** ( 株 ) みくに工業プランジャバレルプランジャ φa φb ( スプリングコイル ) L 図 1 プローブとその構成部品表 1 Probe A 及びBの寸法 ( 単位 :mm) プローブ φa φb L ピッチ Probe A Probe B いて, ソケットと同軸コネクタで接続する測定冶具を用いて,VNAにより高周波特性を評価したあらかじめ三次元電磁界シミュレータにより測定冶具の特性を求めて, この冶具の特性を測定値全体からディエンベディングする方法を検討した本方法によりソケットのみのパラメータを求め, 三次元電磁界シミュレータによる計算値と比較しながら, 本方法の有効性について調べた 2 測定冶具の概要とディエンベディング法 2.1 プローブ及びソケット, 測定冶具図 1に示すように, プローブは,2つのプランジャ及びスプリングコイル, バレルにより構成される評価し P 32

ピッチ図 2 ソケットコネクタ中心導体用プローブグランド用プローブソケットにおけるプローブの配置約 2mm,Probe A 及びBのピッチが.25,.3mmなので, プレート及びタブ端子を介して, ソケット内に配置されたプローブと接続できるようにしたプレートとタブ端子で構成される同軸構造の特性インピーダンスは, 約 5 Ωとした 2.

2 ピッチ図 2 ソケットコネクタ中心導体用プローブグランド用プローブソケットにおけるプローブの配置約 2mm,Probe A 及びBのピッチが.25,.3mmなので, プレート及びタブ端子を介して, ソケット内に配置されたプローブと接続できるようにしたプレートとタブ端子で構成される同軸構造の特性インピーダンスは, 約 5 Ωとした 2.2 ディエンベディング法ソケットと2つの測定治具を組み合わせた場合の信号フローグラフを, 図 4に示す校正面はVNA 側の同軸コネクタなので, 測定される全体のパラメータ ( meas ) は, ソケットのパラメータ ( DUT ) と, その両側に測定治具のパラメータ ( fixa, fixb ) を接続したものとなるここで, 行列を直接かけ合わせる場合には, 式 (1) によりパラメータをTパラメータに変換した方が, 演算を簡単にできる 3) プレート図 3 ソケットと測定冶具の概観 æ T è T T T 12 ö ø = æ è 12 1 ö ø (1) た2 種類プローブの各部の寸法は, 表 1のとおりであるプランジャはベリリウム銅, スプリングはピアノ線, バレルはリン青銅で, これらはすべて下地がニッケルの金メッキ処理が施されている接触子となるプランジャの先端が測定対象の電極に押し当てられたときに, スプリングコイルの弾性によってプランジャを適切な接触圧力で電極に接触させることができるなお,Probe A 及びB がソケット内で収縮した場合の全長は, それぞれ5.1mm, 5.5mmとしたソケットは, 住友化学製の樹脂 ( スミカスーパー 1, 比誘電率 3.44, 誘電正接.151) を用いた図 2に示すとおり,Probe A 及びBをそれぞれ.25mm,.3mmピッチで, 中心導体として1 個, その周囲にグランドとして 4 個を配置して, 擬似的な同軸構造の伝送線路とした図 3に, ソケットと2つの測定冶具を接続した場合の概観を示す測定冶具は,MA 同軸コネクタ ( ワカ製作所製 ) 及びプレート ( 厚さ :.5mm), タブ端子により構成される同軸コネクタの中心導体とグランド間隔が全体の測定値及びソケット,2つの測定治具のTパラメータを,T meas 及びT DUT,T fixa,t fixb とすると, 式 (2) のとおり表せる [ T ] = [ T ] [ T ] [ T ] meas fixa DUT 式 (2) の左側から [T fixa ] 1, 右側から [T fixb ] 1 をかけると, のとおり, ソケットのみのTパラメータ, すなわちパラメータが得られるなお, これら複素数要素の行列式の演算には, 高周波回路シミュレータAgilent AD 29 Update 1を用いた 3 実験方法 VNAはAgilent 851Cを用いて,3.5mm 同軸コネクタ面でOL(OpenhortLoad) 校正したソケットと2つの測定冶具を組み合わせた状態で,.5~2.5GHzにおけるパラメータを測定した次に, ソケットを取り除き, 2つの測定冶具のみを重ね合わせて, 同様にパラメー fixb 1 1 [ T ] [ T ] [ T ] = [ T ] fixa meas fixb DUT (2) (3) 校正面校正面ポート 1 測定冶具 A ソケット測定冶具 B ポート 2 fixa DUT fixb fixa fixa DUT DUT fixb fixb fixa12 DUT fixb12 図 4 ソケットと 2 つの測定治具を組み合わせた場合の信号フローグラフ P 33

3 . db(p25_eg1_nosoket..(1,1)) db((1,1)) db(p25_eg1_nosoket..(2,1)) db((2,1)) (1) パラメータパラメータ (2) 図 5 測定冶具のみを重ね合わせ場合の測定値と計算値の比較 (Probe A). db(p3_ef1_nosoket..(1,1)) db((1,1)) db(p3_ef1_nosoket..(2,1)) db((2,1)) (1) パラメータパラメータ (2) 図 6 測定冶具のみを重ね合わせ場合の測定値と計算値の比較 (Probe B) タを測定した三次元電磁界シミュレータは,ANY HF 12.を用いた測定冶具を重ね合わせた場合のパラメータを, 実測値と一致するように各部の寸法や物性値を調整してモデル化を行った次に, この重ね合わせた場合のモデルを基にして, 同様に片側だけの測定冶具のパラメータを, 電磁界シミュレータを用いて算出したまた, ソケットのみの場合も算出して,VNA による測定値やディエンベディング法により演算した値と比較したなお, プローブ及びソケットの高周波特性に方向性はないと考えられるので,パラメータは及びのみに注目し議論する 4 結果及び考察 4.1 測定冶具のモデル化図 5に,Probe Aの測定冶具のみを重ね合わせ場合について,VNAによるパラメータ測定値と, 三次元電磁界シミュレータによる計算値を比較した結果を示す測定値のは最大で6dBで, は最小で1.5dBであったまた, 測定値と計算値とのは,17GHzまではdB 以下であり, ほぼ同様の特性を示した図 6に,Probe Bの測定冶具の結果を示す測定値は,Probe Aと同様の特性を示したしかし, 測定値と計算値とのは, 特にでは 7GHz 以上になると,dBを超えてしまった Probe A 及びB 共に, 周波数が高くなるにつれて, 測定値と計算値とのが大きくなる傾向となったコネクタとプレート間等の接合部の僅かな隙間によるインダクタンスの発生や, これら部品の表面粗さのよる実効的な導電率の変化, 等々が要因と考えられる 4.2 ソケットと測定冶具を組み合わせた場合のパラメータ図 7(1) に,Probe Aのソケットと2つの測定冶具を組み合わせた場合について,パラメータの測定値を示すは6~8GHzで最大となり,17GHz 近傍に大きなディップが見られた Time Domain 解析の結果から, ソケット部の特性インピーダンスが約 3Ωであることが分かったよって, このディップは, ソケット部のインピーダンス不整合による共振と考えられるただし, には, P 34

4 db((1,1)) 1.5 db((2,1)) db((1,1)) 1.5 db((2,1)) db(p25_d3_soket3_sim_3ghz..(1,1)) db(sp1(1,1)) db(d3_soket3..(1,1)sp1(1,1)) db(p25_d3_soket3_sim_3ghz..(2,1)) db(sp1(2,1)) (1) パラメータパラメータ (2) 図 8 ソケットのみの測定値と計算値の比較 (Probe A) (1)Probe A Probe B (2) 図 7 ソケットと測定冶具を組み合わせた場合の測定値 db(d3_soket3..(2,1)sp1(2,1)) 測定冶具の線路長による位相回転や反射も含まれているので, 共振周波数はソケットの線路長のみには依存しないには, 主にソケットのインピーダンス不整合の影響と考えられるリップルが見られた図 7(2) に,Probe B のソケットと測定冶具を組み合わせた場合について, パラメータの測定結果を示す Probe A とほぼ同様な特性を示したが,Probe B の方がの最大値が大きく, も大きなリップルが生じた Time Domain 解析の結果から, ソケット部の特性インピーダンスが Probe A の約 3Ω に対して,Probe B が約 26Ω となり, インピーダンスがより低いためであるまた,14~16GHz の間に小さなディップが見られたシミュレータによる解析の結果, この周波数において, ソケット部の中心導体とグランドとの電界の結合に特異な偏りが見られ, 高次モードの発生と思われる 4.3 ディエンベディング法によるソケットのパラメータ図 8 及び 9 に,Probe A 及び B のソケットについて, ディエンベディング法によるパラメータ測定値と, シミュレータによる計算値を比較した結果を示すただし, 計算値については,~3GHzまでのデータを示す Probe Aのソケットは, 図 7(1) に示した測定冶具と組み合わせた場合とは異なり, は16GHz 近傍に大きなディップは見られなかったこれは, ディエンベディングによって測定冶具の線路長の位相回転がなくなったため, ソケット部のインピーダンス不整合による共振が, 高周波側へ移動したためであるまた, シミュレータによる計算値の共振周波数は25GHz 近傍であるが, 半波長の共振としてソケットの長さ (5.1mm) とその比誘電率 (3.44) から計算された16GHzよりも, 高い周波数となったソケットとプローブとの間に約.15mm 程度の隙間があり, 実効的な比誘電率が低下したためであるまた, 共振が高周波数側へ移動したため, もリップルの間隔が広くなった測定値と計算値とのは,2GHzまでほぼdB 以下であった一方,Probe Bのソケットも,Probe Aと同様に, ソケット部のインピーダンス不整合による共振が, 高周波側へ移動した Probe Aとほぼ同様な特性を示したが,Probe P 35

5 db(p3_d4_soket3_sim_3ghz..(1,1)) db(sp1(1,1)) db(p3_d4_soket3_sim_3ghz..(2,1)) db(sp1(2,1)) (1) パラメータパラメータ (2) 図 9 ソケットのみの測定値と計算値の比較 (Probe B) db(d4_soket3..(2,1)sp1(2,1)) Bの方がの最大値が大きく, も大きなリップルが生じたこれは, 前述のとおり,Probe Bの方がソケット部の特性インピーダンスがより低いためであるまた, Probe Bの測定値と計算値とのは,14GHzまでは,Probe Aと同様に,dB 以下で一致したしかし,14GHzを超えるとdBまでが大きくなったこれは, 測定冶具とソケットとの隙間のよるインダクタンスの発生や, ソケット樹脂の比誘電率誘電正接の周波数依存性の要因に加えて,4.1で述べたとおり,Probe Bの方が測定冶具のモデル化の誤が大きいため, より大きなになったと考えられる 5 結論 φ.2 及び.25mmの2 種類の極微小径プローブについて, ソケットと同軸コネクタで接続する測定冶具を用いて,2GHzまでの高周波特性を評価したあらかじめ三次元電磁界シミュレータにより測定治具の特性を求め, この冶具の特性を測定値全体からディエンベディングする方法を検討した本方法によりソケットのみのパラメータを求め, 三次元電磁界シミュレータによる計算値と比較しながら, 本方法の有効性について調べた結果を以下に示す (1) 測定冶具の高周波特性について,VNA による測定値とシミュレータによる計算値はdB 以下で一致し, 測定冶具をモデル化することができた (2) ディエンベディングした値は,2 種類のプローブ共に, ソケット部の伝送線路における低い特性インピーダンスによって生じる反射やリップルが見られた特性向上を図るには,1プローブのピッチを拡げる,2 樹脂の比誘電率を下げる, 等々を考慮して, 特性インピーダンスを5Ωにすべきである (3) ディエンベディングした値とシミュレータによる計算値は, ほぼ予想された特性を示し, そのはdB 以下で一致し, 本方法の有効性が確認できたただし, 本方法で得られた値は, 測定冶具のモデル化の正確さに依存する誤要因となる測定冶具の特性をし引くことができるディエンベディング法は, 標準器の作製が困難な場合や, 標準器が無い場合などに, 高精度に測定できる有効な方法と考えられる参考文献 1) Tim wettlen, Orlando Bell, Gary Otonari, Eric Bogatin, A Method for Contactor Characterization to 25 GHz, BurnIn & Test ocket Workshop, 24 2) J Lee, Test report for Leeno pin DB913CARTK, LEENO Industrial Inc., 26. 3) ベクトルネットワークアナライザを使用したパラメータネットワークのディエンベディングおよびエンベディング,Agilent Application Note 13641, 24. P 36

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Microsoft Word - SPARQアプリケーションノートGating_3.docx SPARQ を使用したフィクスチャの S パラメータ抽出 TECHNICAL BRIEF 伊藤渉 Feb 3, 2014 概要 SMA や K コネクタ等ではない非同軸タイプのコネクタを使用する DUT をオシロスコープで測定するにはコネクタの変換の為にフィクスチャを使用しますこのフィクスチャの伝送特性を差し引き DUT のみの特性を求めたい場合フィクスチャの伝送特性を抽出することは通常では困難です