テスト・フィクスチャ及びこれを用いる半導体試験装置

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【発明の名称】	テスト・フィクスチャ及びこれを用いる半導体試験装置
【発明者】	【氏名】弓倉忠昭
【要約】	【課題】マイクロ波帯域の高周波信号を入出力するＤＵＴのＩＣピン端子を特性インピーダンスで接続するＤＵＴボード上の伝送線路において、伝送特性を向上して良好なるＤＵＴボードとしたテスト・フィクスチャ及びこれを用いる半導体試験装置を提供する。【解決手段】ＩＣピン端子の両側に接地用のＩＣピン端子を備える被試験デバイスに対して、ＤＵＴを装着するＩＣソケットをＤＵＴボードの基板上に実装してマイクロ波帯域の電気的試験を行うテスト・フィクスチャにおいて、ＩＣソケットのソケット端子の直下部位を所定特性インピーダンスとするコプレーナ導波路により形成し、以後の線路をマイクロ・ストリップ線路により形成するＤＵＴボードであるテスト・フィクスチャ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】ＩＣピン端子の両側に接地用のＩＣピン端子を備える被試験デバイス（ＤＵＴ）に対して、該ＤＵＴを装着するＩＣソケットをＤＵＴボードの基板上に実装してマイクロ波帯域の電気的試験を行うテスト・フィクスチャにおいて、該ＩＣソケットの当該ソケット端子の直下部位を所定特性インピーダンスとするコプレーナ導波路により形成し、以後の線路をマイクロ・ストリップ線路により形成するＤＵＴボードであることを特徴とするテスト・フィクスチャ。
【請求項２】ＩＣピン端子の両側に接地用のＩＣピン端子を備える被試験デバイス（ＤＵＴ）に対して、マイクロ波帯域の電気的試験を行うテスト・フィクスチャにおいて、高周波信号を入出力するＩＣピン端子と接地用のＩＣピン端子に対して所定特性インピーダンスで伝送可能なソケットピン端子構造を有するＩＣソケットと、当該ソケット端子直下のパターンを必要最小線路長で形成するコプレーナ導波路と、上記コプレーナ導波路の線路端部にマイクロ・ストリップ線路側の導体幅となるテーパ状のコプレーナ導波路で形成するテーパ部と、上記テーパ部以後に接続する伝送線路は所定特性インピーダンスとなる一定導体幅の線路パターンを形成したマイクロ・ストリップ線路部と、をＤＵＴボードに具備していることを特徴とするテスト・フィクスチャ。
【請求項３】マイクロ・ストリップ線路部の線路端部にＳＭＡレセプタクルを具備していることを特徴とする請求項１又は２記載のテスト・フィクスチャ。
【請求項４】請求項１、２又は３記載のテスト・フィクスチャを備えて高周波デバイスを試験することを特徴とする半導体試験装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯域の高周波信号を入出力する被試験デバイスに対応したＤＵＴボードを備えるテスト・フィクスチャ及びこれを用いる半導体試験装置に関する。特に、マイクロ波帯域の高周波信号を入出力するＩＣピン端子の両側に接地用のＩＣピン端子配列を備える被試験デバイスに対応するＤＵＴボードに関する。
【０００２】
【従来の技術】先ず、被試験デバイスについて説明する。被試験デバイス（ＤＵＴ）の中にはマイクロ波帯域の移動体通信機器等で使用されている高周波用のＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）がある。このＤＵＴのパッケージにはＳＯＰやＱＦＰがある。更に、このＤＵＴにおけるマイクロ波帯域の高周波信号を入出力するＩＣピン端子Ｐ１の両側には、図３（ｂ）に示すように、良好な高周波特性を得る為に接地用のＩＣピン端子Ｐ２、Ｐ３を備えるピン配列構造を有している。例えば信号用ＩＣピン端子Ｐ１とこの隣接ピンとの間隔は、ＩＣリード自身が０．２２ｍｍ幅あるので、０．４３ｍｍほどと非常に狭い間隔となっている。
【０００３】次に、一般的なＤＵＴボードについて図３（ａ）を参照して説明する。ＤＵＴボード１００は、半導体試験装置で試験する為のテスト・フィクスチャ（Test fixture）の構成要素であり、ＤＵＴの各ＩＣピン端子と電気的に接触する基板である。通常は、直下にあるテスト・フィクスチャを構成するテストヘッド（図示せず）へ装着固定されて半導体試験装置の本体側と電気的に接続される。但し、一部の特殊な回路要素や信号源や測定器をこのＤＵＴボード上に直接搭載する構成のものもある。尚、このＤＵＴボード１００はＤＵＴのＩＣピン配列が異なる品種毎に個別に製作される。高周波信号を必要としない一般的なＤＵＴボードは、ＤＵＴに対応したＩＣソケット５０を備え、このＩＣソケット５０を介し、通常のポゴピンやコネクタ等（図示せず）を介してテストヘッドと電気的に接続される。
【０００４】次に、マイクロ波帯域、例えば１０ＧＨｚ程度に至る高周波信号を入出力するＤＵＴに対応するＤＵＴボード１００の構造について図３（ａ）を参照して説明する。尚、前記高周波信号用のＩＣピン端子Ｐ１以外の他のＩＣピン端子については上述同様のポゴピンやコネクタ等が通常使用される。マイクロ波帯域の高周波信号を入出力するＤＵＴのＩＣピン端子Ｐ１においては、所定の特性インピーダンスでテストヘッドと接続する必要がある。この為に図３（ａ）の要部側面構造図に示すように、ＤＵＴボード１００の端辺にＳＭＡレセプタクル６０を設け、これとＩＣソケット端子Ｔ１間をコプレーナ導波路７０による５０Ωの伝送線路で接続する接続形態としている。テストヘッドへはＳＭＡレセプタクル６０から同軸ケーブルで接続される。
【０００５】コプレーナ導波路７０は、ＩＣリード間が図３（ｂ）に示すように０．４３ｍｍと非常に狭い間隔であり、接地用のＩＣピン端子Ｐ２、Ｐ３の配列を考慮すると、図３（ｃ）に示すように、信号線路両側に接地導体を備え、基板の裏面にも接地導体を備えるコプレーナ導波路７０が最適である。ＭＭＩＣの入出力ピンは通常５０Ωとなっているから、伝送線路の特性インピーダンスも５０Ωとしなければならない。尚、コプレーナ導波路の特徴としては、信号導体幅Ｗと、接地導体との間隔Ｓにより所望の特性インピーダンスが得られるので、ＩＣリード間隔が狭くても所望の５０Ωとする設計が容易な利点がある。ここで、コプレーナ導波路の設計については周知の技術であるので説明を省略するが、参考文献としてMWE'96 Microwave Workshop Digest,p461-p470,1996の「コプレーナ導波路（ＣＰＷ）を用いた回路設計」がある。
【０００６】ＤＵＴのＩＣリード間の間隔が上述した０．４３ｍｍの場合における信号導体幅Ｗの一例としては、Ｗ＝０．２６ｍｍであり、接地導体との間隔ＳはＳ＝０．２０ｍｍである。しかしながら、この程度に極めて細い信号導体幅Ｗ及び接地導体との間隔Ｓにおいては線路長が長くなってくると次に説明する別の問題を生じる。線路長が５０ｍｍの場合の伝送特性例を図４に示す。横軸は周波数軸であり、縦軸は進行波の伝送特性である。ここで注目すべきことは、線路が極めて細い為に伝送線路自体が高域で共振ロスを生じる点である。図４の例では５ＧＨｚ以上の複数ポイントにおいて共振現象に伴う著しい伝送ロスを生じている。このような伝送特性のコプレーナ導波路７０では所定の信号レベルを授受してデバイス試験実施する上で、動作不安定を生じたり測定誤差を招いたりする為好ましくなく、実用上の難点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述説明したように、ＤＵＴボード１００のマイクロ波帯域の高周波信号を入出力するコプレーナ導波路７０による伝送線路においては、極めて細い信号導体幅Ｗ及び接地導体との間隔Ｓである為に、伝送線路自体が高域で共振してしまう不具合がある。即ち、マイクロ波帯域用のＤＵＴを試験実施する上で都合が悪く、測定誤差を招いたり試験可能な周波数限界をもたらしたりして好ましくない。これらの点で従来の伝送線路によるＤＵＴボード１００は実用上の難点がある。そこで、本発明が解決しようとする課題は、マイクロ波帯域の高周波信号を入出力するＤＵＴのＩＣピン端子を特性インピーダンスで接続するＤＵＴボード上の伝送線路において、伝送特性を向上して良好なるＤＵＴボードとしたテスト・フィクスチャ及びこれを用いる半導体試験装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１に、上記課題を解決するために、本発明の構成では、ＩＣピン端子Ｐ１の両側に接地用のＩＣピン端子Ｐ２、Ｐ３を備えて、マイクロ波帯域の高周波信号を入出力する被試験デバイスに対して、ＤＵＴを装着するＩＣソケット５０をＤＵＴボード１００の基板上に実装して設け、ＩＣソケット５０及び基板を介して電気信号を授受してマイクロ波帯域の電気的試験を行うテスト・フィクスチャにおいて、ＩＣソケット５０の当該ソケット端子Ｔ１の直下部位を所定特性インピーダンスとするコプレーナ導波路１０により形成し、以後の線路をマイクロ・ストリップ線路により形成するＤＵＴボード１００であることを特徴とするテスト・フィクスチャである。上記発明によれば、マイクロ波帯域の高周波信号を入出力するＤＵＴのＩＣピン端子Ｐ１を特性インピーダンスで接続するＤＵＴボード上の伝送線路において、高域における伝送特性を向上して良好なるＤＵＴボードとしたテスト・フィクスチャが実現できる。
【０００９】第１図は、本発明に係る解決手段を示している。第２に、上記課題を解決するために、本発明の構成では、ＩＣピン端子Ｐ１の両側に接地用のＩＣピン端子Ｐ２、Ｐ３を備えて、マイクロ波帯域の高周波信号を入出力する被試験デバイスに対して、電気的試験を行うＤＵＴボード１００を介してテスト・フィクスチャと電気信号を授受してマイクロ波帯域の電気的試験を行うテスト・フィクスチャにおいて、繰返しＤＵＴを着脱交換するＩＣソケット５０は、高周波信号を入出力するＩＣピン端子Ｐ１と接地用のＩＣピン端子Ｐ２、Ｐ３に対して所定特性インピーダンスで伝送可能なソケットピン端子構造を有する表面実装用のＩＣソケット５０を具備し、高周波信号を入出力するＩＣピン端子Ｐ１とＩＣソケット５０の当該ソケット端子Ｔ１が接続された状態で、直下のＤＵＴボード１００の信号線路の導体幅と接地線路間のギャップ間隔を所定特性インピーダンスとなる導体パターンを必要最小線路長で形成するコプレーナ導波路１０を具備し、上記コプレーナ導波路１０の線路端部にマイクロ・ストリップ線路側の導体幅となる所定特性インピーダンスのテーパ状のコプレーナ導波路で形成するテーパ部１５を具備し、上記テーパ部１５以後に接続する伝送線路は所定特性インピーダンスとなる一定導体幅の線路パターンを形成したマイクロ・ストリップ線路部２０をＤＵＴボード１００に具備していることを特徴とするテスト・フィクスチャがある。
【００１０】また、マイクロ・ストリップ線路部２０の線路端部にＳＭＡレセプタクル６０を実装接続するパターン構造を形成したマイクロ・ストリップ線路部２０と、マイクロ・ストリップ線路部２０の端部に接続するＳＭＡレセプタクル６０とをＤＵＴボード１００に具備していることを特徴とする上述テスト・フィクスチャがある。
【００１１】また、上述テスト・フィクスチャを備えてマイクロ波帯域の高周波デバイスを試験することを特徴とする半導体試験装置がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を実施例と共に図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】本発明のＤＵＴボード１００上に形成した伝送線路の一実施例について、図１を参照して説明する。この図はＤＵＴボード１００の上面図である。
【００１４】本発明の伝送線路は、コプレーナ導波路１０と、マイクロ・ストリップ線路部２０とで成る。コプレーナ導波路１０は、高周波入出力ＩＣピン端子Ｐ１と接地用のＩＣピン端子Ｐ２、Ｐ３に対応するＩＣソケット５０直下に形成する必要最小線路長の長さ、例えば３ｍｍ前後の短い線路長であり、細い平行導体幅のコプレーナ導波路１０と、太い導体幅のマイクロ・ストリップ線路部２０に合わせる為のテーパ部１５から成る。無論５０Ωの特性インピーダンスの条件となるようにテーパ部１５を含めたコプレーナ導波路を形成することは言うまでもない。この結果、このコプレーナ導波路１０においては、線路長が短い為に、共振現象を示す周波数は遙かに高くなり、実用上無視できる。従って、この部位による従来の高域での伝送ロスは生じない。
【００１５】マイクロ・ストリップ線路部２０は、外部へ接続するＳＭＡレセプタクル６０までの比較的長い距離間を、基板の比誘電率εrと基板の厚みで決まる比較的太い一定導体幅の線路、例えば０．５ｍｍ導体幅のマイクロ・ストリップ線路である。この部位では導体幅が太い為に十分高域まで良好な伝送特性が得られる。
【００１６】上述の結果、コプレーナ導波路１０とマイクロ・ストリップ線路部２０とで形成された伝送線路は、この線路形成に伴う共振現象を示す周波数は遙かに高い周波数に移動する。従って１０ＧＨｚをはるかに超える周波数帯域まで伝送特性が改善され、実用上支障とならない大きな利点が得られる。
【００１７】上述で形成した伝送線路の伝送特性例を図２に示す。横軸は周波数軸であり、縦軸は進行波の伝送特性である。この図の伝送特性に示すように１０ＧＨｚ以上に渡って共振現象に伴う伝送ロスや不具合となるレベル変化はなく、極めて良好な伝送線路に改善されたことが判る。従って、ＤＵＴの信号レベルを授受してデバイス試験を実施する半導体試験装置にとって極めて好ましい伝送線路が実現できた。この結果、従来のように、測定誤差を招いたり試験可能な周波数限界をもたらすような不具合を解消できる大きな利点が得られる。
【００１８】尚、本発明の構成は、上述実施の形態に限るものではない。例えば半導体試験装置以外において、マイクロ波帯域に及びデバイス試験を行う他のテスト・フィクスチャに対しても同様に適用できることは明らかである。また、図５のＳＭＡレセプタクル６０を下面に配置した他の配置例に示すように、中心導体が基板を貫通してマイクロ・ストリップ線路部２０と接続し、更にこの中心導体の円周部位に分布定数線路となるアース導体、例えば図６に示すように、ビアホールを多数配列して成る分布定数線路構造がある。この場合でもこの部位は等価的に分布定数線路となり、この部位のリターンロスが１５ｄＢ以上得られる結果、マイクロ波帯域まで十分実用可能な伝送線路が実現できる。また、ＳＭＡレセプタクル６０に代えて他の高周波用のレセプタクルを使用する接続形態、あるいは直接同軸ケーブルを接続する接続形態、あるいは他の能動素子回路、受動素子回路へ接続する接続形態に適用しても良い。また、ＤＵＴをＩＣソケットを介さず直接実装する回路にも適用できることは明らかである。
【００１９】
【発明の効果】本発明は、上述の説明内容から、下記に記載される効果を奏する。上述実施形態に説明したように本発明は、細い導体幅の線路に対しては必要最小線路長のコプレーナ導波路１０とし、残りの線路長を比較的太い一定導体幅のマイクロ・ストリップ線路部２０で伝送線路を形成することにより、伝送線路自体が共振現象を示す周波数がははるかに高い周波数に移動可能となる結果、高い周波数まで良好な伝送特性領域が伸びる大きな利点が得られる。従って、半導体試験装置に使用されるＤＵＴボード１００では測定誤差を招いたり試験可能な周波数限界をもたらすような不具合を解消できる大きな利点が得られる。従って本発明の技術的効果は大であり、産業上の経済効果も大である。

【出願人】	【識別番号】３９０００５１７５【氏名又は名称】株式会社アドバンテスト
【出願日】	平成９年（１９９７）１２月１９日
【代理人】
【公開番号】	特開平１１－１８３５６４
【公開日】	平成１１年（１９９９）７月９日
【出願番号】	特願平９－３５０８８６