(57)【要約】【課題】信号取込みプローブ用プロービング・チップの帯域幅を広げる。【解決手段】プロービング・チップ１０が有する非導電性基板１２の収束点に、面で交わる第１及び第２アーチ型面２６及び２８を有する湾曲プロービング・チップ・コンタクト２４を形成する。薄膜法又は厚膜法を用いてコンタクト２４上に導電製材料を積層し、被試験デバイスへの電気コンタクトとする。薄膜法を用いて非導電性基板１２上に抵抗性要素３０を形成する。抵抗性要素３０は、非導電性基板１２上に装着された集積回路のダイ３６上の増幅回路の入力端子と、コンタクト２４とに電気的に結合される。増幅回路の出力端子は、第２非導電性基板５８上に形成される伝送構体７０に結合される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する主面及び複数の側面を有し、複数の上記側面の内の２つが１点に収束しており、薄膜法又は厚膜法を適用可能な非導電性基板と、
上記非導電性基板の収束する点に形成され、面で交わる第１及び第２アーチ型面を有する湾曲プロービング・チップ・コンタクトと、
上記湾曲プロービング・チップ・コンタクト上に形成される導電製材料と
を具える信号取込みプローブ用プロービング・チップ。
【請求項２】
上記対向する主面の一方の上に、薄膜法又は厚膜法の少なくとも１つを用いて形成され、上記湾曲プロービング・チップ・コンタクト上の上記導電製材料に一端部が電気的に結合される抵抗性要素を更に具える請求項１記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップ。
【請求項３】
上記対向する主面の一方の上に形成され、上記抵抗性要素の他端部に電気的に結合される増幅回路を更に具える請求項２記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置用の信号取込みプローブに関し、特に、非導電性基板上に形成されるプロービング・チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
信号取込みプローブは、オシロスコープ、ロジック・アナライザ、スペクトラム・アナライザなどのような測定装置につないで使用され、被試験デバイス（ＤＵＴ）からの試験信号を測定装置に取込み、その試験信号を分析及び表示するために利用される。信号取込みプローブは、少なくとも１つの導電性プロービング・チップを有し、これは、銅、ベリリウム銅、アルミニウム、鉄、ニッケル・パラジウム合金のような金属合金などの導電性材料から形成される。プロービング・チップの形状は、例えば、１点に向かって細くなる円錐形のつめやピンとして形成される。プロービング・チップの形状には、その他にも傾斜やくさび形状などが含まれることがある。
【０００３】
信号取込みプローブには、電気的に導電性の中空チューブを有するプローブ・ヘッドがあり、この中空チューブ内に基板が配置される。この基板は、セラミック又は回路基板材料などから形成しても良く、測定装置に供給する試験信号にかかる負荷が増えるのを防止したり、試験信号を調整したりする受動又は能動回路が、この基板上に設けられる。中空チューブの一端部には、絶縁プラグがあり、この絶縁プラグからプロービング・チップが同軸方向に沿って両方向に伸びている。プロービング・チップの中空チューブ内に伸びている部分は、基板に電気的に接続される。プロービング・チップは、ばね仕掛け電気コンタクト、導電性ファズ・ボタン（fuzz button）、ワイヤ・ボンディング、半田付けなどを用いて基板に結合しても良い。調整された電気信号を測定装置に結合するために、導電性ケーブルが基板に装着される。金属プロービング・チップを用いた測定プローブの全帯域幅は、その金属プロービング・チップのキャパシタンス及びインダクタンスの影響で制限される。
【０００４】
測定帯域幅の増加に伴って、その帯域幅と同じか、それよりも広い帯域幅を有する測定プローブのニーズも生じている。５ＧＨｚ以上の帯域幅を有する非常に広い帯域幅の測定プローブを設計するのが難しい主な原因は、プロービング・チップ（１つ又は複数）のキャパシタンス（静電容量）及びインダクタンスの影響である。この問題を解決する１つの方法は、測定プローブのプロービング・ヘッド中の能動回路からプロービング・チップを分離することである。米国特許第６,７０４,６７０号（対応日本出願無し）は、広帯域能動プロービング・システムを開示しており、プローブのプロービング・チップ（１つ又は複数）が、プローブの増幅ユニットから分離可能になっている。プローブ・チップ・ユニットが、１つ以上のプローブ・ケーブルを介してプローブ増幅ユニットに接続され、プローブ・チップ・ユニットが受けた信号が伝達される。種々の形式のプローブ・チップ・ユニットをプローブ増幅ユニットに接続しても良い。このプローブ・チップ・ユニットは、導電配線から種々の抵抗、コンデンサその他の電子素子まで多岐にわたる電子回路を含んでも良い。こうしたプローブ設計の利点は、プローブ増幅回路を含む大きな測定プローブの代わりに、実質的にもっと小さいプローブ・チップ・ユニットを、コンタクトが届きにくい場所に配置できることである。
【０００５】
プローブ・チップ・ユニットは、シングル・エンドでも良いが、差動でも良く、この場合、手で保持可能（ハンドヘルド）で、間隔を調整可能な差動ブラウザ（信号読み取り部）を含んでいる。このハンドヘルド・ブラウザであれば、ユーザが手動で被測定デバイス上のいろいろな点へと移動させて試験可能である。また、プローブ・チップ・ユニットは、種々の形式のプロービング・チップをプローブ・チップ・ユニットへ電気的に接続するためのプローブ接続点を有していても良い。プロービング・チップは、半田付け又は圧縮端子接続によって、プローブ・チップ・ユニットのプローブ接続点に保持される。抵抗器、ＳＭＴグラバ（表面実装用信号取込み装置）、くさび形プローブ・チップなどのような種々の形式のプロービング・チップをプローブ接続点に半田付けしても良い。
【０００６】
米国特許第７,０５６,１３４号（対応日本特許第４５７５８３８号）は、同軸ケーブルを介してプローブ本体に装着されるプロービング・チップ部材上に装着可能な着脱式プロービング・チップ・システムを記載している。この着脱式プロービング・チップ・システムにはプローブ・チップ装着部材があり、これが、抵抗性要素から伸びるワイヤ・リードや、プロービング・ア―ムとして形成される弾性回路部材上に配置された伝導性配線に装着されるワイヤ・リード付き抵抗器などのような種々の形式のプロービング・チップを受ける。プローブ・チップ装着部材には取り付けアームがあり、これがプローブ・チップ部材と係合し、プロービング・チップがプローブ・チップ部材に保持されると共に電気的に接続される。
【０００７】
上述のプロービング・チップ・システムでは、被試験デバイス上のプローブ・コンタクト・ポイントの直ぐ近くに制動抵抗器を、この抵抗器のワイヤ・リードを用いることで配置できる。被試験デバイス上のプローブ・コンタクト・ポイントの近くに抵抗要素を入りすることで、被試験デバイスの高周波数における負荷が低減されると共に、抵抗器の金属リード線の静電容量の影響が低減される。２０ＧＨｚくらいの高さのプローブ帯域幅は、上述のプロービング・システムを用いることで実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６,７０４,６７０号明細書
【特許文献２】米国特許第７,０５６,１３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
引き続き、もっと高い帯域幅を有する信号取込みプローブへのニーズが存在している。そのためには、信号取込みプローブが被試験デバイス上の試験ポイントと、どのように電気的なコンタクトを作るかについて、再考する必要がある。伝統的に金属チップである伝統的な金属プロービング・チップや、抵抗器の伝統的に金属のワイヤ・リードを交換するというのも、信号取込みプローブの帯域幅を３０ＧＨｚの範囲にまで増加させる１つの案ではある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、薄膜法／厚膜法を適用できる非導電性基板を有する信号取込みプローブ用のプロービング・チップである。非導電性基板には、互いに対向する水平な主面と、複数の側面とがあり、複数の側面のうちの２つは、１点に向けて収束する形状となっている。１点に向けて収束している側面の１つには、約４０度の傾斜部があり、他方の側面には約１０度の傾斜部がある。湾曲プロービング・チップ・コンタクトが、収束点において、非導電性基板上に形成される。湾曲プロービング・チップ・コンタクトには、面が交わる第１及び第２アーチ型面があり、この上に導電性材料が形成（積層）される。
【００１１】
プロービング・チップには、非導電性基板の対向する水平主面の一方の上に、薄膜法又は厚膜法を用いて形成された抵抗性要素があり、この抵抗性要素の一方の端部は、湾曲プロービング・チップ・コンタクト上の導電製材料に電気的に結合される。また、プロービング・チップは、好ましくはバッファ増幅回路の形で、増幅回路も有する。この増幅回路は、非導電性基板の互いに対向する水平主面の一方の上に配置され、抵抗性要素の他端部に電気的に結合される。抵抗性要素は、増幅回路とワイヤ・ボンディングによって電気的に結合される。
【００１２】
湾曲プロービング・チップ上に配置される導電製材料は、接着層と、接着層上に積層される金やプラチナ・ゴールド合金などの層とから形成される。接着層は、好ましくは、チタン・タングステン合金で形成される。
【００１３】
湾曲プロービング・チップ・コンタクトを有する非導電性基板は、好ましくは、液晶ポリマなどのような絶縁性材料から形成されるキャリアに固定される。キャリアには、第２非導電性基板も固定され、第２非導電性基板には、その上に形成される接地されたコプレーナ導波（coplanar waveguide）構体がある。第２非導電性基板は、ＦＲ−４回路基板材料のような回路基板材料から形成しても良い。金製ボンディング・ワイヤによって、増幅回路を接地されたコプレーナ導波構体に結合する。
【００１４】
より具体的には、本発明の概念１は、信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、
互いに対向する水平主面及び複数の側面を有し、複数の上記側面の内の２つが１点に収束しており、薄膜法又は厚膜法を適用可能な非導電性基板と、
上記非導電性基板の収束する点に形成され、面で交わる第１及び第２アーチ型面を有する湾曲プロービング・チップ・コンタクトと、
上記湾曲プロービング・チップ・コンタクト上に形成（積層、蒸着）される導電製材料と
を具えている。
【００１５】
本発明の概念２は、概念１記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、上記対向する水平主面の一方の上に、薄膜法又は厚膜法の少なくとも１つを用いて形成され、上記湾曲プロービング・チップ・コンタクト上の上記導電製材料に一端部が電気的に結合される抵抗性要素を更に具えている。
【００１６】
本発明の概念３は、概念２記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、上記対向する水平主面の一方の上に形成され、上記抵抗性要素の他端部に電気的に結合される増幅回路を更に具えている。
【００１７】
本発明の概念４は、概念３記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、このとき、上記増幅回路が、バッファ増幅回路であることを特徴としている。
【００１８】
本発明の概念５は、概念３記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、上記抵抗性要素の上記他端部を上記増幅回路に電気的に結合するボンディング・ワイヤを更に具えている。
【００１９】
本発明の概念６は、概念１記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、このとき、上記導電製材料が、上記湾曲プロービング・チップ・コンタクト上に形成した接着層と、上記接着層上に金で形成した導電層とを有していることを特徴としている。
【００２０】
本発明の概念７は、概念６記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、このとき、上記接着層がチタン・タングステンから形成されることを特徴とする。
【００２１】
本発明の概念８は、概念１記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、このとき、上記導電製材料が、上記湾曲プロービング・チップ・コンタクト上に形成した接着層と、上記接着層上に形成したプラチナ・ゴールドの層とを有していることを特徴としている。
【００２２】
本発明の概念９は、概念８記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、 このとき、上記接着層がチタン・タングステンから形成されることを特徴とする。
【００２３】
本発明の概念１０は、概念１記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、このとき、上記非導電性基板の収束する上記側面の１つが、実質４０度の傾斜を有することを特徴としている。
【００２４】
本発明の概念１１は、概念１０記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、このとき、上記非導電性基板の収束する上記側面のもう１つが、実質１０度の傾斜を有することを特徴としている。
【００２５】
本発明の概念１２は、概念１記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、上記非導電性基板が固定されるキャリアを更に具えることを特徴としている。
【００２６】
本発明の概念１３は、概念１２記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、上記キャリアに固定される第２非導電性基板を更に具えることを特徴としている。
【００２７】
本発明の概念１４は、概念１３記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、上記第２非導電性基板上に形成された接地コプレーナ導波構体を更に具えている。
【００２８】
本発明の概念１５は、概念１２記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、このとき、上記非導電性基板が、回路基板材料から形成されることを特徴としている。
【００２９】
本発明の概念１６は、概念１４記載の信号取込みプローブ用プロービング・チップであって、上記増幅回路を上記接地コプレーナ導波構体に電気的に結合する金製ボンディング・ワイヤを更に具えている。
【００３０】
本発明の目的、効果及び他の新規な点は、以下の詳細な説明を添付の特許請求の範囲及び図面とともに読むことによって明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明による信号取込みプローブ用プロービング・チップの斜視図である。
【図２】図２は、本発明による信号取込みプローブ用プロービング・チップの側面である。
【図３】図３は、本発明による信号取込みプローブ用の支持構体及び伝導構体の分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明による信号取込みプローブ用プロービング・チップの前部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１及び２は、信号取込みプローブ用プロービング・チップ１０の斜視図及び側面図を示している。プロービング・チップ１０には基板１２があり、これは、石英ガラス（fused quartz、fused silica）やセラミック材料のような堅い非導電性部材から形成され、カ氏３００度（約セ氏１４９度）の公称処理温度を必要とする薄膜法を適用できる。この基板には、上部主面１４及び底部主面１６と、複数の側面１８がある。この基板は、公称幅０.０４４インチ（約１．１ミリメータ）、公称長さ０.０６０インチ（約１．５ミリメータ）、公称厚さ０.０１０インチ（約０.２ミリメータ）である。複数の側面１８の１つには、傾斜部２０があり、図１の左側面１８に対する公称角度は４０度である。傾斜側面部２０に隣接する側面１８には、もう１つの傾斜部２２があり、図１の右側面１８に対する公称角度は１０度である。傾斜側面部２０及び２２は、プロービング・チップ・コンタクト２４が形成される点に向かって収束するように形成される。これに代えて、基板１２が、セ氏８５０度の公称処理温度を必要とする厚膜法を適用できるものとしても良い。
【００３３】
プロービング・チップ・コンタクト２４の表面は湾曲しており、その上に導電製材料が形成（積層、蒸着など）される。湾曲面には、第１アーチ型面２６と第２アーチ型面２８がある。第１アーチ型面２６は、公称半径０.００２０インチ（０．０５１ミリメータ）のカーブを有し、また、第２アーチ型面２８は、公称半径０.００４０インチ（０．１０ミリメータ）のカーブを有し、第１アーチ型面と面が交わることで、ほぼ円形のコンタクトを形成する。湾曲プロービング・チップ・コンタクト２４上には、接着層が形成され、この接着層上に導電製材料が形成（積層、蒸着）される。好ましい実施形態では、接着層は、チタン・タングステン合金であり、これの上に金製の導電層が形成（積層、蒸着）される。代替案としては、導電層がプラチナ・ゴールド（金）合金又は似た特性有する類似の材料であっても良い。互いの面が交わるアーチ型面２６及び２８によって、３次元球面プロービング・チップ・コンタクト２４が形成される。
【００３４】
薄膜又は厚膜抵抗性要素３０が、非導電性基板１２の上部主面１４上に形成（積層、蒸着）される。導電性コンタクト３２及び３４は、薄膜法又は厚膜法を用いて、抵抗性要素３０の両端に形成（積層、蒸着）される。電気コンタクト３２及び３４は、チタン・タングステン合金の接着層と一緒に形成され、接着層の上に導電層が形成される。電気コンタクト３２は、湾曲プロービング・チップ・コンタクト２４を抵抗性要素３０に電気的に接続し、電気コンタクト３４は、抵抗性要素３０を集積回路のダイ（die）３６にワイヤ・ボンディングするための電気コンタクト・パッドとして機能する。集積回路のダイ３６は、エポキシ樹脂などのような非導電性接着剤を用いて、非導電性基板１２の上部主面１４に固定される。集積回路のダイ３６は、増幅回路並びにボンディング・パッド３８及び４０を含んでいる。増幅回路は、好ましくは、バッファ増幅回路である。導電性ワイヤ４２が、複数のボンディング・パッド３８の１つと電気コンタクト３４に接着され、これによって、抵抗性要素３０が、集積回路のダイ３６上の増幅回路の入力端子に電気的に接続される。その他のボンディング・パッド３８は、集積回路のダイ３６上の増幅回路の出力端子に結合される。
【００３５】
これに代えて、フリップ・チップ技術を用いて、非導電性基板１２の上部主面１４に集積回路のダイ３６を固定するようにしても良い。複数のはんだパッドが上部主面１４上に形成され、その１つのはんだパッドは、上部主面１４上に配置された導電性トレ―スを介して抵抗性要素３０の電気コンタクト３４に電気的に結合される。固定する際には、集積回路のダイ３６に、上部主面１４上のはんだパッドに対応する形で、集積回路のダイ３６上に形成されるはんだボール（はんだの塊）が設けられる。抵抗性要素３０に電気的に結合されているはんだパッドに対応するはんだボールは、増幅回路の入力端子に電気的に結合される。集積回路のダイ３６の複数のはんだボールは、はんだパッドと対応する位置にあり、集積回路のダイを非導電性基板１２の上部主面１４に固定するために加熱される。はんだボールが溶融状態のうちに、集積回路のダイ３６が上部主面１４上に載置されることで、集積回路のダイ３６が上部主面１４上に固定される。
【００３６】
図３は、信号取込みプローブ用プロービング・チップ１０のための支持構体の分解斜視図である。支持構体には、ほぼ三角型のキャリア５０があり、キャリア５０には持ち上がった台座部５２と隣接する凹部５４がある。キャリア５０は、 液晶ポリマーのような低誘電性、高強度非導電性材料から構成されるもので、例えば、射出成形方法で形成しても良い。プロービング・チップ１０の非導電性基板１２は、エポキシ樹脂などのような非導電性接着剤を用いて、台座部５２に固定される。湾曲プロービング・チップ・コンタクト２４は、台座部５２の先端部を超えて伸びており、これによって、湾曲プロービング・チップ・コンタクト２４が被試験デバイス上の試験ポイントと係合することが可能になる。台座部５２の反対側（図３での奥側）の端部には、凹部５４との境になる垂直な壁５６がある。第２の非導電性基板５８は、ＦＲ−４回路基板部材、セラミック部材などのような非導電性材料から形成され、凹部５４の上に固定できるように、凹部５４と外形を似せたものとなっている。基板５８には、上部主面６０及び底部主面６２と、台座部５２の垂直壁５６と接する前面６４がある。導電層である基板６５は、基板５８の底部主面６２上に接地（グラウンド）層として配置される。基板５８の反対側（図３での奥側）の端部には、ノッチ（切れ込み）６６が形成され、同軸信号コネクタ６８を受けるようになっている。基板５８には、その上部主面６０と、プロービング・チップ１０の非導電性基板１２の上部主面１４とが同一面上に揃うように調整された厚さがある。伝送構体７０は、基板５８の上部主面６０上に配置される。伝送構体７０は、好ましくは、接地されたコプレーナ伝送構体であり、同軸信号コネクタ６８の中心信号導体７４に電気的に接続された導電トレース７２を有する。また、２つの接地プレーン７６が、導電トレース７２の両側に隣接して配置される。接地プレーン７６は、同軸信号コネクタ６８から伸びるタブ７８に電気的に接続される。凹部８０が、キャリア５０の台座部５２から見て反対側の端部に形成され、同軸信号コネクタ６８の下の部分を受けるようになっている。上部カバー８２は、超音波溶接やエポキシ樹脂のような接着剤など、周知の固定手段を用いてキャリア５０に固定される。
【００３７】
図４は、プロービング・チップ１０の前部分の詳細な拡大図である。導電性ワイヤ９０が、集積回路のダイ３６の複数のボンディング・パッド３８から、伝送構体の対応する導電性トレース７２及び接地プレーン７６へと伸びている。導電性ワイヤ９０は、ボンディング・パッド３８と、導電性トレース７２及び接地プレーン７６とをワイヤ・ボンディングによって接続する。導電性ワイヤ（簡単のため図示せず）が、集積回路のダイ３６の複数のボンディング・パッド４０から基板５８上の導電性トレース（簡単のため図示せず）へと伸びており、電力と通信信号を集積回路のダイ３６に供給する。フリップ・チップ技術を用いるもう１つの実施形態例の場合では、ボンディング・パッド３８及び４０が、集積回路のダイ３６の露出面上に形成され、導電性ワイヤを介して導電性トレース７２、接地プレーン７６、そして電力及び通信信号を供給する導電性トレースに結合される。
【００３８】
本発明の具体的な実施形態を実例で説明し、実例を説明する目的で記述してきたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、多様な変形が可能なことは明らかであろう。
【符号の説明】
【００３９】
１０  プロービング・チップ 
１２  非導電性基板
１４  上部主面
１６  底部主面
１８  側面（複数）
２０  傾斜部
２２  傾斜部
２４  プロービング・チップ・コンタクト
２６  第１アーチ型面
２８  第２アーチ型面
３０  抵抗性要素
３２  導電性コンタクト
３４  導電性コンタクト
３６  集積回路のダイ
３８  ボンディング・パッド
４０  ボンディング・パッド
４２  導電性ワイヤ
５０  キャリア
５２  台座部
５４  凹部
５６  垂直壁
５８  第２非導電性基板
６０  上部主面
６２  底部主面
６５  導電性基板（接地層）
６６  ノッチ
６８  同軸信号コネクタ
７０  伝送構体
７２  導電トレース
７４  中心信号導体
７６  接地プレーン
７８  タブ
８０  凹部
８２  上部カバー
９０  導電性ワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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