Ltcc滤波器测试板以及测试夹具的制作方法
【专利摘要】一种LTCC滤波器测试板，包括基板、第一接地层、第二接地层、第三接地层以及信号传输层；第一接地层设置于基板的第一面上；第二接地层、第三接地层以及信号传输层相互绝缘设置于第二面上，形成共面波导结构；第二接地层、第三接地层分别通过接地层连接孔与第一接地层电连接；第二接地层和第三接地层两端均分别设置有负输入端、负输出端；信号传输层的两端分别设置有信号输入端和信号输出端；信号传输层上位于信号输入端和信号输出端的中间位置处设置有焊盘；焊盘用于与待测LTCC滤波器电连接。上述LTCC滤波器测试板的测试误差小且测试频率范围较大。本实用新型还涉及一种LTCC滤波器测试夹具。
【专利说明】
LTCC滤波器测试板以及测试夹具
技术领域
[0001]本实用新型涉及电子器件测试技术领域，特别是涉及一种LTCC滤波器测试板以及测试夹具。
【背景技术】
[0002]LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷)滤波器是一种适用于微波频段的选频器件，广泛应用于微波通信、雷达导航、卫星通讯以及汽车电子等领域。近年来，随着整机系统高度集成化、小型化的发展需求，LTCC滤波器以其体积小、微波频段电性一致性好、可靠性高等优点而获得广泛的应用。LTCC滤波器是采用低温共烧技术制备的独石结构电子元件(使用频段覆盖DC—40GHz)，其常见端电极个数分别有4、6、8、10等，包括三种类型端电极:输入端、输出端和接地端，端电极的宽度最小达0.5_，从而使得测试难度大。
[0003]传统的DC-6GHZ频段的产品测试，使用的测试夹具存在较大的测试误差，尤其是测试频段在IGHz以上频段的产品测试误差更大。
【实用新型内容】
[0004]基于此，有必要提供一种测试误差小且测试频率范围较大的LTCC滤波器测试板。
[0005]还提供一种LTCC滤波器测试夹具。
[0006]—种LTCC滤波器测试板，包括基板，所述基板包括第一面和与所述第一面相对的第二面;所述测试板还包括第一接地层、第二接地层、第三接地层以及信号传输层;所述第一接地层设置于所述基板的第一面上;所述第二接地层、所述第三接地层以及所述信号传输层相互绝缘设置于所述第二面上;所述信号传输层设置于所述第二面的中间位置;所述第二接地层和所述第三接地层分别设置于所述信号传输层两侧，形成共面波导结构;所述基板上还设置有接地层连接孔;所述第二接地层、所述第三接地层分别通过所述接地层连接孔与所述第一接地层电连接;所述第二接地层和所述第三接地层两端均分别设置有负输入端、负输出端;所述信号传输层的两端分别设置有信号输入端和信号输出端;所述信号输入端的一端、所述负输入端用于与第一同轴连接器连接;所述信号输入端的另一端向所述信号输出端延伸;所述信号输出端的一端、所述负输出端用于与第二同轴连接器连接;所述信号输出端的另一端向所述信号输入端延伸;所述信号传输层上位于所述信号输入端和信号输出端的中间位置处设置有焊盘;所述焊盘用于与待测试的LTCC滤波器电连接。
[0007]在其中一个实施例中，所述焊盘上还设置有垂直导电结构；所述垂直导电结构用于确保所述焊盘的垂直方向上呈导电状态，而水平方向上呈绝缘状态。
[0008]在其中一个实施例中，所述垂直导电结构为垂直导电胶。
[0009]在其中一个实施例中，所述第一接地层、所述第二接地层、所述第三接地层以及所述信号传输层均为铜层;所述第二接地层和所述第三接地层上未设置负输入端、负输出端的区域均涂覆有绝缘层;所述信号传输层上未设置焊盘、信号输入端和信号输出端的区域均涂覆有绝缘层。
[0010]—种LTCC滤波器测试夹具，包括底座以及设置于所述底座上的测试支架;所述测试支架上设置有测试压针和测试升降装置;所述测试夹具还包括接地装置、如前述任一实施例所述的测试板以及所述第一同轴连接器和所述第二同轴连接器;所述测试板的第一接地层与所述接地装置电连接且可拆卸连接;所述第一同轴连接器和所述第二同轴连接器分别用于与射频矢量网络分析仪连接;所述测试升降装置用于控制所述测试压针上下运动，从而实现待测LTCC滤波器与测试板之间的导通控制。
[0011]在其中一个实施例中，所述第一同轴连接器和所述第二同轴连接器均为SMA接头。
[0012]在其中一个实施例中，还包括测试校准板;所述测试校准板的结构除不设置用于与待测LTCC滤波器连接的焊盘之外与测试板相同；所述测试校准板用于校准测试板的测试值。
[0013]在其中一个实施例中，所述接地装置为接地铜块，所述接地铜块上设置螺钉连接孔;所述接地铜块通过螺钉连接孔分别与底座以及所述测试板连接。
[0014]在其中一个实施例中，所述接地铜块上与所述测试板连接的一侧设置为阶梯结构。
[0015]在其中一个实施例中，还包括设置于所述测试板第二面上的测试盖板;所述测试盖板为“工”字形结构;所述测试盖板的中间位置设置有固定槽，以定位待测LTCC滤波器。
[0016]上述LTCC滤波器测试板以及测试夹具，测试板中的第一接地层、第二接地层以及第三接地层通过接地层连接孔连接为一个整体，统一引出到接地端，从而实现测试误差的最小化。并且，测试板中的基板、设置于基板第二面的第二接地层、第三接地层以及信号传输层形成共面波导结构，使得测试板能够适用于更高的测试频率，且测试损耗较小，稳定性更好。
【附图说明】
[0017]图1为一实施例中的LTCC滤波器测试板的结构简图；
[0018]图2为图1中的LTCC滤波器测试板的顶部平面示意图；
[0019]图3为用于对图1中的测试板进行校准的测试校准板的顶部平面示意图；
[0020]图4为一实施例中的LTCC滤波器测试夹具的主视图；
[0021]图5为图4中的测试夹具的侧视图；
[0022]图6为图4中的底座的结构不意图；
[0023]图7为图4中的底座在另一视角下的结构不意图；
[0024]图8为图4中的测试盖板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0026]—种LTCC滤波器测试板，用于LTCC滤波器测试过程中，以实现LTCC滤波器S参数的测试功能。S参数也称散射参数，包括直通S参数和反射S参数。直通S参数包括反向传输系数S12和正向传输系数S21。直通S参数用于反映设备的插入损耗。反射S参数包括输入反射系统Sll和输出反射系数S22，用于表征设备的回波损耗。图1为一实施例中的LTCC滤波器测试板(以下简称测试板)的结构简图，图2则为图1中的测试板的顶部平面的示意图。参见图1和图2，该测试板为采用高频陶瓷材料通过覆铜工艺制作的PCB板，其包括基板110、第一接地层120、第二接地层132、第三接地层134以及信号传输层140。其中，第二接地层132、第三接地层134均作为接地电极，信号传输层140则作为信号输入/输出电极。
[0027]在本实施例中，基板110为长方体，且为绝缘介质层。基板110的材质为高频陶瓷材料，测试频率可以在6GHz以上。基板110的材质可以根据测试频率进行设定。对于测试频率6GHz以下测试板，基板110采用FR4板材即可。如果测试频率大于6GHz，则一般要选用高频陶瓷材料作为基板材料。基板110包括第一面(即基板110的下表面)和与第一面相对的第二面(即基板110的上表面)。
[0028]第一接地层120覆盖整个基板110的下表面。第二接地层132、第三接地层134以及信号传输层140则设置于基板110的上表面。在本实施例中，基板110、第一接地层120、第二接地层132以及第三接地层134上均设置有多个接地层连接孔136。第二接地层132和第三接地层134分别通过接地层连接孔136与第一接地层120连接，形成一个整体后引出到接地端，从而实现测试误差的最小化。在本实施例中，第一接地层120、第二接地层132和第三接地层134上还设置有用于与测试夹具上的接地装置连接的接地连接孔138，从而通过接地连接孔138与测试夹具上的接地装置电连接。在本实施例中，第一接地层120、第二接地层132、第三接地层134以及信号传输层140均为铜层。铜层具有较好的导电性，从而使得整个测试板具有较好的电气连接性能。信号传输层140设置于基板110的中间位置且沿基板110的长度方向设置。第二接地层132和第三接地层134对称设置于信号传输层140的两侧，从而形成共面波导结构。传统的滤波器测试板的测试频率在5GHz左右。具有共面波导结构的测试版则能够适用于更高的测试频率，可以高达20GHz甚至以上。并且，采用共面波导结构的测试板，其损耗更小，稳定性更好。
[0029]具体地，第二接地层132和第三接地层134的两端均分别设置有负输入端152和负输出端154。信号传输层140的两端分别设置有信号输入端(也即正输入端)142和信号输出端(也即正输出端)144。信号输入端142的一端和负输入端152用于与第一同轴连接器连接，信号输入端142的另一端向信号输出端144延伸，并延伸至靠近基板110的中间位置。信号输出端144的一端和负输出端154用于与第二同轴连接器连接，信号输入端144的另一端向信号输入端142延伸，并延伸至基板110的中间位置。信号传输层140上位于信号输入端142和信号输出端144的中间位置处还设置有焊盘146。焊盘146用于与待测试的LTCC滤波器进行电连接。在本实施例中，信号输入端142和信号输出端144上靠近焊盘146的一端的宽度变宽，从而确保接地良好。焊盘146上还设置有垂直导电结构(图中未示)。垂直导电结构可以为垂直导电胶，以确保焊盘146上的垂直方向上通过施加较小压力即可实现良好导通，而在水平方向上呈绝缘状态。导电胶导电率良好，接触电阻非常小，比传统的采用弹簧式触点测试具有明显的优势，能够最大限度的减小测试误差。在本实施例中，在基板110上表面上未设置连接端(输入端以及输出端)以及焊盘146的区域用绿油涂覆了一层阻焊层148(也可以称为绝缘层)。
[0030]测试板中的基板材料、特性阻抗值(可以为50Ω、75Ω或者100 Ω等)以及尺寸会对散射参数产生影响，从而影响测试的滤波参数精度。测试板的影响尺寸主要包括基板110的厚度H、电极布线(也即信号传输层140)的宽度W和厚度T以及第二接地层132和信号传输层140(也即接地电极和输入/输出电极)之间的间距G。通过调整测试板的上述四个参数，可以实现对测试板的散射参数进行调整，以满足不同滤波器参数精度要求。上述四个关键尺寸可以通过仿真软件(如HFSS、ADS或者AppCAD等)仿真分析获取。
[0031 ]下面以HFSS(High Frequency Structure Simulator，高频结构仿真)为例对确定测试板的制备过程进行说明。
[0032]步骤I，进行特性阻抗理论分析及共面波导三维结构建模。根据滤波器测试板匹配特性阻抗(一般采用50 Ω，还有75 Ω、100 Ω等)的要求，在仿真软件上绘制共面波导三维结构模型，包括基板材料选择(本处选择低损耗高频陶瓷材料)、基板厚度H、电极布线的厚度T和宽度W、输入/输出电极与接地电极的间距G，以及连接孔数量大小等变量设置(见图1、2)。
[0033]步骤2，边界模型建模、边界条件设计。以一定的比例关系绘制边界模型，边界模型务必把共面波导模型囊括在内，设置边界条件，选择微波边界。
[0034]步骤3，激励条件设置。绘制激励平面，设置激励条件为50Ω特性阻抗。
[0035]步骤4，扫描频率设置。设置扫描频率，本实施例中的测试频率要求达20GHz，因此扫描频率设置I OOKHz?20GHz。
[0036]步骤5，变量设置及分析。以共面波导理论为基础，分别设定H、T、W、G等(图1)变量，设置变量分析条件。
[0037]步骤6，仿真运行，结果分析、优化。根据各变量变化的趋势，有针对性地对以上变量的进行调整，使直通损耗参数S12、S21最大程度的接近0(也就是使信号在PCB测试板中传输过程几乎无能量损失)，使反射损耗参数SI 1、S22分别小于-30dB，小于-40dB，也就是使信号在测试板中传输过程几乎无能量反射。
[0038]步骤7，优化完成，参数提取、测试板制作。
[0039]当S12、S21、SI 1、S22等参数均满足要求时，提取H、T、W、G等尺寸参数，采用PCB板制作工艺进行测试板制作。为最大限度减小测试板引入的系统误差，同时制作配套的测试校准板，供直通校准用，如图3所示。测试校准板的结构与测试板的结构基本相同，仅仅是没有设置焊盘146，因为焊盘146对直通S参数影响可以忽略不计，所以不设置焊盘146。实际PCB测试板制作时，还需在上铜层(第二接地层132、第三接地层134以及信号传输层140)之上焊盘146以外的地方用绿油涂覆一层阻焊层(也称绝缘层)。
[0040]上述LTCC滤波器测试板，测试板中的第一接地层110、第二接地层132以及第三接地层134通过接地层连接孔136连接为一个整体，统一引出到接地端，从而实现测试误差的最小化。并且，测试板中的基板110、设置于基板110第二面的第二接地层132、第三接地层134以及信号传输层140形成共面波导结构，使得测试板能够适用于更高的测试频率，且测试损耗较小，稳定性更好。并且上述测试板采用垂直导电胶作为焊盘和待测LTCC滤波器的连接器件，导电胶导电率良好，接触电阻非常小，比传统的采用弹簧式触点测试具有明显的优势，能够最大限度的较小测试误差。
[0041]本实用新型还提供了一种LTCC滤波器测试夹具，用于固定待测LTCC滤波器。图4为一实施例中的LTCC滤波器测试夹具(以下简称测试夹具)的主视图，图5为图4中的测试夹具的侧视图。参见图4和图5，该测试夹具包括底座402、接地装置404、测试板406、第一同轴连接器408、第二同轴连接器410、测试盖板412、测试支架414、测试压针416以及测试升降装置418。
[0042]底座402采用金属材料制作，为测试夹具最底部的一部分。底座402用于起到支撑、稳定夹具及保证接地良好等作用。在本实施例中，底座402下方还设置有四个支撑点403。四个支撑点403用于调整测试夹具水平用。
[0043]在本实施例中，接地装置404为接地铜块。接地铜块是实心金属块，其结构如图6和图7所示。接地铜块的上下两个端面都设置有螺钉连接孔610。接地铜块下端通过螺钉连接孔与底座402固定连接，接地铜块上端面的螺钉连接孔为预留孔，用于与测试板406的第一接地层连接。接地铜块用于保证测试夹具的接地良好，以减少外界信号对反射S参数测试的影响。在本实施例中，接地铜块上与测试板连接的一侧设置为阶梯结构，从而其接地良好，且与测试板406配套使用。
[0044]测试板406为本测试夹具的核心部分，LTCC滤波S参的测试功能需要通过该测试板来实现。测试板406采用前述任一实施例中的测试板结构。第一同轴连接器408和第二同轴连接器410与测试板406上的输入端、输出端连接后通过同轴电缆与射频矢量网络分析仪连接。在本实施例中，第一同轴连接器408和第二同轴连接器410均为SMA接头，在其他的实施例中，也可以为SMB接头、SMC接头以及BNC接头等。该测试板406通过输入端、输出端、焊盘、接地连接孔、接地层连接孔等与测试夹具的其他部分实现连接。测试板406的信号输入端和信号输出端的输入/输出信号由射频矢量网络分析仪提供。射频矢量网络分析仪输出、输入端分别通过测试电缆与测试板406的两个SMA接头连接成一个闭合回路。射频矢量网络分析仪输出端输出一个信号经由测试电缆到达测试板406通过滤波器产品，该信号具有直通和反射两种状态。直通信号继续向前回到射频矢量网络分析仪的另一端，反射信号反射到射频矢量网络分析仪的输出端。射频矢量网络分析仪通过对输出信号、直通信号、反射信号的分析，实现滤波器的测试。在一实施例中，测试夹具还包括测试校准板。
[0045]测试盖板412设置于测试板406上与待测LTCC连接的一面。测试盖板412的结构如图8所示。测试盖板412为“工”字形结构，从而与测试板406的结构相匹配。测试盖板412的中间位置设置有固定槽710。固定槽710用于定位待测LTCC滤波器。测试盖板412的固定槽710的结构与滤波器的结构相匹配。测试盖板412上位于固定槽710的四周还形成有浅槽结构720，以方便滤波器的装配。测试盖板412上还设置有多个连接孔730。测试盖板412通过金属螺钉穿过连接孔730、测试板406上的接地连接孔与接地铜块连接。具体地，在测试板406的连接端焊接上SMA接头，在其焊盘上方放置一层垂直导电胶(垂直方向通过施加较小压力即可实现良好导通，水平方向呈绝缘状态)，在垂直导电胶及测试板板上406方加上测试盖板412，采用金属螺钉(保证测试板406接地良好)通过接地连接孔固定在接地铜块上，实现测试板的在测试夹具中的连接。
[0046]测试支架414固定于底座402上。测试升降装置418和测试压针416均固定于测试支架414上。测试升降装置418用于控制测试压针416上下运动，从而实现待测LTCC滤波器与测试板406之间的导通控制。具体地，测试升降装置418为扳手结构，即测试升降扳手。测试压针416采用硬树脂材料制作，安装于测试板406的焊盘的正上方，测试产品时下压给产品施加一定的压力，实现产品在测试板406中连接导通。测试压针416连接在测试压针轴417上，测试压针轴417内安装弹簧(图中未示)，通过测试支架414连接在测试升降扳手的一端。产品处于待测试状态时，拉起测试升降扳手，弹簧弹起，测试压针上升悬空。测试产品时，下拉测试升降扳手，通过弹簧力的传导，将测试压针416下压到待测试产品上表面，产品受力传递到垂直导电胶上，导电胶导通，从而实现测试。
[0047]上述测试夹具具有测试频率高达20GHz、测试误差小、稳定性高、一致性好、组装及使用简单实用等一系列优点。上述测试夹具可以应用于对LTCC低通滤波器、LTCC高通滤波器、LTCC带通滤波器以及相关微波滤波器等电性能的测试中，以及滤波器自动分选机测试系统核心部件中，还适用于微波电子元件、射频元件等测试系统。
[0048]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0049]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种LTCC滤波器测试板，包括基板，所述基板包括第一面和与所述第一面相对的第二面;其特征在于，所述测试板还包括第一接地层、第二接地层、第三接地层以及信号传输层;所述第一接地层设置于所述基板的第一面上;所述第二接地层、所述第三接地层以及所述信号传输层相互绝缘设置于所述第二面上;所述信号传输层设置于所述第二面的中间位置;所述第二接地层和所述第三接地层分别设置于所述信号传输层两侧，形成共面波导结构;所述基板上还设置有接地层连接孔;所述第二接地层、所述第三接地层分别通过所述接地层连接孔与所述第一接地层电连接;所述第二接地层和所述第三接地层两端均分别设置有负输入端、负输出端;所述信号传输层的两端分别设置有信号输入端和信号输出端;所述信号输入端的一端、所述负输入端用于与第一同轴连接器连接;所述信号输入端的另一端向所述信号输出端延伸;所述信号输出端的一端、所述负输出端用于与第二同轴连接器连接;所述信号输出端的另一端向所述信号输入端延伸;所述信号传输层上位于所述信号输入端和信号输出端的中间位置处设置有焊盘;所述焊盘用于与待测试的LTCC滤波器电连接。2.根据权利要求1所述的LTCC滤波器测试板，其特征在于，所述焊盘上还设置有垂直导电结构;所述垂直导电结构用于确保所述焊盘的垂直方向上呈导电状态，而水平方向上呈绝缘状态。3.根据权利要求2所述的LTCC滤波器测试板，其特征在于，所述垂直导电结构为垂直导电胶。4.根据权利要求1所述的LTCC滤波器测试板，其特征在于，所述第一接地层、所述第二接地层、所述第三接地层以及所述信号传输层均为铜层； 所述第二接地层和所述第三接地层上未设置负输入端、负输出端的区域均涂覆有绝缘层;所述信号传输层上未设置焊盘、信号输入端和信号输出端的区域均涂覆有绝缘层。5.—种LTCC滤波器测试夹具，包括底座以及设置于所述底座上的测试支架；所述测试支架上设置有测试压针和测试升降装置;其特征在于，所述测试夹具还包括接地装置、如权利要求I?4任一所述的测试板以及所述第一同轴连接器和所述第二同轴连接器;所述测试板的第一接地层与所述接地装置电连接且可拆卸连接;所述第一同轴连接器和所述第二同轴连接器分别用于与射频矢量网络分析仪连接;所述测试升降装置用于控制所述测试压针上下运动，从而实现待测LTCC滤波器与测试板之间的导通控制。6.根据权利要求5所述的LTCC滤波器测试夹具，其特征在于，所述第一同轴连接器和所述第二同轴连接器均为SMA接头。7.根据权利要求5所述的LTCC滤波器测试夹具，其特征在于，还包括测试校准板;所述测试校准板的结构除不设置用于与待测LTCC滤波器连接的焊盘之外与测试板相同；所述测试校准板用于校准测试板的测试值。8.根据权利要求5所述的LTCC滤波器测试夹具，其特征在于，所述接地装置为接地铜块，所述接地铜块上设置螺钉连接孔;所述接地铜块通过螺钉连接孔分别与底座以及所述测试板连接。9.根据权利要求8所述的LTCC滤波器测试夹具，其特征在于，所述接地铜块上与所述测试板连接的一侧设置为阶梯结构。10.根据权利要求5所述的LTCC滤波器测试夹具，其特征在于，还包括设置于所述测试板第二面上的测试盖板;所述测试盖板为“工”字形结构;所述测试盖板的中间位置设置有固定槽，以定位待测LTCC滤波器。
【文档编号】G01R31/00GK205539228SQ201620050573
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月19日
【发明人】罗洪梁, 林亚梅, 黄寒寒, 刘季超, 朱建华, 胡志明
【申请人】深圳振华富电子有限公司, 中国振华（集团）科技股份有限公司