CN118501673A - 一种基于压电陶瓷的芯片集成测试板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电陶瓷的芯片集成测试板，包括：芯片测试集成结构；芯片测试集成结构包括底座和上盖，底座和上盖设置有容积腔体；在容积腔体的内侧设置有印制层，印制层上设置有转接层，转接层上设置有若干压电陶瓷；转接层上设置有T/R芯片封装组件；夹紧底座和上盖，使T/R芯片封装组件挤压转接层上的压电陶瓷，测试T/R芯片的受压状态。通过压电陶瓷受到压力产生的正压电效应，可以搜集测试中T/R芯片封装组件的受压状态，再通过局部压电陶瓷的逆压电效应，可以带来局部机械尺寸变化，可以改变转接层的局部受压状态，从而调节T/R芯片封装组件的受压情况，使各个接触馈电点受压均匀，不会因为接触状态的不一致产生测试性能偏差。

Description

一种基于压电陶瓷的芯片集成测试板

技术领域

本发明涉及天线阵元测试领域，尤其涉及一种基于压电陶瓷的芯片集成测试板。

背景技术

雷达天线阵面向智能化、轻薄化和共形化技术方向发展，带来收发组件芯片化发展的迅速增长，芯片和封装陶瓷基组件在生产过程中的一致性控制以及产品生产出来后怎么判断它的合格性，如果需要装配成成品后再去检测，无疑会带来时间的浪费以及其他零部件的损耗，所以需要稳定的无损的测试系统能测试产品在未组装状态下的性能指标。

随着片式阵面结构的智能化、轻薄化和共形化发展，阵面高度和重量得到极大的削减，同时阵面结构的强度极大减弱，可能导致阵面装配、使用过程的变形程度超出设计要求，在进行检测的过程中，存在产品本身生产公差带来的测试一致性问题和稳定性问题，同时，对于大型的雷达天线，根据每个芯片化组件的情况进行实时不断调试，一部天线有十几万，甚至几十万个收发通道，影响收发组件的检测精度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于压电陶瓷的芯片集成测试板。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于压电陶瓷的芯片集成测试板，包括，芯片测试集成结构；

所述芯片测试集成结构包括底座和上盖，所述底座和所述上盖设置有容积腔体，放置所述测试板；

测试板包括印制层，所述印制层上设置有转接层，所述转接层上设置有若干压电陶瓷；

所述转接层上设置有T/R芯片封装组件；

夹紧所述底座和所述上盖，使所述T/R芯片封装组件挤压所述转接层上的压电陶瓷，测试T/R芯片的受压状态。

作为上述技术方案的进一步描述：所述T/R芯片封装组件包括盒体，所述盒体上方与外界连通，所述盒体的底部阵列设置有若干第一馈电点。

作为上述技术方案的进一步描述：相邻两个所述第一馈电点之间的间距为0.4mm-0.9mm。

作为上述技术方案的进一步描述：所述转接层包括定位框架，所述定位框架的端面设置有柔性互连层；

所述柔性互连层上设置有若干柔性连接器和所述压电陶瓷。

作为上述技术方案的进一步描述：若干所述柔性连接器设置位置与若干所述第一馈电点的位置对应排布。

作为上述技术方案的进一步描述：所述柔性连接器包括若干第二馈电点，与所述第一馈电点接触连通，对T/R芯片进行测试。

作为上述技术方案的进一步描述：所述第一馈电点和所述第二馈电点的接触电阻小于等于150mΩ，所述柔性互连层的材料为硅胶。

作为上述技术方案的进一步描述：所述压电陶瓷的上下两侧端面与导线连接，通电后使所述压电陶瓷在竖直方向上的尺寸发生改变。

作为上述技术方案的进一步描述：所述压电陶瓷的受力应变量的范围为0.1%-0.2%，厚度为0.4mm-0.6mm。

作为上述技术方案的进一步描述：所述印制层、所述转接层和所述T/R芯片封装组件连接后的尺寸为0.8mm-1.0mm。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

1、在测试板中集成压电陶瓷，通过压电陶瓷受到压力产生的正压电效应，可以收集测试中T/R芯片封装组件的受压状态，再通过局部压电陶瓷的逆压电效应，可以带来局部机械尺寸变化，可以改变转接层的局部受压状态，从而调节T/R芯片封装组件的受压情况，使各个接触馈电点受压均匀，不会因为接触状态的不一致产生测试性能偏差。

附图说明

图1为本发明提出的测试板和芯片测试集成结构的示意图；

图2为本发明中印制层与转接层的结构示意图；

图3为本发明中T/R芯片封装组件的仰视图；

图4为本发明中转接层的立体图；

图5为本发明中转接层的俯视图；

图6为图5中柔性连接器的局部放大图；

图7为图5中压电陶瓷的局部放大图；

图8为本发明中压电陶瓷的立体图；

图9为本发明中另一实施例的结构示意图；

图例说明：

1、底座；2、上盖；3、印制层；4、转接层；41、定位框架；42、柔性互连层；43、柔性连接器；431、第二馈电点；5、压电陶瓷；6、T/R芯片封装组件；61、盒体；62、第一馈电点；7、限位板；8、压电陶瓷作动器；9、天线单元；10、支撑结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-图8，本发明提供的一种实施例：一种基于压电陶瓷的芯片集成测试板，包括，芯片测试集成结构；

所述芯片测试集成结构包括底座1和上盖2，所述底座1和所述上盖2设置有容积腔体，放置所述测试板；

测试板包括印制层3，印制层3上设置有转接层4，转接层4上设置有若干压电陶瓷5；转接层4上设置有T/R芯片封装组件6；夹紧底座1和上盖2，使T/R芯片封装组件6挤压转接层4上的压电陶瓷5，测试T/R芯片的受压状态。

发明人在研究中发现，在小型化、高密度集成的层间垂直互连中，需要实现射频微波信号、低频控制信号、电源供电信号的连接，引入低剖面的柔性互连结构，能极大地解决阵面变形带来的互连精度和容差问题，同时，免焊式的接触结构实现了与被测件之间的无损信号互连以及可维修性问题。因此发明人基于压电陶瓷补偿变形的能力，将压电陶瓷集成到柔性互连结构中，等效为作动器，通过对压电陶瓷的布局和尺寸设计，在板间柔性垂直互连过程中，能够监测到压电陶瓷受互配压力引起的信号变化，对测试距离、压力的检测和信息反馈，实现互连界面互连状态的实时监测。

压电材料是一类对电、声、光、热敏感的电子材料，可以实现机械能与电能相互转换的功能，广泛应用于工业部门和高科技领域中。当外力作用在压电材料上引起变形时，材料内部正负束缚电荷的间距变小，极化强度也变小，原来吸附在电极上的自由电荷有部分被释放，出现放电现象，称为正压电效应。电荷的密度与施加压力的大小成正比。在压电材料两极加一定强度电场，片内的正负电荷间距变大，极化强度也变大，电极上又吸附部分自由电荷而出现充电现象，电荷在电路中移动可对外输出机械能，称为逆压电效应。利用压电材料的正压电效应，可以监测到互连端面的压力变化情况和距离变化情况，实时监测是否存在过压现象以及压力不均衡现象；利用压电材料的逆压电效应，我们可以通过作动器改变局部互连界面的机械尺寸，通过调整互连端面状态从而使互连的可靠性提升。

在本实施例中，芯片测试集成结构的底座1和上盖2对T/R芯片封装组件6进行夹紧限位。转接层4处集成压电陶瓷5，通过压电陶瓷5受到压力产生的正压电效应，可以搜集测试中T/R芯片封装组件6的受压状态，再通过局部压电陶瓷的逆压电效应，可以带来局部机械尺寸变化，可以改变转接层4的局部受压状态，从而调节T/R芯片封装组件6的受压情况，使各个接触馈电点受压均匀，不会因为接触状态的不一致产生测试性能偏差，实现片式T/R芯片的高频信号、低频信号和电源信号的平面接触式柔性互连，大大提高了T/R芯片的维修性、信号连接可靠性，在转接层4上设置有限位板，用于放置T/R芯片封装组件6，且限位板的端面与底座1的上端面为同一平面内。

进一步的，测试板连接的系统设计为具有误差自动反馈和实时根据反馈的误差信息进行自动调整的智能系统（通过现有的PLC或MCU处理器编程实现，不作详细表述），实现微系统调试、组装流水线中的全自动化，避免不同被测试T/R芯片带来的误差导致测试性能的伪差异性，大大提高测试系统的稳定性、可靠性和测试效率。

参照图3，T/R芯片封装组件6包括盒体61，盒体61上方与外界连通，盒体61的底部阵列设置有若干第一馈电点62，相邻两个第一馈电点62之间的间距为0.4mm-0.9mm。

在本实施例中，将T/R芯片设置在T/R芯片封装组件6中，封装后对外互连的阵面上矩形排列若干第一馈电点62，馈电点间距为0.5mm、0.6mm、0.8mm等，馈电点的作用由T/R芯片设计定义。

参照图4-图5，转接层4包括定位框架41，定位框架41的端面设置有柔性互连层42；柔性互连层42上设置有若干柔性连接器43和压电陶瓷5；若干柔性连接器43设置位置与若干第一馈电点62的位置对应排布。

在本实施例中，在柔性互连层42上可以设置有多个柔性连接器43和压电陶瓷5，柔性连接器43可以传输射频信号，也可以传输电源和控制信号，根据T/R芯片封装组件6互连端面的第一馈电点62位置以及定义进行相应位置的排布，与T/R芯片封装组件6互连端面的第一馈电点62进行高精度的垂直互连。压电陶瓷5在柔性互连层42均匀分布，在不影响电性能传输的情况下，起到信息采集和作动器的效果，对T/R芯片互连产生的不均匀变形现象进行补偿。

参照图6，柔性连接器43包括若干第二馈电点431，与第一馈电点62接触连通，对T/R芯片进行测试。

在本实施例中，柔性连接器43通过若干第二馈电点431形成射频通道，第二馈电点431优选设置有9个，中间的作为中心导体431a，其余8个环绕在外侧作为射频通道的外导体431b接地。通过芯片测试集成结构压紧T/R芯片封装组件6，使柔性连接器43的中心导体与第一馈电点62接触连接，实现射频互连，实现片式阵面中单元组合阵列的印制层3和片式T/R芯片之间的低剖面柔性免焊接互连，同时，可以监测到互连端面的受压力情况、压力平衡状况、结构板的变形情况等，可以避免互配的过压问题，同时为解决压力不均匀问题提供信息支持。

参照图7-图8，第一馈电点62和第二馈电点431的接触电阻小于等于150mΩ，柔性互连层42的材料为硅胶。

在本实施例中，第一馈电点62和第二馈电点431由导电粒子组成，第二馈电点431在柔性互连层42中形成圆柱体，具有一定的弹性伸缩特性，受到垂直方向的压力时，与柔性互连层42一起进行弹性压缩，形成导电的通道，第一馈电点62和第二馈电点431的接触电阻小于150mΩ。柔性互连层42使用材料为不导电的硅胶，利用硅胶的弹性，形成柔性的弹性绝缘层，利用硅胶的弹性特性，受到压力时导电粒子互相接触形成导电通路，没有导电粒子的硅胶部分保持绝缘状态。柔性互连层42厚度最小可做到0.5mm，能解决0.5mm以上的互连高度问题。第二馈电点431单独使用时，可作为电源和控制信号传输的垂直互连机构。根据T/R芯片封装组件6上的接口，柔性连接器43在柔性互连层42中按相应位置进行分布和集成，根据传输信号的频率、电流大小等要求，对第二馈电点431形成的导电柱尺寸进行设计。

压电陶瓷5的上下两侧端面与导线连接，通电后使压电陶瓷5在竖直方向上的尺寸发生改变；压电陶瓷5的受力应变量的范围为0.1%-0.2%，厚度为0.4mm-0.6mm。

在本实施例中，压电陶瓷5在柔性互连层42中均匀分布，需要避第一馈电点62的位置，在其他不干涉信号传输的位置上进行排布，对电性能不产生影响。压电陶瓷5作为作动器需要加工到0.5mm，需要根据材料的应变量（0.1%-0.2%）进行适当的尺寸设计，适合于轻薄结构，不需要做单独的支撑点，且功耗低，不影响系统效率。

通过导线施加外加电场，可轻微改变互连端面的机械尺寸，使互连端面受压力均衡、变形公差满足互配要求，连接更可靠，可采集层间互连的压力信息、压强信息、距离尺寸等，再通过逆压电效应使压电陶瓷作动器产生尺寸变形。

印制层3、转接层4和T/R芯片封装组件6连接后的尺寸为0.8mm-1.0mm。

在本实施例中，避免使用传统高、低频浮动连接器的结构，大大降低了天线阵面由于使用传统互连连接器带来的轴向尺寸。传统最小的SMP、SSMP以及3SMP三件套垂直互连，轴向尺寸不小于11mm，采用本申请的低剖面弹性互连，轴向尺寸可以降低到0.8mm-1.0mm，节约了将近90％的尺寸。

实施例2

参照图9，将测试板用于天线单元中，可以用结构盖板将T/R芯片封装组件6压到转接层4上，保证良好接触，将压电陶瓷作动器8布置在天线单元9与支撑结构10之间，天线单元变形时对压电陶瓷作动器的各个位置产生的压力是不同的，导致压电陶瓷5产生的电信号大小不同，通过对压电陶瓷5电信号的搜集和分析，可以对差异较大位置的压电陶瓷作动器进行反向通电产生逆压电效应从而产生机械形变，通过压电陶瓷作动器的机械驱动力直接对其进行变形尺寸补偿，不同位置的受压情况可以通过压电陶瓷5产生信息反馈，分析受压力状态后可通过逆压电效应转换成机械能，调整受压状态，平衡不同位置的受压情况，不影响其他天线位置的接触，从而使大面接触保持平衡和一致性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于压电陶瓷的芯片集成测试板，包括，芯片测试集成结构；

所述芯片测试集成结构包括底座（1）和上盖（2），所述底座（1）和所述上盖（2）设置有容积腔体，放置所述测试板；其特征在于：

测试板包括印制层（3），所述印制层（3）上设置有转接层（4），所述转接层（4）上设置有若干压电陶瓷（5）；

所述转接层（4）上设置有T/R芯片封装组件（6）；

夹紧所述底座（1）和所述上盖（2），使所述T/R芯片封装组件（6）挤压所述转接层（4）上的压电陶瓷（5），测试T/R芯片的受压状态。

2.根据权利要求1所述的测试板，其特征在于：所述T/R芯片封装组件（6）包括盒体（61），所述盒体（61）上方与外界连通，所述盒体（61）的底部阵列设置有若干第一馈电点（62）。

3.根据权利要求2所述的测试板，其特征在于：相邻两个所述第一馈电点（62）之间的间距为0.4mm-0.9mm。

4.根据权利要求2所述的测试板，其特征在于：所述转接层（4）包括定位框架（41），所述定位框架（41）的端面设置有柔性互连层（42）；

所述柔性互连层（42）上设置有若干柔性连接器（43）和所述压电陶瓷（5）。

5.根据权利要求4所述的测试板，其特征在于：若干所述柔性连接器（43）设置位置与若干所述第一馈电点（62）的位置对应排布。

6.根据权利要求4所述的测试板，其特征在于：所述柔性连接器（43）包括若干第二馈电点（431），与所述第一馈电点（62）接触连通，对T/R芯片进行测试。

7.根据权利要求6所述的测试板，其特征在于：所述第一馈电点（62）和所述第二馈电点（431）的接触电阻小于等于150mΩ，所述柔性互连层（42）的材料为硅胶。

8.根据权利要求1所述的测试板，其特征在于：所述压电陶瓷（5）的上下两侧端面与导线连接，通电后使所述压电陶瓷（5）在竖直方向上的尺寸发生改变。

9.根据权利要求1所述的测试板，其特征在于：所述压电陶瓷（5）的受力应变量的范围为0.1%-0.2%，厚度为0.4mm-0.6mm。

10.根据权利要求1所述的测试板，其特征在于：所述印制层（3）、所述转接层（4）和所述T/R芯片封装组件（6）连接后的尺寸为0.8mm-1.0mm。