一种半钢同轴线缆弹性针尖的高频探针模块及测试系统的制作方法

本发明涉及电路板测试，尤其涉及一种用于高频高速信号测试的可伸缩探针模块、包含该探针模块的测试系统，属于高频高速集成电路测试领域。

背景技术：

1、随着5g毫米波通信、高速人工智能算力设备、智能穿戴射频模组及车载毫米波雷达、高阶自动驾驶域控等产业的快速发展，高频高速电路板的应用规模与性能要求同步提升，针对pcb的高频信号完整性测试需求持续增长，测试频段逐步向ghz甚至毫米波频段延伸，对测试链路的阻抗稳定性、屏蔽性能、插入损耗及测试适配性都提出了更严苛的要求。

2、当前主流的电路板测试方案仍存在诸多技术瓶颈，难以适配高频场景的测试需求，核心问题集中在以下三点：

3、1、传统飞针测试方案的性能上限不足。 飞针测试的核心定位为电路板直流开短路检测，其探针结构、传动机构与信号传输链路均针对低频通断测试设计，固有带宽受限，无法实现高频段s参数、特征阻抗、插入损耗、串扰等关键信号完整性指标的精准测量，难以满足当前高频高速电路板的性能验证需求。

4、2、板载测试槽搭配高频扁平电缆的方案挤占设计资源。 该方案需在被测电路板上预留专用测试槽位，并通过高频扁平电缆转接测试信号，不仅会占用宝贵的pcb布线空间、压缩器件布局余量，还会因测试槽的结构不连续性破坏板上传输线的阻抗特性；同时高频扁平电缆存在反复弯折寿命短、装配一致性差、额外引入传输损耗等问题，进一步限制了测试精度与方案适用性。

5、3、细长外露pcb承载弹簧探针的方案结构复杂且可靠性不足。 现有技术通过延伸出探针模块外壳的细长pcb外露段搭载弹簧探针，依靠增大外露结构的长宽比来避让板上已焊接的高元件；但该细长pcb结构易因自身应力释放、环境温度变化发生翘曲变形，导致探针接触位置偏移、针体弯折损坏，高频下还会出现信号屏蔽失效、阻抗波动等问题。为抑制翘曲、控制介电损耗，方案需额外引入防翘曲部件、异质补强材料、粘接层、绝缘层等多层复杂结构，不仅大幅提升了物料与装配成本，还增加了加工公差控制难度，产品良率与长期可靠性均受制约。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于，不使用细长 pcb 外露部及其配套防翘曲部件，仍能实现高频探针绕开已焊接元件测试上件板；以半钢同轴线缆作为从探针模块外壳到针尖焊接转接位置的全程同轴屏蔽信号通路，转接标准化弹性针尖直接点测pcb；减少针尖加工工序，避免gsg等三针精焊偏移问题，提高生产良率与组装一致性；利用弹性针尖的伸缩行程提供稳定接触力，容忍焊盘不平与跳针，进一步降低针尖损坏风险；通过gsg、gs、gssg、ss等可配置触点组合，覆盖单端、共面波导、差分等测试场景；同一探针模块既可测试裸板，也可测试上件板，减少更换探针的时间；为测试提供阻抗稳定、屏蔽良好、无翘曲问题的高频信号通路；简化结构、降低成本，便于制造与装配。

2、为实现上述目的，本发明提供一种半钢同轴线缆弹性针尖的高频探针模块，包括：探针模块外壳结构、至少一个设置在探针模块外壳上的同轴连接器、至少一根自探针模块外壳伸出的半钢同轴线缆，以及设置于线缆末端的弹性针尖组件。所述半钢同轴线缆由内导体、绝缘介质层和外屏蔽层由内向外依次构成；所述半钢同轴线缆的末端做剥线处理，剥离预设长度的外屏蔽层与绝缘介质层，使内导体裸露形成信号转接点，未被剥离的外屏蔽层形成接地转接点。所述弹性针尖组件包括弹性针尖，其中弹性针尖包含至少一根信号针与至少一根接地针；所述信号针与所述内导体在信号转接点实现电连接，所述接地针与所述外屏蔽层在接地转接点实现电连接。高频信号传输路径上，从所述同轴连接器起，至弹性针尖组件的针尖焊接转接位置之前，整段传输路径被同轴屏蔽结构包裹，不再经过细长pcb外露部。

3、进一步地，所述弹性针尖组件可根据待测焊盘配置为以下触点组合之一：gsg、gs、gssg或ss；其中gsg为两侧接地针中间信号针，gs为单接地针搭配单信号针，gssg为两侧接地针夹持两根信号针，ss为两根信号针；各弹性针尖沿垂直于待测电路板焊盘表面的方向可伸缩，以适应各类pcb上的待测焊盘情况，满足不同测试场景需求。

4、进一步地，所述半钢同轴线缆的特性阻抗为50ω，所述内导体采用铍铜材质或钨丝材质；所述半钢同轴线缆从所述探针模块外壳伸出的长度大于待测电路板上需要避让的电子元件上表面到电路板上表面之间的高度，且所述半钢同轴线缆预成型为弧形或者几字形的三维弯曲形态，以绕开已焊接电子元件。

5、进一步地，所述信号针与所述内导体之间、所述接地针与所述外屏蔽层之间采用激光焊接固定，保证连接可靠性及信号传输一致性。

6、进一步地，所述弹性针尖露出所述半钢同轴线缆末端的位置设有弹性针尖绝缘子，所述弹性针尖绝缘子填充于外屏蔽层与弹性针尖之间的间隙；该绝缘子能够使转接区域阻抗平滑过渡到50ω，保证高频信号传输的阻抗匹配，同时可避免针尖下压行程过大时外屏蔽层与待测电路板金属部位发生短路。

7、进一步地，所述探针模块外壳上设置一个同轴连接器和一根半钢同轴线缆，所述半钢同轴线缆末端装配gsg或gs弹性针尖组件，所述半钢同轴线缆中部预弯成弧形或几字形，适用于单端信号测试场景。

8、进一步地，所述探针模块外壳上设置两个同轴连接器和两根半钢同轴线缆，两根半钢同轴线缆共同对接同一套gssg或ss弹性针尖组件，组成差分测试结构，适用于差分信号测试场景。

9、进一步地，所述半钢同轴线缆外表面设有吸波管或绝缘护套，以避免与相邻元件或金属结构短路和电磁干扰；所述弹性针尖的焊接转接点以及靠近针尖组件的一段外屏蔽层表面设有镀金层，以改善高频趋肤效应下的导电性能与抗氧化能力。

10、可选地，所述半钢同轴线缆伸出探针模块外壳的外露段上，可通过激光焊接固定有加强筋，用于提升线缆伸出段的结构强度。

11、本发明还提供一种测试系统，包括测试仪器、同轴电缆和上述任一项所述的高频探针模块；所述测试仪器通过所述同轴电缆与高频探针模块的同轴连接器相连接，可对裸板或上件板完成高频信号激励与采集，进一步可在自动化探针台上实现损耗测试和阻抗测试。

12、本发明还提供一种高频探针模块的测试方法，采用上述任一项所述的高频探针模块，包括如下步骤：s1、将高频探针模块的弹性针尖移动至待测电路板焊盘的上方；s2、驱动探针模块下压，弹性针尖依靠自身伸缩行程适配焊盘高度差，使各针尖分别接触对应待测焊盘；s3、控制测试仪器输出高频激励信号，经由高频探针模块施加至待测焊盘，并采集对应的测试信号；s4、对采集得到的信号进行处理，获得s参数或者其它测试数据；同一模块在更换待测板类型时无需更换探针。

13、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

14、（1）无需细长pcb外露部及防翘曲部件、粘接层、绝缘层等配套结构；当线缆伸出距离较长时，还可增设激光焊接的加强筋提升结构强度，从根源上避免pcb翘曲导致的偏位、弯折损坏问题。

15、（2）半钢同轴线缆自身自带完整屏蔽结构，高频信号从同轴连接器直至针尖焊接转接位置之前全程保持同轴屏蔽传输，抗干扰能力强，阻抗稳定，可稳定支持10ghz‑110ghz高频测试。需要说明的是，该高频带宽效果来源于本发明“半钢同轴线缆直接对接弹性针尖、取消pcb悬臂”的组合结构带来的协同效果，并非单独线缆或单独弹性针尖本身固有性能。

16、（3）弹性针尖采用标准化可伸缩结构，无需复杂开模倒角，避免了gsg三针精密焊接的偏移问题，加工良率与组装一致性更高；针尖属于独立耗材，可单独更换，维护成本低。

17、（4）利用弹性针尖沿垂直焊盘方向的可伸缩行程吸收焊盘高度差，避免了因硬性接触或过行程而导致的针尖或探针组件的物理损坏，提高了测试的容错性和探针寿命。

18、（5）gsg、gs、gssg、ss等多种可配置触点组合，一套转接工艺覆盖单端、差分等多种测试场景，减少探针类型数量。

19、（6）同一探针模块可兼容裸板和上件板测试；半钢同轴线缆可做三维弯曲绕开板上器件；整体结构简单、零件少，制造和装配成本低。