空气共面射频微波探针及其制备方法与流程

1.本发明属于微波/毫米波在片测试技术领域，更具体地说，是涉及一种空气共面射频微波探针及其制备方法。


背景技术：

2.目前微波探针尖端技术主要由国外企业品牌所主导，自80年代初开始，先后出现了射频圆晶片探针模型tmp9600、蓝宝石校准基片cal96、wph探针、rtp探针等，上述探针使用的是共面陶瓷材料，陶瓷的特性是不能太弯曲，因而其压触的弹性不大，极易在测试中损坏，及时可以替换，其昂贵的价格仍然限制了它的应用，且其支撑的射频频率也较低。
3.之后，出现了采用微同轴电缆作为中间过渡媒质的射频探针，通过机械方面的显著改善延长了探针的寿命，使得探针的重新打造成本降低，简化了制造工艺，该技术取代了陶瓷探针，成为新的通用标准。
4.再之后，出现了新型的空气共面射频微波探针，空气共面射频微波探针一般包括探针主体，射频同轴连接器，微同轴电缆和微波探针尖，行业内俗称acp探针，acp探针频率达到了110hz(1-mm连接器模型)和140ghz(基于波导模型)，完全代替了wph生产线。acp探针的柔软材质及无损式接触，且针尖清晰、损耗低，取得了广泛应用。
5.随着rfid(射频无线识别)、5g的普及、万物互联、航天、勘探、国防等各种无线传输的升级迭代及大量普及，射频测试是不可替代的测试验证标准之一，未来预计会形成爆发式增长。国内关于微波探针的研究大多集中于理论分析和部分结构计算，局限于探针局部设计、测试方法等理论进展上，对微波探针的制备和测试研究较少，且工作频率大都在10ghz左右，与国外差距较大。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种空气共面射频微波探针及其制备方法，旨在解决国内关于微波探针的研究大多集中于理论分析和部分结构计算，局限于探针局部设计、测试方法等理论进展上，对微波探针的制备和测试研究较少，且工作频率大都在10ghz左右，与国外差距较大的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
8.在第一方面，本发明提供一种空气共面射频微波探针的制备方法，包括以下步骤：
9.将微同轴电缆一端的外导体和介质层按预设长度剥离，得到预设长度的内导体插入端；
10.将所述内导体插入端插入射频同轴连接器的中心空腔内；
11.将所述射频同轴连接器安装至第一探针主体；
12.将第二探针主体安装至所述第一探针主体，使得所述微同轴电缆按预设路径从所述第二探针主体伸出；
13.将所述微同轴电缆的伸出端斜切至漏出内导体，得到电缆对接端；
14.将带有辅助片的微波探针尖连接至所述电缆对接端；
15.将所述辅助片去除，得到空气共面射频微波探针。
16.在一些可能的实现方式中，所述将带有辅助片的微波探针尖连接至所述电缆对接端的步骤，包括步骤：
17.采用激光切割的方式对铂青铜板材进行切割成型，得到带有辅助片的微波探针尖；
18.将带有所述辅助片的所述微波探针尖对准所述电缆对接端的内导体、外导体并进行焊接。
19.在一些可能的实现方式中，在所述采用激光切割的方式对铂青铜板材进行切割成型的步骤中，在所述辅助片与所述微波探针尖的三个探针尖的衔接处形成剪切线。
20.在一些可能的实现方式中，在所述将所述辅助片去除，得到空气共面射频微波探针的步骤中，将所述辅助片去除之后，使用金相砂纸对所述微波探针尖的三个探针尖进行打磨，使得三个探针尖在同一平面。
21.在一些可能的实现方式中，在所述将所述辅助片去除，得到空气共面射频微波探针的步骤中，将所述辅助片去除之后，使用灌封胶在所述第二探针主体与所述微同轴电缆邻近其伸出端的位置进行灌封。
22.在一些可能的实现方式中，在所述将所述辅助片去除，得到空气共面射频微波探针的步骤中，将所述辅助片去除之后，使用吸波胶水在所述第二探针主体与所述微同轴电缆之间的预设路径上进行粘接。
23.在一些可能的实现方式中，在所述将所述射频同轴连接器安装至第一探针主体的步骤中，在所述微同轴电缆与所述第一探针主体之间的缝隙中填充锡料。
24.在一些可能的实现方式中，在所述将所述射频同轴连接器安装至第一探针主体的步骤中，所述射频同轴连接器的外壳与所述第一探针主体之间螺纹连接。
25.在一些可能的实现方式中，在所述将第二探针主体安装至所述第一探针主体，使得所述微同轴电缆按预设路径从所述第二探针主体伸出的步骤中，所述第二探针主体和所述第一探针主体之间通过螺钉连接。
26.在一些可能的实现方式中，在所述将第二探针主体安装至所述第一探针主体，使得所述微同轴电缆按预设路径从所述第二探针主体伸出的步骤中，按照预设路径，将所述微同轴电缆进行若干次折弯操作，并将所述微同轴电缆的多余部分进行切割。
27.本发明提供的空气共面射频微波探针的制备方法至少具有以下技术效果：与传统技术相比，本发明提供的空气共面射频微波探针的制备方法，将射频同轴连接器、微同轴电缆、第一探针主体和第二探针主体按预设关系装配在一起，在微同轴电缆的伸出端斜切以得到电缆对接端，先利用带有辅助片的微波探针尖连接至电缆对接端，然后将辅助片去除，便于借助夹具通过辅助片来进行对位操作，能够提高微波探针尖与电缆对接端的对位准确性，进而可以提高工作频率，不再局限于理论研究和部分结构计算，能够将空气共面射频微波探针整个地制备出来，缩短了国内外研究差距，所制备的空气共面射频微波探针适用于电子测试设备，可以对硅片、管芯及开放式微芯片中的电子电路射频和微波信号进行测量。
28.在第二方面，本发明还提供一种空气共面射频微波探针，采用如上任一实现方式制成，二者技术效果相同，在此不再赘述。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明一实施例空气共面射频微波探针的制备方法的流程图；
31.图2为本发明一实施例空气共面射频微波探针的结构示意图；
32.图3为本发明一实施例空气共面射频微波探针的另一角度结构示意图；
33.图4为图2所示射频同轴连接器的结构示意图；
34.图5为图2所示第一探针主体的结构示意图；
35.图6为图2所示第一探针主体的另一角度结构示意图；
36.图7为图2所示第二探针主体的结构示意图；
37.图8为图2所示第二探针主体的另一角度结构示意图；
38.图9为本发明一实施例微同轴电缆剥离得到内导体插入端的示意图；
39.图10为本发明一实施例微同轴电缆插入射频同轴连接器时的示意图；
40.图11为本发明一实施例射频同轴连接器的外壳安装至第一探针本体时的示意图；
41.图12为本发明一实施例射频同轴连接器安装至第一探针主体后的示意图；
42.图13为本发明一实施例射频同轴连接器安装至第一探针主体后背离外壳一侧的示意图；
43.图14为本发明一实施例微同轴电缆折弯状态的示意图；
44.图15为本发明一实施例微同轴电缆斜切得到电缆对接端的示意图；
45.图16为本发明一实施例微波探针尖带有辅助片时的示意图；
46.图17为本发明一实施例微波探针尖焊接至电缆对接端时的示意图；
47.图18为本发明一实施例微波探针尖去除辅助片时的示意图；
48.图19为本发明一实施例微波探针尖的顶角示意图；
49.图20为本发明一实施例在灌封微同轴电缆时的示意图；
50.图21为本发明一实施例空气共面射频微波探针与国外探针的测试对比图。
51.附图标记说明：
52.100、空气共面射频微波探针
53.110、微同轴电缆
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
111、内导体插入端
ꢀꢀꢀꢀꢀ
112、电缆对接端
54.120、射频同轴连接器
ꢀꢀꢀꢀꢀ
121、中心主体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
122、外壳
55.130、第一探针主体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
131、贯通孔
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
132、安装一孔
56.140、第二探针主体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
141、收容槽
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
142、安装二孔
57.150、微波探针尖
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
151、辅助片
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
160、灌封胶
58.170、吸波胶水
具体实施方式
59.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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
用以解释本发明，并不用于限定本发明。
60.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接于”、“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当元件被称为“设置于”、“设于”、“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中元件。
61.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
62.请一并参阅图1至图21，现对本发明实施例提供的空气共面射频微波探针及其制备方法进行说明。
63.请参阅图1，本发明实施例提供了一种空气共面射频微波探针100的制备方法，包括以下步骤：
64.s100、将微同轴电缆一端的外导体和介质层按预设长度剥离，得到预设长度的内导体插入端。
65.如图9所示，可以理解的是，根据空气共面射频微波探针100的整体结构尺寸，可以计算得到预设长度的具体数值。例如，选用长度为40mm
±
2mm的微同轴电缆110，将其中一端的外导体和介质层剥掉，只保留内导体，剥皮深度为2mm
±
0.2mm，在剥线完成后，用体式显微镜观察内导体，暴露出来的内导体应该完整且无划痕。
66.s200、将内导体插入端插入射频同轴连接器的中心空腔内。
67.如图4和图10所示，通常，射频同轴连接器120包括嵌套的中心主体121和外壳122，例如，采用型号为2.4-kd506的射频同轴连接器120，将内导体插入端111插入中心主体121的中心空腔内，例如，插入深度为1.8mm
±
0.1mm，在装配过程中防止弯曲变形。
68.s300、将射频同轴连接器安装至第一探针主体。
69.如图11和图12所示，可以先将带有微同轴电缆110的中心主体121从一端插设在第一探针主体130中，再将外壳122从另一端插设在中心主体121和第一探针主体130之间。
70.s400、将第二探针主体安装至第一探针主体，使得微同轴电缆按预设路径从第二探针主体伸出。
71.如图14所示，可以理解的是，第二探针主体140具有预设路径的形状，该形状用于限制引导微同轴电缆110的路径。如图5至图8所示，第一探针主体130可以使用黄铜材料，通过加工中心切削加工成型，表面采用镀金工艺，第二探针主体140可以使用羰基铁材料，典型型号为yem-170，通过加工中心切削加工成型。第一探针主体130和第二探针主体140能够起到支撑作用。
72.s500、将微同轴电缆的伸出端斜切至漏出内导体，得到电缆对接端。
73.如图15所示，将微同轴电缆110的伸出端进行斜切去掉一半的外导体、介质层和内导体，得到露出内导体的电缆对接端112，斜切面要求光滑，表面粗糙度ra应小于1μm，对于斜切长度和深度，需要根据微波探针尖150的尺寸确定，例如，斜切长度为1.2mm
±
0.2mm，斜切深度为0.4mm
±
0.05mm。
74.s600、将带有辅助片的微波探针尖连接至电缆对接端。
75.如图16和图17所示，可以理解的是，微波探针尖150具有三个探针尖，分别与电缆对接端112的外导体、内导体、外导体连接。
76.s700、将辅助片去除，得到空气共面射频微波探针。
77.如图18所示，可以理解的是，三个探针尖均与辅助片151的一端面连接，利用精密剪刀、精密刀具等将辅助片151去除。
78.本发明实施例提供的空气共面射频微波探针100的制备方法至少具有以下技术效果：与传统技术相比，本发明实施例提供的空气共面射频微波探针100的制备方法，将射频同轴连接器120、微同轴电缆110、第一探针主体130和第二探针主体140按预设关系装配在一起，在微同轴电缆110的伸出端斜切以得到电缆对接端112，先利用带有辅助片151的微波探针尖150连接至电缆对接端112，然后将辅助片151去除，便于借助夹具通过辅助片151来进行对位操作，能够提高微波探针尖150与电缆对接端112的对位准确性，进而可以提高工作频率，不再局限于理论研究和部分结构计算，能够将空气共面射频微波探针100整个地制备出来，缩短了国内外研究差距，所制备的空气共面射频微波探针100适用于电子测试设备，可以对硅片、管芯及开放式微芯片中的电子电路射频和微波信号进行测量。
79.请参阅图16和图17，在一些可能的实施方式中，将带有辅助片151的微波探针尖150连接至电缆对接端112的步骤，包括步骤：采用激光切割的方式对铂青铜板材进行切割成型，得到带有辅助片151的微波探针尖150；将带有辅助片151的微波探针尖150对准电缆对接端112的内导体、外导体并进行焊接。
80.具体而言，微波探针尖150可以采用厚度为80μm-100μm的铍青铜板材制作，所选材质的具体型号可以为c17200，使用皮秒激光切割机进行切割成型。例如，可以按照q/at 42000.01a手工焊接工艺规范，借助装配夹具，使用有铅焊锡膏进行焊接，焊锡膏型号或具体成分为sn62.8pb36.8ag0.4。
81.基于上述激光切割的描述，在一个具体的实施方式中，在采用激光切割的方式对铂青铜板材进行切割成型的步骤中，在辅助片151与微波探针尖150的三个探针尖的衔接处形成剪切线。本实施方式中，在辅助片151与三个探针尖的衔接处，也就是连接面设置有剪切线，剪切线能够精确地将三个探针尖和辅助片151划分开，在切割时，能够提高剪切时的精度，减少剪切失误率。
82.基于或不基于上述激光切割的描述，请参阅图18和图19所示，在一个具体的实施方式中，在将辅助片151去除，得到空气共面射频微波探针100的步骤中，将辅助片151去除之后，使用金相砂纸对微波探针尖150的三个探针尖进行打磨，使得三个探针尖在同一平面。具体而言，可以使用3000目-5000目的金相砂纸进行打磨，如此可以实现目标角度，打磨后每个探针尖的形成四个顶角，四个顶角的角度按照顺时针可以依次为140
°
、120
°
、135
°
、145
°
，在此基础上，可以实现更高的工作频率。例如，可以利用3000目金相砂纸对探针尖进行打磨，打磨后的三个探针尖在同一条水平面上，高度最大偏差不超过2μm。
83.基于或不基于上述激光切割的描述，请参阅图8和图20，在一个具体的实施方式中，在将辅助片151去除，得到空气共面射频微波探针100的步骤中，将辅助片151去除之后，使用灌封胶160在第二探针主体140与微同轴电缆110邻近其伸出端的位置进行灌封。本实施方式中，第二探针主体140开设有预设路径的收容槽141，收容槽141邻近伸出端的位置设为卡槽状，当填充有灌封胶160时，能够保证灌封胶160限位在卡槽中，提高微同轴电缆110的固定可靠性。灌封胶160可以使用快固型环氧树脂胶，能够将微同轴电缆110牢牢地固定在收容槽141中。
84.基于或不基于上述激光切割的描述，请参阅图20，在一个具体的实施方式中，在将
辅助片151去除，得到空气共面射频微波探针100的步骤中，将辅助片151去除之后，使用吸波胶水170在第二探针主体140与微同轴电缆110之间的预设路径上进行粘接。本实施方式中，吸波胶水170具有良好的吸波性能，在实现微同轴电缆110固定作用的同时，还能够提高所制备的空气共面射频微波探针100的抗干扰性能。吸波胶水170可以和灌封胶160重复使用或交替使用。
85.请参阅图5至图8、图11和图12，在一些可能的实施方式中，在将射频同轴连接器120安装至第一探针主体130的步骤中，射频同轴连接器120的外壳122与第一探针主体130之间螺纹连接。具体而言，射频同轴连接器120的外壳122设为外螺纹状，第一探针主体130开设有贯通孔131，该贯通孔131为内螺纹孔，在安装时，先将中心主体121置入贯通孔131中，再将外壳122旋入贯通孔131中，实现射频同轴连接器120的固定。
86.基于或不基于上述螺纹连接的描述，请参阅图13，在一些可能的实施方式中，在将射频同轴连接器120安装至第一探针主体130的步骤中，在微同轴电缆110与第一探针主体130之间的缝隙中填充锡料。具体而言，在微同轴电缆110与第一探针主体130之间的缝隙中均匀地填充锡料，能够保证微同轴电缆110的位置可靠性。可以理解的是，第一探针主体130开设有贯通孔131，射频同轴连接器120及微同轴电缆110贯穿在贯通孔131中。
87.请参阅图5至图8，在一些可能的实施方式中，在将第二探针主体140安装至第一探针主体130，使得微同轴电缆110按预设路径从第二探针主体140伸出的步骤中，第二探针主体140和第一探针主体130之间通过螺钉连接。具体而言，在第一探针主体130和第二探针主体140相对的位置开设有安装一孔132和安装二孔142，通过配合在安装一孔132和安装二孔142中的螺钉实现第一探针主体130和第二探针主体140的固定。例如，可以利用两颗m2
×
5mm的螺钉进行固定。
88.基于或不基于上述螺钉的描述，请参阅图14，在一些可能的实施方式中，在将第二探针主体140安装至第一探针主体130，使得微同轴电缆110按预设路径从第二探针主体140伸出的步骤中，按照预设路径，将微同轴电缆110进行若干次折弯操作，并将微同轴电缆110的多余部分进行切割。可以理解的是，弯折操作的发生位置为第二探针主体140。
89.例如，将微同轴电缆110进行两次弯折，第一次弯折半径为4mm
±
0.5mm，弯折角度为90
°±3°
；第二次弯折半径为2mm
±
0.5mm，弯折角度为23
±2°
。将微同轴电缆110一端多余的部分进行切割，切割后的微同轴电缆110到第二探针主体140边缘的距离为8.0mm
±
0.5mm。
90.请参阅图2、图3和图20，基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种空气共面射频微波探针100，采用如上任一实施方式制成，二者技术效果相同，在此不再赘述。
91.此外，如图21所示，本发明实施例所提供的空气共面射频微波探针100与国外探针的测试对比图可以看出，本发明实施例采用如上任一实施方式所述的制备方法所制得的空气共面射频微波探针100具有较好的工作频率。
92.当然，可以理解的是，上述实施例中的数值范围和选用材料并不局限于此，在整体的发明构思下，还可以选用其他数值范围和材料。
93.可以理解的是，上述实施例中的各部分可以进行自由地组合或删减以形成不同的组合实施例，在此不再赘述各个组合实施例的具体内容，在此说明之后，可以认为本发明说明书已经记载了各个组合实施例，能够支持不同的组合实施例。
94.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。