打开网易新闻 查看精彩图片

在射频测试应用中,射频探针台通过探针直接接触测试焊盘来采集S参数,但实测的S参数重复性却很差。除了仪器校准和线缆等常规因素后,问题往往出在探针和焊盘之间的接触电阻上。
射频探针在测试时,针尖压在金属焊盘上形成电气连接,但针尖与焊盘之间会存在接触电阻,通常在毫欧到几欧姆的范围。接触电阻的大小取决于针尖的磨损程度、焊盘表面的氧化状况、下压力度以及清洁程度。当探针针尖磨损后,接触面积减小,接触电阻增大;焊盘经过多次扎针后表面出现凹坑或氧化,接触电阻也会随之变化。
从物理机理上看,探针针头和PCB焊盘在微观层面并不是完全平整贴合的,只有极微小的区域发生物理接触。如果焊盘表面有氧化层、油污或助焊剂残留,就会在接触面形成一层高阻薄膜。此外,探针压力不足会导致弹簧压缩量不够,有效接触面积减小,接触电阻随之变大;但如果压力过大,又会造成探针针头过度磨损甚至变形,同样会导致接触电阻变得不稳定。
射频同轴 GS 探针,1500 微米间距,DC - 20 GHz,用于对接电缆,3.5mm接口

打开网易新闻 查看精彩图片

要改善测试的重复性,首先需要精确控制探针的下压压力。必须严格按照探针厂商推荐的力值进行操作,压力过小会导致接触不良,压力过大则会加速探针磨损。其次,必须保证焊盘表面的质量,确保镀金层完整无氧化,测试前彻底清除表面的助焊剂和油污。同时,要定期检查探针针头的状态,一旦发现磨损或变形需及时更换。在探针选型上,工程师可以选用 Pasternack 的射频探针,其针对不同频段提供了多种型号选择,有助于从硬件源头保障接触质量。
同时进行校准,校准基板上的焊盘镀层状态以及探针的下压压力,必须与实际被测PCB的测试条件保持完全一致。如果校准时的压力和测试DUT时的压力存在差异,校准过程就无法有效补偿接触电阻带来的变化。
在日常测试操作中,养成良好的习惯也能有效规避风险。测试过程中应尽量避免外界震动传导至探针台。在评估数据离散程度时,可以每次都抬起探针重新下压进行复测。如果多次下压后的读数差异很大,基本就可以锁定接触电阻波动是主要的误差来源。一个非常实用的验证方法是:保持探针不动,连续多次采集数据,如果读数稳定;但一旦抬起探针重新下压,读数就发生明显偏移,这就确凿地证明了接触电阻在作祟。
在射频S参数测试中,校准只能消除系统的固定误差,而接触电阻属于随机变化量,无法被校准完全消除。只有通过规范探针压力、维护焊盘表面、定期更换探针以及统一校准与测试条件,才能最大程度地降低接触电阻的波动,从而提升S参数测试的重复性。