测试AiP模块在大批量生产

大容量无线远场和近场辐射是两个选项(OTA)的测试antenna-in-package (AiP)模块自动测试设备(吃)[1]。在本文中,我们定义一个AiP测试设备(DUT)并检查两种方法的测量结果。

创建一个AiP评估工具

正确评价一个吃OTA测量需要一个AiP模块设置。使用,例如,一个参考天线而不是AiP DUT(例如,一个参考喇叭天线)不会考虑的所有组件特定于一个吃实现像DUT测试夹具PCB或DUT的套接字。目前使用一个商业AiP模块也不可行,因为一些可用的商业AiP模块不会与IP来限制使用它们公开展示OTA测量结果。

因此,我们决定创建简单的AiP模块如图1所示。这是罗杰斯在一个多层PCB生产4350 b层和BGA球阵列在下面。天线阵列是由一个2×2的双极化天线[2]。他们是microstrip-feed两个四分之一波长阻抗匹配变压器。这种窄带天线设计,是针对28 GHz,并能支持我们100 - mhz测量调制范围。我们使用0.4 mm间距BGA数组在PCB的底部。注意,AiP模块有大量的包类型[3]。我们选择这个,因为它是最简单的设计和制造。

图1:简单的天线方案模块演示OTA测量的工具。

因为我们设计使用微带天线阵提要(为简单起见),我们需要提供一个波形与180度相位差两岸的数组为每个极化获得一个在水平方向上的天线波束。通过选择适当的相位差,我们可以按预期光束方向移动的AiP相控阵天线。一个临界点的OTA测试AiP吃模块是DUT套接字总是必须的。的挑战是插座盖子会影响天线阵列波束,如图2所示。我们只能尽量减少其影响通过套接字的正确设计和材料选择(特别是盖子),但与此同时还有其他的细胞相互冲突的需求在大批量的生产测试。这些措施包括,例如,支持冷热测试以及保证适当的电接触到电的插座即使在弯曲的小包裹。

图2:插座盖子影响AiP模块天线阵列波束。

额外的要求实现一个完整的AiP模块仿真是活跃的部分,是硅死去。模仿这一部分中,我们使用一个外部评估板(0151 - dk Anokiwave),它提供了四双极化射频通道独立阶段和每个通道的增益控制。有了这个完整的设置如图3所示,我们可以完全模仿的OTA测试AiP模块。吃系统用于测量,只有两个吃mmWave测量通道。因此,我们使用一个固态开关偏振之间切换。

图3:使用吃OTA测量设置的框图。

图4显示了DUT测试夹具与远场套接字(或loadboard)但没有DUT安装。电气方面的AiP模块我们使用了一个橡胶套接字,因为我们需要支持28-GHz信号。DUT测试夹具是一个简单的mmWave设计与信号Anokiwave评估板连接到DUT AiP通过微带痕迹。我们还实现了一些辅助测试和校准的结构。Anokiwave评估委员会驻留在一个车库空间波纹管DUT测试夹具。它是由吃了电力供应,和它是编程吃数字频道使用SPI接口。图5显示了吃系统配置为远场和近场辐射OTA测量。所有的测量进行了使用一个显著V93000波规模mmWave吃系统。

图4:DUT测试夹具。

图5:吃测量设置显示(左)和辐射近场远场设置设置(右)。

在我们继续之前,我们需要一些参考数字远场天线阵的距离。图6显示了AiP天线阵列的维度。它还显示了一个计算远场的距离使用弗劳恩霍夫距离方程[4]。计算远场开始的距离是32毫米对于这种情况。

图6:远场天线阵的距离计算。

结果与远场OTA测量设置

在远场的设置(图5中,左)测量天线是一个双极化喇叭天线(Ainfo磅- sj - 180400)位于10厘米的DUT AiP(显然在远场区内)。我们知道测量天线增益,由于测量天线DUT的距离是固定的,我们也知道漏气。我们可以使用这些值来校准测量的结果。图7显示了测量误差向量幅度(维生素)和相应的星座图测量的AiP DUT使用28-GHz 5 g与100 - mhz QAM64波形调制带宽。这个测量是执行整个天线阵传输和测量天线指向水平方向。只有H-polarization场测量(见图3)。

正如前面提到的,这个AiP装置的目的是成为一个示范车辆;由于其简单的设计不能指望一个良好的性能。这个测量设置非常简单,提供了一种简单的方法来与一个5 g-compliant长椅上测量设置。虽然远场OTA测量设置适合表征,[1]中讨论,提出重大挑战测试储存单元集成在一个多点大容量测试设置由于其机械的需求。

图7:测量远场传播维生素和星座图28-GHz 5 g QAM64波形H-polarization (100 - mhz调制带宽)。

结果与辐射近场OTA测量设置

在辐射近场设置(图5中,右),一块双极化测量天线用于套接字(如图4所示[1])。这个测量天线设置11毫米的AiP DUT,因此在近场区域内如图6所示的计算。11毫米的距离选择基于驻波效应存在于任何辐射近场OTA设置所述[1,5]。图8显示了维生素和星座图在相同条件下测量的AiP DUT的远场测量如图7所示。

图8:传播辐射近场测量的维生素和星座图28-GHz 5 g QAM64波形H-polarization (100 - mhz调制带宽)。

图8显示了辐射近场测量2.76%维生素与价值,而远场维生素与测量结果(图7)为2.74%。虽然在这个例子中维生素与结果联系起来,对于不同的AiP模块使用不同的天线阵或不同测量天线的设计和它的距离DUT,远场和近场辐射的区别OTA测量设置可能是重要的。其他问题与校准和其他可能的测量包括线性和ACLR阶段,如[7]所述。

总结

OTA与吃是可能的在不同配置测试:在远场辐射近场,无功近场如[1]所述。在线旅行社回路配置还可以支持在线旅行社测试在某些情况下。我们已经表明,参数的测量可以通过辐射近场如果仔细注意放在测量天线设计和DUT之间的距离的选择和测量天线。在辐射近场情况下一个简单的价值相关性与远场并不总是可能的。但在生产设置,重要任务是能够区分好的和坏的设备,这是可以实现的,辐射近场OTA配置。[1]所示,大批量生产的辐射近场具有显著优势的复杂性和成本。

确认
我们要感谢Sui-Xia杨和弗兰克吴作栋效果显著的测量的测试程序的开发和执行。我们还要感谢Natsuki Shiota, Aritomo菊池,Takasu弘满Mineo欲之,加藤Yasuyuki效果显著的技术为这个项目贡献。我们也想感谢斯图加特大学的Jan Hesselbarth教授为他继续在线旅行社合作测试。

引用
1。j . Moreira”测试AiP模块在大批量生产5 g应用程序中,“芯片规模评论,2020年5月/ 6月。
2。Kim-Lu Wong“紧凑和宽带微带天线,”威利,2002年。
3所示。柯蒂斯Zwenger维克乔杜里,“包(AiP)技术的天线5 g增长,“芯片规模评论3月/ 4月,2020年。
4所示。Meik Kottkamp, et al .,“5 g的新收音机原理、程序、测试方面,”罗德与施瓦茨。
5。j . Moreira j . Hesselbarth k . Dabrowiecki”挑战的空气(OTA)测试吃,“TestConX中国,上海,2019年10月29日。
6。c . Parini et al .,现代天线范围测量的理论与实践,专业2014人。
7所示。j . Moreira”测试AiP模块在大批量生产5 g应用程序中,“芯片规模审查,2020年11 - 12月刊31页。

这篇文章发表的一篇文章的一个压缩版本2020年11 - 12月刊芯片规模的审查,31页。它遵循大批量的生产测试AiP 5 g应用程序模块。