高频夹具开发设计

图1 夹具设计

1 引言

在5G、雷达、卫星通信的浪潮中，高频测试已成为研发不可或缺的一环。然而，当信号频率攀升至GHz甚至毫米波波段，一系列“看不见的敌人"悄然浮现。在日常的高频测试中，你是否曾因以下问题感到困扰：

l 信号完整性的“隐形杀手”：趋肤效应、介质损耗急剧增加，微小的阻抗失配就能让信号面目全非

l 重复性难题：同一批器件，测试数据却飘忽不定，是工艺问题还是测试误差?

l 封装多样性挑战：特殊封装器件找不到合适夹具，标准夹具束手无策

这些痛点的核心，往往指向同一个关键环节——测试夹具。

2 为什么夹具在高频测试中如此关键？

在高频领域，夹具已不再是被动的连接器，而是测试信号路径的组成部分。一个设计不当的夹具，本身就会引入不可忽略的寄生参数(电感、电容)、严重的阻抗不连续点、额外的谐振模式等。这些因素会直接“污染”待测器件的真实性能。

3 破局之道：从通用到精准定制

正是深刻理解这一核心挑战，我们实现了关键突破——我司现开发了高频夹具的自主研发能力，能够根据器件封装特性，进行协同设计与精准定制，我们提供的不仅是“连接”，更是一体化的高频测试解决方案。

基于器件封装尺寸，从传输线设计-连接器阻抗匹配-整体性能优化，定制化设计测试夹具，不断优化测试可达性。当前，我们的技术可以实现67 GHz内的夹具设计与测试，整体性能从优。

3.1 传输线设计

在高频测试夹具的设计中，共面波导(CPW)是一种广泛采用的传输线结构。然而，该结构在提供良好接地与屏蔽的同时，也带来了一些固有挑战：信号迹线与两侧接地平面之间会形成显著的分布电容，引入寄生参数；同时，迹线自身的寄生电感会与这些分布电容在特定频点形成并联谐振，从而在工作频带内产生不必要的谐振峰，影响信号完整性与测试带宽。

为克服这一结构局限，我们通过科学增加信号过孔，并精密优化其排布位置与数量，在共面波导中构建了额外的、可控的低电感接地路径。这种接地共面波导结构(GCPW)有效分流高频回流信号，抑制迹线与主地平面之间的容性耦合，从而显著降低寄生电容效应，并打破原有的谐振条件。最终达成扩展可用带宽、平坦化频响、提升整体信号质量的设计目标。

3.2连接器阻抗匹配

在进行完传输线部分的仿真优化后，紧接着进行连接器的阻抗匹配仿真与设计。这是整个高频夹具设计流程中至关重要、不可或缺的一环，其核心理念是“信号完整性”。简单来说，当我们设计了一段损耗极低、特性阻抗完美的“理想传输线”，如果它与连接器（即信号进出夹具的“门户”）的接口处存在阻抗突变，那么所有在传输线上的努力都可能前功尽弃。因此，我们需要进行“从连接器引脚到测试焊盘”的电磁场协同仿真与优化(图 3)，确保信号从标准接头进入夹具后，经过连接器过渡、传输线传导，直至到达待测器件焊盘，整个路径上的阻抗尽可能平滑、连续、接近目标值(如50 Ω)，且具有极低的传输损耗(图 4)。

图3 连接器三维模型（图片来源顺络内部）

3.3整体优化

在高频夹具的设计流程中，完成传输线与连接器的分别仿真与协同设计后，最后的关键一步，是对“PCB+连接器”完整装配体进行全波3D电磁场整体仿真与优化。如果说传输线设计是“铸好剑身”，连接器匹配是“开好刃口”，那么“PCB+连接器”的整体仿真优化，就是对整柄剑进行最后的“淬火与回火”处理，确保其在实际战斗中刚柔并济、性能可靠。如图 5所示，整体在50 GHz内性能优越，但在更高频段内，性能迅速恶化，这可能与连接器自身损耗有关。因此，在超高频测试时，要选用高性能、低损耗连接器，避免连接器自身损耗引入，诱导测试真实性。

4 加工与实测：夹具性能的最终检验

仿真设计优化完毕后，需要对PCB进行加工测试验证，以检验夹具的性能。测试时，我们采用67 GHz网络分析仪和AFR去嵌的组合，该高频测试组合具有溯源性强、精度高、重复性好和通用性强的特点(图6)。

图6 测试系统（图片来源顺络内部）

实验室原有测试仪器生产商提供测量系统可以实现20 GHz以内的S参数高精度测试。为了验证自研夹具的准确性，我们将PCB夹具测试方案与原系统进行对比测试验证。在原测量系统可支撑测试频率范围内，两者S参数高度一致，具有较高准确性(图 7)。此外，相较于原有系统测试频率局限性，自研PCB夹具在高频测试中，表现出更高的测试稳定性(图 8)。

经详细验证，目前实验室可以进行0201-1608射频陶瓷电感20 GHz以上的自谐频率测试，50 GHz以内的S参数、电感量和品质因子测试；0603光模块磁珠50 GHz以内-3 dB截止频率测试；毫米波滤波器50 GHz以内的S参数测试等。同时，我们也支持夹具定制设计，支撑新品导入，助力产品研发。

5 结语

高频测试夹具的自主开发，更是一次研发基础设施和流程的升级。它将：

为业务提速：让新品验证更快、更省、更可靠。

为战略筑基：在“材料-器件-应用端”的链条中，构建了坚实、标准化、可复用的PCB设计与验证工程环节。

为未来蓄力：形成的自主能力和知识资产，将使公司在应对未来更复杂、更高频、更高可靠性的产品挑战时，具备更强的内在韧性和响应速度。