在高頻集成電路(如5G射頻前端、毫米波雷達、功率放大器等)的研發(fā)與量產(chǎn)中,
射頻探針臺作為連接被測器件(DUT)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)的關(guān)鍵接口平臺,其測量精度直接決定器件建模、參數(shù)提取和良率判斷的可靠性。而校準是消除測試系統(tǒng)誤差、實現(xiàn)可溯源高精度S參數(shù)測量的核心環(huán)節(jié)。
現(xiàn)代射頻探針臺通常支持多種校準方式,用戶需根據(jù)頻率范圍、測試結(jié)構(gòu)、精度需求及自動化程度進行合理選擇。
一、SOLT校準
SOLT是經(jīng)典、應(yīng)用廣泛的二端口校準方法,適用于同軸連接或標準微帶線結(jié)構(gòu)。在探針臺場景中,需使用集成在校準片上的四種標準件:
Short(短路):金屬通孔或短接線;
Open(開路):懸空傳輸線;
Load(負載):50 Ω精密薄膜電阻;
Thru(直通):兩探針間直接連接。
優(yōu)點:操作簡單,VNA內(nèi)置算法成熟,適合DC至40 GHz以下常規(guī)測試。
二、TRL校準
TRL是一種基于傳輸線理論的去嵌入式校準方法,無需理想負載,僅需三種結(jié)構(gòu):
Thru:兩端口直連;
Reflect:高反射結(jié)構(gòu)(通常為短路或開路,但不需精確已知);
Line:一段已知電長度(通常為λ/4)的傳輸線。
優(yōu)點:
不依賴50 Ω負載,避免薄膜電阻在高頻下的寄生效應(yīng);
精度高,尤其適用于微帶線、共面波導(dǎo)(CPW)等平面電路;
廣泛用于67 GHz以上毫米波測試,是晶圓級校準的行業(yè)標準之一。
要求:需精確設(shè)計Line的電長度,且Thru與Line的特性阻抗應(yīng)一致。校準片需由電磁仿真優(yōu)化后制作。
三、LRM / LRRM校準(Line-Reflect-Match / Line-Reflect-Reflect-Match)
LRM及其改進版LRRM是針對非理想匹配條件開發(fā)的高魯棒性校準方法,特別適用于焊盤尺寸小、接地不完整的先進封裝或RFIC測試。
Match(M) 可為任意未知負載(甚至開路);
Reflect(R) 可使用兩個不同反射系數(shù)的標準件(如短路+開路);
對探針接觸一致性要求較低,容忍一定接觸阻抗變化。
優(yōu)勢:
在探針壓力波動或焊盤氧化導(dǎo)致接觸不良時仍能保持較好精度;
支持單次連接完成校準,提升自動化效率;
四、ISS / ISSG校準(Impedance Standard Substrate)
ISS并非獨立校準算法,而是一種校準片設(shè)計規(guī)范,常與TRL或SOLT結(jié)合使用。其特點是:
所有標準件集成在同一低損耗陶瓷基板(如Al?O?或石英)上;
幾何尺寸經(jīng)嚴格標定,寄生參數(shù)可建模補償;
支持多頻段、多探針間距(pitch)配置。
五、自動校準與軟件集成
普遍支持自動校準流程:
通過電動探針座精確定位校準片各標準件;
VNA與探針臺控制軟件聯(lián)動,自動采集數(shù)據(jù)并完成誤差模型計算;
校準結(jié)果可存儲為“校準套件”,供后續(xù)批量測試調(diào)用。
此外,部分系統(tǒng)支持去嵌入 功能,將校準面從探針頂端延伸至DUT焊盤邊緣,進一步提升建模準確性。
結(jié)語
射頻探針臺支持的校準方式從傳統(tǒng)的SOLT,到高精度的TRL,再到高魯棒性的LRRM,體現(xiàn)了高頻測試技術(shù)從“可用”向“精準、高效、自動化”的演進。用戶應(yīng)根據(jù)工作頻率、DUT結(jié)構(gòu)、測試重復(fù)性要求及預(yù)算綜合選擇校準策略。