目前微波半导体芯片在设计、生产、检验和应用等环节需要使用在片（On-wafer）测试设备，但目前各研究机构、单位或公司主要使用国外微波测试产品。而中电科思仪科技股份有限公司生产的的3672系列矢量网络分析仪可直接应用于On-wafer测试。配合手动探针台，或半自动探针台的手动模式，即可满足部分芯片的On-wafer测试需求，可用于芯片设计测试、芯片高低温老练等场景。

本文设计了On-wafer测试试验，搭建基于3672系列矢量网络分析仪的测试系统，通过对8寸晶圆的某被测件测试，介绍片上校准、片上测试的基本步骤。

1.系统组成

1.1 测试系统

测试系统组成如图1所示，此系统的主要组成为：

（1）矢量网络分析仪。型号3672D，频段10MHz~50GHz；

（2）探针台。型号：CASCADE 12652B-6；

（3）GSG探针。型号：CASCADE I67-A-GSG-150，间距150μm，2个；

（4）校准件。型号：CASCADE 101-190C，如图2所示。

1.2被测晶圆

被测晶圆为8寸晶圆，无源元器件，关注的频率范围是100MHz-20GHz，晶圆如图3所示。

图1  在片测试系统构成

图2  校准件

图3  被测晶圆

2 测试流程

2.1 矢量网络分析仪设置

（1）开启矢量网络分析仪预热充分；

（2）根据测试要求及预测试分析，矢量网络分析仪的设定值及设置方法如表1所示。

表1 矢量网络分析仪测试设置及方法

2.2 系统校准

（1）定位及显示校准片

开启探针台，按如图4所示的步骤依次操作定位校准片位置。

图4  定位、显示校准件步骤

（2）显示及校准探针

探针支架结构如图5所示，包含四个可调旋钮控制探针的X、Y、Z和ρ方向，ρ是探针绕Y轴的翻滚角，可调整探针姿态。移动探针并在显微镜中观察直至出现探针的模糊影像；任选一校准件扎下探针，观察扎痕深浅情况，若扎痕深浅不一致（如图6所示）需要调整ρ直至深浅一致（如图7所示）。

图5  探针支架结构

图6  扎痕深浅不一致需调整

图7  扎痕深浅一致

（3）校准设置

矢量网络分析仪中选择【校准】→[校准…]→[非向导校准]，根据校准件和被测件，本次校准采用全双端口SOLT校准。进入校准界面如图8所示，点击[选择校准件]，在弹出窗口中选择已编辑好的校准件“I67_GSG_150_2”；

图8  矢量网络分析仪校准界面

（4）校准

全双端口SOLT校准包括开路、短路、负载和直通4种校准标准，4种标准分别对应4种片上的校准件（如图9所示）。以开路校准为例，在显微镜中定位开路校准件，扎下探针，点击如图8所示校准界面的[开路]，弹窗中点击 [PROBE(OPEN)]，完成后发出提示音表示此标准校准完成，[开路]变为绿色。端口2的[开路]校准方法同上。 [短路]、[负载]和[直通]均按此方法依次校准。

图9  片上的4种校准件

（5）保存校准数据

校准完成后，矢量网络分析仪可保存.cst校准文件方便回调。

（6）校准后系统验证

为验证校准结果的准确性，校准后测量校准片上的其它校准件，结果如表2所示。验证系统结果表明：系统已被校正完成，可以进行测试。

表2  校准后系统验证

注意：

 矢量网络分析仪开机后要预热充分使系统稳定，否则校准或测试结果可能产生漂移；

 安装探针与矢量网络分析仪的连接电缆时，连接要可靠且电缆线尽量固定，保证测量过程中不发生移动；

 探针为易损件且价格昂贵，在测试过程中应避免磕碰；

 在扎下探针时，力度要控制在合理范围内。力度太轻容易造成测量不稳定，太重则会缩短探针寿命，甚至损坏探针；

 任何调整探针位置及姿态的操作都要在探针与测试件分离的情况下进行。

2.3 测试

校准完成，开始对被测件进行测试。

（1）定位被测件

载物台的控制旋钮如图10所示。拉起安全压杆，将校准片从载物台上移除，放置被测件，放下安全压杆。图中X、Y和θ三个旋钮可分别调节载物台的X、Y和θ方向，其中θ是载物台绕Z轴的旋转角。平移载物台，使显微镜中可观测到被测件，被测件如图11所示。

图10  探针台移动旋钮所在位置

图11  被测件

（2）测试结果

将左右探针分别扎入被测件中间和右侧的PAD上，扎针力度控制在合理范围内。从矢量网络分析仪中读取测试结果如图12所示，测试结果包含S11、S21、S12和S22。通过[光标]键设置光标至关心的频率点，可得到此频率点的S参数。

图12  被测件S参数测试结果

（3）保存结果

选择[文件]→[另存为]，屏幕图像可保存为.png或.jpg文件，数据可保存为.s2p或.prn类型文件。保存数据时，有“对数相位”、“线性相位”和“实部虚部”三种格式，本文选择[定义数据存储]→[对数/相位]，保存数据文件。

（4）测量结束

保存完成后，将探针与被测件分离，抬起安全压杆，拉出载物台，取出被测件。小心取下探针，关闭探针台和矢量网络分析仪，整个测量过程结束。

(中电科思仪科技股份有限公司 李宇阳、杨保国供稿)

关键词:芯片测试 Ceyear 矢量网络分析仪

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来 源：电科思仪

编辑：清风

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