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芯片On-wafer測試:用Ceyear3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀實現(xiàn)

目前微波半導體芯片在設(shè)計、生產(chǎn)、檢驗和應(yīng)用等環(huán)節(jié)需要使用在片(On-wafer)測試設(shè)備,但目前各研究機構(gòu)、單位或公司主要使用國外微波測試產(chǎn)品。而中電科思儀科技股份有限公司生產(chǎn)的的3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可直接應(yīng)用于On-wafer測試。配合手動探針臺,或半自動探針臺的手動模式,即可滿足部分芯片的On-wafer測試需求,可用于芯片設(shè)計測試、芯片高低溫老練等場景。


本文設(shè)計了On-wafer測試試驗,搭建基于3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試系統(tǒng),通過對8寸晶圓的某被測件測試,介紹片上校準、片上測試的基本步驟。


1.系統(tǒng)組成

1.1 測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)組成如圖1所示,此系統(tǒng)的主要組成為:

(1)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。型號3672D,頻段10MHz~50GHz;

(2)探針臺。型號:CASCADE 12652B-6;

(3)GSG探針。型號:CASCADE I67-A-GSG-150,間距150μm,2個;

(4)校準件。型號:CASCADE 101-190C,如圖2所示。

1.2被測晶圓

被測晶圓為8寸晶圓,無源元器件,關(guān)注的頻率范圍是100MHz-20GHz,晶圓如圖3所示。


圖1  在片測試系統(tǒng)構(gòu)成


圖2  校準件


圖3  被測晶圓


2 測試流程

2.1 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)置

(1)開啟矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀預熱充分;

(2)根據(jù)測試要求及預測試分析,矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的設(shè)定值及設(shè)置方法如表1所示。


表1 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試設(shè)置及方法


2.2 系統(tǒng)校準

(1)定位及顯示校準片

開啟探針臺,按如圖4所示的步驟依次操作定位校準片位置。


圖4  定位、顯示校準件步驟


(2)顯示及校準探針

探針支架結(jié)構(gòu)如圖5所示,包含四個可調(diào)旋鈕控制探針的X、Y、Z和ρ方向,ρ是探針繞Y軸的翻滾角,可調(diào)整探針姿態(tài)。移動探針并在顯微鏡中觀察直至出現(xiàn)探針的模糊影像;任選一校準件扎下探針,觀察扎痕深淺情況,若扎痕深淺不一致(如圖6所示)需要調(diào)整ρ直至深淺一致(如圖7所示)。


圖5  探針支架結(jié)構(gòu)


圖6  扎痕深淺不一致需調(diào)整


圖7  扎痕深淺一致


(3)校準設(shè)置

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中選擇【校準】→[校準…]→[非向?qū)蔧,根據(jù)校準件和被測件,本次校準采用全雙端口SOLT校準。進入校準界面如圖8所示,點擊[選擇校準件],在彈出窗口中選擇已編輯好的校準件“I67_GSG_150_2”;


圖8  矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準界面


(4)校準

全雙端口SOLT校準包括開路、短路、負載和直通4種校準標準,4種標準分別對應(yīng)4種片上的校準件(如圖9所示)。以開路校準為例,在顯微鏡中定位開路校準件,扎下探針,點擊如圖8所示校準界面的[開路],彈窗中點擊 [PROBE(OPEN)],完成后發(fā)出提示音表示此標準校準完成,[開路]變?yōu)榫G色。端口2的[開路]校準方法同上。 [短路]、[負載]和[直通]均按此方法依次校準。


圖9  片上的4種校準件


(5)保存校準數(shù)據(jù)

校準完成后,矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可保存.cst校準文件方便回調(diào)。

(6)校準后系統(tǒng)驗證

為驗證校準結(jié)果的準確性,校準后測量校準片上的其它校準件,結(jié)果如表2所示。驗證系統(tǒng)結(jié)果表明:系統(tǒng)已被校正完成,可以進行測試。

表2  校準后系統(tǒng)驗證


注意:

? 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀開機后要預熱充分使系統(tǒng)穩(wěn)定,否則校準或測試結(jié)果可能產(chǎn)生漂移;

? 安裝探針與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的連接電纜時,連接要可靠且電纜線盡量固定,保證測量過程中不發(fā)生移動;

? 探針為易損件且價格昂貴,在測試過程中應(yīng)避免磕碰;

? 在扎下探針時,力度要控制在合理范圍內(nèi)。力度太輕容易造成測量不穩(wěn)定,太重則會縮短探針壽命,甚至損壞探針;

? 任何調(diào)整探針位置及姿態(tài)的操作都要在探針與測試件分離的情況下進行。

2.3 測試

校準完成,開始對被測件進行測試。

(1)定位被測件

載物臺的控制旋鈕如圖10所示。拉起安全壓桿,將校準片從載物臺上移除,放置被測件,放下安全壓桿。圖中X、Y和θ三個旋鈕可分別調(diào)節(jié)載物臺的X、Y和θ方向,其中θ是載物臺繞Z軸的旋轉(zhuǎn)角。平移載物臺,使顯微鏡中可觀測到被測件,被測件如圖11所示。


圖10  探針臺移動旋鈕所在位置


圖11  被測件


(2)測試結(jié)果

將左右探針分別扎入被測件中間和右側(cè)的PAD上,扎針力度控制在合理范圍內(nèi)。從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中讀取測試結(jié)果如圖12所示,測試結(jié)果包含S11、S21、S12和S22。通過[光標]鍵設(shè)置光標至關(guān)心的頻率點,可得到此頻率點的S參數(shù)。


圖12  被測件S參數(shù)測試結(jié)果


(3)保存結(jié)果

選擇[文件]→[另存為],屏幕圖像可保存為.png或.jpg文件,數(shù)據(jù)可保存為.s2p或.prn類型文件。保存數(shù)據(jù)時,有“對數(shù)相位”、“線性相位”和“實部虛部”三種格式,本文選擇[定義數(shù)據(jù)存儲]→[對數(shù)/相位],保存數(shù)據(jù)文件。

(4)測量結(jié)束

保存完成后,將探針與被測件分離,抬起安全壓桿,拉出載物臺,取出被測件。小心取下探針,關(guān)閉探針臺和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,整個測量過程結(jié)束。


(中電科思儀科技股份有限公司 李宇陽、楊保國供稿)



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