Differenzielle HF-On-Wafer-Messungen bis 110 GHz mit MPI Probe Stations

Ihre Anforderung

Die Messung der elektrischen Eigenschaften von Bauelementen auf dem Wafer spielt eine zentrale Rolle für die Entwicklung, Validierung und Produktion von 5G-, 6G- und Millimeterwellenkomponenten. Insbesondere sind solche Messungen für den technologischen Fortschritt in den Bereichen Telekommunikation, Verteidigung und Raumfahrt von entscheidender Bedeutung.

Die genaue Charakterisierung von Verstärkern, Mischern und Leitungen ist Voraussetzung für die spätere Integration in Module und Produkte. Darüber hinaus verlangt ein hoher Produktionsdurchsatz präzise und schnelle On-Wafer-Stichprobenprüfungen.

Lösung von Rohde & Schwarz

Um die Herausforderungen differenzieller On-Wafer-Messungen bis 110 GHz zu bewältigen, bietet der R&S®ZNA67EXT Vektornetzwerkanalysator (VNA) eine umfassende Single-Sweep-Lösung.

Der Messaufbau kombiniert das R&S®ZNA67 Grundgerät mit externen Frequenzkonvertern und ermöglicht so präzise und wiederholbare Messungen bis zu 110 GHz.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Messaufbaus liegt in der mechanischen Integration mit den Probe Stations der MPI Corporation. Die Frequenzkonverter sind seitlich montiert, wodurch der Abstand zwischen Konvertern und HF-Probes minimiert wird. Bei diesem Design fällt die Kabelbiegung gering aus und die Signalwege sind kurz, sodass eine bessere mechanische Stabilität und allgemeine HF-Performance erzielt wird.

Der Aufbau unterstützt sowohl virtuelle als auch echte Differenzialkonfigurationen und bietet Flexibilität für verschiedene Prüflingsszenarien. Die Architektur des VNA zeichnet sich durch mehrere phasenkohärente Quellen und parallele Messempfänger aus, die genaue Mehrtor- und echte differenzielle Mixed-Mode-S-Parameter-Analysen über den gesamten Millimeterwellenbereich ermöglichen.

Integration mit der HF-Probe Station und Stabilität

Der Aufbau umfasst eine MPI-Hochleistungs-Probestation, erhältlich in manuellen und automatisierten Ausführungen, mit Thermo-Chuck-Optionen und Vibrationsisolierung für stabiles Proben. In diesem speziellen Aufbau nutzt die HF-Schnittstelle die MPI mmWave Dual TITAN™ Probes in der GSGSG-Konfiguration, die für differenzielle Messungen bis 120 GHz optimiert sind. Diese Probes zeichnen sich durch außergewöhnliche Lebensdauer, exzellente Rückfluss- und Einfügedämpfung sowie Portisolation im gesamten Millimeterwellenbereich aus. Ein präziser Pad-Kontakt wird durch die gute Sichtbarkeit der Spitze unterstützt.

Um die Wiederholgenauigkeit und Phasenstabilität sicherzustellen, hat MPI eine spezielle mechanische Integrationsvorrichtung entwickelt, mit der sich die Frequenzkonverter sicher an der Probe Station befestigen lassen. Diese Vorrichtung minimiert Kabelbiegungen und -bewegungen, hält die Kabelwege konstant und verkürzt den HF-Signalweg. Daraus resultieren eine verbesserte Direktivität, geringere Verluste und äußerst stabile Messungen während wiederholter Touchdowns. Die einzigartige, in den Arm der MPI HF-Probe integrierte mechanische Durchführung gewährleistet lichtdichte Messungen, ohne die Positioniergenauigkeit der Probe zu beeinträchtigen.

Die Kalibrierung erfolgt mit MPI TCS-Dual-Kalibriersubstraten, die speziell für GSGSG-Konfigurationen ausgelegt und exakt auf den Pitch der Probes abgestimmt sind.

Die MPI TCS-Familie stellt die nächste Generation von Kalibriersubstraten dar, die für die neuesten HF-Kalibriermethoden auf Wafer-Ebene und empfohlenen Verfahrensweisen konzipiert wurden. Dank der einzigartigen Peer-Terminated-Standards lässt sich eine herausragende Kalibriergenauigkeit bei Frequenzen oberhalb von 110 GHz erzielen.

Die MPI QAlibria® und SENTIO® Software bieten umfassende Unterstützung und ermöglichen eine schnelle, genaue, zuverlässige und vollautomatische Kalibrierung nicht nur an den Probe-Spitzen, sondern auch bei Verwendung von On-Wafer-Kalibrierstandards sowie über weite Temperaturbereiche.

Fazit

Durch die Kombination aus hoher HF-Performance, durchdachter mechanischer Integration und modernen Kalibrierwerkzeugen bietet dieser Aufbau einen effizienten und zuverlässigen Workflow zur Durchführung komplexer Millimeterwellenmessungen.

Er unterstützt Hochfrequenz- und Hochpräzisionsanwendungen bei minimalem Einrichtungsaufwand und höchster Messintegrität.

Zusammen bieten der R&S®ZNA67EXT und die Probe Station der MPI Corporation eine robuste und präzise Lösung für differenzielle On-Wafer-Messungen bis 110 GHz, die den strengen Anforderungen beim Testen und Charakterisieren moderner Halbleiter gerecht wird.

Die MPI Corporation ist ein weltweit führender Anbieter von Halbleiter- und Photonik-Testlösungen. Zu ihren Spezialgebieten gehören fortgeschrittene Probesysteme, Probe-Cards und thermische Testlösungen für verschiedene Branchen wie HF, Photonik und Leistungsbauteile.