射頻產(chǎn)品自動測試系統(tǒng)的校正方法及案例研究

摘 要：基于ATE射頻CP測試的校準(zhǔn)技術(shù)，通過輔助去嵌結(jié)構(gòu)，使得在射頻產(chǎn)品的CP測試過程中消除測試系統(tǒng)阻抗不匹配帶來的測試誤差。從而能夠獲得更準(zhǔn)確的測試結(jié)果，最終提高測試良率，節(jié)約測試成本。

關(guān)鍵詞：射頻技術(shù)；自動測試；校正

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.105

1 引言

眾所周知，射頻信號傳輸時(shí)需要傳輸線路能完好地阻抗匹配，這樣才能減少信號的反射。但ATE在對CP射頻產(chǎn)品進(jìn)行測試時(shí)，由測試機(jī)發(fā)送的射頻信號會經(jīng)過測試轉(zhuǎn)接板、探針卡傳輸?shù)叫酒斎攵耍诖诉^程中，測試機(jī)內(nèi)部的信號源到信號輸出端口、轉(zhuǎn)接板以及探針卡上的走線阻抗匹配不理想、轉(zhuǎn)接板與測試機(jī)信號輸出端口的連接、轉(zhuǎn)接板與探針卡的連接，探針與芯片引腳（pad）的接觸均存在寄生的電容電感，這些必然造成射頻信號不能完好的阻抗匹配，信號在傳輸過程中發(fā)生反射，最終到達(dá)芯片引腳的信號存在功率上的損耗，以及時(shí)序上的延遲等。同樣，射頻芯片輸出的信號也需經(jīng)過探針卡以及轉(zhuǎn)接板才能送到測試機(jī)進(jìn)行分析，傳輸線路的阻抗不匹配也會造成我們得不到真實(shí)的輸出結(jié)果。這種阻抗不匹配給我們的測試帶來誤差，但產(chǎn)品測試硬件結(jié)構(gòu)一旦固定，這種誤差就是可預(yù)示和可重復(fù)出現(xiàn)的，從而可以定量的描述，可在測試過程中通過校準(zhǔn)消除。

2 校正方法介紹

2.1 現(xiàn)有方法不足

現(xiàn)有成品（FT）射頻產(chǎn)品測試時(shí)通常需要使用到網(wǎng)絡(luò)分析儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀使用前也需進(jìn)行相應(yīng)的校準(zhǔn)，來補(bǔ)償測試儀內(nèi)部、線纜及轉(zhuǎn)接頭帶來的系統(tǒng)誤差，目前已有相應(yīng)成熟的校準(zhǔn)件和校準(zhǔn)方法。但對于圓片級的射頻產(chǎn)品的測試，網(wǎng)絡(luò)分析儀沒有支持到針卡探針部分的校準(zhǔn)的方案。且網(wǎng)絡(luò)分析儀一般用于工程測試，并不適合量產(chǎn)使用。

ATE測試設(shè)備測試CP射頻產(chǎn)品時(shí)，測試機(jī)臺也能對射頻資源進(jìn)行校準(zhǔn)，但也只能校準(zhǔn)到測試機(jī)信號輸出端口，對于輸出端口之后到芯片管腳的傳輸線路則不能進(jìn)行校準(zhǔn)。對于這部分帶來的誤差，現(xiàn)有測試中，我們往往就不作處理，或者采用以FT測試的結(jié)果作為參考，直接給補(bǔ)償值，但這種補(bǔ)償并不準(zhǔn)確，且射頻產(chǎn)品均有頻響特性，即在不同的頻率下，其損耗的表現(xiàn)也不一樣，這樣也帶來了復(fù)雜的補(bǔ)償工作。

目前已成熟的網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)其原理是基于對標(biāo)準(zhǔn)件的S參數(shù)的測量記錄保存，測試時(shí)再對誤差項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償。而現(xiàn)有射頻測試機(jī)臺也支持S參數(shù)的測試。

2.2 校正方法介紹

本方法先對標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測試，記錄測量系統(tǒng)誤差項(xiàng)的具體值，然后通過計(jì)算對被測芯片測試結(jié)果進(jìn)行修正處理的方法。此方法可消除射頻產(chǎn)品CP測試中的誤差。在量產(chǎn)測試中對測試系統(tǒng)阻抗不匹配造成的影響進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，步驟包括：

（1）在射頻芯片流片時(shí)，在圓片上制作輔助去嵌結(jié)構(gòu)作為標(biāo)準(zhǔn)件。輔助去嵌結(jié)構(gòu)包含三種結(jié)構(gòu)：開路（open），短路（short），傳輸線（thru）。去嵌結(jié)構(gòu)要求對應(yīng)于被測器件的射頻管腳的位置。

（2）利用ATE測試資源通道對標(biāo)準(zhǔn)件在被測器件工作的頻帶內(nèi)進(jìn)行S參數(shù)的測試。

（3）記錄通過對標(biāo)準(zhǔn)件測試得到的測試系統(tǒng)誤差的具體數(shù)值，并將數(shù)據(jù)文件存儲于測試系統(tǒng)內(nèi)部。

（4）調(diào)用之前存儲的標(biāo)準(zhǔn)件測試數(shù)據(jù)，通過一定的算法對被測器件的ATE測試系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行修正處理，消除其中誤差成分，得到被測器件真實(shí)值。

3 案例介紹

本例在對電感的測試中，通過對電感S參數(shù)的測試，經(jīng)過運(yùn)算可測量電感的感值以及Q值。

（1）該片晶圓上包含9種電感，圖中的標(biāo)注分別指出了其電感值和工作頻率，以5nH_900MHz為例，表示電感的設(shè)計(jì)電感值為5nH，工作頻率為900MHz。在晶圓制作中，我們制作與電感位置相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件作為輔助去嵌結(jié)果：傳輸線，短路，開路。

（2）測試系統(tǒng)在對電感測試前，探針卡先扎在標(biāo)準(zhǔn)件上，分別測量出輔助去嵌結(jié)構(gòu)傳輸線、開路、短路的S參數(shù)，并保存測試數(shù)據(jù)文件。

（3）測試系統(tǒng)分別測試這9種電感的S參數(shù)。如下圖以5nH_900MHz電感為例。

（4）調(diào)用之前標(biāo)準(zhǔn)件的測試數(shù)據(jù)文件，通過計(jì)算得到去嵌入后的電感的S參數(shù)。如下以5nH_900MHz電感為例。

（5）通過對S參數(shù)的提取計(jì)算，得到電感的感值及Q值。

從測試結(jié)果可以看出：流片時(shí)在晶圓上制作標(biāo)準(zhǔn)件作為輔助去嵌結(jié)構(gòu)，通過去嵌處理，可以準(zhǔn)確測量出電感的特性參數(shù)。

4 小結(jié)

針對CP射頻產(chǎn)品測試時(shí)，ATE測試系統(tǒng)測量線路的阻抗不匹配造成測試結(jié)果不準(zhǔn)確，導(dǎo)致測試失效。本文介紹的校準(zhǔn)技術(shù)，通過輔助去嵌結(jié)構(gòu)，使得在射頻產(chǎn)品的CP測試過程中消除測試系統(tǒng)阻抗不匹配帶來的測試誤差。從而能夠獲得更準(zhǔn)確的測試結(jié)果，最終提高測試良率，節(jié)約測試成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]江前彪.工業(yè)產(chǎn)品缺陷在線檢測系統(tǒng)的研究[D].浙江理工大學(xué)，2017.

[1]熊遷.射頻芯片自動測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].中南大學(xué)，2014.

作者簡介：孫秀偉（1989-），男，江蘇南京人，本科，助理工程師，從事微波射頻電路方面的研究。