Pasternack - 详解射频探针的特性及应用

　

  　射频应用中使用的传输线一般为与电路板连接的同轴线缆，以及设置于电路板内部的微带线。射频同轴探针是一种测量装置，用于电子测试设备，对硅片、管芯及开放式微芯片中的电子电路射频（RF）信号进行测量以及连接器组件中窄间距或高密度射频互连应用。今天我们来详细了解一下射频探针。

　　01
　　起源与结构
　　射频探针开发于1980年，代射频探针采用共面陶瓷馈电，覆盖18 GHz以内频段。随着射频探针技术的发展，现代通信电子设备中所使用的是配置弹簧加载式内外导体的射频同轴探针。如今，射频同轴探针仍然是射频开关、印刷电路板射频迹线、终端器件以及其他射频元器件测试中必备的重要工具。60~80 GHz毫米波频段消费级产品包括汽车雷达系统、WiGig标准测试和合规性验证、无线HDMI以及高性能LAN。
　　射频同轴 GSG 探针，800 微米间距，DC - 20 GHz，用于对接电缆，3.5mm接口
　　在对待测电路进行测试时，需要经传输线向该待测电路发送信号。射频探针有两种导体，一种为信号导体，另一种为接地导体。这些导体的结构决定了待测电路测试所需的探针类型。探针结构分为GS（接地-信号）、GSG（接地-信号-接地）以及GSSG（接地-信号-信号-接地）三种。常见的射频探针结构类型为GSG，该结构与共面波导类似。
　　这些探针适用于连接位于半导体晶圆、芯片表面或印刷电路板(PCB)表面上的元件/设备测试点或针盘。如果由于性能、成本或空间限制而无法在表面或元件/设备上放置同轴或波导连接器，在这种情况下通常会采用探针。
　　02
　　重要性能参数
　　在高频测试当中，高频产品元器件的测试需要使用复杂的测试设备，该设备可包括矢量网络分析仪（VNA）、晶片探测系统、高频探针、半刚性或柔性同轴射频线缆以及校准基板。其中，由于探针必须与待测设备实现物理连接，因此是这一测量系统中为关键的一环。高可靠性射频探针应该具有特征阻抗（通常为50欧姆）不发生退化的阻抗可重复性，在多次插拔后，相互配接的连接器上不允许出现肉眼可见的物理磨损。
　　射频同轴GSG探针，1500 微米间距，DC - 40 GHz，用于对接电缆，2.92mm接口
　　频率匹配
　　根据待测电路用途的不同，建议使用工作频率与该用途匹配的探针。一些型号的探针设计可支持高达110 GHz的频率。大多数射频探针的阻抗为50欧姆，但是同时也存在针对高频测试需求的高阻抗探针、差分探针及双信号探针（SGS）。
　　探针间距
　　探针间距是指探针针尖与其中心之间的距离，一般为150/250微米。虽然探针间距的可行范围为50~1000微米，但过大的探针间距不适用于毫米波频率。
　　下触
　　下触是指探针针尖与晶片、元器件或印刷电路板表面发生接触这一动作。其中，探针所施加的接触力应足以允许对待测设备进行测量，但不应高至对待测设备表面造成损伤。
　　探针工位
　　探针工位用于射频探针在硅片上的定位。通过探针工位，可在将晶片调试至各个管芯之前或之后，进而实现从基本的连续性或隔离状况检查，至微电路全功能测试的各项测试操作。
　　探针滑移
　　当探针与待测设备接触时，以及当探针在沿Z-Y平面移动的过程中发生弯曲时，探针Z轴将会发生变化。理想的探针滑移量为1密耳（25μm）。探针的冲程越大，或探针所受的下压力越大，探针在针垫上的滑移量便越大。探针的滑移率越小，其对过大冲程的耐受程度就越高。
　　03
　　应用
　　射频探针常见的用途之一是对处于高频工作状态的元件和设备进行晶圆级测试。在某些情况下，一些射频探针适用于测试工作频率达到数百GHz的毫米波电路。还有几种类型的射频探针，可以通过焊接或以机械的方式连接到测试表面（通常是PCB的表面）。但它们只在这种高质量和高成本的互连是必要的情况下使用，因为它们通常无法在不牺牲互连质量的情况下撤回。
　　射频同轴GS探针，1500 微米间距，DC - 40 GHz，用于对接电缆，2.92mm接口
　　射频探针通常与具有高口径定位机制或电子器件的探测设备一起使用，从而实现对探针x，y，z以及附加轴的微小调整。一些简单的机械测试探针定位器仅能够在测试过程中将探针固定在适当的位置，而具有机器人功能的更复杂的探针定位器能够通过编程来自动定位探针，可适用于大批量测试。