帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
高頻晶圓測試難如上青天 新一代VNA為解決問題而生
220GHz一次到位

【作者: 王岫晨】   2021年07月08日 星期四

瀏覽人次:【1316】
  

對於晶圓量測來說,高頻測試一般都是達到110GHz的頻率。我們可以看到以往用於晶圓測試的設備,主要的模組限制都是在這個頻率上。


一般來說,晶圓測試都是在晶圓上透過自動化探針台自動去尋找晶圓上的目標,自動點擊以進行量測,因此對探針與探針台的要求非常高,這也是晶圓製造商最在意的效能。


高頻晶圓測試

安立知業務暨技術支援部專案副理程昭團指出,近年來,晶圓測試所需要用到的頻率越來越高。在以往,量測上不需要超過70GHz的頻率,只要一台標準的VNA主機就可以滿足測試的需求。因此在過去,晶圓測試的主要門檻落在了探針與探針台上。也就是透過依台標準VNA,搭配具有完整功能的探針與探針台來進行測試。


而隨著頻率漸漸提高之後,探針與探針台的技術也已經可以滿足市場需求。因此當晶圓測試的頻率越來越高,測試的挑戰就逐漸落到如何讓探針能夠校正得很好,以及怎樣的VNA與網路分析儀器可以搭配探針來達到更友善的測試目標,例如整體儀器更容易架設,而且穩定度也要能夠達到更長的時間。



圖一 : 結晶圓測試中,搭配好的探針與探針台才能發揮更高測試效能。(source:anritsu.com)
圖一 : 結晶圓測試中,搭配好的探針與探針台才能發揮更高測試效能。(source:anritsu.com)

程昭團說,我們可以發現,過去的晶圓都是以八到十吋為主,但現在普遍都需要進行12吋晶圓的測試。12吋晶圓上的晶片數量為數更多,探針如何搭配VNA來提高校正的穩定度,並且要能夠持續測試更久的時間。這就關係著晶圓生產驗證與導入量產之後的性能確認,以及到後期品質控制或良率確認等,都需要更長的測試時間。


因此到了近期,晶圓測試的門檻就跳脫了穩定度足夠的探針與探針台,再次回到了VNA儀器上面。VNA需要效能穩定,且必須能夠覆蓋更大頻率範圍,才能滿足使用上的需求。


傳統VNA的瓶頸

特別是到了5G時代,毫米波的工作頻率大約來到30~40GHz,這樣的三倍頻就會達到120GHz,大幅超越過去VNA可量測的頻率範圍。再加上現在電路的耗能要求又更低,此外還希望RF效能還能達到更高的境界,甚至要看到五倍頻率。若以5G毫米波接近40GHz的頻率來看,五倍頻就會達到200GHz了。


若是以傳統的VNA儀器要量到200G,網路分析儀的架設必須要分成三階段來進行量測,先量測到110GHz,更換模組之後測量到140GHz,再更換一次模組來達到200GHz的量測。正因為需要繁複地更換模組,因此出現一個難以自動化的操作瓶頸。此外,也因為要更換模組,使得每換一次模組之後系統需要重新校驗,這些操作都使得高頻測試存在著一個很明顯的操作挑戰。


安立知業務暨技術支援部經理林光韋也說明,包括新一代的材料、摻雜的化合物、不同的附加層、金屬混合物等,基板內的再定位到更深的位置及更多的穿孔,都會改變封裝結構,每一次更改時都會隨著一起改變特性,也使得訊號量測的重要性更加被突顯。


特性測試一般會在更低於或更高於DUT的頻率範圍,和頻寬的頻率範圍內的最高準確度來進行。對元件(包括電容器、電感器、二級管、晶體管、電阻器等)來進行特性參數的萃取,然後才能進行電路設計和模擬。而利用各種元件特性資料做整個系統特性的模擬,包括非線性設備的諧波、穩定性標準和高階模式,這將會影響開發週期的長度與上市時間。


林光韋認為,只有超頻測試才能完整確認元件的所有特性,包括完全解析高頻與高速訊號失真的原因。


220GHz滿足高頻測試需求

晶圓測試大廠安立知(Anritsu)推出了新款VNA,可以一路從70KHz掃頻到200GHz,克服傳統操作必須分頻段架設儀器來滿足測量200G特性的問題。而安立知的模組將測試頻率延伸到220GHz,穩定度也能比傳統校正後維持更長的時間,這對於晶圓測試將更有幫助。



圖二 : 與220GHz VNA搭配的新一代探針系統。(source:anritsu.com)
圖二 : 與220GHz VNA搭配的新一代探針系統。(source:anritsu.com)

而在安立知推出測試頻率達到220GHz的VNA儀器之後,高頻測試的下個瓶頸,又會再度回到探針與探針台身上。也就是高頻網路分析儀與探針台搭配時,必須能夠維持穩定度與更有效的校正方法。而更新一代的高頻網路分析儀,也勢必將衝擊晶圓廠,使其晶圓製程隨之更為精進。



圖三 : 專為新一代VNA打造的探針系統。(source:anritsu.com)
圖三 : 專為新一代VNA打造的探針系統。(source:anritsu.com)

結語

基本上,只要元件在晶圓上需要操作在高頻率,就可以設計出相對應的量測探測點為去進行量測。程昭團說,我們可以將晶圓想像成是麵粉,可以依據需求做出各種的麵包與食物,如果這裡面有某個部分需要使用在很高頻的地方,就需要進行高頻量測,並透過高頻的探針台與探針系統去進行測試。


在晶圓上也有低頻的區塊,這就就很單純不需要進行高頻測試,但是如果電路是需要高頻的,就需要進行高頻量測。



圖四 : 高頻測試才能完整確認元件的所有特性。(source:anritsu.com)
圖四 : 高頻測試才能完整確認元件的所有特性。(source:anritsu.com)

因此我們可以知道,既使是最單純的傳輸線路,如果需要與高頻元件進行介接,就需要透過VNA來取得其S參數。因為任何傳輸訊號,低頻與高頻的特性上設計規範與原則是不同的,因此晶圓上設計的元件,只要是需要操作在高頻領域,都需要透過VNA來量測S參數,以確認往後成為系統的一部份之後,不會因為高頻問題而影響整體性能。


【技術線上】S參數


S參數,也就是散射參數。是微波傳輸中的一個重要參數。S12為反向傳輸系數,也就是隔離。S21為正向傳輸系數,也就是增益。S11為輸入反射系數,也就是輸入回波損耗,S22為輸出反射系數,也就是輸出回波損耗。


S參數的全稱為Scatter 參數(散射參數)。S參數描述了傳輸通道的頻域特性,在進行串列鏈路SI分析的時候,獲得通道的準確S參數是一個很重要的環節,通過S參數,我們能看到傳輸通道的幾乎全部特性。信號完整性關注的大部分問題,例如信號的反射,串擾,損耗,都可以從S參數中找到有用的資訊。


一般來說,在處理高頻網路時,等效電壓和電流以及有關的阻抗和導納參數變得較抽象。與直接測量入射、反射及傳輸波概念更加一致的表示是散射參數,也就是S參數矩陣,它更適合用於分布參數電路。S參數就是建立在入射波、反射波關係基礎上的網路參數,適合用於微波電路分析,以元件連線埠的反射信號以及從該連線埠傳向另一連線埠的信號來描述電路網路。


相關文章
新用戶設備加速進入 毫米波市場穩定茁壯
5G專網方興未艾 智慧工廠先蒙其利
5G服務加緊腳步 毫米波頻段競賽越演越烈
企業專網加速成型 開啟5G新興應用領域
測量方案東風起 加速5G行動網路創新
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新品
mbed
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
Arduino
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
Raspberry Pi
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
  相關新聞
» TrendForce發布2022年十大科技產業脈動 低軌道衛星入列
» Cadence推出終端Tensilica人工智慧平台 加速AI單晶片開發
» 格羅方德與高通簽署協議 共同推出先進5G射頻前端產品
» 醫、藥、業界三方跨界 打造血液病理AI輔助判讀應用
» [安馳×ADI] 理論與實踐聯繫 以M2K掌上實驗室探索新知識
  相關產品
» 安森美低功耗資產標籤 為工業資產管理帶來5年電池使用壽命
» 大聯大詮鼎集團推出基於NOVATEK產品的高解析監控錄影DVR方案
» 慶祝Qseven問世15周年 康佳特推出搭載i.MX 8M Plus電腦模組
» 多樣化智慧偵測 D-Link推出全新無線網路攝影機DCS-8635LH
» 意法半導體8x8區測距飛行時間感測器創新應用
  相關資源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2021 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw