各种射频测试探针RF Probe讲解

射频探针是我们在片测试时必不可少的工具，自从上次展会结束后，我发现对很多东西看似熟悉实则很陌生。今天来简单学习下探针相关的知识。

RF Probes 历史

1980年，在Tektronix工作的Reed Gleason与Eric Strid合作发明了第一台高频晶圆探针，并于1983年联合创办了Cascade Microtech公司。该公司基本上是奠基了整个行业。在RF探针可用之前，实际上没有办法在晶圆上测试MMIC器件，想要测试只能通过键合或者封装以后测。早期的RF探针使用的是共面陶瓷材料，而陶瓷不能太弯曲，因而压触的弹性范围并不大，同时支持的射频频率也较低，第一个探针仅覆盖到18 GHz。而今天已经有款式繁多的探针可供选择，覆盖频率轻松上110 GHz。

探针种类

为了探测电路性能，我们需要把信号传导到某类传输线上， 这意味着我们需要至少两个导体，即“信号导体”和“地导体”。因此三种探针类型如图：

 除了以上基本的GSG, GS, SG类型的探针，还有各种组合，如GSGSG，GSSG，SGS等等。探针本身需要很好的匹配内部不同传输媒介的特征阻抗，要求保证在不同传输模式下电磁能量的高效传输。一个传统的射频探针包括了以下几个部分：

1. 测试仪器接口（同轴或是波导）

2. 从测试接口到微同轴电缆的转接

3. 微同轴电缆到平面波导（CPW/MS等）转接

4. 共面接口到DUT部分即针尖

也有一些探针合并了3和4，或者就没有微同轴电缆，如图(c)：

一般65GHz以下用同轴头，从50GHz到110GHz同轴和波导都有用。一般一些覆盖DC-110 GHz的宽带测试系统，如果希望一次扫描测试，一般用1mm的同轴接口（贵啊）。110GHz以上的探针一般都采用波导形式。

其他一些相关的概念

Probe pitch：指的是针尖(Probe Tips)之间的间距，一般在50-1000um之间不等。对于毫米波频率的应用，针尖间距一般都比较小。

Probe skate :当你在Z轴方向往下“按压”探针时，当探针接触到DUT，它将在ZY平面弯曲移动。通常，这也是我们判断针是否扎上的一个现象。

De-embeding :去嵌是在探针出现之前就有的技术，之前经常用在一些标准的分立的夹具测试中。目前去嵌相关的算法已有很多的研究，之前也讨论过几次。

本节最后再分享一篇测试校准相关的博士论文：

论文中对探针测试时遇到的寄生，去嵌校准等有较为系统性的研究和分析，感兴趣的朋友可以下载研读。

RF Contact Pad Design : 对于探针，实验室具备什么样的探针这个是固定的。对于我们设计来说，我们能做的就是需要考虑怎么设计芯片到探针的接口--也就是射频PAD的设计。我看到论文中列出了5点：

探针厂商

FormFactor：福达电子公司2016年收购Cascade Microtech。目前作为行业龙头，产品覆盖很全面：www.formfactor.com

  

其中，对于我们工程性应用的微波毫米波探针产品主要包括：ACP系列探针，Infinity系列，|Z| Probe系统。

ACP：Air Coplanar Probe    

特点：针尖清晰、损耗低，为目前最常用的微波探针。

特点：接触电阻小，寄生小，测试准确性高，一致性好

特点：接触电阻小，一次信号转换，信号完整度高，温度性能高

另外还有适用于更高频至太赫兹频段的T-Wave探针，多端口探针等系列，感兴趣的朋友可以去官网细看。

其他还有很多探针厂商，其中较大的一些有：

这其中一些公司的产品只包括了一些低频的探针，或者说射频探头。还有如有源探头，不在我们讨论范围之内。贴一些相关的探针供参考，相关一些手册也放在文末链接中：