[发明专利]微波GaAs衬底在片S参数微带线TRL校准件

说明书

本发明公开了一种微波GaAs衬底在片S参数微带线TRL校准件，涉及微波/毫米波S参数测试技术领域。包括GaAs衬底层，所述GaAs衬底层下表面连接有金属层，其上表面设有直通标准件Thru、反射标准件Reflect和传输线标准件Line的图形结构，所述直通标准件Thru、反射标准件Reflect和传输线标准件Line的地压点分别通过贯穿GaAs衬底层的接地柱与所述金属层连接，所述GaAs衬底层设有与接地柱相适配的接地通孔。本发明采用与被测件相同的GaAs流片工艺制作。在微波单片电路管芯模型参数提取时使用该校准件，可使校准后的参考平面位于管芯根部，提高模型提取的准确度。

技术领域

本发明涉及微波/毫米波S参数测试技术领域。

背景技术

在片测试（直接对集成器件的裸芯片进行电气特性测试）技术是一种广泛应用于MMIC和高速集成电路研究与生产的新型测试技术。常见的芯片测试参数包括直流参数（电压、电流、电容等）和微波参数（S参数、功率、噪声等）。以微波S参数为例，所需测试仪器通常为矢量网络分析仪，其仪器输入/输出端口形式通常为同轴和波导，无法直接与芯片进行连接。在微波探针头发明之前，芯片的S参数测试都是封装后在测试夹具上进行，显然其测量结果包含了封装的探针尖和探针头的说法，实现了对裸芯片的直接测量，为了进一步提高成品率，降低芯片生产成本，特别是芯片表征和质量控制成本，必须实现对在片级S参数的精确测量，而在片S参数的精确测量是建立在测量之前对矢量网络分析仪进行在片精确校准基础上，因此业内对在片S参数校准件的研究给予了极大的关注。

由幅值和相位信息组成的S参数代表了特定阻抗和指定参考面下的微波网络中入射波与反射波之间的关系。因此在片S参数校准件的作用就是在指定参考面（一般是被测件直接连接测量系统的测量平面）和固定阻抗（一般是50Ω）下修正测量装置的系统误差，达到提高测量精度的目的。

由于off wafer校准件针对的被测件种类相对较多，基本满足工业级测量精度要求，所以当前商用的在片校准件都是选择off wafer校准件（如Cascade公司生产的101-190C校准件）。其特点是：校准阻抗50Ω，校准参考平面为探针头处，在工程测量中存在的问题如下：

对于晶体管模型的建立，晶体管管芯模型的准确与否，直接决定了微波单片电路设计仿真值与实际测试值的吻合程度。因此对于微波单片电路设计者来说，更加关心微波单片电路中管芯模型参数的准确程度。有了准确无误的管芯模型，微波单片电路的设计者就可以利用微波仿真软件对单片电路进行准确仿真，减少反复流片次数，节约成本。

为了实现在片S参数准确测量，在DUT两侧设计了探针压点和微带线，用于微波探针到被测器件的连接过渡，探针压点的结构尺寸相对比较固定，但是微带线的长度则根据产品性能、封装以及版图设计规则要求经常在一定范围内变化。为了获得DUT精确的S参数测量结果，要求在片矢网校准参考面位于DUT的根部。但是通常off wafer校准件的参考平面位于探针头部位，如果直接测量DUT，测量结果将是DUT和输入/输出两端探针压点和微带线级联的微波网络S参数。解决的办法有两个途径：一个是去除微带线及探针压点的S参数，另一个是移动测量参考平面到DUT的根部，具体的做法包括端口延伸（Port Extension）、去嵌入（De-embedding）与零直通TRL校准。

端口延伸法假设微带线无损耗、具有与系统阻抗相同的特征阻抗（一般为50Ω）、并且其相位是线性的。如此一来，探针头部至DUT根部就只剩下电气长度特性，需要输入到矢量网络分析仪中，以便将原先的参考平面加以延伸。但是实际的微带线都具有损耗，并且特征阻抗与系统阻抗也不会是理想的50Ω，因此，此方法成立的条件不宜满足。

去嵌入法是通过逆矩阵的运算，将多余微带线部分的特性加以去除。但是运用此方法要保证微带线部分的网络参数精确已知，因此必须首先测试或者通过仿真得到探针头至DUT的根部之间微带线的S参数，这是非常困难的。