背景分析

芯片测试技术伴随着行业的飞速发展而发展，对促进行业的进步和广泛应用做出了巨大的贡献。在芯片设计、研发、生产等各个阶段都要进行反复多次的检验、测试来确保产品质量和研制开发出符合系统要求的产品。芯片测试对于控制质量、保障产品的可靠性、器件的检测和筛选等过程至关重要。芯片测试贯穿整个芯片设计与量产的过程中。一般可根据时间阶段不同将芯片测试分为WAT、CP、FT三个过程。

FT:Final test，封装完成后的测试，也是最接近实际使用情况的测试，它的目的是把芯片严格分类。

现状

• FT涉及多方面的测试，常见设备主要针对相对简单的DC参数测试，但对于复杂度较高且对产品质量影响较大的射频指标测试的解决方案较少；

•  产能不断增加，检测项目越来越多，对测试效率和稳定性提出了更高的要求；

• 测试数据量越来越大，人工测试速度无法满足批量生产的要求，纸质记录已无法满足信息化、智能化的要求。

系统概述

针对以上情况，以自研的高性能矢量网络分析仪为核心，成都玖锦科技联合测芯科技推出了射频微波芯片测试系统，为半导体行业或类似行业的芯片、元器件的测试工序提供整体解决方案，适用于各种有源/无源射频微波芯片元器件的测试。

1.1

1、适用产品类型

放大器、衰减器、耦合器、电阻、电容、电感、二极管、滤波器等常见射频微波芯片元器件。

2、适用单位

• 军工、工业、商业级射频微波芯片元器件生产/研发单位；

• 元器件筛选站。

功能指标

1、可测参数

• 工作频率、带宽

• 插损、增益、驻波、群时延

• 噪声系数、脉冲S参数

• 压缩点、交调、谐波等非线性参数

• 带内平坦度、带外抑制等……

2、 功能特点

• Bias Tee功能，从射频端口直接提供直流配置；

• 在片校准技术，提取探针的特征参数，将测量端面从同轴转移到探针，保证测试准确性；

• 可根据客户需求快速进行二次开发；

• 一键式自动测试、数据存储、分析、展示；

• 自动调用、保存、导出、导入校准结果；

• 一次连接/摆放，完成多个被测件的测试；

• 支持多路测试和芯片分类筛选。

3、系统组成

整个系统主要由4个部分组成，包括矢量网络分析仪、探针台，主控电脑及分选设备，系统的组成框图如下所示：

1.2

主控计算机通过网口、GPIB、串口等硬件程控接口，基于VISA等协议，对探针台、网络分析仪、打点机等硬件进行程控。当被测件安置完成后，主控计算机上定制化的测试软件会按照预先编写好的程序对被测件进行测试，一般的测试流程包括位置映射（MAPING）、探针台走位、仪表设置和测量、结果的采集、显示处理、根据测试结果进行分选、进行下一次测试等步骤。测试软件的典型工作流程如下图所示：

1.3

4、工作节拍

整个系统中，被测件的测试、分选等过程是由探针台和测试仪表配合完成，二者之间必须遵循一定的时序节拍，否则将导致设备工作混乱。系统节拍如下图所示：

1.4

• SOT：开始测试信号；

• EOT：结束测试信号；

• BIN：分选信号；

• T1：表示网络分析仪捕获SOT信号的时间，具体由测试机的性能决定；

• T2：探针台捕获EOT信号的时间，由探针台的性能决定；

• T3：分选信号发送时间，应当在EOT发送之前一定时间发送。

系统工作节拍说明如下：

（1）系统工作时，当探针台完成走位，发送SOT信号给测试仪表，当测试仪表捕获到SOT信号时，开始进行测试；

（2）测试完成后，测试仪表根据测试结果，发送分选信号给探针台；

（3）测试完成后，测试仪表发送测试结束信号给探针台；

（4）探针台捕获到分选信号和结束信号时，根据分选信号进行打点以及开始向下一个位置移动。

 解决方案

1、核心硬件

矢量网络分析仪

品牌/型号：成都玖锦/VNA5000A

1.5

主要特点

• 频率范围：10 MHz~50 GHz（支持扩频至110GHz）；

• 高动态范围：130 dB(典型值)；

• 迹线噪声不足0.001 dB，测量精度高，可满足客户精确测量的需要，特别有助于小插损器件的精确测量；

• 采用基波混频技术，有效抑制杂散，扩展动态范围，满足您对大动态范围和高灵敏度的测试需求；

• 四个内部相位相参信号源，支持混频测量；

• 八个真正并行的相参测量接收机，特别适用于同时测量多个被测件比如相控阵天线；

• 内置低噪声接收机，有效的扩展了噪声系数的测量范围。

探针台：

品牌/型号：测芯科技/T-200G

1.6

主要特点：

•  可快速进行测试/非测试两种状态切换，使得测试更加高效；

•  采用Air-Bearin-Stage技术，可操作载物台在X/Y平面内迅速位移，可单轴（Y/Y）位移，或两轴同时快速移动，提高操作效率；

•  精密制造而成的探针座，扎针时没有晃动，没有虚位，可完全替代进口探针座；

•  台面高度实时显示，扎针状态一目了然；

•  高级磁性开关底座，可选真空吸附型。

 射频探针

品牌/型号：FormFactor/ACP40-GSG150

1.7

主要特点：

• DC 至 40 GHz；

• 超低插入和回波损耗；

• 测试重复性低至 -80 dB；

• 可选铍铜或钨钢针头；

• 提供多种间距，从 50 到 1250 µm；

• 可靠耐用。

2、测试软件

为了保证系统的可靠性和可扩展性，软件总体结构尽量采用模块化以及松耦合的设计方式，具备如下能力和特点：

1)仪器优化：以业内顶尖的矢量网络分析仪作为主要测试仪器，取代各种机架式和堆叠式设备，测试资产显著简化；

2)连接优化：实现对本地仪器设备的自动检测和识别，应用层与底层设备驱动解耦；

3)操作优化：测试流程可视化、图形化编辑，可根据实际应用选择图形化的编程方式将流程设计及编写；

4)流程优化：测试系统具有一键式自动测试能力，即完成待测件连接和参数配置后，一次性完成所有指标的自动测试；

5)扩展性优化：具备测试设备扩展能力，支持主流厂家及型号的测试仪表的驱动控制，实现对本地仪器设备的自动检测和识别，便于测试扩展；

6)测试过程中以列表或图形方式实时展示各项参数测试结果，还可根据指标门限式自动逐项判断并上报测试结果合格性。

1.8

3、系统清单

一个典型的射频微波芯片器件测试方案包含的软硬件汇总如下：

1.9

4、实测情况

使用本文中推荐的典型配置，我们针对某型号放大器进行了实测，测试结果和放大器数据指标高度一致。实测结果如下图（2.1、2.2、2.3、2.4、2.5）所示：

2.1再片测试

2.2再片测试

2.3实测过程

2.4实测过程

2.5测试实景

矢量网络分析仪VNA5000A介绍

VNA5000A是一款高性能的矢量网络分析仪，具有优良的测试动态范围、分析带宽、相位噪声、幅度精度和测试速度；该设备提供单端口、响应隔离、增强型响应、全双端口等多种校准方式，内设对数幅度、线性幅度、驻波、相位、群时延、Smith圆图、极坐标等多种显示格式，外配USB、LAN、GPIB、VGA等多种标准接口，是一款集S参数测量、混频器测量、噪声系数测量的多功能高性能矢量网络分析仪。 

2.6

VNA5000A的主要特点如下：

（1)   四个内部相位相参信号源，八个真正并行测量的接收机：VNA5000A矢量网络分析仪组合了四个内置的相位相参信号源及八个真正并行测量的接收机，可以提供高达50GHz的完美四端口解决方案。一次连接可完成几乎所有的线性测试和非线性测试，包括混频器和噪声系数测量，为进行广泛的测量提供了强大的硬件支撑。

2.7

（2)   高动态范围：130dB（典型值）,迹线噪声优于O.OO1dB,测量精度高：VNA5000A矢量网络分析仪采用混频接收的设计理念，有效的扩展了整机的测试动态范围，以满足您对大动态范围的测试需求；优异的迹线噪声指标极大地提高了整机的测试精度，可满足用户精确測量的需要，特别有助于小插损器件的精确测量。

2.8

（3)  校准类型灵活可选，兼容多种校准件：VNA5000A矢量网络分析仪可使用机械校准件进行直通响应校准、直通响应与隔离校准、单端口校准、增强型响应校准、全双端口TOSM校准、TRL校准等多种校准类型，可根据实际测试需要选择N型、同轴3.5mm.2.4mm等多种校准件，方便不同接口类型器件的测试。

2.9

（4)  支持多窗口、多通道测量，快速执行复杂测试方案：VNA5000A矢量网络分析仪具有多通道和多窗口显示功能，最多支持64个通道，最多可同时显示32个测量窗口，每个窗口最多可同时显示20条測试轨迹，具有对数幅度、线性幅度、驻波、Smith图等多种显示格式，使观测结果更加直观，用户使用方便。

3.1

（5)  外设接口丰富，灵活实用：VNA5000A矢量网络分析仪采用兼容PC的嵌入式计算机模块和Windows操作系统组成的软硬件平台，实现了测试仪器和个人计算机的完美结合。用户可以利用丰富的I/O接口（包括GPIB.USB和LAN等）来完成数据通讯。12.1英寸1024X768高分辨率多点触控显示屏，人性化用户界面简洁直观，便于操作，可提高测试效率。