On-Wafer-Qualifikation von HF-Komponenten

Eine frühzeitige Qualifikation von HF-Komponenten auf Wafer-Ebene sichert die Qualität und spart Geld.

R&S®ZNA Vektornetzwerkanalysator
R&S®ZNA Vektornetzwerkanalysator bei der Durchführung von On-Wafer-Messungen in Kombination mit dem FormFactor SUMMIT200 Sondensystem.
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Ihre Anforderung

Die wesentliche Herausforderung für Entwickler von 5G-HF-Frontends besteht darin, eine einwandfreie HF-Performance in Bezug auf die Frequenzabdeckung und Ausgangsleistung sicherzustellen und gleichzeitig die Energieeffizienz zu optimieren. Bei der Entwicklung von aktiven Komponenten wie Leistungsverstärkern, rauscharmen Verstärkern, Schaltern oder integrierten monolithischen Mikrowellenschaltungen (MMIC) für HF-Frontends bietet sich direkt nach der Wafer-Fertigung die erste Gelegenheit, Ihr HF-Design mittels Tests zu untersuchen. Um Ihr Design so früh wie möglich zu verifizieren, ist es sinnvoll, die Performance und Funktionalität auf Wafer-Ebene zu prüfen.

Das Wissen um die Qualität von Wafer Runs ist auch in der Produktion von großem Interesse, um das Packaging von fehlerhaften Bauelementen zu vermeiden. Dies ist insbesondere wichtig, wenn sich der Wert des Bauelements durch das Packaging signifikant erhöht. Es ist daher ratsam, die Bauelemente so früh wie möglich zu qualifizieren, um Kosten durch nicht konforme oder fehlerhafte Bauelemente zu minimieren.

FormFactor-InfinityXT-HF-Sonden kontaktieren ein Normal auf einem Kalibriersubstrat.
FormFactor-InfinityXT-HF-Sonden kontaktieren ein Normal auf einem Kalibriersubstrat.
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Gemeinsame Lösung von Rohde & Schwarz und FormFactor

Die Charakterisierung eines Messobjekts auf Wafer-Ebene erfordert ein Messsystem mit Vektornetzwerkanalysator (VNA), Sondenstation, Kabeln/Adaptern und Wafer-Sonden. Rohde & Schwarz arbeitet mit FormFactor zusammen, um Tests auf Wafer-Ebene zu bewerkstelligen. Das Ergebnis ist eine gemeinsame Lösung, bei der Rohde & Schwarz den VNA als leistungsstarken One-Box-Tester für die Messung aller HF-Qualifizierungsparameter bereitstellt – unabhängig von der Verwendung von koaxialen oder Hohlleiter-Adaptern. FormFactor kümmert sich um die Bauelementekontaktierung auf Wafer-Ebene mit einer breiten Palette an manuellen, halbautomatisierten und vollautomatisierten Sondensystemen einschließlich thermischer Überwachung, Hochfrequenzsonden, Sondenpositionierern und Kalibrierwerkzeugen.

Für die Verifizierung der HF-Eigenschaften kommen üblicherweise Dauerstrichsignale zum Einsatz. Bei Tests von aktiven Bauelementen werden oftmals Pulssignale angelegt, um die Selbsterwärmung zu begrenzen. Das Wärmemanagement ist aus zwei Gründen wichtig. Erstens möchten Sie, dass Ihr Messobjekt in einem stabilen thermischen Zustand verbleibt, um zuverlässige, reproduzierbare und kontrollierte Messungen zu ermöglichen. Zweitens könnte Ihr Messobjekt durch Überhitzen möglicherweise beschädigt oder zerstört werden.

R&S®ZNA43, in der FormFactor-WinCal-XE-Software als VNA ausgewählt.
R&S®ZNA43, in der FormFactor-WinCal-XE-Software als VNA ausgewählt.
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Bei Messaufbauten für On-Wafer-HF-Tests kann man sich nicht auf die koaxialen oder Hohlleiter-Kalibrierverfahren und -normale verlassen, die üblicherweise mit VNAs verwendet werden. Um exakte und durchgängige Kalibrierergebnisse auf Wafer-Ebene zu ermöglichen, muss man Kalibriertechniken mit Sondenspitzen nutzen, die auf Kalibriersubstraten durchgeführt werden. Diese Substrate umfassen Impedanznormale für konzentrierte Bauelemente, Kalibrier- und Verifizierungsleitungen, Marken zur Sondenjustierung sowie einen Bereich für die Sondenplanarisierung. Die Kalibrierung des gesamten Testsystems einschließlich des R&S®ZNA wird vollumfänglich durch die Kalibriersoftware FormFactor WinCal XE unterstützt. Mit der Anwendung der Kalibrierdaten auf den VNA verschieben Sie die Messebene auf den Wafer bis in die Spitzen der verwendeten HF-Sonden. Somit erhalten Sie ein vollständig kalibriertes VNA-Testsystem für On-Wafer-Messungen.

Messungen von mehreren 40-ps-Leitungsstandards, durchgeführt mit R&S®ZNA67 und dem FormFactor Summit200 Sondensystem.
Messungen von mehreren 40-ps-Leitungsstandards, durchgeführt mit R&S®ZNA67 und dem FormFactor Summit200 Sondensystem.
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Anwendung

Die On-Wafer-Testlösung bietet eine vollständige HF-Performance-Charakterisierung Ihres Messobjekts. Dank des komplett kalibrierten Messaufbaus erhalten Sie mit dieser Lösung Zugriff auf sämtliche Messfunktionen des VNA. Allgemeine S-Parametertests ermöglichen die Charakterisierung von Filtern und aktiven Bauelementen. Für die Qualifizierung von Leistungsverstärkern lassen sich ebenfalls Verzerrung, Verstärkung und Intermodulation messen. Frequenzumsetzende Messungen an Mischern mit Phasencharakterisierung über die Messobjektbandbreite sind ein weiteres Beispiel für Messapplikationen, die von der On-Wafer-Testlösung unterstützt werden. Dank des vollständig kalibrierten Messaufbaus können alle Ergebnisse ohne Nachverarbeitung direkt vom VNA übernommen werden, da die Kalibrierdaten direkt im VNA Anwendung finden.

Mit der On-Wafer-Bauelemente-Charakterisierung ist eine frühzeitige Designverifizierung während der Entwicklung sowie die Produktqualifikation und -verifizierung während der Fertigung möglich. Mit der gemeinsamen Lösung von Rohde & Schwarz und FormFactor können Sie Ihr Messobjekt ganz einfach charakterisieren und qualifizieren.