從傳統上講
，射頻探針的接觸是用鈹（beryllium）-銅（BeCu）製zhi作zuo的de。而er且qie人ren們men最zui早zao采cai用yong射she頻pin探tan針zhen技ji術shu與yu今jin天tian的de工gong具ju是shi很hen不bu相xiang同tong的de，之zhi後hou工gong程cheng師shi在zai探tan針zhen技ji術shu上shang取qu得de了le突tu破po，才cai確que定ding了le射she頻pin探tan針zhen的de基ji本ben要yao求qiu和he工gong作zuo原yuan理li
，

　　射頻（RF）探針在射頻產品生命周期中幾乎每一個階段都起著重要作用：從(cong)技(ji)術(shu)開(kai)發(fa)
，模(mo)型(xing)參(can)數(shu)提(ti)取(qu)，設(she)計(ji)驗(yan)證(zheng)及(ji)調(tiao)試(shi)一(yi)直(zhi)到(dao)小(xiao)規(gui)模(mo)生(sheng)產(chan)測(ce)試(shi)和(he)最(zui)終(zhong)的(de)生(sheng)產(chan)測(ce)試(shi)。通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)射(she)頻(pin)探(tan)針(zhen)
，人(ren)們(men)便(bian)有(you)可(ke)能(neng)在(zai)晶(jing)片(pian)層(ceng)次(ci)上(shang)測(ce)量(liang)射(she)頻(pin)組(zu)件(jian)的(de)真(zhen)正(zheng)特(te)性(xing)。這(zhe)可(ke)以(yi)將(jiang)研(yan)究(jiu)和(he)開(kai)發(fa)時(shi)間(jian)縮(suo)短(duan)並(bing)且(qie)大(da)大(da)降(jiang)低(di)開(kai)發(fa)新(xin)產(chan)品(pin)的(de)成(cheng)本(ben)。

　　在僅僅三十年的時間裏，射頻探針技術便取得了驚人的進步，從低頻測量到適用多種應用場合的商用方案：如在110GHz高頻和高溫環境進行阻抗匹配，多端口，差分和混合信號的測量裝置，連續波模式中直到60W的高功率測量
，以及直到750GHz的太赫茲應用
，都能見到射頻探針的身影。

　　人們最早采用射頻探針技術與今天的工具是很不相同的，早期探針使用了由一個很短的線極尖（wire TIp）而逐漸收斂的50-Ω微帶線
，通過探針基片上一個小孔而與被測器件（DUT）的壓點（pad）相接觸。此時，其技術難度在於如何突破4GHz時(shi)實(shi)現(xian)可(ke)重(zhong)複(fu)測(ce)量(liang)。雖(sui)然(ran)有(you)可(ke)能(neng)通(tong)過(guo)校(xiao)準(zhun)過(guo)程(cheng)來(lai)剔(ti)除(chu)一(yi)個(ge)接(jie)觸(chu)線(xian)極(ji)尖(jian)相(xiang)對(dui)較(jiao)大(da)的(de)串(chuan)聯(lian)電(dian)感(gan)的(de)影(ying)響(xiang)，但(dan)當(dang)圓(yuan)晶(jing)片(pian)的(de)夾(jia)具(ju)被(bei)移(yi)動(dong)時(shi)，線(xian)極(ji)尖(jian)的(de)輻(fu)射(she)阻(zu)抗(kang)會(hui)有(you)較(jiao)大(da)的(de)變(bian)化(hua)。高(gao)頻(pin)測(ce)量(liang)使(shi)用(yong)的(de)極(ji)尖(jian)設(she)計(ji)與(yu)用(yong)於(yu)直(zhi)流(liu)和(he)低(di)頻(pin)測(ce)量(liang)的(de)極(ji)尖(jian)不(bu)同(tong)，而(er)且(qie)必(bi)須(xu)使(shi)50-Ω環境盡可能地接近於DUT壓點。

　　之後工程師在探針技術上取得了突破。確定了射頻探針的基本要求和工作原理：

　　1） 探針的50-Ω平麵傳輸線應當直接與DUT壓(ya)點(dian)相(xiang)接(jie)觸(chu)而(er)不(bu)用(yong)接(jie)觸(chu)導(dao)線(xian)。對(dui)於(yu)微(wei)帶(dai)線(xian)和(he)隨(sui)後(hou)的(de)共(gong)麵(mian)探(tan)針(zhen)設(she)計(ji)，探(tan)針(zhen)的(de)接(jie)觸(chu)是(shi)用(yong)小(xiao)的(de)金(jin)屬(shu)球(qiu)來(lai)實(shi)現(xian)的(de)

，這(zhe)個(ge)金(jin)屬(shu)球(qiu)要(yao)足(zu)夠(gou)大(da)以(yi)保(bao)證(zheng)可(ke)靠(kao)且(qie)可(ke)重(zhong)複(fu)性(xing)的(de)接(jie)觸(chu)。

　　2） 為了能同時接觸到DUT的信號壓點和接地壓點，需要將探針傾斜。這個過程被稱為“探針的平麵化”。

　　3） 探針的接觸重複性比同軸連接器的可重複性要好得多。便於進行探針極尖和在片標準及專用校準方法的開發。

　　4）具有很高重複性的接觸可以進行探針的準確校準並將測量參考平麵移向其極尖處。 來自探針線和到同軸連接器的過渡所產生的探針的損耗及反射是通過由射頻電纜和連接器的誤差相類似的方式而抵消的。

　　5） 由(you)於(yu)其(qi)很(hen)小(xiao)的(de)幾(ji)何(he)尺(chi)寸(cun)，人(ren)們(men)可(ke)以(yi)假(jia)設(she)平(ping)麵(mian)標(biao)準(zhun)件(jian)的(de)等(deng)效(xiao)模(mo)型(xing)純(chun)粹(cui)是(shi)集(ji)總(zong)式(shi)的(de)。此(ci)外(wai)
，人(ren)們(men)可(ke)以(yi)從(cong)標(biao)準(zhun)件(jian)的(de)幾(ji)何(he)尺(chi)寸(cun)來(lai)很(hen)容(rong)易(yi)地(di)預(yu)測(ce)模(mo)型(xing)參(can)數(shu)。

　　隨著探針的設計從微帶線變換到共麵波導（CPW），探針的製造就變得很容易了（圖1）。 Tektronix公司最終將探針從“自己動手”的工具轉換為逐漸形成的射頻半導體工業的一種真正的產品（圖2）。這預示著圓晶片層次射頻測量時代的開始。

　　圖1 基於陶瓷共麵線的晶片探針設計

　　圖2（a）共麵探針的頂視圖和側視圖

　　（b）經過修正的各種在片阻抗標準件的一端口測量

　　在80年代初，Tektronix公司推出了最早的射頻圓晶片探針模型TMP9600和藍寶石校準基片CAL96（圖3）。探針的主要開發者Eric Strid和Reed Gleason於1983年創辦了Cascade Microtech公司並推出了WPH探針。這兩個公司曾經在若幹年間提供著非常類似的射頻探針
，一直到Tektronix公司於90年代初最終退出了圓晶片探針這個業務。在這樣的機會下，CascadeMicrotech憑借著與Hewlett Packard公司之間的良好關係，便成為工業界射頻探針最主要的供應商。

　　圖3 （a）第一個商用的藍寶石校準基片CAL96；

　　（b）來自Tektronix公司的射頻圓晶探針TMP9600；

　　（c）來自Cascade Microtech公司的WPH探針。

　　WPH探針的頻率在很短的時間內就擴大到26GHz，並且在1987年達到了50GHz
，以滿足迅速開發的單片微波集成電路（MMIC）的需要。V-波段和W-波段探針分別於1991年和1993年出現。1988年，Cascade推出了用於規模化生產應用的26.5GHz係列極尖可替換的探針（RTP）。現在
，人們無需從測試台上將探針主體移動便可以迅速更換陶瓷極尖。WPH探針對80年代和90年代微波技術開發做出了貢獻，但存在若幹個技術上的局限。最關鍵的局限在於脆弱的陶瓷CPW線。即使施加高於建議值的一個最小的力（例如，為了達到更好的接觸）都會損壞探針。許多工程師將這個時刻稱為“死亡之聲”。陶瓷探針破裂的聲音通常還會將整個項目推向窮途末路
，因為對於大學和小的研究室來說探針是非常昂貴的。雖然引入了RTP係列

，但陶瓷探針還是被別的技術擠出了市場。

　　當GGB工業公司為基於微同軸電纜的射頻探針申請專利時，1988年便成為另一個裏程碑。采用微同軸電纜作為中間過渡媒質具有下列這些好處：

　　1） 機械方麵的顯著改善延長了探針的壽命。

　　2） 被損壞的探針可以通過一種相對較為容易且並不昂貴的方式而重新敲打出來。

　　3） 電器特性得到了改善。

　　4） 簡化製造工藝。

　　5） 降低成本。

　　在1993年，GGB公司在IEEE理論和技術協會的國際微波年會上（IMS）介紹了W-波段探針。在1999年
，它們的探針達到了220GHz
，在2006年又進一步擴展到325GHz
，在2012年又達到了500GHz。加上與供應商的密切合作
，如Karl Suss（後來的SUSS MicroTech）
，GGB工業公司成為全世界射頻市場上最有影響力的公司之一。

　　同時期，Cascade公司在1994年的第43屆春季ARFTG會議上展示了新型的40-GHz空氣-共麵探針（ACP）（圖5）。幾年之內
，ACP探針迅速達到了110GHz（1-mm連接器模型）和140GHz（基於波導模型），代替了WPH生產線。到目前為止，由於ACP的柔軟及無損式接觸，許多工程師喜歡將ACP用於探測金壓點。

　　圖4來自GGB 工業公司的Picoprobe 探針

　　圖5 Cascade Microtech 公司的ACP 探針

　　
圖6∣Z∣-探針模型。

　　圖7 Cascade Microtech 公司的Infinity 探針

　　在2000年
，Rosenberger公司強勢推出了一個用於PCB應用、具有明顯超過傳統技術的射頻探針的新概念，將探針的幾何尺寸縮小到圓晶片層次所要求的水平，並於2001年推出了新的射頻圓晶探針∣Z∣-探針。∣Z∣-探針可以覆蓋40GHz範圍並且實現了若幹種創新思想。

　　1） 這個探針沒有使用微同軸電纜。實現了從同軸連接到空氣絕緣共麵接觸線的直接過渡。

　　2） 這個過渡是在探針體內製作的
，這便允許對過渡點進行一個準確的優化
，從而將可能的不連續性減到最小。

　　3） 共麵接觸是采用一個紫外光刻和電鍍工藝（UV-LIGA）製作的，這個工藝與製作MEMS 產品的工藝類似。其極高的精度和可重複性可以形成CPW線和一個恒定的空氣氣隙非常準確的形狀。

　　在90年代中期，矽被大量應用於射頻領域。這給射頻探針的製作帶來一些挑戰。從傳統上講

，射頻探針的接觸是用鈹（beryllium）-銅（BeCu）製作的。在探測矽器件和電路的鋁接觸壓點時
，這種材料就會變得很麻煩。BeCu極尖的迅速氧化和髒物的累積會導致對鋁接觸壓點的接觸重複性的極大降低。為了解決這個問題，供應商提供了帶有鎢（W）極尖的射頻探針。操作多用途測量裝置的測試工程師們在每次改變DUT類型（矽或III-V族複合物半導體）時，都被迫要更換探針，即使測試的頻率範圍保持不變。∣Z∣-探針也致力於解決這種不便之處。共麵接觸是由鎳（Ni）來製作的
，在與鋁和金的接觸壓點上均展示出最佳的接觸性能。隨後
，其它射頻探針的供應商也開始提供用Ni或Ni合金來製作極尖的多用途探針。

　　隨著對MOS和BICMOS器件的射頻特性及縮小DUT接觸點尺寸不斷增長的需求， CascadeMicrotech公司在2002年的第59屆春季自動射頻技術組織（AutomaTIc RF Techniques Group-ARFTG）微波測量大會上介紹了基於薄膜技術的新的圓晶探針。這個方法是基於Cascade公司的Pyramid Probe Card 技術。在一個柔軟的聚酰亞胺薄膜基片上的微帶線從同軸線通過非氧化稀有金屬探針極尖向DUT傳輸信號。Ni探針極尖的接觸麵積大約為12μm x12 μm

，從而可以探測極小的接觸壓點。這個新型的Infinity 探針展示了卓越的接觸的一致性和探針-到-探針的很低的串擾。

　　Cascade公司提供了工作在110GHz一下不同規格的Infinity探針。用於220和325GHz 測量的基於波導的探針是分別於2005和2007年推出的。在Cascade於2009年後期開始提供用於500GHz-波段的Infinity探針。

　　在2009-2011年間
，兩個新成員進入了成熟的探針市場：帶有微機械加工的探針DMPI 瞄準的是新興的亞太赫茲（sub-THz）市場。來自台灣的Allstron公司為110GHz以下的應用提供了並不昂貴的探針
，其中
，測試成本的降低是最主要的要求。來自於Allstron公司的探針是一種基於微同軸電纜的傳統設計。接觸結構是空氣絕緣的CPW線。它類似於ACP，但是極尖被做成一定的形狀來探測具有很小鈍化窗口（passivaTIon windows）的鋁壓點。

　　圖8 Allstron 公司的射頻探針

　　現代對於射頻圓晶探針的設計將測試信號從一個三維媒質（同軸電纜或矩形波導）轉換到兩維（共麵）探針的接觸上。這種操作需要對傳輸媒質的特性阻抗Z0進(jin)行(xing)仔(zai)細(xi)的(de)處(chu)理(li)，並(bing)且(qie)要(yao)在(zai)不(bu)同(tong)傳(chuan)播(bo)模(mo)式(shi)之(zhi)間(jian)進(jin)行(xing)電(dian)磁(ci)能(neng)量(liang)的(de)正(zheng)確(que)轉(zhuan)換(huan)。雖(sui)然(ran)晶(jing)片(pian)探(tan)針(zhen)的(de)輸(shu)入(ru)是(shi)一(yi)個(ge)標(biao)準(zhun)化(hua)同(tong)軸(zhou)或(huo)波(bo)導(dao)界(jie)麵(mian)，但(dan)它(ta)的(de)輸(shu)出(chu)（探針極尖）則ze可ke以yi實shi現xian不bu同tong的de設she計ji概gai念nian。這zhe些xie界jie麵mian，特te別bie是shi探tan針zhen極ji尖jian


，會hui將jiang不bu連lian續xu性xing帶dai入ru到dao測ce量liang信xin號hao路lu徑jing中zhong。這zhe種zhong不bu連lian續xu性xing本ben身shen會hui產chan生sheng高gao階jie傳chuan播bo模mo。因yin此ci，圓yuan晶jing探tan針zhen和heDUT激勵必須隻能支持單個準-TEM傳播模式並且要排除高階模或者對高階模展現出更高的阻抗。

　　EM場分布圖的轉換是由處於單個探針組裝內的若幹個射頻過渡措施來維持的。一個傳統的射頻探針是由下列幾個部分組成的：

　　1） 測試儀的界麵（同軸或波導）

　　2） 從測試界麵到微同軸電纜的過渡

　　3） 從微同軸電纜到一個平麵波導的過渡，如CPW或微帶線

　　4） 麵向晶片上DUT的共麵界麵（或者極尖）

　　若幹種探針或者將3）和4）組合在一起，或者不使用微同軸電纜（圖9）。一個同軸連接器是低於65GHz的射頻探針常用的測試係統界麵。同軸和波導這兩種連接方案均是50 到110GHz頻率範圍內可能的界麵。在單次掃描中，覆蓋了從直流到110GHz的寬帶測試係統利用了最小尺寸（1mm）的同軸連接器。不同尺寸的矩形波導是與110GHz以上的測量係統對接的。

　　圖9 （a）基於一個微同軸電纜的射頻探針

　　（b）波導界麵

　　（c）從同軸到共麵線的直接過渡

　　一個探針技術的自然壽命大約是12年。有兩個主要因素推動著探針技術的發展：

　　1） 改善高端應用中的測量精度

　　2） 降低主流應用的測試成本。

　　除了主流（Allstron公司）和高端應用（DMPI公司）的新的探針供應商以外，一些射頻微波行業的中小型服務商也在提供用於低頻及寬頻領域的的產品。

　　提供的MP係列同軸探針，滿足DC-20GHz的測量需求，特性如下：

　　1.DC-20GHz 帶寬

　　2.超低的插入及回波損耗

　　3.GSG
、GS 配置（0.8/1.5/2.5mm 間距範圍）

　　優勢：

　　1. 容易探測測試沒有任何焊接過的電路板信號

　　2. 兼容 pogo 大頭針允許探索non-planar 結構

　　3. 探針的使用壽命更加長久

　　4. 較少測試時間

　　應用於：

　　1）射頻和微波模塊信號插入，檢測和測量輸出
；

　　2）高頻電路板電氣性能分析；

　　3）高速數字電路分析

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