專利名稱：用于確定散射參數的測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于確定基板上的待測電子器件(electrical device under test)的散射參數的測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)具有測量裝置，該測量裝置具有至少一個測量信道(measuring channel)和被電連接到至少一個測量信道的至少一個測量探針，所述測量探針被設計成以物理接觸或非物理接觸的方式與電路中的屬于待測電子器件的電信號引導線(electrical signal guide)接角蟲。
背景技術：
例如，在由多個子電路構成的復雜的平面微波電路的發(fā)展中，有用的是，對于各個子電路單獨確定散射參數，或者，根據需要對于各個電子部件單獨確定散射參數。這樣，可以獨立地分析和檢查各個子電路或電子部件的性能。利用改進的矢量網絡分析儀(VNA)來確定被嵌入在電路中的待測電子器件(DUT)的散射參數。非接觸式矢量網絡分析儀的測量精度主要取決于測量探針定位的再現(xiàn)性。通過使用自動在片探針(on-wafer probe)和電機驅動的探頭，可以設定非接觸式探針的位置，具體地是設定探針相對于測量用平面基板的距離。
為了能夠表征被嵌入的DUT，非接觸式探針或DUT必須被移位到適當的位置。這樣，當對所有的DUT或校準標樣(calibration standard)進行測量時，需要探針相對于DUT 或校準標樣的供給線位于相同的位置(在x、y、z方向上)。由于測量用平面基板的不平坦性、耦合的探針被傾斜地定位等，難以確保探針被可再現(xiàn)地定位。測量精度取決于定位精度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提高上述種類的測量系統(tǒng)的測量精度和測量處理的結果的再現(xiàn)性。
根據本發(fā)明，通過具有為至少一個測量探針設置第一定位裝置、設置用于檢測至少一個測量探針的位置并且發(fā)出位置信號的至少一個傳感器的特征的上述種類的測量系統(tǒng)來實現(xiàn)該目的。在其它權利要求中描述了本發(fā)明的有利的實施方式。
在上述種類的測量系統(tǒng)中，根據本發(fā)明進行如下設置為至少一個測量探針設置第一定位裝置，設置至少一個傳感器，所述至少一個傳感器用于檢測至少一個測量探針的位置并且發(fā)出位置信號。
這具有如下優(yōu)點實現(xiàn)了測量探針相對于待測電子器件的精確且可再現(xiàn)的定位， 這為散射參數的測量提供高的測量精度，換句話說，為矢量網絡分析提供高的測量精度。
在優(yōu)選實施方式中，設置至少一個第一控制單元，所述至少一個第一控制單元被連接到所述傳感器，以接收來自所述傳感器的位置信號，并且所述至少一個第一控制單元被設計成以使被所述傳感器檢測位置的測量探針相對于所述待測電子器件位于空間中的預定位置的方式致動所述至少一個第一定位裝置。
4 有效地，所述第一定位裝置具有手動的或電機驅動的驅動器。
在優(yōu)選實施方式中，所述至少一個傳感器是光學傳感器、電光學傳感器、電傳感器、聲學傳感器、紅外傳感器、靜電傳感器和/或磁傳感器。
有效地，所述測量裝置是改進的矢量網絡分析儀，其中，所述測量探針經由連接線被直接電連接到接收器或所述測量信道。
例如，所述測量探針是電容地和/或感應地耦合的探針或環(huán)形探針。
為了對測量系統(tǒng)內的電路進行附加的精確定位，設置至少一個第二定位裝置，所述第二定位裝置被手動地驅動或被電機驅動的部件驅動，并且被設計成機械地接收所述電路。
有效地，設置用于致動所述第二定位裝置的至少一個控制單元，作為選擇，設置將來自所述至少一個傳感器的位置數據傳送到所述至少一個第二控制單元的至少一個數據路徑或至少一個數據線。例如，所述第一控制單元和所述第二控制單元被集成為一個控制單元。
在優(yōu)選實施方式中，所述至少一個傳感器檢測所述測量探針在空間中的絕對位置和/或所述測量探針相對于所述待測電子器件的位置、和/或所述測量探針相對于所述電路上的位置標記的位置、和/或所述測量探針相對于在所述待測電子器件與所述電路的其它部分之間的信號線的位置，并且所述至少一個傳感器向所述至少一個第一控制單元發(fā)出位置信號。
由于設置用于在所述測量裝置和所述至少一個控制單元之間傳送數據的數據傳送路徑，控制單元接收來自測量裝置的用于定位相關的測量探針的附加數據，并且測量裝置接收測量探針是否被正確定位的信息，從而能夠開始測量或者使將被訪問的測量值作為位置數據的函數。
所述待測電子器件是校準標樣或者是被嵌入在形成于所述基板的電路中并且包括一個或多個被電連接在一起的電子部件的待測電子器件(DUT)。
有效地，所述至少一個傳感器被機械地固定到所述至少一個測量探針。
為了使一個傳感器能夠用于例如多個測量探針，所述傳感器被配置成能夠獨立于所述基板在空間中移位。
在優(yōu)選實施方式中，在所述基板上配置標記，所述傳感器被設計成感測相對于該標記的位置。


下面將參照附圖詳細說明本發(fā)明。圖1示出了根據本發(fā)明的測量系統(tǒng)的優(yōu)選實施方式。
具體實施例方式借助于圖1的示例示出的根據本發(fā)明的測量系統(tǒng)的優(yōu)選實施方式包括改進的矢量網絡分析儀10，該矢量網絡分析儀10具有發(fā)生器12 ；阻抗4 14 ；開關16 ；測量信道18、 20,22,24 ；和計算機沈。不同于傳統(tǒng)的VNA，在改進的VNA中，測量信道18、20、22、24與兩個測量探針28直接電連接。各測量探針28被配置于XYZ馬達形式的第一定位裝置30，即，第一定位裝置30被設計成用于在空間中對給定的測量探針觀進行三維定位。第一定位裝置30被連接到共用的控制單元32，該控制單元32用于致動第一定位裝置30以適當地定位測量探針觀。此外，設置與控制單元32連接的兩個位置測量傳感器34。傳感器34被連接到相應的測量探針28并且用于檢測測量探針28在空間中的位置。傳感器34向控制單元32發(fā)出位置信號，該位置信號表示給定的測量探針的位置?？刂茊卧?2根據來自傳感器34的這些位置信號致動第一定位裝置30，使得測量探針觀被正確地定位在空間中的預定位置。數據線36 —方面被連接到改進的矢量網絡分析儀10或者更確切地說被連接到配置于矢量網絡分析儀10中的計算機沈，另一方面被連接到控制單元32，該數據線36用于在改進的矢量網絡分析儀10與控制單元32之間交換數據。
在基板38上形成電路，該電路具有被嵌入在電路中的多個待測電子器件40、42、 44、46、48。這些待測電子器件40、42、44、46、48形成由改進的矢量網絡分析儀10來確定散射參數的待測器件(DUT)。由相應的信號引導線50將待測電子器件40、42、44、46、48連接在一起。在基板38上，具有待測電子器件40、42、44、46、48和信號引導線50的電路采取例如平面電路的形式。為了能夠測量DUT 44的散射參數，測量探針觀在將DUT 44連接到電路的其它部分的信號引導線50的近場被配置于DUT 44的兩側。發(fā)生器12經由阻抗14、開關16、相應的波導(waveguide) 52和轉換器(transition) 54、相應的信號引導線50被連接到電路并且將適當的測試信號供給到電路中。
附圖標記56表示基準面，附圖標記58表示基板38上的第一位置，附圖標記60表示基板38上的第二位置，附圖標記62表示基板38上的第三位置，附圖標記64表示基板38 上的第四位置，附圖標記66表示基板38上的第五位置，附圖標記68表示基板38上的第六位置。為了能夠確定DUT 44的散射參數，測量探針觀被配置于第三位置62和第四位置 64。為了能夠測量例如DUT40的散射參數，兩個非接觸式測量探針觀必須被移位到第一位置58和第二位置60。
傳感器34檢測測量探針28相對于信號引導線50的位置。為了該目的，在基板38 上形成例如位置標記。如果來自傳感器34的相關的位置信號顯示出從信號引導線50的近場區(qū)域中的期望位置偏離，則控制單元32以使兩個測量探針觀被正確地配置在DUT 44 的信號引導線50的近場中的期望位置的方式彼此獨立地致動定位裝置30。由于借助于傳感器34和控制單元32如此控制測量探針觀的定位或調整，所以，即使在具有相同構造的多個基板38上，也能以可再現(xiàn)的正確性導向目標追蹤所涉及的位置。作為可選方案或者另外，基板38可以以已知的方式具有用于校驗非接觸式測量系統(tǒng)的校準標樣，該校準標樣具有相應的信號引導線。于是，測量探針被定位在校準標樣所包括的信號引導線的近場中的預定位置，可以以可再現(xiàn)的正確性導向目標追蹤該預定位置。
另外，基板38被配置在定位臺70上，該定位臺70被XYZ馬達形式的第二定位裝置72定位，即，在空間中的三個方向上定位定位臺70。第二定位裝置72與控制單元32連接，控制單元32也根據來自傳感器34的位置信號來致動第二定位裝置72并且相應地調整基板38在定位臺70上的空間位置，使得測量探針觀的期望位置與由傳感器34檢測到的測量探針觀的實際位置之間的差異最小化，即，使得測量探針觀相對于信號引導線50位于期望位置。
傳感器34例如通過機械方法、電學方法、光學方法(例如借助于激光)、電光學方法、聲學方法、借助于紅外部件等地進行工作，從而能夠檢測相關的測量探針觀的位置或者其位置的偏離。這樣，傳感器向控制單元32傳送全位置(full position)或者僅報告何時到達規(guī)定位置。傳感器也可以借助于聲頻信號和顯示器等而不是借助于控制單元32向使用者傳達位置信息事項。借助于控制單元32，在位置改變之后，手動地或全自動地進行探針的位置的再調整。
借助于示例示出的非接觸式測量系統(tǒng)包括至少一個測量信道18、20、22、24 ；至少一個發(fā)生器12 ；和至少一個測量探針觀，借助于以三維方式操作的至少一個定位裝置30 來安排(line up)至少一個測量探針觀相對于至少一個供給線50的空間位置，所述供給線50被連接到DUT 44或校準標樣，定位裝置30彼此獨立地改變或設定測量用基板38或校驗基板的三維位置和/或測量探針的三維位置。至少一個測量探針觀經由信號路徑被連接到用于檢測測量值的至少一個測量信道18、20、22、24。其中，信號路徑例如包括放大器、偏置器和波導。測量探針觀優(yōu)選采取非接觸式測量探針觀的形式，非接觸式測量探針 28是純感應式探針或純電容式探針觀，或者是二者的組合。作為可選方案，測量探針觀采取例如在片探針的接觸式探針觀的形式，該接觸式探針觀利用校準標樣的供給線或位于耦合結構的DUT的供給線與校驗基板或測量用基板38電接觸。接觸式探針觀與DUT的供給線50直接接觸。
來自發(fā)生器的信號經由切換開關16被供給到波導。波導經由例如在片探針或PCB 探針或同軸共面轉換器(coaxial-planar transition)等波導轉換器M與平面校驗基板或測量用基板38電連接。利用切換開關16，信號能量可以被供給到校驗基板或測量用基板38上的不同部位。借助于其上具有已知或部分已知的校準標樣的校驗基板以及例如 TRL (穿透-反射-線)等傳統(tǒng)校驗方法，可以校驗測量單元，或者，換句話說，可以校正測量的誤差。由非接觸式測量探針觀將作為復數值的測量值從校準標樣或DUT 44的供給線50 耦聯(lián)出并且由波導將測量值供給到待測器件的每個端口處的至少一個測量信道18、20、22、 M。測量信道18、20、22、M是接收復數形式的測量信號并使復數形式的測量信號數字化的接收器。然后，在改進的矢量網絡分析儀(VNA)中或者在內部或外部PC沈中對測量值進行分析。這具有可以正確地表征被嵌入的待測器件的優(yōu)點。測量信道例如是矢量的。測量信道是矢量的意味著測量信道能夠檢測復數形式的測量信號。然而，同樣地，測量信道也可以是非矢量的，即，僅測量測量信號的大小或者相位或者實部或虛部。對于測量用的每個端口，例如使用兩個矢量測量信道(兩個測量部位VNA)或用于實部測量的四個信道(功率檢測器、六端口反射儀)。
非接觸式測量探針觀例如包括多個獨立的非接觸式測量探針。DUT 40、42、44、 46、48可以被連接到多個波導(供給線)50，至少一個測量探針觀被定位于各供給線50的近場?？梢越柚诙ㄎ谎b置可再現(xiàn)地設定各獨立的測量探針觀相對于給定的供給線50的位置。借助于控制單元32對測量探針觀或測量用基板38進行位置的設定。
手動地進行再調整或由自動部件進行再調整。如果使用多個探針觀，則彼此獨立地再調整所有的探針觀的位置是特別有利的。例如，借助于傳感器34由自動部件進行三維再調整。在該情況下使用電傳感器、機械傳感器、光學傳感器或其它傳感器34。作為可選方案，在測量用基板上還存在用于位置檢測的輔助結構。由傳感器34發(fā)出的信號被控制單元32分析并且被轉換成用于定位裝置30的控制信號。
傳感器34例如是非接觸式探針觀的一部分或者傳感器34與非接觸式探針觀是彼此獨立的。傳感器的示例是顯微鏡、激光輔助距離傳感器(laser-assisted distance sensor) (resilient butt contact)等。
作為可選方案，借助于在多個位置的重復測量和分析進行測量探針28的位置的再調整，為此使用規(guī)定的分析算法。對于自動再調整，優(yōu)選使用控制單元32。對于手動調整， 即，使用者手動地對位置進行再調整，控制單元32不是必須的。由于為了減小測量誤差而彼此獨立地控制所有N個探針相對于相應的DUT 40、42、44、46、48的供給線50的位置以表征具有N個端口的待測器件是非常有道理的，所以，優(yōu)選設置N個獨立的控制單元32。N-I 個控制單元例如被連接到N-I個探針觀，一個控制單元被連接到定位臺70。
在所示出的實施方式中，被例如照相機等傳感器檢測和處理的位置標記位于校驗基板或測量用基板38上。非接觸式探針觀的位置被再調整，直到到達相對于位置標記的期望位置。
轉換器M (諸如在片探針等)將發(fā)生器12的波導轉換成校驗基板或測量用基板 38的波導50。例如，手動地或利用控制單元自動地設定轉換器M的位置。作為可選方案， 這些轉換器M采取接觸式探針的形式，并且至少一個傳感器34還檢測至少一個轉換器M 的位置，至少一個定位裝置也相對于基板38定位轉換器M和/或相對于至少一個轉換器 54定位基板38。
權利要求
1.一種測量系統(tǒng)，其用于確定基板(38)上的待測電子器件00、42、44、46、48)的散射參數，所述測量系統(tǒng)具有測量裝置(10)，所述測量裝置(10)具有至少一個測量信道(18、 20,22,24)和被電連接到所述至少一個測量信道(18、20、22、24)的至少一個測量探針 ( )，所述至少一個測量探針08)被設計成以物理接觸或非物理接觸的方式與電路中的屬于所述待測電子器件00、42、44、46、48)的電信號引導線(50)接觸，所述測量系統(tǒng)的特征在于，為所述至少一個測量探針08)設置第一定位裝置(30)，設置用于檢測所述至少一個測量探針08)的位置并且發(fā)出位置信號的至少一個傳感器(34)。
2.根據權利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，設置至少一個第一控制單元(32)，所述至少一個第一控制單元(3 被連接到所述傳感器(34)，以接收來自所述傳感器(34)的位置信號，并且所述至少一個第一控制單元(3 被設計成以使被所述傳感器(34)檢測位置的測量探針08)相對于所述待測電子器件00、42、44、46、48)位于空間中的預定位置的方式致動所述至少一個第一定位裝置(30)。
3.根據權利要求1或2所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一定位裝置具有手動的或電機驅動的驅動器。
4.根據前述權利要求中至少一項所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個傳感器 (34)是光學傳感器、電光學傳感器、電傳感器、聲學傳感器、紅外傳感器、靜電傳感器和/或磁傳感器。
5.根據前述權利要求中至少一項所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量裝置(10)是改進的矢量網絡分析儀，所述測量信道(18、20、22、24)經由連接線被直接連接到所述測量探針。
6.根據前述權利要求中至少一項所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量探針08)是電容地和/或感應地耦合的探針或環(huán)形探針。
7.根據前述權利要求中至少一項所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，設置至少一個第二定位裝置(72)，所述第二定位裝置(7 被手動地驅動或被電機驅動的部件驅動，并且被設計成機械地接收所述基板(38)。
8.根據權利要求7所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，設置用于致動所述第二定位裝置 (72)的至少一個第二控制單元。
9.根據權利要求7或8所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，設置將來自所述至少一個傳感器 (34)的位置數據傳送到所述至少一個第二控制單元的數據路徑。
10.根據權利要求8或9所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一控制單元和所述第二控制單元被集成為一個控制單元(32)。
11.根據權利要求2至10中至少一項所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個傳感器(34)檢測所述測量探針08)在空間中的絕對位置、和/或所述測量探針08)相對于所述待測電子器件00、42、44、46、48)的位置、和/或所述測量探針08)相對于所述電路或所述基板(38)上的位置標記的位置、和/或所述測量探針08)相對于在所述待測電子器件00、42、44、46、48)與所述電路的其它部分之間的信號線(50)的位置，并且所述至少一個傳感器(34)向所述至少一個第一控制單元(3 發(fā)出位置信號。
12.根據權利要求2至11中至少一項所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，設置用于在所述測量裝置(10)和所述至少一個控制單元(3 之間傳送數據的數據傳送路徑(36)。
13.根據前述權利要求中至少一項所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述待測電子器件是被嵌入在形成于所述基板(38)的電路中并且包括一個或多個被電連接在一起的電子部件的待測電子器件(DUT) (40、42、44、46、幼)。
14.根據前述權利要求中至少一項所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述待測電子器件是校準標樣。
15.根據前述權利要求中至少一項所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個傳感器 (34)被機械地固定到所述至少一個測量探針08)。
16.根據前述權利要求中至少一項所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器(34)被配置成能夠獨立于所述基板(38)在空間中移位。
17.根據前述權利要求中至少一項所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，在所述基板(38)上配置標記，所述傳感器(34)被設計成感測相對于該標記的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定基板(38)上的電子測量對象(40、42、44、46、48)的散射參數的測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)具有測量裝置(10)，該測量裝置(10)具有至少一個測量信道(18、20、22、24)和被電連接到至少一個測量信道(18、20、22、24)的至少一個測量探針(28)，所述至少一個測量探針(28)被設計成以非接觸或接觸的方式與電路中的電子測量對象(40、42、44、46、48)的電信號線(50)連接。根據本發(fā)明，為至少一個測量探針(28)設置第一定位裝置(30)，其中，至少一個傳感器(34)檢測至少一個測量探針(28)的位置并且輸出位置信號。
文檔編號G01R27/28GK102187233SQ200980141732
公開日2011年9月14日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權日2008年10月20日
發(fā)明者T·賽爾德, B·戈克 申請人:羅森伯格高頻技術有限及兩合公司