高精度射频校准在先进封装中的应用,降低 80GHz以上频率的测试差异

2025-09-05

随着先进电子产品在不断缩小尺寸的同时还要实现更高性能,如今的先进封装越来越依赖于异构集成技术,即将多个专用芯片集成到一个多芯片模块(MCM)中。从 5G 收发器到汽车雷达系统,这些紧凑且高功能性的设计正在突破晶圆级射频测试的极限。


在这种情况下,精细间距的射频校准对于确保测量的准确性和一致性至关重要,尤其是在超过 80GHz 的毫米波频率下。


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挑战:高频遇上精细间距

现代多芯片模块(MCM)通常要求电气连接间距小于 80μm,而工作频率超过 80GHz。这种组合使得系统对哪怕是微小的工艺或对准偏差都更加敏感,这些偏差会影响关键的射频参数,如回波损耗、插入损耗和阻抗。

当团队采用更窄的间距时,会出现一些常见问题:

  • 由于工艺公差,不同基板之间的校准差异有多大?

  • 射频测量对探针与焊盘的对准有多敏感?

  • 在毫米波频率下,焊盘与接地之间的间隙对性能有何影响?


FormFactor 的方法:精密硬件与受控实验

FormFactor 的 Pyramid探针可实现高达 81GHz 的信号完整性,非常适合精细间距的晶圆测试。为了获得准确的结果,使用定制的阻抗标准基板(ISS)对探针尖端进行校准,该基板与目标器件的几何形状相匹配,以最大程度地减少系统误差 。

在 2025 年西南测试大会(SWTest Conference)上,FormFactor 展示了一项实验设计(DOE)研究,评估校准对以下因素的响应:

  • 金属焊盘宽度和电阻尺寸

  • 15μm、20μm 和 25μm 的焊盘与接地间隙

  • 0μm、±5μm 和 ±10μm 的探针与焊盘对准偏移


测量使用是德科技(Keysight)的 PNA-X 毫米波系统,最高测量频率达 110GHz,每个阻抗标准基板(ISS)涵盖 864 个校准负载。


关键发现:一个显著因素

研究表明,焊盘与接地间隙对校准重复性和电感稳定性的影响最大:

  • 25μm 的间隙导致 S 参数和电感的变化最大。

  • 15μm 和 20μm 的间隙能提供更稳定、一致的结果。

  • 金属焊盘宽度、电阻偏差或适度的探针失准对校准稳定性的影响较小。


这是合理的…… 在毫米波频率下,即使是微小的几何变化也会对寄生效应产生重大影响。

对晶圆测试的重要意义结构

对于生产和工程团队而言,这些发现指出了一些实际操作步骤:

  • 设计具有更严格焊盘与接地间隙公差的校准基板,以提高精度。

  • 在解读结果时,考虑不同的几何参数对测量变化的影响。

  • 完善各个测试单元的校准程序,以提高良品率并改进已知良品芯片(KGD)的识别。


通过关注最重要的变量,测试团队可以为下一代射频器件扩展精细间距晶圆测试。

结论

随着半导体器件变得越来越复杂且工作频率越来越高,保持精确且可重复的晶圆测试至关重要。FormFactor 的工作展示了更好的校准设计、成熟的探针技术和一致的工艺控制如何为当今的先进封装提供可靠的测试结果。


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