芯片测试的颠覆者：太赫兹准光技术

作者：张宇，美克锐科技

上个世纪80年代前，射频芯片晶圆级性能测试还只是美好的愿望，留给工程师只有两个选择：1.拍脑袋；2.将芯片封装成模块进行测试（代价是花上几千美金和好几个月的时间）。所幸当时要求的测试数量、速度和频率都不是太高。

1982年美国泰克公司两名工程师Eric Strid 和 Reed Gleason向公司建议搭建探针台以实现在晶圆级上微波电路的实际电气性能进行测量。和所有大牌公司的答复一样泰克公司拒绝了这个异想天开的请求，但是允许Eric Strid 和 Reed Gleason业余时间自己研究。一年后，Eric Strid 和 Reed Gleason将梦想变成了现实。从此开创了射频芯片的在片测试时代。他们成立的Cascade Microtech公司（2015年销售额6400万美排名第六）也成为射频芯片测试领域的先驱和传奇，直到2016年被FORMFACTOR公司收购。

今天市场上有超过5家公司可以提供先进的探针台，它们的产品可以实现自动化测试、测试频率达到了1THz,并可以在各种极端环境下（高温、低温和真空）对最大14”的晶圆进行测试。随着汽车雷达、5G通讯的普及，毫米波和太赫兹芯片已经处在风口浪尖，在片测试的需求也如雨后春笋般涌现。芯片测试技术也前所未有的面临着更高频率、更高智能化、更低成本等种种挑战

图1.4-8GHz低噪放芯片采用传统接触式探针台测试(来自加州理工学院亚毫米波天体物理学实验室)

传统的探针台采用多种技术路线如超薄硅片（DMP为代表）、薄膜微带(Cascade为代表.)以及微同轴传输线(GGB为代表)和芯片连接，再通过矢网及扩展系统测试芯片的电性能指标。但是所有这些技术都是以接触式测试为基础，它们的先天不足使得测试工程师面临越来越多的难题，主要表现在：

1. 容易损坏芯片

2. 容易损坏探针、使用成本高

3. 测试重复性较差

4. 自动化测试实施难度大、成本高

5. 需要更换不同频率、不同阻抗以及对应焊盘设计的探针

图2.探针测试中探针在焊盘位置留下的痕迹和探针对芯片的损坏 (图片来自毫米波通信公众微信文章)

基于这些挑战，科学家们一直没有停下创新的步伐寻找非接触式在片测试解决方案。提出了探测卡方案、无线收发方案等等林林总总的想法，可是直到今天射频芯片测试仍是传统的接触式探针一统天下。非接触式芯片测试方案仍在颠覆传统技术的路上。

美国俄亥俄州立大学电子工程系Kubilay Sertel博士在2014年成立了TERAPROBES公司并提出全新的非接触式测试方案，采用准光系统取代传统接触式连接将射频信号准直后耦合到测试基片的蝶形天线上，而测试基片通过共面波导和待测IC连接，射频信号的输入输出由一对超宽带蝶形天线完成。

图3.非接触式在片测试原理图（左）和TP-100产品图片（图片来自TERAPROBES公司）

基于上述技术原理，TERAPROBES公司获得了美国国家科学基金的支持。经过长达近5年的不断迭代和完善，目前已推出TP-100系列非接触式毫米波太赫兹探针台产品。年内将还推出其全自动测试解决方案。TP-100系列和传统的探针台技术比较如下表：

TP-100系列实测效果如图4。

图4.HEMT芯片S参数仿真及实测数据（图片来自TERAPROBES公司）

TERAPROBES公司凭借创新的准光式设计能够颠覆传统探针台近30年的霸主地位吗？让我们拭目以待吧。