专利名称：用于确定散射参数的测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定基板上的待测电子器件(electrical device under test)的散射参数的测量系统，该测量系统具有测量装置，该测量装置具有至少一个测量信道(measuring channel)和被电连接到至少一个测量信道的至少一个测量探针，所述测量探针被设计成以物理接触或非物理接触的方式与电路中的属于待测电子器件的电信号引导线(electrical signal guide)接角虫。
背景技术：
例如，在由多个子电路构成的复杂的平面微波电路的发展中，有用的是，对于各个子电路单独确定散射参数，或者，根据需要对于各个电子部件单独确定散射参数。这样，可以独立地分析和检查各个子电路或电子部件的性能。利用改进的矢量网络分析仪(VNA)来确定被嵌入在电路中的待测电子器件(DUT)的散射参数。非接触式矢量网络分析仪的测量精度主要取决于测量探针定位的再现性。通过使用自动在片探针(on-wafer probe)和电机驱动的探头，可以设定非接触式探针的位置，具体地是设定探针相对于测量用平面基板的距离。
为了能够表征被嵌入的DUT，非接触式探针或DUT必须被移位到适当的位置。这样，当对所有的DUT或校准标样(calibration standard)进行测量时，需要探针相对于DUT 或校准标样的供给线位于相同的位置(在x、y、z方向上)。由于测量用平面基板的不平坦性、耦合的探针被倾斜地定位等，难以确保探针被可再现地定位。测量精度取决于定位精度。
发明内容
本发明的目的是提高上述种类的测量系统的测量精度和测量处理的结果的再现性。
根据本发明，通过具有为至少一个测量探针设置第一定位装置、设置用于检测至少一个测量探针的位置并且发出位置信号的至少一个传感器的特征的上述种类的测量系统来实现该目的。在其它权利要求中描述了本发明的有利的实施方式。
在上述种类的测量系统中，根据本发明进行如下设置为至少一个测量探针设置第一定位装置，设置至少一个传感器，所述至少一个传感器用于检测至少一个测量探针的位置并且发出位置信号。
这具有如下优点实现了测量探针相对于待测电子器件的精确且可再现的定位， 这为散射参数的测量提供高的测量精度，换句话说，为矢量网络分析提供高的测量精度。
在优选实施方式中，设置至少一个第一控制单元，所述至少一个第一控制单元被连接到所述传感器，以接收来自所述传感器的位置信号，并且所述至少一个第一控制单元被设计成以使被所述传感器检测位置的测量探针相对于所述待测电子器件位于空间中的预定位置的方式致动所述至少一个第一定位装置。
4 有效地，所述第一定位装置具有手动的或电机驱动的驱动器。
在优选实施方式中，所述至少一个传感器是光学传感器、电光学传感器、电传感器、声学传感器、红外传感器、静电传感器和/或磁传感器。
有效地，所述测量装置是改进的矢量网络分析仪，其中，所述测量探针经由连接线被直接电连接到接收器或所述测量信道。
例如，所述测量探针是电容地和/或感应地耦合的探针或环形探针。
为了对测量系统内的电路进行附加的精确定位，设置至少一个第二定位装置，所述第二定位装置被手动地驱动或被电机驱动的部件驱动，并且被设计成机械地接收所述电路。
有效地，设置用于致动所述第二定位装置的至少一个控制单元，作为选择，设置将来自所述至少一个传感器的位置数据传送到所述至少一个第二控制单元的至少一个数据路径或至少一个数据线。例如，所述第一控制单元和所述第二控制单元被集成为一个控制单元。
在优选实施方式中，所述至少一个传感器检测所述测量探针在空间中的绝对位置和/或所述测量探针相对于所述待测电子器件的位置、和/或所述测量探针相对于所述电路上的位置标记的位置、和/或所述测量探针相对于在所述待测电子器件与所述电路的其它部分之间的信号线的位置，并且所述至少一个传感器向所述至少一个第一控制单元发出位置信号。
由于设置用于在所述测量装置和所述至少一个控制单元之间传送数据的数据传送路径，控制单元接收来自测量装置的用于定位相关的测量探针的附加数据，并且测量装置接收测量探针是否被正确定位的信息，从而能够开始测量或者使将被访问的测量值作为位置数据的函数。
所述待测电子器件是校准标样或者是被嵌入在形成于所述基板的电路中并且包括一个或多个被电连接在一起的电子部件的待测电子器件(DUT)。
有效地，所述至少一个传感器被机械地固定到所述至少一个测量探针。
为了使一个传感器能够用于例如多个测量探针，所述传感器被配置成能够独立于所述基板在空间中移位。
在优选实施方式中，在所述基板上配置标记，所述传感器被设计成感测相对于该标记的位置。
下面将参照附图详细说明本发明。图1示出了根据本发明的测量系统的优选实施方式。
具体实施例方式借助于图1的示例示出的根据本发明的测量系统的优选实施方式包括改进的矢量网络分析仪10，该矢量网络分析仪10具有发生器12 ；阻抗4 14 ；开关16 ；测量信道18、 20,22,24 ；和计算机沈。不同于传统的VNA，在改进的VNA中，测量信道18、20、22、24与两个测量探针28直接电连接。各测量探针28被配置于XYZ马达形式的第一定位装置30，即，第一定位装置30被设计成用于在空间中对给定的测量探针观进行三维定位。第一定位装置30被连接到共用的控制单元32，该控制单元32用于致动第一定位装置30以适当地定位测量探针观。此外，设置与控制单元32连接的两个位置测量传感器34。传感器34被连接到相应的测量探针28并且用于检测测量探针28在空间中的位置。传感器34向控制单元32发出位置信号，该位置信号表示给定的测量探针的位置。控制单元32根据来自传感器34的这些位置信号致动第一定位装置30，使得测量探针观被正确地定位在空间中的预定位置。数据线36 —方面被连接到改进的矢量网络分析仪10或者更确切地说被连接到配置于矢量网络分析仪10中的计算机沈，另一方面被连接到控制单元32，该数据线36用于在改进的矢量网络分析仪10与控制单元32之间交换数据。
在基板38上形成电路，该电路具有被嵌入在电路中的多个待测电子器件40、42、 44、46、48。这些待测电子器件40、42、44、46、48形成由改进的矢量网络分析仪10来确定散射参数的待测器件(DUT)。由相应的信号引导线50将待测电子器件40、42、44、46、48连接在一起。在基板38上，具有待测电子器件40、42、44、46、48和信号引导线50的电路采取例如平面电路的形式。为了能够测量DUT 44的散射参数，测量探针观在将DUT 44连接到电路的其它部分的信号引导线50的近场被配置于DUT 44的两侧。发生器12经由阻抗14、开关16、相应的波导(waveguide) 52和转换器(transition) 54、相应的信号引导线50被连接到电路并且将适当的测试信号供给到电路中。
附图标记56表示基准面，附图标记58表示基板38上的第一位置，附图标记60表示基板38上的第二位置，附图标记62表示基板38上的第三位置，附图标记64表示基板38 上的第四位置，附图标记66表示基板38上的第五位置，附图标记68表示基板38上的第六位置。为了能够确定DUT 44的散射参数，测量探针观被配置于第三位置62和第四位置 64。为了能够测量例如DUT40的散射参数，两个非接触式测量探针观必须被移位到第一位置58和第二位置60。
传感器34检测测量探针28相对于信号引导线50的位置。为了该目的，在基板38 上形成例如位置标记。如果来自传感器34的相关的位置信号显示出从信号引导线50的近场区域中的期望位置偏离，则控制单元32以使两个测量探针观被正确地配置在DUT 44 的信号引导线50的近场中的期望位置的方式彼此独立地致动定位装置30。由于借助于传感器34和控制单元32如此控制测量探针观的定位或调整，所以，即使在具有相同构造的多个基板38上，也能以可再现的正确性导向目标追踪所涉及的位置。作为可选方案或者另外，基板38可以以已知的方式具有用于校验非接触式测量系统的校准标样，该校准标样具有相应的信号引导线。于是，测量探针被定位在校准标样所包括的信号引导线的近场中的预定位置，可以以可再现的正确性导向目标追踪该预定位置。
另外，基板38被配置在定位台70上，该定位台70被XYZ马达形式的第二定位装置72定位，即，在空间中的三个方向上定位定位台70。第二定位装置72与控制单元32连接，控制单元32也根据来自传感器34的位置信号来致动第二定位装置72并且相应地调整基板38在定位台70上的空间位置，使得测量探针观的期望位置与由传感器34检测到的测量探针观的实际位置之间的差异最小化，即，使得测量探针观相对于信号引导线50位于期望位置。
传感器34例如通过机械方法、电学方法、光学方法(例如借助于激光)、电光学方法、声学方法、借助于红外部件等地进行工作，从而能够检测相关的测量探针观的位置或者其位置的偏离。这样，传感器向控制单元32传送全位置(full position)或者仅报告何时到达规定位置。传感器也可以借助于声频信号和显示器等而不是借助于控制单元32向使用者传达位置信息事项。借助于控制单元32，在位置改变之后，手动地或全自动地进行探针的位置的再调整。
借助于示例示出的非接触式测量系统包括至少一个测量信道18、20、22、24 ；至少一个发生器12 ；和至少一个测量探针观，借助于以三维方式操作的至少一个定位装置30 来安排(line up)至少一个测量探针观相对于至少一个供给线50的空间位置，所述供给线50被连接到DUT 44或校准标样，定位装置30彼此独立地改变或设定测量用基板38或校验基板的三维位置和/或测量探针的三维位置。至少一个测量探针观经由信号路径被连接到用于检测测量值的至少一个测量信道18、20、22、24。其中，信号路径例如包括放大器、偏置器和波导。测量探针观优选采取非接触式测量探针观的形式，非接触式测量探针 28是纯感应式探针或纯电容式探针观，或者是二者的组合。作为可选方案，测量探针观采取例如在片探针的接触式探针观的形式，该接触式探针观利用校准标样的供给线或位于耦合结构的DUT的供给线与校验基板或测量用基板38电接触。接触式探针观与DUT的供给线50直接接触。
来自发生器的信号经由切换开关16被供给到波导。波导经由例如在片探针或PCB 探针或同轴共面转换器(coaxial-planar transition)等波导转换器M与平面校验基板或测量用基板38电连接。利用切换开关16，信号能量可以被供给到校验基板或测量用基板38上的不同部位。借助于其上具有已知或部分已知的校准标样的校验基板以及例如 TRL (穿透-反射-线)等传统校验方法，可以校验测量单元，或者，换句话说，可以校正测量的误差。由非接触式测量探针观将作为复数值的测量值从校准标样或DUT 44的供给线50 耦联出并且由波导将测量值供给到待测器件的每个端口处的至少一个测量信道18、20、22、 M。测量信道18、20、22、M是接收复数形式的测量信号并使复数形式的测量信号数字化的接收器。然后，在改进的矢量网络分析仪(VNA)中或者在内部或外部PC沈中对测量值进行分析。这具有可以正确地表征被嵌入的待测器件的优点。测量信道例如是矢量的。测量信道是矢量的意味着测量信道能够检测复数形式的测量信号。然而，同样地，测量信道也可以是非矢量的，即，仅测量测量信号的大小或者相位或者实部或虚部。对于测量用的每个端口，例如使用两个矢量测量信道(两个测量部位VNA)或用于实部测量的四个信道(功率检测器、六端口反射仪)。
非接触式测量探针观例如包括多个独立的非接触式测量探针。DUT 40、42、44、 46、48可以被连接到多个波导(供给线)50，至少一个测量探针观被定位于各供给线50的近场。可以借助于定位装置可再现地设定各独立的测量探针观相对于给定的供给线50的位置。借助于控制单元32对测量探针观或测量用基板38进行位置的设定。
手动地进行再调整或由自动部件进行再调整。如果使用多个探针观，则彼此独立地再调整所有的探针观的位置是特别有利的。例如，借助于传感器34由自动部件进行三维再调整。在该情况下使用电传感器、机械传感器、光学传感器或其它传感器34。作为可选方案，在测量用基板上还存在用于位置检测的辅助结构。由传感器34发出的信号被控制单元32分析并且被转换成用于定位装置30的控制信号。
传感器34例如是非接触式探针观的一部分或者传感器34与非接触式探针观是彼此独立的。传感器的示例是显微镜、激光辅助距离传感器(laser-assisted distance sensor) (resilient butt contact)等。
作为可选方案，借助于在多个位置的重复测量和分析进行测量探针28的位置的再调整，为此使用规定的分析算法。对于自动再调整，优选使用控制单元32。对于手动调整， 即，使用者手动地对位置进行再调整，控制单元32不是必须的。由于为了减小测量误差而彼此独立地控制所有N个探针相对于相应的DUT 40、42、44、46、48的供给线50的位置以表征具有N个端口的待测器件是非常有道理的，所以，优选设置N个独立的控制单元32。N-I 个控制单元例如被连接到N-I个探针观，一个控制单元被连接到定位台70。
在所示出的实施方式中，被例如照相机等传感器检测和处理的位置标记位于校验基板或测量用基板38上。非接触式探针观的位置被再调整，直到到达相对于位置标记的期望位置。
转换器M (诸如在片探针等)将发生器12的波导转换成校验基板或测量用基板 38的波导50。例如，手动地或利用控制单元自动地设定转换器M的位置。作为可选方案， 这些转换器M采取接触式探针的形式，并且至少一个传感器34还检测至少一个转换器M 的位置，至少一个定位装置也相对于基板38定位转换器M和/或相对于至少一个转换器 54定位基板38。
权利要求
1.一种测量系统，其用于确定基板(38)上的待测电子器件00、42、44、46、48)的散射参数，所述测量系统具有测量装置(10)，所述测量装置(10)具有至少一个测量信道(18、 20,22,24)和被电连接到所述至少一个测量信道(18、20、22、24)的至少一个测量探针 ( )，所述至少一个测量探针08)被设计成以物理接触或非物理接触的方式与电路中的属于所述待测电子器件00、42、44、46、48)的电信号引导线(50)接触，所述测量系统的特征在于，为所述至少一个测量探针08)设置第一定位装置(30)，设置用于检测所述至少一个测量探针08)的位置并且发出位置信号的至少一个传感器(34)。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，设置至少一个第一控制单元(32)，所述至少一个第一控制单元(3 被连接到所述传感器(34)，以接收来自所述传感器(34)的位置信号，并且所述至少一个第一控制单元(3 被设计成以使被所述传感器(34)检测位置的测量探针08)相对于所述待测电子器件00、42、44、46、48)位于空间中的预定位置的方式致动所述至少一个第一定位装置(30)。
3.根据权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于，所述第一定位装置具有手动的或电机驱动的驱动器。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的测量系统，其特征在于，所述至少一个传感器 (34)是光学传感器、电光学传感器、电传感器、声学传感器、红外传感器、静电传感器和/或磁传感器。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的测量系统，其特征在于，所述测量装置(10)是改进的矢量网络分析仪，所述测量信道(18、20、22、24)经由连接线被直接连接到所述测量探针。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的测量系统，其特征在于，所述测量探针08)是电容地和/或感应地耦合的探针或环形探针。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的测量系统，其特征在于，设置至少一个第二定位装置(72)，所述第二定位装置(7 被手动地驱动或被电机驱动的部件驱动，并且被设计成机械地接收所述基板(38)。
8.根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于，设置用于致动所述第二定位装置 (72)的至少一个第二控制单元。
9.根据权利要求7或8所述的测量系统，其特征在于，设置将来自所述至少一个传感器 (34)的位置数据传送到所述至少一个第二控制单元的数据路径。
10.根据权利要求8或9所述的测量系统，其特征在于，所述第一控制单元和所述第二控制单元被集成为一个控制单元(32)。
11.根据权利要求2至10中至少一项所述的测量系统，其特征在于，所述至少一个传感器(34)检测所述测量探针08)在空间中的绝对位置、和/或所述测量探针08)相对于所述待测电子器件00、42、44、46、48)的位置、和/或所述测量探针08)相对于所述电路或所述基板(38)上的位置标记的位置、和/或所述测量探针08)相对于在所述待测电子器件00、42、44、46、48)与所述电路的其它部分之间的信号线(50)的位置，并且所述至少一个传感器(34)向所述至少一个第一控制单元(3 发出位置信号。
12.根据权利要求2至11中至少一项所述的测量系统，其特征在于，设置用于在所述测量装置(10)和所述至少一个控制单元(3 之间传送数据的数据传送路径(36)。
13.根据前述权利要求中至少一项所述的测量系统，其特征在于，所述待测电子器件是被嵌入在形成于所述基板(38)的电路中并且包括一个或多个被电连接在一起的电子部件的待测电子器件(DUT) (40、42、44、46、幼)。
14.根据前述权利要求中至少一项所述的测量系统，其特征在于，所述待测电子器件是校准标样。
15.根据前述权利要求中至少一项所述的测量系统，其特征在于，所述至少一个传感器 (34)被机械地固定到所述至少一个测量探针08)。
16.根据前述权利要求中至少一项所述的测量系统，其特征在于，所述传感器(34)被配置成能够独立于所述基板(38)在空间中移位。
17.根据前述权利要求中至少一项所述的测量系统，其特征在于，在所述基板(38)上配置标记，所述传感器(34)被设计成感测相对于该标记的位置。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定基板(38)上的电子测量对象(40、42、44、46、48)的散射参数的测量系统，该测量系统具有测量装置(10)，该测量装置(10)具有至少一个测量信道(18、20、22、24)和被电连接到至少一个测量信道(18、20、22、24)的至少一个测量探针(28)，所述至少一个测量探针(28)被设计成以非接触或接触的方式与电路中的电子测量对象(40、42、44、46、48)的电信号线(50)连接。根据本发明，为至少一个测量探针(28)设置第一定位装置(30)，其中，至少一个传感器(34)检测至少一个测量探针(28)的位置并且输出位置信号。
文档编号G01R27/28GK102187233SQ200980141732
公开日2011年9月14日 申请日期2009年9月29日 优先权日2008年10月20日
发明者T·赛尔德, B·戈克 申请人:罗森伯格高频技术有限及两合公司