EP2338063A1 - Messsystem zum bestimmen von streuparametern - Google Patents

Messsystem zum bestimmen von streuparametern

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Publication number
EP2338063A1
EP2338063A1 EP09778771A EP09778771A EP2338063A1 EP 2338063 A1 EP2338063 A1 EP 2338063A1 EP 09778771 A EP09778771 A EP 09778771A EP 09778771 A EP09778771 A EP 09778771A EP 2338063 A1 EP2338063 A1 EP 2338063A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring
measuring system
probe
sensor
electrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP09778771A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Dr. ZELDER
Bernd Geck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG filed Critical Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Publication of EP2338063A1 publication Critical patent/EP2338063A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/28—Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response

Definitions

  • the present invention relates to a measuring system for determining scattering parameters of an electrical measurement object on a substrate with a
  • Measuring device with at least one measuring channel and at least one measuring probe, which is electrically connected to at least one measuring channel and the contactless or contact-contacting of an electrical signal conductor of the electrical
  • Measuring object is formed in the electronic circuit, according to the preamble of claim 1.
  • VNA vector network analyzer
  • the contactless probes or DUTs For the characterization of embedded DUTs, the contactless probes or DUTs must be moved in their positions.
  • the probes must have the same position (in the x, y and z directions) relative to the supply lines of the DUTs or the calibration standards when measuring all DUTs or the calibration standards. Due to unevenness of the planar measuring substrate, tilt of the coupling probes, etc., it is difficult to ensure a reproducible positioning of the probes or probes.
  • the measuring accuracy depends on the positioning accuracy.
  • the invention is based on the object, a measuring system of o.g. To improve the type of measurement accuracy and reproducibility of measurement results.
  • a first positioning device for at least one probe a first positioning device is provided, wherein at least one sensor is provided which detects a position of at least one measuring probe and emits a position signal.
  • At least one first control device is provided, which is for receiving the position signal of the sensor with this is connected and is designed such that the first control device controls at least a first positioning device such that the measuring probe whose position is detected by the sensor is located at a predetermined position in space relative to the electrical object to be measured.
  • the first positioning device expediently has a manual or motor drive.
  • At least one sensor is an optical, electro-optical, electrical, acoustic, infrared, electrostatic and / or magnetic sensor.
  • the meter is a modified vector network analyzer, in which the probes are electrically connected via a connecting line directly to the receivers or measuring channels.
  • the measuring probe is designed, for example, as a capacitively and / or inductively coupling probe or loop probe.
  • At least one motor or manually driven second positioning device is provided and designed for mechanical recording of the electronic circuit.
  • At least one control device for controlling the second positioning device, wherein optionally at least one data path or at least one data line for transmitting position data from at least one sensor to at least one second control device is provided.
  • the first and the second control unit are integrated, for example, in a single control unit.
  • the at least one sensor detects an absolute position of the measuring probe in space and / or a position of the measuring probe relative to the electrical measuring object and / or a position of the measuring probe relative to a position marking on the electronic circuit and / or a position of the measuring probe relative to a signal line between the electrical measuring object and the remaining electronic circuit and outputs a corresponding position signal to at least a first control device ,
  • control unit additionally receives data for the positioning of the associated probe from the meter and the meter receives information about whether the probe is correctly positioned so that with a measurement can be started or a measured value can be assessed in dependence on the position data.
  • the electrical measurement object is a calibration standard or an electrical measurement object (DUT-Device Lender Test) embedded in an electronic circuit formed on the substrate, which comprises one or more electronic components which are electrically interconnected.
  • DUT-Device Lender Test an electrical measurement object embedded in an electronic circuit formed on the substrate, which comprises one or more electronic components which are electrically interconnected.
  • At least one sensor is mechanically fastened to at least one measuring probe.
  • the senor is arranged such that it is displaceable in space independently of the substrate.
  • a mark is arranged on the substrate, wherein the sensor is designed to detect a relative position to this mark.
  • Vector network analyzer 10 with a generator 12, a resistor Z 9 14, a switch 16, measuring channels 18, 20, 22 and 24 and a computer 26.
  • the measuring channels 18, 20, 22, 24 are in the modified VNA directly electrically connected to two probes or probes 28.
  • Each measuring probe 28 is arranged on a first positioning device 30 in the form of an XYZ motor, ie the first positioning device 30 is designed to position the respective measuring probe 28 in three dimensions in space.
  • the first positioning devices 30 are connected to a common control device 32, which controls the first positioning devices 30 for corresponding positioning of the measuring probes 28.
  • two position measuring sensors 34 are provided, which are connected to the control unit 32.
  • Each sensor 34 is mechanically connected to a measuring probe 28 and serves to detect a position of the measuring probes 28 in space.
  • the measuring probes apply a corresponding position signal, which indicates a position of the respective measuring probe, to the control unit 32.
  • the control unit 32 controls the first positioning devices 30 in dependence on these position signals of the sensors 34 in such a way that the measuring probes 28 are positioned exactly at predetermined positions in space become.
  • a data line 36 which is connected on the one hand to the modified vector network analyzer 10 or the computer 26 arranged therein and on the other hand to the control unit 32, serves to exchange data between the modified vector network analyzer 10 and the control unit 32.
  • an electronic circuit with a plurality of electrical measuring objects 40, 42, 44, 46, 48, which are embedded in the electronic circuit is formed.
  • These electrical measuring objects 40, 42, 44, 46, 48 each form the device to be tested DUT (Device LInder test), whose scattering parameters with the modified vector network analyzer 10 are to be determined.
  • the electrical measuring objects 40, 42, 44, 46, 48 are electrically connected to one another via respective signal conductors 50.
  • the electronic circuit with electrical measuring objects 40, 42, 44, 46, 48 and signal conductors 50 is formed, for example, as a planar circuit on the substrate 38.
  • the measuring probes 28 are arranged on both sides of the DUT 44 in the near field of those signal conductors 50, with which the DUT 44 is electrically connected to the rest of the electronic circuit.
  • the generator 12 is connected via the resistor 14, the switch 16, respective waveguides 52 and junctions 54 to respective signal conductors 50 to the electronic circuit and feeds corresponding test signals into the electronic circuit.
  • the measuring probes 28 are arranged at the third positions 62 and the fourth position 64.
  • the two non-contact probes 28 must be moved to the first position 58 and the second position 60.
  • the sensors 34 detect a position of the measuring probes 28 relative to the signal conductors 50.
  • position marks are formed on the substrate 38.
  • the control device 32 independently controls the positioning devices 30 such that all measuring probes 28 are arranged exactly at the desired position in the near field of the signal conductor 50 of the DUT 44 are.
  • the substrate 38 may alternatively or additionally have calibration standards with respective signal conductors for calibrating the non-contact measurement system in a known manner.
  • the measuring probes are then positioned at a predetermined, repeatedly exactly approachable position in the near field of the signal conductors of a respective calibration standard.
  • the substrate 38 is arranged on a position table 70, which is positioned by a second positioning device 72 in the form of an XYZ motor, ie in three directions in space.
  • the second positioning device 72 is connected to the control unit 32, wherein the control unit 32 also controls the second positioning device 72 in response to the position signals of the sensors 34 and accordingly adapts the position of the substrate 38 on the positioning table 70 in space such that there is a minimized difference between the desired nominal position of the measuring probes 28 and the actual position detected by the sensors 34, ie desired position relative to the signal conductors 50, the probes 28 results.
  • the sensors 34 operate, for example, mechanically, electrically, optically (eg, laser), electro-optically, acoustically, by infrared, etc., to detect the position or a positional deviation of an associated measuring probe 28.
  • the sensor transmits the complete position to the control unit 32 or only indicate when a certain position is reached. Instead of using the control unit 32, the sensor can also communicate the position information (s) to the user by means of an acoustic signal, a display, etc.
  • the control unit 32 the readjustment of the trial positions after a change in position is completely automated or manual.
  • the contactless measuring system illustrated by way of example comprises at least one measuring channel 18, 20, 22, 24, at least one generator 12 and at least one measuring probe or measuring probe 28, which in their spatial position with respect to at least one feed line 50 connected to the DUT 44 or calibration standard Help of at least one spatial positioning device 30 are aligned, wherein the positioning device 30, the spatial position of the Messsubstrates 38 or calibration substrate and / or the spatial position of the probe independently change or set.
  • At least one measuring probe 28 is connected to at least one measuring channel 18, 20, 22, 24 for the detection of the measured values via a signal path.
  • the signal path includes, for example, an amplifier, a bias, a waveguide.
  • the measuring probe 28 is preferably designed as a contactless measuring sample 28, wherein the contactless measuring sample 28 is a purely inductive or capacitive sample 28 or a combination of both.
  • the measuring probe 28 is designed as a contact-type sample 28, such as an on-wafer sample, for example, which electrically contacts the supply lines of the calibration standards or the DUTs located on the calibration or measuring substrate 38.
  • the contact probes 28 directly contact the leads 50 of the DUT.
  • the generator signal is fed via the switch 16 to a waveguide.
  • the waveguide is electrically connected to the planar gauge substrate 38 via the waveguide junction 54, such as an on-wafer sample or PCB sample or coaxial planar junctions, etc.
  • the signal energy can be supplied to the caliber substrate or measuring substrate 38 at various locations.
  • the calibration substrate on which known or partially known calibration standards are located, and conventional calibration methods, such as TRL (thru-reflect-line), the measuring unit can be calibrated or the measurement errors can be corrected.
  • the complex-valued measured values are decoupled from the supply lines 50 of the calibration standard or the DUT 44 by the contactless measuring probes 28 and guided to at least one measuring channel 18, 20, 22, 24 per measuring object gate via waveguides.
  • the measuring channels 18, 20, 22, 24 are receivers which receive and digitize the complex measuring signal. Subsequently, the evaluation of the measured values takes place in the modified vector network analyzer 10 (VNA) or in an external or internal PC 26.
  • VNA vector network analyzer 10
  • the measuring channels are vectorial, for example. Vectorial means that they can detect the complex measurement signal. But you can not either vectorial, ie that only the magnitude or the phase or the real or the imaginary part of the measurement signal is measured. For example, two vectorial measurement channels are used per test port (two-digit VNA) or four real measurement channels (power detectors, six-port reflectometers).
  • the non-contact measuring probe 28 comprises, for example, a plurality of contactless individual measuring probes.
  • the DUT 40, 42, 44, 46, 48 may be connected to a plurality of waveguides 50 (leads), at least one measuring probe 28 being positioned in the near field of each feed line 50.
  • the position of each individual measuring probe 28 relative to a respective feed line 50 can be adjusted reproducibly by means of the positioning device. The position adjustment takes place via the control unit 32 of the measuring probes 28 or of the measuring substrate 38.
  • the readjustment is carried out manually or automatically. When multiple probes 28 are used, it is particularly advantageous to adjust all probes 28 independently of each other in position.
  • Readjustment is carried out automatically, for example with the aid of the sensors 34.
  • sensors 34 are electrical, mechanical, optical or other
  • the sensor signals emitted by the sensors 34 are evaluated by the control unit 32 and in
  • the sensors 34 are for example part of the contactless probes 28 or independent of these. Examples of sensors are microscope, laser-based distance sensor, spring-pressure contacts or the like.
  • the readjustment of the position of the measuring probes 28 takes place alternatively by multiple measurements and evaluation of measurements at several positions, whereby a specific evaluation algorithm is used for this purpose.
  • the controller 32 is preferred for automated readjustment. For a manual Nachreglung, ie a position readjustment by the user by hand, is the controller 32 is not necessary. Since it makes sense to reduce the measurement errors independently of each other to control all N sample positions relative to the leads 50 of the respective DUTs 40, 42, 44, 46, 48 for the characterization of an N-port measurement object, N independent control devices 32 are preferably provided , For example, N-1 controllers are connected to N-1 probes 28 and a controller is connected to the position table 70.
  • the positions of the contactless probes 28 are readjusted until the desired positions are reached relative to the position marks.
  • the transitions 54 (eg on-wafer probes) provide the transition from the waveguides of the generator 12 to the waveguides 50 of the calibration or
  • Control unit set automatically or by hand. These transitions 54 are optionally designed as contact-type measuring probes and the at least one
  • Sensor 34 also detects the position of at least one transition 54, and at least one first positioning device also positions a transition 54 relative to substrate 38 and / or substrate 38 relative to at least one

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messsystem zum Bestimmen von Streuparametern eines elektrischen Messobjektes (40, 42, 44, 46, 48) auf einem Substrat (38) mit einem Messgerät (10) mit wenigstens einem Messkanal (18, 20, 22, 24) und wenigstens einer Messsonde (28), die mit wenigstens einem Messkanal (18, 20, 22, 24) elektrisch verbunden ist und die zum kontaktlosen oder kontaktbehafteten Kontaktieren eines elektrischen Signalleiters (50) des elektrischen Messobjektes (40, 42, 44, 46, 48) in der elektronischen Schaltung ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist für wenigstens eine Messsonde (28) eine erste Positioniervorrichtung (30) vorgesehen, wobei wenigstens ein Sensor (34) vorgesehen ist, welcher eine Position wenigstens einer Messsonde (28) detektiert und ein Positionssignal abgibt.

Description

Messsvstem zum Bestimmen von Streuparametern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem zum Bestimmen von Streuparametern eines elektrischen Messobjektes auf einem Substrat mit einem
Messgerät mit wenigstens einem Messkanal und wenigstens einer Messsonde, die mit wenigstens einem Messkanal elektrisch verbunden ist und die zum kontaktlosen oder kontaktbehafteten Kontaktieren eines elektrischen Signalleiters des elektrischen
Messobjektes in der elektronischen Schaltung ausgebildet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Entwicklung beispielsweise von komplexen planaren Mikrowellenschaltungen, welche aus mehreren Unterschaltkreisen aufgebaut sind, ist es nützlich, die Streuparameter für jeden Unterschaltkreis oder ggf. für einzelne elektronische Bauteile separat zu bestimmen. Hierdurch kann die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Unterschaltkreise bzw. elektronische Bauteile individuell analysiert und überprüft werden. Die Bestimmung der Streuparameter eines innerhalb einer Schaltung eingebetteten elektrischen Messobjektes (DUT - Device IJnder Test) erfolgt mit einem modifizierten Vektornetzwerkanalysator (VNA). Die Messgenauigkeit der kontaktlosen Vektornetzwerkanalyse hängt in erster Linie von der Reproduzierbarkeit der Positionierung der Messsonde (Probe) ab. Unter Verwendung eines automatischen On-Wafer-Probers und motorisierten Probeheads ist es möglich, die Position der kontaktlosen Probes und speziell den Abstand der Probes bezüglich eines planaren Messsubstrates einzustellen.
Für die Charakterisierung von eingebetteten DUTs müssen die kontaktlosen Probes oder die DUTs in ihrer Positionen verschoben werden. Dabei müssen die Probes bei der Vermessung aller DUTs bzw. der Kalibrierstandards die gleiche Position (in x-, y- und z-Richtung) relativ zu den Zuleitungen der DUTs bzw. der Kalibrierungs- Standards aufweisen. Aufgrund von Unebenheiten des planaren Messsubstrates, Schräglage der Koppelsonden usw. ist es schwierig, eine reproduzierbare Positionierung der Probes bzw. Messsonden zu gewährleisten. Die Messgenauigkeit ist von der Positioniergenauigkeit abhängig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem der o.g. Art hinsichtlich der Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit von Messergebnissen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Messsystem der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bei einem Messsystem der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass für wenigstens eine Messsonde eine erste Positioniervorrichtung vorgesehen ist, wobei wenigstens ein Sensor vorgesehen ist, welcher eine Position wenigstens einer Messsonde detektiert und ein Positionssignal abgibt.
Dies hat den Vorteil, dass eine exakte und wiederholbare Positionierung der Messsonde relativ zum elektrischen Messobjektes erzielt wird, wodurch sich eine hohe Messgenauigkeit der Streuparametermessung bzw. Vektornetzwerkanalyse ergibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein erstes Steuergerät vorgesehen, welches zum Empfang des Positionssignals des Sensors mit diesem verbunden ist und derart ausgebildet ist, dass das erste Steuergerät wenigstens eine erste Positioniervorrichtung derart ansteuert, dass sich die Messsonde, deren Position von dem Sensor detektiert wird, an einer vorbestimmten Position im Raum relativ zum elektrischen Messobjekt befindet.
Zweckmäßigerweise weist die erste Positioniervorrichtung einen manuellen oder motorischen Antrieb auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Sensor ein optischer, elektrooptischer, elektrischer, akustischer, Infrarot-, elektrostatischer und/oder magnetischer Sensor.
Zweckmäßigerweise ist das Messgerät ein modifizierter Vektornetzwerkanalysator, bei dem die Messsonden über eine Anschlussleitung direkt mit den Empfängern bzw. Messkanälen elektrisch verbunden sind.
Die Messsonde ist beispielsweise als kapazitiv und/oder induktiv koppelnde Sonde bzw. Schleifensonde ausgebildet.
Zum zusätzlichen exakten Positionieren auch der elektronischen Schaltung innerhalb des Messsystems ist wenigstens eine motorisch oder manuell angetriebene zweite Positioniervorrichtung vorgesehen und zur mechanischen Aufnahme der elektronischen Schaltung ausgebildet.
Zweckmäßigerweise ist wenigstens ein Steuergerät zum Ansteuern der zweiten Positioniervorrichtung vorgesehen, wobei optional wenigstens ein Datenpfad bzw. wenigstens eine Datenleitung zum Übertragen von Positionsdaten von wenigstens einem Sensor an wenigstens ein zweites Steuergerät vorgesehen ist. Das erste und das zweite Steuergerät sind beispielsweise in einem einzigen Steuergerät integriert.
In einer bevorzugten Ausführungsform detektiert der wenigstens eine Sensor eine absolute Position der Messsonde im Raum und/oder eine Position der Messsonde relativ zum elektrischen Messobjekt und/oder eine Position der Messsonde relativ zu einer Positionsmarkierung auf der elektronischen Schaltung und/oder eine Position der Messsonde relativ zu einer Signalleitung zwischen dem elektrischen Messobjekt und der restlichen elektronischen Schaltung und gibt ein entsprechendes Positionssignal an wenigstens ein erstes Steuergerät ab.
Dadurch, dass eine Datenübertragungspfad zum Übertragen von Daten zwischen dem Messgerät und wenigstens einem Steuergerät vorgesehen ist, erhält das Steuergerät zusätzlich Daten für die Positionierung der zugeordneten Messsonde aus dem Messgerät und erhält das Messgerät Informationen darüber, ob die Messsonde korrekt Positioniert ist, so dass mit einer Messung begonnen werden kann oder ein Messwert in Abhängigkeit von den Positionsdaten beurteilt werden kann.
Das elektrische Messobjekt ist ein Kalibrierstandard oder ein in einer auf dem Substrat ausgebildeten, elektronischen Schaltung eingebettetes, elektrisches Messobjekt (DUT - Device LJnder Test), welches ein oder mehrere elektronische Bauteile umfasst, die elektrisch miteinander verschaltet sind.
Zweckmäßigerweise ist an wenigstens einer Messsonde wenigstens ein Sensor mechanisch befestigt.
Um beispielsweise einen Sensor für mehrere Messsonden verwenden zu können, ist der Sensor derart angeordnet, dass dieser unabhängig vom Substrat im Raum verschiebbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf dem Substrat eine Markierung angeordnet, wobei der Sensor zum Erfassen einer relativen Position zu dieser Markierung ausgebildet ist. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsystems.
Die in der einzigen Fig. beispielhaft dargestellte, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsystems umfasst einen modifizierten
Vektornetzwerkanalysator 10 mit einem Generator 12, einem Widerstand Z9 14, einem Schalter 16, Messkanäle 18, 20, 22 und 24 sowie einen Computer 26. Statt wie bei einem herkömmlichen VNA sind bei dem modifizierten VNA die Messkanäle 18, 20, 22, 24 direkt mit zwei Messsonden bzw. Probes 28 elektrisch verbunden. Jede Messsonde 28 ist an einer ersten Positioniervorrichtung 30 in Form eines XYZ- Motors angeordnet, d.h. die erste Positioniervorrichtung 30 ist zum Positionieren der jeweiligen Messsonde 28 in drei Dimensionen im Raum ausgebildet. Die ersten Positioniervorrichtungen 30 sind mit einem gemeinsamen Steuergerät 32 verbunden, die die ersten Positioniervorrichtungen 30 zum entsprechenden Positionieren der Messsonden 28 ansteuert. Weiterhin sind zwei Positionsmesssensoren 34 vorgesehen, die mit dem Steuergerät 32 verbunden sind. Jeder Sensor 34 ist mechanisch jeweils mit einer Messsonde 28 verbunden und dient zum detektieren eine Position der Messsonden 28 im Raum. Die Messsonden geben ein entsprechendes Positionssignal, welches eine Position der jeweiligen Messsonde angibt, an das Steuergerät 32. Das Steuergerät 32 steuert in Abhängigkeit von diesen Positionssignalen der Sensoren 34 die ersten Positioniervorrichtungen 30 derart an, dass die Messsonden 28 exakt an vorbestimmten Positionen im Raum positioniert werden. Eine Datenleitung 36, welche einerseits mit dem modifizierten Vektornetzwerkanalysator 10 bzw. dem darin angeordneten Computer 26 und andererseits mit dem Steuergerät 32 verbunden ist, dient zum Austausch von Daten zwischen dem modifizierten Vektornetzwerkanalysator 10 und dem Steuergerät 32.
Auf einem Substrat 38 ist eine elektronische Schaltung mit mehreren elektrischen Messobjekten 40, 42, 44, 46, 48, die in die elektronische Schaltung eingebettet sind, ausgebildet. Diese elektrischen Messobjekte 40, 42, 44, 46, 48 bilden jeweils das zu prüfende Vorrichtung DUT (Device LJnder Test) aus, deren Streuparameter mit dem modifizierten Vektornetzwerkanalysator 10 bestimmt werden sollen. Die elektrischen Messobjekte 40, 42, 44, 46, 48 sind miteinander elektrisch über jeweilige Signalleiter 50 miteinander verbunden. Die elektronische Schaltung mit elektrischen Messobjekten 40, 42, 44, 46, 48 und Signalleitern 50 ist beispielsweise als planare Schaltung auf dem Substrat 38 ausgebildet. Zum Messen der Streu parameter des DUT 44 sind die Messsonden 28 beidseits zum DUT 44 im Nahfeld derjenigen Signalleiter 50 angeordnet, mit denen das DUT 44 mit der restlichen elektronischen Schaltung elektrisch verbunden ist. Der Generator 12 ist über den Widerstand 14, den Schalter 16, jeweilige Wellenleiter 52 und Übergänge 54 zu jeweiligen Signalleitern 50 mit der elektronischen Schaltung verbunden und speist entsprechende Prüfsignale in die elektronische Schaltung ein.
Mit 56 sind Referenzebenen, mit 58 ist eine erste Position auf dem Substrat 38, mit 60 ist eine zweite Position auf dem Substrat 38, mit 62 ist eine dritte Position auf dem Substrat 38, mit 64 ist eine vierte Position auf dem Substrat 38, mit 66 ist eine fünfte Position auf dem Substrat 38 und mit 68 ist eine sechste Position auf dem Substrat 38 bezeichnet. Zur Bestimmung der Streuparameter des DUT 44 sind die Messsonden 28 an der dritten Positionen 62 und der vierten Position 64 angeordnet. Um beispielsweise die Streuparameter des DUT 40 zu messen, müssen die beiden kontaktlosen Messsonden 28 an die erste Position 58 und die zweite Position 60 verschoben werden.
Die Sensoren 34 detektieren eine Position der Messsonden 28 relativ zu den Signalleitern 50. Hierzu sind beispielsweise Positionsmarken auf dem Substrat 38 ausgebildet. Sofern das entsprechende Positionssignal der Sensoren 34 eine Abweichung von der gewünschten Position im Nahfeldbereich der Signalleiter 50 indiziert, steuert das Steuergerät 32 die Positioniervorrichtungen 30 unabhängig voneinander so an, dass alle Messsonden 28 exakt an der gewünschten Position im Nahfeld der Signalleiter 50 des DUT 44 angeordnet sind. Durch diese geregelte Positionierung bzw. Justierung der Messsonden 28 mittels der Sensoren 34 und dem Steuergerät 32 sind diese Positionen wiederholbar exakt auch für mehrere Substrate 38 mit identischem Aufbau anfahrbar. Das Substrat 38 kann alternativ oder zusätzlich Kalibrierstandards mit jeweiligen Signalleitern zur Kalibrierung des kontaktlosen Messsystems in bekannter Weise aufweisen. Die Messsonden werden dann an einer vorbestimmten, wiederholt exakt anfahrbaren Position im Nahfeld der Signalleiter eines jeweiligen Kalibrierstandards positioniert.
Zusätzlich ist das Substrat 38 auf einem Positionstisch 70 angeordnet, welcher von einer zweiten Positioniervorrichtung 72 in Form eines XYZ-Motors, also in drei Richtungen im Raum, positioniert wird. Die zweite Positioniervorrichtung 72 ist mit dem Steuergerät 32 verbunden, wobei das Steuergerät 32 auch die zweite Positioniervorrichtung 72 in Abhängigkeit von den Positionssignalen der Sensoren 34 ansteuert und die Position des Substrates 38 auf dem Positioniertisch 70 im Raum dementsprechend derart anpasst, dass sich eine minimierte Differenz zwischen der gewünschten Sollposition der Messsonden 28 und der von den Sensoren 34 detektierten Istposition, d.h. gewünschte Position relativ zu den Signalleitern 50, der Messsonden 28 ergibt.
Die Sensoren 34 arbeiten beispielsweise mechanisch, elektrisch, optisch (z. B. Laser), elektro-optisch, akustisch, per Infrarot, usw., um die Position oder eine Positionsabweichung einer zugeordneten Messsonde 28 zu detektieren. Dabei übermittelt der Sensor die vollständige Position an das Steuergerät 32 oder melden nur, wann eine bestimmte Position erreicht wird. Statt mittels des Steuergerätes 32 kann der Sensor auch die Positionsinformation(en) dem Anwender mittels eines akustischen Signals, einer Anzeige, etc. mitteilen. Mittels des Steuergerätes 32 erfolgt die Nachreglung der Probepositionen nach einer Positionsänderung vollständig automatisiert oder manuell.
Das beispielhaft dargestellte, kontaktlose Messsystem umfasst mindestens einen Messkanal 18, 20, 22, 24, mindestens einen Generator 12 und mindestens eine Messprobe bzw. Messsonde 28, die in ihrer räumlichen Position bezüglich mindestens einer an dem DUT 44 bzw. Kalibrierstandard angeschlossenen Zuleitung 50 mit Hilfe von mindestens einer räumlichen Positioniervorrichtung 30 ausgerichtet werden, wobei die Positioniervorrichtung 30 die räumliche Position des Messsubstrates 38 bzw. Kalibriersubstrates und/oder die räumliche Position der Messsonde unabhängig voneinander verändern bzw. einstellen. Es ist mindestens eine Messsonde 28 mit mindestens einem Messkanal 18, 20, 22, 24 für die Detektierung der Messwerte über einen Signalpfad verbunden. Der Signalpfad umfasst unter anderem beispielsweise einen Verstärker, einen Bias, einen Wellenleiter. Die Messsonde 28 ist bevorzugt als kontaktlose Messprobe 28 ausgeführt, wobei die kontaktlose Messprobe 28 eine rein induktive oder kapazitive Probe 28 oder eine Kombination aus beiden ist. Alternativ ist die Messsonde 28 als eine kontaktbehaftete Probe 28, wie beispielsweise eine On-Wafer-Probe, ausgebildet, die auf dem Kalibrier- bzw. Messsubstrat 38 die Zuleitungen der Kalibrierstandards bzw. des DUTs befindliche Koppelstrukturen elektrisch kontaktiert. Die kontaktbehafteten Probes 28 kontaktieren direkt die Zuleitungen 50 des DUTs.
Das Generatorsignal wird über den Umschalter 16 auf einen Wellenleiter geführt. Der Wellenleiter ist über den Wellenleiterübergang 54, beispielsweise eine On-Wafer- Probe oder PCB-Probe oder Koaxial-Planar-Übergänge etc. mit dem planaren Kalibrier- bzw. Messsubstrat 38 elektrisch verbunden. Unter Ausnutzung des Umschalters 16 kann die Signalenergie an verschiedenen Stellen dem Kalibersubstrat bzw. Messsubstrat 38 zugeführt werden. Mittels des Kalibriersubstrates, auf dem sich bekannte oder teilweise bekannte Kalibrierstandards befinden, und herkömmlichen Kalibrierverfahren, wie beispielsweise TRL (Thru-Reflect-Line), lässt sich die Messeinheit kalibrieren bzw. können die Messfehler korrigiert werden. Die komplexwertigen Messwerte werden durch die kontaktlosen Messsonden 28 von den Zuleitungen 50 des Kalibrierstandards bzw. des DUTs 44 ausgekoppelt und zu mindestens einem Messkanal 18, 20, 22, 24 je Messobjekttor über Wellenleiter geführt. Die Messkanäle 18, 20, 22, 24 sind Empfänger die das komplexe Messsignal empfangen und digitalisieren. Anschließend findet die Auswertung der Messwerte im modifizierten Vektornetzwerkanalysator 10 (VNA) oder in einem externen oder internen PC 26 statt. Dies hat den Vorteil, dass eingebettete Messobjekte genau charakterisiert werden können. Die Messkanäle sind beispielsweise vektoriell. Vektoriell heißt, dass sie das komplexe Messsignal detektieren können. Sie können aber auch nicht vektoriell sein, d.h. dass nur der Betrag oder die Phase bzw. der Real- oder der Imaginärteil des Messsignals gemessen wird. Pro Messtor werden beispielsweise zwei vektorielle Messkanäle verwendet (Zweimessstellen-VNA) oder vier reelle Messkanäle (Leistungsdetektoren, Sechstor-Reflektometer).
Die kontaktlose Messsonde 28 umfasst beispielsweise mehrere kontaktlose Einzelmesssonden. Das DUT 40, 42, 44, 46, 48 kann an mehreren Wellenleitern 50 (Zuleitungen) angeschlossen sein, wobei im Nahfeld jeder Zuleitung 50 mindestens eine Messsonde 28 positioniert wird. Die Position jeder einzelnen Messsonde 28 relativ zu einer jeweiligen Zuleitung 50 kann reproduzierbar mittels der Positioniervorrichtung eingestellt werden. Die Positionseinstellung erfolgt über das Steuergerät 32 der Messsonden 28 bzw. des Messsubstrates 38.
Die Nachregelung wird manuell oder automatisiert durchgeführt. Wenn mehrere Sonden 28 verwendet werden, ist es besonders vorteilhaft, alle Sonden 28 unabhängig voneinander hinsichtlich ihrer Position nachzuregeln. Die räumliche
Nachregelung wird beispielsweise mit Hilfe der Sensoren 34 automatisiert durchgeführt. Dabei werden elektrische, mechanische, optische oder andere
Sensoren 34 verwendet. Für die Positionserkennung sind optional zusätzlich Hilfsstrukturen auf dem Messsubstrat vorhanden. Die von den Sensoren 34 abgegebenen Sensorsignale werden von dem Steuergerät 32 ausgewertet und in
Steuersignale für die Positioniervorrichtungen 30 umgewandelt.
Die Sensoren 34 sind beispielsweise Teil der kontaktlosen Probes 28 oder unabhängig von diesen. Beispiele für Sensoren sind Mikroskop, lasergestützter Abstandssensor, Feder-Druckkontakte oder ähnliches.
Die Nachregelung der Position der Messsonden 28 erfolgt alternativ durch mehrfache Messungen und Auswertung von Messungen an mehreren Positionen, wobei dafür ein bestimmter Auswertungsalgorithmus verwendet wird. Das Steuergerät 32 ist für eine automatisierte Nachreglung bevorzugt. Für eine manuelle Nachreglung, d. h. eine Positionsnachregelung durch den Anwender per Hand, ist das Steuergerät 32 nicht notwendig. Da es zur Verringerung der Messfehler sinnvoll ist, alle N Probepositionen relativ zu den Zuleitungen 50 des jeweiligen DUTs 40, 42, 44, 46, 48 für die Charakterisierung eines N-Tor-Messobjektes unabhängig voneinander zu steuern, sind bevorzugt N unabhängige Steuergeräte 32 vorgesehen. Beispielsweise werden N-1 Steuergeräte mit N-1 Probes 28 verbunden und ein Steuergerät wird mit dem Positionstisch 70 verbunden.
Bei einer beispielhaften Ausführung befinden sich Positionsmarken auf dem Kalibrier- bzw. Messsubstrat 38, die mit einem Sensor, z.B. Kamera, erkannte und verarbeitet werden. Die Positionen der kontaktlosen Probes 28 werden solange nachgeregelt, bis die gewünschten Positionen relativ zu den Positionsmarken erreicht sind.
Die Übergänge 54 (beispielsweise On-Wafer-Probes) schaffen den Übergang von den Wellenleitern des Generators 12 zu den Wellenleitern 50 des Kalibrier- bzw.
Messsubstrates 38. Die Position der Übergänge 54 wird beispielsweise mit einem
Steuergerät automatisch oder per Hand eingestellt. Diese Übergänge 54 sind optional als kontaktbehaftete Messsonden ausgebildet und der wenigstens eine
Sensor 34 detektiert auch die Position wenigstens eines Überganges 54 und wenigstens eine erste Positioniervorrichtung positioniert auch einen Übergang 54 relativ zum Substrat 38 und/oder das Substrat 38 relativ zu wenigstens einem
Übergang 54.

Claims

Patentansprüche:
1. Messsystem zum Bestimmen von Streuparametern eines elektrischen Messobjektes (40, 42, 44, 46, 48) auf einem Substrat (38) mit einem Messgerät (10) mit wenigstens einem Messkanal (18, 20, 22, 24) und wenigstens einer Messsonde (28), die mit wenigstens einem Messkanal (18, 20, 22, 24) elektrisch verbunden ist und die zum kontaktlosen oder kontaktbehafteten Kontaktieren eines elektrischen Signalleiters (50) des elektrischen Messobjektes (40, 42, 44, 46, 48) in der elektronischen Schaltung ausgebildet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für wenigstens eine Messsonde (28) eine erste Positioniervorrichtung
(30) vorgesehen ist, wobei wenigstens ein Sensor (34) vorgesehen ist, welcher eine Position wenigstens einer Messsonde (28) detektiert und ein Positionssignal abgibt.
2. Messsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes Steuergerät (32) vorgesehen ist, welches zum Empfang des Positionssignals des Sensors (34) mit diesem verbunden ist und derart ausgebildet ist, dass das erste Steuergerät (32) wenigstens eine erste Positioniervorrichtung (30) derart ansteuert, dass sich die Messsonde (28), deren Position von dem Sensor (34) detektiert wird, an einer vorbestimmten Position im Raum relativ zum elektrischen Messobjekt (40, 42, 44, 46, 48) befindet.
3. Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Positioniervorrichtung einen manuellen oder motorischen Antrieb aufweist.
4. Messsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (34) ein optischer, e- lektrooptischer, elektrischer, akustischer, Infrarot-, elektrostatischer und/oder magnetischer Sensor ist.
5. Messsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (10) ein modifizierter Vektor- netzwerkanalysator ist, wobei die Messkanäle (18, 20, 22, 24) über Anschlussleitungen direkt mit den Messsonden verbunden sind.
6. Messsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde (28) als kapazitiv und/oder induktiv koppelnde Sonde bzw. Schleifensonde ausgebildet ist.
7. Messsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine motorisch oder manuell angetriebene zweite Positioniervorrichtung (72) vorgesehen und zur mechanischen Aufnahme des Substrates (38) ausgebildet ist.
8. Messsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweites Steuergerät zum Ansteuern der zweiten Positioniervorrichtung (72) vorgesehen ist.
9. Messsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Datenpfad zum Übertragen von Positionsdaten von wenigstens einem Sensor (34) an wenigstens ein zweites Steuergerät vorgesehen ist.
10. Messsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Steuergerät in einem einzigen Steuergerät (32) integ- riert sind.
11. Messsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (34) eine absolute Position der Messsonde (28) im Raum und/oder eine Position der Messsonde (28) relativ zum elektrischen Messobjekt (40, 42, 44, 46, 48) und/oder eine Position der Messsonde (28) relativ zu einer Positionsmarkierung auf der elektronischen Schaltung bzw. dem Substrat (38) und/oder eine Position der Messsonde (28) relativ zu einer Signalleitung (50) zwischen dem elektrischen Messobjekt (40, 42, 44, 46, 48) und der restlichen elektronischen Schaltung detektiert und ein entsprechendes Positionssignal an wenigstens ein erstes Steuergerät (32) abgibt.
12. Messsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Datenübertragungspfad (36) zum Übertragen von Daten zwischen dem Messgerät (10) und wenigstens einem Steuergerät (32) vorgesehen ist.
13. Messsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Messobjekt ein in einer auf dem Substrat (38) ausgebildeten, elektronischen Schaltung eingebettetes, elektrisches Messobjekt (DUT - Device Under Test) (40, 42, 44, 46, 48) ist, welches ein oder mehrere elektronische Bauteile umfasst, die elektrisch miteinander verschaltet sind.
14. Messsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass das elektrische Messobjekt ein Kalibrierstandard ist.
15. Messsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer Messsonde (28) wenigs- tens ein Sensor (34) mechanisch befestigt ist.
16. Messsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (34) derart angeordnet ist, dass dieser unabhängig vom Substrat (38) im Raum verschiebbar ist.
17. Messsystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (38) eine Markierung angeordnet ist, wobei der Sensor (32) zum Erfassen einer relativen Position zu dieser Markierung ausgebildet ist.
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