Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Aufgaben

Rückführbare Messung von Streuparametern in planaren Wellenleitern

Bei der Entwicklung und Produktion von planaren Mikrowellenschaltungen sind beträchtliche Kosteneinsparungen möglich, wenn man nicht wie bisher die Streuparametermessungen an den Koaxialanschlüssen des kompletten Gehäuses vornimmt, in das der zu untersuchende Chip eingebaut werden muss, sondern direkt auf der Waferebene misst. Bei schadhaften Chips entfallen dabei die hohen anteiligen Kosten für das Packaging sowie für die aufgrund der parasitären Gehäuse- und Verbindungseigenschaften erschwerte Fehlersuche. Im Gegensatz zu koaxialen Wellenleitern, in denen die rückführbare Messung von Streuparametern längst etabliert ist, existieren derzeit in planaren Schaltungen hierfür weltweit noch keine Ansätze. In einer vor kurzem durchgeführten PTB-Bedarfsumfrage in Industrie und Forschung war aus diesem Grunde ein großes Interesse an rückführbaren Streuparametermessungen bis in den hohen GHz-Bereich erkennbar.

Neben rückführbaren Streuparametermessungen in planaren Schaltungen sind folgende Themen Gegenstand aktueller Forschung:

• breitbandige Charakterisierung von Interconnects auf unterschiedlichsten Substratmaterialien
• minimal-invasive Messung von Streuparametern (z.B. mit hochohmigen Prüfspitzen)
• numerische Verfahren zur Kalibrierung von Netzwerkanalysatoren
• Entwicklung von Referenz-Kalibriersubstraten in Membrantechnologie
• breitbandige Bestimmung der komplexen Permittivität von dielektrischen Substraten (EMRP-Projekt EMINDA)

Mittelfristig sind Untersuchungen zur Erweiterung des nutzbaren Frequenzbereichs bis ins Sub-THz-Gebiet sowie zur Messung von Multiport-Streuparametern geplant.

Auf allen genannten Themengebieten findet eine enge Zusammenarbeit mit dem amerikanischen Staatsinstitut National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder, CO, USA, statt. Darüberhinaus bestehen zu ausgewählten Forschungsschwerpunkten Kooperationen mit dem britischen Staatsinstitut National Physical Laboratory (NPL), das Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Berlin, sowie der Oregon State University in Corvallis, OR.

Für Untersuchungen an planaren Strukturen und Bauelementen stehen ein halbautomatischer Waferprober sowie ein vektorieller Netzwerkanalysator zur Verfügung (s. Bild links). Das Bild rechts zeigt die Draufsicht einer Teststruktur für Interconnects in CMOS-Technologie inklusive der auf den Kontaktpads bereits aufgesetzten Mikrowellenprüfspitzen. Die breitbandige messtechnische Charakterisierung von Interconnects gewinnt sowohl in der Mikroelektronik als auch in der Mikrowellentechnik zunehmend an Bedeutung. Diese sehr praxisnahe Messaufgabe lässt sich nur bewältigen, wenn geeignete On-Wafer-Kalibrierverfahren, breitbandige Methoden zur Extraktion der Wellenleitereigenschaften und Multiport-Streuparametermesstechnik gemeinsam zur Verfügung stehen. Von daher können die oben genannten Forschungsschwerpunkte nicht isoliert voneinander betrachtet werden, Fortschritte in einem Teilgebiet führen oft unmittelbar zu Lösungen in einem der anderen Themengebiete.

halbautomatischer Waferprober mit Netzwerkanalysator	Teststruktur für Interconnects

Veröffentlichungen zur On-Wafer-Mikrowellenmesstechnik

Weitere fachbezogene Aktivitäten

Kontakt

Arbeitsgruppenleiter		Dr. Uwe Arz Tel.: 0531 592-2297 Fax: 0531 592-2228 E-Mail: Uwe Arz
Anschrift		Physikalisch-Technische Bundesanstalt Arbeitsgruppe 2.23, Grundlagen der Streuparametermesstechnik Bundesallee 100 38116 Braunschweig