迈向毫米波晶圆级测量的智能探测器：利用激光微加工技术实现玻璃的先进封装

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：Toward Smart Probes for mmW On-Wafer Measurements: Advanced Packaging Using Laser Micromachining of Glass

飞秒激光制备的镍-玻璃复合GSG探针机械强度提升至667mN，接触电阻低于0.05Ω，并实现55nm SiGe BiCMOS噪声源与探针同基材集成，在140-170GHz带宽内实现29dB可调信噪比及-12dB阻抗匹配。

　　

摘要：

本文介绍了用于晶圆上主动测量的地-信号-地（GSG）探针的研制过程。这些探针采用飞秒激光微加工技术制造，分辨率介于5到10微米之间。探针由厚度为100微米的Schott AF32玻璃基板制成，该基板与厚度为10微米的镍片结合在一起，从而提高了机械耐用性和电气性能。选择镍作为探针尖端材料是因为其具有优异的机械硬度和电气性能，可以有效降低接触电阻并延长探针使用寿命。机械测试表明，仅由玻璃制成的探针在196毫牛顿的接触力下就会失效，而镍-玻璃复合探针则能承受高达667毫牛顿的力。此外，四线测量结果显示，在6毫牛顿以上的接触力下，探针仍能保持低电阻（小于0.05欧姆）。此外，本文还介绍了一种基于相同基板材料的玻璃中介层技术，该技术可以将基于55纳米SiGe BiCMOS技术的放大噪声源（NS）集成到玻璃中介层上，从而减少介电损耗和传输损耗。飞秒激光微加工技术用于精确构建探针的连接结构，使得放大噪声源能够与共面探针尖端集成在同一基板上，简化了信号传输路径。该系统在140–170 GHz频段内的可调噪声比（ENR）达到了29分贝的水平，且在整个频段内的输出阻抗匹配度优于-12分贝。使用相同的玻璃基板，可以将GSG探针尖端与放大噪声源芯片集成在一起，构成用于晶圆上噪声测量的智能主动探针。

引言

无线通信技术正向更高频率领域发展，以利用更宽的数据带宽和更快的传输速度。这一发展得益于人工智能、物联网（IoT）等数据密集型应用的需求推动[1]。为了满足对高数据传输速率的需求，人们正在毫米波（mmW）、亚毫米波（sub-mmW）和亚太赫兹（sub-THz）频段开发新的技术[2]。历史上，III-V族半导体一直是毫米波/亚毫米波应用的首选技术[3][4]。然而，硅技术的进步现在使得在毫米波和太赫兹频段实现经济高效的解决方案成为可能，例如STMicroelectronics的BiCMOS B55X技术[5][6]，该技术的截止频率f_T/f_max超过400 GHz，适用于140–220 GHz频段（G波段）的硅电路开发。