10.在片SOLT校準件校準規(guī)范建議書

附件：電子行業(yè)計量技術規(guī)范項目建議書建議項目名稱在片SOLT校準件校準規(guī)范制定或修訂█制定□修訂被修訂計量技術規(guī)范號計量技術規(guī)范性質□檢定規(guī)程█校準規(guī)范計量技術規(guī)范類別□重點█基礎主要起草單位中國電子科技集團公司第十三研究所聯(lián)系人霍曄聯(lián)系電9117798095040任務年限1年申請經(jīng)費4萬元參加單位中國電子科技集團公司第四十一研究所具備的特點█安全█節(jié)能█環(huán)保█自主創(chuàng)新□其他＿＿＿目的、意義和必要性1.指出該計量技術規(guī)范項目編制的目的、意義，描述涉及安全、節(jié)能、環(huán)保、自主創(chuàng)新等方面的特點和發(fā)揮的作用，解決行業(yè)、產(chǎn)業(yè)的問題和必要性、迫切性；1.1編制的目的和意義在片SOLT校準件是在片S參數(shù)測量系統(tǒng)的必備工具之一，主要用途是對在片S參數(shù)測量系統(tǒng)進行校準，消除系統(tǒng)誤差。在片SOLT校準件由短路（short）、開路（open）、負載（load）和直通（thru）組成的校準組件，在片SOLT校準件的原理是通過用在片S參數(shù)測量系統(tǒng)分別測量其短路、開路、負載和直通校準件的原始數(shù)據(jù)，得到十二項或八項系統(tǒng)誤差項，通過誤差項修正得到DUT（被測件）的測量值。目前，在使用在片SOLT校準件校準時，均采用廠家給的定義值：包括特征阻抗Z0（50Ω），開路電容Copen，短路電感Lshort，負載電阻R和負載電感Lload，直通延時tdelay、參考延時ref-tdelay和參考損耗ref-loss。但隨著長時間的使用，探針與校準件頻繁的接觸，校準件會出現(xiàn)不同程度的磨損，導致校準件參數(shù)量值發(fā)生了偏差，若繼續(xù)使用廠家定義值會使測量結果不準。編制《在片SOLT校準件校準規(guī)范》能夠保證在片校準件的準確性和一致性。1.2規(guī)范特點及必要性和迫切性在片S參數(shù)是微波毫米波半導體器件最基礎、最重要的微波參數(shù)之一，涵蓋了反射與傳輸特性、幅度與相位特性，能對大部分在片器件如低噪放、功率單片、衰減器等裸芯片的微波特性進行合理的表征。測試芯片S參數(shù)前，需對系統(tǒng)進行校準，在片SOLT校準件是應用最廣泛的校準件，如果其量值偏差大，會導致被測芯片S參數(shù)出現(xiàn)偏差，從而降低設計效率，影響器件性能。由于上述在片SOLT校準件的重要性以及應用的普遍性，如果校準件的準確性、一致性出現(xiàn)問題，將直接影響被測件量值的準確性。為了保障在片SOLT校準件的準確性，須對其進行可靠的計量校準工作，目前國內沒有在片SOLT校準件的校準規(guī)范，因此編制《在片SOLT校準件校準規(guī)范》就顯得尤為迫切和必要。2.先進性和亮點、社會效益和推廣應用前景；2.1先進性和亮點一：在片SOLT校準件的參數(shù)定值方法。通過校準件的等效電路，建立測量模型，通過測量校準件的長度，直流電阻和用校準準確度最高的多線TRL校準方法對在片S參數(shù)測量系統(tǒng)進行校準、校準完后測量在片校準件的S參數(shù)。開路、短路、負載和直通（傳輸線）的測量示意圖如圖1~圖4所示。根據(jù)測量示意圖可以計算得到在片SOLT校準件的參數(shù)量值。（1）開路電容圖1開路校準件測量示意圖（2）短路電感圖2短路校準件測量示意圖（3）負載電感和電阻圖3負載校準件測量示意圖（4）直通（傳輸線）延時、參考延時和參考損耗圖4直通（傳輸線）測量示意圖2.2先進性和亮點二：在片SOLT校準件的參數(shù)量值不確定度通過測量模型，根據(jù)在片S參數(shù)測量不確定度，用蒙特卡洛評定測量不確定度的方法得到開路電容、短路電感、負載電感等參數(shù)的測量不確定度。2.3社會效益和推廣應用前景《在片SOLT校準件校準規(guī)范》的制定，可以保證在片校準件量值統(tǒng)一、準確、可靠，從而提升半導體器件電路的設計效率，保證工藝質量可靠。規(guī)范此類校準方法，推進國產(chǎn)化進程，具有一定的經(jīng)濟效益和顯著的社會效益，應用前景廣闊。3.查新結果（國家、本行業(yè)或其他行業(yè)是否有相關技術規(guī)范）；國內無在片SOLT校準件計量技術規(guī)范，JJF（軍工）162-2017《網(wǎng)絡分析儀在片測量系統(tǒng)校準規(guī)范》規(guī)定了用已知量值的檢驗件校準在片矢量網(wǎng)絡分析儀的方法，表征的是反射幅度、傳輸幅度和傳輸相位。不適用于在片SOLT校準件開路電容、短路電感等參數(shù)的校準，不滿足計量需求。范圍和主要計量特性1.計量技術規(guī)范的適用范圍；適用于新制造、新購置、修理后、使用中的在片SOLT校準件的校準。2.以典型儀器或試驗設備（注明儀器型號）為依據(jù)，提出計量特性的技術指標，包括其名稱、測量范圍和最大允許誤差；典型儀器型號：101190技術指標名稱測量范圍最大允許誤差/測量不確定度頻率1GHz~50GHz/開路電容-30fF~-5fF0.1fF~2.0fF（k=2）短路電感-30pH~20pH0.1pH~3.0pH（k=2）負載電阻45Ω~55Ω±0.3%負載電感-5pH~15pH0.1pH~3.0pH（k=2）直通延時0.9ps~1.1ps0.06ps~0.10ps（k=2）傳輸線參考延時1ps~40ps0.06ps~1.5ps（k=2）傳輸線參考損耗0.10dB~0.95dB0.02dB~0.08dB（k=2）3.主要測量標準的技術指標：校準用設備應經(jīng)過計量技術機構檢定或校準，滿足使用要求，并在有效期內。（1）在片S參數(shù)校準裝置圖5在片S參數(shù)校準裝置在片S參數(shù)標準件校準裝置如圖5所示，包含了多線TRL校準件、矢量網(wǎng)絡分析儀、多線TRL校準軟件、微波探針和探針臺等。頻率范圍：1GHz~50GHz；S21模：0dB~40dB，U=0.13dB~0.40dB（k=2）；S21相位：-180°~180°，U=1.5°~4°（k=2）；S11模：0~1，U=0.015~0.05（k=2）；S11相位：-180°~180°；U：1.5°～180°（k=2）；（2）數(shù)字多用表測量范圍：30Ω~60Ω；允許誤差：優(yōu)于±0.07%。（3）顯微鏡測量范圍：100μm~22mm；允許誤差：優(yōu)于±2μm。4.簡要描述主要計量項目的技術原理。在片SOLT校準件外觀應完好無損。數(shù)字多用表、在片S參數(shù)校準裝置至少預熱30min；按被測在片SOLT校準件的計量特性，設置掃描類型、頻率、掃描點數(shù)、中頻帶寬（應不大于200Hz）；根據(jù)多線TRL校準軟件提示，采用多線TRL校準件對在片S參數(shù)校準裝置用多線TRL方法進行校準。依次將多線TRL校準件放置于探針臺，完成自校準。然后開始測試，步驟如下：（1）開路電容(a)在在片S參數(shù)校準裝置探針端口1和探針端口2連接在片開路校準件；(b)設置測量參數(shù)為S11，設置數(shù)據(jù)格式為實部Real和虛部Imaginary；(c)設置測量參數(shù)為S22，設置數(shù)據(jù)格式為實部Real和虛部Imaginary；圖6在片S參數(shù)校準裝置校準在片SOLT校準件示意圖(d)開路電容如式（1）和（2）所示。（1）（2）其中，（3）式中：——開路校準件1端口電容值，F(xiàn)；——開路校準件2端口電容值，F(xiàn)；——開路校準件1端口反射系數(shù)實部和虛部測量值；——開路校準件2端口反射系數(shù)實部和虛部測量值；——特征阻抗，50Ω；——角頻率，rad/s；f——頻率，Hz。（2）短路電感(a)在在片S參數(shù)校準裝置探針端口1和探針端口2連接在片短路校準件；(b)設置測量參數(shù)為S11，設置數(shù)據(jù)格式為實部Real和虛部Imaginary；(c)設置測量參數(shù)為S22，設置數(shù)據(jù)格式為實部Real和虛部Imaginary；(e)短路電感如式（4）和（5）所示。（4）（5）式中：——短路校準件1端口電感值，H；——短路校準件2端口電感值，H；——短路校準件1端口反射系數(shù)實部和虛部測量值；——短路校準件2端口反射系數(shù)實部和虛部測量值；——特征阻抗，50Ω；——角頻率，rad/s；f——頻率，Hz。（3）負載電阻用數(shù)字多用表電阻測量功能測量負載校準件的直流電阻。(a)數(shù)字多用表選擇電阻測量功能，將微波探針同軸端連接至數(shù)字多用表；(b)將微波探針的探針尖壓于短路校準件上，將數(shù)字多用表電阻讀書歸零，測量示意圖如圖7所示；(c)將微波探針的探針尖壓于負載校準件上，讀取并記錄負載電阻值測量示意圖如圖8所示。圖7數(shù)字多用表測量短路校準件電阻示意圖圖8數(shù)字多用表測量負載校準件電阻示意圖（4）負載電感(a)在在片S參數(shù)校準裝置探針端口1和探針端口2連接在片負載校準件；(b)設置測量參數(shù)為S11，設置數(shù)據(jù)格式為實部Real和虛部Imaginary；(c)設置測量參數(shù)為S22，設置數(shù)據(jù)格式為實部Real和虛部Imaginary；(e)負載電感如式（6）和（7）所示。（6）（7）式中：——負載校準件1端口電感值，H；——負載校準件2端口電感值，H；——負載校準件1端口反射系數(shù)實部和虛部測量值；——負載校準件2端口反射系數(shù)實部和虛部測量值；——負載校準件1端口電阻值，Ω；——負載校準件2端口電阻值，Ω；——特征阻抗，50Ω；——角頻率，rad/s；f——頻率，Hz。（5）直通延時(a)用多線TRL校準軟件得到直通校準件的有效介電常數(shù)，如公式（8）~（15）所示；（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）（15）式中：i——第i個傳輸線；j——第j個傳輸線；Mi——第i個傳輸線的傳輸矩陣；X、Y——多線TRL校準時兩個誤差網(wǎng)絡的傳輸矩陣；、——Mij的特征值；——傳輸線傳播常數(shù)；——傳輸線衰減常數(shù)；——角頻率，rad/s；——有效介電常數(shù)；——光在真空中的傳播速度，3×108m/s。(b)用顯微鏡測量直通校準件的長度，測量示意圖如圖9所示，根據(jù)式（16）計算直通校準件的延時。（16）式中：——直通校準件的延時，s；——直通校準件的長度，m；1——探針與直通校準件接觸的長度，一般取7×10-5m；——光在真空中的傳播速度，3×108m/s；——直通校準件的有效介電常數(shù)。圖9顯微鏡測量直通長度示意圖（6）傳輸線參考延時(a)用多線TRL校準軟件得到傳輸線（根據(jù)被校在片直通校準件的定義選擇相應的傳輸線，如101190選擇3500μm長的傳輸線）的有效介電常數(shù)，如公式（8）~（15）所示；(b)用測量顯微鏡測量傳輸線的長度，測量示意圖如圖10所示，根據(jù)式（17）計算傳輸線的參考延時。（17）式中：——傳輸線的參考延時，s；——傳輸線的長度，m；1——探針與傳輸線接觸的長度，一般取7×10-5m；——光在真空中的傳播速度，3×108m/s；——傳輸線的有效介電常數(shù)。圖10顯微鏡測量傳輸線長度示意圖（7）傳輸線參考損耗(a)用多線TRL校準軟件得到傳輸線的衰減常數(shù)，如公式（8）~（15）所示；(b)用顯微鏡測量傳輸線（根據(jù)被校在片直通校準件的定義選擇相應的傳輸線，如101190選擇3500μm長的傳輸線）的長度，測量示意圖如圖10所示，根據(jù)式（18）計算傳輸線的參考損耗；（18）式中：——傳輸線的長度，m；——40GHz時傳輸線的參考損耗值，dB；——40GHz時傳輸線的衰減常數(shù)，dB/m。水平□國際先進█國內先進國內外情況簡要說明1.與國內相關技術規(guī)范之間的關