1. 引言
晶圆级电气特性测试高度依赖探针的精度与可靠性。随着半导体器件向更高频率、更低功耗和更小尺寸发展，晶圆测试中使用的探针类型变得至关重要。
尽管所有探针都承担相同的基本功能——在测试仪与器件间建立临时电气连接——但直流探针、射频探针和微波探针的设计针对截然不同的电气环境。
探针类型选择不当可能导致：
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● 信号失真
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● 接触电阻不稳定
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● S参数测量不准确
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● 可重复性丧失
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● 探针或焊盘损坏
本文为工程师提供专业、精准且全面的技术对比，助力其为参数测试、射频特性分析或毫米波应用选择探针。
2. 直流探针、射频探针与微波探针的快速概述
| 探针类型 | 频率范围 | 主要用途 | 关键特性 |
|---|---|---|---|
| 直流探针 | 0–kHz/MHz | IV/CV测量、可靠性测试、参数测试 | 稳定的低泄漏接触点 |
| 射频探针 | MHz – 十GHz | 射频电路、S参数、阻抗匹配 | 50 Ω结构，极低寄生参数 |
| 微波探针 | 20–500+ GHz | 毫米波、5G、雷达、高频元件 | 空气共面线，超低损耗 |
现在让我们详细分析每种类型。
3. 直流探针
3.1 用途与应用场景
直流探针适用于静态或低频电气测量，包括：
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● 电流-电压特性分析
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● 电压-电流曲线追踪
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● 击穿电压测量
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● 漏电流测量
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● 可靠性测试（高温长期老化、宽温寿命、高温接触可靠性）
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● 材料特性分析
此类探针广泛应用于半导体工厂、研究实验室及FA实验室的晶圆探针台。
3.2 结构
典型直流探针包含：
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● 钨或铍铜探针尖端
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● 高刚性探针柄
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● 同轴或三轴电缆（用于低泄漏或屏蔽测量）
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● 探针主体（安装于探针操纵器）
直流探针通常采用锐锥形尖端（例如3 µm–10 µm半径）以接触微型焊盘。
3.3 电气特性
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● 接触电阻低
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● 极低漏电流（三轴屏蔽型尤为显著）
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● 不适用于高频传输
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● 阻抗匹配要求极低
3.4 优势
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● 结构简单且经久耐用
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● 成本低廉
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● 适用于所有常规半导体直流测试
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● 稳定性高且寿命长
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● 可采用开尔文（四线制）配置实现精确低电阻测量
3.5 局限性
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● 不支持高频测量
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● 寄生电容与电感会在兆赫级以上频段导致信号失真
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● 不适用于S参数或阻抗建模
4. 射频探针
4.1 用途与应用场景
射频探针专为高频与射频器件特性测试设计，工作频率范围通常为兆赫兹至67吉赫兹，具体取决于探针制造商。
常见应用场景包括：
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● 射频放大器
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● 压控振荡器/低噪声放大器/混频器
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● 砷化镓/氮化镓/硅锗射频器件
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● 晶圆级S参数测量
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● 高速数字I/O特性表征
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● 阻抗匹配验证
4.2 结构
射频探针与直流探针的架构截然不同。关键元件：
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● 用于50欧姆传输的共面波导（CPW）
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● 多接触点结构（典型形式为GSG、GSGSG或GS）
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● 精密对准的探针尖端几何结构
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● 低损耗同轴连接器（如K型连接器，2.92毫米/1.85毫米）
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● 校准基板支撑（ISS）
GSG（接地-信号-接地）几何结构用于：
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● 提供回流路径
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● 降低串扰
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● 最大限度减少寄生电感
4.3 电气特性
射频探针的设计目标为：
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● 保持50 Ω恒定特征阻抗
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● 低插入损耗
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● 低回波损耗
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● 精确传输S参数
通过精密尖端间距与可控CPW结构，最大限度降低电气寄生效应。
4.4 校准要求
射频测量必须依据行业标准进行校准，例如：
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● SOLT（短路-开路-负载-直通）
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● TRL（直通-反射-线性）
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● LRRM
为确保测量精度，必须使用射频校准基板（ISS）。
4.5 优势
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● 射频传输精度高达67 GHz
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● 卓越的重复性
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● 支持阻抗控制测量
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● 适用于射频/微波集成电路器件特性分析
4.6 局限性
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● 相较于直流探针更易损坏
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● 对探针尖端磨损敏感
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● 需精细校准
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● 成本较高
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● 不适用于大电流直流测试
5. 微波探针
5.1 用途与应用场景
微波探针工作频率范围为20 GHz至500+ GHz，应用于极高频领域，包括：
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● 5G FR2频段（28 GHz、39 GHz）
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● 6G技术研究（100–300 GHz）
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● 汽车雷达系统（77–81 GHz）
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● 太赫兹成像设备
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● 高频光子学
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● 超高速数字器件（70–110 GHz）
这些探针是毫米波实验室及先进半导体研发的核心基石。
5.2 结构
微波探针必须在极高频下最大限度降低电损耗。关键设计特征包括：
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● 空气共面传输线（ACPL）
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● 超短探针长度以减少寄生电感
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● 高精度GSG对准（公差<1微米）
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● 波导或同轴连接器接口（1.0 mm、0.8 mm、0.6 mm）
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● 低损耗基板
微波探针通常比射频探针更紧凑精密。
5.3 电气特性
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● 100 GHz以上插入损耗极低
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● 完美50 Ω阻抗匹配
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● 带状微波结构实现近零色散特性
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● 寄生电容极小化
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● 近场传输优化设计
5.4 优势特点
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● 支持超高频段（100–500 GHz）
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● 适用于尖端通信与雷达应用
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● 高精度与高重复性
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● 适用于S参数、噪声系数及谐波失真测试
5.5 局限性
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● 成本极高
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● 极其易碎
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● 需配备超稳定探针台（低摆动、热控系统）
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● 需进行高级校准（多通道TRL、波导校准）
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● 对焊盘清洁度和探针接触力敏感
结论
直流探针、射频探针和微波探针各具专长，专为不同的电气领域设计。
直流探针在低频参数测试中表现卓越。
射频探针是实现精确阻抗控制射频测量的关键工具。
微波探针则为前沿毫米波及6G技术研究提供支持。
正确选择探针对以下方面至关重要：
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● 测量精度
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● 器件完整性
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● 测试可重复性
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● 实验室效率
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● 探针长期性能
掌握本指南阐述的差异点，可确保工程师为应用场景自信选择最佳探针类型，避免代价高昂的测量误差。
