本说明书涉及一种用于测试半导体装置的测试设备和一种测试半导体装置的方法。
背景技术：
当今的具有例如天线或发射器的集成辐射元件的射频(rf)收发器集成电路(ic)需要在生产中进行测试。所述测试可包括内部管芯的测试和天线/发射器本身的测试，以及可影响天线/发射器的性能的封装的性质(例如实现天线/发射器的所需方向特性所需的“人造电介质”)。
通常，所述测试只能通过从发射器天线/发射器到接收器天线/发射器的外部环回路径来完成。ic发射功率、发射和接收天线/发射器增益和接收器噪声系数的严格规范参数要求所述环回路径非常精确，尽管在生产测试场地上环境条件非常具有挑战性。
在先进的雷达收发器ic中，最近发展的技术是将发射天线和接收天线集成到封装中(封装内天线：aip)。另一种技术是将发射器集成到封装中，这些发射器通过波导连接到封装的外部天线。对于这样的ic，rf发射器输出功率和接收器噪声系数是关键参数，但是测量它们是非常困难的，因为测量结果强烈依赖于许多条件，例如：
·被测天线(aut)的方向性特性；
·aut与片上有源装置(如低噪声放大器(lna)、功率放大器(pa))的阻抗匹配；
·用于实现aut的叠层材料的介电性质(例如δk和tanδ)；
·aut相对于用于测量的参考天线的x/y和z位移；以及
·测量天线对ic封装的接触压力。
如果经由外部环回路径将来自ic发射天线的rf信号馈送到ic接收天线，那么可减轻这些依赖性，使得ic可测量所接收信号的振幅和相位。
环回路径可以使用波导来实现。波导的参数如壁厚、表面粗糙度和对aut的对准精度在很大程度上影响测量。因此，希望有一种标准化的环回路径装置，用于需要精确测量rf参数的所有情况，例如包括：
·在ic制造商处验证；
·在oem制造商处验证；
·ic制造商的生产测试；
·在oem处客户拒绝分析；
·在ic制造商处客户拒绝分析；
·在客户地点证明合格(例如，寿命测试)；以及
·在现场，即在汽车车间调整新的外部天线。
目前还没有一种用于在不同地点的标准化环回路径装置的解决方案，其结合了高精度、对天线或发射器未对准的高灵敏度，但对所述环回路径装置未对准的低灵敏度。
技术实现要素：
本公开的各方面在所附的独立和从属权利要求中阐述。来自从属权利要求的特征的组合可以适当地与独立权利要求的特征组合，而不仅仅是如权利要求中明确阐述的那样。
根据本公开的一个方面，本文涉及一种用于测试半导体装置的测试设备，所述半导体装置包括集成电路和位于所述装置的表面处的多个外部辐射元件，所述辐射元件包括至少一个发射元件和至少一个接收元件，所述测试设备包括：
柱塞，所述柱塞包括：
电介质部分，所述电介质部分具有用于靠着装置的所述表面放置的表面；以及
至少一个波导，其中每个波导延伸穿过柱塞，以将由装置的所述发射元件中的一个发射元件发射的电磁辐射路由到装置的接收元件中的一个接收元件，其中每个波导包括用于电磁耦合到位于装置的表面处的多个辐射元件中的对应辐射元件的多个波导开口。
其中电介质部分被配置成提供匹配界面，以供柱塞的多个波导开口与装置的多个辐射元件进行所述电磁耦合。
根据本公开的另一方面，提供了一种测试半导体装置的方法，所述方法包括：
提供半导体装置，所述半导体装置包括集成电路和位于装置的表面处的多个外部辐射元件，外部辐射元件包括至少一个发射元件和至少一个接收元件；
提供一种测试设备，所述测试设备包括：
柱塞，所述柱塞包括：
电介质部分，所述电介质部分具有用于靠着装置的所述表面放置的表面；以及
至少一个波导，其中每个波导延伸穿过柱塞，以将由装置的所述发射元件中的一个发射元件发射的电磁辐射路由到装置的接收元件中的一个接收元件，其中每个波导包括用于电磁耦合到位于装置的表面处的多个辐射元件中的对应辐射元件的多个波导开口。
其中电介质部分被配置成提供匹配界面，以供柱塞的多个波导开口与装置的多个外部辐射元件进行所述电磁耦合；
将柱塞的电介质部分的所述表面靠着装置的所述表面放置；以及
经由柱塞的至少一个波导将电磁辐射从至少一个所述发射元件发射到至少一个所述接收元件。
电介质部分的设置可以提供匹配界面，以供柱塞的多个波导开口与装置的多个辐射元件进行电磁耦合。
半导体装置的辐射元件例如可以包括天线和/或发射器。因此，发射元件例如可以包括发射天线或发射发射器，而接收元件例如可以包括接收天线或接收发射器。
电介质部分具有在位于装置的表面处的多个外部辐射元件与柱塞的多个波导开口之间测量的厚度，所述厚度基本上等于λ/2，其中λ是电介质部分中电磁辐射的波长。可以根据在测试过程中使用的电磁辐射的预期波长来选择厚度，从而允许柱塞的多个波导开口与装置的多个外部辐射元件之间的良好匹配和耦合。
电介质部分可具有弯曲表面，所述弯曲表面用于将由装置的多个发射元件发射的电磁辐射耦合到柱塞的多个波导开口中的开口。
当从柱塞的波导观察时，弯曲表面可以是凹的或凸的。
电介质部分可以另外被配置成提供密封件，以防止在使用所述测试设备测试半导体装置期间气流穿过半导体装置的外部辐射元件和/或柱塞的多个波导开口。因此，电介质部分还可以用作密封件，用于防止在测试过程期间半导体装置的辐射元件和柱塞的波导开口附近的空气流动，否则可能将误差引入到测试结果中。
测试设备可以另外包括位于柱塞的至少一个波导的至少一个中的衰减部分。考虑到发射元件的发射功率可能超过单个接收元件可接收的功率，这可以允许半导体装置的接收元件接收来自半导体装置的一个(或多个)发射元件的电磁辐射。
波导中的至少一个波导被配置成将由装置的所述发射元件中的一个发射元件发射的电磁辐射路由到装置的多个接收元件。考虑到发射元件的发射功率可能超过单个接收元件可接收的功率，这可以允许多个接收元件共同用于测试发射元件(反之亦然)。
设备波导可以具有：
第一分支，用于传送由所述发射元件发射的电磁辐射；以及
耦合到第一分支的至少两个另外的分支，用于将所述电磁辐射路由到所述多个接收元件。
电介质部分可以包括高密度聚乙烯(hdpe)或聚碳酸酯(例如，聚碳酸酯)、peek或陶瓷材料。
根据本公开的另外方面，提供一种包括上述测试设备和半导体装置的设备。
半导体装置可以包括位于封装中的半导体管芯。多个辐射元件所位于的装置的表面可以是封装的外表面。
半导体装置可包括：
位于封装中的半导体管芯；以及
载体，其中封装安装在载体上，
其中多个辐射元件所位于的装置的表面是载体的表面。
所述方法可以另外包括使用柱塞将半导体装置压入插座中。因此，所述测试方法可以作为组装过程的一部分来执行。
附图说明
以下将参照附图仅通过例子的方式描述本公开的实施例，在附图中，相同的附图标记涉及相似的元件，并且其中：
图1a示出了使用带状线天线的半导体装置；
图1b示出了使用外部发射器的半导体装置；
图1c示出了使用集成发射器的半导体装置；
图2a、2b和2c示出根据本公开的实施例的半导体装置、电介质层和柱塞；
图3示出了根据本公开的实施例的半导体装置和电介质层；
图4示出了根据本公开的实施例的半导体装置和柱塞；
图5a和5b示出了根据本公开的实施例的半导体装置、电介质层和柱塞；
图6a和6b示出了根据本公开的实施例的半导体装置、电介质层和柱塞；
图7示出了根据本公开的实施例的半导体装置和柱塞；
图8示出了根据本公开的实施例的半导体装置和测试设备；
图9示出了半导体装置的辐射元件的横向位置与测试设备中的波导开口之间的失配的影响；以及
图10到12各自示出了根据本公开的实施例的半导体装置的辐射元件的横向位置与测试设备中的波导开口之间的失配的影响。
具体实施方式
下面参考附图描述本公开的实施例。
图1a、1b和1c各自示出了半导体装置10的例子。
图1a中的装置10包括形成集成电路的半导体管芯6，所述集成电路典型地可以包括用于发送/接收和处理例如在汽车工业中使用的毫米波信号的电路系统。半导体管芯6可以封装在封装体4中。在所述例子中，半导体管芯6安装在例如印刷电路板的载体2的表面上。载体2例如可包括ro3003或rf4材料。载体和半导体管芯6之间的电连接8可以使用例如图1a至图1c所示的焊球阵列来形成，尽管也可以使用本领域已知类型的其它类型的连接。
图1a、1b和1c中的每一个中的半导体装置10包括位于装置10的表面处的多个辐射元件。在图1a至图1c的例子中，以带状线天线12、14的形式提供辐射元件，这些带状线天线12、14包括位于载体2的表面上的金属带。辐射元件包括多个发射单元12和多个接收单元14。辐射元件和半导体管芯6之间的电连接16可以由位于载体2的表面上的金属迹线和前述电连接8组合形成。
图1b所示的半导体装置10类似于图1a所示的半导体装置，除了装置10另外包括可位于半导体管芯6和载体2顶部的波导天线20。波导天线20包括信道18，用于向/从多个接收元件14和多个发射元件12引导电磁辐射。这些信道可以在发射元件阵列22和接收元件阵列24中终止。在图1b的例子中，发射元件22和接收元件24形成半导体装置10的辐射元件。图1b的例子中的带状线天线和辐射元件的布置可以被称为外部发射器。
图1c所示的半导体装置10类似于图1c所示的半导体装置，除了图1c中的装置10不包括如上关于图1a和1b所述的带状线天线。相反，图1c中的装置10包括用于发射毫米波信号的发射元件32和用于发射设置在封装体4内的毫米波信号的接收元件34。半导体管芯6与发射元件32和接收元件34之间的电连接36可穿过封装体(和/或经由电连接8)。就像图1b的半导体装置10，图1c中的半导体装置10包括波导天线20，所述波导天线20可以位于半导体管芯6和载体2的顶部。波导天线20包括信道38，用于向/从接收元件34和发射元件32引导电磁辐射。同样，这些信道可以在发射元件阵列22和接收元件阵列24中终止。在图1c的例子中，发射元件22和接收元件24再次形成半导体装置10的辐射元件。在图1c的例子中，发射元件32和接收元件34以及辐射元件22、24的布置可以称为集成发射器。
在图1a中，可以认为封装体4形成半导体管芯6的封装。在图1b和1c中，可以认为封装体4和/或波导天线20形成半导体管芯6的封装。
如前所述，为了测试图1a至1c所示类型的半导体装置10，必须测试辐射元件的操作。所述测试可以包括将柱塞靠着半导体装置10的表面放置，所述柱塞具有用于电磁耦合到装置10的辐射元件的波导开口。柱塞可包括环回路径，允许装置10的接收元件接收由装置10的发射元件发射的电磁辐射(毫米波信号)。目前还没有一种用于在不同地点的标准化环回路径装置的解决方案，其结合了高精度、对辐射元件未对准的高灵敏度，但对所述环回路径装置未对准的低灵敏度。
现在将结合图2a至12描述根据本公开的实施例的测试设备。
图2a示出了共享以上关于图1a至图1c所述的特征的半导体装置10。装置10包括可以设置在封装体30中的半导体管芯6。装置10还包括波导天线20，所述波导天线20包括布置成阵列的多个辐射元件，所述阵列包括设置在装置10的表面处的发射元件22和接收元件24。半导体管芯6、封装体30和波导天线20可安装在载体20的表面上，如关于图1a至图1c所解释的。
在此实施例中，测试设备包括可以包括在柱塞中的电介质部分40。图2b中示出了电介质部分40，省略了柱塞的其余部分(下面将参照图2c描述柱塞的另外细节)。电介质部分40可以用层的形式提供。电介质部分40具有表面(图2b中所示的电介质部分40的下侧)，所述表面可以靠着包括装置10的辐射元件的半导体装置10的表面放置。将靠着包括装置10的辐射元件的半导体装置10的表面放置的表面例如可以基本上是平面的，但所述表面的轮廓通常也可以与半导体装置10的表面的轮廓相匹配。电介质部分40还可具有表面42(表面42通常是电介质部分40的与将靠着半导体装置10的表面放置的表面相对的表面)。柱塞的另外的特征(例如柱塞的多个波导开口，将在下面描述)可以靠着电介质部分40的表面42定位。
转向图2c，柱塞可以另外包括块50，所述块50可容纳多个波导开口60和波导52。所述块可包括金属(例如铜)。波导开口60被布置在与设置在装置10的表面处的发射元件22和接收元件24的位置相对应的位置中，从而允许多个波导开口60电磁耦合到位于装置的表面处的多个辐射元件中的对应发射元件/接收元件。
波导52可以包括从波导开口60延伸到柱塞中的信道，以便在环回布置中将由发射元件22发射的电磁辐射路由到接收元件24，如前面所解释。波导可用电介质填充。每个波导可以在至少一个发射元件22和至少一个接收元件24之间延伸。如图2c所示，波导开口60可以随着远离波导52延伸而向外逐渐变细，以便提供与电介质部分40中的电磁场的更好匹配。
电介质部分40被配置成提供匹配界面，以供柱塞的多个波导开口60电磁耦合到半导体装置10的多个辐射元件(发射元件22和接收元件24)。为此，电介质部分40的材料可以根据特定应用和在装置10的测试中使用的电磁波长来选择。适用于电介质部分40的材料包括高密度聚乙烯(hdpe)和聚碳酸酯，如makrolon或peek，或陶瓷材料。也可以选择电介质部分40的厚度t(见图2b)，以便增强柱塞的多个波导开口60与半导体装置10的多个辐射元件(发射元件22和接收元件24)之间的匹配界面。具体地说，可以将电介质部分40的厚度t选择为λ/2，其中λ是将要在半导体装置10的测试期间使用的电磁辐射(即，由发射元件22发射并由接收元件24接收)的波长。注意，λ表示电介质部分40内的电磁辐射的波长。仅作为例子，在电介质部分40包括hdpe的情况下，并且考虑77ghz的示例性频率，可以将厚度t选择为大约2.7mm。在另一例子中，其中电介质部分40包括聚碳酸酯，并且再次考虑77ghz的示例性频率，可以将厚度t选择为大约2mm。
电介质部分40还可用于提供密封件以防止在使用测试设备测试半导体装置10期间的不希望的气流。例如，通过将电介质部分40靠着包括装置10的辐射元件的半导体装置10的表面放置，电介质部分40可以密封包括辐射元件的半导体装置10的表面。这可防止装置10的辐射元件周围的气流，否则气流会影响测试结果。还注意到，电介质部分40可以密封柱塞的波导开口60，再次防止不希望的气流。
尽管图2a至图2c的实施例是相对于如图1b和1c所示的具有波导天线20的半导体装置来描述的，但是可以设想柱塞也可以与图1a所示类型的半导体装置10一起使用。在这种情况下，柱塞的波导开口60可以直接与载体2的表面上的带状线天线12、14耦合，所述带状线天线12、14在这种实施例中形成装置10的辐射元件。
在一些实施例中，电介质部分可包括弯曲表面，所述弯曲表面用于将由装置10的多个发射元件22发射的电磁辐射耦合到柱塞的所述多个波导开口的波导开口60。相反，弯曲表面还可以允许将由波导开口60中的一个波导开口发射的电磁辐射耦合到装置的多个接收元件24。图3示出了这种实施例的例子。与图2b一样，图3示出了电介质部分40时省略了柱塞的其余部分，以便显示弯曲表面44的结构。弯曲表面可以用作透镜天线。当从柱塞的波导观察时，所述实施例中的弯曲表面44是凹的。在其它实施例中，当从柱塞的波导观察时，弯曲表面44可以是凸的。例如，弯曲表面44可以具有如图3所示的大致圆柱形轮廓，然而也可以设想其它表面轮廓。弯曲表面44的曲率可以根据用于形成电介质部分40的材料的介电常数来选择。在弯曲表面44和柱塞的波导开口60之间产生的空间可以填充另一种电介质，例如空气。
在一些实施例中，柱塞的波导中的至少一个波导可以被配置成将由装置10的发射元件22中的一个发射元件发射的电磁辐射路由到装置10的多个接收元件24。下面将结合图4和5的实施例描述这种情况的例子。
图4示意性地示出根据本公开的实施例的柱塞的多个波导开口60到半导体装置10的多个发射元件22(tx1、tx2、tx3)和多个接收元件24(rx1、rx2、rx3、rx4)的耦合。在所述实施例中，柱塞的波导62将电磁辐射从发射元件tx1路由到接收元件rx4，而波导66将电磁辐射从发射元件tx2路由到接收元件rx3。因此，波导62、66各自在单个发射元件22和单个接收元件24之间路由电磁辐射。然而，如图4所示，本实施例中的波导64将电磁辐射从发射元件tx3路由到接收元件rx1以及接收元件rx2。考虑到发射元件22的发射功率可能超过单个接收元件24可接收的功率，这种布置可以允许多个接收元件24共同用于测试装置10的发射元件22(反之亦然)。
为了实现将电磁辐射从装置10的发射元件22路由到装置10的多于一个的接收元件24，所使用的波导(例如，见图4中的波导64)可以包括多个分支。例如，在图4中，图4中的波导64包括用于传送由发射元件tx1发射的电磁辐射的第一分支64a、用于将电磁辐射路由到接收元件rx1的第二分支64b和用于将电磁辐射路由到接收元件rx2的第三分支64c。在所述实施例中，波导64的第一分支64a因此在位置65处分成两个分离的分支64b、64c。
图5a和5b示出了具有至少一个以上关于图4所述类型的分支波导的柱塞的示例性结构。图5a是3d视图，而图5b是从具有辐射元件的半导体装置10的表面上方观察的平面图。半导体装置10本身也在图5a中示出。
图5a和5b中的波导62、64、66的布置类似于图4中所示的布置，其中波导62、66各自在单个发射元件22和单个接收元件24之间路由电磁辐射，且波导64包括多个分支，用于将电磁辐射从装置10的发射元件22路由到装置10的一个以上接收元件24。图5a和5b还包括在块50中的切口70，所述切口70可以接收柱塞的喷嘴，用于在测试过程期间将柱塞移动到位。如图5a和5b所示，波导62、64、66可以围绕切口70成形，例如波导64的分支在切口的一侧分开，并且通向装置10的接收元件24的分支可以在切口70的相对侧上延伸穿过柱塞。
图6a和6b示出了具有至少一个以上关于图4所述类型的分支波导的柱塞的示例性结构。图6a是截面图，而图6b是从具有辐射元件的半导体装置10的表面上方观察的平面图。半导体装置10本身也在图6a中示出。
图6a和6b中的波导62、64、66的布置再次类似于图4中所示的布置，其中波导62、66各自在单个发射元件22和单个接收元件24之间路由电磁辐射，且波导64包括多个分支，用于将电磁辐射从装置10的发射元件22路由到装置10的一个以上接收元件24。
在所述实施例中，使用位于柱塞上的印刷电路板(pcb)100实现波导的路由。pcb100包括图案化的金属特征102，其被成形和配置成在波导中路由电磁辐射。可以设想，这里关于图6a和6b描述的类型的pcb100也可以用于在柱塞中实现路由，所述柱塞不包括例如波导64的分支波导，但是其中每个波导将电磁辐射从装置10的单个发射元件22路由到单个接收元件24。
在一些实施例中，一个或多个波导可以设置有衰减部分，用于衰减由半导体装置10的一个/多个发射元件22发射的电磁辐射，然后将所述电磁辐射环回到装置10的一个/多个接收元件24。图7的实施例中示出了这样的例子。如图7所示，衰减部分90可以位于波导68内。用于衰减部分的合适材料包括吸收泡沫，例如可从ecosorb获得的那些。考虑到一个/多个发射元件22的发射功率可能超过单个接收元件24可接收的功率，衰减部分90可以允许半导体装置10的接收元件24接收来自半导体装置10的一个(或多个)发射元件22的电磁辐射。
在测量mmwave装置的rf参数的标准方法中，在验证、生产测试期间，在客户验证地点和在现场的修理车间中直接测量mmwave集成电路的rf参数。这通常需要mmwave测试实验室装备、标准化的测量天线和几个要标准化的测量参数。尽管这种测量的付出和成本很高，但是结果常常太不精确并且不能充分重复和再现。因此，由于变化的测量装备和几个其它难以标准化的参数，所述过程不适合于在变化的环境中进行精确的mmwave雷达测量。
如前所述，mmwave装置的测试可以通过形成环回路径来执行，其中由装置的发射元件发射的电磁辐射可以环回到装置的接收元件。这种测试可以包括以下步骤。
首先，可以在mmwaverf实验室中直接测量几个集成电路上的rf参数。然后，可以使用包含环回路径的外部装置来确定这些集成电路的rf参数。rf实验室可以将由实验室装备测量的rf参数与由环回方法测量的rf环回参数相关联。然后，在标准化条件下测量的rf环回参数可以用作参考。
因此，按照这种方法，向客户保证的是使用标准化环回装置通过环回测试测量的参数，而不是在mmwaverf实验室中测量的那些参数。换句话说，向用户保证的是在使用环回装置时由集成电路测量的接收功率和接收噪声电平。不能保证的是发射器输出功率或接收器噪声系数。
然后，环回装置可用于所有需要rf参数的场合，例如验证、生产测试、客户拒绝测试、在客户地点和汽车修理车间的测试。
图8示意性地示出用于使用环回方法测试这里所述类型的半导体装置的测试设置。所述设置包括测试设备100，所述测试设备100可以包括具有波导开口60的波导，用于将由被测装置10的发射元件22发射的电磁辐射循环至装置10的接收元件24。为了简单起见，图8所示的装置10包括单个发射元件22和单个接收元件，而测试设备包括两个相应的波导开口60和单个非分支波导。然而，应当理解，下面将要描述的原理也适用于装置10，所述装置10包括多于一个的发射元件22和/或接收元件24，并且适用于测试设备，所述测试设备包括对应的波导开口60，以及包括如关于图4和5所解释的分支波导的测试设备。
图8所示类型的测试设置的潜在问题是，测试设备100的波导开口60与被测装置10的辐射元件22、24未对准可能导致测试结果不准确。在图8中，将装置10的发射元件22和测试设备100的对应波导开口60之间的横向未对准表示为δxtx，而将装置10的接收元件22和测试设备100的对应波导开口60之间的未对准表示为δxrx。
图9示出上述未对准的影响。图9中的垂直轴表示装置10的发射元件22和测试设备100的对应波导开口60之间的耦合因数(以db为单位)(左侧曲线)和装置10的接收元件24和测试设备100的对应波导开口60之间的耦合因数(右侧曲线)。耦合因数显示为未对准δxtx(左侧曲线)和未对准δxrx(右侧曲线)的函数。注意，对于每个辐射元件22、24，假设当δxtx和δxrx为零时，即当每个辐射元件22、24及其对应波导开口60彼此直接相对地定位而没有任何横向未对准(由图9中的tx1和rx1表示)时，出现峰值耦合因数。从图9中的曲线可以看出，耦合因数随着正或负未对准δxtx、δxrx的增加而减小。
可以理解，假设发射元件22和接收元件24之间的固定横向间距等于测试设备100的对应波导开口60之间的固定横向距离，发射元件22和其对应的测试设备100的波导开口60之间的横向未对准导致接收元件24和其对应的测试设备100的波导开口60之间的对应横向未对准。也就是说，在图9中，通常δxtx＝δxrx。
图9中的tx2和rx2与小的未对准相对应，而tx3和rx3与较大的未对准相对应。由于辐射元件/波导开口的小的未对准，与tx1、rx1相比(δxtx＝δxrx＝0)，tx2、rx2处的每个辐射元件/波导开口对的耦合因数减小，而由于辐射元件/波导开口的较大的未对准，与tx2、rx2相比，tx3，rx3处的每个辐射元件/波导开口对的耦合因数另外减小。
根据本公开的实施例，有意使测试设备100的波导开口60之间的横向间距大于或小于装置10的对应发射元件22与接收元件24之间的横向间距。如现在将结合图10所解释的，这自动地(并且反直觉地)导致被测装置10的发射元件22和接收元件24与测试设备100的对应波导开口60之间的未对准。
类似于图9，图10示出了被测装置10的发射元件22和其对应的测试设备100的波导开口60之间的耦合因数(左侧曲线)，以及被测装置10的接收元件24和其对应的测试设备100的波导开口60之间的耦合因数(右侧曲线)。在所述实施例中，测试设备100的波导开口60之间的横向间距有意地小于发射元件22和接收元件24之间的横向间距。当测试设备100移动到其测量位置时，因此在发射元件22和其对应的波导开口60和/或接收元件24和其对应的波导开口60之间总是存在至少一些未对准。
在图10中，示出了测试设备100的三个示例位置：tx1，rx1；tx2，rx2；以及tx3，rx3。
注意，位置tx2，rx2在发射元件22和其对应的测试设备100的波导开口60之间以及在接收元件24和其对应的波导开口60之间引起等量的未对准(尽管方向相反)。也就是说，对于位置tx2，rx2，(δxtx＝-δxrx)。
在位置tx1，rx1处，发射元件22和其对应波导开口60之间的未对准相对于位置tx2，rx2减小，而接收元件24和其对应波导开口60之间的未对准增大。类似地，在位置tx3，rx3处，发射元件22和其对应波导开口60之间的未对准相对于位置tx2，rx2增大，而接收元件24和其对应波导开口60之间的未对准减小。因此，应当理解，存在由于相对于位置tx2，rx2的未对准而导致的总耦合因数的减小被抵消的趋势(考虑到环回测试布置要求穿过测试设备100的波导的电磁辐射在装置10和测试设备100之间耦合两次：一次在发射元件22处和一次在接收元件24处)。因此，上述有意减小测试设备100的波导开口60之间的横向间距导致耦合因数对测试设备100的波导开口60与被测装置10的波导开口之间的未对准(相对于位置tx2，rx2)的灵敏度总体减小。对于一阶近似，总耦合因数tx1 rx1≈tx2 rx2≈tx3 rx3。使用具有环回波导布置的测试设备100，这可以提高在此所述类型的半导体装置10上的测试的精度和可重复性。
例如参考图11可以理解，尽管在图10的实施例中，波导开口60之间的横向间距小于发射元件22和接收元件24之间的横向间距，但是在波导开口60之间的横向间距大于发射元件22和接收元件24之间的横向间距的情况下可以产生类似的益处。在图11中，再次示出了测试设备100的三个示例位置，尽管这次是针对其中波导开口60之间的横向间距大于发射元件22和接收元件24之间的横向间距的测试设备100：tx1，rx1；tx2，rx2；以及tx3，rx3。
同样，位置tx2，rx2在发射元件22和其对应的测试设备100的波导开口60之间以及在接收元件24和其对应的波导开口60之间引起等量的未对准(尽管方向相反)。也就是说，对于位置tx2，rx2，(-δxtx＝δxrx)。
在图11中，在位置tx1，rx1处，发射元件22和其对应波导开口60之间的未对准相对于位置tx2，rx2再次减小，而接收元件24和其对应波导开口60之间的未对准再次增大。类似地，在位置tx3，rx3处，发射元件22和其对应波导开口60之间的未对准相对于位置tx2，rx2再次增大，而接收元件24和其对应波导开口60之间的未对准再次减小。因此，将再次认识到，存在由于相对于位置tx2，rx2的未对准而导致的总耦合因数减小被抵消的趋势。因此，上述有意增大测试设备100的波导开口60之间的横向间距导致耦合因数对测试设备100的波导开口60与被测装置10的波导开口之间的未对准(相对于位置tx2，rx2)的灵敏度总体减小。同样，对于一阶近似，总耦合因数tx1 rx1≈tx2 rx2≈tx3 rx3。与图10的实施例一样，使用具有环回波导布置的测试设备100，这因此可以提高在此所述类型的半导体装置10上的测试的精度和可重复性。
测试设备100的波导开口60之间的横向间距可以与发射元件22和接收元件24之间的横向间距相差(即前者大于或小于后者)一个量，所述量例如可以根据耦合因数曲线的形状(例如斜率、宽度等)来选择。通常可以设想测试设备100的波导开口60之间的间距可以比对应的装置10的发射元件22和接收元件24之间的间距大或小至少0.1％，或至少1％。
根据本公开的实施例，在波导开口之间的有意的更小或更大的横向间距可以在任何测试设备中使用，所述测试设备具有：
用于测试半导体装置的测试设备，所述测试设备包括：
用于靠着装置的表面放置的表面；以及
至少一个波导，其中每个波导延伸穿过测试设备，用于将由装置的所述发射元件中的一个发射元件发射的电磁辐射路由到装置的接收元件中的一个接收元件，其中每个波导包括用于电磁耦合到位于装置的表面处的多个辐射元件中的对应辐射元件的多个波导开口。
例如，测试设备可以包括上面关于图1a到7中任何一个描述的类型的测试设备，尽管可以设想在这些实施例中可以存在或不存在先前描述的电介质部分40。
被测半导体装置可以包括集成电路和位于装置的表面处的多个外部辐射元件，外部辐射元件包括至少一个发射元件和至少一个接收元件。作为例子，被测装置可以是上面关于图1a到7中任何一个描述的类型的装置10。
例如关于图1a至图1c所描述的对包括封装内天线(aip)或封装内发射器(lip)的半导体装置10的测试通常不仅仅涉及涉及对装置10的辐射元件的测试。所述测试还可以涉及测试装置10的任何内部天线(例如图1b所示的带状线天线12、14或图1c所示的发射元件32和接收元件34)。测试还可以涉及所谓的“人造电介质”，这是确保发射元件和接收元件具有预期的方向特性的结构。
温度循环、老化和/或生产变化/缺陷可能会导致以不同方式显现的缺陷。在一些情况下，装置10的发射元件或接收元件中的一个的位置可以被移位到与制造期间预期的位置不同的位置。更频繁的情况是，几何天线位置可以保持相同，但是视在(apparent)天线位置(即根据天线方向性的有效位置)可以改变。这可能会使装置的天线的rf性质(例如增益、方向性)改变，就像天线的位置已经改变一样，即使天线的实际位置可能保持不变。希望在环回测试过程中也考虑这些影响。虽然希望这些测量对测试设备的未对准不敏感，但也希望它们对天线本身的任何变化(实际的或视在的)敏感。
图12示出了被测装置10的发射元件22和测试设备100中与所述发射元件22对应的波导开口60之间的耦合因数，以及被测装置10的接收元件24和测试设备100中与所述接收元件24对应的波导开口60之间的耦合因数。在图12中，假定测试设备100中的波导开口60之间的横向间距小于发射元件22和接收元件24之间的横向间距，如上面关于图10所述。
在图12中，位置tx，rx2被认为是“标称”位置，并且与图10中的位置tx2，rx2相对应。图12还示出了与tx，rx2的两个示例偏差，即tx，rx1和tx，rx3。tx，rx1和tx，rx3各自与半导体装置10的发射元件22和接收元件24之间的横向间距的变化(实际的或视在的)相对应。具体地说，在tx，rx1的情况下，发射元件22和接收元件24之间的横向间距增大，而在tx，rx3的情况下，发射元件22和接收元件24之间的横向间距减小。
可以看出，与tx2，rx2相比，距离(tx，rx3)的轻微增大导致接收元件24处的耦合更差。同样，距离(tx，rx1)的轻微减小导致接收元件24处的耦合更好。因此，与标准情况tx rx2相比，总环回发射因数tx rx1、tx rx3的变化在所述例子中是大的(tx rx1>>tx rx2；tx rx3<<tx rx2)。因此，可以理解，尽管测试设备100的波导开口之间的横向间距有意地不同于由tx，rx2表示的“标称”间距，但测试过程对被测装置10的辐射元件中的横向间距的变化的灵敏度通常较大。尽管已经在假设波导开口60的横向间距有意地小于被测装置10的发射元件22和接收元件24的横向间距(按照图10)的情况下解释了图12。应当理解，对于波导开口60的横向间距，测试过程对被测装置10的辐射元件中的横向间距的变化的灵敏度通常也较大，所述横向间距有意地大于被测装置10的发射元件22和接收元件24的横向间距(按照图11)。
因此，已经描述了用于测试半导体装置的测试设备和方法。半导体装置包括集成电路和位于装置的表面处的多个外部辐射元件。外部辐射元件包括至少一个发射元件和接收元件。测试设备包括柱塞。柱塞包括具有用于靠着装置的表面放置的表面的电介质部分。柱塞还包括至少一个波导。每个波导延伸穿过柱塞，以将由装置的发射元件中的一个发射元件发射的电磁辐射路由到装置的接收元件中的一个接收元件。每个波导包括用于电磁耦合到装置的对应辐射元件的多个波导开口。电介质部分被配置成提供匹配界面，以供波导开口与装置的多个外部辐射元件进行电磁耦合。
尽管已经描述了本公开的特定实施例，但是应当理解，可以在权利要求的范围内进行许多修改/添加和/或替换。
1.一种用于测试半导体装置的测试设备，其特征在于，所述半导体装置包括集成电路和位于所述装置的表面处的多个外部辐射元件，所述辐射元件包括至少一个发射元件和至少一个接收元件，所述测试设备包括：
柱塞，所述柱塞包括：
电介质部分，所述电介质部分具有用于靠着所述装置的所述表面放置的表面；以及
至少一个波导，其中每个波导延伸穿过所述柱塞，以将由所述装置的所述发射元件中的一个发射元件发射的电磁辐射路由到所述装置的所述接收元件中的一个接收元件，其中每个波导包括用于电磁耦合到位于所述装置的所述表面处的所述多个辐射元件中的对应辐射元件的多个波导开口，
其中所述电介质部分被配置成提供匹配界面，以供所述柱塞的所述多个波导开口与所述装置的所述多个辐射元件进行所述电磁耦合。
2.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述电介质部分具有在位于所述装置的表面处的所述多个辐射元件与所述柱塞的所述多个波导开口之间测量的厚度，所述厚度基本上等于λ/2，其中λ是所述电介质部分中所述电磁辐射的波长。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的测试设备，其特征在于，所述电介质部分包括弯曲表面，所述弯曲表面用于将由所述装置的多个发射元件发射的电磁辐射耦合到所述多个波导开口中的开口。
4.根据在前的任一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，所述电介质部分另外被配置成提供密封件，以防止在使用所述测试设备测试所述半导体装置期间气流穿过所述半导体装置的所述辐射元件和/或穿过所述柱塞的所述多个波导开口。
5.根据在前的任一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，另外包括位于所述柱塞的所述至少一个波导中的至少一个波导中的衰减部分。
6.根据在前的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述波导中的至少一个波导被配置成将由所述装置的所述发射元件中的一个发射元件发射的电磁辐射路由到所述装置的多个接收元件。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述波导包括：
第一分支，用于传送由所述发射元件发射的电磁辐射；以及
耦合到所述第一分支的至少两个另外的分支，用于将所述电磁辐射路由到所述多个接收元件。
8.根据在前的任一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，所述电介质部分包括高密度聚乙烯(hdpe)、聚碳酸酯或陶瓷材料。
9.一种设备，其特征在于，包括在前的任一项权利要求所述的测试设备和所述半导体装置。
10.一种测试半导体装置的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供半导体装置，所述半导体装置包括集成电路和位于所述装置的表面处的多个外部辐射元件，所述外部辐射元件包括至少一个发射元件和至少一个接收元件；
提供测试设备，所述测试设备包括：
柱塞，所述柱塞包括：
电介质部分，所述电介质部分具有用于靠着所述装置的所述表面放置的表面；以及
至少一个波导，其中每个波导延伸穿过所述柱塞，以将由所述装置的所述发射元件中的一个发射元件发射的电磁辐射路由到所述装置的所述接收元件中的一个接收元件，其中每个波导包括用于电磁耦合到位于所述装置的所述表面处的所述多个辐射元件中的对应辐射元件的多个波导开口，
其中所述电介质部分被配置成提供匹配界面，以供所述柱塞的所述多个波导开口与所述装置的所述多个外部辐射元件进行所述电磁耦合；
将所述柱塞的所述电介质部分的所述表面靠着所述装置的所述表面放置；以及
经由所述柱塞的至少一个波导将电磁辐射从至少一个所述发射元件发射到至少一个所述接收元件。
技术总结