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DE3925552A1 - SCAN HEAD - Google Patents

SCAN HEAD

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DE3925552A1
DE3925552A1 DE19893925552 DE3925552A DE3925552A1 DE 3925552 A1 DE3925552 A1 DE 3925552A1 DE 19893925552 DE19893925552 DE 19893925552 DE 3925552 A DE3925552 A DE 3925552A DE 3925552 A1 DE3925552 A1 DE 3925552A1
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Heinz Prof Dr Rer Nat Beneking
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Telefunken Electronic GmbH
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Abstract

The scanning head (1) has a movable holder (7) on which an opto-electronic switch (5) is mounted to activate the head. The head has contact points (2a,3a) for making contact with the conductor path system of an integrated circuit at selected positions. The contact points are joined to conductor path shaped electrodes (2,3) installed on the head. The electrodes are coupled to a coaxial terminal lead (4). One electrode (3) is divided, the parts being connected to the terminal contacts of the switch (5). The latter can be activated by a laser arriving by an optical fibre (6). USE/ADVANTAGE - Picking up signals from selectable points of measuring lead of measuring system. Simple signal generation.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abtastkopf zur Erzeugung und zum Nachweis kurzer elektrischer Signale.The invention relates to a scanning head for generation and for the detection of short electrical signals.

Die moderne Digital-Elektronik verlangt Meßsysteme mit extrem hoher Zeitauflösung; diese wird wesentlich durch das Verhalten der Abtasteinrichtung bestimmt. Für sehr kurze elektrische Signale kann ein Abtastkopf als Echtzeit-Meßkopf eingesetzt werden, um die Antwort eines Testobjekts auf eine Ansteuerung aufzunehmen; beispielsweise kann damit die elektrische Pulsform hin­ ter einem aktiven Bauelement ausgemessen werden, die bei einer impuisartigen Ansteuerung dieses Bauelements mit Hilfe des gleichen Abtastkopfes vorliegt. Von Auston (D.H. Auston, Picosecond optoelectronic switching and gating in silicon, Appl. Phys. Lett. 26, 101-106, (1975)) wurde die opto-elektronische Korrela­ tions-Meßtechnik eingeführt, bei der im Abtastkopf als Abtasttor oder "Gate", laseraktivierte Schalter (Foto­ leiter) eingesetzt werden, mit deren Hilfe sehr kurze Steuerpulse generiert werden können. Da Laserpulse mit einer Zeitdauer von weniger als 1 ps erzeugt werden können, hängt die Auflösung der Meßsysteme praktisch nur vom Zeitverhalten der Abtasttore ab.Modern digital electronics also require measuring systems extremely high time resolution; this becomes essential through determines the behavior of the scanner. A scanning head can be used for very short electrical signals be used as a real time measuring head to get the answer to record a test object on a control; for example, the electrical pulse shape can be used ter be measured an active component, the with impulse-like control of this component with the help of the same scanning head. By Auston (D.H. Auston, Picosecond optoelectronic switching and gating in silicon, Appl. Phys. Lett. 26, 101-106, (1975)) became the opto-electronic correla tion measurement technology introduced in the in the readhead as Scanning gate or "gate", laser activated switch (photo ladder) can be used with the help of very short Control pulses can be generated. Because laser pulses with of less than 1 ps can, the resolution of the measuring systems depends practically only depending on the timing of the scanning gates.

Es wurde bereits vorgeschlagen (G.A. Mourou, Picosecond Electro-Optic Sampling, in High-Speed Electronics, Springer Series in Electronics and Photonics 22, 191-199, (1986)), zur Signaldetektion beim Abtasttor des Abtastkopfes den elektro-optischen Effekt einzusetzen, um dessen Vorteil der praktisch fehlenden Zeitverzöge­ rung auszunutzen.It has already been proposed (G.A. Mourou, Picosecond Electro-optic sampling, in high-speed electronics, Springer Series in Electronics and Photonics 22, 191-199, (1986)), for signal detection at the scanning gate of the  Scanning head to use the electro-optical effect, for the benefit of the practically missing time delays exploitation.

Allerdings müssen dann spezielle elektro-optisch aktive Materialien verwendet werden, so daß in einer inte­ grierten Schaltung, z.B. einem Streifenleitungssystem, eine Messung nur durch Übergang auf dieses besondere Material möglich ist; das gewählte Kristall-Substrat­ material muß zudem den elektro-optischen Effekt bei der Wellenlänge des Abtast-Laserimpulses zeigen.However, then special electro-optically active Materials are used so that in an inte circuit, e.g. a stripline system, a measurement only by transitioning to that particular one Material is possible; the chosen crystal substrate The material must also have the electro-optical effect Show wavelength of the scanning laser pulse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abtast­ kopf eines Meßsystems anzugeben, mit dem eine einfache Signalgeneration und Entnahme des Abtastsignals an be­ liebigen Stellen einer Meßleitung möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Ab­ tastkopf eine bewegliche Halterung besitzt, auf der ein der Aktivierung des Abtastkopfs dienender opto-elektro­ nischer Schalter angeordnet ist, und daß der Abtastkopf über Kontaktflecken an beliebigen Stellen mit dem Leit­ bahnsystem einer integrierten Schaltung kontaktierbar ist.The invention has for its object a scan specify the head of a measuring system with which a simple Signal generation and extraction of the scanning signal at be arbitrary places of a measuring line is possible. This is achieved in that the Ab probe has a movable holder on which a opto-electro serving to activate the scanning head African switch is arranged, and that the scanning head via contact spots at any point with the guide Rail system of an integrated circuit can be contacted is.

Mit Hilfe dieses flexiblen Meßsystems kann jede belie­ bige Schaltung untersucht werden; weder Meßsystem noch Schaltung muß speziell für den Zweck der Messung konzi­ piert werden.With the help of this flexible measuring system, everyone can bige circuit are examined; neither measuring system nor Circuit must be specifically for the purpose of measurement be pierced.

Die Bewegung des Abtastkopfes kann manuell oder vorzugs­ weise mittels eines Manipulators vorgenommen werden; dabei müssen die Kontaktflecken des Abtastkopfes direk­ ten Kontakt mit der Stelle der Leitbahnstruktur besit­ zen, an der die Abtastung stattfinden soll.The movement of the scanning head can be manual or preferred be done by means of a manipulator; the contact pads of the scanning head must be direct Contact with the location of the interconnect structure at which the scanning is to take place.

Anders als beim integrierten Einbau des Abtastkopfs in eine Schaltung, kann das Material des opto-elektroni­ schen Schalters unabhängig vom Substrat-Material der Schaltung gewählt werden; beispielsweise kann in einer Siliziumschaltung ein Schalter aus eisendotiertem Indiumphosphid Verwendung finden. Das Material für den Schalter kann frei gewählt und auf die erforderliche Pulslänge abgestimmt werden.Unlike the integrated installation of the scanning head in a circuit, the material of the opto-electroni switch regardless of the substrate material of the  Circuit can be selected; for example, in a Silicon circuit a switch made of iron doped Find indium phosphide. The material for the Switch can be chosen freely and on the required Pulse length can be matched.

Der Elektrodenabstand des Schalters und der geometri­ sche Aufbau des Tastkopfs muß so gewählt werden, daß eine sichere Kontaktierung sowohl des aktiven Leiters als auch der Masseverbindung des Schalters möglich ist. Bei Verwendung einer koplanaren Leitung mit Mittellei­ ter und geerdeten Außenleitern kann dies sehr einfach bewerkstelligt werden.The electrode distance of the switch and the geometri cal design of the probe must be chosen so that secure contacting of both the active conductor as well as the ground connection of the switch is possible. When using a coplanar cable with a central cable ter and grounded outer conductors, this can be done very easily be accomplished.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen beschrieben werden.The invention is based on execution examples are described.

In der Fig. 1 ist der Abtastkopf eines Meßsystems dar­ gestellt.In Fig. 1, the scanning head of a measuring system is provided.

Die Fig. 2 zeigt den Einsatz eines derartigen Abtast­ kopfes bei einer auf einem Grundsubstrat angeordneten koplanaren Meßleitung. Fig. 2 shows the use of such a scanning head in a coplanar measuring line arranged on a base substrate.

In der Fig. 3 ist eine andere Anordnung des Abtastkop­ fes dargestellt.In FIG. 3, another arrangement of the Abtastkop fes is illustrated.

Gemäß der Fig. 1 besitzt der Abtastkopf 1 eine Halte­ rung 7, die beispielsweise mittels eines Manipulators verschiebbar ist. Die Halterung 7 besteht aus einem isoiierenden Material, beispielsweise einer Al2O3- Keramik, und besitzt beispielsweise die Abmessung 5 mm × 15 mm. Das untere Ende der Halterung 7 trägt zwei schmale Kontaktflecken 2a, 3a, von denen der Kontakt­ fleck 2a als Masse-Elektrode 2 abgeführt ist, während der andere "aktive" Kontaktfleck 3a direkt zu einem Anschlußkontakt des opto-elektronischen Schalters 5 führt, von dessen zweiten Anschlußkontakt eine zweite Elektrode 3 abgeführt wird. Die Elektroden 2 und 3 münden beispielsweise in die Anschlüsse einer Koaxial­ leitung 4, wobei die Elektrode 3 über die Durchkontak­ tierung 12 mit dem Mittelleiter der Koaxialleitung 4 verbunden ist. Die Lichtaktivierung des opto-elektroni­ schen Schalters 5 erfolgt über eine Lichtleitfaser 6, mit dessen Hilfe die kurzen Steuerpulse des aktivieren­ den Lasers 8 (Fig. 2) zum kurzzeitigen Anschalten des Schalters 5 übertragen werden.According to FIG. 1, the scanning head 1 has a holding funds 7, which is displaceable, for example by means of a manipulator. The holder 7 consists of an insulating material, for example an Al 2 O 3 ceramic, and has, for example, the dimensions 5 mm × 15 mm. The lower end of the holder 7 carries two narrow contact pads 2 a, 3 a, of which the contact spot 2 a is removed as a ground electrode 2 , while the other "active" contact pad 3 a directly to a connection contact of the opto-electronic switch 5th leads, from whose second connection contact a second electrode 3 is removed. The electrodes 2 and 3 open, for example, into the connections of a coaxial line 4 , the electrode 3 being connected via the through contact 12 to the center conductor of the coaxial line 4 . The light activation of the opto-electronic switch's 5 takes place via an optical fiber 6 , with the aid of which the short control pulses of the activate the laser 8 ( FIG. 2) are transmitted for the brief activation of the switch 5 .

Gemäß Fig. 2 ist eine koplanare Meßleitung auf einem isolierenden Substrat 9, beispielsweise einer Al2O3- Keramik, angeordnet; wahlweise kann auch ein semi­ isolierendes Substrat, beispielsweise ein Gallium- Arsenid-Substrat verwendet werden. Die koplanare Lei­ tung besteht dabei aus dem Mittelleiter 10, der beid­ seitig von den geerdeten Außenleitern 11 umgeben ist. Der Abtastkopf 1 ist an einer beliebigen Stelle des Mit­ telleiters 10 mittels des Kontaktfleckes 3a und gleich­ zeitig mit einem Außenleiter 11 mittels des Kontakt­ flecks 2a elektrisch kontaktiert. Der opto-elektro­ nische Schalter 5 ist unmittelbar neben der Kontaktie­ rungsstelle angeordnet und wird über die Lichtleitfaser 6 angeregt.According to FIG. 2, a coplanar measuring line is arranged on an insulating substrate 9 , for example an Al 2 O 3 ceramic; optionally, a semi-insulating substrate, for example a gallium arsenide substrate, can also be used. The coplanar Lei device consists of the center conductor 10 , which is surrounded on both sides by the grounded outer conductors 11 . The scanning head 1 is electrically contacted at any point with the conductor 10 by means of the contact spot 3 a and simultaneously with an outer conductor 11 by means of the contact spot 2 a. The optoelectronic switch 5 is arranged directly next to the contact point and is excited via the optical fiber 6 .

Gemäß der Fig. 3 kann der erfindungsgemäße Abtastkopf 1 auch flach aufliegbar ausgeführt werden.According to FIG. 3, the scanning head 1 according to the invention can also be designed to lie flat.

Die Bezugsziffern der Fig. 3 entsprechen denjenigen der Fig. 2, mit der Bezugsziffer 7a ist die bewegliche Hal­ terung gekennzeichnet.The reference numerals of FIG. 3 correspond to those of Fig. 2, the reference numeral 7 a, the movable Hal in esterification.

Der erfindungsgemäße Abtastkopf kann beispielsweise in einem Meßsystem zur Erzeugung kurzer Steuerpulse ver­ wendet werden, indem über die Koaxialleitung 4 eine passend gewählte Steuer-Gleichspannung angelegt wird, die kurzzeitig über den durch die Lichtleitfaser 6 ak­ tivierten Fotoleitungsschalter 5 an das zu untersuchen­ de System angekoppelt wird.The scanning head according to the invention can be used, for example, in a measuring system for generating short control pulses by applying a suitably selected control DC voltage via the coaxial line 4 , which is briefly coupled to the system to be examined via the photo-line switch 5 activated by the optical fiber 6 .

Beim Einsatz des Abtastkopfes in einem Korrelations- Meßgerät wird ein kurzer Steuerpuls erzeugt, der das Testobjekt durchläuft und anschließend wieder vom gleichen Abtastkopf abgetastet wird; die elektrische Auswertung erfolgt beispielsweise über das Koaxialkabel 4. Zwei solcher Abtastköpfe bilden dann ein flexibles Meßsystem, wobei beim zweiten Abtastkopf anstelle der elektrischen Auswertung über das Koaxialkabel lediglich die Steuer-Gleichspannung angelegt wird. Die beiden Ausgänge der Abtastköpfe werden mit einem Korrelator verbunden; damit läßt sich beispielsweise die Zeit­ verzögerung zwischen den beiden Signalen bestimmen, die für die Auswertung der Übertragungsfunktion von Be­ deutung ist.When the scanning head is used in a correlation measuring device, a short control pulse is generated which passes through the test object and is then scanned again by the same scanning head; the electrical evaluation takes place, for example, via the coaxial cable 4 . Two such scanning heads then form a flexible measuring system, with the second scanning head only applying the control direct voltage instead of the electrical evaluation via the coaxial cable. The two outputs of the scanning heads are connected to a correlator; this can be used, for example, to determine the time delay between the two signals, which is important for the evaluation of the transfer function.

Claims (8)

1. Abtastkopf zur Erzeugung und zum Nachweis kurzer elektrischer Signale, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf (1) eine bewegliche Halterung (7) besitzt, auf der ein der Aktivierung des Abtastkopfs (1) dienen­ der opto-elektronischer Schalter (5) angeordnet ist, und daß der Abtastkopf (1) über Kontaktflecken (2a, 3a) an beliebigen Stellen mit dem Leitbahnsystem (10, 11) einer integrierten Schaltung kontaktierbar ist.1. scanning head for generating and detecting short electrical signals, characterized in that the scanning head ( 1 ) has a movable holder ( 7 ) on which an activation of the scanning head ( 1 ) serve the opto-electronic switch ( 5 ) is arranged , and that the scanning head ( 1 ) via contact spots ( 2 a, 3 a) can be contacted at any point with the interconnect system ( 10 , 11 ) of an integrated circuit. 2. Abtastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflecken (2a, 3a) mit auf dem Abtastkopf (1) angeordneten leitbahnförmigen Elektroden (2, 3) verbunden sind, die mit einer Koaxial-Anschlußleitung (4) in Verbindung stehen, und daß eine der Elektroden (3) unterteilt ist und die Teile dieser Elektrode an die beiden Anschlußkontakte des opto-elektronischen Schalters (5) angeschlossen sind.2. Scanning head according to claim 1, characterized in that the contact pads ( 2 a, 3 a) are connected to the scanning head ( 1 ) arranged interconnect electrodes ( 2 , 3 ) which are connected to a coaxial connecting line ( 4 ) , and that one of the electrodes ( 3 ) is divided and the parts of this electrode are connected to the two connection contacts of the opto-electronic switch ( 5 ). 3. Abtastkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der opto-elektronische Schalter (5) durch einen Laser (8) aktiviert wird, und daß die Lichtzufüh­ rung vom Laser (8) zum opto-elektronischen Schalter (5) mittels einer Lichtleitfaser (6) erfolgt.3. Read head according to claim 1 or 2, characterized in that the opto-electronic switch ( 5 ) is activated by a laser ( 8 ), and that the light supply from the laser ( 8 ) to the opto-electronic switch ( 5 ) by means an optical fiber ( 6 ). 4. Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (7) des Abtastkopfs (1) mittels eines Manipulators verschiebbar ist. 4. Read head according to one of claims 1 to 3, characterized in that the holder ( 7 ) of the read head ( 1 ) is displaceable by means of a manipulator. 5. Verwendung eines Abtastkopfes nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4 zur Detektion eines zeitlich variierenden Signals auf einer elektrischen Leitung.5. Use of a scanning head according to one of the claims che 1 to 4 for the detection of a time-varying Signal on an electrical line. 6. Verwendung eines Abtastkopfes nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4 zur Einblendung eines elektrischen Impulses in eine integrierte Schaltung.6. Use of a scanning head according to one of the claims che 1 to 4 for fading in an electrical pulse into an integrated circuit. 7. Verwendung eines Abtastkopfes nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4 zur Entnahme eines elektrischen Impulses aus einer integrierten Schaltung.7. Use of a scanning head according to one of the claims che 1 to 4 for taking an electrical pulse from an integrated circuit. 8. Verwendung eines Abtastkopfes nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4 in einem Korrelations-Meßsystem.8. Use of a scanning head according to one of the claims che 1 to 4 in a correlation measurement system.
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