從傳統上講，射頻探針的接觸是用鈹（beryllium）-銅（BeCu）制作的。而且人們最早采用射頻探針技術(shù)與今天的工具是很不相同的，之后工程師在探針技術(shù)上取得了突破，才確定了射頻探針的基本要求和工作原理，
射頻（RF）探針在射頻產(chǎn)品生命周期中幾乎每一個(gè)階段都起著(zhù)重要作用：從技術(shù)開(kāi)發(fā)，模型參數提取，設計驗證及調試一直到小規模生產(chǎn)測試和最終的生產(chǎn)測試。通過(guò)使用射頻探針，人們便有可能在晶片層次上測量射頻組件的真正特性。這可以將研究和開(kāi)發(fā)時(shí)間縮短并且大大降低開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的成本。
在僅僅三十年的時(shí)間里，射頻探針技術(shù)便取得了驚人的進(jìn)步，從低頻測量到適用多種應用場(chǎng)合的商用方案：如在110GHz高頻和高溫環(huán)境進(jìn)行阻抗匹配，多端口，差分和混合信號的測量裝置，連續波模式中直到60W的高功率測量，以及直到750GHz的太赫茲應用，都能見(jiàn)到射頻探針的身影。
人們最早采用射頻探針技術(shù)與今天的工具是很不相同的，早期探針使用了由一個(gè)很短的線(xiàn)極尖（wire TIp）而逐漸收斂的50-Ω微帶線(xiàn)，通過(guò)探針基片上一個(gè)小孔而與被測器件（DUT）的壓點(diǎn)（pad）相接觸。此時(shí)，其技術(shù)難度在于如何突破4GHz時(shí)實(shí)現可重復測量。雖然有可能通過(guò)校準過(guò)程來(lái)剔除一個(gè)接觸線(xiàn)極尖相對較大的串聯(lián)電感的影響，但當圓晶片的夾具被移動(dòng)時(shí)，線(xiàn)極尖的輻射阻抗會(huì )有較大的變化。高頻測量使用的極尖設計與用于直流和低頻測量的極尖不同，而且必須使50-Ω環(huán)境盡可能地接近于DUT壓點(diǎn)。
之后工程師在探針技術(shù)上取得了突破。確定了射頻探針的基本要求和工作原理：
1） 探針的50-Ω平面傳輸線(xiàn)應當直接與DUT壓點(diǎn)相接觸而不用接觸導線(xiàn)。對于微帶線(xiàn)和隨后的共面探針設計，探針的接觸是用小的金屬球來(lái)實(shí)現的，這個(gè)金屬球要足夠大以保證可靠且可重復性的接觸。
2） 為了能同時(shí)接觸到DUT的信號壓點(diǎn)和接地壓點(diǎn)，需要將探針傾斜。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為“探針的平面化”。
3） 探針的接觸重復性比同軸連接器的可重復性要好得多。便于進(jìn)行探針極尖和在片標準及專(zhuān)用校準方法的開(kāi)發(fā)。
4）具有很高重復性的接觸可以進(jìn)行探針的準確校準并將測量參考平面移向其極尖處。 來(lái)自探針線(xiàn)和到同軸連接器的過(guò)渡所產(chǎn)生的探針的損耗及反射是通過(guò)由射頻電纜和連接器的誤差相類(lèi)似的方式而抵消的。
5） 由于其很小的幾何尺寸，人們可以假設平面標準件的等效模型純粹是集總式的。此外，人們可以從標準件的幾何尺寸來(lái)很容易地預測模型參數。
隨著(zhù)探針的設計從微帶線(xiàn)變換到共面波導（CPW），探針的制造就變得很容易了（圖1）。 Tektronix公司最終將探針從“自己動(dòng)手”的工具轉換為逐漸形成的射頻半導體工業(yè)的一種真正的產(chǎn)品（圖2）。這預示著(zhù)圓晶片層次射頻測量時(shí)代的開(kāi)始。
圖1 基于陶瓷共面線(xiàn)的晶片探針設計
圖2（a）共面探針的頂視圖和側視圖
?。?/font>b）經(jīng)過(guò)修正的各種在片阻抗標準件的一端口測量
在80年代初，Tektronix公司推出了最早的射頻圓晶片探針模型TMP9600和藍寶石校準基片CAL96（圖3）。探針的主要開(kāi)發(fā)者Eric Strid和Reed Gleason于1983年創(chuàng )辦了Cascade Microtech公司并推出了WPH探針。這兩個(gè)公司曾經(jīng)在若干年間提供著(zhù)非常類(lèi)似的射頻探針，一直到Tektronix公司于90年代初最終退出了圓晶片探針這個(gè)業(yè)務(wù)。在這樣的機會(huì )下，CascadeMicrotech憑借著(zhù)與Hewlett Packard公司之間的良好關(guān)系，便成為工業(yè)界射頻探針最主要的供應商。
圖3 （a）第一個(gè)商用的藍寶石校準基片CAL96；
?。?/font>b）來(lái)自Tektronix公司的射頻圓晶探針TMP9600；
?。?/font>c）來(lái)自Cascade Microtech公司的WPH探針。
WPH探針的頻率在很短的時(shí)間內就擴大到26GHz，并且在1987年達到了50GHz，以滿(mǎn)足迅速開(kāi)發(fā)的單片微波集成電路（MMIC）的需要。V-波段和W-波段探針?lè )謩e于1991年和1993年出現。1988年，Cascade推出了用于規?；a(chǎn)應用的26.5GHz系列極尖可替換的探針（RTP）?，F在，人們無(wú)需從測試臺上將探針主體移動(dòng)便可以迅速更換陶瓷極尖。WPH探針對80年代和90年代微波技術(shù)開(kāi)發(fā)做出了貢獻，但存在若干個(gè)技術(shù)上的局限。最關(guān)鍵的局限在于脆弱的陶瓷CPW線(xiàn)。即使施加高于建議值的一個(gè)最小的力（例如，為了達到更好的接觸）都會(huì )損壞探針。許多工程師將這個(gè)時(shí)刻稱(chēng)為“死亡之聲”。陶瓷探針破裂的聲音通常還會(huì )將整個(gè)項目推向窮途末路，因為對于大學(xué)和小的研究室來(lái)說(shuō)探針是非常昂貴的。雖然引入了RTP系列，但陶瓷探針還是被別的技術(shù)擠出了市場(chǎng)。
當GGB工業(yè)公司為基于微同軸電纜的射頻探針申請專(zhuān)利時(shí)，1988年便成為另一個(gè)里程碑。采用微同軸電纜作為中間過(guò)渡媒質(zhì)具有下列這些好處：
1） 機械方面的顯著(zhù)改善延長(cháng)了探針的壽命。
2） 被損壞的探針可以通過(guò)一種相對較為容易且并不昂貴的方式而重新敲打出來(lái)。
3） 電器特性得到了改善。
4） 簡(jiǎn)化制造工藝。
5） 降低成本。
在1993年，GGB公司在IEEE理論和技術(shù)協(xié)會(huì )的國際微波年會(huì )上（IMS）介紹了W-波段探針。在1999年，它們的探針達到了220GHz，在2006年又進(jìn)一步擴展到325GHz，在2012年又達到了500GHz。加上與供應商的密切合作，如Karl Suss（后來(lái)的SUSS MicroTech），GGB工業(yè)公司成為全世界射頻市場(chǎng)上最有影響力的公司之一。
同時(shí)期，Cascade公司在1994年的第43屆春季ARFTG會(huì )議上展示了新型的40-GHz空氣-共面探針（ACP）（圖5）。幾年之內，ACP探針迅速達到了110GHz（1-mm連接器模型）和140GHz（基于波導模型），代替了WPH生產(chǎn)線(xiàn)。到目前為止，由于A(yíng)CP的柔軟及無(wú)損式接觸，許多工程師喜歡將ACP用于探測金壓點(diǎn)。
圖4來(lái)自GGB 工業(yè)公司的Picoprobe 探針
圖5 Cascade Microtech 公司的ACP 探針
圖6∣Z∣-探針模型。
圖7 Cascade Microtech 公司的Infinity 探針
在2000年，Rosenberger公司強勢推出了一個(gè)用于PCB應用、具有明顯超過(guò)傳統技術(shù)的射頻探針的新概念，將探針的幾何尺寸縮小到圓晶片層次所要求的水平，并于2001年推出了新的射頻圓晶探針∣Z∣-探針。∣Z∣-探針可以覆蓋40GHz范圍并且實(shí)現了若干種創(chuàng )新思想。
1） 這個(gè)探針沒(méi)有使用微同軸電纜。實(shí)現了從同軸連接到空氣絕緣共面接觸線(xiàn)的直接過(guò)渡。
2） 這個(gè)過(guò)渡是在探針體內制作的，這便允許對過(guò)渡點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)準確的優(yōu)化，從而將可能的不連續性減到最小。
3） 共面接觸是采用一個(gè)紫外光刻和電鍍工藝（UV-LIGA）制作的，這個(gè)工藝與制作MEMS 產(chǎn)品的工藝類(lèi)似。其極高的精度和可重復性可以形成CPW線(xiàn)和一個(gè)恒定的空氣氣隙非常準確的形狀。
在90年代中期，硅被大量應用于射頻領(lǐng)域。這給射頻探針的制作帶來(lái)一些挑戰。從傳統上講，射頻探針的接觸是用鈹（beryllium）-銅（BeCu）制作的。在探測硅器件和電路的鋁接觸壓點(diǎn)時(shí)，這種材料就會(huì )變得很麻煩。BeCu極尖的迅速氧化和臟物的累積會(huì )導致對鋁接觸壓點(diǎn)的接觸重復性的極大降低。為了解決這個(gè)問(wèn)題，供應商提供了帶有鎢（W）極尖的射頻探針。操作多用途測量裝置的測試工程師們在每次改變DUT類(lèi)型（硅或III-V族復合物半導體）時(shí)，都被迫要更換探針，即使測試的頻率范圍保持不變。∣Z∣-探針也致力于解決這種不便之處。共面接觸是由鎳（Ni）來(lái)制作的，在與鋁和金的接觸壓點(diǎn)上均展示出最佳的接觸性能。隨后，其它射頻探針的供應商也開(kāi)始提供用Ni或Ni合金來(lái)制作極尖的多用途探針。
隨著(zhù)對MOS和BICMOS器件的射頻特性及縮小DUT接觸點(diǎn)尺寸不斷增長(cháng)的需求， CascadeMicrotech公司在2002年的第59屆春季自動(dòng)射頻技術(shù)組織（AutomaTIc RF Techniques Group-ARFTG）微波測量大會(huì )上介紹了基于薄膜技術(shù)的新的圓晶探針。這個(gè)方法是基于Cascade公司的Pyramid Probe Card 技術(shù)。在一個(gè)柔軟的聚酰亞胺薄膜基片上的微帶線(xiàn)從同軸線(xiàn)通過(guò)非氧化稀有金屬探針極尖向DUT傳輸信號。Ni探針極尖的接觸面積大約為12μm x12 μm，從而可以探測極小的接觸壓點(diǎn)。這個(gè)新型的Infinity 探針展示了卓越的接觸的一致性和探針-到-探針的很低的串擾。
Cascade公司提供了工作在110GHz一下不同規格的Infinity探針。用于220和325GHz 測量的基于波導的探針是分別于2005和2007年推出的。在Cascade于2009年后期開(kāi)始提供用于500GHz-波段的Infinity探針。
在2009-2011年間，兩個(gè)新成員進(jìn)入了成熟的探針市場(chǎng)：帶有微機械加工的探針DMPI 瞄準的是新興的亞太赫茲（sub-THz）市場(chǎng)。來(lái)自臺灣的Allstron公司為110GHz以下的應用提供了并不昂貴的探針，其中，測試成本的降低是最主要的要求。來(lái)自于A(yíng)llstron公司的探針是一種基于微同軸電纜的傳統設計。接觸結構是空氣絕緣的CPW線(xiàn)。它類(lèi)似于A(yíng)CP，但是極尖被做成一定的形狀來(lái)探測具有很小鈍化窗口（passivaTIon windows）的鋁壓點(diǎn)。
圖8 Allstron 公司的射頻探針
現代對于射頻圓晶探針的設計將測試信號從一個(gè)三維媒質(zhì)（同軸電纜或矩形波導）轉換到兩維（共面）探針的接觸上。這種操作需要對傳輸媒質(zhì)的特性阻抗Z0進(jìn)行仔細的處理，并且要在不同傳播模式之間進(jìn)行電磁能量的正確轉換。雖然晶片探針的輸入是一個(gè)標準化同軸或波導界面，但它的輸出（探針極尖）則可以實(shí)現不同的設計概念。這些界面，特別是探針極尖，會(huì )將不連續性帶入到測量信號路徑中。這種不連續性本身會(huì )產(chǎn)生高階傳播模。因此，圓晶探針和DUT激勵必須只能支持單個(gè)準-TEM傳播模式并且要排除高階?；蛘邔Ω唠A模展現出更高的阻抗。
EM場(chǎng)分布圖的轉換是由處于單個(gè)探針組裝內的若干個(gè)射頻過(guò)渡措施來(lái)維持的。一個(gè)傳統的射頻探針是由下列幾個(gè)部分組成的：
1） 測試儀的界面（同軸或波導）
2） 從測試界面到微同軸電纜的過(guò)渡
3） 從微同軸電纜到一個(gè)平面波導的過(guò)渡，如CPW或微帶線(xiàn)
4） 面向晶片上DUT的共面界面（或者極尖）
若干種探針或者將3）和4）組合在一起，或者不使用微同軸電纜（圖9）。一個(gè)同軸連接器是低于65GHz的射頻探針常用的測試系統界面。同軸和波導這兩種連接方案均是50 到110GHz頻率范圍內可能的界面。在單次掃描中，覆蓋了從直流到110GHz的寬帶測試系統利用了最小尺寸（1mm）的同軸連接器。不同尺寸的矩形波導是與110GHz以上的測量系統對接的。
圖9 （a）基于一個(gè)微同軸電纜的射頻探針
?。?/font>b）波導界面
?。?/font>c）從同軸到共面線(xiàn)的直接過(guò)渡
一個(gè)探針技術(shù)的自然壽命大約是12年。有兩個(gè)主要因素推動(dòng)著(zhù)探針技術(shù)的發(fā)展：
1） 改善高端應用中的測量精度
2） 降低主流應用的測試成本。
除了主流（Allstron公司）和高端應用（DMPI公司）的新的探針供應商以外，一些射頻微波行業(yè)的中小型服務(wù)商也在提供用于低頻及寬頻領(lǐng)域的的產(chǎn)品。
提供的MP系列同軸探針，滿(mǎn)足DC-20GHz的測量需求，特性如下：
1.DC-20GHz 帶寬
2.超低的插入及回波損耗
3.GSG、GS 配置（0.8/1.5/2.5mm 間距范圍）
優(yōu)勢：
1. 容易探測測試沒(méi)有任何焊接過(guò)的電路板信號
2. 兼容 pogo 大頭針允許探索non-planar 結構
3. 探針的使用壽命更加長(cháng)久
4. 較少測試時(shí)間
應用于：
1）射頻和微波模塊信號插入，檢測和測量輸出；
2）高頻電路板電氣性能分析；
3）高速數字電路分析
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