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简化半导体测试 , PXI模块立大功

科技迅速演变,半导体工程师必须以更少的设备执行更多作业。预估至2012年前,半导体设备将不会回到2007年的销售高峰。为了保持获益能力,工程师必须重新检验测试系统,找出可降低成本并提升效益的创新方式。 

多家公司均试图采用商用现货(COTS)硬件,以期同时降低特性测试实验室与产线的成本。在多款COTS硬件选项中,由于PXI具备半导体测试所适用的多款模块,因此已成为提升系统弹性且降低成本的常见选择。如亚德诺(ADI)与奥地利微电子(austriamicrosystems)均使用PXI模块化仪控建构软件定义的测试系统,以降低成本并简化量测作业。 

PXI仪控功能有效缩减成本 

与标准的自动化测试设备(ATE)解决方案相较,PXI可让硬件与软件均达到更高的客制化程度。由超过六十家制造商所提供一千五百款以上的PXI模块,让使用者可针对特殊的应用需求选择所需模块,以建立测试系统。从七位半直流(DC)到6.6GHz射频(RF)的量测范围,并搭配讯号切换与数字连结功能,工程师可确实整合并同步化系统中的仪控作业。接着透过虚拟仪控软件如LabVIEW与高阶测试执行软件如TestStand,可进一步客制化量测作业。虽然此架构在系统设计初期须要耗费较多精力,但由于可让工程师完整控制所使用的测试与建置组件,因此极适合高度成本考虑的作业。并让ATE硬件从通用(极少机会能发挥完整效能)达到更特定应用的功能,可大幅降低成本与缩小体积。 

为了让半导体测试作业能有更多适合的模块化仪器,美国国家仪器(NI)最近发表PXI Semiconductor Suite(图1),内含十款新产品,可针对软件定义的芯片测试系统,扩充PXI与LabVIEW的功能。此产品可达到最高200MHz数字仪控、最低10pA的DC参数量测、更快的RF调整时间,与一组高速数字讯号植入切换器。新款仪器可扩充PXI与LabVIEW的现有功能,建构弹性的混合式讯号测试平台,为多款半导体装置提供检验、生产与特性描述的环境。 


图1 NI PXI Semiconductor Suite具备一组ADI体验机板。

数字频率率/DC量测精确度再升级 

由于半导体测试必须传输极大量的数据,因此数字频率率的需求亦不断提升。此亦代表数据的传输与处理作业更为困难,且仪器本身必须具备足够弹性,以传输、接收数据。 

以亚德诺所提供的新组件AD9251为例,此款仪器为14位的双模拟数字转换器(Dual ADC),可达20~80MSPS的作业。为了对此款产品进行特性描述(Characteriztion),则数字仪器必须能够处理所有二十八个数据信道的频率,再将数据传输至主机计算机以进行详细分析。NI Semiconductor Suite中的新款PXIe-6548高速数字输入/输出(I/O)模块,即以三十二个数字信道达到最高200MHz数据传输率,可满足上列需求。特性描述测试接着必须扫描频率率,以测试不同作业频率下的ADC,而PXIe-6548所内建的直接数字合成(DDS)频率,则能达到可程序化的Sub-Hz频率分辨率,以进行类似测试。 

还有更多常见的特性描述作业,包含DC参数量测(如数字接脚的各接脚泄漏与临界值),而有时将需要奈安培或以下的量测分辨率。这时NI Semiconductor Suite的另一组组件--NI PXI-4132 SMU则具备10pA分辨率,且于较低敏感度时可达1kHz。当搭配PXI-2515高速数字讯号植入切换器时,则可迅速切换一个或以上的SMU通道,不需衰减讯号亦可量测高频宽的数字信道。最后还有一组ADC需要输入功率与模拟激发,则分别可由DC电源与任意波形产生器提供之。图2则是安装上述所有仪器的常见系统。 

图2模拟数字转换器测试的常见设定

当奥地利微电子的工程师使用近似设定时,所遇到的难题即为该公司ADC的特性描述作业,还有参数回传作业,如积分非线性(INL)、差动非线性(DNL)与讯噪失真比(SINAD)。而透过PXI,工程师可大幅提升ADC特性描述测试的质量,并节省大量测试开发时间以降低成本。该公司的测试系统,即使用PXI现成硬件与LabVIEW软件所建构;而此完整设计的量测系统,可提升半导体特性描述作业的质量。使用PXI模块化仪控功能的整合式软件定义测试系统,可针对ADC特性描述作业进行频率的同步化,进而紧密整合相关的讯号产生与撷取作业。 

多样化装置复杂性将持续提高 

除了要提升产能之外,半导体芯片设计的复杂程度亦不断提高,因此多款组件如电源管理、ADC/DAC与RF收发器,必须能够整合为系统单芯片(SoC)或系统封装(SiP)。此外,如微机电系统(MEMS)亦增加量测作业的多样性,必须进一步控制声压、方向与加速度。这些难度渐增的芯片设计,不仅需要更高阶的测试系统以检验各组的子系统,并要能控制马达与物理激发,以因应高动态范围的RF撷取/产生作业与示波器。 

LabVIEW架构的PXI系统具备多款模块,可横跨汽车、航天与消费性电子的多种领域,因此对这些类型的复杂装置具有相对优势。音讯撷取、马达控制与RF量测的多款PXI仪器已行之有年。而现在透过新的NI Semiconductor Suite,将进一步提升RF的效能,以于多种量测作业中达到更快的速度。而此平台可满足目前半导体芯片的特殊需求。 

最近18个月内,亚德诺工程师团队针对该公司的新款数字iMEMS产品,开发出PXI架构的生产测试系统。此研发团队使用了NI的LabVIEW软件与PXI仪器作为测试平台,以最低成本满足产品测试的需求。 

与传统的ATE测试系统相较,低成本的测试设备为绝对优势之一,更可依量测的需求而客制化所需的测试系统功能;让iMEMS装置销量攀高且为扩充测试系统所必备。亚德诺团队亦注意到,缩小测试系统的体积亦可节省成本,与大型的ATE测试系统相较,PXI系统更为精巧,因此厂房内能有更多空间扩充设备。PXI能提供绝佳的仪控功能,大型ATE测试器往往有太多不常使用的仪器与信道,不仅需要更高的设备成本,体积亦无法与PXI机架相比。 

重新评估系统架构以降低成本 

由于新的芯片设计欲整合最新的MEMS组件、RF传输功能,并提升系统效能,而测试系统又往往无法兼顾速度、成本与弹性。在利用PXI的最新工具之后,工程师将可持续简化测试系统,并同时兼顾成本与效能考虑。 

先不论测试必须最佳化的市场趋势,欧洲最近的芯片销售成长已逐步提高。而去除宏观经济迈步向前的因素,则可发现成本最佳化已成为最主要的考虑因素,此肇因于工程师的成本控制,往往可直接影响公司的获利效能。 

 

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