Prüfarchitekturen Die Halbleiter-Testkosten senken

Viele Trends in der Halbleiterbranche zwingen Entwickler dazu, ihre Prüfstrategien und -architekturen immer wieder neu zu überdenken, weil die Entwicklungszyklen kürzer werden bei gleichzeitig steigendem Kostendruck.

In den sich weiter verkürzenden Entwicklungsprozessen müssen neue Hochleistungs-Chips vor allem effizient getestet werden. Hinzu kommt, dass ICs weiter an Komplexität zunehmen und häufig mehrere Komponenten in so genannten SoC-Architekturen (System-on-a-Chip) umfassen. Oft sind auch mehrere Kommunikationsprotokolle, etwa SPI und I2C, auf einem Multifunktionschip implementiert, damit die zahlreichen Subsysteme mit ihren jeweiligen Peripheriegeräten kommunizieren können. Schließlich werden Halbleiter aufgrund neuer Technologien immer vielfältiger eingesetzt. So erfordert beispielsweise der Test von MEMS neben standardmäßigen Digital- und DC-Tests auch das Generieren von physikalischen Stimulus-Signalen. All das führt dazu, dass Prüfingenieure ihre Prüfarchitekturen und -strategien neu überdenken müssen, um Prüfkosten zu senken und den wechselnden Anforderungen gerecht zu werden.

Diese Situation wird dadurch noch verschärft, dass Halbleiter in vielen Bereichen immer günstiger verfügbar sind, was stark durch den Verbreitungsgrad bestehender Technologien beeinflusst wird. Lassen sich Prüfvorgänge also nur schwierig und unter hohen Kosten umsetzen, führen sinkende Verkaufspreise zu einer drastischen Zunahme der Testkosten im Verhältnis zu den Gesamtkosten eines Halbleiters.

Standard-Hardware: flexibel und kostenoptimal

Um dem entgegenzutreten, wird immer öfter kommerzielle Standard-Hardware für die Entwicklung kostengünstiger Prüfsysteme verwendet. Unternehmen wie z.B. austriamicrosystems, Infineon Technologies und Analog Devices, Inc. haben sich für den Modul-Standard PXI (PCI eXtensions for Instrumentation) entschieden, um höhere Flexibilität zu erzielen und Kosten zu sparen – sind doch für PXI mehr als 1500 Module von über 60 Herstellern verfügbar.

Hier nun am Beispiel der genannten drei Unternehmen mehrere Praxis-Szenarios, die zeigen, wie man Herausforderungen beim Test mit innovativen Prüfmethoden mit flexiblen Hardware- und Software- Architekturen erfolgreich bestehen kann.

Zunächst ist stets zu vermeiden, dass bei der Charakterisierung Zeit verschwendet wird und zusätzliche Kosten entstehen. So überarbeiteten Ingenieure bei austriamicrosystems, einem Hersteller von Mixed-Signal-ICs, vor kurzem ein Prüfsystem für ihre Produktlinie SLI (Standard Linear). Basierend auf der Notwendigkeit, die Effizienz zu erhöhen und Kosten zu senken, ersetzten sie die bestehende manuelle Prüfstation aus Stand-alone- Messgeräten durch eine PXI-basierte Prüfarchitektur.

Die gewählten Messgeräte wurden auf die Anforderungen der Prüflinge abgestimmt. Sie sind nun in der Lage, analoge Stimuli zu generieren, digitale Daten von den A/D-Wandlern abzurufen und parametrische DC-Messungen durchzuführen.

Um alle Anforderungen unterzubringen, wurden folgende PXI-Messgeräte eingesetzt: ein digitales Hochgeschwindigkeitsmodul zur Konfiguration des Prüflings sowie zum Lesen der Ausgangsdaten des A/D-Wandlers, eine SMU (Source Measure Unit) zur Durchführung parametrischer Tests, ein Signalgenerator für analoge Stimuli sowie ein PXI-basiertes Netzteil, das als Versorgungsspannungs-Quelle sowie zum Messen des statischen und dynamischen Stromverbrauchs der Halbleiter dient.

Weniger Zeitaufwand für die Charakterisierung mit modularer Prüfarchitektur

Der größte Vorteil eines solchen Systems besteht in der erweiterten Automatisierung der Tests. Verglichen mit dem vorherigen manuellen Prüfansatz kann bei der Charakterisierung jedes Chips viel Zeit eingespart und die Gesamteffizienz des Labors verbessert werden. Da sich alle Messgeräte in einem PXI-System mit einem integrierten Synchronisationsbus befinden, kann die Prüfarchitektur durch ein hohes Maß an Korrelation der Messdaten die Qualität erhöhen. Darüber hinaus benötigt die PXI-basierte Lösung viel weniger Platz als die aus Stand-alone- Geräten bestehende Prüfstation.

Um nun Ingenieure mit einer größeren Auswahl an PXI-basierten modularen Messgeräten für die Optimierung von Halbleiterprüfsystemen auszustatten, brachte National Instruments die »PXI Semiconductor Suite« auf den Markt. Sie besteht aus zehn neuen Produkten, darunter Module für die Digital- Testpattern-Erzeugung und -erfassung, für parametrische DC-Messungen, für die HF-Signalerzeugung und -erfassung sowie für die Verschaltung von Prüfsystem und zu testenden Komponenten (Bild 1).

Die Module erweitern z.B. die Taktfrequenz-Bereiche von PXI-Messgeräten auf bis zu 200 MHz, die DC-Messempfindlichkeit auf bis zu 10 pA und bieten eine verbesserte Signalanbindung für das Routen von DC- und Digitalsignalen zu den I/O-Anschlüssen eines Prüflings.