Power- und Analogtests Allen Anforderungen gerecht werden

Verschiedene Test-Methoden um Produktkoponenten vor der Modulfertigung zu prüfen.
Die ausgewählte Prüfmethode sollte zum jeweiligen Anspruch passen.

Tests für Halbleiterbauteile in der Automobilindustrie sind nötig, um Produktkomponenten bereits vor der Modulfertigung zu prüfen. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten. Doch nicht alle Prüfmethoden werden auch allen Ansprüchen gerecht.

Der Markt für Power- und Analoghalbleiter entwickelt sich sehr stark und weist ein stetiges Wachstum auf. Das Marktforschungsunternehmen IC Insights prognostiziert, dass der Umsatz mit analogen Produkten – sowohl für allgemeine als auch für anwendungsspezifische Bauteile – um eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR, Compound Annual Growth Rate) von 6,6 Prozent steigen wird. In Zahlen bedeutet das von 54,5 Milliarden US-Dollar im Jahr 2017 auf 74,8 Milliarden US-Dollar im Jahr 2022. Analoge Power-Management-ICs tragen dazu bei, den Leistungsbedarf zu optimieren. Dadurch arbeiten die Anwendungen effizienter und erreichen längere Batterielaufzeiten. In einer Bewertung von insgesamt 33 IC-Produktkategorien verzeichnet der analoge anwendungsspezifische Automobilmarkt dabei das drittschnellste Wachstum. Das zeigt eine Auswertung von World Semiconductor Trade Statistics (WSTS).

Hochwertige Tests mit der FVI16-PowerVI-Quelle

Mit der starken Konzentration auf Automotive- und Industrie-Anwendungen hat sich für Advantest die Fokussierung der skalierbaren Plattform V93000 auf Analog- und Power-Management-ICs als erfolgreiche Strategie erwiesen. Kern der Lösung ist eine neuartige Floating-PowerVI-Quelle (FVI16), die Hochstromanwendungen in folgenden drei Schlüsselmärkten bedient:

  • Power Management Integrated Circuits (PMICs) für Anwendungen zum drahtlosen oder drahtgebundenen Laden von Mobiltelefonen und anderen portablen Produkten.
  • Industrielle Anwendungen und
  • Hochstromanwendungen im Automobilsektor.

Im Automotive-Markt werden qualitativ hochwertige Tests mit einer höheren Messgenauigkeit und -stabilität, schnelleren Testzeiten und mehr Multisite-Tests gefordert – das ermöglicht Kosteneinsparungen. Gleichzeitig wird im Konsumgüterbereich zur Unterstützung eines schnellen, drahtlosen Aufladens leistungsstärkere und leistungsfähigere Elektronik benötigt, das heißt es wird schnell viel Leistung in die Batterie geleitet. Advantest erfüllt die Anforderungen beim Test der Halbleiterbausteine mit seiner neuen Floating-Power-VI-Quelle, der FVI16. Die FVI16-Quelle liefert Pulsleistungen mit 250 W und Gleichstromleistungen bis zu 40 W. Die Eigenschaft ermöglicht eine ausreichende Leistungsreserve der Quelle, um Power-ICs der aktuellen Generation zu testen sowie gleichzeitig stabile und wiederholbare Messungen durchzuführen.

Es gibt vielfältige Anwendungen der FVI16, wobei der Zielbereich der Quelle im Leistungsspektrum von 35 bis 150 W liegt. Allen voran stehen die Bereiche schnelles, drahtloses Laden und USB-Stromversorgung, gefolgt von Schlüssel-anwendungen im Automobil- und Industriebereich. Das Wachstum von autonomen und elektrischen Fahrzeugen sowie von umfangreicheren elektronischen Systemen an Bord aller neuen Autos wird die stetig hohe Nachfrage nach Automotive-Bauteilen weiter antreiben. Der Automobilbereich umfasst eine Vielzahl von Anwendungen, die erhöhten Leistungsbedarf erfordern – Beispiele sind Buck- beziehungsweise Boost-Spannungswandler, Airbag-Systeme, ABS-Steuerungen und ICs für andere sicherheitsorientierte Funktionen.

Wesentliche Merkmale der FVI16

Die FVI16 besitzt mit ihren 16 Kanälen eine hohe Integrationsdichte, mehrere Bauteile parallel zu testen, um somit die Testkosten zu reduzieren. Die FVI16 bietet auf Kanalbasis mehr Möglichkeiten und einen deutlich höheren Integrationsgrad. Darüber hinaus können alle 16 Kanäle gleichzeitig betrieben, zu höheren Stromanforderungen gruppiert und aufgrund ihrer floatenden Eigenschaft zu höheren Spannungen gestapelt werden. Jeder Kanal kann je nach Anforderung entweder völlig unabhängig oder komplett parallel laufen.

Weitere wichtige Merkmale sind:

  • 16 völlig unabhängige VI-Power-Kanäle (4Q, Kelvin)
  • -60 V bis +60 V, 3 A DC (40 W) / 10 A Impulsstrom (250 W)
  • 18 bit Messgenauigkeit
  • Hochflexibel und transparent
  • Ganging bis zu ± 155 A
  • Stapelbar bis zu ± 180 V
  • Floating-Bereich von ± 200 V
  • 18-bit-AWG und Sampler für Spannung und Strom
  • Synchronbetrieb zu anderen analogen als auch digitalen Kanälen
  • Sequenzgesteuerte deterministische Set-ups und Messungen
  • 16 High-Voltage VI: -60 V bis +120 V
  • 16 High-Voltage Time Measurement Units (TMU): -60 bis +120 V / 45 MHz Bandbreite.

Die FVI16 basiert auf dem gleichen Digital-Feedback-Loop-Prinzip (DFL) (Bild 1), wie die vor einigen Jahren eingeführten AVI64-Karte, die einen bedeutenden Markterfolg erzielt hat, und die die Anforderungen der Kunden an universelle Analogtests bestens erfüllt.

Beide Systeme zeichnen sich durch hohe Genauigkeit aus, während die DFL-Funktion die gleichzeitige Messung von Spannung und Strom durchführt, um eine stetige Überwachung der Regelparameter zu ermöglichen. Außerdem verfügt sie über eine Reihe intelligenter Funktionen, einschließlich nahtloser Umschaltung von Spannungs- und Strombereichen sowie eine schnelle Umschaltung des Betriebsmodus von Strom- auf Spannungsforcierung. All das ermöglicht einen extrem schnellen Prüfvorgang, saubere Signalformen und vermeidet Spannungs- und Stromspitzen am Prüfling, die zu unbeabsichtigten Beschädigungen am IC führen könnten.

Fortschritt der Testsysteme

Der Integrationstrend in Halbleitersystemen ist am Beispiel einer VI-Quelle deutlich sichtbar. Das zeigt bereits die Gegenüberstellung einer analogen Regelung im Jahr 2000 (Bild 2: Platzbedarf ein Kanal etwa 625 cm2), einer digitalen Regelung im Jahr 2010 (Platzbedarf ein Kanal etwa 100 cm2, diskret aufgebaut, ohne Bild) und einer digitalen Regelung im Jahr 2019 (Bild 3: zwei Kanäle etwa 2 cm2, voll integriert). Die Praxis zeigt, es sind ständige Anpassungen an die Marktanforderungen nötig.

 

    Die Vorteile der Integration liegen auf der Hand:

    • Hohe Integrationsdichte: viele Kanäle sind auf einer Karte integrierbar. Das ermöglicht den parallelen Test vieler Bausteine beziehungsweise den gleichzeitigen Test mehrerer Funktionen innerhalb desselben Bausteins. Dadurch lassen sich die Testkosten reduzieren.
    • Hohe Zuverlässigkeit: die MTBF (Mean Time Between Failures) steigt aufgrund der sinkenden Anzahl an involvierten aktiven Bauteilen. Ein kontrollierbarer Halbleiterprozess sorgt für eine sehr niedrige FIT-Rate (Failure in Time).
    • Garantierte Langzeitverfügbarkeit von Testsystemkomponenten: die Produktionsplanung wird vereinfacht, und es sind weniger Bauteile für die Fertigung vorzuhalten.