Testlösungen für Smart Devices Große Herausforderungen

Smart Devices, hochintegrierte Chips aus Sensor, Prozessor und Kommunikationsschnittstelle sind für automatische Testsysteme schwer zu bewältigen, auch da trotz großem Funktionsumfang immer weniger Bauteilpins zur Verfügung stehen. Wie kann ein Testsystem mit diesen Herausforderungen zurechtkommen?

In den letzten Jahren ist ein deutlicher Trend zu vernetzten Anwendungen zu erkennen, die untereinander kommunizieren und das Ziel haben, unser Leben komfortabler und sicherer zu machen. Schlagworte wie Internet of Things (IoT), Smart Home, Connected Car oder Wearables sind in aller Munde. Aus diesem anhaltenden Boom entsteht eine schier unendliche Anzahl von neuartigen Chips.

Diese sogenannten Smart Devices sind hochintegrierte Bauteile und beinhalten eine Vielzahl von verschiedenen Funktionsblöcken (Bild 1). Dennoch weisen die in den Endgeräten eingesetzten Halbleiter häufig große Ähnlichkeiten auf.

Sensoren dienen zum Detektieren von Umgebungsparametern wie zum Beispiel Temperatur, Beschleunigung, Magnetfeld, Feuchtigkeit, Lichtstärke oder Entfernung. Die empfangenen Signale werden über integrierte MCU- oder DSP-Kerne aufbereitet und die Informationen über drahtlose Kommunikationsschnittstellen an vernetzte Geräte weitergeleitet. Die Rechenleistung der integrierten Kerne ist beträchtlich, da aufgrund von Sicherheitsaspekten in IoT-Produkten oftmals eine Datenverschlüsselung gefordert wird. Die zum Einsatz kommenden Kommunikationsstandards wie Bluetooth Low Energy, ZigBee oder WiFi sind auf geringen Leistungsbedarf ausgerichtet und auf leichte Netzwerkintegration optimiert. Weitere entscheidende Funktionskomponenten in Smart Devices sind Treiber für Aktuatoren, um elektrische Signale in Bewegungen umzusetzen. Typischerweise handelt es sich hier um integrierte Treiberschaltungen für bürstenlose DC-Motoren oder Relaisansteuerungen.

Der immense Kostendruck in diesem Marktsegment und die fortschreitende Miniaturisierung der Bauteile führen zu einer hohen Integration von ICs. Optimierungen im Halbleiterprozess sowie die Einführung neuartiger Gehäusetechnologien wie zum Beispiel „Package on Package“ oder „Stacked Dies“ ermöglichen diese Entwicklung. Dies führt dazu, dass nur wenige Anschlüsse vorhanden sind und sich hinter jedem Gehäusepin mehrere unterschiedliche Funktionen verbergen.

Neue Herausforderungen an automatische Test-Systeme (ATE)

Die neuen Marktentwicklungen stellen sehr hohe Herausforderungen an den Halbleitertest. Traditionelle ATE-System­architekturen sind in der Regel schwerpunktmäßig entweder auf den Digital- oder auf den Analogtest ausgerichtet. Eine Kombination aus präzisen Analog-, Power-, HF- und Digitalfunktionen, wie sie für den Test von Smart Devices notwendig ist, erfordert eine neuartige Systemarchitektur. Anstelle von ATE-Kanälen mit sehr fokussierten Funktionen sind universelle Kanäle mit einer Vielzahl von verschiedenen Funktionen gefragt. Weiterhin ist eine hohe Kanaldichte unerlässlich, um möglichst viele Bauteile, Funktionsblöcke und Bauteilanschlüsse gleichzeitig testen zu können. Ein weiter Dynamikbereich der Prüfspannungen und Ströme und die geforderte hohe Genauigkeit sind wesentliche Kriterien. Nötige Spannungen reichen von einigen µV bis hin zu hohen zweistelligen Voltzahlen. Anforderungen an die Stromstärke liegen bei einigen nA für Leckstromtests bis hin zu mehreren Ampere für Tests an integrierten Leistungsschaltern. Zudem müssen die vielfältigen Kommunikationsschnittstellen der Bauteile von digitalen Treiber- und Empfängereigenschaften der ATE-Kanäle bedient werden.

Aus den vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten von Smart Devices resultiert ein enormes Anforderungsspektrum an die Bauteiltests.