簡化半導(dǎo)體測試作業(yè)　PXI模塊小兵立大功

半導(dǎo)體制程技術(shù)日新月異，對于測試系統(tǒng)速度、成本與彈性要求更加嚴(yán)苛，遂使PXI模塊化儀器應(yīng)運而生，其透過簡化半導(dǎo)體測試系統(tǒng)，同時兼顧成本與效能，在半導(dǎo)體測試產(chǎn)業(yè)界已蔚為風(fēng)潮。
科技迅速演變，半導(dǎo)體工程師必須以更少的設(shè)備執(zhí)行更多作業(yè)。預(yù)估至2012年前，半導(dǎo)體設(shè)備將不會回到2007年的銷售高峰。為了保持獲益能力，工程師必須重新檢驗測試系統(tǒng)，找出可降低成本并提升效益的創(chuàng)新方式。

多家公司均試圖采用商用現(xiàn)貨(COTS)硬件，以期同時降低特性測試實驗室與產(chǎn)線的成本。在多款COTS硬件選項中，由于PXI具備半導(dǎo)體測試所適用的多款模塊，因此已成為提升系統(tǒng)彈性且降低成本的常見選擇。如亞德諾(ADI)與奧地利微電子(austriamicrosystems)均使用PXI模塊化儀控建構(gòu)軟件定義的測試系統(tǒng)，以降低成本并簡化量測作業(yè)。

PXI儀控功能有效縮減成本

與標(biāo)準(zhǔn)的自動化測試設(shè)備(ATE)解決方案相較，PXI可讓硬件與軟件均達到更高的客制化程度。由超過六十家制造商所提供一千五百款以上的PXI模塊，讓用戶可針對特殊的應(yīng)用需求選擇所需模塊，以建立測試系統(tǒng)。從七位半直流(DC)到6.6GHz射頻(RF)的量測范圍，并搭配訊號切換與數(shù)字鏈接功能，工程師可確實整合并同步化系統(tǒng)中的儀控作業(yè)。接著透過虛擬儀控軟件如LabVIEW與高階測試執(zhí)行軟件如TestStand，可進一步客制化量測作業(yè)。雖然此架構(gòu)在系統(tǒng)設(shè)計初期須要耗費較多精力，但由于可讓工程師完整控制所使用的測試與建置組件，因此極適合高度成本考慮的作業(yè)。并讓ATE硬件從通用(極少機會能發(fā)揮完整效能)達到更特定應(yīng)用的功能，可大幅降低成本與縮小體積。

為了讓半導(dǎo)體測試作業(yè)能有更多適合的模塊化儀器，美國國家儀器(NI)最近發(fā)表PXI Semiconductor Suite(圖1)，內(nèi)含十款新產(chǎn)品，可針對軟件定義的芯片測試系統(tǒng)，擴充PXI與LabVIEW的功能。此產(chǎn)品可達到最高200MHz數(shù)字儀控、最低 10pA的DC參數(shù)量測、更快的RF調(diào)整時間，與一組高速數(shù)字訊號植入切換器。新款儀器可擴充PXI與LabVIEW的現(xiàn)有功能，建構(gòu)彈性的混合式訊號測試平臺，為多款半導(dǎo)體裝置提供檢驗、生產(chǎn)與特性描述的環(huán)境。

圖1 NI PXI Semiconductor Suite具備一組ADI體驗機板。
數(shù)字頻率率/DC量測精確度再升級

由于半導(dǎo)體測試必須傳輸極大量的數(shù)據(jù)，因此數(shù)字頻率率的需求亦不斷提升。此亦代表數(shù)據(jù)的傳輸與處理作業(yè)更為困難，且儀器本身必須具備足夠彈性，以傳輸、接收數(shù)據(jù)。

以亞德諾所提供的新組件AD9251為例，此款儀器為14位的雙模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Dual ADC)，可達20～80MSPS的作業(yè)。為了對此款產(chǎn)品進行特性描述(Characteriztion)，則數(shù)字儀器必須能夠處理所有二十八個數(shù)據(jù)信道的頻率，再將數(shù)據(jù)傳輸至主計算機以進行詳細(xì)分析。NI Semiconductor Suite中的新款PXIe-6548高速數(shù)字輸入/輸出(I/O)模塊，即以三十二個數(shù)字信道達到最高200MHz數(shù)據(jù)傳輸率，可滿足上列需求。特性描述測試接著必須掃描頻率率，以測試不同作業(yè)頻率下的ADC，而PXIe-6548所內(nèi)建的直接數(shù)字合成(DDS)頻率，則能達到可程序化的Sub-Hz頻率分辨率，以進行類似測試。

還有更多常見的特性描述作業(yè)，包含DC參數(shù)量測(如數(shù)字接腳的各接腳泄漏與臨界值)，而有時將需要奈安培或以下的量測分辨率。這時NI Semiconductor Suite的另一組組件--NI PXI-4132 SMU則具備10pA分辨率，且于較低敏感度時可達1kHz。當(dāng)搭配PXI-2515高速數(shù)字訊號植入切換器時，則可迅速切換一個或以上的SMU通道，不需衰減訊號亦可量測高帶寬的數(shù)字信道。最后還有一組ADC需要輸入功率與模擬激發(fā)，則分別可由DC電源與任意波形產(chǎn)生器提供之。圖2則是安裝上述所有儀器的常見系統(tǒng)。

圖2 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器測試的常見設(shè)定
當(dāng)奧地利微電子的工程師使用近似設(shè)定時，所遇到的難題即為該公司ADC的特性描述作業(yè)，還有參數(shù)回傳作業(yè)，如積分非線性(INL)、差動非線性(DNL) 與訊噪失真比(SINAD)。而透過PXI，工程師可大幅提升ADC特性描述測試的質(zhì)量，并節(jié)省大量測試開發(fā)時間以降低成本。該公司的測試系統(tǒng)，即使用 PXI現(xiàn)成硬件與LabVIEW軟件所建構(gòu)；而此完整設(shè)計的量測系統(tǒng)，可提升半導(dǎo)體特性描述作業(yè)的質(zhì)量。使用PXI模塊化儀控功能的集成軟件定義測試系統(tǒng)，可針對ADC特性描述作業(yè)進行頻率的同步化，進而緊密整合相關(guān)的訊號產(chǎn)生與擷取作業(yè)。

多樣化裝置復(fù)雜性將持續(xù)提高

除了要提升產(chǎn)能之外，半導(dǎo)體芯片設(shè)計的復(fù)雜程度亦不斷提高，因此多款組件如電源管理、ADC/DAC與RF收發(fā)器，必須能夠整合為系統(tǒng)單芯片(SoC)或系統(tǒng)封裝(SiP)。此外，如微機電系統(tǒng)(MEMS)亦增加量測作業(yè)的多樣性，必須進一步控制聲壓、方向與加速度。這些難度漸增的芯片設(shè)計，不僅需要更高階的測試系統(tǒng)以檢驗各組的子系統(tǒng)，并要能控制馬達與物理激發(fā)，以因應(yīng)高動態(tài)范圍的RF擷取/產(chǎn)生作業(yè)與示波器。

LabVIEW架構(gòu)的PXI系統(tǒng)具備多款模塊，可橫跨汽車、航天與消費性電子的多種領(lǐng)域，因此對這些類型的復(fù)雜裝置具有相對優(yōu)勢。音訊擷取、馬達控制與 RF量測的多款PXI儀器已行之有年。而現(xiàn)在透過新的NI Semiconductor Suite，將進一步提升RF的效能，以于多種量測作業(yè)中達到更快的速度。而此平臺可滿足目前半導(dǎo)體芯片的特殊需求。

最近18個月內(nèi)，亞德諾工程師團隊針對該公司的新款數(shù)字iMEMS產(chǎn)品，開發(fā)出PXI架構(gòu)的生產(chǎn)測試系統(tǒng)。此研發(fā)團隊使用了NI的LabVIEW軟件與PXI儀器作為測試平臺，以最低成本滿足產(chǎn)品測試的需求。

與傳統(tǒng)的ATE測試系統(tǒng)相較，低成本的測試設(shè)備為絕對優(yōu)勢之一，更可依量測的需求而客制化所需的測試系統(tǒng)功能；讓iMEMS裝置銷量攀高且為擴充測試系統(tǒng)所必備。亞德諾團隊亦注意到，縮小測試系統(tǒng)的體積亦可節(jié)省成本，與大型的ATE測試系統(tǒng)相較，PXI系統(tǒng)更為精巧，因此廠房內(nèi)能有更多空間擴充設(shè)備。 PXI能提供絕佳的儀控功能，大型ATE測試器往往有太多不常使用的儀器與信道，不僅需要更高的設(shè)備成本，體積亦無法與PXI機架相比。

重新評估系統(tǒng)架構(gòu)以降低成本

由于新的芯片設(shè)計欲整合最新的MEMS組件、RF傳輸功能，并提升系統(tǒng)效能，而測試系統(tǒng)又往往無法兼顧速度、成本與彈性。在利用PXI的最新工具之后，工程師將可持續(xù)簡化測試系統(tǒng)，并同時兼顧成本與效能考慮。 [!--empirenews.page--]

先不論測試必須優(yōu)化的市場趨勢，歐洲最近的芯片銷售成長已逐步提高。而去除宏觀經(jīng)濟邁步向前的因素，則可發(fā)現(xiàn)成本優(yōu)化已成為最主要的考慮因素，此肇因于工程師的成本控制，往往可直接影響公司的獲利效能。

(本文作者任職于美商國家儀器)