Teststrategien und Produkte für Charakterisierung und Test von Halbleitern. BDM für Automated Test NICER

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1 Teststrategien und Produkte für Charakterisierung und Test von Halbleitern Christian Gindorf BDM für Automated Test NICER

2 Halbleiter? Dioden, Transistoren, Solarzellen OLEDs Mixed Signal ICs, A/D & D/A Wandler Verstärker Speicherbausteine Mikrocontroller Mikroprozessoren Intelligente Sensoren, Biosensoren RF Bausteine

3 The Long Tail of Semiconductor DDR2 SDRAM (Computerspeicher) Intel und AMD Prozessoren Komplexe Systems on a Chip (SoC) 8, 16, oder 32 bit Mikrocontroller EEPROMs, FRAM, MRAM, etc. Kommunikationsprozessoren, Power Management Management, MEMS Reifenluftdrucksensoren, CMOS Sensoren Sensoren

4 Typische Messungen und Tests Parametrische Tests & Charakterisierung Stromverbrauch und Leckströme Kurzschlüsse und Unterbrechungen Schaltschwellen (Thresholds) Anstiegszeiten (engl. Rise Time) Signallaufzeiten (engl. Propagation Delay) Funktionstest Spezifikationen Bitfehlerraten Test tin realer oder simulierter Umgebung

5 Source Measure Unit NI PXI 4130 Source Measure Unit Isolierter Ausgang mit ±20 V und 2 A 4 Quadranten Betrieb (Sink bis zu 10 W) Remote Sense 5 Strombereiche: 2 A bis 200 µa Messauflösung bis 1 na (im 200 µa Bereich ) Zusätzlicher Hilfskanal l bis zu 6 V und 1 A Deutlich schneller als traditionelle Geräte SMU Channel Quadrant Diagram

6 Beispiel: Testen von Transistoren BipolarJunctionTransistor (BJTs) Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs)

7 IV Characterization on Transistors Test Requirements: Source Constant Current (BJTs) or Constant Voltage (FETs) Sweep a Voltage through a specified list of points Measure Resulting Current Instrument Requirements 2 channels Source & Readback Currents up to 1A and higher for power components

8 Parametrische Messungen an Chips Resistive Open

9 Parametrische Messungen an Chips Short (Complete or Resistive) Complete Open Resistive Open

10 Kurzschlüsse und Unterbrechungen V DD Die Force +I & II Measure V DUT Circuitry V SS Short = <0.2V Open = > 1.5V

11 Leckströme über Eingangs Pins (IIL and IIH) V DD DUT Circuitry V SS

12 Leckströme über Eingangs Pins (IIL and IIH) V DD Voltage Supply 3.3V SMU DUT Circuitry V SS Fails if Leakage >= 10uA

13 Leckströme über Eingangs Pins (IIL and IIH) V DD Voltage Supply 0V SMU DUT Circuitry V SS Fails if Leakage >= 10uA

14 Funktionstest Bitfehlerraten Test (BERT) Speichertests Testen mit digitalen Testmustern (Testvektoren) Charakterisierung von A/D & D/A Wandlern Test eines Prüflings in realer oder simulierter Umgebung Digital I/O Digital Input VDD Analog Out Power Supply GND High Speed Digitizer

15 Digital Waveform Generator & Analyzer Allgemeine Daten Leitungen frei als Ein/Ausgang konfigurierbar Bis 512 MB Speicher für Testvektoren und Scripte On Board Vergleiche (Pattern Match, Trigger) Tristate und Data Delay per Pin konfigurierbar Zurücklesen der Pegel allerleitungen Synchronisierung mehrerer Module bis auf wenige ps Instrumente PXI 656x: 16 Leitungen, LVDS, Clock max. 200 MHz, SDR/DDR PXI 655x: 20 Leitungen, prog. Logikpegel V, Clock max. 100 MHz PXI 654x: 32 Leitungen, einstellb. Logikpegel : 1,8 V, 2,5 V, 3,3 V, Clock max. 100 MHz

16 Bit Error Rate Test (BERT) Erfassen und Vergleichen digitaler Signale Betriebsspannung ändern Takt ändern Vergleichen von gesendeten und empfangenen Daten BER = # Bit - Fehler # übertragene Daten VDD Data In Clk In Start Stimulus / Response Timing & Triggering Clk Out Data Active Data Out Response Digital Pattern Generator (Pin Electronics)

17 Erkennen von Bitfehlern durch Vergleich auf der HS Digital IO Hardware Vergleichswert in die Digital IO Hardware laden (H, L, & X) Daten erfassen und vergleichen Alle fehlerhaften Werte werden auf der Digital IO Hardware für spätere Auswertungen gespeichert Expected Data: Bit Error H L H H L H Bit Error H L L H L H Actual Data:

18 Beispiel: Bit Error Rate Test (BERT)

19 Beispiel: Testen von AD und DA Wandlern THD: Total Harmonic Distortion (Klirrfaktor) SNR: Signal to Noise Ratio SINAD: Signal to Noise and Distortion SFDR: Spurious Free Dynamic Range INL/DNL: Nichtlinearitäten

20 Beispiel: D/A Converter (DAC) testen Erforderliche Hardware Schneller Digitizer mit hoher Auflösung High Speed Digital IO Synchronisierung der Geräte (~ns ) Synchronisierung

21 Synchronisierung im ps Bereich Ti Trigger Clock (TClk) In allen modularen Messgeräten von NI mit SMC (NI Synchronization and Memory Core) Typ. Skew zwischen 200 und 500 ps Skew ist durch Kalibration weiter reduzierbar TClk synchronisiert die Phasenlage von bereits PLL synchronisierten Clock Signalen Ermöglicht hochgenaues Triggern mehrerer Geräte durch relativ langsame TClk Signale l Verwendet PXI Triggerbus Einfache Verwendung mit nur drei Funktionen

22 Testen von komplexen Prüflingen Test eines Prüflings in realer Umgebung Oft notwendig bei System on a Chip (SoC) oder System in a Package (SiC) Komponenten der SoC/SiP sind nicht separat zugänglich Komplexe Funktionen von SoC/SiP lassen sich nicht mehr komplett mit Testvektoren durchprobieren Erfordert eine ähnliche Herangehensweise wie Hardware in the Loop (HIL) Testsysteme im Automobilbereich Test Pins müssen nicht nur Strom/Spannung und DIO beherrschen sondern oft auch Protokolle (I2C, SPI, RFID, DigRF, proprietär.) > Protocol aware ATE

23 LabVIEW FPGA LabVIEW für Programmierung von FPGA Viele Targets crio IF RIO (5640R) Boards der R Serie Implementieren von Protokollen (I2C, SPI, proprietär, ) p

24 User Solution: RFID Tester Aufgabe: Testen von RFID Tags in der Fertigung mit kurzen Taktzeiten PXI 7833R für Protokoll (LabVIEW FPGA und State Chart Modul) LabVIEW Real Timefür Testablauf RF Frontend Frontendrealisiertrealisiert von Konrad Technologie HF TAG

25 Zusammenfassung PXI bietet die Flexibilität und Leistung für den Test von komplexen Halbleitern (Mixed Signal, Sensoren SoC) Zielsysteme für LabVIEW FPGA und die R Serie ermöglichen Protocol Aware Testsysteme Weitere Informationen: Weitere Informationen: