​Estrategias de ensayo de producción automatizada de RF para fabricantes de semiconductores

​Los controladores de tecnología disruptiva como 5G-Advanced, investigación 6G, MIMO ultra grande, integración frontal de RF avanzada y radios asistidas por IA contribuyen al ritmo rápido y continuo de cambio en la industria de semiconductores de RF (Figura 1). Estas tendencias exigen una mayor complejidad del dispositivo en cada capa, desde el silicio y el embalaje hasta el comportamiento del sistema. Al mismo tiempo, la presión del mercado empuja a los fabricantes a reducir el tiempo de prueba, el costo y el recuento de personas. El resultado: validación de dispositivos cada vez más difícil con presupuestos de prueba de producción cada vez más reducidos.

Figura 1. Los factores que motivan la inversión en nuevos enfoques de prueba de productos de RF son la mayor complejidad de los dispositivos, los plazos de lanzamiento de los productos comprimidos y la reducción del personal.  

A diferencia de los CI digitales, los dispositivos de RF requieren mediciones analógicas, de RF y, a menudo, por aire (OTA), que son inherentemente más largas y sensibles a las variaciones. La complejidad de calibración aumenta con la frecuencia, el ancho de banda y el recuento de antenas. Las filosofías tradicionales de “probar todo” se están volviendo económicamente inviables, lo que obliga a nuevos enfoques para probar la arquitectura, la cobertura y la reutilización en todo el ciclo de vida del producto.

​Las soluciones de prueba de producción de RF de NI se ajustan a las estrictas necesidades del entorno de producción actual, desde sistemas ATE totalmente llave en mano como el NI Semiconductor Test System (STS) hasta bancos de pruebas de RF modulares hiperpersonalizados construidos con hardware y software NI PXI.

​En lugar de forzar un modelo único, los sistemas NI permiten a los clientes elegir el nivel de integración, estandarización y personalización que mejor se adapte a sus productos, volúmenes y estrategias de cadena de suministro. Esta flexibilidad hace que las plataformas NI sean particularmente relevantes para dispositivos de RF, señal mixta y MEMS que necesitan escala de volumen de prueba, pero no en la medida en que justifique rentablemente un probador convencional de “gran hierro”.

​Este informe técnico se centra en la toma de decisiones de pruebas de producción de RF, comparando por qué los clientes eligen:

• ​Soluciones ATE llave en mano como NI STS
• ​Sistemas de prueba de producción automatizados DIY RF construidos con productos NI PXI
• Estrategias Bolt-on que combinan sistemas NI PXI con ATE de terceros

​Al desarrollar su estrategia de prueba de producción de RF, los fabricantes deben determinar cómo diseñar la prueba de RF de una manera que equilibre la complejidad del producto, los volúmenes y los objetivos financieros. Más allá del simple control de calidad aprobado o fallido, las decisiones de prueba de producción de RF impactan directamente en la rentabilidad, el rendimiento y el tiempo de comercialización. Para muchos dispositivos de RF, el costo de prueba representa una porción significativa del costo total de fabricación, especialmente para componentes de alto volumen y menor margen, como interruptores de RF, amplificadores o módulos frontales integrados.

​La prueba de producción de RF debe equilibrar el rendimiento con precisión. Mediciones tales como potencia de salida, potencia de canal adyacente (ACP), magnitud de vector de error (EVM), distorsión armónica, cifra de ruido y linealidad son sensibles a las condiciones ambientales, calibración y calidad de instrumentación. A medida que las arquitecturas de los dispositivos evolucionan hacia anchos de banda más amplios y frecuencias más altas, la tolerancia a errores se reduce mientras aumenta la sensibilidad a variaciones.

El NI STS ofrece una solución ATE llave en mano para dispositivos semiconductores RF, de señal mixta y MEMS. Construido sobre instrumentación PXI pero empaquetado como cabezal de prueba industrial, STS se integra directamente en entornos de producción de semiconductores de alto volumen.

Las características clave de NI STS incluyen:

• Cabezal de prueba compacto y cerrado adecuado para suelos de fábrica
• Integración nativa con probadores de obleas, clasificadores y manipuladores 
• Acoplamiento estandarizado, tarjetas de carga e interfaces de pines de resorte
• Pilas de software preintegradas para el desarrollo, ejecución y manejo de datos de pruebas
• Capacidad de pruebas multi-sitio para optimización de alto volumen de producción

STS, una alternativa de costo optimizado a la ATE patentada convencional, ofrece la robustez mecánica, la confiabilidad y la estandarización requeridas por los proveedores de ensamblaje y prueba de semiconductores (OSAT) externalizados y los fabricantes de dispositivos integrados (IDM) de alto volumen. 

​En el extremo opuesto del espectro se encuentran las soluciones de prueba de producción automatizada DIY RF construidas con instrumentos, controladores, conmutación y software NI PXI. Los ingenieros de desarrollo de pruebas suelen construir sistemas de prueba de producción RF PXI internamente o con la ayuda de integradores de sistemas. Estos sistemas suelen adoptar la forma de:

• Estantes personalizados de 19 pulgadas
• ​Probadores de producción de sobremesa
• Sistemas PXI distribuidos estrechamente acoplados a tipos específicos de dispositivos bajo prueba (DUT) 
• Plataformas híbridas de laboratorio a producción compartidas en todas las etapas del ciclo de vida

​La principal ventaja del DIY PXI reside en su modularidad y apertura. Los ingenieros seleccionan solo los instrumentos y capacidades requeridos para un producto determinado, evitando el aprovisionamiento excesivo. El hardware y el software se pueden actualizar gradualmente, lo que permite que los sistemas evolucionen con los estándares y las necesidades del producto.

​Los fabricantes suelen optar por soluciones de prueba de producción automatizadas DIY PXI para carteras de RF donde:

• ​Los requisitos de prueba son bien entendidos y estables 
• Los volúmenes son altos pero los márgenes son estrechos
• ​Flexibilidad e iteración rápida superan la necesidad de estandarización completa

​Aunque estos sistemas están altamente personalizados, a menudo incluyen las siguientes E/S clave:

​Chasis / Controlador 

• Chasis PXIe-1095: Soporta 18 ranuras, lo que permite configuraciones multicanal de alta densidad ideales para sistemas de RF complejos que requieren múltiples instrumentos. Proporciona comunicación y sincronización de alto ancho de banda entre módulos.
• PXIe-8862 Controlador: Equipado con un procesador Intel i7 de 8 núcleos para el procesamiento rápido de datos y la ejecución de pruebas. Maneja tareas computacionalmente intensivas como la predistorsión digital (DPD) y el procesamiento de señales de RF de manera eficiente.

​Instrumentos de RF

Transceptor vectorial de señales (VST): Combina la generación y el análisis de señales en un solo dispositivo, reduciendo la huella de hardware y simplificando las configuraciones de prueba.

• ​VST NI PXIe-5860: Un VST de doble canal con ancho de banda amplio (hasta 1 GHz) y cobertura de frecuencia de hasta 8,5 GHz, lo que lo hace adecuado para estándares inalámbricos modernos como Wi-Fi 6/7 y 5G New Radio.

• ​VST NI PXIe-5842: Soporta un mayor ancho de banda instantáneo (2 GHz) y rangos de frecuencia extendidos (hasta 54 GHz) y es ideal para aplicaciones como radar, comunicación por satélite y pruebas de ondas milimétricas. 

​Analizador vectorial de redes (VNA)

• ​VNA NI PXIe-5633: Proporciona mediciones de distorsión de parámetros S y armónicos; además de la funcionalidad independiente, este instrumento también funciona en “modo de paso” junto con los VST para permitir pruebas simultáneas de señales moduladas y parámetros S.

   

​Instrumento de patrón digital

• ​NI PXIe-6571: Proporciona E/S digital de alta velocidad para controlar interfaces digitales de RF, como el front end de SPI y MIPI RF y admite la generación y captura de patrones, lo que garantiza una comunicación confiable con el DUT. 

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Fuentes de alimentación CC/unidades de medida de fuente

• NI PXIe-4147 SMU: Permite una fuente de alimentación de CC de precisión con hasta 8 V y 3 A por canal, ideal para alimentar dispositivos de RF en prueba. Incluye funciones avanzadas como respuesta transitoria rápida y monitoreo preciso de la corriente, que son esenciales para la caracterización del dispositivo.
• NI PXIe-4139 SMU: Ofrece un voltaje más alto (hasta 60 V) y una corriente más baja (1 A), por lo que es adecuado para dispositivos que requieren polarización de voltaje más alto.

• ​NI PXIe-4162/3: SMU de alta densidad con múltiples canales, ideales para escalar en configuraciones multi-DUT. Soporta suministros y mediciones precisos para entornos de prueba paralelos. 

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Adquisición de datos (DAQ)

​Los DAQ proporcionan control y supervisión externos para sistemas auxiliares, como cámaras ambientales o accesorios mecánicos. Integran señales que no son de RF en el flujo de trabajo de prueba, como la temperatura, la vibración o el monitoreo del estado físico. Adicionalmente, las DAQ aseguran un funcionamiento sincronizado a través de sistemas de RF y no de RF.

​Volumen de producción y mezcla de productos

​Los entornos de producción de alto volumen y mezcla se benefician de las plataformas ATE estandarizadas. NI STS sobresale donde:

• ​Varios productos comparten una infraestructura de prueba común
• Recapacitar a los operadores o recalificar las celdas de prueba es costoso 
• ​La implementación de OSAT requiere repetibilidad en todos los sitios

​DIY PXI brilla en casos de uso más estrechos, como:

• ​Un pequeño número de productos de RF con volúmenes extremadamente altos
• ​Probadores dedicados optimizados para una sola clase de dispositivos 
• ​Situaciones en las que las mejoras marginales en el rendimiento producen ahorros significativos de costos

​Estrategia de la cadena de suministro: IDM versus OSAT

​La estrategia de la cadena de suministro influye fuertemente en las elecciones de prueba de producción de RF. La producción centrada en OSAT favorece ATE llave en mano como STS debido a la compatibilidad mecánica, la facilidad de servicio y los flujos de trabajo estandarizados. La prueba IDM interna permite una mayor libertad para implementar sistemas PXI personalizados, especialmente cuando el desarrollo y la fabricación de pruebas están estrechamente acoplados.

​Muchas grandes compañías de semiconductores de RF operan modelos híbridos, utilizando STS en OSATs mientras retienen los sistemas de prueba de producción automatizada RF PXI internamente para productos específicos o etapas del ciclo de vida. 

​Costo de prueba y eficiencia de capital

​Los líderes empresariales a menudo tratan la eficiencia del capital como el factor clave para las decisiones de la estrategia de prueba de producción automatizada de RF. Para piezas de RF de bajo margen, la diferencia entre una operación de prueba rentable y una insostenible podría depender de la capacidad de eliminar capacidades no utilizadas.

​STS reduce el riesgo de integración y el tiempo de ingeniería hasta la producción, así como el espacio de piso, la energía y los gastos generales de mantenimiento en comparación con ATE heredada. Si bien incurren en gastos de integración significativos, los sistemas DIY PXI reducen el gasto de capital inicial, la redundancia de instrumentación y el riesgo de obsolescencia a largo plazo. 

​Control de Ingeniería y Adaptabilidad 

​Las soluciones de prueba de producción DIY PXI ofrecen hiperpersonalización y flexibilidad preparada para el futuro. Permiten el máximo control de ingeniería, incluyendo:

• Acceso inmediato a la nueva instrumentación de RF
• Soporte rápido para estándares emergentes
• Flujos de prueba personalizados adaptados a comportamientos DUT específicos 

​A cambio, los fabricantes que adopten esta estrategia deben asumir gastos generales de ingeniería significativos (Figura 2). 

​Para los adoptantes de ATE, STS cambia la flexibilidad extrema por:

• Robustez de la producción
• Escalado más rápido 
• ​Reducción de la dependencia de los conocimientos técnicos especializados una vez desplegados

Figura 2. Las soluciones DIY RF PXI y las opciones STS ATE ofrecen beneficios y compensaciones. El enfoque de bricolaje ofrece la mayor versatilidad, pero a expensas de la escalabilidad y el mantenimiento, mientras que STS ofrece fiabilidad y escalabilidad, pero limita la flexibilidad.

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Consideraciones de organización y aptitudes

​Los recortes presupuestarios y los cambios demográficos de la fuerza laboral impulsan el vaciamiento de los equipos de prueba en toda la industria. Esta desafortunada realidad también afecta a la perspectiva estratégica de la prueba de producción de RF.

​Las soluciones ATE llave en mano como STS reducen la dependencia de un profundo conocimiento de integración de sistemas de RF, diseño mecánico personalizado y mantenimiento a largo plazo por parte de personal especializado. Por otro lado, los sistemas DIY PXI requieren ingenieros de RF y pruebas altamente calificados, un buen gobierno interno del software y una buena disposición para asumir el riesgo del ciclo de vida del sistema.

​Algunas organizaciones eligen deliberadamente STS para preservar el ancho de banda de ingeniería para el diseño y desarrollo de algoritmos en lugar de mantenimiento de infraestructura. 

La mayoría de los fabricantes eligen estrategias que priorizan ATE, APT personalizado o alguna proporción de los dos. Sin embargo, una minoría cada vez mayor de fabricantes está adoptando estrategias empotrables, utilizando sistemas NI PXI junto con ATE de terceros.

Ejemplos comunes incluyen:

• Subsistemas de RF basados en PXI integrados en los flujos ATE existentes
• PXI utilizado para mediciones complejas o emergentes descargadas de los probadores principales 
• Los sistemas PXI que sirven como referencias doradas o caracterización se correlaciona

Este enfoque empernado permite a las empresas prolongar la vida útil de las inversiones ATE existentes e introducir nuevas capacidades de RF sin reemplazar completamente las plataformas ATE existentes.

NI PXI es particularmente adecuado para este papel debido a su modelo de software abierto y amplio ecosistema de instrumentación de RF.

Independientemente de la elección de la plataforma, la reducción del tiempo de prueba es un objetivo universal. Las tendencias clave de la industria que influyen en la prueba de producción de RF incluyen:

• Estrategias de compactación de la medición
• Ensayo estadístico y basado en la inferencia
• Calibración asistida por IA y selección de pruebas
• Mayor énfasis en los indicadores clave de rendimiento a nivel del sistema sobre la cobertura paramétrica exhaustiva

STS y DIY PXI apoyan estas estrategias de manera diferente. STS proporciona entornos estructurados para implementar optimizaciones estandarizadas a escala, mientras que DIY PXI ofrece la libertad de crear prototipos rápidamente e implementar técnicas agresivas específicas de producto.

Otro diferenciador es cómo las plataformas de prueba se mapean al ciclo de vida del producto. DIY PXI a menudo abarca la validación del diseño, la caracterización y la producción temprana, mientras que STS sobresale en la producción de alto volumen con largos tiempos de vida de fabricación y despliegues multisitio.

Muchos clientes pasan deliberadamente de DIY PXI a STS a medida que los productos maduran, reutilizando IP de prueba mientras cambian la envoltura mecánica y operativa.

La prueba de producción automatizada de RF está en el centro de la economía de semiconductores. Si bien los entornos de producción exigen un menor costo, un rendimiento más rápido y equipos más pequeños, las tecnologías emergentes requieren dispositivos más complejos. Ninguna arquitectura de prueba satisface todas las restricciones.

Plataformas ATE llave en mano como el NI Semiconductor Test System proporcionan robustez, estandarización y escalabilidad listas para la producción. Esto los hace muy adecuados para la implementación de OSAT y la fabricación en gran volumen de carteras de RF complejas. Por el contrario, los sistemas de prueba de producción de RF de bricolaje construidos con NI PXI ofrecen flexibilidad, optimización de costos y adaptabilidad incomparables. Estas personalizaciones son ideales para productos dedicados de alto rendimiento, pruebas de IDM internas y respuesta rápida a los estándares de RF emergentes.

Algunos fabricantes de semiconductores adoptan modelos “pernos”: combinan subsistemas ATE y PXI pernos para alinear la estrategia de prueba con la economía del producto. De cara al futuro, tendencias como la prueba asistida por IA, la cobertura basada en inferencias y un acoplamiento más estrecho entre el diseño y la fabricación difuminan aún más los límites entre los sistemas de prueba ATE y modulares. El éxito en la prueba de producción de RF pertenecerá a ingenieros que implementen la arquitectura correcta en el momento correcto del ciclo de vida del producto.

La prueba de producción automatizada de RF es cada vez más importante para la rentabilidad de los semiconductores. Los dispositivos de RF ahora funcionan a frecuencias más altas, anchos de banda más amplios y tolerancias más estrictas, todo mientras los presupuestos de producción y la dotación de personal están disminuyendo. No hay una estrategia de prueba única que se adapte a cada fabricante; el éxito depende de que el sistema de prueba se adapte al volumen de producción, la cadena de suministro y las necesidades del ciclo de vida del producto. En última instancia, seleccionar la combinación correcta de las estrategias de prueba cubiertas en este documento es clave para alinearse con las necesidades de producción en evolución y lograr un éxito sostenido en la fabricación de semiconductores.

​Para obtener más información sobre las soluciones de prueba de producción de NI RF, conéctese con nuestros expertos técnicos en sts@emerson.com.

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