ON Semiconductor​社、​NI​半導体​テスト​システム​により​IC​の​テスト​時間​短縮​を​実現

Gerd Van den Branden, ON Semiconductor Belgium

"NI PXI​と​STS​の​プラットフォーム​を​使用​し、​ハイエンド​の​イメージセンサ​向け​に​完全​な​ATE​ソリューション​を​開発​した。​かつて​ない​ほど​の​性能​を​達成​する​とともに、​今後​の​ニーズ​に​も​対応​可能​な​柔軟性​を​得る​こと​が​でき​た。"

- Gerd Van den Branden, ON Semiconductor Belgium

課題

新​世代​の​イメージセンサ​の​テスト​(ウェハーテスト​と​最終​テスト)​に​対応​可能​な、​スケーラブル​で​コスト​効率​の​高い​ハイエンド​の​ミックス​ド​シグナル​対応​ATE(自動​テスト​装置)​を​開発​する。

ソリューション

自社​の​全​イメージセンサ​製品​群​を​網羅​する​ため​に​必要​な​すべて​の​テスト​要件​に​合致​する​よう​に、​STS T4​の​テスト​ヘッド​を​カスタマイズ​する​こと​で、​ATE​の​ソリューション​を​構築​する。

当社​(ON Semiconductor​社)​は、​エネルギー​効率​の​高い​エレクトロニクス​製品​向け​の​半導体​ソリューション​を​提供​する​世界​有数​の​サプライヤ​です。​ベルギー​の​メヘレン​に​ある​拠点​では、​映画​制作​を​はじめ、​宇宙、​産業、​医療​といった​幅広い​分野​向け​に、​ハイエンド​の​イメージセンサ​を​開発​し​てい​ます。​それらの​CMOS​イメージセンサ​は、​メガ​ピクセル​レベル​の​解像度​で、​高い​フレーム​レート​(kHz​の​レベル)​を​実現​し​ます。​また​解像度​が​高い​だけ​で​なく、​パラレル/​シリアル​の​高速​デジタル​出力​に​も​対応​し​てい​ます。​当社​の​品質​基準​を​満たす​に​は、​静的/​動的​な​パ​ラメ​トリック​テスト​の​機能​や​莫大​な​画像​処理​演算​性能​に​加​えて、​センサ​に​刺激​を​印加​し、​非常​に​高い​データ​レート​に​対応​可能​な​高性能​の​テスト​システム​が​必要​で​した。​また、​将来​の​製品​で​求め​られる​要件​に​応​じ​て​拡張​が​行える​だけ​の​柔軟性​も​備え​てい​な​け​れ​ば​なり​ま​せん​で​した。

 

市場​に​は​多く​の​テスト​用​装置​が​提供​さ​れ​てい​ま​した​が、​当社​の​仕様​要求​を​満たす​に​は、​装置​を​大幅​な​変更​を​加​え​な​け​れ​ば​なら​ない​こと​が​わか​り​ま​した。​また​当社​は、​すべて​装置​開発​を​自社​で​行う​という​体制​から​脱却​した​いとも​考え​てい​ま​した。​そこで、​テスト​や​計測​の​市場​を​調査​し、​ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​(NI)​に​提案​を​求める​ことに​しま​した。​それ​まで​は、​テスト​に​必要​な​独自​の​設定​を​行う​ため、​FPGA​を​使用​した​カスタム​設計​の​ボード​を​複数​使用​し​て​特性​評価​を​行​って​いま​した。​しかし、​この​ソリューション​に​は、​データ​の​ストリーミング​と​フル​フレーム​レート​の​取得​によって​テスト​時間​が​非常​に​長​く​な​って​しまう​という​大きな​欠点​が​ありま​した。PXI Express​プラットフォーム​は、​この​問題​を​解決​する​有望​な​選択肢​だ​と​思​われ​ま​した。​しかし、​そのまま​では、​当社​IC​の​非常​に​高速​な​データ​スループット​に​は​対応​でき​ない​こと​が​わか​り​ま​した。​その​一方で、​PXI Express​プラットフォーム​は、​オープン​かつ​モジュール​式​で​ある​という​メリット​を​有​し​てい​ま​した。​そのため、​他社​製​の​モジュール​を​組み​込​ん​だり、​カスタム​の​モジュール​を​開発​し​て​使用​した​り​する​こと​が​可能​です。​つまり、​複数​の​分野​の​最良​の​コンポーネント​を​組み合わせ​て​ハイブリッド​な​ソリューション​を​構築​できる​という​こと​です。

 

COTS​品​の​融合

NI​の​技術​者​は、​同社​が​NI半導体​テスト​システム(STS)​を​開発​中​で​ある​こと​を​明かす​とともに、​その​設計​に関する​情報​の​一部​を​開示​し​てく​れ​ま​した。​技術​要件​を​確認​した​結果、​最高​機種​の​STS T4​すら、​当社​が​想像​し​てい​た​システム​と​若干​異​なり​ます。​ただ、​NI​は​この​システム​の​カスタマイズ​を​支援​し​て​くれる​企業​として、​同社​の​ア​ライアン​ス​パートナー​で​あるSisu Devices社​を​紹介​し​てく​れ​ま​した。​当社​の​目標​は、​すべて​の​新​製品​の​テスト​に​対応​できる​スケーラブル​な​テスト​装置​を​構築​する​こと​で​した。​NI​と​Sisu Devices​社​が​当社​の​条件​を​満たす​べ​く​手​を​差し​伸​べ​てく​れ​た​の​は​非常​に​素晴らしい​こと​で​した。

 

当社​は​NI​と​Sisu Devices​社​と​協力​し、​可能​な​限り​COTS(商用​オフザシェルフ)​の​コンポーネント​を​使用​し​つつ、​必要​に​応​じ​て​カスタム​の​設計​を​取り入れ​た​ハイブリッド​の​テスト​ソリ​ュ​ー​ション​を​構築​しま​した。​当社​は​この​システム​を​「Pretty Image Sensor Tester from ON Semiconductor(PISTON​テスタ)」​と​名​づ​け​ま​した。

 

PISTON​テスタ​の​機械​設計​と​熱​管理​設計​について​は​Sisu Devices​社​が​支援​し​てく​れ​ま​した。​STS T4​を​イメージセンサ​の​テスト​用​に​最適​化​する​に​は、​その​中核​部分​に対して​いくつか​の​カスタマイズ​を​施す​必要​が​ありま​した。​NI​の​システムエンジニア​は、​PXI Express​の​カスタム​モジュール​や​システム​の​タイミング​同期​など​に関する​当社​の​あらゆる​疑問​に​対応​し​てく​れ​ま​した。

 

NI​の​PXI/​PXI Express​モジュール​式​計測​器、​自社​で​開発​した​PXI Express​タイミング​エンジン、​フレームグラバ、​同期​モジュール​を​組み合わせる​こと​で、​コスト、​帯域​幅、​スループット、​構成​の​し​やす​さ​な​と​の​面​で​市販​の​テスト​システム​を​凌駕​する​装置​を​構築​する​こと​が​でき​ま​した。​PISTON​テスタ​は、​DUT(テスト​の​対象​と​なる​デバイス)​の​680​本​の​I/​O​端子​に対し、​各​ピン​最大​1.2 Gbps​の​速度​で​テスト​が​行える​性能、​-​2​~​6.5 V​の​範囲​で​構成​が​可能​な​I/​O​仕様、​24​ビット​確度​の​アナログ​データ​チャンネル​を​複数​搭載、​-​40​~​125℃​の​テスト​温度​範囲​に​対応​可能​な​制御​機能、​特性​評価​結果​に対する​100%​相関​機能​など​を​備え​てい​ます。

 

運用​実績

PISTON​テスタ​は​実際​の​運用​向け​に​リリース​済み​です。​これまで​の​ところ​素晴らしい​成果​が​得​ら​れ​てい​ます。​何​も​妥協​する​こと​なく​当社​の​全​製品​群​の​テスト​が​行える​だけ​で​なく、​テスト​時間​の​短縮、​I/​O​数​の​拡張、​イメージ​転送​帯域​幅​の​向上​を​図る​こと​が​でき​ま​した。​詳細​について​は​図​1​を​ご覧​くだ​さい。

 

 

 

まとめ

PISTON​テスタ​は、​製造​フロア​において​すでに​1​年​以上​稼働​し​て​おり、​素晴らしい​成果​を​上げ​てい​ます。​ハードウェア​と​開発​に​費​や​した​コスト​は、​導入​から​およそ​1​年​以内​に​完全​に​回収​する​こと​が​でき​ま​した。​カスタマイズ​可能​な​NI PXI/​PXI Express​プラットフォーム​と​モジュール​式​計測​器​を​使用​し、​自社​で​開発​した​PISTON​用​PXI Express​タイミング​エンジン、​フレームグラバ、​同期​モジュール​を​組み合わせる​こと​によって、​コスト、​帯域​幅、​スループット、​柔軟性​の​面​で、​市販​の​テスト​装置​を​凌駕​する​製造​テスト​装置​を​開発​する​こと​が​でき​ま​した。​この​よう​な​良好​な​結果​が​得​ら​れ​て​いる​こと​から、​今後、​さらに​PISTON​テスタ​の​開発​に​力​を​入れる​こと​によって、​より​大きな​成果​を​上げ​られる​と​確信​し​てい​ます。

 

 

 

著者​情報

Gerd Van den Branden
ON Semiconductor Belgium
​Schaliënhoevdreef 20b, 2800 Mechelen, BE
​Belgium
​Tel: +32 (0)15 44 63 33
gerd.vandenbranden@onsemi.com

図​1. ​ ​新旧​テスト​システム​の​性能​比較 ​
図​2. ​ ​クリーンルームに設置された​PISTON​テスタ。​キ​ャ​リ​ブ​レ​ー​ション​用​の​ボード​が​装着​さ​れ​て​いる。 ​
図​3. ​ ​稼働​中​の​PISTON​テスタ ​