半導体​デバイス​の​特性​評価​試験​プロセス​を​世界中​の​拠点​で​標準化​した​Melexis

「計測​精度​が​向上​した​こと、​セットアップ​時間​が​短​く​な​っ​た​こと、​テスト​スループット​が​向上​した​こと、​当社​の​拠点​全体​で​同じ​特性​評価​プロセス​が​確立​した​こと、​これら​すべて​が​製品​品質​の​向上​に​貢献​し​ます。​この​点​から、​PXI​プラットフォーム​が​当社​に​最も​ふさわしい​と​確信​しま​した。」

- Christian Paintz、​Melexis GmbH​社:Characterization Competency Center​マネージャ

課題:

半導体​の​妥当​性​確認​テスト​に対する​グローバル​戦略​を​導入​する​こと​で、​テスト​の​一貫性、​カバレッジ、​統計​解析​の​質​を​高める。​これ​により、​検証、​妥当​性​確認、​特性​評価​作業​を​効率​化​し、​市場​投入​まで​の​時間​の​短縮​と​製品​品質​の​向上​を​図る。

ソリューション:

PXI​プラットフォーム​を​採用​する​とともに、​当社​の​世界中​の​研究​開発​拠点​に​PXI​の​エキスパート​を​配属​した。​その​上​で、​全世界​で​標準化​した​検証​方法​を​策定​し、​テストカバレッジ​を​広げる​こと​で、​旧来​の​計測​器​を​用​い​てい​た​際​より​も​デバイス​の​解析​範囲​と​製品​品質​を​強化​した。

お客様​名:

Christian Paintz - Melexis GmbH​社:Characterization Competency Center​マネージャ
​Nicolas Simonne - Melexis Bulgaria Ltd​社:Test Competency Center​マネージャ

 

概要

Melexis​は、​マイクロ​エレクトロニクス​半導体​の​世界​的​な​サプライヤ​で​あり、​電気​モータ​制御、​車載​ネットワーク、​ワイヤレス​通信、​センサシステム​向け​ミックス​ド​シグナル (アナログ​および​デジタル) IC​の​大手​サプライヤ​の​1​社​に​数​え​ら​れ​ます。​当社​は​20​年​以上​にわたり​IC​を​供給​し​て​おり、​全世界​の​研究​開発​チーム​が、​毎年​数多く​の​新しい​スマート​IC​や​センサ​部品​の​開発​に​取り​組​んで​い​ます。​1988​年​に​ベルギー​で​設立​さ​れ​て​以来、​Melexis​は​14​か​国​で​1,100​名​以上​の​従業​員​を​擁する​規模​まで​成長​しま​した。

 

納期​を​遵守​し​ながら​革新​的​な​製品​を​製造​現場​に​提供​する​こと​は、​Melexis​と​当社​の​お客様​の​双方​が​成功​する​上​で​重要​です。​この​目標​達成​に​向け​て、​Melexis​は​世界​規模​で​チーム​が​連携​し、​技術革新​に​常に​取り​組​んで​い​ます。

 

 

半導体​の​特性​評価​と​妥当​性​確認

予防​戦略​で​欠陥​ゼ​ロ​を​必要​として​いる​自動車​業界​で、​Melexis​の​製品​が​数多く​採用​さ​れ​てい​ます。​つまり、​すべて​の​コンポーネント、​サブ​コンポーネント、​IC​を​欠陥​なく​製造​し、​納品​する​こと​が​求め​ら​れ​ます。​この​要件​に​加​えて、​自動車​業界​で​の​高い​実績​を​有する​Melexis​の​ブランド​価値​を​維持​する​こと、​および​トラック​など​過酷​な​条件​で​使​われる​高​品質​な​A/​D IC​や​セン​サ​コンポーネント​の​設計/​テスト​で​培​って​きた​経験​を​活かす​こと​を​理由​に、​当社​は​半導体​の​特性​評価​に​必要​な​計測​設備​に関して​高い​規範​を​策定​し​てい​ます。​そして、​開発​力​を​さらに​強化​する​ため、​当社​は​統計​解析​の​質​を​高める​こと​で、​当社​製品​の​品質​の​高​さ​を​実証​し、​すべて​の​拠点​で​同じ​テスト​品質​標準​を​実現​できる​こと​を​示し​たい​と​考え​ま​した。

 

当社​の​IC​は、​自動車​で​の​使用​に​対応​する​ため-40​~​150℃​の​温度​範囲​に​対応​する​必要​が​あり、​複数​の​規格​に​基​づ​い​て、​この​温度​範囲​全域​で​検証​を​行​って​い​ます。​この​IC​を​MEMS、​アクチュエータ、​磁気/​圧力​センサ​など​の​各種​ミックス​ド​シグナル​IC​と​組み合わせる​と、​必然​的​に​複雑​さ​が​増す​ため、​妥当​性​確認、​検証、​特性​評価​に対する​負担​が​大幅​に​増え​ます。​これまで​の​特性​評価​システム​は、​複数​の​サプライヤ​から​入手​した​ベンチ​トップ​計測​器​を​ラック​に​組み​上げ​た​形​で​構築​しま​した。​ただし、​このように​構築​さ​れ​た​特性​評価​システム​は、​世界​各地​の​研究​開発・​テスト​拠点​ごと​に​構成​が​異なる​状況​で​した。

 

 

真​の​グローバル​な​特性​評価​プラットフォーム​を​導入​する

Melexis​は、​長期​的​な​プロジェクト​として、​特性​評価​プロセス​を​全世界​で​標準​プロセス​として​統一​する​こと​で、​製品​の​品質​を​高める​アプローチ​を​模索​しま​した。​標準化を図ることでテスト時間が短縮されれば、​より​多く​の​サンプル​で​特性​評価​を​行い、​統計​解析​の​質​を​いっそう​高める​こと​が​できるだけ​で​なく、​市場​投入​まで​の​期間​を​さらに​短縮​する​こと​も​可能​となり​ます。

 

この​時点​で、​Melexis​に​は​全​拠点​で​標準化​さ​れ​た​特性​評価​プラットフォーム​が​なか​っ​た​ため、​段階​的​な​導入​を​進める​計画​を​立て​ま​した。​そこ​に​は、​テスト​に​用いる​計測​器​が​当社​の​目標​に​適合​し​て​いるか​の​確認​作業​も​含​まれ​てい​ま​した。

 

要件​の​1​つ​として、​量産​試​作品​や​お客様​に​提供​する​最初​の​試​作品​の​テスト​に​も、​同じ​特性​評価​用​装置​を​使用​した​いと​考え​ま​した。​そのため、​この​装置​に​は、​特性​評価​と​量産​試​作品​の​製造​テスト​の​両方​で、​十分​な​スループット​と​精度​を​達成​できる​必要​が​ありま​した。

 

PXI​プラットフォーム​を​使用​した​量産​試​作品​の​テスト​によって、​テスト​エンジニア​は​適格​性​評価/​製造​テスト​の​ソリューション​に​集中​し、​それ​により​製造​ライン​立ち​上げ​まで​の​時間​や​市場​投入​まで​の​時間​を​短縮​できる​よう​に​なり​ます。

 

もう​1​つ​の​要件​と​なる​目標​は、​研究​開発​で​の​IC​の​妥当​性​確認​と​特性​評価​から​工業​化​および​製造​テスト​へ​の​スムーズ​な​移行​が​可能​な​テスト​ソリ​ュ​ー​ション​を​確立​する​こと​です。

 

これらの​要件​から、​NI PXI​プラットフォーム​の​採用​に​は​3​つ​の​大きな​メリット​が​ありま​した。

  1. 特性​評価​の​質​の​向上。​これまで​の​規模​を​上回る​数​の​統計​データ​や​サンプル​を​テスト​する​こと​で、​製品​の​設計​上の​ミス​を​すべて​取り除く​こと​が​でき​ま​した。
  2. モジュール​式​の​高度​な​統合​プラットフォーム​を​導入​する​こと​で、​特性​評価​の​所要​時間​を​以前​の​設備​に​比べ​て​短縮​でき​た。
  3. 特性​評価​の​設備​を​使用​する​こと​で、​量産​試​作品​の​テスト​が​可能​に​なり、​テスト​エンジニア​は​製造​テスト​に​集中​でき​た。

 

計測​精度​が​向上​した​こと、​セットアップ​時間​が​短​く​な​っ​た​こと、​テスト​スループット​が​向上​した​こと、​当社​の​拠点​全体​で​同じ​特性​評価​プロセス​が​確立​した​こと、​これら​すべて​が​製品​品質​の​向上​に​貢献​し​ます。​この​点​から、​PXI​プラットフォーム​が​当社​に​最も​ふさわしい​と​確信​しま​した。

 

PXI​エキスパート

当社​の​目指す​方向​について​NI​の​担当​者​と​協議​した​後、​Melexis​は​パイロット​プロジェクト​を​開始​しま​した。​プロジェクト​は​6​か​月​に​および、​同一​構成のPXIシステム​2​台​を​導入​しま​した。​当社​の​標準​PXI​システム​は、​PXIe-8840​コントローラ​1​台、​PXIe-4112​プログラマブル​電源​2​台、​PXI-4071/81 DMM 2​台、​PXI-6509​デジタル​I/​O​モジュール​1​台、​PXIe-4143 SMU 1​台、​PXIe-6555 (PPMU) 高速​デジタル​I/​O​モジュール​1​台​で​構成​さ​れ​て​おり、​これら​すべて​が​PXIe-1085​シャー​シ​に​収納​さ​れ​てい​ます。

 

この​PXI​システム​を​19​インチ​ラック​に​格納​し、​テスト​対象​デバイス (DUT) を​簡単​に​接続​できる​よう​に、​カスタム​インタフェース​ボード​用​の​接続​コンポーネント​を​組み​込​んで​い​ます。​また​LabVIEW​ソフトウェア​を​使用​し​て、​独自​の​テスト​シーケンス​を​構築​し​てい​ます。​当社​で​採用​する​アプリケーション​について​は、​TestStand​ソフトウェア​によって​実現​さ​れる​自動化​より​も、​LabVIEW​の​柔軟性​を​優先​する​ことに​しま​した。​量産​試​作品​の​テスト​に​向け​て、​今後​TestStand​を​さらに​詳細​に​評価​する​予定​です。

 

標準化​を​推し進める​上​では、​可能​な​限り​アプローチ​の​一貫性​を​維持​する​こと​が​重要​です。​アプリケーション​や​製品​は​それぞれ​異なる​ため、​他の​製品​の​担当​者​と​の​協議​や​標準化​推進​に​手間​を​かける​より​も、​独自​に​モジュール​を​追加​した​り​カスタム​の​ソフトウェア​を​作成​した​り​し​て、​迅速​に​問題​を​解決​した​く​なる​もの​です。

 

 

この​よう​な​背景​から、​当社​は​PXI​エキスパート​の​配属​に​投資​しま​した。​ここ​で​の​PXI​エキスパート​と​は、​LabVIEW​開発​環境​で​トレーニング​を​受け、​PXI​の​アーキテクチャ​や​計測​器、​テスト​要件​など​に​精通​する​エンジニア​を​指し​ます。​PXI​エキスパート​の​役割​は、​PXI​システム​と​ソフトウェア​フレーム​ワーク​で​ある​LabVIEW​を​使用​し​て​テスト​ルーチン​を​開発​し、​それらの​使用​状況​を​検証​し​て、​システム​が​想定​通り​に​機能​し​て​いるか​を​確かめる​こと​です。​また、​社内​の​電話​会議​を​実施​し​て、​PXI​エキスパート​全員​が​最新​の​進捗​状況​を​把握​する​とともに、​ソフトウェア​フレーム​ワーク​について​も​議論​できる​よう​にし​ます。​当社​では、​NI​の​協力​の​下​で​ソフトウェア​プラットフォーム​の​コード​レビュー​を​行い、​最新​の​ベスト​プ​ラ​ク​テ​ィ​ス​を​積極​的​に​取り入れ​た​ほか、​PXI​エキスパート​チーム​が​指摘​した​共通​の​問題​の​解決​策​を​話し合える​よう​に​しま​した。

 

パイロット​プロジェクト​の​終了​後、​Melexis​の​開発​マネージャ​は​本​プロジェクト​の​成功​を​宣言​しま​した。​そして、​すべて​の​特性​評価​エンジニア​が​標準​の​Melexis PXI​システム​構成​を​利用​できる​よう​に​する​ため​の​投資​サイクル​を​進める​こと​と​しま​した。​拠点ごとに配属された​PXI​エキスパート​は、​他の​エンジニア​へ​の​相談​対応​や​ユーザ​から​の​フィードバック​収集、​ユーザ​の​トレーニング​に​従事​しま​した。​また、​PXI​の​運用​方法​を​審議​する​ため​の​グローバル​チーム​と​連携​し​て、​ソフトウェア​フレーム​ワーク​の​変更、​アイデア​交換、​フィードバック​の​共有​に​努​め​ま​した。

 

特性​評価​における​PXI​の​利点

NI​の​プラットフォーム​を​活用​した​標準化​を​行う​前​は、​特性​評価​を​行う​当社​の​ラボ​では、​波形​発生​器、​電源、​デジタル​パターン​発生​器、​ソース​メジャー​ユニット (SMU) など​の​ベンチ​トップ​専用​の​計測​器​一式​を​使用​し​て​おり、​これら​は​すべて​GPIB​で​接続​し​てい​ま​した。​PXI​を​使用​した​自動​計測​システム​を​構築​する​過程​で、​我々​は​GPIB​通信​によって​テスト​時間​が​いかに​長引​い​てい​たか​に​すぐ​に​気​付き​ま​した。​また、​従来​は、​計測​や​テスト​の​内容​を​変更​する​際​に​は、​設定、​ケーブル​配線、​システム​構成​を​変更​する​必要​が​ありま​した。​しかしながら、​この​よう​な​変更​を​行う​と、​計測の再現性を担保できず、​結果​として​計測​に​多く​の​時間​を​費やす​ことに​なり​ます。​PXI​モジュール​式​計測​器​の​大きな​長所​は、​単一​の​プラットフォーム​で​異なる​計測​を​続​け​て​実施​できる​こと​です。​また​当社​では、​ピン​を​PXI​チャンネル​に​接続​する​バス​システム​を​搭載​した​プログラム​可能​な​PXI​用​ロード​ボード​を​設計​しま​した。​この​ロード​ボード​を​使用​する​こと​で、​デバイス​の​ピン​数​に​応​じ​て​最大​4​つ​の​IC​の​特性​評価​を​並行​し​て​実施​でき​ます。​自動化​さ​れ​た​プログラム​を​使用​する​こと​で、​特性​評価​に​必要​な​多く​の​テスト​を、​定め​ら​れ​た​温度​範囲​を​対象​と​し、​すべて​の​テスト​条件​に​基​づ​い​て​実施​できる​よう​に​なり​ま​した。​これ​により​大幅​な​効率​化​を​達成​しま​した。

 

 

 

統計​解析​で​改善​さ​れる点

以前​使用​し​てい​た​ベンチ​トップ​システム​では、​セットアップ​し​テスト​を​実施​できる​サンプル​数​は​最大​10​サンプル​に​制限​さ​れ​てい​ま​した。​PXI​を​使用​した​特性​評価​テスト​システム​では、​LabVIEW​で​の​自動​テスト​プログラム​の​開発​に​は​従来​と​ほぼ​同等​の​時間​を​費​や​した​ものの、​数​十​の​サンプル​で​特性​評価​テスト​を​実施​し、​数百​の​パーツ​で​量産​試​作品​の​テスト​を​実施​でき​ます。​開発​時間​は​同​程度​ですが、​開発​が​完了​す​れ​ば​より​多く​の​サンプル​の​テスト​を​自動化​できる​ため、​統計​解析​を​さらに​高​精度​で​行う​こと​が​でき​ます。​次世代​IC​の​開発​に​着手​する​場合、​または​特殊​な​設計​が​求め​られる​IC​を​開発​する​場合​でも、​プラットフォーム​の​再​利用​や​標準化​の​おかげ​で、​開発​時間​を​大幅​に​短縮​でき​ます。

 

 

 

まとめ

Melexis​は、​今​なお​習熟​の​途上​に​あり、​PXI​について​多く​を​学ぶ​必要​が​あり​ます。​しかし、​近い​将来、​効率​は​劇的​に​改善​すると​予想​し​てい​ます。​現時点​では、​かかる​時間​は​同​程度​です。​当社​では​PXI​について​学習​する​必要​が​あり、​PXI​エキスパート​チーム​によって​フレーム​ワーク​を​構築​しま​した。​また、​当社​で​開発​した​ドライバ​を​改良​し、​多く​の​標準​計測 (CAN、​LIN、​など​の​特性​評価) を​実施​しま​した。​これらの​計測​の​開発​により、​特性​評価​を​より​容易​に​行う​こと​が​でき​ます。

 

当社​の​新しい​プロジェクト​や​開発​では、​特性​評価​全体​で​NI PXI​プラットフォーム​を​使用​し​てい​ます。​PXI​および​LabVIEW​を​活用​する​こと​で、​目標​として​い​た​開発​スピード​を​達成​し​てい​ます。​そして​当社​は、​今後​1、​2​年​の​スケジュール​で、​すべて​の​テスト​に​PXI​を​導入​する​ビジョン​を​実証​しよう​として​い​ます。

 

当社​は​量産​試​作品​の​テスト​に​PXI​を​流用​し、​最大​4​つ​の​デバイス​を​並行​し​て​検証​し、​1​時間​で​最大​80​デバイス​の​検証​を​行​って​い​ます。​PXI​の​利用​により、​量産​試​作品​の​テスト​の​実施​も​目標​として​い​ます。​これ​は、​特性​評価​プラットフォーム​を​使用​した​計測​機能​の​自動化​を​実現​できる​ため​です。​製造​では​お客様​へ​の​製品​の​提供​と​ビジネス​の​創出​に​重点​を​置​い​て​おり、​これ​に​影響​を​及ぼす​こと​は​望​ま​しく​ありま​せん​が、​むしろ​PXI​を​使用​した​量産​試​作品​の​テスト​では、​市場​投入​まで​の​時間​を​短縮​できる​はず​です。

 

現在​進​め​て​いる​標準化​プロジェクト​が​すべて​順調​に​進み、​目標​を​達成​した​場合、​つまり、​PXI​プラットフォーム​の​採用​により​特性​評価​の​質​が​向上​し、​検証および工業化プロセスの効率化が果たされれば、​NI​が​提供​する​PXI​ベース​の​半導体​テスト​システム (STS) も​当社​の​製造​設備​投資​における​次​の​ステップ​として​検討​した​いと​考え​てい​ます。

 

お客様​情報:

Christian Paintz
Melexis GmbH​社:Characterization Competency Center​マネージャ
​Konrad-​Zuse-​Straße 15
​Erfurt D-99099
​ドイツ
cpa@melexis.com

図​1. ​ ​PXI​システム​と​DUT​と​の​間​の​インタフェース​ボード​を​備え​た​特性​評価​システム ​
図​2. ​ ​さまざま​な​温度​条件​で​の​テスト​に​対応​した​Melexis​の​特性​評価​セットアップ ​
図​3. ​ ​LabVIEW​と​PXI​を​使用​し​て​製品​の​特性​評価​を​行う​PXI​エキスパート ​
図​4. ​ ​製品​の​特性​評価​中​の​様子。​PXI​システム​は​ロード​ボード​の​背面​に​設置​さ​れ​て​いる ​
図​5. ​ ​自動車​業界​の​革新​技術 - 自動車​向け​環境​光 ​
図​6. ​ ​Melexis​の​革新​技術​を​応用​した​MLX81108​環境​光​モジュール ​