NI SMU IC 테스트 시스템

개요

NI SMU IC 테스트 시스템은 기존 박스형의 성능 및 정확도와 NI의 기술을 반영하는 빠른 속도, 유연성, 작은 크기를 겸비하고 있습니다.

내용

SourceAdapt 기술을 탑재한 NI 시스템 SMU

소스 측정 유닛(SMU)은 한 채널에서 전류 및 전압을 소싱하면서 동시에 측정할 수 있는 정밀 장비입니다. 이 기능 덕분에 SMU는 고정밀 DC 전원 공급부터 이산 요소 또는 IC 등의 반도체 구성 요소 특성화에 이르는 다양한 어플리케이션에 적합합니다.

 

일부 SMU는 과도 응답 속도가 빨라 누설(leakage) 테스팅, 고전압 IV 스윕 또는 모바일 디바이스 전력 공급 등의 특정 어플리케이션 또는 요구사항에 최적화되어 있습니다. 이러한 계측기는 특정한 기능을 지원하는 데는 이상적이지만, 다양한 자극 또는 기능을 필요로 하는 디바이스들을 완전히 특성화하기 위해서는 여러 개의 SMU가 필요하게 됩니다. 따라서 그 대안으로 단일 계측기에 고성능, 고정밀, 고속 소스 측정 기능을 결합한 시스템 SMU가 탄생했습니다. 시스템 SMU는 다양한 기능을 수행하며 폭넓은 범위의 디바이스를 같은 핀에서 테스트할 수 있도록 지원합니다. 연결이 단순해질 뿐 아니라 계측기 수, 테스트 시스템이 차지하는 공간, 그리고 전체적인 비용이 줄어듭니다.

 

NI 시스템 SMU은 기존 박스형 SMU의 성능 및 정확도와 NI의 기술을 반영하는 빠른 속도, 유연성, 작은 크기를 겸비하고 있습니다. 따라서 기존 SMU를 능가하는 성능을 갖추었으며, 다음과 같이 다용도로 활용할 수 있는 계측기입니다.

  • 정밀 전원 공급
  • 빠른 과도 전원 공급
  • 전압계, 전류계, 저항계
  • 절연 고전압/전류 디지타이저
  • 고전압/전류 시퀀스 생성기
  • 펄스 생성기
  • 프로그래밍 가능 로드

 

이러한 기능들이 단일 계측기에 모두 포함되어 있어, 다음과 같은 사항을 필요로 하는 다양한 디바이스의 테스트에 이상적입니다.

  • 전원 관리 집적 회로(PMIC) 등 고속 샘플링 기능의 고전압 소스 및 싱크
  • RF 전력 증폭기 등 빠른 과도 응답 기능
  • 파워 트랜지스터 및 고휘도 LED 등 고전압 펄스 스윕 및 정밀 측정
  • 미세전자기계 시스템(MEMs) 디바이스 등 동일한 핀에서 정밀 IV 및 저주파 커패시턴스 측정

 

모듈형 설계와 작은 크기 덕분에 소수의 SMU 채널을 혼합 신호 자동화 테스트 어플리케이션에 통합하거나, 단일 3U PXI 섀시에 최대 17개 SMU 채널의 고밀도 반도체 테스트 시스템을 구축할 수 있습니다.

 

NI 시스템 SMU의 기술적 세부사항

NI 시스템 SMU는 광범위한 전력 경계와 고정밀 스펙을 갖추고 있어 단일 계측기로 주요 DC 테스트 요구 사항을 처리할 수 있습니다. 또한 빠른 샘플링 속도와 업데이트 속도, SMU 응답 맞춤 설정 NI 기술을 통합하여 기존 SMU 기능을 확장하였습니다. 따라서 오실로스코프, 함수 발생기 또는 특수 전원 공급 장치 등 외부 계측기가 필요했던 다양한 SMU 어플리케이션을 이용할 수 있게 됩니다.

 

스펙

특징

펄스 생성 범위 확장

이 SMU는 최고 500 W의 펄스를 생성하여 여러 대의 SMU를 캐스캐이드하지 않고도 고전압 디바이스의 IV 특성을 신속하게 테스트할 수 있습니다. 확장된 펄스 경계에서 테스트함으로써 일반적인 IV 경계를 벗어나 SMU를 작동할 수 있으며, DUT를 통해 발산되는 열이 최소화되고 열 관리 인프라의 필요성이 줄어듭니다.

 

SourceAdapt

NI SMU에는 SourceAdapt라는 디지털 제어 루프 기술이 탑재되어 있어 SMU의 제어 루프를 맞춤 설정하고 높은 용량 또는 유도 부하 등 주어진 부하에 최적의 응답을 제공할 수 있습니다. 오버슛을 제거하면 진동을 제거하는 동시에 DUT를 보호할 수 있어 시스템 안정성이 크게 향상됩니다. 또한 최소한의 상승 및 하강 시간을 통해 가장 신속한 테스트를 보장할 수 있습니다.

 

이 기능은 DUT 또는 계측기 손상 없이 높은 용량 부하에 전원을 공급하는 데 중요합니다. 고정형 아날로그 제어 루프를 사용하는 기존 SMU는 "일반" 모드에서 "고용량" 모드로 전환할 경우 SMU의 불안정성을 방지할 수 있습니다. 하지만 고용량 모드에서 작동할 경우 SMU의 상승 시간이 크게 제한되어 부하 용량이 50 uF로 제한되는 경우가 많습니다. 아래 그림과 같이 SourceAdapt는 SMU 디지털 제어 루프에 직접 접근할 수 있도록 해주므로 2,500 uF 커패시터를 포함한 모든 부하의 SMU 응답을 최적화할 수 있습니다.

위 그림의 SMU는 2,500 uF 커패시터와 2 Ohm 저항기를 병렬로 사용하여 전압을 DUT로 소싱하고 있습니다. 전압이 전류 제한값 10 A에서 3.3 V까지 상승하며 약 1 ms에서 정착합니다. SourceAdapt 기술이 지원되지 않는 일반적인 SMU는 이 같은 저항 로드가 있을 경우 불안정해지며 DUT 또는 계측기가 손상될 수도 있습니다.

적용 사례 - DC-DC 컨버터 테스트

Texas Instruments의 Step Down 컨버터를 비롯한 PMIC를 테스트하려면, 다음 설정에서 2개의 SMU가 필요합니다. 첫 번째 SMU는 DUT에 특정 전압의 입력 전원을 제공하고, 두 번째 SMU는 전류를 점진적으로 스위핑하며 로드로 작용합니다.

 

아래 그래프와 같이 DUT의 입출력에서 전압과 전류를 측정하면 DC-DC 컨버터의 전력 효율을 계산할 수 있습니다. NI PXIe-4139의 넓은 IV 경계와 하드웨어 타이밍에 의한 시퀀싱 엔진 덕분에 저전력에서 고전력으로 빠르게 스위핑하는 데 이상적입니다.

 

보통은 외부 오실로스코프가 필요한 라인 및 부하 변이도 NI PXIe-4139의 빠른 샘플링 속도로 포착할 수 있습니다. 이 과도 특성은 기존 SMU에서는 테스트가 불가능한 DC 성분 등의 특성화에 중요합니다.

 

 

어플리케이션의 예 - LED 특성화

위에 소개된 CREE의 LED는 37 V의 일반적인 순방향 전압이 발생하며 최대 2.5 A까지 처리할 수 있습니다. 이 같은 제한은 NI PXIe-4139의 20 W DC 경계를 초과하는 것이지만, 확장된 펄스 범위를 활용하면 디바이스 특성화가 가능합니다. 펄스를 통해 단일 SMU를 사용한 LED 특성화는 물론, DUT를 통해 발산되는 열을 최소화할 수 있으며 맞춤 열 제어 장치를 구축하지 않아도 됩니다.

 

위 그래프에서는 50 us 펄스의 시퀀스를 사용해 전류를 최대 범위까지 점진적으로 늘려가는 고전압 LED의 IV 특성화를 보여주고 있습니다. 좁은 50 us의 펄스 폭을 사용해 LED의 자체 발열 효과를 최소화할 뿐 아니라 전체 테스트 시간이 단축됩니다. 특정 DUT에 맞춰 SMU 응답을 최적화하고 오버슛 또는 진동 없이 최대한 빠른 상승 시간을 제공하는 NI SourceAdapt 기술 없이는 이처럼 정확하고 좁은 펄스를 얻을 수 없습니다.

 

SMU로 강력한 테스트 시스템 구축

NI 시스템 SMU는 소형 PXI 폼팩터에서 최대 500 W의 펄스 전력을 제공하면서도 전류 감도는 100 fA에 이릅니다. 계측기의 DC 성능이 우수함은 물론, 내장 디지타이저 함수 및 맞춤 설정 SMU 응답을 추가해 기존 SMU의 한계를 극복하였습니다. 또한 3U, 19인치 랙 공간에서 최대 17개의 시스템 SMU 채널을 지원하는 높은 채널 수를 구현할 수 있습니다. 우수한 밀도, 파워, 정밀도, 속도를 모두 갖춘 NI 시스템 SMU는 테스트 시스템에 필수적인 장비입니다.