​반도체 제조업체를 위한 RF 자동화 생산 테스트 전략

​5G 고급, 6G 연구, 초대형 MIMO, 고급 RF 프런트엔드 통합, AI 지원 라디오와 같은 차단 기술 드라이버는 모두 RF 반도체 산업의 지속적인 빠른 변화 속도에 기여합니다(그림 1). 이러한 경향은 실리콘 및 패키징부터 시스템 작동까지 모든 계층에서 디바이스의 복잡성을 증가시켜야 합니다. 동시에, 시장의 압력으로 인해 제조업체는 테스트 시간, 비용 및 인원 수를 줄여야 합니다. 결과: 생산 테스트 예산이 줄어들면서 디바이스 검증이 점점 어려워집니다.

그림 1. 새로운 RF 제품 테스트 접근 방식에 대한 투자를 동기화하는 시장 드라이버에는 디바이스 복잡성 증가, 제품 출시 타임라인 압축, 인력 감소 등이 있습니다.  

디지털 IC와는 달리, RF 디바이스는 아날로그, RF, OTA (over-the-air) 측정을 필요로 하며, 이는 본질적으로 더 많은 시간이 소모되고 변동에 민감합니다. 교정의 복잡도는 주파수, 대역폭, 안테나 카운트에 따라 증가합니다. 기존의 “모든 것을 테스트” 철학은 경제적으로 실현할 수 없어지고 있으며, 새로운 접근 방식으로 제품 수명 주기 전반에 걸쳐 아키텍처, 범위 및 재사용을 테스트합니다.

​NI RF 생산 테스트 솔루션은 NI 반도체 테스트 시스템(STS)과 같은 완벽한 턴키 ATE 시스템에서부터 NI PXI 하드웨어 및 소프트웨어를 사용하여 구축된 매우 맞춤형 모듈형 RF 테스트 벤치에 이르기까지 오늘날의 생산 환경의 엄격한 요구 사항을 충족합니다.

​NI 시스템은 고객이 제품, 볼륨 및 공급망 전략에 가장 적합한 통합, 표준화 및 사용자 정의 수준을 선택할 수 있는 대신 단일 모델을 강제로 사용합니다. 이러한 유연성으로 인해 NI 플랫폼은 테스트 볼륨 스케일이 필요한 RF, 혼합 신호, MEMS 디바이스에 특히 유용하지만, 기존의 “큰 철” 테스터를 유용하게 사용하는 만큼 유용하지 않습니다.

​이 기술 백서는 고객이 선택한 이유를 비교하여 RF 생산 테스트 의사 결정에 중점을 둡니다.

• ​NI STS와 같은 턴키 ATE 솔루션
• ​DIY RF 자동화 프로덕션 테스트 시스템 - NI PXI 제품을 사용하여 빌드
• NI PXI 시스템과 타사 ATE를 결합하는 볼트온 전략

​RF 생산 테스트 전략을 개발할 때, 제조업체는 제품의 복잡성, 볼륨, 재정 목표를 균형 잡는 방식으로 RF 테스트를 설계하는 방법을 결정해야 합니다. 단순한 품질 제어 통과 또는 실패 외에, RF 생산 테스트 결정은 수익성, 생산량 및 출시 시간에 직접적인 영향을 미칩니다. 많은 RF 디바이스의 경우, 테스트 비용은 전체 제조 비용의 상당 부분을 나타내며, 특히 RF 스위치, 증폭기 또는 통합 프런트엔드 모듈과 같은 높은 볼륨 및 낮은 여백의 구성요소의 경우에 해당합니다.

​RF 생산 테스트는 처리량과 정밀도의 균형을 유지해야 합니다. 출력 파워, 인접 채널 파워(ACP), 에러 벡터 크기(EVM), 하모닉 왜곡, 노이즈 그림, 선형도와 같은 측정은 환경 조건, 교정, 계측 품질에 민감합니다. 디바이스 구조가 더 넓은 대역폭과 더 높은 주파수로 발전함에 따라 에러 허용오차가 좁아지고 변동 민감도가 증가합니다.

NI STS는 RF, 혼합 신호, MEMS 반도체 디바이스용 턴키 ATE 솔루션을 제공합니다. PXI 인스트루먼테이션을 기반으로 구축되었지만 산업용 테스트 헤드로 포장된 STS는 대용량 반도체 생산 환경에 직접 통합됩니다.

NI STS의 주요 특징은 다음과 같습니다.

• 공장에서 사용하기에 적합한 소형, 폐쇄형 테스트 헤드
• 웨이퍼 프로버, 핸들러, 조작기로 기본 통합 
• 표준화된 도킹, 로드 보드 및 스프링 핀 인터페이스
• 테스트 개발, 실행, 데이터 핸들링을 위한 미리 통합된 소프트웨어 스택
• 대량 처리량 최적화를 위한 여러 사이트 테스트 기능

기존의 전용 ATE에 대한 비용 최적화된 대안인 STS는 Outsourced Semiconductor Assembly and Test (OSAT) 공급자 및 대용량 종합 반도체 회사(IDM) 제조업체가 요구하는 기계적 견고함, 안정성 및 표준화를 제공합니다. 

​스펙트럼의 반대쪽 끝에는 NI PXI 인스트루먼트, 컨트롤러, 스위칭, 소프트웨어로 구축된 DIY RF 자동화 생산 테스트 솔루션이 있습니다. 테스트 개발 엔지니어는 일반적으로 RF PXI 생산 테스트 시스템을 자체적으로 구축하거나 시스템 통합자를 통해 구축합니다. 이러한 시스템은 다음과 같은 형태로 구성됩니다:

• 사용자 정의 19-인치 랙
• ​벤치탑 생산 테스터
• 테스트 대상 디바이스 유형에 밀접하게 연결된 분산형 PXI 시스템 
• 주기 전체에 걸쳐 공유되는 하이브리드 랩 대 생산 플랫폼

​DIY PXI의 핵심 장점은 모듈성과 개방성이 있습니다. 엔지니어는 주어진 제품에 필요한 인스트루먼트와 기능만 선택하여 과다 프로비저닝을 피합니다. 하드웨어와 소프트웨어는 점진적으로 업그레이드할 수 있으므로 시스템은 표준 및 제품 요구사항에 따라 발전할 수 있습니다.

​제조업체는 일반적으로 다음과 같은 RF 포트폴리오에 대해 DIY PXI 자동화된 생산 테스트 솔루션을 선택합니다.

• ​테스트 요구사항이 이해되고 안정적임 
• 볼륨이 높지만 여백이 좁습니다
• ​유연성과 빠른 반복이 완전한 표준화의 필요보다 더 중요함

​이러한 시스템은 사용자 정의가 높지만, 다음과 같은 주요 I/O를 포함하는 경우가 많습니다.

​섀시 / 컨트롤러 

• PXIe-1095 섀시: 18개의 슬롯을 지원하므로, 여러 인스트루먼트가 필요한 복잡한 RF 시스템에 이상적입니다. 모듈 간의 고대역폭 통신 및 동기화를 제공합니다.
• PXIe-8862 컨트롤러: 빠른 데이터 처리 및 테스트 실행을 위해 8 코어 Intel i7 프로세서를 장착합니다. DPD (Digital Pre-Distortion) 및 RF 신호 처리와 같은 계산 집약적인 태스크를 효율적으로 처리합니다.

​RF 계측기

벡터 신호 트랜시버(VST): 하나의 디바이스에서 신호 생성 및 분석을 통합하여 하드웨어 공간을 줄이고 테스트 설정을 단순화합니다.

• ​NI PXIe-5860 VST: 넓은 대역폭(최대 1 GHz)과 최대 8.5 GHz의 주파수 범위를 가진 듀얼 채널 VST로, Wi-Fi 6/7 및 5G New Radio와 같은 현대 무선 표준에 적합합니다.

• ​NI PXIe-5842 VST: 더 높은 순간 대역폭(2 GHz)과 확장된 주파수 범위(최대 54 GHz)를 지원하며, 레이더, 위성 통신, 밀리미터파 테스트와 같은 어플리케이션에 적합합니다. 

​벡터 네트워크 분석기(VNA)

• ​NI PXIe-5633 VNA: S 파라미터 및 하모닉 왜곡 측정을 제공합니다. 독립 기능 외에도 이 인스트루먼트는 동시에 변조된 신호와 S 파라미터를 테스트할 수 있도록 VST와 함께 "통과 모드로" 작동합니다.

   

​디지털 패턴 계측기

• ​NI PXIe-6571: SPI 및 MIPI RF 프런트엔드와 같은 디지털 RF 인터페이스를 컨트롤할 수 있도록 고속 디지털 I/O를 제공하고 패턴 생성 및 캡처를 지원하여 DUT와의 안정적인 통신을 보장합니다. 

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DC 전원 공급 장치/소스 측정 유닛

• NI PXIe-4147SMU: 테스트 중인 RF 디바이스의 전원을 공급하는데 이상적이며, 채널당 최대 8 V와 3 A의 정밀 DC 전원 공급을 가능하게 합니다. 디바이스 특성화에 필수적인 빠른 과도 응답 및 정확한 전류 모니터링과 같은 고급 기능을 포함합니다.
• NI PXIe-4139 SMU: 더 높은 전압(최대 60 V)과 더 낮은 전류(1 A)를 제공하므로 더 높은 전압 바이어스가 필요한 디바이스에 적합합니다.

• ​NI PXIe-4162/3: 여러 채널이 있는 고밀도 SMU로, 멀티-DUT 설정에서 스케일링에 이상적입니다. 병렬 테스트 환경에서 정밀 소싱 및 측정을 지원합니다. 

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데이터 수집(DAQ)

​DAQs는 환경 챔버 또는 기계 장치와 같은 보조 시스템에 대한 외부 제어 및 모니터링을 제공합니다. 온도, 진동, 물리적 상태 모니터링과 같은 RF가 아닌 신호를 테스트 워크플로에 통합합니다. 또한 DAQ는 RF 및 비 RF 시스템에서 동기화된 작업을 보장합니다.

​생산 볼륨 및 제품 혼합

​대용량, 고 혼합 생산 환경은 표준화된 ATE 플랫폼을 활용할 수 있습니다. NI STS의 특징은 다음과 같습니다.

• ​여러 제품이 공통 테스트 인프라를 공유함
• 연산자 재훈련 또는 테스트 셀 재수강은 비용이 많이 들음 
• ​OSAT 배포 시 여러 사이트에서 반복 가능해야 함

​DIY PXI는 다음과 같은 좁은 용도로 빛을 발할 수 있습니다.

• ​극히 많은 볼륨을 가진 RF 제품의 수가 적음
• ​하나의 디바이스 클래스에 최적화된 전용 테스터 
• ​처리량의 한계적인 개선으로 인해 상당한 비용 절감 가능

​공급망 전략: IDM과 OSAT의 비교

​공급망 전략은 RF 생산 테스트 선택에 큰 영향을 미칩니다. OSAT 중심의 생산은 기계적 호환성, 서비스 용이성, 표준화된 워크플로 때문에 STS와 마찬가지로 턴키 ATE를 선호합니다. 내부 IDM 테스트를 수행하면 사용자 정의된 PXI 시스템을 더욱 자유롭게 배포할 수 있습니다. 특히 테스트 개발과 제조 작업이 밀접하게 결합되어 있을 때.

​많은 RF 반도체 회사는 하이브리드 모델을 운영하며, 특정 제품 또는 주기 단계에서 RF PXI 자동 생산 테스트 시스템을 내부적으로 유지하면서 OSAT에서 STS를 사용합니다. 

​테스트 비용 및 자본 효율성

​기업 지도자는 자본 효율성을 RF 자동화 생산 테스트 전략 결정에 대한 링치핀 인자로 간주합니다. 여백이 낮은 RF 부품의 경우, 유용한 테스트 작업과 지속 가능한 테스트 작업 사이의 차이는 사용되지 않는 기능을 제거하는 기능에 따라 달라질 수 있습니다.

​STS는 레거시 ATE와 비교하여 통합 위험과 생산에 소요되는 엔지니어링 시간뿐만 아니라 플로어 공간, 전원, 유지 관리 오버헤드를 줄입니다. DIY PXI 시스템은 상당한 통합 비용을 수반하지만, 초기 자본 지출, 인스트루먼트 중복, 장기적인 구식화 위험을 줄여줍니다. 

​엔지니어링 컨트롤 및 적응성 

​DIY PXI 생산 테스트 솔루션은 초고속 사용자 정의와 향후의 유연성을 제공합니다. 다음을 포함하여 공학적 컨트롤을 최대화할 수 있습니다.

• 새 RF 계측기에 즉시 접근 가능
• 신생 표준에 대한 신속한 지원
• 특정 DUT 동작에 맞게 사용자 정의된 테스트 흐름 

​이 방법을 사용하는 제조업체는 상당한 엔지니어링 오버헤드를 가정해야 합니다(그림 2). 

​ATE를 사용하는 경우, STS는 다음과 같은 유연성을 제공합니다.

• 강력한 운영
• 더 빠른 스케일링 
• ​배포 후 특수 엔지니어링 전문 지식에 대한 의존성 감소

그림 2. DIY RF PXI 솔루션과 STS ATE 옵션은 모두 이점과 단점을 제공합니다. DIY 접근 방식은 확장성과 유지보수를 저하시고, STS는 안정성과 확장성을 제공하지만 유연성을 제한합니다.

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조직 및 기술 고려사항

​예산 삭감과 인력 구성 변화는 업계 전반에 걸쳐 테스트 팀의 공동화를 초래하고 있습니다. 이러한 불행한 현실은 RF 생산 테스트 전략적 전망에도 영향을 미칩니다.

​STS와 같은 턴키 ATE 솔루션은 RF 시스템 통합에 대한 깊은 지식, 맞춤형 기계 설계, 전문 직원의 장기 유지보수에 대한 의존성을 줄입니다. 반면, DIY PXI 시스템은 고성능 RF 및 테스트 엔지니어, 강력한 내부 소프트웨어 관리, 시스템 수명 주기 위험을 감수할 의향이 필요합니다.

​일부 조직은 인프라 유지보수보다 설계 및 알고리즘 개발을 위해 공학 대역폭을 보존하기 위해 STS를 의도적으로 선택합니다. 

대부분의 제조업체는 ATE, 사용자 정의 APT, 또는 이 두 가지 중 일부의 비율을 우선적으로 사용하는 전략을 선택합니다. 그러나, 점점 더 많은 제조업체가 타사 ATE와 함께 NI PXI 시스템을 사용하여 볼트온 전략을 사용하고 있습니다.

일반적인 예로는 다음과 같습니다.

• 기존 ATE 흐름에 통합된 PXI 기반 RF 서브시스템
• 주요 테스터에서 오프로드된 복잡한 측정 또는 발생하는 측정에 사용되는 PXI 
• 골든 참조 또는 특성화 상호연관으로 사용되는 PXI 시스템

이러한 볼트온 방식으로 기업은 기존 ATE 플랫폼을 완전히 대체하지 않고 기존 ATE 투자의 수명을 연장하고 새로운 RF 기능을 도입할 수 있습니다.

NI PXI는 개방형 소프트웨어 모델과 광범위한 RF 계측 환경 때문에 이러한 역할에 특히 적합합니다.

플랫폼 선택에 관계없이 테스트 시간 단축은 범용 목표입니다. RF 생산 테스트에 영향을 주는 주요 업계 동향은 다음과 같습니다.

• 측정 압축 방식
• 통계 및 추론 기반 테스트
• AI 지원 교정 및 테스트 선택
• 포괄적인 파라미터 범위보다 시스템 레벨 KPI에 중점을 두는 경우

STS와 DIY PXI는 이러한 방법을 다르게 지원합니다. STS는 규모별로 표준화된 최적화를 배포할 수 있는 구조적 환경을 제공하고 DIY PXI는 제품별로 신속하게 프로토타입을 제작하고 적극적인 기술을 배포할 수 있는 자유를 제공합니다.

또 다른 차이점은 테스트 플랫폼이 제품 수명 주기에 따라 맵핑되는 방식입니다. DIY PXI는 설계 검증, 특성화 및 초기 생산에 종종 포함되지만 STS는 장시간 제조 수명과 멀티사이트 배포로 대량 생산에 뛰어납니다.

많은 고객은 제품이 성숙해지면 의도적으로 DIY PXI에서 STS로 전환하고, 기계적 및 작동용 래퍼를 변경하면서 테스트 IP를 재사용합니다.

RF 자동화된 생산 테스트는 반도체 경제학의 핵심입니다. 운영 환경에서는 비용이 낮고 처리 속도가 빠르고 팀이 작아지는 반면, 새로운 기술은 보다 복잡한 디바이스를 필요로 합니다. 모든 제약 조건을 충족하는 단일 테스트 구조는 없습니다.

NI 반도체 테스트 시스템 같은 턴키 ATE 플랫폼은 견고한 성능, 표준화, 확장성을 제공합니다. 따라서 OSAT 배포 및 복잡한 RF 포트폴리오의 대량 제조에 적합합니다. 반면, NI PXI로 구축된 DIY RF 생산 테스트 시스템은 뛰어난 유연성, 비용 최적화, 적응성을 제공합니다. 이러한 사용자 정의는 전용 하이 런너 제품, 사내 IDM 테스트, 신속한 RF 표준에 대한 응답에 적합합니다.

일부 반도체 제조업체는 ATE와 볼트온 PXI 서브시스템을 결합하여 테스트 전략을 제품 경제성에 맞추는 “볼트온” 모델을 사용합니다. 향후 AI 지원 테스트, 추론 기반 범위, 설계와 제조 사이의 더 긴밀한 커플링과 같은 경향은 ATE와 모듈형 테스트 시스템 사이의 경계를 더욱 흐리게 할 것입니다. RF 생산 테스트의 성공은 제품 수명 주기의 올바른 시점에 올바른 아키텍처를 배포하는 엔지니어에 달려 있습니다.

RF 자동화된 생산 테스트는 반도체의 수익성을 위해 더욱 중요해지고 있습니다. RF 디바이스는 이제 더 높은 주파수, 더 넓은 대역폭, 더 엄격한 허용오차에서 작동하며, 이는 생산 예산과 인력 부담이 감소하는 반면입니다. 모든 제조업체에 적합한 단일 테스트 전략은 없습니다. 테스트 시스템의 성공은 생산량, 공급망, 제품 수명 주기 요구 사항에 맞게 테스트 시스템을 일치시킵니다. 궁극적으로, 이 문서에서 다루어지는 테스트 전략의 올바른 조합을 선택하는 것은 변화하는 생산 요구에 부합하고 반도체 제조에서 지속적인 성공을 얻는 데 중요한 요소입니다.

​NI RF 생산 테스트 솔루션에 대한 자세한 내용은 sts@emerson.com에서 NI 기술 전문가에게 문의하십시오.

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