邁來(lái)芯公司基于NI PXI 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了IC特性分析測(cè)試的全球標(biāo)準(zhǔn)化。邁來(lái)芯專家撰文詳細(xì)介紹了項(xiàng)目思路及實(shí)現(xiàn)用的工具。

除了邁來(lái)芯，NI的半導(dǎo)體測(cè)試解決方案還幫助了安森美、英飛凌、高通、英特爾、博通等公司實(shí)現(xiàn)測(cè)試創(chuàng)新。

以下是邁來(lái)芯專家撰寫的技術(shù)文章，全面地講述了項(xiàng)目挑戰(zhàn)、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)方案及用到的測(cè)試工具。

作者信息：

Christian Paintz - Melexis GmbH:Characterization Competency Center Manager

Nicolas Simonne - Melexis Bulgaria Ltd:Test Competency Center Manager

項(xiàng)目挑戰(zhàn)

部署標(biāo)準(zhǔn)化的全球IC驗(yàn)證測(cè)試策略，從而提高測(cè)試的一致性，擴(kuò)大測(cè)試覆蓋范圍，并提供更有效的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，幫助Melexis加快產(chǎn)品上市速度，并縮短產(chǎn)品驗(yàn)證、確認(rèn)和特性分析的時(shí)間，同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量。

解決方案

我們將PXI平臺(tái)廣泛應(yīng)用到我們的研發(fā)中心，并組建了全球PXI champion團(tuán)隊(duì)，從而在全球范圍內(nèi)建立標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證流程，得益于此，我們提高了測(cè)試覆蓋率，增強(qiáng)了分析能力，同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量，這是傳統(tǒng)機(jī)架式和臺(tái)式儀器無(wú)法比擬的。

邁來(lái)芯(Melexis)是一家全球微電子半導(dǎo)體供應(yīng)商，也是為電機(jī)控制、汽車網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信和傳感系統(tǒng)提供混合信號(hào)（模擬和數(shù)字）IC的主要供應(yīng)商之一。

我們生產(chǎn)IC已有二十多年了。我們?nèi)蜓邪l(fā)團(tuán)隊(duì)每年都致力于生產(chǎn)數(shù)十種新型智能IC和傳感器組件。自1988年在比利時(shí)成立公司以來(lái)，我們已在14個(gè)國(guó)家/地區(qū)擁有1,100多名員工。

將創(chuàng)新產(chǎn)品安全地生產(chǎn)出來(lái)以及按時(shí)交貨對(duì)于邁來(lái)芯及客戶的共同成功至關(guān)重要。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，邁來(lái)芯全球各團(tuán)隊(duì)通力協(xié)作，不斷推動(dòng)技術(shù)突破。

IC特性分析和驗(yàn)證

特性分析系統(tǒng)以及PXI系統(tǒng)和DUT的接口板細(xì)節(jié)圖

邁來(lái)芯特性分析系統(tǒng)正在不同溫度下進(jìn)行測(cè)試圖

我們的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，而眾所周知，汽車行業(yè)要求必須保證產(chǎn)品零缺陷。這意味著所有組件、子組件和IC的制造和交付均應(yīng)無(wú)任何缺陷。

為了滿足這一要求以及維護(hù)我們?cè)谄囆袠I(yè)的品牌信譽(yù)，同時(shí)結(jié)合我們?cè)趯?duì)汽車和卡車所需的高質(zhì)量A/D IC和傳感器組件的工程和測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)IC特性分析儀器提出了很高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)一步推動(dòng)公司的發(fā)展，我們希望提高統(tǒng)計(jì)分析的質(zhì)量，以證明我們的產(chǎn)品是完美無(wú)缺的，同時(shí)也希望可以在所有設(shè)施上實(shí)施相同的測(cè)試質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

我們的IC需要在汽車-40至150°C的溫度環(huán)境內(nèi)運(yùn)行。在邁來(lái)芯，我們需要根據(jù)多種標(biāo)準(zhǔn)在整個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行驗(yàn)證。而且我們的混合信號(hào)IC多種多樣，包括MEMS、致動(dòng)器、磁性和壓力傳感器，這不僅增加了復(fù)雜性，也增加驗(yàn)證、驗(yàn)證和特性分析測(cè)試的負(fù)擔(dān)。

我們以前的特性分析系統(tǒng)由來(lái)自不同供應(yīng)商的臺(tái)式儀器堆疊而成。而且全球不同開(kāi)發(fā)和測(cè)試站點(diǎn)采用的測(cè)試系統(tǒng)也可能各不相同。

部署真正的全球標(biāo)準(zhǔn)化特性分析平臺(tái)

PXI champion正在使用LabVIEW和PXI系統(tǒng)來(lái)分析產(chǎn)品特性

正在進(jìn)行特性分析的產(chǎn)品，PXI系統(tǒng)位于負(fù)載板下方

我們希望對(duì)全球不同站點(diǎn)的特性分析過(guò)程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，并持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高特性分析的質(zhì)量。此外，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化，我們還減少了測(cè)試時(shí)間，這可以幫助我們對(duì)更多樣品進(jìn)行特性分析，從而進(jìn)一步提高統(tǒng)計(jì)分析的質(zhì)量，甚至有助于縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

由于所有站點(diǎn)之間沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的特性分析平臺(tái)，因此我們決定循序漸進(jìn)，先在驗(yàn)證等階段進(jìn)行試點(diǎn)，確保所選擇的測(cè)試儀器選擇符合我們的目標(biāo)。

我們的一個(gè)目標(biāo)是使用相同的特性分析設(shè)備來(lái)為客戶測(cè)試試生產(chǎn)樣品和首樣。該設(shè)備應(yīng)能夠?yàn)樘匦苑治龊驮嚿a(chǎn)測(cè)試提供足夠高的吞吐量和準(zhǔn)確性。

使用PXI平臺(tái)進(jìn)行試生產(chǎn)測(cè)試可讓測(cè)試工程師專注于認(rèn)證和生產(chǎn)測(cè)試解決方案，從而縮短了工業(yè)化時(shí)間/產(chǎn)品上市時(shí)間。

另一個(gè)目標(biāo)是提供一種測(cè)試解決方案，以從研發(fā)IC驗(yàn)證和特性分析平穩(wěn)過(guò)渡到工業(yè)化和生產(chǎn)測(cè)試。

基于這些需求，我們認(rèn)為NI PXI平臺(tái)可以為我們帶來(lái)三個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：

① 提高特性分析的質(zhì)量。我們可以測(cè)試更大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)/樣本，從而盡可能發(fā)現(xiàn)并修正產(chǎn)品中的所有設(shè)計(jì)錯(cuò)誤

② 我們可以利用高度集成的模塊化平臺(tái)來(lái)縮短特性分析所需的時(shí)間。

③ 將特性分析系統(tǒng)應(yīng)用到試生產(chǎn)測(cè)試/專注于生產(chǎn)測(cè)試

NI PXI平臺(tái)提供了更高的測(cè)量精度、更短的設(shè)置時(shí)間以及更高的測(cè)試吞吐量，而且各站點(diǎn)特性分析步驟之間可進(jìn)行比較，所有這些都有助于提高特性分析的質(zhì)量。這也使我們確信PXI平臺(tái)是最適合我們的選擇。

PXI Champion

與NI銷售代表探討過(guò)后，我們開(kāi)始了一個(gè)為期六個(gè)月的試點(diǎn)項(xiàng)目，其中使用了兩個(gè)完全相同的PXI系統(tǒng)配置。我們的標(biāo)準(zhǔn)PXI系統(tǒng)在PXIe-1085機(jī)箱中容納了一個(gè)PXIe-8840控制器、兩個(gè)PXIe-4112可編程電源、兩個(gè)PXI-4071/81數(shù)字萬(wàn)用表、一個(gè)PXI-6509數(shù)字I/O模塊，一個(gè)PXIe-4143 SMU和一個(gè)PXIe-6555（PPMU） 高速數(shù)字I/O模塊。

機(jī)箱尺寸為19英寸，而且還提供了額外的連接組件來(lái)連接定制接口板，以便連接DUT。我們還使用LabVIEW軟件來(lái)構(gòu)建測(cè)試序列。在邁來(lái)芯的這個(gè)應(yīng)用中，相對(duì)于TestStand軟件提供的自動(dòng)化功能，我們更喜歡LabVIEW的靈活性。我們計(jì)劃在試生產(chǎn)測(cè)試中對(duì)TestStand進(jìn)行更詳細(xì)的評(píng)估。

在此方法中，一個(gè)非常重要的因素是一致性。由于每個(gè)應(yīng)用和產(chǎn)品各不相同，我們往往會(huì)習(xí)慣性地添加模塊或自行編寫軟件來(lái)快速解決問(wèn)題，而不會(huì)去咨詢用戶的意見(jiàn)或考慮流程的標(biāo)準(zhǔn)化。

這也就是我們?yōu)槭裁唇M建PXI champion團(tuán)隊(duì)的原因。PXI champion是指接受過(guò)LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境培訓(xùn)，并且對(duì)PXI架構(gòu)、儀器和測(cè)試要求有深入了解的工程師。

PXI champion能夠使用PXI系統(tǒng)和LabVIEW（=軟件框架）來(lái)開(kāi)發(fā)測(cè)試?yán)?，以?yàn)證其用途以及系統(tǒng)是否符合預(yù)期。PXI champion還會(huì)舉行內(nèi)部電話會(huì)議，以使每個(gè)人都了解軟件框架的最新進(jìn)展和討論結(jié)果。我們還讓NI參與到我們軟件平臺(tái)的代碼審查，以確保與行業(yè)最新實(shí)踐保持一致，并討論了PXI Champion Team發(fā)現(xiàn)的一些常見(jiàn)問(wèn)題的解決方案選項(xiàng)。

試點(diǎn)期結(jié)束后，邁來(lái)芯開(kāi)發(fā)經(jīng)理認(rèn)為試點(diǎn)項(xiàng)目獲得了成功。之后便啟動(dòng)了一個(gè)投資周期，目標(biāo)是為每個(gè)特性分析工程師提供標(biāo)準(zhǔn)的邁來(lái)芯PXI系統(tǒng)配置。

現(xiàn)在每個(gè)站點(diǎn)都擁有自己的PXI champion，他們負(fù)責(zé)為其他工程師解惑，收集用戶反饋并培訓(xùn)用戶，并與我們的全球PXI委員會(huì)互動(dòng)，以對(duì)軟件框架實(shí)施變更，同時(shí)交流想法和分享反饋意見(jiàn)。

汽車上的創(chuàng)新功能——車內(nèi)氛圍燈

PXI在特性分析中的優(yōu)勢(shì)

在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化之前，我們的特性分析實(shí)驗(yàn)室使用了一系列專用臺(tái)式儀器，例如波形發(fā)生器、電源、數(shù)字pattern發(fā)生器和源測(cè)量單元(SMU)，所有儀器均通過(guò)GPIB連接。在實(shí)現(xiàn)基本的自動(dòng)化后，我們很快就看到GPIB通信幫助我們縮短了測(cè)試時(shí)間。

此外，隨著測(cè)量和測(cè)試要求的變化，系統(tǒng)設(shè)置、布線和配置也需要隨之更改。這會(huì)占用大量時(shí)間，而且無(wú)法提高測(cè)量的可重復(fù)性。PXI模塊化儀器的最大優(yōu)勢(shì)在于，我們可以在同一設(shè)備上進(jìn)行一次又一次的測(cè)量。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)可編程的PXI負(fù)載板，通過(guò)一個(gè)總線系統(tǒng)將引腳連接到PXI通道。我們可以使用負(fù)載板來(lái)同時(shí)分析多達(dá)四個(gè)IC的特性，具體取決于IC的引腳數(shù)。我們還可以通過(guò)自動(dòng)化程序，自動(dòng)執(zhí)行某個(gè)溫度范圍內(nèi)各種測(cè)試條件下絕大多數(shù)的特性分析測(cè)試。效率明顯提高了。

邁來(lái)芯通過(guò)其MLX81108環(huán)境光模塊實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新

統(tǒng)計(jì)分析方面的改進(jìn)

使用以前的臺(tái)式系統(tǒng)，我們只能測(cè)試數(shù)量非常有限的樣品（最多10個(gè)）。而使用基于PXI的特性分析測(cè)試系統(tǒng)，雖然我們花費(fèi)了大約相同的時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)LabVIEW例程，但是之后我們可以對(duì)數(shù)十個(gè)樣品進(jìn)行特性分析，對(duì)數(shù)百個(gè)零件進(jìn)行試生產(chǎn)測(cè)試。

盡管開(kāi)發(fā)時(shí)間差不多，但開(kāi)發(fā)完成之后，就可以通過(guò)自動(dòng)化來(lái)測(cè)試更多樣品。這有助于提高統(tǒng)計(jì)分析的質(zhì)量，從而提供更高的準(zhǔn)確性。此外，得益于可復(fù)用的標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，下一代IC的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)時(shí)間也將大大減少。

結(jié)論

我們現(xiàn)在仍在學(xué)習(xí)和摸索中?，F(xiàn)在使用新舊平臺(tái)的開(kāi)發(fā)時(shí)間差不多，我們希望在不久的將來(lái)可以進(jìn)一步縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。我們需要學(xué)習(xí)PXI，PXI Champion團(tuán)隊(duì)可以幫助我們制定框架。我們還改進(jìn)了內(nèi)部自研的驅(qū)動(dòng)程序，并開(kāi)發(fā)了許多標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量程序（CAN、LIN等的特性分析）。這些測(cè)量程序開(kāi)發(fā)完成后，特性分析就變得容易了。

我們?cè)谌虻乃行马?xiàng)目和開(kāi)發(fā)都使用NI PXI平臺(tái)進(jìn)行特性分析。所有的團(tuán)隊(duì)都在使用PXI和LabVIEW，開(kāi)發(fā)速度都提高了。此外，我們也正使用PXI進(jìn)行所有的概念驗(yàn)證，這可能需要1-2年的時(shí)間。

我們還可以執(zhí)行試生產(chǎn)測(cè)試，每小時(shí)可驗(yàn)證多達(dá)80個(gè)IC，每次最多可同時(shí)驗(yàn)證4個(gè)IC?；赑XI平臺(tái)，我們還計(jì)劃利用特性分析平臺(tái)的自動(dòng)化測(cè)量功能，來(lái)進(jìn)行試生產(chǎn)測(cè)試。由于生產(chǎn)的目標(biāo)是按時(shí)向客戶交付產(chǎn)品以及創(chuàng)造業(yè)務(wù)價(jià)值，所以我們不需要更換平臺(tái)，反而使用PXI進(jìn)行預(yù)測(cè)試有助于縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

如果所有后期部署計(jì)劃都順利完成并達(dá)到了我們的目標(biāo)，也就是說(shuō)如果證明PXI平臺(tái)可以提高特性分析質(zhì)量并加速我們的驗(yàn)證和工業(yè)化過(guò)程，我們會(huì)考慮下一步將NI基于PXI的半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng) (STS) 部署到我們的生產(chǎn)車間。