校際微電子研究中心 (Interuniversity Microelectronics Centre，IMEC) 研究小組建立彈性且高速的混合訊號系統，以直接測試 (On-Wafer) 晶圓的功能與效能

Author(s):
Axel Nackaerts - IMEC vzw
Bart De Wachter - IMEC vzw

Industry:
University/Education, Semiconductor

Products:
LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
開發客制的混合訊號量測平台，以容納多重電源供應與高速數位/類比訊號，並進一步用於晶圓裝置與原型製作電路的直接 (On-Wafer) 量測。

The Solution:
使用 NI PXI 硬體與客制介面，於晶圓探測系統 (Prober system) 中建立彈性的測試系統。

如比利時的校際微電子研究中心 (Interuniversity Microelectronics Centre，IMEC) 的研究機構中，正以多種受測裝置 (DUT) 同時進行多項專案。DUT 可為簡單的被動元件、電晶體、記憶體單元 (Cell)，或可調整的記憶體與微處理器核心。

大型的自動化批次工具，可處理裝置參數測試與簡易電路的測試 (如靜態 RAM 單元或環形震盪器)。然而，針對系統中更為複雜的電路而言，若要建置不同的測試程序，此方式並不甚符合成本效益。我們需要的彈性平台，應要能協助研究者迅速設定並執行其相關測試程序。該平台應要能進一步取代老舊的 ASIC 測試系統，並能提供相同的功能。

 

必要的系統需求包含：
＊包含 80 個高速數位 I/O 通道的邏輯分析器；硬體結果比較，與可選擇的電壓準位
＊在 100 kHz 的範圍中產生並擷取類比訊號
＊數位示波器的功能
＊精確的電流、電壓，與電容量測
＊多個獨立的可程式化電源
＊可介接探測介面卡，並固定於半自動化的晶圓探測系統上

 

我們選擇了 NI PXI-1044 的 14 槽機箱，安裝 4 組 NI PXI-6551 的 20 個通道高速數位 I/O 模組、1 組 NI PXI-5124 的雙通道、200 MS/s 取樣率的高速示波器、1 組 NI PXI-6259 多用途資料擷取模組、2 組 NI PXI-4110 電源供應，與 1 組 NI PXI-4072 的 6 位半 LCR Meter。只要新增其他 PXI 模組或機箱，即可擴充此系統。

在探測介面卡 (300 pin) 與資料擷取/產生系統之間的介面，則必須具有足夠的彈性，不僅要能容納不同的電路輸出腳 (Pinout)，亦要能夠迅速進行重新設定。任何探測介面卡的針腳，必須可連接至任何的 I/O 針腳。由於大量的針腳與高頻率訊號成份 (Content) 將無法使用大型的切換矩陣，因此我們使用 2 組背板匯流排與 1 組插入式互連子卡，以設計阻抗匹配 (Matching) 的介面卡。1 組背板匯流排可連接各個可能的探測介面卡針腳，而其他匯流排可連接至量測系統的數位或類比 I/O。該子卡 (Daughterboard) 包含 Probe-to-I/O 的映射 (Mapping)。子卡的 2 個不同處則設計為：開發介面卡的 2 組背板匯流排可延伸至接頭，因此使用者可針對翹曲 (Warp) 的手動接頭進行連結；而第二個不同處則包含生產測試的硬接線 (Hardwired) 互連。亦可直接連至探測介面卡的接腳。所有的資料產生與擷取作業，均由 NI LabVIEW 圖型化開發環境的虛擬儀器進行控制。

 

在安裝此系統之後，使用者即可在桌面上開發量測應用，並對特定的電路預先接線 (Prewire) 至開發子卡。現在於晶圓上執行量測，僅需載入並排列晶圓、插入預先接線的互連子卡，最後載入 NI LabVIEW 應用程式。與之前必須耗費數小時的舊系統相較，研究者可於 30 分鐘內將這些作業執行完畢。

 

使用 NI PXI 模組化儀器，並將 LabVIEW 作為程式設計介面，不僅提升了量測輸出率，總成本亦下降了 60%。此外，我們更可輕鬆修改系統以用於其他功能。

Author Information:
For more information on this Case Study, contact:
Axel Nackaerts
IMEC vzw
Tel: +32 16 28 87 54
Fax: +32 16 28 17 06
mailto:Axel.Nackaerts@imec.be

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