Analog Devices, PXI 및 LabVIEW를 활용하여 MEMS 테스트 비용 절감

Author(s):
Woody Beckford - Analog Devices Inc.
Rob Whitehouse - Analog Devices Inc.
Dan Weinberg - Analog Devices Inc.

Analog Devices Inc. 소개

Analog Devices Inc. (ADI)는 전자 장비 사용을 위해 빛, 소리, 열, 모션, 압력을 전기 신호로 변환하거나 처리하는 아날로그, 혼합 신호, 디지털 신호 프로세싱(DSP) 집적 회로(IC)를 생산합니다. Analog Devices의 IC는 자동차, 카메라, 텔레비전, 셀룰러 기기, 의료용 이미지 장비, 산업용 자동화 장비에 이르기까지 거의 모든 분야에서 사용되고 있습니다.

Analog Devices는 지난 20년간 미세전자기계 시스템(MEMS) 관성 센서 기술에 많은 투자를 해왔습니다. MEMS 분야의 혁신 업체이자 마이크로머신 기술의 선구자인 Analog Devices는 업계 최초로 완전히 통합된 iMEMS^® 가속도계와 자이로스코프를 생산하여 전자 장비 설계자들이 가속도, 경사, 충격, 진동, 회전, 여러 자유도(DoF) 동작을 설계에 통합할 수 있도록 지원한 바 있습니다. 또한 iMEMS 가속도계와 자이로스코프, iSensor^™ 지능 센서, IMU (inertial measurement unit), iMEMS 디지털 마이크 등을 비롯하여 다양한 관성 센서 솔루션을 제공합니다.

새로운 MEMS 테스트 시스템의 요구사항

MEMS 테스트는 양산 테스트 과정에 여러 가지 어려움을 야기합니다. 제품의 품질을 확보하면서도 가장 적은 비용으로 제품을 테스트한다는 요구사항을 충족하는 ATE 시스템이 필요했습니다. 기존의 "대형" ATE 솔루션은 지나치게 비싸고 기능이 너무 복잡하며 거대하여 우리가 원하는 전용 MEMS 테스트 시스템에는 적합하지 않았습니다. MEMS 제품에는 대형 ATE 시스템의 일부 측정 기능을 갖춘 어플리케이션 특정 테스트 시스템이 필요했습니다.

대안은 NI PXI와 LabVIEW

우리는 기존의 ATE 플랫폼을 대체할 여러 가지 대안을 검토했습니다. 최대한 상용(COTS) 기술을 활용하여 맞춤형 테스트 솔루션에 필요한 오버헤드를 낮추고자 했습니다. 또한 유연성을 갖추고 있어 계측 속도나 성능에 지장이 없으면서도 맞춤형 MEMS 테스트 장비를 수용할 수 있는 테스트 플랫폼이 필요했습니다.

내쇼날인스트루먼트의 PXI 플랫폼은 이러한 요구사항을 충족시킬 수 있는 계측 성능을 제공했습니다. PXI는 지난 10년 이상 널리 사용되어 온 개방형 표준이며 다양한 업계에서 채택하고 있습니다. PXI는 유연성을 갖추고 있는 모듈형 솔루션으로, 다양한 테스트 요구사항에 따라 재구성 가능한 MEMS 테스트 시스템을 개발할 수 있도록 지원합니다. 여러 현장에서 테스트를 실시할 경우, 소프트웨어를 전혀 변경하지 않고도 추가 모듈을 플러그 인하여 테스트 리소스를 두 배로 늘릴 수 있으므로 스루풋 요구에 따라 테스트 장비를 확장하는 것이 가능합니다. 

또한 사용이 편리하고 프로그램, 기존 툴과의 데이터 인터페이스를 생성할 수 있는 기능을 갖추고 있어 새로운 ATE 시스템을 생산 현장에 쉽게 통함할 수 있도록 해주는 환경이 필요했습니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 우리는 이미 특성화 및 설계 랩에서 폭넓게 사용되고 있는 LabVIEW 소프트웨어를 선택했습니다. 테스트 소프트웨어에 ANSI C 또는 C++를 사용하는 것도 고려해보았지만, LabVIEW로 몇 차례 벤치마크 테스트를 실시하면서 LabVIEW의 성능과 멀티코어 기술 활용 기능에 크게 만족했습니다.

우리는 PXI와 LabVIEW만으로 새로운 생산 테스트 솔루션을 개발했습니다. 내쇼날인스트루먼트를 이 프로젝트의 ATE 제공업체로 선정하여 기술지원과 제품 선별, 글로벌 서비스를 받았습니다.  NI라는 하나의 창구에서 필요한 테스트 장비를 대부분 조달할 수 있었습니다. 내쇼날인스트루먼트의 필드 엔니지어들과 전세계 시스템 엔지니어링 팀은 이 프로젝트 전체에 걸쳐 우리 개발팀을 지원했습니다. 우리 엔지니어들은 PXI 시스템의 유연성과 LabVIEW의 사용 편의성을 결합하여 신속하게 솔루션을 설계하고 프로토타입을 제작할 수 있었습니다. PXI와 LabVIEW를 기반으로 한 새 테스트 시스템의 테스트 시간은 기존의 양산 ATE 테스트 시스템에 비해 비슷하거나 더욱 단축되었습니다. 따라서 MEMS 장비 테스트를 위해 NI의 PXI 기술을 기반으로 한 양산 테스트 솔루션을 배포하기로 결정했습니다.

NI 상용 기술을 사용했을 때 얻을 수 있는 주요 장점

새로운 시스템을 도입하자 PXI와 LabVIEW를 사용한 MEMS 양산 테스트에 필요한 자본 비용, 공간, 무게, 전력을 엄청나게 절약할 수 있었습니다.

비용 절감: 새로운 PXI 시스템에 소요되는 전체 비용은 이전 ATE 시스템의 기본 설정 비용보다도 적습니다. 또한 PXI 시스템은 매우 적은 공간을 차지합니다. 이제는 시스템 전체를 카트 하나에 싣고 움직일 수 있을 정도로 크기가 작아졌습니다.

생산 현장의 공간 절약: 새로운 PXI 기반 ATE 시스템은 거의 공간을 차지하지 않습니다. 시스템이 카트 하나에 실어서 이동할 수 있을 정도로 작기 때문에 생산 현장에서 많은 공간을 절약할 수 있습니다.

작고 사용이 편리한 시스템: 새로운 시스템은 무게가 가벼워 물류 비용이 크게 절약됩니다. 문제가 생기면 PXI 계측기를 현장에 보유하고 있는 여분의 장비로 교체하거나, 심지어 최소한의 오버헤드만으로 생산 라인에 있는 전체 테스트 시스템을 개발팀에 보낼 수도 있습니다. 기존 ATE 시스템의 경우 이동용 컨테이너만 해도 새로운 PXI 테스트 시스템 전체와 비슷한 비용이 소요되었습니다.

전력 사용량 절감: 이전에는 추가적인 테스트 장비가 들어올 경우 시설관리부서가 몇 달 전부터 전력 그리드와 냉각 시스템을 조정하기 위해 작업을 진행했습니다. 새로운 PXI 시스템을 도입한 이후에는 조정 작업 없이 표준 전기 플러그만 사용해도 충분히 시스템을 구동할 수 있습니다. 

테스트 품질 향상: 새로운 시스템은 전반적인 테스트 품질 향상 결과를 가져왔습니다. 우리가 직접 테스트 시스템을 설계했기 때문에 완전히 동일한 하드웨어로 구성되어 있으며 같은 프로그램 및 코드 시퀀스를 실행하는 시스템을 각 현장에 보낼 수 있었습니다. 뿐만 아니라 LabVIEW로 시스템을 제어하므로 모듈형 테스트 코드를 프로그래밍하여 향후의 테스트나 개발에 재활용할 수 있습니다.

특성화와 양산에 같은 테스트 시스템 사용: 유연하고 사용이 편리한 테스트 시스템이 개발되면서 양산뿐만 아니라 설계, 특성화, 계측 등의 다양한 단계에 걸쳐 같은 시스템을 사용할 수 있게 되었습니다. 이제는 별도의 비용 발생 없이 모든 환경에서 같은 ATE 장비를 사용할 수 있습니다. 이를 통해 시장 출시 시간을 단축하고 제품 품질을 개선할 수 있었습니다.

새로운 NI PXI 기반 MEMS 테스트 시스템은 기존의 ATE 시스템에 비해 비용, 물리적 공간, 에너지 활용 측면에서
상당한 절감 효과를 가져왔습니다.

PXI와 LabVIEW를 사용하여 양산부터 랩 특성화까지 확장할 수 있는 어플리케이션 특정 MEMS 테스트 플랫폼을 개발함으로써 전체 MEMS 테스트 비용을 절약할 수 있었습니다.

Author Information:
Woody Beckford
Analog Devices Inc.
Tel: (781) 937-1314
woodrow.beckford@analog.com