Die Bedeutung von Lastplatinen in der Halbleiterprüfung

Die Lastenplatine (LB) ist eine speziell entwickelte Leiterplatte, die als mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Tester (ATE) und dem zu testenden Gerät dient. Lastenplatinen haben bestimmte physikalische Abmessungen und müssen exakt in den Tester passen. In der Regel besteht eine Lastenplatine aus zwei Schnittstellen: Eine Schnittstelle zeigt nach oben zur Handler-Einheit des Testers. Der Handler ist eine automatisierte Pick-and-Place-Einheit, die das DUT (Device Under Test) aus dem Magazin entfernt und in den Sockel einsetzt. Die zweite Schnittstelle zeigt nach unten zu den Pogo-Pins des Testers. Dies sind die Ein-/Ausgangsports des Testers, die den Tester elektrisch mit dem DUT verbinden.

Eigenschaften der Lastenplatine

Eine gut konstruierte LB ist elektrisch nicht wahrnehmbar und fügt den DUT-Signalen keine Verzerrung oder Verzögerung hinzu. Die Lastenplatine sollte in der Lage sein, alle auf dem Tester durchgeführten Tests zu unterstützen und ausreichend flexibel sein, um zukünftige Tests zu ermöglichen (zum Beispiel durch Erweiterung der Testlösung, um Quad-Parallel-Testing zu integrieren).

Viele Testingenieure streben danach, alle aktiven Bauteile von der LB fernzuhalten und nur die passiven Bauteile zu haben, die für die Funktionalität des ASIC erforderlich sind. Der Trend zur Vereinfachung der Lastenplatine rührt vom Wunsch, die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls während der Fertigungsphase zu verringern, was die Produktionslinie zum Stillstand bringen könnte. Die Zeit, die zur Behebung eines Problems benötigt wird, entsteht, wenn die Lastenplatine verfeinert wird.

Verschiedene Tester (ATEs) benötigen unterschiedliche LB-Größen. Dennoch bestehen alle Lastenplatinen aus denselben Komponenten:

• Sockel für das DUT-ASIC mit Schnittstellen-Pads für den Tester
• Versteifungsrahmen erhöht die mechanische Festigkeit.
• Einige Bauteile basierend auf den DUT-Anforderungen (R, C, usw.)
• Steckverbinder für die Probe-Card-Stufe

Unter bestimmten Bedingungen kann die LB zusätzlich zu ihrer Funktion als Schnittstellenplatine auch On-Board-Testfähigkeiten enthalten. Wenn der Tester allein eine bestimmte Testaufgabe nicht unterstützen kann, kann diese direkt auf der LB durchgeführt werden.

Konfigurationsregeln für die Lastenplatine

Eine Lastenplatine kann von fast jedem Layout- oder Leiterplatteningenieur entworfen werden; das einzige Erforderliche ist ein grundlegendes Verständnis der Test- und Lastenplatinenkonzepte. Eine LB besteht häufig aus RF4-Material und ist extrem dick, mit mindestens 20 Lagen.

Die Überlegungen zum Lastenplatinen-Design sind vergleichbar mit denen für andere Leiterplatten. Stromversorgungsverteilung, Takt-Signal-Führung, Hochgeschwindigkeits-Übertragungsleitung, Signalintegrität, Leitungslänge – diese Designprinzipien gelten auch hier. Unter bestimmten Bedingungen ist es ratsam, einige elektrische Simulationen durchzuführen, insbesondere um die RF-Signalleistung sicherzustellen.

Nachdem das Layout fertiggestellt ist, besteht der nächste Schritt darin, die Leiterplatten-Services zu erstellen/herzustellen und die Platine mit den verschiedenen passiven oder aktiven Bauteilen und Sockeln zu bestücken.

Die Lastenplatine ist eine entscheidende Komponente des ASIC-Testsystems. Erstellen Sie ein robustes, aber einfaches Design, um weniger Fertigungsprobleme zu gewährleisten; bewahren Sie nach Möglichkeit eine Platte als Backup auf.

Während es schon immer eine Anforderung für die Lastenplatinen-Verifizierung gab, hat der Wechsel zur Oberflächenmontagetechnik (SMT) die Nachfrage erhöht. IC-Testsockel mit Federkontakten haben einen großen elektromechanischen Kontakt in die Teststeckerbaugruppe eingeführt, der sich möglicherweise negativ auf die Testgenauigkeit und -integrität des IC-Gehäuses auswirken kann.

Eine Lastenplatine, auch bekannt als Testinterface-Einheit oder Performance-Board, verbindet den zu testenden integrierten Schaltkreis mit dem Testkopf des parametrischen Analysators oder der automatisierten Testausrüstung (ATE). Eine Lastenplatine besteht häufig aus einem Testsockel oder Kontaktor, der einen IC hält und mit einer Leiterplatte (PCB), auch bekannt als DUT- oder ATE-Board, verbunden ist, die wiederum mit dem Testkopf eines ATE verbunden ist.

Bevorzugt dient die Lastplatine als im Wesentlichen einfacher mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen dem IC und dem ATE. Dies ermöglicht eine präzise und zuverlässige Bewertung der Integrität und Leistung der IC-Schaltung.

Das Testen einer Lastplatine auf Durchgängigkeit, bevor sie zum Testen einer integrierten Schaltung verwendet wird, kann Zeit und Geld sparen.

Lastplatine-Verifizierung

Es gibt drei wesentliche Ansätze zur Verifizierung der Lastplatine-Leistung. Die grundlegendste Methode ist die manuelle Prüfung. Bei dieser Art von Test sucht ein Ohmmeter nach Kurzschlüssen oder Unterbrechungen zwischen den Verbindungen des Teststeckers zum IC und der Leiterplatte zum ATE.

Während diese Testmethode Einschränkungen hat, kann sie für Geräte mit einer geringen Anschlusszahl, typischerweise unter 50, kostengünstig sein. Dennoch ist dieser Testansatz für komplexe Systeme mit vielen Verbindungen weder praktikabel noch wirtschaftlich.

Am anderen Ende des Spektrums könnte man den gleichen millionenteuren ATE, den man für Gerätetests verwendet, zur Validierung der Lastplatine einsetzen. Diese Methode ist teuer, ineffizient und kann wichtige Testressourcen verschwenden. Selbst wenn der ATE nicht vollständig für IC-Tests genutzt wird, könnten zusätzliche Software und andere Anpassungen erforderlich sein, um die Lastplatine-Verifizierung zu unterstützen.

Eine dritte Option nutzt ein spezielles Lastplatine-Testsystem. Es hat in der Regel niedrigere Kosten als ein ATE und einen schnelleren und zuverlässigeren Testprozess als die manuelle Prüfung.

Ein spezielles Testsystem, ähnlich der manuellen oder ATE-gestützten Lastplatine-Verifizierung, überwacht Widerstand und Leckströme, um sicherzustellen, dass es keine Unterbrechungen oder Kurzschlüsse in der Schnittstellenhardware gibt. Ein spezielles System überwacht Schaltungswiderstand, Leckströme und Kapazität und vergleicht sie mit bekannten Werten.

Das Testsystem bewertet zudem die Leistung verschiedener Gleichrichterdioden, Zenerdioden und Busschaltungen. Darüber hinaus können Systemoptionen das Testen von Relais und Hochspannungskomponenten unterstützen, die möglicherweise in der Lastplatine-Hardware enthalten sind.

Ein häufig angesprochener Punkt ist, ob die Impedanz als Teil des Lastplatine-Tests bewertet werden sollte. Impedanz und Ausbreitungsverzögerungen sind ein Ergebnis des DUT-Platinen-Designprozesses, der Tests mit Zeitbereichsreflektometern einschließt.

Die Flexibilität eines speziellen Lastplatine-Testsystems, verschiedene Testköpfe zu emulieren, ist ein Schlüsselmerkmal. Es sollte eine breite Palette von Testkopf-Emulatoren bieten, um die Leistung von Lastplatinen für verschiedene ATE-Typen genau zu überprüfen.

Die Anpassungsfähigkeit und Flexibilität eines Testsystems hängen eng damit zusammen, wie schnell und effizient ein Testkopf-Emulator durch einen anderen ersetzt werden kann. Ein spezielles Testsystem wird in der Wartungsabteilung eines Herstellers und nicht auf der Testfläche installiert, sodass Werkzeuge und andere Diagnosegeräte leicht zugänglich sind, was erheblich zusätzliche Zeit spart.

Ein spezielles Lastplatine-Testsystem bietet auch mehrere Emulationsmöglichkeiten. Ein Test kann in einen Kontaktor oder Teststecker eingesetzt werden, um einen Punkt-zu-Punkt-Widerstandstest zwischen den Steckerkontakten und den Leiterplatten-Testkopfkontakten durchzuführen. Dieser Ansatz gewährleistet einen guten Abschluss zwischen Stecker und Leiterplatte, was besonders kritisch ist, wenn der Stecker mit der Leiterplatte verbunden ist.

Alternativ kann ein kurzgeschlossenes Bauteil im Stecker installiert werden. Dieser Ansatz nutzt einen Widerstandstest mit gleichwertigem Rückweg, um die Durchgängigkeit zu verifizieren. Schließlich kann ein kundenspezifischer Bauteil-Emulator, oft vom IC-Hersteller bereitgestellt, die Durchgängigkeit mithilfe eines Daisy-Chain-Widerstandstests überprüfen.

Ein spezielles Lastplatine-Testsystem ist auch nützlich für die Bewertung und den Austausch von Federkontaktoren in SMT-Steckern. Die SMT-Schnittstellen können mithilfe einer Kontaktwiderstandsvorrichtung getestet werden, bevor sie mit der Lastplatine verbunden werden. Das Gerät ermöglicht zudem die Offline-Diagnose und den Austausch defekter Federkontaktoren.

Da Halbleiterdesigner weiterhin ICs integrieren, die mehr Hardware in kompaktere Räume mit höheren Pinzahlen und engeren Rastermaßen packen, wird die Bestätigung der IC-Gehäuseleistung zunehmend schwieriger. Die Überprüfung des Lastboards vor dessen Einsatz für IC-Tests kann sowohl Zeit als auch Geld sparen. Der Einsatz spezieller Lastboard-Testhardware ermöglicht zudem die Überprüfung der Leistung verschiedener Lastboard-Designs mit einem breiteren Messbereich. Schließlich wird es die Speicherung und den Vergleich von Messdaten ermöglichen, um Wartungs- und Austauschpläne für die Boards zu erstellen.