半導体テストにおけるロードボードの重要性

ロードボード（LB）は、テスター（ATE）と被試験装置との間の機械的および電気的な接続として機能する、特別に設計されたプリント基板です。ロードボードは明確な物理的寸法を持ち、テスター内に正確に適合しなければなりません。一般的に、ロードボードは2つのインターフェースポイントで構成されます：1つ目のインターフェースは、テスターのハンドラーユニットに向かって上面にあります。ハンドラーは、トレイからDUTを取り出しソケットに挿入する自動ピックアンドプレースユニットです。2つ目のインターフェースは、テスターのポゴーピンに向かって下面にあります。これらはテスターの入出力ポートであり、テスターとDUTを電気的に接続します。

ロードボードの特性

適切に構築されたLBは、電気的に検知できず、DUT信号に歪みや遅延を一切加えません。ロードボードは、テスター上で実行される全てのテストをサポートできる能力を持ち、将来のテスト（例えば、クワッドパラレルテストを含むようにテストソリューションを拡張する場合など）に対応できる十分な柔軟性を持つべきです。

多くのテストエンジニアは、全ての能動部品をLB上に配置せず、ASIC機能を可能にするために必要な受動部品のみを持つことを目指しています。ロードボードを簡素化する傾向は、製造段階での故障の可能性を減らし、生産ラインの停止を引き起こす事態を防ぎたいという要望から生まれています。ロードボードが洗練されるにつれて、問題を修正するのにかかる時間が生じます。

様々なテスター（ATE）は、異なるLBサイズを必要とします。しかしながら、全てのロードボードは同じ要素で構成されます：

• テスター用インターフェースパッド付きのDUT ASIC用ソケット
• 機械的強度を増加させる補強材
• DUTの要求に基づくいくつかの部品（抵抗、コンデンサなど）
• プローブステージ用コネクタ

特定の条件下では、インターフェースボードであることに加えて、LBはオンボードテスト機能を含む場合もあります。テスター単体では特定のテストタスクをサポートできない場合、それはLB上で直接行われることがあります。

ロードボードの設計ルール

ロードボードは、ほぼ全てのレイアウトまたはプリント基板エンジニアによって設計される可能性があります。唯一必要なのは、テストとロードボードの概念に関する基本的な理解です。LBはしばしばRF4材料で構成され、非常に厚く、少なくとも20層以上あります。

ロードボードの設計上の考慮事項は、他のプリント基板と同等です。電源供給の分配、クロック信号の配線、高速伝送路の配線、信号の完全性、配線長——これらの設計基準もここで適用されます。特定の条件下では、特にRF信号性能を保証するために、いくつかの電気的シミュレーションを行うことが賢明です。

レイアウトが完了した後、次のステップは、ボードの製造/加工を行い、様々な受動的または能動的部品およびソケットと共にボードを組み立てることです。

ロードボードは、ASICテストシステムの重要な構成要素です。堅牢でありながらシンプルな設計を作成し、製造上の問題を少なくすることを保証してください。可能であれば、バックアップとして1枚のボードを保管してください。

ロードボードの検証の必要性は常にありましたが、表面実装技術（SMT）への移行により、その需要は高まっています。スプリングプローブを備えたICテストソケットは、テストコネクタアセンブリに大きな電気機械的接触をもたらし、ICパッケージテストの精度と完全性に悪影響を与える可能性があります。

ロードボードは、テストインターフェースユニットまたはパフォーマンスボードとも呼ばれ、被試験集積回路をパラメトリックアナライザまたは自動テスト装置（ATE）のテストヘッドに接続します。ロードボードは、ICを保持しプリント基板（DUTボードまたはATEボードとも呼ばれる）に接続するテストソケットまたはコンタクタで構成されることが多く、このプリント基板はATEのテストヘッドに接続されます。

理想的には、ロードボードはICとATE間の基本的に単純な機械的および電気的接点として機能します。これにより、IC回路の整合性と性能の正確かつ信頼性の高い評価が可能となります。

集積回路をテストする前にロードボードの導通性をテストすることは、時間とコストを節約できます。

ロードボード検証

ロードボードの性能を検証するための主要な方法は3つあります。最も基本的な方法は手動検証です。この種のテストでは、オーム計を使用して、テストソケットからIC、およびプリント基板からATEへの接続間のショートやオープンを探します。

このテスト方法には限界がありますが、ピン数が少ない（通常50以下）デバイスでは実用的です。しかしながら、多数の接点を持つ複雑なシステムでは、このテスト方法は実用的でも効率的でもありません。

もう一方の極端な方法として、デバイステストに使用するのと同じ数百万ドル規模のATEを使用してロードボードを検証する方法があります。この方法は高価で非効率的であり、重要なテストリソースを浪費する可能性があります。ATEがICテストに完全に使用されていない場合でも、ロードボード検証をサポートするために追加のソフトウェアやその他の変更が必要になるかもしれません。

3つ目の選択肢は、専用のロードボードテストシステムを利用することです。これは一般的にATEよりもコストが低く、手動テストよりも迅速で信頼性の高いテストプロセスを備えています。

手動またはATEによるロードボード検証と同様に、専用テストシステムは抵抗と漏れ電流を監視し、インターフェース機器にオープンやショートがないことを保証します。専用システムは回路抵抗、漏れ電流、容量を監視し、それらを既知の特性値と比較します。

このテストシステムはまた、様々な整流ダイオード、ツェナーダイオード、バス組み合わせの性能を評価します。さらに、システムオプションにより、ロードボード機器に含まれる可能性のあるリレーや高電圧部品のテストをサポートできます。

一般的に問い合わせの多い点の一つは、ロードボードテストの一環としてインピーダンスを評価すべきかどうかです。インピーダンスと伝播遅延は、DUTボード設計プロセスの結果であり、そこには時間領域反射計を使用したテストが含まれます。

専用ロードボードテストシステムの柔軟性は、様々なテストヘッドを模倣できる点が重要な特徴です。様々なタイプのATE向けのロードボードの性能を正確に検証するために、幅広いテストヘッドエミュレーションを提供する必要があります。

テストシステムの柔軟性と適応性は、あるテストヘッドエミュレーションが別のものにどれだけ迅速かつ効率的に置き換えられるかと密接に関連しています。専用テストシステムはテストフロアではなくメーカーのサービス施設に設置されるため、ツールやその他の診断機器が容易に利用可能で、大幅な時間節約となります。

専用ロードボードテストシステムはまた、いくつかのシミュレーションの可能性を提供します。テストをコンタクタまたはテストソケットに挿入し、ソケット接点とプリント基板テストヘッド接点間のポイント間抵抗テストを実行できます。この方法は、特にソケットがプリント基板に接続されている場合に極めて重要となる、良好なソケットからプリント基板端末を保証します。

別の方法として、ソケット内に短絡デバイスを設置します。この方法は、等価帰路抵抗テストを利用して導通性を検証します。最後に、ICメーカーから提供されることが多いカスタムデバイスエミュレータが、デイジーチェーン抵抗テストを使用して導通性をチェックする場合があります。

専用ロードボードテストシステムは、SMTソケット内のスプリングコンタクタの評価と交換にも有用です。SMTインターフェースは、ロードボードに組み付けられる前に、接触抵抗治具を使用してテストされる場合があります。この治具はまた、故障したスプリングコンタクタのオフライン診断と交換を可能にします。

半導体メーカーが、より多くのピン数とより狭いピッチで、より多くのハードウェアをより小さな空間に集積したICを組み込み続けるにつれ、ICパッケージの性能を確認することはますます困難になっています。ICテストに使用する前にロードボードの性能を確認することで、時間とコストの両方を節約できます。専用のロードボード試験装置を利用することは、より広い測定範囲で様々なロードボード設計の性能を検証することにもなります。最終的には、測定データの保存と比較を可能にし、ボードのメンテナンスと交換スケジュールの確立を支援します。