Mit T1, T2, und T4 sind derzeit drei Ausstattungsvarianten der STS-Plattform erhältlich. (Bild: National Instruments)
Bei der Überführung eines neuen Produkts – von der Validierung und Charakterisierung hin zur Produktion – gilt es, einen effizienten Prozess zu etablieren, der es erlaubt, möglichst schnell mit dem Produkt auf dem Markt auftreten zu können. In vielen Fällen arbeiten die Abteilungen für die Charakterisierung und die Produktion jedoch mit unterschiedlicher Hardware und/oder Software, was meist den Anforderungen geschuldet ist.
Während bei der Charakterisierung und Validierung die Prüfschärfe sehr hoch ist, muss während der Produktion lediglich eine Untermenge dieser Tests (zudem auch mit einer geringeren Genauigkeit) durchgeführt werden. Im Gegenzug liegt bei der Produktion ein Schwerpunkt auf der Geschwindigkeit des Tests, was häufig über Parallelisierung der Abläufe erreicht wird. Gerade dieser Punkt spielt in der Charakterisierung und Validierung lediglich eine untergeordnete Rolle, stellt aber ein großes Arbeitspaket bei der Erstellung der Produktionsprüfprogramme dar. In diesem Artikel sollen daher zwei Fälle betrachtet und verglichen werden:
- 1. Die Charakterisierung setzt auf ein PXI-System, die Produktion auf ein anderes System, was im Folgenden als inhomogene Struktur bezeichnet wird.
- 2. Sowohl die Charakterisierung als auch der Produktionstest setzen auf die STS-Plattform von National Instruments, was im Folgenden als homogene Struktur bezeichnet wird.
Zwar stellen diese beiden Fälle nur einen kleinen Ausschnitt aller möglichen und üblichen Szenarien dar, die Vorteile, die die STS-Plattform mit sich bringt, lassen sich jedoch klar herausarbeiten.
Arbeitsschritte bei einer inhomogenen Struktur
Ein möglicher Startpunkt bei der Umsetzung der Charakterisierung und des Produktionstests ist die Erstellung der Adaptierung des Prüflings auf die Test-Hardware, das Loadboard. Da beide Bereiche unterschiedliche Testsysteme verwenden und zudem bei der Produktion auf die Parallelisierung Rücksicht zu nehmen ist, entsteht hier ein erheblicher Mehraufwand. Auch wenn der Produktionstest nur eine Untermenge der Charakterisierung darstellt, gibt es hier eine Dopplung der Arbeiten bei der Umsetzung der Funktionen, die bei beiden Aufgaben benötigt werden.
Vorteile der STS-Plattform
Es wurde anhand eines beispielhaften Entwicklungszyklus einer inhomogen und homogen strukturierten Charakterisierungs- und Produktionsabteilung aufgezeigt, welche Vorteile eine homogene Strukturierung aufweist. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Homogenisierung auf der STS-Plattform basiert. Die Unterstützung beim Ressourcenmanagement und die leichte Anpassung des Prüfablaufs sowie die Interoperabilität der Loadboards stellen Vorteile dar, die bewirken, dass die Entwicklungszeit drastisch reduziert werden kann. Nicht zuletzt der gemeinsame Kompetenzaufbau innerhalb der Charakterisierung und Produktion führt zu einer Effizienzsteigerung, da der Austausch an Erfahrungen und Wegen der Implementierung in beide Richtungen erfolgen kann.
Wie schon eingangs erwähnt, stellt die Parallelisierung in der Produktion ein wesentliches Arbeitspaket dar. Die verfügbaren Ressourcen müssen verwaltet und je nach Verfügbarkeit parallel oder sequenziell eingesetzt werden, sodass die größtmögliche Testeffizienz erreicht wird. Dieser Optimierung und Verwaltung der Instrumente und der Ressourcen kommt ein Großteil der Zeit zu.
Da beide Systeme unterschiedliche Plattformen verwenden, muss sowohl bei der Charakterisierung als auch bei der Produktion erhebliche Zeit investiert werden, die implementierten Funktionen zu verifizieren und zu validieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es bei einer inhomogenen Struktur unvermeidlich ist, einen wesentlichen Teil der Arbeiten doppelt auszuführen, um den jeweiligen Schwerpunkten in der Produktion und Charakterisierung gerecht zu werden
Arbeitsschritte bei einer homogenen Struktur
Zum Verständnis der notwendigen Arbeitsschritte bei der homogenen, auf der STS-Plattform basierenden Struktur, ist es notwendig, diese kurz einzuführen. Die STS-Plattform ergänzt die Prüfumgebungen der Halbleiterproduktion um die Offenheit und Flexibilität der PXI-Plattform. Damit die Integration in die Produktionstestsysteme einfach vonstatten geht, umfasst die Plattform Funktionen wie die Integration von Handler/Prober, die Kontaktierung mittels Pogo-Pins, Berichterstellung im STDF-Format sowie die Systemkalibrierung. Wesentlicher Bestandteil von STS ist das Teststand genannte Halbleitermodul. Dieses Zusatzmodul erlaubt es, die Ressourcenverwaltung zu automatisieren und erleichtert die Skalierung des Testsystems, indem die Parallelisierbarkeit nach den Möglichkeiten des Systems automatisch umgesetzt werden kann.
Im Gegensatz zur inhomogenen Struktur lassen sich hier dieselben Loadboards sowohl für die Charakterisierung als auch für die Produktion einsetzen. Wird bei der Umsetzung der Charakterisierung auf das Ressourcenmanagement des Teststand-Semiconductor-Module zurückgegriffen, lassen sich alle Funktionen für die Produktion übernehmen. Dies gilt sogar dann, wenn in der Produktion Geräte mit geringerer Performanz eingesetzt werden. Die Treiberstruktur erlaubt den Austausch der Geräte, solange es sich um eine kompatible Geräteklasse handelt. Das Ressourcenmanagement des Teststands-Modul erleichtert den Test-Ingenieuren die Umsetzung von Applikationen, auch bei einem hohen Grad an Komplexität. Hierdurch entfallen ebenfalls viele Planungs-, Umsetzungs- und Verifikationsarbeiten, die auf anderen Wegen notwendig sind.
Auch die Erstellung der Software lässt sich mit dem NI-basierten homogenen Ansatz sehr effizient gestalten. So verbleibt lediglich der Overhead, der sich durch die unterschiedlichen Prüfungen in der Charakterisierung und der Produktion ergibt. Es ist somit ein Maximum an Wiederverwendung der implementierten Funktionen aus der Charakterisierung in der Produktion zu erreichen. Dies wird nicht zuletzt durch Labview-Treiberarchitektur möglich.
Marcus Schramm
Bernhard Fasching
(mrc)
