글: 리처드 훌리한(Richard Houlihan) 제품 마케팅 매니저, 나빈 둘(Naveen Dhull) 제품 애플리케이션 엔지니어, 파드레이그 피츠제럴드(Padraig Fitzgerald) 수석 IC 설계 엔지니어 / 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)

 

개요

첨단 디지털 프로세서 IC는 품질 관리를 위해서 DC 파라미터 테스트와 고속 디지털 자동화 테스트 장비(ATE) 테스트를 별도로 실시해야 하므로 비용이나 제조 흐름 상에 있어서 상당한 부담과 과제를 안겨준다. 이 글에서는 ADI의 ADGM1001 SPDT MEMS 스위치를 사용해서 어떻게 한 번의 연결만으로도 DC 파라미터 테스트와 고속 디지털 테스트를 둘 다 실시할 수 있는지, 그럼으로써 디지털/RF SoC 테스트에서 비용을 절감하고 제조 흐름을 간소화할 수 있는지 설명한다.
 

그림 1: 디지털 SoC 테스트를 위해서 작업자가 로드 보드를 테스터에 탑재하는 모습.

 

ATE의 과제

반도체 기술이 진화함에 따라 5G 모뎀 IC, 그래픽 IC, 프로세싱 IC 같은 첨단 프로세서의 칩간 통신에 더 높은 속도와 밀도가 가능해졌다. 이처럼 갈수록 복잡성이 높아지고 높은 쓰루풋이 요구되는 가운데 우수한 품질을 보장해야 하는 것이 오늘날 ATE 설계 엔지니어들에게 중대한 과제가 되고 있다. 특히나 일을 더욱 어렵게 하는 것은 송신기(Tx)/수신기(Rx) 채널 수가 늘어나고 있다는 점이다. 이러한 채널들에 대해 고속 디지털 테스트와 DC 파라미터 테스트를 실시해야 한다. 이 때문에 반도체 테스트의 복잡성이 높아지고 있다. 이 과제를 제대로 해결하지 못한다면 테스트 시간을 늘리고 로드 보드(load board) 복잡성을 높이고 테스트 쓰루풋을 떨어트릴 것이다. 이것은 운영 비용(OPEX)을 늘리고 최신 ATE 환경에서 생산성을 저하시킬 것이다.
 
ATE의 이러한 과제를 해결하기 위해서는 DC부터 고주파수에서까지 동작할 수 있는 우수한 스위치가 필요하다. ADI의 ADGM1001은 진정한 0Hz DC 신호부터 64Gbps 고속 신호까지 통과시킬 수 있다. 그러므로 효율적인 단일 테스트 플랫폼(단일 삽입)으로도 DC 파라미터와 PCIe Gen 4/5/6, PAM4, USB 4 같은 고속 디지털 통신 표준 둘 다를 테스트하도록 구성할 수 있다.
 

그림 2: 32Gbps의 ADGM1001 아이 다이어그램(레퍼런스 트레이스를 사용해서 RF1에서 RFC까지, 사용된 패턴은 PRBS 2¹⁵-1)

 

HSIO 핀들을 어떻게 테스트할까?

대량 제조 환경에서 고속 입출력(HSIO) 인터페이스를 테스트하기는 꽤나 어렵다. HSIO 인터페이스를 평가 및 확인 위한 통상적인 방법이 고속 루프백 테스트 아키텍처를 사용하는 것이다. 이는 하나의 구성에 고속 테스트 경로와 DC 테스트 경로를 모두 포함한다.
 
고속 루프백 테스트를 위해서는 PRBS(pseudo-random bit sequence)가 송신기로부터 고속으로 전송되고 그림 3의 왼쪽에 보이는 것처럼 로드 보드나 테스트 보드 상에서 루프백한 다음 수신기 측에서 수신이 이루어진다. 수신기 측에서는 이 시퀀스를 분석하고 비트 오류율(BER)을 계산한다.
 
연속성 테스트나 누설 테스트 같은 DC 파라미터 테스트는 디바이스 기능성 확인을 위해 I/O 핀 상에서 수행된다. 이러한 테스트 수행을 위해, 핀들을 DC 장비에 직접 연결하여 전류를 주입하고 전압을 측정해서 장애 여부를 시험한다.
 
DUT의 I/O로 고속 루프백 테스트와 DC 파라미터 테스트를 모두 실시하기 위해, 디지털 SoC 테스트에 사용되는 몇 가지 방법이 있다. 예를 들면 MEMS 스위치나 릴레이를 사용하는 방법과, 서로 다른 두 가지 종류의 로드 보드를 사용하는 방법이 그것인데, 하나는 고속 테스트용이고 다른 하나는 DC 테스트용으로, 이들은 두 번의 삽입을 필요로 한다.
 
릴레이를 사용하여 고속 테스트 및 DC 파라미터 테스트를 수행하는 것은, 대부분의 릴레이가 8GHz 이상으로 동작하지 못한다는 점 때문에 까다로울 수 있으므로, 사용자는 신호 속도와 테스트 커버리지를 절충해야 한다. 뿐만 아니라 릴레이는 크기가 크고 PCB 면적도 넓게 차지하므로, 이 점은 솔루션 크기에 영향을 미친다. 또한 릴레이는 신뢰성이 우려될 수 있다. 통상 1천만 스위칭 사이클밖에 지속하지 못하므로 시스템 가동률과 로드 보드 수명을 제한할 수 있다.
 
그림 3은 고속 루프백 테스트와 DC 파라미터 테스트를 실시하기 위한 2회 삽입 테스트 기법을 보여준다. 그림 3에서 왼쪽은 고속 디지털 루프백 테스트 셋업으로서, DUT의 송신기를 커플링 커패시터를 거쳐서 수신기로 연결한다. 오른쪽은 DC 파라미터 테스트 셋업으로서, DUT 핀을 곧바로 ATE 테스터로 연결하고 파라메트릭 테스트를 실시한다. 지금까지는 부품 차원의 한계 때문에 동일 로드 보드로 고속 루프백 테스트와 DC 테스트를 둘 다 실시하는 것이 불가능했다.
 

그림 3: 2회 삽입 테스트 방법론

 

2회 삽입 테스트 방법론의 과제들

• 두 가지 하드웨어 세트 관리: 사용자는 DC 테스트용과 루프백 테스트용의 두 가지 로드 보드를 유지 및 관리해야 하며, 그만큼 비용도 늘어난다. 대량의 부품을 테스트할 때는 특히 더 그럴 것이다.
• 테스트 시간과 비용 증가: 2회 삽입 테스트는 모든 DUT를 두 번씩 테스트해야 한다. 그러므로 테스트 시간이 두 배이고, 궁극적으로 테스트 비용을 증가시키고 테스트 쓰루풋에도 영향을 미친다.
• 테스트 시간 최적화: 두 가지 하드웨어 세트를 사용하면 테스트 시간을 최적화하기가 그만큼 어려워진다. 어떤 부품이 두 번째 테스트에서 실패하면 첫 번째 삽입 시의 테스터 시간을 낭비하는 것이고 이것은 비용 증가로 이어질 것이다.
• 작업자의 실수에 취약: 모든 DUT를 두 번씩 테스트하므로 작업자의 실수 가능성 또한 두 배가 된다.
• 솔루션 셋업 시간 두 배: 두 가지 하드웨어 세트를 사용하므로 하드웨어 셋업 시간도 두 배가 걸린다.
• 물류 부담: 두 번의 테스트를 위해서 부품의 이동이 더 많다. 테스트 장비들 사이에서만이 아니라 테스트 업체 간에도 부품 이동이 필요할 수 있으므로 생산 계획과 물류가 까다로워진다.

 

ADI의 DC~34GHz 스위치 기술의 이점

ADI의 34GHz MEMS 스위치 기술은 5mm x 4mm x 0.9mm의 소형 LGA 패키지에 탁월한 밀도로 고속 디지털 테스트와 DC 테스트를 둘 다 실시할 수 있게 해준다(그림 4). 고속 디지털 테스트를 위해서는 고속 신호가 송신기로부터 스위치를 거쳐서 수신기로 루프백하고, 수신기에서 디코딩을 하고 BER을 계산한다. 파라미터 DC 테스트를 위해서는 스위치가 핀들을 DC ATE 테스터로 연결하면 테스터에서 연속성 테스트나 누설 테스트 같은 파라미터 테스트를 실시하고 디바이스 기능성을 검사한다. 파라미터 DC 테스트 때에는 MEMS 스위치가 고주파수로 ATE와 통신할 수 있다. 애플리케이션에 따라서 이 기능이 필요할 수 있다.
 

그림 4: ADGM1001을 사용해서 고속 디지털 테스트와 DC 테스트를 둘 다 실시할 수 있다(편의상 P 채널만 표시)