Zusammenarbeit von Unternehmen

Hans Jürgen Wimberger, Advantest, München

Durch die Fortschritte in der Halbleitertechnologie hat die Leistung der Halbleiterchips in den letzten Jahren deutlich zugenommen, gleichzeitig konnte aber die Produktivität der Testsysteme, mit Ausnahme derer für Speicherprodukte, nicht im selben Verhältnis erhöht werden.

Dass beim Test von DRAM und Flash Chips eine derart hohe Produktivität erreicht werden konnte, ist vor allem auf einen massiv parallelen Test zurückzuführen. So lassen sich heute mit modernen Testlösungen wie der Memory-Testzelle T5588 + M6300 von Advantest bis zu 512 Speicherbauteile gleichzeitig testen (Bild 1). Dagegen ist bislang bei Logikbauteilen wie Mikrocontrollern und SoCs ein paralleler Test von vergleichsweise wenigen Bauteilen realisiert.

Auf Grund des starken globalen Wettbewerbs ist für alle Halbleiterhersteller eine stetige Kostenreduzierung und eine schnelle Umsetzung neuer Halbleitertechnologien in marktfähige Produkte überlebenswichtig. Dem entgegen steht jedoch die kontinuierlich zunehmende Komplexität elektronischer Bauteile, die den Testaufwand und damit die Testkosten erhöhen.

Die Reduzierung der Testkosten ist daher ein wichtiges Ziel, welches nicht auf das Testsystem allein begrenzt ist. Vielmehr lässt sich höhere Produktivität nur durch umfassende Lösungen aus optimal aufeinander abgestimmten Systemkomponenten erreichen. Hierzu gehören neben dem Tester ein System zum Materialhandling (Handler, Prober), die Bauteiladaptierung (Hifix, Performance Boards, Probe-Karten) sowie geeignete Softwarekomponenten, wie beispielsweise Design-for-Test, BIST-Tools sowie die Anbindungen der Testzelle an das Fertigungsnetzwerk. Advantest ist einer der wenigen Anbieter, der außer im Proberbereich in allen anderen Gebieten selbst tätig ist.

In den letzten Jahrzehnten haben die ATE-Anbieter praktisch nur proprietäre Testlösungen entwickelt, die allenfalls sehr eingeschränkt mit Systemkomponenten von externen Anbietern erweitert werden konnten. Außerdem sind diese Lösungen in der Regel nur für einen sehr begrenzten Anwendungsbereich nutzbar. Im März 2003 haben sich daher eine Reihe von Unternehmen aus dem Halbleiterbereich im Semiconductor Test Consortium (STC) zusammengeschlossen, um eine offene Testplattform zu entwickeln. Im Mai 2004 hat das STC die Revision 1.0 dieser offenen Architektur namens Openstar vorgestellt. Diese Architektur umfasst nicht nur die Testhardware und Software, sondern ebenso die Bereiche Bauteiladapter, Test Head und Prober sowie die Anbindung in der Fertigungslinie. Die Spezifikation konzentriert sich bewusst auf die Definition von Schnittstellen, wodurch große Flexibilität und Kompatibilität von standardkonformen Lösungen sichergestellt werden kann, die für den Test von analoger, digitaler, Mixed-Signal-, HF-, und Leistungselektronik geeignet sind.

Bislang mussten die Halbleiterhersteller etwa alle drei Jahre neue ATE-Systeme beschaffen, um mit den sich rasch verändernden Technologieanforderungen Schritt halten zu können. Durch den Einsatz einer offenen Architektur lassen sich nun Mainframes und Module verschiedener Hersteller kombinieren, so dass die Anforderungen unterschiedlichster Anwendungsbereiche erfüllt werden und gleichzeitig kostengünstige, kundenspezifische Testlösungen entstehen. Durch ihre Skalierbarkeit lassen sich derartige Systeme zudem an neue Anforderungen anpassen.

Advantest hat mit dem System T2000 den ersten auf der offenen Openstar-Architektur basierenden Tester entwickelt (Bild 2). Das Modell T2000 ist eine kostengünstige und flexibel konfigurierbare Testplattform für die Produktion von High-end-Mikroprozessoren und SoCs für den Consumerbereich. Hierbei ist sowohl der Test von extrem schnellen Schnittstellen bis 6.5 Gbps wie auch die parallele Prüfung von bis zu 128 DUTs (Devices under Test) möglich. Zudem bietet das Unternehmen Designkits für Hard- und Software an, welche die Entwicklung von standardkonformen Modulen und Komponenten deutlich erleichtern.

Eine hohe Testproduktivität lässt sich allerdings nicht allein durch einen schnellen Tester erreichen. Um möglichst viele Bauteile gleichzeitig testen zu können, sind geeignete Handlingsysteme erforderlich. Die hohe Testproduktivität bei Speicherbauteilen basiert unter anderem auf einer effektiven Kombination von Tester und Handler. Was bei Speicherbauteilen bereits seit Jahren Realität ist, sollte daher auch auf den Test von Mikrocontrollern und SoCs übertragbar sein, um auch hier die geforderte Produktivität zu erreichen.

Im Juli 2005 wurde der M4741A (Bild 3), ein SoC-Pick&Place-Handler, vorgestellt, der einen parallelen Test von bis zu 8 Bauteilen ermöglicht. Das Besondere ist, dass durch ein neu entwickeltes optisches Ausrichtungsverfahren der Handler speziell für Bauteile mit kleinsten Kontaktabständen bis 0,3 mm in hochdichten IC-Gehäusen, wie BGAs (Ball-Grid-Array) und CSPs (Chip Scale Package), geeignet ist.

Für den Wafertestbereich wurde eine neue Probetechnologie entwickelt, die eine komplette Kontaktierung eines 300-mm-Wafers erlaubt. Diese Probe Card namens SiliconFingerTM (SiFiTM) erlaubt eine präzise Kontaktierung bei sehr geringem Pitch mit niedrigem Anpressdruck, bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von mehr als 1 GHz (–3 dB).

Eine hohe Testproduktivität erfordert auch eine effiziente Testerprogrammierung. Durch einen Datenaustausch zwischen EDA (Electronic Design Automation) und ATE lassen sich Programmerstellung, Debugging und Fehlerdiagnose vereinfachen. Advantest ist daher eine strategische Partnerschaft mit den führenden EDA-Anbietern Synopsys und Cadence eingegangen. Aus dieser Zusammenarbeit ist ein Wafer Failure Map Tool entstanden, das eine grafische Darstellung der Fehler sowie eine CAD-Navigation innerhalb der Layout-Datenbank ermöglicht. Zudem ist durch den Austausch von Daten zwischen der ATE- und EDA-Umgebung eine Echtzeit-Diagnose von Fehlern möglich.

Innovative Komplettlösungen erfordern das Durchbrechen traditioneller Barrieren sowie eine interdisziplinäre Forschung und die Zusammenarbeit von Unternehmen aus verschiedenen Bereichen. So haben beispielsweise an der Entwicklung der Openstar-Spezifikation mehr als 35 Unternehmen mitgewirkt. Advantest hat dabei eine wichtige Rolle gespielt und durch den Aufbau von Hard- und Software-Designkits entscheidende Voraussetzungen für die Entwicklung so genannter Drittlieferanten-Module geschaffen.

Auch der Erfolg der ATE-EDA-Kopplung ist auf eine interdisziplinäre Forschung und die Zusammenarbeit mehrerer Unternehmen zurückzuführen. Gleiches gilt auch für die Entwicklung neuer Logikhandler oder die MEMS-basierende Probetechnologie SiFiTM, die ohne ein ganzheitliches interdisziplinäres Denken wohl kaum möglich gewesen wären.

EPP 465