为什么模块化儀器对于系统级测试至关重要?

为什么模块化仪器对于系统级测试至关重要?

随着半导体工业努力满足对更高性能、更小尺寸和更低成本的需求，封装系统(System in Package - SiP)技术正在对电子供应链产生重大影响。SiP包含两个或多个不同的模具，通常与其他组件(如被动原件、过滤器、MEMS、传感器和天线)组合在一起。有保证的系统级性能（guaranteed system-level）和SiPs即插即用的特性降低了公司设计负担。正如T&M供应商美国国家仪器公司(National Instruments)的高级现场营销工程师杰里米•特韦茨(Jeremy Twaits)解释的那样，随着对SiP强劲增长的预期，竞争将开始迎接从组装和包装技术到测试和验证的各种挑战。

例如，由于加入了射频元件，屏蔽(shielding poses)对装配设计过程提出了重大挑战。在测试方面，从集成到SiP的模具进行了测试，一般符合“好模具”标准;但是，当多个die（封装前的单个单元的裸片叫做die）组合在一起时(通常会添加主动和/或被动组件)，SiP作为系统的性能必须得到验证和保证。

领先的半导体技术咨询公司TechSearch International的总裁兼创始人伊.简-瓦尔达曼(E. Jan Vardaman)表示:“SiPs的测试可能具有挑战性，测试设计很重要。”SiP通常包含多种功能和特性，这些功能和特性可能不适合传统的测试方法。

近年来测试的影响因素

近年来，系统级测试(SLT)的使用在确保SiP在其最终应用程序环境中的整体性能变得越来越重要。系统级测试环境以电气、物理和软件形式模拟最终应用程序环境,在理想情况下，它涵盖了100%的环境场景。如今，要找到一个满足这些需求的“现成商业模式 ”(commercial off-the-shelf - COTS)测试解决方案可能很困难，特别是面对以下的挑战:控制设备处理（device handling）; 高水平数据交换（high-level communication）; 应用程序负载板(application load boards); 和增加模拟和射频（increased analogue and RF）。

Increased analogue and RF - 增加模拟和射频

SiP通常包括多个传感器和电源管理模块，以及一个或多个射频标准的无线电，例如：Wi-Fi、蓝牙、GPS、NFC和2G/3G/4G蜂窝通信。因此，测试人员需要提供可靠的模拟和射频I/O，类似于高性能自动化测试设备（ATE）。

PXI是一款在实现混合测量系统的理想工具，且拥有多种选择。用户可从数十家制造商的数百种模块中进行选择，并将它们集成到一个机箱当中，这允许工程师为他们的测试设备（DUT）)进行定制. PXI系统从高精度DC到mmWave频率RF，它涵盖了大多数常见的测量要求。则另一个关键优势是，随着新一代SiP的发布，PXI仪器的灵活性能够提供必要的更新变化。

例如，考虑未来支持5G新空中接口的设备。SiPs需要支持更宽的带宽，更高的频率，新的波形和软件因素，而PXI的性质将成为解决这些问题的重要因素。例如，不仅使用符合最新3GPP规范的软件，它也能支持新的、载波聚合波形。

集成器件技术(IDT)部署了基于PXI的NI半导体测试系统(STS)，以跟上不断增长的测试性能要求。IDT的格伦·伊·皮尔说（Glen E. Peer）:“传统自动化测试系统需要花费大量的金额在更新硬件上，并无法满足新的测试需求,但开放的性质PXI STS的架构帮助我们保留我们最初的投资和建设,而不是把它淘汰。这提供了我们需要的灵活性，以重新配置和发展我们的测试平台，同时满足我们不断增长的性能需求。

High-level communication - 高水平数据交换

在电气和软件方面，系统级测试通常包含集成电路测试和终端设备测试的元素。例如，与SiP通信可能使用特定设备的协议(像是与终端设备如智能手表通信)，而不是使用与自动化测试设备在IC级别进行测试的数字模式。 PXI平台提供了许多通过自定义协议进行通信的选项。大多数情况下，都是通过高速数字或Serial设备来实现的，这些设备通常使用LabVIEW-programmable FPGA，用于应用的定制和重用。

Device handling and application load boards

控制设备处理 应用程序负载板

系统级测试所需的测试时间可能很长，这带来了机械处理方面的挑战，通常包括异步加载和卸载的能力，以及处理多个站点(通常是几百个站点)的能力, 最终提供高吞吐量。系统级测试负载板可以专门设计来模拟最终应用程序环境。例如，用于手机的SiP的加载板可能类似于手机的参考设计。

NI通过在其半导体测试系统(STS)中部署PXI仪器来解决这些挑战。它的“测试头”设计包含了生产测试器的关键组件，包括系统控制器、仪表、测试设备接口和设备处理程序/探针器对接机制。

IDT的同行评论说:“与我们以前的混合方法不同，使用半导体测试系统，我们可以整合测试头，这减少了在制造中潜在的故障点的数量，维护的停机时间，以及修理和地面空间的需求。另外，我们还提高了测试多种设备的能力，因为系统有可互换的界面板，我们可以用相同的测试设备配置不同的设备类型。多站点系统允许更高的测试吞吐量，因为它是一个真正的并行测试系统，具有用于硬件优化的高精度性能参数。最后，这个解决方案比其他集成解决方案的成本更低，因为我们只需要构建一套仪器，我们需要维护的单个系统更少。

更容易成功的模块化方案

无论你是否在半导体行业工作，SiP可能会对你产生影响。对我们大多数人来说，好处将体现在移动设备和可穿戴设备的电子产品尺寸的缩小上。此外，对于在半导体行业工作的工程师和工程经理来说，必须克服的设计和测试挑战将会对他们产生影响。理解供应商提供的SiP产品路线图非常重要，因为它可能会对您的设计选项产生巨大变化。当今许多用于SiPs的系统级测试成功案例，都是以高性能、灵活的测试平台为中心——而PXI正是满足这种需求的理想场所。作为一个开放的、行业标准的平台，可以很容易地满足特定设备的需求，PXI将确保您今天所做的技术投资在未来会随着您的需求而发展。
 

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第32页EPDT網頁雜誌(Electronic Product Design & Test)
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