半導體測試過程中注重的是速度與成本，透過PXI模組化儀器除可節省成本外，再搭配人性化操作介面，更可提升測試效能。此外，模組化儀器可利用軟硬體升級，以因應未來測試需求，可進一步減少淘汰舊有測試機種的成本。
在半導體晶圓測試領域中，透過PXI模組化儀器，如廠商推出的PXI-5154、PXI-4130、PXI-1045、PXI-4022、PXI-4110、PXI-2547與PXI-4071，以及虛擬化控制軟體LabVIEW，可以低價位解決方案進行精確作業，並可透過軟體與硬體輕鬆升級，且同時提升新款與舊款半導體產品的檢驗速率。
提升晶圓測試速度
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| 圖1 用於晶圓測試的模組化PXI平台 |
模組化PXI架構平台(圖1)可使用最新的處理器技術，並以更低的價位提升十倍的半導體檢驗速度，以取代昂貴的獨立測試設備。
由於PXI的模組化特性，測試工程師可迅速因應多變的量測需求，以滿足半導體裝置所需的效能與速度。本文範例系統整合由高阻抗啟動的主動式探針(Active Probe)與探針電源供應器組成，不須降低輸入或輸出的負載，即可針對受測裝置進行取樣，並適時關閉所有通道(圖2)。相較於傳統的獨立儀器與複雜的使用者介面，客製化使用者介面可大幅縮短工程師的學習時間。
低成本為晶圓廠關鍵測試需求
本文以安森美半導體(ON Semiconductor)所需的晶圓測試為例，該公司需要低價位的解決方案，以提升新產品的檢驗速率。為能縮短評估循環時間並降低成本，儀器商須開發精確的系統，並可因應將來的需要，輕鬆透過軟體與硬體進行升級。針對舊款的高速與金屬閘(Metal Gate)產品，新系統必須能處理其通道數量，亦要能用於新款的高速電壓準位編譯器。
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| 圖2 整合主動式探針與探針電源供應器的PXI系統 |
在半導體技術所有突破時，某些昂貴的獨立測試儀器可能隨之報廢。由於新一代測試平台須具有足夠彈性，並可跟上技術成長的步伐，因此廠商須以最低成本取得可升級的儀器效能，並能將之輕鬆整合至未來的應用。
晶圓自動化測試強調執行速度
由於先前系統的量測速率受制於獨立儀器的處理器速度，以及完整測試的設定作業，因此其隱性成本即為測試作業所需的時間。即使將最常見的軟體平台用於自動化測試作業中，但執行速度仍受限於系統內速度最慢的獨立儀器。
此外，測試工程師必須針對測試系統的各個元件，降低其詳細檢驗所需的成本，所以儀控成本亦成為問題之一。
對獨立儀器而言，亦必須提列額外成本以購買儀器可共用的備用元件，如儀器機箱、處理器與電源供應器，以供不時之需。仔細計算過後，甚至可發現，若要以獨立儀器達到模組化儀器平台的效能，則必須多花三至五倍的成本。
PXI簡化單機測試系統
市面上的PXI平台可用於測試半導體裝置的AC與DC參數。在此之前，必須使用多組獨立高頻寬示波器，跨十六個通道執行AC參數的檢驗作業，在PXI平台架構下，廠商花費20,000美元購買一組PXI-5154-1GHz示波器、兩組PXI-2547-8×1多工器與所需的探針，即可取代四組超過60,000美元採購成本的1GHz示波器。在獲得量測效能與精確度的同時，採用PXI平台更省下三的成本，除了節省成本之外，新平台更可達到先前測試作業的十倍速度。
在自動化測試系統中使用獨立儀器時，須考慮兩個主要變數，即儀器之間相異的處理器速度與連接所有儀器的匯流排速度。許多系統均以目前最常見的通用介面匯流排(GPIB)介面為架構，而模組化儀器是以PCI Express(PCIe)背板為架構，可提升現有系統的傳輸率，且若必須提升系統以因應未來的需求，僅須購買配備最新處理器的PXI控制器，即可完成系統升級。
利用PXI主動試探針檢驗AC時序特性
要將系統移植到PXI平台，必須解決多個難題，包含受測裝置的連結作業。若透過四組獨立示波器，可針對單一受測裝置同步連接並中斷所有通道，而大多數的獨立示波器，均具備一組50歐姆(Ω)與一組高阻抗的1MΩ的端點。
而雙通道示波器的難題在於受測裝置每次僅能中斷兩組高阻抗或50歐姆的訊號，而裝置上的其他訊號只能處於不受中斷狀態。此平台須連結功能的解決方案，以低電容負載進行高頻寬的量測，而此特性往往與獨立高速示波器的主動式探針相關，但示波器均未提供此功能。
PXI系統整合由高阻抗啟動的主動式探針與探針電源供應器，不須降低輸入或輸出的負載，即可針對受測裝置進行取樣，並適時關閉所有通道，大多數半導體產品均可透過此方式檢驗AC的時序特性。
而PXI架構的模組化功能，可因應持續提升的半導體效能與速度，並可迅速修改測試平台以滿足多變的量測需求。
此外，針對儀器所建立的軟體介面，可讓工程師迅速熟悉並使用相關功能。儀器廠商同時導入Systems Integration Plus(SIP)公司的服務以解決相關測試難題。 大多數的測試工程師均期待能旋轉示波器上的旋鈕，而虛擬儀控平台的示波器差異在於，所有旋鈕僅須輕點滑鼠即可動作。
大多數的PXI儀器製造商均提供軟體人機介面(圖3)，藉以重現獨立儀器上的硬體前端，而使用LabVIEW VI替代了上述想法，並讓儀器廠商針對應用，客製化使用者介面與量測常式，透過此方式，新一代的測試平台可將系統負載降至最低，並縮短熟悉介面所需的時間。
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| 圖3 客製化使用者測試介面 |
PXI平台為半導體設計的檢驗作業設立的新標準，並突破先前測試方式的諸多限制。透過PXI技術為架構的新平台，不僅保有量測的效能與精確度，亦減少測試系統的印刷電路板(PCB)接腳數量，可省下更多的空間。此外，針對半導體檢驗作業常見的AC效能參數PXI可進行更精確的量測作業。
(本文作者任職於安森美)