JP5735910B2 - ピンカードおよびそれを用いた試験装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ピンカードに関する。
半導体デバイスが正常に動作するかを試験し、あるいはその不良箇所を特定するために、半導体試験装置(以下、単に試験装置という)が利用される。一般的に試験装置は、AC試験とDC試験を行う。
AC試験では、パターン発生器、タイミング発生器によりテストパターンを発生し、それをドライバによって被試験デバイス(DUT)に対して供給する。パターン信号を受けたDUTは、所定の信号処理を行い試験装置に対して出力する。試験装置は、タイミングコンパレータによってDUTからの信号レベルを判定し、判定結果を期待値と比較することによってDUTの機能の良否を判定する。
DC試験では、直流試験ユニットによって直流電圧(DC電圧)または電流信号をDUTに供給し、DUTの入出力インピーダンス、漏電電流をはじめとするDC特性を試験する。
ドライバ、タイミングコンパレータおよびDC試験を行うPMUは、ピンカード(ピンエレクトロニクスカード)、デジタルモジュールあるいはインタフェースカードと称されるボード上に設けられ、試験装置の本体と切り離し可能に構成される場合が多い。
図1は、一般的なピンカードの構成を示す図である。図1には、1つのデバイスピンに対応する1チャンネルのみが示されるが、実際には数百〜数千チャンネルが並列的に設けられる。
ピンカード200のI/O端子Pioは、DUT1の対応するデバイスピンとケーブルおよび図示しないデバイスチャックを介して接続される。ピンカード200は、ドライバDR、タイミングコンパレータTCP、直流試験ユニットPMUに加えて、2つのスイッチ(リレー)SW1、SW2を備える。スイッチSW1、SW2は、AC試験とDC試験を切りかえるために利用される。
AC試験時にはスイッチSW1がオン、スイッチSW2がオフされる。このときドライバDRおよびタイミングコンパレータTCPがDUT1と接続され、直流試験ユニットPMUがDUT1から切り離される。
反対にDC試験時にはスイッチSW1がオフ、スイッチSW2がオンされる。このときドライバDRおよびタイミングコンパレータTCPがDUT1と切り離され、直流試験ユニットPMUがDUT1と接続される。
テストパターンの周波数が数Gbpsを超えると、スイッチSW1には数GHzを超える高周波信号が伝搬することになる。この場合、スイッチSW1としては、高周波信号を伝搬可能な化合物半導体スイッチやMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)スイッチを用いる必要がある。
ところが、化合物半導体スイッチはDC耐圧が0.1V程度と非常に低く、テストパターンに直流成分が含まれる場合には利用することができない。またMEMSスイッチは高速性やDC耐圧は要求を満足するが、コストが高いという問題がある。具体的にはMEMSスイッチの値段は、それ以外のスイッチの100倍近い。上述したように量産用の試験装置は、数百〜数千チャンネルを備えるため、MEMSスイッチを用いると試験装置のコストに与えるインパクトが大きくなる。
本発明は係る状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、安価なスイッチを利用したピンカードの提供にある。
本発明のある態様はピンカードに関する。このピンカードは、被試験デバイスと接続されるべき入出力端子と、その第1端子が被試験デバイスの交流試験を行う交流試験ユニットと接続され、その第2端子が入出力端子および被試験デバイスの直流試験を行う直流試験ユニットと接続され、第1端子と第2端子の間の導通、遮断状態が切りかえ可能に構成された光半導体スイッチと、光半導体スイッチの外部において第1端子と第2端子の間に設けられるバイパスキャパシタと、を備える。
交流試験を行う際には光半導体スイッチを導通状態に制御する。被試験デバイスに供給すべきテストパターン(あるいは被試験デバイスからの測定信号)の低周波成分を光半導体スイッチの内部を介して、その高周波成分をバイパスキャパシタを介して伝送させる。この態様によれば、安価な光半導体スイッチを用いて、広帯域を有する、すなわち高速信号を伝送可能なピンカードを構成できる。
直流試験を行う際には、光半導体スイッチを遮断状態とするとともに交流試験ユニットをサイレントな状態に制御してもよい。
ある態様のピンカードは、光半導体スイッチの第1端子とバイパスキャパシタの一端の間に設けられた第1インダクタと、光半導体スイッチの第2端子とバイパスキャパシタの他端の間に設けられた第2インダクタと、をさらに備えてもよい。つまりバイパスキャパシタは、光半導体スイッチ、第1、第2インダクタに対して並列に設けられてもよい。
第1インダクタ、第2インダクタを設けることにより、第1スイッチSW1を含むインピーダンスが高くなるため、第1スイッチSW1側には非常に低い周波数のみが通過し、それ以外の周波数はバイパスキャパシタ側を通過することになる。したがって第1スイッチを含む経路とバイパスキャパシタを含む経路のクロスオーバー周波数を低下させることができるため、設計の難易度を下げることができる。なお、インダクタは、フェライトビーズインダクタも含む。
ある態様のピンカードは、第1インダクタと並列に設けられた第1抵抗と、第2インダクタと並列に設けられた第2抵抗と、をさらに備えてもよい。
ある態様のピンカードは、バイパスキャパシタと直列に設けられた高域強調用抵抗をさらに備えてもよい。
バイパスキャパシタは、光半導体スイッチが実装される基板上または基板内にパターンを用いて形成されてもよい。
本発明の別の態様は、試験装置である。この装置は、上述のいずれかの態様のピンカードを備える。
本発明のさらに別の態様もまた、試験装置である。この装置は、被試験デバイスと接続されるべき入出力端子と、被試験デバイスの交流試験を行う交流試験ユニットと、被試験デバイスの直流試験を行う直流試験ユニットと、その第1端子が交流試験ユニットと接続され、その第2端子が入出力端子と接続され、第1端子と第2端子の間の導通、遮断状態が切りかえ可能に構成された光半導体スイッチと、光半導体スイッチの外部において第1端子と第2端子の間に設けられるバイパスキャパシタと、を備える。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明のある態様によれば、安価なスイッチを利用したピンカードを提供できる。
一般的なピンカードの構成を示す図である。 実施の形態に係るピンカードを備えた試験装置の構成を示すブロック図である。 変形例に係るピンカードの構成を示すブロック図である。 図3のピンカードのクロスオーバー周波数を示す図である。 図3のピンカードの通過特性を示す図である。 別の変形例に係るピンカードの構成を示すブロック図である。 さらに別の変形例に係るピンカードの構成を示すブロック図である。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
図2は、実施の形態に係るピンカード100を備えた試験装置2の構成を示すブロック図である。試験装置2は、DUT1に対して、AC試験およびDC試験を行う。
試験装置2は、DUT1に対するフロントエンドとしてピンカード100を備えている。ピンカード100は、試験装置2の汎用性やメンテナンス性、設計性などを考慮して、試験装置2の本体(不図示)に対して着脱可能となっている。ピンカード100のI/O端子Pioは、デバイスチャック(不図示)および伝送ケーブル(不図示)を介してDUT1のデバイスピンと接続される。図2には1チャンネルの構成のみが示されるが、量産対応の試験装置には、同様の構成が数百〜数千チャンネル分設けられる。
AC試験では、ドライバDRが発生したパターン信号をDUT1に送出し、DUT1から読み出した信号をタイミングコンパレータTCPにてレベル判定する。判定されたレベルが期待値と比較され、その結果に応じてDUT1の良否や不良箇所が特定される。ドライバDR、タイミングコンパレータTCPを含む機能ブロックを交流試験ユニット30と称する。
DC試験では、直流試験ユニット(パラメトリック試験ユニット)40によって直流電圧(DC電圧)または電流信号をDUT1に供給し、DUTの入出力インピーダンス、漏電電流をはじめとするDC特性を試験する。
ピンカード100は、主として交流試験ユニット30、直流試験ユニット40、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2およびバイパスキャパシタC1を備える。
第1スイッチSW1および第2スイッチSW2は、AC試験とDC試験を切りかえるために設けられる。AC試験時には、第1スイッチSW1がオン、第2スイッチSW2がオフとされる。DC試験時には、第2スイッチSW2がオン、第1スイッチSW1がオフとされる。
近年の高速なデバイスに対し、試験装置2はDUT1に対して数Gbpsを超えるテストパターンを供給する必要がある。このテストパターンは第1スイッチSW1を通過するため、第1スイッチSW1には、直流成分から数GHzにおよび高帯域の信号が伝搬可能な周波数特性が要求される。第1スイッチSW1の帯域が狭ければ、テストパターンが歪むため、所望の試験が実行できなくなるからである。なお、第2スイッチSW2には直流信号のみが伝搬するため、もとより高周波特性は要求されない。
以上がピンカード100の構成および機能の概略である。続いて、ピンカード100の具体的な構成を説明する。
第1スイッチSW1は光半導体スイッチであり、I/O端子Pioと交流試験ユニット30の間に設けられる。具体的には第1スイッチSW1の第1端子は、交流試験ユニット30と接続され、その第2端子がI/O端子Pioと接続される。I/O端子Pioおよび第1スイッチSW1の第2端子は、第2スイッチSW2を介して直流試験ユニット40と接続される。
第1スイッチSW1は、第1端子と第2端子の間の導通、遮断状態が切りかえ可能に構成される。第1スイッチSW1は、それ単体でおおよそ1GHz以下の信号を通過させることができる。
バイパスキャパシタC1は、第1スイッチSW1の外部において、第1端子P1と第2端子P2の間に設けられる。バイパスキャパシタC1の容量値は、第1スイッチSW1のカットオフ周波数より高い周波数成分が通過するように決定され、たとえば2pF〜10μFの範囲が好ましい。おおよそ5pF以上のバイパスキャパシタC1を用いると、500MHz以上の信号を通過させることができる。それより高い容量値のバイパスキャパシタC1を用いると、さらに低い周波数をも通過させることができる。帯域が狭くてよい場合は、2pF程度であれば足りる。
バイパスキャパシタC1は、チップ部品として設けられてもよいし、第1スイッチSW1が実装される基板上または基板内に、パターンを用いて形成されてもよい。
以上がピンカード100の構成である。続いてその動作を説明する。
DC試験を行う際には、第2スイッチSW2がオン、第1スイッチSW1がオフされる。また交流試験ユニット30は、バイパスキャパシタC1を通過しうる信号を発生させないように制御される(サイレント状態)。具体的にはドライバDRをディスイネーブル状態とし、所定の一定レベルの電圧を出力させるか、もしくはその出力をハイインピーダンスとすればよい。
その結果、直流試験ユニット40が第2スイッチSW2を介してDUT1と接続され、DUT1のDC特性が測定される。このとき、交流試験ユニット30とI/O端子Pioの間は、直流的に遮断される。交流試験ユニット30からは交流信号(高周波信号)が発生されないため、交流信号が直流試験ユニット40に混入することもない。
一方、AC試験を行う際には、第1スイッチSW1がオン、第2スイッチSW2がオフされる。ドライバDRから送出された信号のうち、高周波成分、たとえば500MHz以上の信号はバイパスキャパシタC1を介して、低周波成分、たとえば500MHz以下の信号は第1スイッチSW1を介してDUT1へと供給される。
以上がピンカード100の動作である。このピンカード100によれば、第1スイッチSW1に低周波成分を通過させ、バイパスキャパシタC1に高周波成分を通過させるため、第1スイッチSW1単体のカットオフ周波数fcは、500MHz以上あれば足りる。したがって安価な光半導体スイッチを用いて、数GbpsのAC試験を実現できる。
また高価なMEMSスイッチが不要となるため、試験装置2のコストを従来に比べて大幅に下げることができる。このメリットは、数千チャンネルを備える量産対応の試験装置において顕著となる。
図2のピンカード100では、バイパスキャパシタC1をハイパスフィルタ、第1スイッチSW1をローパスフィルタと把握することができ、それらのクロスオーバー周波数は数百MHz〜数GHz程度である。この周波数帯域は、DUT1と試験装置2との間で送受信される信号の波形に重大な影響を及ぼす。したがって、バイパスキャパシタC1と第1スイッチSW1それぞれのクロスオーバー周波数付近の通過特性および位相特性の設計がシビアとなる。
これに対して、クロスオーバー周波数をさらに低く設計することにより、設計のシビアさを緩和することができる。
図3は、変形例に係るピンカード100aの構成を示すブロック図である。図3のピンカード100aでは、図2のピンカード100に比べて、さらに低いクロスオーバー周波数が設定される。具体的にはクロスオーバー周波数は数kHz〜数MHz程度に設定される。
図3のピンカード100aでは、第1スイッチSW1自体はDC〜1GHzの通過特性を有するにもかかわらず、あえてクロスオーバー周波数を数kHz〜数MHzまで低下させている。このために、ピンカード100aは図2の構成に加えてさらに、第1インダクタL1、第2インダクタL2、第1抵抗R1、第2抵抗R2を備える。
第1インダクタL1は、第1スイッチSW1の第1端子P1と交流試験ユニット30の間に設けられる。第2インダクタL2は、第1スイッチSW1の第2端子P2と入出力端子Pioの間に設けられる。第1インダクタL1および第2インダクタL2は、一般的なインダクタであってもよいし、フェライトビーズインダクタ(コイル)であってもよい。第1インダクタL1および第2インダクタL2のインダクタンス値は、クロスオーバー周波数以上の信号が第1スイッチSW1側に漏れないように設計すればよい。
第1抵抗R1は、第1インダクタL1と並列に設けられ、第2抵抗R2は第2インダクタL2と並列に設けられる。
第1抵抗R1および第2抵抗R2は、回路のQ値を調節するために設けられる。なお、それらが無くても必要なQ値が得られる場合には、第1抵抗R1および第2抵抗R2は省略してもよい。
バイパスキャパシタC1は、第1インダクタL1、第1スイッチSW1、第2インダクタL2をバイパスするように接続される。図3のピンカード100aでは、数MHz以上の信号をバイパスキャパシタC1側を通過させるために、バイパスキャパシタC1の容量値を、100pF〜10μFの範囲に設定することが望ましい。
図4は、図3のピンカード100aのクロスオーバー周波数を示す図である。バイパスキャパシタC1側には、1MHzを超える信号が通過し、第1スイッチSW1には1MHz以下の信号が通過することが分かる。
クロスオーバー周波数に設定される数kHz〜数MHz付近の周波数成分は、DUT1と試験装置2との間で送受信される信号の波形にほとんど影響を及ぼさない。したがって図2の構成に比べて、回路設計を格段に容易化できる。
図3の変形例において、クロスオーバー周波数を数百MHz〜数GHzと高く設計する場合には、バイパスキャパシタC1の容量値を1pF〜100pF程度で設計すればよい。
つまり、バイパスキャパシタC1の容量値は1pF〜10μFの範囲で、必要なクロスオーバー周波数に応じて適切に選択すればよい。
図5は、図3のピンカード100aの通過特性を示す図である。特性(I)は、図3のピンカード100aの通過特性を、特性(II)は、光半導体スイッチ単体の通過特性を示す。特性(II)に示されるように、バイパスキャパシタC1を設けない場合には4GHz程度のカットオフ周波数しか得ることができない。これに対してバイパスキャパシタC1を設けることにより、15GHz以上のカットオフ周波数を得ることができる。
図6は、別の変形例に係るピンカード100bの構成を示すブロック図である。図6のピンカード100bは、図3のピンカード100aと比べて直流試験ユニット40の位置が異なっている。
すなわち直流試験ユニット40は、I/O端子Pioではなく、第2インダクタL2と第1スイッチSW1の接続点(第1スイッチSW1の第2端子P2)に接続されている。この構成によれば、図3に比べて、直流試験ユニット40に対して高周波信号が入力されるのを好適に防止できる。
さらに第2スイッチSW2と第2端子P2の間には、第3インダクタL3が設けられる。第3インダクタL3を設けることにより、直流試験ユニット40に入力される高周波信号をさらに抑制できる。
図7は、さらに別の変形例に係るピンカード100cの構成を示すブロック図である。試験装置には、伝送線路中でのテストパターンの波形歪みを補償するために、プリエンファシス回路(高域強調フィルタ)が設けられる場合がある。図7のピンカード100cは、プリエンファシス機能を提供するために、バイパスキャパシタC1と直列に設けられた高域強調用抵抗R3をさらに備える。高域強調用抵抗R3およびバイパスキャパシタC1によって、高周波成分が強調される。プリエンファシス用抵抗R3として、リレーやスイッチのオン抵抗を利用してもよい。
さらに図7のバイパスキャパシタC1およびプリエンファシス用抵抗R3と並列な経路に、直列に接続されたプリエンファシス用キャパシタおよびプリエンファシス用抵抗を設けてもよい。
ピンカード100cは、また第1スイッチSW1と直列に設けられた第4抵抗R4、第5抵抗R5を備える。第4抵抗R4、第5抵抗R5を設けることにより、回路のQ値を調節することができる。なお、それらが無くても必要なQ値が得られる場合には、第4抵抗R4および第5抵抗R5は省略してもよい。また第4抵抗R4および第5抵抗R5として第1スイッチSW1のオン抵抗を利用してもよい。
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
実施の形態では、第1スイッチSW1やバイパスキャパシタC1がピンカード100に実装される場合を説明したが、本発明はそれに限定されない。すなわち、光半導体スイッチ10および周辺回路は、ピンカードのように試験装置本体と着脱可能に構成される必要はなく、その他の回路ブロックと一体に構成されてもよい。
実施の形態では、第1スイッチSW1として光半導体スイッチを用いる場合を説明したが、本発明はそれに限定されず、別の安価なスイッチを用いてもよい。
実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
1…DUT、C1…バイパスキャパシタ、P1…第1端子、Pio…I/O端子、DR…ドライバ、TCP…タイミングコンパレータ、L1…第1インダクタ、R1…第1抵抗、SW1…第1スイッチ、2…試験装置、P2…第2端子、L2…第2インダクタ、R2…第2抵抗、SW2…第2スイッチ、L3…第3インダクタ、R3…プリエンファシス用抵抗、P3…正極制御端子、P4…負極制御端子、L10…フェライトビーズ、R10…抵抗素子、20…第1インピーダンス回路、22…第2インピーダンス回路、24…制御信号発生源、30…交流試験ユニット、40…直流試験ユニット、100…ピンカード。
本発明は、試験装置に利用できる。

Claims (10)

  1. 被試験デバイスと接続されるべき入出力端子と、
    その第1端子が前記被試験デバイスの交流試験を行う交流試験ユニットと接続され、その第2端子が前記入出力端子および前記被試験デバイスの直流試験を行う直流試験ユニットと接続され、前記第1端子と前記第2端子の間の導通、遮断状態が切りかえ可能に構成された光半導体スイッチと、
    前記光半導体スイッチの外部において前記第1端子と前記第2端子の間に設けられるバイパスキャパシタと、
    を備え
    前記直流試験ユニットが直流試験を行う際に、前記光半導体スイッチを遮断状態とするとともに前記交流試験ユニットをサイレントな状態に制御することを特徴とするピンカード。
  2. 前記バイパスキャパシタの容量値は、2pF〜10μFの範囲であることを特徴とする請求項1に記載のピンカード。
  3. 前記光半導体スイッチの前記第1端子と前記バイパスキャパシタの一端の間に設けられた第1インダクタと、
    前記光半導体スイッチの前記第2端子と前記バイパスキャパシタの他端の間に設けられた第2インダクタと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載のピンカード。
  4. 前記第1インダクタと並列に設けられた第1抵抗と、
    前記第2インダクタと並列に設けられた第2抵抗と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載のピンカード。
  5. 前記バイパスキャパシタの容量値は、1pF〜10μFの範囲であることを特徴とする請求項3または4に記載のピンカード。
  6. 前記バイパスキャパシタと直列に設けられたプリエンファシス用抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のピンカード。
  7. 前記バイパスキャパシタと並列な経路に直列に設けられた、プリエンファシス用抵抗およびキャパシタをさらに備えることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のピンカード。
  8. 前記バイパスキャパシタは、前記光半導体スイッチが実装される基板上または基板内にパターンを用いて形成されることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のピンカード。
  9. 請求項1から8のいずれかに記載のピンカードを備えることを特徴とする試験装置。
  10. 被試験デバイスと接続されるべき入出力端子と、
    前記被試験デバイスの交流試験を行う交流試験ユニットと、
    前記被試験デバイスの直流試験を行う直流試験ユニットと、
    その第1端子が前記交流試験ユニットと接続され、その第2端子が前記入出力端子と接続され、前記第1端子と前記第2端子の間の導通、遮断状態が切りかえ可能に構成された光半導体スイッチと、
    前記光半導体スイッチの外部において前記第1端子と前記第2端子の間に設けられるバイパスキャパシタと、
    を備え、
    前記直流試験ユニットが直流試験を行う際に、前記光半導体スイッチを遮断状態とするとともに前記交流試験ユニットをサイレントな状態に制御することを特徴とする試験装置。
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