- Les technologies semi-conducteurs ne cessent de progresser. Du même coup, leur test devient plus complexe d’autant qu’il faut s’assurer qu’elles respectent les exigences des normes de communication et d’interface en perpétuelle évolution. Ce qui se traduit par une réduction de la durée d’utilisation et de conservation des équipements de test de semi-conducteurs.
- Les fabricants de puces électroniques doivent donc réévaluer leur stratégie de gestion du parc de tels équipements.
- C’est la raison pour laquelle Electro Rent recommande une approche moins conventionnelle de l’approvisionnement en équipements de test afin de toujours disposer des appareils de test correspondant aux exigences de test du moment.
Auteur : Dominique Dubois, Responsable Développement Commercial Asset Management Europe, Electro Rent
Bien que de nombreux autres secteurs de l’industrie aient été fortement touchés suite à la pandémie de COVID-19, des indications montrent clairement que l’activité des semi-conducteurs reste très soutenue – voire peut-être plus que jamais. Sous réserve d’une importante demande du marché, il est essentiel que les installations de fabrication puissent atteindre un meilleur rendement. Leurs capacités de test doivent être en mesure de gérer des appareils de plus en plus sophistiqués et dotés de paramètres de performances plus complexes, tout en maintenant les niveaux de précision et d’efficacité les plus élevés. Cet article vise à fournir un aperçu des activités de test de caractérisation, de la couche physique et de conformité aux protocoles qui seront exigées dans les années à venir.
Selon les prévisions de Statista, le marché mondiale des puces électroniques devrait approcher les 470 milliards de dollars en 2021, ce qui le rapproche de son niveau record. La demande dépasse même l’offre, avec des délais de livraison plus longs pour les clients. Les téléphones 5G, les infrastructures informatiques évoluées et les groupes de propulsion de véhicules électriques seront au nombre des principaux moteurs des ventes dans les années à venir. En plus de tout cela, la prévalence croissante de l’intelligence artificielle (IA) dans un large éventail d’applications signifie que de nouvelles sources de revenus s’ouvrent aux fabricants de puces.
Depuis l’origine, des degrés d’intégration toujours plus élevés ont été au cœur de l’innovation dans le domaine des semi-conducteurs, comme le prévoit la loi de Moore (que le secteur prend en considération depuis plus de 55 ans maintenant). Cela a permis d’intégrer davantage de fonctionnalités, tout en utilisant moins d’espace et en réduisant les exigences de consommation d’énergie ainsi que les coûts des puces. Le tout dernier processeur d’IBM, annoncé il y a quelques semaines à peine, repose sur une architecture d’à peine 2 nm. Pour ne pas être laissée pour compte, la société de fonderie TSMC travaille actuellement avec des universitaires du MIT sur un circuit intégré de 1 mm. Bien que l’adoption de nœuds de processus plus petits apporte de nombreux avantages, les topologies plus complexes qui en découlent rendent les activités de caractérisation des périphériques plus difficiles à réaliser.
Outre le fait que les technologies de processus deviennent plus complexes, l’intégration 3D constitue une autre façon d’intégrer davantage de fonctionnalités à la dernière génération de périphériques. Il devient de plus en plus courant pour les puces mémoire de présenter plusieurs matrices qui ont été étroitement empilées afin d’augmenter la capacité globale de stockage des données.
La nécessité de pousser l’enveloppe de performances signifie que les systèmes d’alimentation verront leur dépendance augmenter vis-à-vis de matériaux semi-conducteurs à large bande émergents, tels que le nitrure de gallium (GAN) et le carbure de silicium (SIC), au cours de la prochaine décennie. Ces matériaux sont capables de prendre en charge des tensions plus élevées et des vitesses de commutation plus rapides, avec des gains d’efficacité de conversion de puissance et des pertes thermiques plus faibles. Bien que les composants discrets (MOSFET, IGBT, diodes, etc.) basées sur GAN et SIC offrent divers avantages opérationnels, elles nécessiteront également des tests de caractérisation approfondis par rapport à certains paramètres clés, afin que l’impact des inductances parasites puisse rester sous contrôle. Les vitesses de commutation que les alimentations utilisant des composants discrets à large bande passante sont capables de prendre en charge, signifient en outre qu’il sera nécessaire d’analyser plus précisément l’impact des interférences électromagnétiques (IEM).
L’arrivée des technologies de communication 5G se traduira par l’ouverture de nouvelles bandes de fréquences pour les communications mobiles, avec notamment l’introduction de fréquences dans le domaine des ondes millimétriques (utilisant des fréquences de 28 GHz et plus) pour le grand public. Cela signifie que des tests de conformité devront être effectués en production sur d’importants volumes d’appareils opérant dans le domaine des ondes millimétriques (mmWave).
Utiliser l’équipement approprié
Comme nous l’avons constaté, il existe une multitude de tests qui doivent être effectués sur des dispositifs à semi-conducteurs après leur fabrication. Il est donc primordial d’avoir accès à l’équipement approprié. Voici quelques-uns des éléments qui peuvent être employés par les techniciens pour mener les activités de test précédemment décrites.
Le système de test de la gamme B1505A de Keysight est destiné à la caractérisation des dispositifs semi-conducteurs de puissance. Grâce à cet analyseur de paramètres, il est possible d’effectuer des mesures de haute précision de tension-capacité et de tension-courant. Il couvre des plages de tension et de courant allant jusqu’à 10 kV et 1 500A, respectivement, ainsi que des capacités de résistance de μΩ et de mesure de 10 µs. En utilisant ce système de test, les techniciens peuvent effectuer des campagnes de test qui auraient auparavant nécessité plusieurs équipements. Ils peuvent ainsi examiner les valeurs de charge de grille, de résistance à l’allumage et de tension de coupure des alimentations à composants discrets (y compris celles utilisant des technologies à large bande passante), ainsi que l’étude des transitoires ultra-rapides. En outre, ce système de test peut être utilisé pour vérifier les propriétés opérationnelles des électrodes dans les batteries Li-Ion des véhicules électriques. Grâce à sa conception modulaire, différents éléments matériels supplémentaires peuvent être intégrés à la configuration de test selon les besoins.
Avec une résolution de 16 bits, l’analyseur de forme d’onde de courant CX3300 de Keysight est adapté aux applications avancées de caractérisation de l’alimentation. Grâce à la technologie d’apprentissage machine, cet instrument peut capturer des formes d’onde de tension et de courant répétitives afin de déterminer la présence de signaux anormaux intermittents que l’analyse manuelle négligerait.
L’analyseur de paramètres de la gamme Keithley 4200A-SCS de Tektronix permet de rationaliser les configurations de test. Il est capable de mesurer simultanément le courant et la tension sur ses deux canaux. Grâce à la connexion du module complémentaire 4225-PMU, il permet d’effectuer des travaux de caractérisation de courant-tension impulsionnels haute vitesse. Un taux d’échantillonnage de 200 Méch/s est pris en charge, ainsi qu’une résolution de courant de 100 fA. La fonctionnalité de capture de forme d’onde transitoire a également été incluse pour rechercher des phénomènes tels que la dégradation du courant de drain, etc. La polyvalence de l’analyseur 4200A-SCS lui permet d’être utilisé pour le test des alimentations à composants discrets, des mémoires non volatiles, des MEMS et des cellules photovoltaïques.
Les testeurs de communication de la famille R&S CMW de Rohde & Schwarz peuvent être déployés sur les lignes de production automatisées. Le testeur R&S CMW100 offre une plage de fréquences continue allant jusqu’à 6 GHz, avec une résolution de fréquence de 0,1 Hz et une précision de 0,5 dB. Cette unité permet d’exécuter des tests de conformité et de couche physique, tout en garantissant que les niveaux de débit rapides soient toujours respectés. Il est optimisé pour le test en grands volumes d’émetteurs-récepteurs RF pour WLAN (tels que 802.11ax), LPWAN (tels que Lora et Sigfox) et l’utilisation cellulaire (y compris sub-6GHz 5G). Il est capable de tester jusqu’à 8 périphériques en parallèle. Le testeur R&S CMX500 (qui est adapté aux bandes de fréquences inférieures à 5 GHz et mmWave 5G), ainsi que le testeur R&S CMP200 (conçu spécifiquement pour la mmWave) peuvent être utilisés en complément.
Couvrant une plage de fréquences allant jusqu’à 110 GHz avec une résolution de fréquence de 1 Hz, l’analyseur de réseau vectoriel R&S ZVA de Rohde & Schwarz est adapté à la caractérisation d’une large gamme d’appareils de communication sans fil. L’instrument offre une plage dynamique qui dépasse 140 dB, offrant ainsi une portée suffisante pour identifier les éventuels problèmes de perte.
Options d’approvisionnement des instruments
La gamme de solutions de test disponibles par le biais d’Electro Rent permet aux fabricants de semi-conducteurs de mettre en œuvre des stratégies de test à la fois flexibles et rentables. La société propose aux entreprises de disposer des équipements de test par le biais de la location à court et à long terme, de la location-achat à plus long terme, de la location-exploitation ou de l’achat d’équipement d’occasion. En adoptant cette approche, plutôt qu’en achetant continuellement de nouveaux équipements, les fabricants de semi-conducteurs peuvent éviter d’accumuler des articles obsolètes qui ne sont plus pertinents pour leurs opérations de test. Cette approche leur permet également de se libérer des cycles budgétaires des dépenses d’investissement et de conserver le capital nécessaire pour investir dans d’autres domaines. Elle garantit que les niveaux d’utilisation des équipements soient maximisés et que les coûts de propriété impliqués (étalonnage, entretien, etc.) soient maîtrisés. L’équipement peut être expédié directement du stock, ce qui permet la mise en œuvre rapide des procédures de test. Des instruments supplémentaires peuvent en outre être obtenus pour faire face à l’éventuelle augmentation du volume de production. De même, si les exigences de test réelles changent, l’équipement d’origine peut être remplacé par des instruments dotés des fonctionnalités nécessaires.
Les services d’optimisation d’actifs d’Electro Rent peuvent également s’avérer utiles pour des opérations se déroulant sur plusieurs sites. Les informations détaillées et continuellement mises à jour relatives à chaque instrument détenu par un client peuvent être consultées. Ces informations concernent le fabricant, le type de modèle, les principales spécifications et l’emplacement actuel, ainsi que l’état de l’étalonnage et de la réparation. En exploitant ces services, l’efficacité des activités de test peut être considérablement améliorée. Ce qui permet d’optimiser l’utilisation de l’équipement et d’éviter d’acheter inutilement pour répondre à des demandes soudaines. Cela signifie également que le capital n’est pas lié à de l’équipement qui n’est plus utilisé, et que les coûts de stockage ou d’entretien sont réduits. Ces articles superflus peuvent être identifiés et vendus par la suite.
