Créez des diagrammes de Shmoo en quelques secondes directement depuis votre bureau

Dans l’industrie des semi-conducteurs, les diagrammes de shmoo sont devenus un outil indispensable pour évaluer l’état d’un dispositif sous test (DUT), pour suivre les variations de processus et analyser le rendement de fabrication, ainsi que pour la caractérisation spécifique au client et le tri par vitesse. Traditionnellement, afin d’obtenir des diagrammes de shmoo, les ingénieurs devaient utiliser de grands équipements de test automatiques (ATE) conçus principalement pour les tests de production et non pour les tâches d’ingénierie ou de caractérisation. Cela a entraîné de multiples défis liés à la disponibilité de l’équipement ainsi qu’à son coût. Dans cet article, nous décrivons comment la série M d’Introspect facilite plus que jamais l’obtention de diagrammes de shmoo. Mais d’abord, présentons le concept du shmoo et son utilisation.

Qu’est-ce qu’un diagramme de Shmoo ?

En référence à la figure 1, un diagramme de shmoo est un outil de visualisation de données multidimensionnelles. Dans un contexte typique de semi-conducteurs, il s’agit d’un outil permettant de distinguer les conditions de test (valeurs de paramètres) pour lesquelles le résultat d’un test est « Réussi » des autres conditions pour lesquelles le résultat d’un test est « Échoué ». La nature du test dans ce cas est totalement sans importance, et le shmoo vise uniquement à identifier rapidement les valeurs de paramètres qui font passer un DUT de la réussite à l’échec d’un test particulier. Par exemple, dans la figure 1, un test exécuté à 250 ps d’amplitude de gigue et 4 MHz de fréquence de gigue a réussi, alors que le même test à 250 ps d’amplitude de gigue et 9 MHz de fréquence de gigue a échoué.

Figure 1 : Exemple de diagramme de Shmoo.

En général, les caractéristiques suivantes sont nécessaires pour qu’un outil Shmoo soit utile :

• Le type de variable balayée est arbitraire (l’ingénieur peut balayer n’importe quelle variable de son choix, ce qui peut inclure la température, l’humidité ou même la pression)
• Le nombre de variables est arbitraire (l’ingénieur peut créer des shmoos multidimensionnels et les visualiser en découpant les plans multivariés)
• La mesure réussite/échec est arbitraire (l’ingénieur peut choisir un test fonctionnel, un test de taux d’erreur binaire ou tout autre « test » aboutissant à un résultat de réussite ou d’échec)

L’un des types de tests de shmoo les plus importants que les ingénieurs effectuent est celui dans lequel la tension d’alimentation fournie au DUT est variée. Autrement dit, l’un des paramètres du diagramme de shmoo multidimensionnel serait la tension VDD. Un exemple d’un tel diagramme est présenté dans la figure 2 ci-dessous. Souvent, les défauts de conception ou les sensibilités de processus sont révélés le plus clairement lorsque la tension d’alimentation du DUT est ajustée.

Figure 2 : Diagramme de shmoo d’un dispositif réel dans lequel l’axe vertical représente la tension VDD fournie au DUT.

Diagrammes de Shmoo VDD chez Introspect

Dans le cadre de la technologie ATE-on-Bench d’Introspect, nous nous efforçons toujours d’apporter des outils qui rendent la caractérisation plus conviviale et plus accessible aux ingénieurs. Ainsi, nous avons introduit des alimentations programmables pour dispositifs dans nos testeurs ATE-on-Bench de la série M, ce qui signifie qu’il est désormais possible de créer des diagrammes de shmoo avancés directement depuis le confort de votre bureau ou de votre paillasse de laboratoire ! La figure 3 montre un exemple d’alimentation de dispositif montée directement sur une carte de test fixée à notre testeur M5504.

Figure 3 : Illustration d’une alimentation programmable intégrée au M5504.

L’intégration de cette technologie d’alimentation de dispositif présente deux avantages principaux :

• Miniaturisation extrême sans avoir à dépendre d’alimentations de laboratoire
• Temps d’exécution très rapides grâce à un couplage étroit entre l’électronique haute vitesse du M5504 et l’alimentation programmable du dispositif

Exemples de dispositifs réels

La figure 2 ci-dessus montrait un exemple de test de dispositif réel dans lequel l’un des paramètres balayés était la tension VDD fournie au DUT. Le deuxième paramètre était la phase d’une horloge. Autrement dit, ce test mesurait essentiellement le temps de configuration et de maintien sur un dispositif haute vitesse en fonction de VDD. Le test particulier a été exécuté à un débit de données fixe. Voyons maintenant ce qui se passe lorsque le débit de données sur le DUT est augmenté. Lorsque le débit de données a augmenté de 33 % sur le même dispositif et dans le même environnement de test, le diagramme de shmoo ressemble à celui de la figure 4. Comme on peut le voir, la région rouge est plus grande que celle de la figure 2, et le DUT échoue à des tensions supérieures à 1,08 V alors qu’il réussissait auparavant à des tensions allant jusqu’à 1,10 V. Aussi contre-intuitif que cela puisse paraître, ce résultat est un excellent exemple de l’utilité de l’outil shmoo. Il fournit des informations sur les performances du dispositif qui seraient difficiles à obtenir autrement.

Figure 4 : Diagramme de shmoo du même dispositif que la figure 2 mais fonctionnant à un débit de données supérieur de 33 %. Le dispositif échoue à des tensions supérieures à 1,08 V, ce qui est quelque peu contre-intuitif.

En parlant de débit de données, un test de shmoo classique est celui qui consiste à balayer une tension d’alimentation en fonction du débit de données de fonctionnement du dispositif sous test. La figure 5 montre un tel test pour un dispositif DRAM LPDDR5 commercial. Comme on peut le voir, ce DUT fonctionne bien sur toute la plage de débits de données, bien que les performances ne soient pas toujours constantes. Certains débits de données présentent une sensibilité supplémentaire, et c’est précisément pour cette raison que le test de shmoo est effectué. Enfin, la figure 6 montre le même test de shmoo, mais avec une métrique de taux d’erreur au lieu d’une simple métrique réussite/échec. Parfois, davantage d’informations peuvent être obtenues lorsque le shmoo est effectué avec une mesure paramétrique comme celle-ci au lieu d’une mesure binaire réussite/échec.

Figure 5 : Diagramme de shmoo d’un dispositif de mémoire LPDDR5 montrant les données réussite/échec pour chaque broche du bus DQ.

Figure 6 : Diagramme de shmoo pour le dispositif de mémoire ci-dessus, mais utilisant une mesure de taux d’erreur binaire au lieu d’une mesure réussite/échec.

Résumé

Dans cet article, nous avons présenté le concept de diagramme de shmoo. Nous avons également montré comment Introspect prend en charge les tests de shmoo depuis longtemps avec nos clients. Et nous avons illustré des exemples de dispositifs réels ainsi que certaines des informations que le diagramme de shmoo peut fournir.

Avez-vous besoin d’effectuer des tests de shmoo ? Veuillez nous contacter à info@introspect.ca pour plus d’informations et pour découvrir la puissance de notre capacité de shmoo.