Atteindre un haut niveau de précision et de fiabilité des composants de commutation dans les tests paramétriques CC

Pour résoudre divers problèmes sociétaux, tels que l'instauration d'une société sûre et sécurisée, l'amélioration du rendement grâce aux robots et la préservation de ressources limitées, diverses technologies sont en train d'évoluer dans notre monde. Parmi ces avancées figurent les voitures autonomes, les smartphones aux performances supérieures, l'IA robotique dans les usines et l'IoT dans les appareils électroménagers. Pour ces évolutions technologiques, il est nécessaire de concevoir des composants plus avancés sur tous les marchés en évolution. La technologie de test et de mesure est extrêmement importante dans l'évolution des semi-conducteurs et s'appuie sur un niveau élevé de précision et de fiabilité. Par conséquent, les relais, qui sont souvent utilisés pour commuter divers circuits de mesure dans les équipements de test de semi-conducteurs, doivent également disposer de ces caractéristiques hautes performances.

Les relais MOSFET sont largement utilisés dans les équipements de test de semi-conducteurs, même si leurs performances ne sont pas encore suffisantes pour répondre à toutes les demandes de l'industrie. Il peut être nécessaire de sélectionner d'autres dispositifs au détriment d'une résistance à l'état passant stable et de la taille, en fonction de l'application. Par exemple, lors du test paramétrique CC d'un dispositif d'inspection de semi-conducteurs, il est important de réduire le courant de fuite dans le circuit afin d'améliorer la précision des mesures. Par conséquent, les relais MOSFET sont difficiles à utiliser en raison de leur fuite intrinsèque, et les relais avec contacts physiques, comme les relais à lames, sont encore utilisés. L'inconvénient provient alors de la résistance de contact du relais à lames. Cette résistance augmente au fil du temps et nécessite une maintenance régulière pour fournir le transfert de signal de qualité nécessaire pour les tests. En outre, la taille du boîtier d'un relais à lames n'est pas suffisamment compacte pour répondre aux demandes de miniaturisation. Ainsi, dans un test paramétrique CC de semi-conducteurs, tous les problèmes ne sont pas résolus avec les dispositifs de commutation existants.

Tableau 1 : Spécification requise pour les relais soumis à un test paramétrique CC.

Pour résoudre ce problème, OMRON a développé le module T (G3VM-21MT/-61MT/-101MT). Ce composant est un module de relais à semi-conducteurs compact avec une fonction de commutation en T. Cette solution offre une longue durée de vie et une résistance à l'état passant stable tout en présentant un courant de fuite minimal (I_LEAK ≤ 1 pA), comparable à celui d'un relais à lames.

Avantages du module T (G3VM-21MT/-61MT/-101MT)

• Courant de fuite très faible (I_LEAK ≤ 1 pA) pour des mesures haute précision
• Boîtier très compact pour un encombrement réduit et une intégration haute densité (5 mm x 3,75 mm x 2,7 mm)
• Longue durée de vie grâce à l'absence de contacts physiques
• Bonne linéarité pour une faible distorsion du signal

Exemples d'applications

• Cartes d'interface ATE
• Unité de mesure paramétrique CC
• Unité de matrice de commutation

Figure 1 : Dimensions du module T d'Omron. (Source de l'image : Omron)

Figure 2 : Configuration des bornes du module T d'Omron (VUE DU DESSUS). (Source de l'image : Omron)

Fonction de commutateur en T du module T

Comme illustré à la Figure 3, cette fonction est disponible en utilisant trois relais MOSFET dans un circuit en T pour réduire le courant de fuite de la ligne de sortie principale (entre les broches 4 et 6).

Figure 3 : Fonction de commutateur en T. (Source de l'image : Omron)

Comparaison des performances des dispositifs de commutation existants

OMRON a créé la carte de conception de référence (Figure 4) qui utilise le circuit de commutation du test paramétrique CC illustré à la Figure 5. Les données générées par cette carte comparent les sorties et la précision des mesures de trois types de relais différents : modules T, relais à lames et relais MOSFET.

Figure 4 : Carte de conception de référence avec trois types de relais différents. (Source de l'image : Omron)

Figure 5 : Schéma fonctionnel pour système de mesure. (Source de l'image : Omron)

Résultat de test ILEAK

Dans les résultats des tests de courant de fuite dérivés de la carte de référence, on constate des niveaux très similaires de fuite dans le module T et le relais à lames. Le composant qui fait exception est le relais MOSFET, qui présente toujours une fuite de courant au niveau du circuit.

Résultat des tests de la carte de conception de référence G3VM-101MT (DUT : 1N3595)

Figure 6 : Exemple en cas de mesure du courant de fuite (DUT1). (Source de l'image : Omron)

Remarque : cette conception de référence (Figure 6) compare les valeurs de courant de fuite (ILEAK) d'une DUT (diode) à 3 circuits de mesure utilisant des relais différents (circuit 1 : module T ; circuit 2 : relais à lames ; circuit 3 : relais MOSFET) avec 2 unités de mesure source. Ch1 ajoute une tension de test en tant que source V. Ch2 mesure la tension à partir d'un amplificateur pour la mesure de courant faible, puis calcule la valeur de courant de sortie finale.

Résultat de test VF

Un exemple de résultat de test des caractéristiques VF avec cette conception de référence est illustré ci-dessous. Le résultat montre le même niveau de précision entre les circuits avec module T, relais à lames et relais MOSFET, et pratiquement la même valeur que la spécification de la diode DUT de référence.

Résultat des tests de la carte de conception de référence G3VM-101MT (DUT : 1N3595). (Source de l'image : Omron)

Figure 7 : Exemple en cas de mesure des caractéristiques VF (DUT1). (Source de l'image : Omron)

Remarque : cette conception de référence (Figure 7) compare la tension VF d'une DUT (diode) à 3 circuits de mesure utilisant des relais différents (circuit 1 : module T ; circuit 2 : relais à lames ; circuit 3 : relais MOSFET) avec 1 unité de mesure source. Ch1 ajoute le courant de test en tant que source I et mesure la tension.

En utilisant le module T d'OMRON, les ingénieurs peuvent concevoir une solution qui permet d'obtenir une précision des mesures et une fiabilité à long terme des tests paramétriques CC. L'objectif de ce produit est d'améliorer la capacité de la société à poursuivre des avancées technologiques majeures.