Raggiungere alta precisione e alta affidabilità dei componenti di commutazione nei test parametrici c.c.

Oggi in tutto il mondo si stanno evolvendo molteplici tecnologie per risolvere vari problemi sociali, ad esempio per avere una società sicura e protetta, migliorare l'efficienza con l'ausilio dei robot e preservare risorse limitate. Fra questi progressi vi sono le auto a guida autonoma, gli smartphone ad alte prestazioni, l'IA robotica nelle fabbriche e IoT negli elettrodomestici. Queste evoluzioni tecnologiche richiedono una componentistica più avanzata in tutti i mercati in evoluzione. La tecnologia di test e misurazione è estremamente importante per il progresso dei semiconduttori ed è supportata da un'elevata precisione di misurazione e da un'alta affidabilità. Pertanto, anche i relè, che sono spesso utilizzati per commutare vari circuiti di misurazione nelle apparecchiature di test dei semiconduttori, devono avere queste caratteristiche di alte prestazioni.

I relè MOSFET sono stati ampiamente utilizzati nelle apparecchiature di test dei semiconduttori, anche se le loro prestazioni non sono ancora sufficienti per soddisfare tutte le richieste del settore. Potrebbe essere necessario selezionare altri dispositivi a scapito della resistenza nello stato On stabile e delle dimensioni, a seconda dell'applicazione. Ad esempio, in un test parametrico c.c. di un dispositivo di ispezione dei semiconduttori, è importante ridurre al minimo la corrente di dispersione all'interno del circuito per migliorare la precisione di misurazione. Pertanto, la dispersione intrinseca dei relè MOSFET ne ostacola l'impiego. Questo è il motivo per cui continuano a essere utilizzati relè con contatti fisici, come i relè reed. Ma anche i relè reed hanno uno svantaggio: la resistenza di contatto, che aumenta nel tempo e richiede una regolare manutenzione per offrire la qualità di trasferimento dei segnali richiesta per i test. Inoltre, il contenitore del relè reed non è abbastanza piccolo da soddisfare le richieste di miniaturizzazione. Ne consegue che nell'ambito dei test parametrici c.c. dei semiconduttori, i dispositivi di commutazione esistenti non risolvono tutti i problemi.

Tabella 1. Specifica richiesta per i relè secondo il test parametrico c.c.

Per risolvere questo problema, OMRON ha sviluppato il modulo T (G3VM-21MT / -61MT / -101MT). Questo componente è un modulo relè a semiconduttore compatto con funzione di commutazione a T. Questa soluzione fornisce una lunga durata e caratteristiche di resistenza nello stato On stabili, con una corrente di dispersione minima (I_LEAK ≤1 pA), rispetto a quella di un relè reed.

Valore del modulo T (G3VM-21MT/-61MT/-101MT)

• Corrente di dispersione molto contenuta (I_LEAK ≤1 pA) per misurazioni di alta precisione
• Contenitore molto compatto per risparmiare spazio e realizzare un'integrazione ad alta densità (5 x 3,75 x 2,7 mm)
• Lunga durata grazie all'assenza di contatti fisici
• Buona linearità per bassa distorsione del segnale

Esempi di applicazione

• Schede d'interfaccia ATE
• Unità di misurazione parametrica c.c.
• Unità della matrice di commutazione

Figura 1: Dimensioni del modulo T di Omron. (Immagine per gentile concessione di Omron)

Figura 2: Configurazione del terminale del modulo T di Omron (vista dall'alto). (Immagine per gentile concessione di Omron)

Funzione di commutazione a T del modulo T

Come mostrato nella Figura 3, questa funzione si avvale di tre relè MOSFET in un circuito a T per ridurre al minimo la corrente di dispersione della linea principale di uscita (tra i pin 4 e 6).

Figura 3: Funzione di commutazione a T. (Immagine per gentile concessione di Omron)

Prestazioni a confronto tra i dispositivi di commutazione esistenti

OMRON ha creato la scheda del progetto di riferimento (Figura 4) che utilizza il circuito di commutazione del test parametrico c.c. mostrato nella Figura 5. I dati generati da questa scheda confrontano le uscite e la precisione di misurazione di tre diversi tipi di relè: moduli T, relè reed e relè MOSFET.

Figura 4: Scheda del progetto di riferimento con tre diversi tipi di relè. (Immagine per gentile concessione di Omron)

Figura 5: Diagramma a blocchi per il sistema di misurazione. (Immagine per gentile concessione di Omron)

Risultati del test ILEAK

Dai risultati del test della corrente di dispersione ottenuti dalla scheda di riferimento, si possono vedere livelli di dispersione molto simili sia nel modulo T che nel relè reed. Il componente anomalo è il relè MOSFET, che ha ancora una certa corrente di dispersione nel circuito.

Risultato del test della scheda del progetto di riferimento G3VM-101MT (DUT: 1N3595)

Figura 6: Esempio in caso di misurazione della corrente di dispersione (DUT1). (Immagine per gentile concessione di Omron)

Nota: questo progetto di riferimento (Figura 6) confronta i valori della corrente di dispersione (ILEAK) di un DUT (diodo) con 3 circuiti di misurazione che utilizzano relè diversi (Circuito 1: modulo T, Circuito 2: relè reed, Circuito 3: relè MOSFET) utilizzando due unità di misurazione della sorgente. Ch1 aggiunge tensione di prova come sorgente V. Ch2 misura la tensione da un amplificatore per la misurazione di piccole correnti, dopo di che calcola il valore finale della corrente di uscita.

Risultati del test VF

Di seguito viene mostrato un esempio di risultato del test delle caratteristiche VF con questo progetto di riferimento. Il risultato mostra lo stesso livello di precisione tra i circuiti con modulo T, relè reed e relè MOSFET e quasi lo stesso valore rispetto alla specifica del diodo DUT di riferimento.

Risultato del test della scheda del progetto di riferimento G3VM-101MT (DUT: 1N3595) (Immagine per gentile concessione di Omron)

Figura 7: Esempio in caso di misurazione delle caratteristiche VF (DUT1). (Immagine per gentile concessione di Omron)

Nota: questo progetto di riferimento (Figura 7) confronta il VF di un DUT (diodo) con 3 circuiti di misurazione che utilizzano relè diversi (Circuito 1: modulo T, Circuito 2: relè reed, Circuito 3: relè MOSFET) utilizzando una unità di misurazione della sorgente. Ch1 aggiunge la corrente di misura come sorgente I e misura la tensione.

Utilizzando il modulo T di OMRON, gli ingegneri possono realizzare una soluzione che raggiunge sia la precisione di misurazione che l'affidabilità a lungo termine nei test parametrici c.c. L'obiettivo di questo prodotto è migliorare la capacità della società di continuare a perseguire grandi progressi tecnologici.