高大上，學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的測試新方法

測試物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，現(xiàn)有的方法可能已能勝任，但隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，就必須要尋求新的技術(shù)和方法。

最近發(fā)生了一件事：一些測試專家IC產(chǎn)業(yè)表示需要為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)開發(fā)新的芯片測試方法。

這件事傳遞的信息非常容易理解?，F(xiàn)有的自動測試設(shè)備(ATE)非常適合與今天的數(shù)字、模擬和混合信號芯片測試，盡管在應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的測試時，它可能有些反應(yīng)不良或過于昂貴。

但是，要理清這個脈絡(luò)也很簡單：首先，什么是物聯(lián)網(wǎng)?物聯(lián)網(wǎng)會涉及到什么芯片?簡單來說，這涉及到的物聯(lián)網(wǎng)中各種設(shè)備之間的無縫通信。一個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)至少包括三個基本部件：微控制器、RF芯片和傳感器/ MEMS(微機(jī)電)設(shè)備。

接下來的問題也很明顯。因此，如果物聯(lián)網(wǎng)開始騰飛，現(xiàn)有的ATE能以具有成本效益的老方法處理和測試基于物聯(lián)網(wǎng)的器件嗎?或者它真的需要一些新的測試設(shè)備?事實(shí)證明，有好幾種可以用來測試物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的方法。它可能需要將傳統(tǒng)的和非傳統(tǒng)的硬件方法相組合。而對于今天的芯片，目標(biāo)就是能讓測試時間和成本都能控制在合理的范圍內(nèi)。

“物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備基礎(chǔ)——如可穿戴設(shè)備、智能移動設(shè)備和智能家居——都有兩個共同點(diǎn) ：無線和傳感器。這些物聯(lián)網(wǎng)芯片的特點(diǎn)為傳統(tǒng)的ATE方式帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。”美國國家儀器公司自動化測試營銷部門的高級經(jīng)理Luke Schreier說道，“驅(qū)動這些設(shè)備的芯片通常功耗較低且引腳數(shù)更少，通常采用串行協(xié)議，那就足以對傳統(tǒng)ATE方法的成本耗費(fèi)構(gòu)成挑戰(zhàn)。而且，為了測試無線和傳感器，你還需要昂貴的RF和模擬升級選項，以及精心設(shè)計的處理技術(shù)。

什么是物聯(lián)網(wǎng)?

可以肯定，物聯(lián)網(wǎng)仍然是一個模糊的話題。而且目前還不清楚這項技術(shù)在現(xiàn)實(shí)世界中工作的方式。“物聯(lián)網(wǎng)是專用物理對象所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，這些包含嵌入式技術(shù)的對象通過傳感器和連接來與外部環(huán)境進(jìn)行交互。”Gartner公司的分析師Dean Freeman說。“物聯(lián)網(wǎng)是一個包括物體、通信、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)分析的生態(tài)系統(tǒng)。汽車物聯(lián)網(wǎng)是一個很大的組成部分，家庭也將發(fā)揮重要的作用，當(dāng)然也還有辦公領(lǐng)域的應(yīng)用。”

例如在汽車領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)可以在預(yù)測性維護(hù)上發(fā)揮重要作用，其中涉及在整個發(fā)動機(jī)中傳感器的使用，據(jù)Gartner說。LED照明是另一項物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，其中“智能指示燈”被連接到網(wǎng)絡(luò)，并且可以感測環(huán)境，據(jù)該公司介紹。而在家居領(lǐng)域，智能電視和機(jī)頂盒可列為物聯(lián)網(wǎng)中的一員。

總體而言，Gartner預(yù)測在2015年有49億的事物會被接入網(wǎng)絡(luò)之一，同比2014年增長30%，并且能在2020年達(dá)到250億設(shè)備的連接。預(yù)計到2015年，用于數(shù)據(jù)處理、傳感和通信的半導(dǎo)體器件將增長36.2%，相比而言，整體IC市場的增長只有5.7%。

測試物聯(lián)網(wǎng)器件

測試物聯(lián)網(wǎng)芯片和傳感器的方法還比較多。但首先，芯片制造商必須解答一個簡單的問題：什么類型的芯片需要進(jìn)行測試?“對于物聯(lián)網(wǎng)來說，主要的一塊是與微控制器連接的RF器件，或具有RF功能的附件。”Teradyne消費(fèi)業(yè)務(wù)部經(jīng)理Jason Zee說。

微控制器的范圍從4位到32位器件都有。每個微控制器集成了三個主要部件：數(shù)字核心，模數(shù)轉(zhuǎn)換器和閃存。“因此，在微控制器中，開始就將RF協(xié)議放了進(jìn)去，可能會是802.11或ZigBee。你也可以采用低能耗版本的藍(lán)牙系統(tǒng)。”Zee說。

總而言之，MCU和RF仍然是分立器件。在測試流程中，芯片通過平時的晶圓步驟進(jìn)行測試。在一些情況下，MCU和RF芯片可能需要兩套單獨(dú)的測試平臺和方案，其中一套測試MCU，而另一套測試RF。

于是，許多芯片制造商都開始將MCU和RF集成到一個系統(tǒng)級封裝(SiP)中。該SiP會經(jīng)歷一次最終的測試工序。“歷史上，你不得不做兩次最后的測試，而且可能是在兩個不同的平臺上。”他說。

這個問題是相當(dāng)明顯的。測試流程中需要太多的平臺和過程，從而抬高了測試時間和成本。為了幫助解決這個問題，Teradyne公司將會在他的J750上提供 RF儀器選項，一種低成本的測試儀。“現(xiàn)在，你只需要在單一平臺上進(jìn)行一次測試就可以，”Zee說。“你可以在J750同時對兩者進(jìn)行測試。你基本只需要做一次最后的測試。所以，你再也不必維護(hù)多個平臺和測試程序。”

測試時間和測試費(fèi)用

“在最后的測試階段，測試的RF部分的時間可能會增加5%〜10%，”他說。“但是，測試成本實(shí)際下降了。而且由于移出了一次最終測試時的插入步驟，總時間實(shí)際上減少了。”

另一個ATE廠商，Advantest，也讓它的測試平臺朝著類似的方向發(fā)展。但在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，芯片制造商將不僅要測試MCU和RF芯片，它們也必須處理分立的的傳感器/ MEMS組件。有時，這三個設(shè)備可以被集成到同一SiP中，但那只能給測試帶來更多挑戰(zhàn)。“舉個例子，與MCU和藍(lán)牙集成在一起的慣性傳感器可能要經(jīng)歷三次不同的ATE過程。”Advantest業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Dave Armstrong說。“隨著量的增加，多介入的方式在質(zhì)量和成本控制上會完全崩潰。”

測試MCU和RF芯片還很好的理解，可以遵照傳統(tǒng)的ATE進(jìn)行。但是測試傳感器/ MEMS設(shè)備需要一個不同的策略。“通常需要用來測試這些部件的東西是ATE加上在校準(zhǔn)設(shè)置中的傳感器刺激。”Armstrong說。“當(dāng)然，傳感器刺激的方式取決于被測試傳感器的類型，以及需要進(jìn)行的測試項目。”

測試MEMS裝置的方法有好幾種。Advantest和 Teradyne都能夠使用現(xiàn)有的ATE 測試帶有MEMS的設(shè)備。這些ATE也可能需要被測器件板上的專門的電路。當(dāng)然還需要考慮另一項重要因素。“在半導(dǎo)體器件，采集到的信號是數(shù)字還是模擬，”Teradyne的Zee說。“當(dāng)涉及到MEMS時，如果有第三個參數(shù)。它可能是振動，也可能是濕度。”

例如，為了測試加速度計，所述部分不僅必須經(jīng)受的電子測試，也還需要進(jìn)行振動試驗。在這種情況下，OEM或設(shè)備制造商可能會開發(fā)出自己的測試方法，比如就簡單地讓測試設(shè)備進(jìn)行振動。“測試MEMS關(guān)于電的那部分，沒有什么復(fù)雜的。復(fù)雜的是如何施加壓力或刺激物。”Zee說。

所以今天似乎現(xiàn)有的ATE能夠?qū)?strong>MCU、RF和MEMS進(jìn)行測試。但隨著時間的推移，ATE行業(yè)可能需要設(shè)計一套新的低成本、高度并行的測試方式以解決物聯(lián)網(wǎng)的問題。在概念上，這可能涉及到“通用管腳(universal pin)”架構(gòu)，它能支持射頻、數(shù)字和混合信號。“為了支持這項工作，創(chuàng)造性的解決方案將是必要的。”Advantest的Armstrong說。“一個完美地方案必須是類似“瑞士軍刀”式的方案，能夠為所有的設(shè)備的管腳提供相似的ATE資源。”

另一種可行的測試MEMS /傳感器方法是使用專門的、基于MEMS的處理器/測試系統(tǒng)，它不同于傳統(tǒng)的ATE和IC處理程序。傳統(tǒng)的IC處理程序是自動拿起芯片，并將其插入插座測試儀中。然后，要么通過要么失敗。

在一般情況下，基于MEMS的處理器/測試系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能為加速度計、陀螺儀和其它MEMS設(shè)備提供熱調(diào)節(jié)、機(jī)械刺激和電信號路徑測試。“MEMS測試業(yè)務(wù)確實(shí)是一個處理刺激的業(yè)務(wù)，”專門從事基于MEMS的測試系統(tǒng)設(shè)計的FocusTest公司副總裁Richard Chrusciel說，“那讓生活變得復(fù)雜了不少。”

在一般情況下，基于MEMS的測試系統(tǒng)可包括一個插座，這可能提供某種形式的電試驗。“它也有提供某種形式的機(jī)械刺激。例如，在測試加速度計或陀螺儀的情況下，翻轉(zhuǎn)裝置或繞所有的軸旋轉(zhuǎn)設(shè)備。如果它是一個高G設(shè)備，典型的做法還將包括振動刺激，”Chrusciel說道。“同時那插座也需要保持電接觸，而且整個測試還必須在一定溫度下進(jìn)行。那才是真正困難的地方。”

這個行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)也是眾所周知的。“測試時間很長，”他說。“我需要花費(fèi)10到12秒在進(jìn)行電性測試的裝置定位過程中。”

成本也是一個問題。在2010年，封裝在一起的ASIC和加速度計售價為2美元。其中高達(dá)30%到40%的成本用于了MEMS器件的測試之中。“現(xiàn)在，過去的三、四年中，大多數(shù)商用MEMS傳感器的售價下降了50%至60%，”他說。“也就是說當(dāng)初2美元的器件現(xiàn)在能賣1美元或更少。我的銷售量至少增長了兩倍，但我的測試成本依然保持不變。這個行業(yè)過去是那個樣子，現(xiàn)在仍然是那個樣子。在很多情況下，測試成本可能會干掉這些家伙。”

有什么解決辦法?答案：并行測試MEMS。“你需要并行地測試成噸的器件”他說。“你必須要測試啊，不然就賺不到錢。”

事實(shí)上，MEMS測試器/處理器的玩家，其中包括了Multitest，Spea和Tesec，已分別推出了具有高度的并行測試功能的系統(tǒng)。(FocusTest為Tesec設(shè)計了一款MEMS測試儀。而Tesec則將其制造出來并在市場上進(jìn)行銷售。)

接下來是什么?

顯然，MEMS測試/處理器的玩家正在向傳統(tǒng)ATE靠攏。而傳統(tǒng)ATE廠商也在試圖解決MEMS。事實(shí)上，Xcerra，(以前稱為LTX- Credence)在2013年底收購了Multitest，這將推動ATE公司進(jìn)入MEMS測試業(yè)務(wù)。如果物聯(lián)網(wǎng)確實(shí)開始騰飛，Advantest和 Teradyne可能需要對此作出響應(yīng)，或許也會走向這條路吧。