5 g测试带来了新的挑战

5 g临近商业现实,芯片制造商和系统支持5克需要标准的描述和测试他们的系统以确保性能和监管的依从性。

毫米波(mmWave)和波束形成功能目前最大的测试挑战。

“5 g预计扩展覆盖+带宽利用物联网的世界,进入我们的产业,”阿德里安Kwan说,业务发展经理效果显著。“到2025年,将会有大约400亿的设备连接到这个生态系统。”

Teradyne Jeorge Hurtarte,无线产品市场策略师指出,智能手机数据将继续增加在未来五年。“预计,到2025年,大约45%的数据流量将在5 g网络,”他说。

这些手机提供更多数据时。“智能手机产生今天的移动数据流量的95%以上,并继续增加,“Hurtarte补充道。和新的应用程序意味着更严格的规范。

并根据应用程序,这将需要一致的高带宽、低延迟。“我们需要超低延迟等关键任务使用自主驾驶,”Daniel烈性黑啤酒,说客户RF射频产品应用专家小组形状因子。“你需要1毫秒的延迟也可能造成严重的事故。”

无论是在晶圆探针、最终测试或系统测试,测试设备和测试方法需要演变为了芯片和具有成本效益的系统。

5克却做到了
5克预计是10比4 g快100倍,甚至1000倍快1%的4 g的延迟。这样的速度对测试政权将更高的要求。细胞芯片的射频测试和系统并不新鲜,但直到最近一直关注,最多6 GHz。low-GHz范围是拥挤的,但是跳到mmWave很大,直接从移动6 GHz 28 GHz。预期的频率是最高的40 -甚至60-GHz范围。

它可能是前一段时间mmWave点击率高卷。“这将花一些时间对毫米波基础设施发展,“一杯啤酒说。“这将是更加昂贵,范围是如此之短。几乎每一个电线杆必须5 g基站能够做到。有塔和灯柱(基站)集成。更高频率的功能,这是你必须要做什么。”

但即使在低频范围内,使用波束形成将是具有挑战性的测试。很多内置芯片将有相控天线阵列(称为antenna-in-package、航与antenna-on-package,或AoP)。他们将与多个基站和多个天线在一个塔。通过特定的接收器的传播能量方向——在一个移动设备或一个细胞塔——更少的能量是必需的,因为大多数的目的不再是浪费在辐射远离接收器。此外,越来越多的移动设备可以提供服务,因为他们不会为别人都沐浴在明显的消息。

这些天线可以支持多达36射频通道,一杯啤酒说。准确度和精密度要求较高,但它也造成了挑战运行测试快速为了保持测试吞吐量在经济水平。

新的射频特性将需要大量新的硅含量5 g高端手机。事实上,大多数手机的新内容将致力于支持高级射频功能。根据关颖珊,中档5 g手机的射频前端内容将约等于一个高端LTE手机。在高端sub-6-GHz 5 g手机,内容将增加1.5倍。和电话支持mmWave将内容增加2.5倍。关颖珊还指出,高达90%的测试将对射频模块的水平。

图1:挑战测试5 g手机。来源:效果显著

从晶片
烈性黑啤酒指出晶片测试的挑战,说探针板设计使一个很大的不同可以实现频率和指不同形状系数用来构造一个探针卡:

• membrane-to-CBI方法(CBI是“core-to-board接口”,“核心”是机械块支持探针如橙色在下图所示)调查技巧,是集成到膜。它支持80 GHz。但调查技巧不能修复,使其机械健壮的解决方案。
• 垂直MEMS-based调查技巧更机械稳定。这些卡片可以支持大约10 GHz的多层有机(枣疯病)建设。它们提供了大量探测领域的约75毫米²。
• vertical-MEMS方法可以结合膜。它还工作,目前,10 GHz,但针可以修复,它支持一个探测领域约12×75毫米。
• 形状因子进一步细化后一种方法把它经营45 GHz。

图2:四种不同探针板风格和各自的带宽。来源:形状系数

因为今天的开发工作还不超过45-GHz范围,这提供了足够的覆盖5 g的早期工作。大探测区域使多站点测试成为可能,保持高吞吐量的关键。

信号需要旅行的芯片,通过同轴电缆,他们这样做。一个重要的考虑是电感。不一定总电感的问题,而是所谓的“残余电感。“一些电感电容补偿的同轴电缆屏蔽提供的保持一致,阻抗控制。因此,电感不是问题的一部分。

重要的是无报酬的-因此剩余部分。所贡献的部分信号路径,像探针针,不屏蔽。那些距离通常是以微米。形状因子认为这残余电感或无报酬的信号路径的长度,是一个不错的品质因数的探针卡。

包括天线阵列测试所需的测试,光谱测量,射频校准,星座,比特流。但是为了找出测试最重要的是,一杯啤酒识别的几种类型的工程师。

• 射频工程师专注于插入和回波损耗。
• 电子工程师观察眼图振幅。
• 无线通信工程师将查看星座图和误差向量幅度(维生素),使数据恢复指导类似的图。星座点越多,收紧维生素必须确保足够的分离点。

图3:5 g测试的关键领域。来源:形状因子和5 g峰会

晶圆测试的目标,与任何其他硅,是优化下游收益率虽然不是测试。“我们想要确保在硅水平我们做尽可能多的功能,,和数字,以最大化收益,“Hurtarte说。

但小心晶片检查在制造业可以调出产量,在晶圆级开始,继续在整个包装水平——特别是对于那些使用先进的包装设备。“5克继续快速向前推动先进的包装设计和流程。增加投资、创新、复杂性和各种配置,拥有一个健壮的、100%检验和计量流程是很重要的。有效的检查和测量铜柱、晶圆疙瘩、焊料球和疙瘩在封装应用程序是防止可靠性失败的关键,”副总裁Tim Skunes说研究和开发CyberOptics。

CyberOptics Subodh Kulkarni的总裁兼首席执行官,强化了这一点。“半导体行业正经历着难以置信的转换芯片堆叠的先进包装应用。这提供了独一无二的机遇和挑战,比如试图找到正确的检验方案手工流程并不理想。是十分关键的控制流程,确保高产量,质量,和长期可靠性。100%检验和计量与抽样和手动方法至关重要,”他说。

测试射频
波束形成是一个新兴的要求无线(OTA)测试,一个侧重点Hurtarte半导体的西表示。“如果你有一个和4×4或8-by-8天线元素相控天线阵,不再有联系他们,然后他们有辐射。我们必须找出方法来测试这个通过空气。”

关颖珊同意了。“我们将看到很多包装的半导体器件包含的天线被内置到设备,”他说。“无线测试正在成为一种趋势在未来两到三年。”

关颖珊说,有许多沿着OTA制造流程测试的机会。担心“我们有集成电路测试,模块测试,装配工作,和最终的测试,”他说。“不同的测试将需要不同的无线策略。”

OTA测试可能对晶圆测试没有意义。“每个人都说他们想做无线测试,“一杯啤酒说。”,人说我们应该做的,在晶圆测试。你遇到的问题是无线工作当你有完整的天线,因为这就是它的优化。晶片,它并不是优化。此外,所有的测试硬件处理晶片不是设计。适合天线的间距不够大。”

此外,测试设备晶片测试需要重新设计来处理在线旅行社在晶圆测试。“没有办法轻易这么做没有返工的技术,”博克说。”和大多数公司的硬铁,这是一个巨大的投资,他们不会想做的事。”

简单的测量也可能使晶圆测试更容易。“很多半导体制造商不想支付能够测量相位和大小,你需要(为了)波束形成测试,“一杯啤酒说。“他们只是想测量大小。他们说,他们可以得到足够的产量控制就问,“我们能得到一个信号含有一定数量的权力?即使稍微的阶段是(因为)过程变化,他们可以做一些现场校准的相位控制电路(包装后)。”

特别关注的是如何远离该设备测试完成。Hurtarte说明了三个“字段”:

• 近场反应,关闭在足以物理障碍物会影响信号;
• 近场辐射,一个障碍仍然可以扭曲的信号;和
• 远场,信号直接辐射与平方律衰减。

辐射信号的测试也提出的挑战是确保其他杂散信号不泥泞的测试结果。“我们如何做功能测试环境,这样我们从外面没有任何干扰,或任何信号被外部环境中传播?”她问。

这表明测试室的使用,但钱伯斯用于测试的大小将取决于这三个字段的政权(活性附近,附近的辐射远)测量。之间的过渡区数学确定,尽管它们之间的转换并不突然。

Hurtarte还解决了不同生产阶段的测试是必需的,或者至少应该考虑:

•硅测试是强制性的,特别是要确保基本DC和数字功能检查足以确保良好的下游收益率。
•模块也必须检测“OTA连续性。”
•最终产品必须在线旅行社进行测试。
也很有可能,在模块级别,组装和功能OTA测试很重要。

Hutarte认为分部装配OTA测试是可选的。

一个新的需求测试设备数量的增加射频端口支持波束形成测试所需的水平。这将影响设备的成本,以及如果其他单位测试的成本节约成本不能被发现。

处理程序是另一个需要注意的项目。“今天有不同的变化形式因素在SiP (system-in-package)的世界里,我们需要照顾这些设备处理能力,“Kwan说。

关颖珊列出了大量的项目,可能需要测试(参见图4)。成本将决定哪些进入大批量生产。

图4:大量物品,需要测试在中频和基带层面,收发器级别,前端模块,和波束形成。来源:效果显著/半导体西方

结论
总之,测试工程师将为未来几年得不可开交如果高频5 g设备将成为在行业将愿意支付成本。

说:“毫米波设备非常昂贵,关颖珊”他们不是在大量生产。”

他说,这将需要大量的努力,以减少测试人员的成本。”(你可以显著降低成本路径)当你开车多站点测试,”他补充道。

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