Mikroelektronik auf dem Prüfstand

von TJ Triolo | 28. Juni 2023 | Features, Fulton Schools

Testingenieure stellen sicher, dass Halbleiterchips unter verschiedenen Bedingungen ordnungsgemäß funktionieren, indem sie sie auf Defekte und Prozessabweichungen außerhalb der Toleranz testen.

Während ein Chip für die meisten seiner Anwendungen scheinbar gut funktioniert, reicht es aus, wenn beim Testen ein Betriebszustand nicht erkannt wird, der bei einer kleinen Anzahl von Benutzern zu erheblichen Ausfällen in elektronischen Systemen führt.

„Beim Testen müssen alle Fehler, auch die verdeckten, erkannt werden“, sagt Sule Ozev, Professorin für Elektrotechnik an der Ira A. Fulton Schools of Engineering der ASU. „Die Aufgabe eines Testingenieurs besteht darin, wie ein Detektiv zu arbeiten und die richtigen Testmuster zu finden, ähnlich wie bei der Befragung eines Verdächtigen, damit während des Tests alle möglichen Fehler aktiviert werden, um sicherzustellen, dass kein defektes Teil an den Kunden versendet wird.“

Um den steigenden Bedarf an Halbleitertestingenieuren zu decken, wandten sich das Mikroelektronik-Testgeräteunternehmen Advantest und der Chiphersteller NXP® Semiconductors an ASU, um ihren Bedarf an Schulungen in diesem Bereich zu decken.

„Die ASU, die über eine der renommiertesten Ingenieurschulen des Landes verfügt, liegt direkt vor unserer Haustür und ist ein idealer Partner bei der Weiterentwicklung von Ingenieurtalenten“, sagt Raghu Maddali, leitender Direktor für Testtechnik bei NXP.

Die Anfrage führte zum EEE 522 Radio Frequency Test, einem Elektrotechnikkurs für Hochschulabsolventen, der auch für Bachelor-Studenten offen ist und von Ozev in Zusammenarbeit mit Advantest und NXP entwickelt wurde und im Frühjahrssemester 2023 mit neun eingeschriebenen Studierenden erstmals startete.

Die Inspiration für den Kurs ergab sich aus dem Mangel an Kursen zur Halbleitertesttechnik, insbesondere für diejenigen im Bereich Mixed-Signal- und Hochfrequenz- bzw. RF-Kommunikationschips. Laut Ozev ist die ASU eines der wenigen Colleges in den USA, die einen solchen Kurs anbieten.

Sie konzentriert den Unterricht speziell auf Mixed-Signal- und HF-Chips, um den Schülern ein umfassendes Verständnis von HF-Tests zu vermitteln und Industrieprozesse zu optimieren. Mixed-Signal-Chips sind solche, die sowohl analoge als auch digitale Schaltkreise in ihrem Design enthalten.

„Mixed-Signal- und HF-Tests erfolgen in der Industrie im Allgemeinen recht spontan“, sagt Ozev. „Jedes neue Produkt erfordert einen eigenen Testansatz. Dieser Bereich kann stark von einem systemischen Ansatz zum Testen und zur Bewertung der Testqualität profitieren.“

Zusätzlich zur Unterrichtszeit unter Ozevs Anleitung vermittelt der Kurs den Studierenden praktische Laborerfahrung im Mikroelektroniktest unter der Aufsicht von NXP- und Advantest-Testingenieuren. Der Kurs nutzt auch von Advantest gespendete und in der MacroTechnology Works-Einrichtung der ASU installierte Ausrüstung.

Paul Hirsch, ein leitender globaler Account Manager und Vertreter von Advantest, der an der Entwicklung des Kurses beteiligt war, lobte die Bemühungen der ASU, den Kurs zum Leben zu erwecken.

„Die Zusammenarbeit mit ASU war bemerkenswert“, sagt Hirsch. „Wir hatten das Gefühl, dass alle ASU-Teammitglieder im Umgang mit NXP und Advantest offen und positiv waren. Sie erkannten schnell den Nutzen unserer Zusammenarbeit und taten ihr Bestes, um uns die Türen zu öffnen.“

Ferhat Can Ataman, ein Doktorand der Elektrotechnik an der ASU, nahm an dem Kurs teil, um sein Wissen in der Millimeterwellenradarforschung zu erweitern. Er wollte verstehen, wie HF-Halbleitertests durchgeführt werden, um die Genauigkeit seiner Radarkalibrierung zu verbessern.

„Das Labor dieser Klasse gab mir die Möglichkeit, praktische Erfahrungen zu sammeln“, sagt Ataman. „Ich habe Erfahrungen mit branchenüblichen Testtools und realen HF-Testszenarien gesammelt.“

Er sagt, der Kurs habe ihm beigebracht, wie wichtig die Integration von Testmethoden beim Entwurf eines Halbleiterchips sei, einschließlich der integrierten Selbsttesttechnologie (BIST). Diese Technologie ist in das Design von Chips integriert und erkennt Fehlfunktionen der Chips, ähnlich wie die Motorkontrollleuchte eines Autos.

Ataman empfand die Erfahrung als wertvoll und versteht nun, wie das Testen großer Chip-Chargen in der Industrie durchgeführt wird.

„Wenn ein Student sich mit HF-Technologie beschäftigt, muss er unbedingt diesen Kurs belegen“, sagt er. „Der Kurs ist auf das Wesentliche in der Industrie ausgerichtet, von den Kosten bis zur Genauigkeit der Tests. Dieser Kurs schließt die Lücke zwischen Theorie und praktischer Anwendung.“

ASU plant, den Kurs in Zusammenarbeit mit Advantest und NXP jedes Jahr im Herbst- und Frühlingssemester anzubieten.

Hirsch freut sich über die Fortsetzung der Bemühungen von Advantest mit der ASU zur Förderung der Halbleiterausbildung.

„Die Expansion der Halbleiterindustrie in den USA wird den Bedarf an einer starken Partnerschaft zwischen unseren Universitäten und der Industrie nur noch verstärken“, sagt er. „ASU, Advantest und NXP sind ein gutes Beispiel.“

Ozev hat bereits gesehen, dass zwei der neun Studenten der Klasse für Praktika im Bereich Analog- und HF-Tests angenommen wurden. Mit dem nächsten Angebot des Kurses im Herbstsemester 2023 werden die verfügbaren Plätze auf 20 erhöht.

Ishaan Bassi, Ozevs Doktorand, der sechs Monate bei Advantest gearbeitet hat, wird den Herbstkurs 2023 unterrichten. Ozev wird dann in den folgenden Herbstsemestern regelmäßig unterrichten, während Branchenpartner den Kurs jedes Jahr im Frühjahrssemester anbieten werden.

Zu den Plänen für die Zukunft gehört auch die Entwicklung eines weiteren Elektroniktestkurses, der nach dem EEE 522 Radio Frequency Test absolviert werden soll und den Schülern komplexere Testverfahren beibringen soll, beispielsweise das Debuggen von Problemen mit Chips und das Entwerfen einer Geräteschnittstellenplatine, bei der es sich um eine Leiterplatte handelt das die Testerausrüstung mit dem zu testenden Chip verbindet.

„Dieser Kurs verschafft unseren Absolventen einen Vorteil bei der Jobsuche nach ihrem Abschluss, da sie bereits über Fähigkeiten verfügen, in denen Unternehmen ihre Mitarbeiter etwa sechs Monate lang schulen“, sagt Ozev. „Darüber hinaus können sie dazu beitragen, Testansätze in ihren Unternehmen zu transformieren, da sie Ideen für neue und systemische Methoden zum Testen von Geräten erhalten.“

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