自分で学ぶテストセミナー資料室:若手技術者のための自己啓発の参考に

半導体テスト技術:テスト構成とDCテスト入門

量産工場や設計・評価のための基礎技術:DCテスト入門
半導体工場などで使われている大型の自動検査装置(ATE/テスター)に係わる技術者の学習のお役に立ちたいと考えています。生産や評価の効率化など改善のため自動検査装置による基本であるテスタ構成とDCテストの入門編を学んでいきます。


このサイトは創作幸房のテストセミナー資料室シリーズのNo10です。ここでは若手技術者がDCテストの入門編を自己啓発の一環として学べます。同時に実務としても半導体の量産や評価に欠かせないテストパッケージを作り、管理・運用するための基礎知識として活用できます。

テスター構成は創作幸房の半導体量産テスト用の大型自動検査装置の経験に基いています。また資料の活用はご自身の判断と責任で使いいただけますようお願いいたします。



このサイトの目次です:

自己啓発として大切な基礎知識を磨き、見直す一環としてテスタによるのDC測定のためのシステムリソースとDIB(デバイスインターフェースボード)上の構成と補正(DIB上の補助パーツの基礎技術を含みます)を学んでいきましょう。

・テスタのDCリソース(VIソースとメーター)の歩み
 1.シェアードDCリソースの構成1:
 2.シェアードDCリソースの構成2:
 3.パーピンDCリソースの構成1:
 4.パーピンDCリソースの構成2:
 5.シェアードとパーピンDCリソースの併用構成:


・VIソースとDIB上の校正と補正
 1.テスタのDCキャリブレーションとトレーサビリティ
 2.VIソースのシステムキャリブレーション
 3.最少二乗法とは
 4.最少二乗法の考え方


・テスト入門:DIB上の補助パーツの基礎技術
 1.オペアンプの特徴
 2. 差動電圧測定
 3. 差動伝送
 4. PSRR(パワーサプライリップルリジェクション)測定


・デバッグのために:心の散歩道



テスタのDCリソース(VIソースとメーター)の歩み


半導体量産テストに必要なシステムのDCリソース(VIソースとメーター)の歩みを学びましょう。

・テスタのDCリソース(VIソースとメーター)の歩み
 1.シェアードDCリソースの構成1:
 2.シェアードDCリソースの構成2:
 3.パーピンDCリソースの構成1:
 4.パーピンDCリソースの構成2:
 5.シェアードとパーピンDCリソースの併用構成:


1.シェアードDCリソースの構成1:

・シェアードDCをDIB上のリレーによりデバイスの該当ピンに選択して接続する

2.シェアードDCリソースの構成2:

・シェアードDCをクロスポイントマトリクスによりデバイスの該当ピンに選択して接続する

3.パーピンDCリソースの構成1:

・パーピンソースをデバイスの該当ピンに個別に接続する。シェアードメータを該当VIソースに接続する

4.パーピンDCリソースの構成2:

・パーピンソースとメーターをデバイスの該当ピンに個別に接続する。

5.シェアードとパーピンDCリソースの併用構成:

・パーピンソースとメーターをデバイスの該当ピンに個別に接続し、シェアードDCのクロスポイントマトリクスと併用する


資料の活用に関してはご自身の責任で判断いただけますようお願いいたします。引用する場合はソースを明示していただけますようお願いいたします。



テスタのVIソースとDIB上の校正と補正


・VIソースとDIB上の校正と補正
 1.テスタのDCキャリブレーションとトレーサビリティ
 2.VIソースのシステムキャリブレーション
 3.最少二乗法とは
 4.最少二乗法の考え方


1.テスタのDCキャリブレーションとトレーサビリティ

・テスタのVIソースでは安定性を優先して標準抵抗に対する校正が行われる。通常先ずメータを校正してから、この校正したメータでソース側の校正を行うような手順が一般的である。
(この手順の考えは一般的にはテスタのACオプションにも適用されている。)
抵抗値を読むことで入出力の絶対値の補正とオプションの各レンジ毎の最小分解能による個々の測定用プログラム値はリニアリティの測定などにより補完されて使用されている。
トレーサビリティを確保するために外部校正機器によりこの標準抵抗を介した校正が行われる。DCオプションのタイプにより、ボードタイプのオプションでなく箱物の計測器を使用している場合などは直接接続により校正を行う場合もある。
テスタ内蔵の標準抵抗は雑音や温度変化などの少ない場所に設置されるなどしており、動作保証のためのチェッカープログラムで使用される外付けジグ(チェッカーボード)上の抵抗とは異なるものである。


2.VIソースのシステムキャリブレーション

・VIソースの出力値YはVIソースのプログラム値Xに関してY=X(同じ)でなければならない(メーカ保証の誤差値の範囲にある)が、実際は測定環境(温度など)、固有ボード、固有システムにより誤差が生じる。
この誤差を低減するため、実際の測定前にシステムキャリブレーションにより何点かの実測補正により、リニアリティ/ゲインとオフセットの補正と実測点の併用による補正表を作成し、プログラム値に対して、OSレベルで補正を行う。補正用の最適化には通常最小二乗法などが用いられる。
DIB環境などを考慮した2次補正も可能で、この場合はテストプログラム上で同様の測定を行い、プログラム中に補正表を変数として使用することで実現できる(後述)。

3.最小二乗法とは

・観測された測定値群からフィッティングラインを得る方法のひとつ:


4.最小二乗法の考え方

・分散した測定値に対して最適のフィットラインを求める方法:


・観測された測定値の誤差の二乗を最小にする方法:


・誤差の二乗和の展開 −続き


・誤差の二乗和の傾きaに対する最小値(極小値)


・誤差の二乗和のオフセットbに対する最小値(極小値)


・最適な1次関数の傾きaとオフセットbを求める


資料の活用に関してはご自身の責任で判断いただけますようお願いいたします。引用する場合はソースを明示していただけますようお願いいたします。




テスタのためのテストパッケージ入門


・テスト入門:DIB上の補助パーツの基礎技術
 1.オペアンプの特徴
 2. 差動電圧測定
 3. 差動伝送
 4. PSRR(パワーサプライリップルリジェクション)測定


1.オペアンプの特徴

・基本構成は入力が差動増幅で次段がダーリントン接続などの電圧増幅、出力はプッシュプルなどの電力増幅構成


・一般的なオペアンプの特性


2. 差動電圧測定

・一般的なオペアンプ単体による差動増幅回路


・インスツルメントアンプ(オペアンプ3個)による差動増幅回路


・DIB上の内部抵抗の高入力抵抗差動電圧計による精密側定


・デジタイザの差動入力系:


3. 差動伝送

・高品位アナログ信号の差動伝送
差動伝送では外来のコモンモードノイズやハムなど信号線に載ってくる同相ノイズをキャンセルできる。
距離のある信号ケーブルを使う場合や高ダイナミックレンジ(超低ノイズ)のオーディオなどに使用される。


・アナログ信号の送受信
差動伝送では送信側と受信側のグランドレベルが揺らいだ場合でもこのドリフトなどのレベル変動を
キャンセルできる。


・任意波形発生器の差動出力系:


・デジタル信号の送受信
差動伝送では低レベルのデジタル信号の伝送ができ高速のデータ伝送に用いられている。
また長距離伝送に置いてもパワーのバランスから低ロスでの伝送が行える。


4. PSRR(パワーサプライリップルリジェクション)測定

・シーケンスDCの任意波形発生機能を使用した設定


・DCのパワーアンプ部のサマーバッファ入力に変調波形を入力する設定


・DIBソリューション:オフセット機能付き反転増幅器とパワーバッファによる設定


資料の活用に関してはご自身の責任で判断いただけますようお願いいたします。引用する場合はソースを明示していただけますようお願いいたします。




あなたがテストパッケージの仕事で壁を感じた時、
心構えの問題だと同館できたら参考にして下さい。


はじめに

論理思考だけではなかなか壁を越えられない

担当技術者自身が難局面を打開して解決へと向かうには教科書的な(言語や理論による)論理思考だけではなかなか壁を越えられない事があります。
 この資料では技術者がテストパッケージの作成やデバッグ時の壁や困難さに直面したとき堂々巡りの悪循環から抜け出せるよう、マインドセットによる解決法を学びます。
  テスタにおける問題解決を念頭に置いています。しかしながらプログラム開発や不良解析の局面で、あなたが解決したいと思う場面でも応用可能です。 若手の方は発想の転換で得た結果・方法に関して必ず経験者や上司のアドバイスをもらうようにしてください。  
あなたが壁を乗り越え、次のステップへと向かわれますように。


発想の転換のために

左脳の働き

このサイトに来られたあなたは技術者として、すでに仕事で左脳の反復使用を続けていると思います。
 (技術)教育では特に言語、数学、科学の学習を主に受けてきたため、自然と左脳を多く使う状況になっています。
特徴として左脳は言語と理論で論理的に思考し、計算し、記憶します。演算のバッファ領域が限られるため、処理が終わるとすぐに忘れて(リセット・クリアして)しまいます。覚えているためには定期的な反復が必要ですし、能力の維持には継続的な努力が必要です。
 さらに肉体的な特性から、意識集中には緊張が必要で、疲れやすく、ストレスがたまりやすいなどの特徴があります。

先ず右脳の特徴をみてみましょう。左脳が直接意識する顕在意識脳なら右脳は本能的な感覚や直感で処理をする潜在意識脳です。
イメージ的な処理を得意とし、大量の情報を超高速に処理し、極めて許容力の大きな記憶領域をもっています。
また創造性、空間構成、感情表現に係わっています。
現象を理解できない局面やストレスを感じながら、どう対処してよいか迷ったり、アイデアが出てこない、壁を越えられない時など発想の転換をすべき場面がたくさんあるはずです。
 そんな時積極的に視点を変え発想の転換を図りましょう。(量産の現場では社内基準とノウハウを理解しておく必要があります)



デバッグのブラックホール

右脳を活用する?

以下のことにひとつでも思い当たったら、あなたには右脳を活用する十分なチャンスがあります。(ぜひ活用してください)
‐XXXのせいでうまくいかないんだ。(責任の転嫁)
‐こんな方法で上手くいくだろうか?(疑いと不安)
‐この方法でよかったんだろうか?。(選択の迷い)
‐終わるまで徹夜してでもがんばっていくんだ。(楽は悪だ)
 これらの考えが浮かんだら積極的に発想の転換を計る機会だと考えましょう。ただし量産の現場では経験者の指導を必ず受けてください。


あなたが電子計測の壁を感じた時
心の散歩道に出かけてちょっとだけゆとりを取り戻す参考にして下さい。


心の散歩道

原因:どこか素直に発想できない

質問です。あなたの嫌いな人を心の中に思い浮かべて下さい。 どうでしょうか?何人かの顔や名前が浮かびましたか?
 嫌いな人が一人でも思い浮かんだら、とても大切なことがあります。それはあなたが先ずあなた自身を許す必要があることです。
 心理学的にはあなたの嫌いな人(許せない人)はあなたの抑圧された、生き残れなかった分身だといわれています。
 もしあなたが誰かを嫌いだとしたら、それはあなたがあなた自身を許していないことになります。自己を否定していてはあなたの思い描いたことはそのままでは受け入れられないことになります。

対策:相手を祝福する

アメリカのビジネスで成功を収めた多くの人の中の一人は、大きな成功を目指すなら、すべての人を許す必要があると述べています。
 もしあなたが誰かを許さないことで、自己を否定していてはあなたの思い描いたことはそのままでは右脳に受け入れられないことになります。
どうしても許せなかったらどうしましょう?
 そんな時は嫌いな対象をみんな「祝福」してしまいましょう。 表現をかえるとあなたの考えが変わります。
 彼(彼女)には彼らなりの考え方と取り組み方があるのです。やり方を尊重することで否定しないことを選択できます。

対策:自分を許す・解放する

心理療法の世界では悩み・苦しみはその人の過去の体験に基づくと考えて対応をしている例があります。
 過去の失敗などにより生じたこころの痛手を消せなければこの悩み・苦しみからは逃れられません。あなたの心の傷として残っていることも、被害者として相手を恨む・憎悪の気持ちとしての感情も、いずれにしてもあなたはマイナスのわなに捕らわれている事になります。目的達成のためにはにこれらのしがらみからあなたを解放する必要があります。
 心理療法の手法では過去の失敗体験などをロケットにのせて飛ばしてしまうなどの方法もあります。
 こだわりの残る過去のデバッグの失敗から自分を許してしまいましょう。

原因:思いとは裏腹の結果を連想してしまう

次の質問です。あなたの欠点を心の中に思ってください。
どうでしょうか?いくつか心の中に浮かびましたか?
 欠点がひとつでも思い浮かんだら、大切なことがあります。それはあなたには技術者として豊かな人生を過ごす価値がある人間だとあなた自身が認識することが必要です。
 自己啓発の世界では成長のため、その第一歩として欠点を認めさせます。そしてその改善への取り組みが始まります。
 失敗などをした時、慰める意味で「完璧な人間などいない」などの表現も使われます。これは広く受け入れられています。
 ここに落とし穴があります。

対策:改善の余地

自己啓発として欠点を認識し、それを改善するアプローチはおごりを鎮め、自己を成長させる方法としては有効です。しかしながら右脳への伝達にはちょっと注意が必要です。
 自分は欠点のある人間だと考えることはマイナスの要因として、技術者として価値のない人間だ。まだ成功するほどの存在ではないと今の自分を貶めてしまう危険があります。
 視点を変えて伸びる可能性(余地)を認識すればよいのです。この部分を延ばせば成長するなどと発想を変えればよいのです。
 これは視点を変えただけではありません。視点を変えたことであなたが変わるのです。

原因:期待と逆の結果が導かれる

前提:仕事上のライバルが存在する
目的を達成するためにあなたはライバルに勝つ事を思い描きました。ところが相手に勝つことはできませんでした。
「うまくいかなかった。なぜなんだ」いったいどこに原因があるのでしょうか?
「ライバルに勝ちたい」と思ったこころの底に:
           今は勝っていない自分がいる(負けの肯定)
           負けたくない、負けたら困る(恐れや恐怖)
ライバル勝ちたいと念じたつもりでも勝たないこと(願いの否定)が右脳に伝達されてしまうことがあります。

対策:自分に勝つ

ライバルに勝とうと意識すると、相対的な優位性を目指すことになります。仕事ではうまくいく場合もあります。しかしながらこれは結果の質を考えた場合、マイナス要因を伴うことがあります。目的の達成を低いレベルで競うことや、相手の妨害をするなど手段を選ばぬ方向に走ってしまうことがあります。
 技術レベルの高い目的を目指す場合は相手を良いライバルと考えて、お互いにより高い目標を目指すことが良い結果(高いレベルに到達する)をもたらします。相手との相対関係を意識すると不安が付きまといます。負けることへの恐怖が広がることもあります。そんな状況より、高い目標の達成に向けて自分に勝つようにつとめることで、集中力をたかめて右脳に願いを正しく伝達することができます。

参考対策:習慣化する

それでも「できない」と言うあなたは、繰り返し、繰り返し実行する(言葉にする)ことで達成する方法があります。
 仏教の信者でなくとも、最近では情報起業のコピーライトの教材にも写経(書き写すこと)の大切さが説かれています。
 自己啓発の世界でも成功者には共通した習慣があり、その良い習慣の大切さが広く知られています。会社に自己啓発のプログラムがあれば身近に体験できると思います。
 技術の世界も例外ではありません。学習なら単純に繰り返すことで効果が上がることが知られています。
 成功を目指すならアファーメーションと呼ばれる自分に対する肯定の宣言文を繰り返し唱える方法もあります。



このサイトが、実際にあなたの目的達成のお役に立てれば幸いです。
前半では技術的な内容をお話しました。後半は視点を変えてその内容を生かすための心構え(マインドセット)についてお話しました。 
あなたが目的を達成され、次の目的へと向かわれますように応援しています。
 ご意見とフィードバックをいつでも歓迎いたします。



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