Crush on Study

반도체 테스트를 진행하다 보면 수 많은 유형의 Test 불량이슈를 마주하게 될 것입니다. 그 중에서도 자주 발생하는 유형과 그에 대한 해결책을 적음으로써 하나의 메뉴얼이 되도록 돕고자 합니다.

크게 3가지 유형의 issue로 분류를 해보겠습니다.

하드웨어(HW) 이슈 (ex. 프로브카드 위의 회로 소자들 / 전압&전류&저항같은 전기적 parameter에 대한 문제 발생)

소프트웨어(SW) 이슈 (ex. 테스트 프로그램 / Time항목)

설비(Machine) 이슈 (ex. 프로브카드 솔더링 문제 / 테스트 리소스 Fail / 그 외 설비 상의 문제들)

빨간색 화살표의 의미는 이 3가지 이슈는 단독이 아니라 함께 발생할 수도 있음을 의미합니다. 

그럼 제일 먼저 HW이슈를 보겠습니다. sw랑 machine쪽은 양이 적어서 금방하지만 hw가 할게 좀 많습니다.

case 1. 전압,전류,저항 값을 측정한 결과값이 0 혹은 0에 가까운 값으로 기록되는 경우

- 이거는 특정 릴레이소자가 전혀 동작을 안하는 경우거나 테스트리소스에서 Cbit의 문제일 경우가 큽니다. 소스코드에서는 릴레이소자를 short시키는 명령을 내렸는데 open된 상태거든요? 

그래서 DVM으로 해당 릴레이소자의 전압이랑 Cbit을 체크해서 두 값을 비교해봅니다. open된 상태라면 두 값에 차이가 없는 상태입니다. 그러면 이제 릴레이소자를 바꿔야하는지, 아니면 Dignostic을 이용해서 테스트리소스 Cbit파트를 검사해본다든지 진행합니다.

case 2. Leakage Current 이슈

- 보통 누설전류는 수백 나노암페어 단위가 나와야 정상입니다. 근데 예상값보다 높은 경우가 있습니다.

보통 이런 이슈의 경우는 '엥? 좆된거 아님? BV때려박았는데 chip 망가진거 아님??' 겠지만. Leakage Current 아이템이 지속적으로 Fail이 뜬다면 그건 HW의 문제일 가능성을 고려해봐야 합니다.

스키매틱을 봤을 때, Leakage Current를 측정하기 위해 BV를 인가하는 PIN들이 있을겁니다. 그 PIN과 이어진 릴레이소자들을 살펴봐야 하는데요. 누설전류 값이 증가했다는 것은 의도치 않은 릴레이소자의 short가 일어났을겁니다. 그를 통해 GND로 흐른 경우인데요. 이를 위해서는 테스트 소스코드에서 Leakage Current를 측정하는 코드 줄에다 BreakPoint를 걸고 DVM으로 short체크를 해봐야 합니다. 만약 소스코드에 적힌 내용과 다르게 동작하는 릴레이가 있다면 그게 원인입니다.

case 3. UVLO 이슈

- UVLO 이슈는 크게 3가지로 나뉩니다. UVLO_Positive / UVLO_Negative / Hysteresis

이 경우는 꽤 다양한 방면에서 체크를 해봐야합니다. 일단 UVLO를 측정하기 위해 세팅해야하는 조건들이 있습니다.

그게 제대로 인가가 되어있는지부터 체크해보는게 좋습니다. 일단 UVLO같은 경우는 앞에서 설명한 포스팅처럼

Output파형을 관찰하기 위해 Input 전압에 펄스파를 인가하고 전원PIN단자를 0V에서부터 천천히 올리는 식으로 전압을 줍니다.

1) 펄스파 문제 : 만약 0V to 5V로 peak to peak 펄스를 준다고 명령을 내렸다. 그러면 DVM 상의 찍었을때 2.5V정도의 전압이 나오면 정상입니다. 근데 그렇지가 않다. 그럼 Input에 문제가 있다는 겁니다. 릴레이소자거나 테스트리소스의 문제죠.

2) 전원PIN 문제 : 0V에서 천천히 증가시키라고 명령을 내렸는데 프로브카드에서 이걸 수행하지 않는다. 그럼 이건 테스트리소스의 문제일 수도 있고, 전원PIN과 연결된 릴레이소자의 문제일 수도 있습니다.

대략적으로 이렇게 원인이 이럴 것이다! 라고 제시를 했는데요. 프로브 탐침 끝에 묻은 이물질때문에 발생한것도 있고, 접촉 불량으로 인한 문제일 수도 있습니다. 근데 보통 이런 유형에 의한 Fail은 Fail이 듬성듬성 나옵니다.  만약 그렇지않고 Fail이 쭉 이어져서 발생한다면 릴레이소자 & 테스트리소스 쪽에 초점을 둬보는게 좋습니다.

설명하려면 끝도 없이 해야되서  이건 여러번 포스팅 하는걸로 하겠습니다. 추후에 (2)로 작성 이어서 하겠습니다.

사용하는 ATE에 따라 리소스들의 이름은 다르지만 기능은 모두 비슷비슷합니다.

제가 이번에 설명하고자하는 리소스는 미국의 테스트 장비사 Teradyne의 ETS시리즈에 기반하여 설명하겠습니다.

T사의 ATE가 가지는 테스트 리소스는 다음과 같은 유형들로 구성됩니다.

* Forcing = 주다. / Sensing = 받다.

이것만 봐선 테스트 리소스가 뭔지 잘 모를겁니다.

테스트 아이템들을 측정하기 위해서는 때론 전압을 인가하거나 펄스파를 인가할 때가 있습니다. 그리고 얼마만큼의 전압을 인가하냐도 다르기 때문에 이들에 알맞은 테스트 리소스들을 사용해야 합니다.

https://crush-on-study.tistory.com/215

여기 글에 적은 것중에 Visio툴을 사용하여 그린 Block Diagram 형태의 스키매틱이 보일겁니다. 거기에 노란색으로 칠해진 블록들이 테스트 리소스입니다. DVI, OVI, HVS 등등 써져있는데 DVI는 SPU100 , OVI는 APU , HVS는 SPU500과 비슷하다고 보면 됩니다. 테스트 장비사가 테라다인이 아니라서 이름이 그런거지 다들 기능은 비슷합니다.

예를 들면 저번에 설명했던 것 중에 누설전류를 테스트하는 항목. 누설전류를 체크하기 위해서는 BV를 견딜 수 있는지를 봐야합니다. 즉, 고전압을 인가해야하는데 이러한 경우에는 테스트 리소스를 SPU500(=HVS)을 사용해야겠지요?

이런 식입니다.

가끔 프로브카드나 제품 자체의 이슈가 아닌 리소스의 이슈인 경우가 있습니다. 따라서, 우리는 디버깅을 하고자 할 때 다양한 경로를 열어두고 하나씩 살펴봐야한다는 것도 중요한 직무역량 중 하나입니다.

테스트 엔지니어가 가장 자주 마주하게 될 소자입니다. 릴레이 소자에 대한 글인데요. 쉽게 말해서 스위치입니다.릴레이 소자를 열고 닫음으로써 전류가 흐를지 말지를 조절합니다. 얘를 왜 가장 자주 마주하게 되냐면요.프로브 카드 위에 attach된 소자들의 한 80%가 릴레이소자입니다. 즉, 릴레이소자 불량에 의해서 발생하는 이슈가 제일 많기도 하다! 라는 거죠.

아래 그림을 봅시다.

프로브 카드 위에 부착될 릴레이 소자들은 대부분 저렇게 생겼을겁니다. 양 끝단에 있는 다리는 Bridge역할을 하구요.

중요한 것은 중간에 있는 2개의 다리입니다. 하나는 Voltage 다른 하나는 Cbit입니다.

릴레이소자가 어떤 방식으로 open되고 close되는지는 이 2가지가 좌지우지합니다. 먼저 Voltage는요. 고정 전압이 흐릅니다. 뭐 몇 볼트가 흐르는지는 릴레이소자마다 다른데 저희가 쓰는 릴레이소자는 12V로 fix해두었습니다. 그러면 Cbit에서의 전압은 12V여선 안됩니다. 왜냐?

Vol과 Cbit사이의 전압 차이에 의해서 스위치가 닫히거든요.  Vol과 Cbit 사이의 전압 차가 없다면 스위치는 열린 상태입니다.  자주 마주하는 이슈는 C++ 코드 상에서 특정 릴레이소자를 close하라고 입력했는데 프로브카드까지 전달이 안되는 경우가 있습니다. 이러한 이슈는 릴레이 소자의 문제거나 테스트 리소스의 문제거나 둘 중 하나입니다.

바로 전에 #2에 포스팅한 UVLO를 보면 Input과 Output에 펄스파가 그려져있는걸 보셨을거에요. 그런 펄스파를 우리는 Digital파형이라 합니다. 불연속적이고 값이 딱 딱 떨어지는 특징을 가집니다.

그리고 연속적인 값을 가지고 좀 더 복잡한 파형을 우리는 Analog파형이라 합니다.

기계는 이 Analog파형을 다이렉트로 인식하지는 못합니다. 하지만 우리는 기가지니같은 애가 우리의 목소리를 듣고 TV채널을 틀어주는 똑똑한 역할을 하고 있음을 알고 있습니다. 그게 가능한 이유가 바로 오늘 배울 ADC(Analog to Digital Converter)입니다.

아날로그 파형을 디지털 파형으로 바꿔준다는 것인데요. 쉽게 말해서 그냥 회로계의 통번역사입니다.

그 과정에 대해 알아봅시다.

1. Analog 파형

- 기존 날 것 그대로의 아날로그 파형이 들어옵니다.

2. Sampling

- 아날로그를 각 구간별로 잘게 나누기 시작합니다. 우리는 이걸 'Cbit'이라 부릅니다. 우리 컴퓨터를 볼때 Window 32Bit, 64Bit 이런 얘기 들어봤죠? 그거랑 똑같은건데요. 이 Cbit이 높을수록 아날로그 파형을 보다 자세하게 구간을 나눌 수 있습니다. 즉, 정밀성을 높일 수 있다는 겁니다. 

3. Quantization

- 샘플링과 퀀티제이션의 차이는 무슨 축을 나누냐입니다. 샘플링은 X축 구간 (시간) , 퀀티제이션은 Y축 구간 (전압)을 나눕니다. 기존의 아날로그 파형이 가지는 전압 값과 비교했을 때, 퀀티제이션하여 재구성한 파형이 가지는 전압 값과 큰 차이가 없다면 우리는 'Resolution'이 좋다. 라고 말합니다.

4. Coding

- 엔코더라는 말 들어보신적 있을겁니다. 컴퓨터가 알아들을 수 있도록 0,1로 이루어진 이진수들을 부여하는 작업을 엔코딩이라 합니다.

위 4가지 과정이 ADC의 원리입니다.

이번엔 Resolution이랑 Accuracy 한번 보겠습니다.

이번 포스팅부터는 유명한 테스트 아이템 항목들을 다뤄보고자 합니다.

첫번째로 Under Voltage Lock Out이라 해서 UVLO라고 짧게 부릅니다.

얘 쉽게 말하자면 문턱전압 재는거에요. 근데 왜이렇게 어려운 말을 쓰느냐?

문턱전압에 영향을 주는게 2가지가 있기 때문입니다.  바로 Input전압과 Power전압입니다.

일반적으로 우리가 아는 문턱전압은 예를 들면, Input전압을 0V에서 15V까지 천천히 증가시키면서 Output이 어떤 Input 전압 값에서부터 발생하는지 확인하는 것이었습니다.

UVLO는 Power전압을 0V to 15V로 증가시키면서 Output이 어떤 Power 전압 값에서부터 발생하는지 확인하는 것입니다. 아래 표로 깔끔히 정리해놨습니다.

1. 파란색 펄스파 : Input 전압

2. 빨간색 선 : Power 전압

3. 초록색 펄스파 : Output 전압

x축 전압 / y축 시간

1,2,3번 전압에서 아웃풋이 인풋 값보다 낮다 그런 의미는 아닙니다. 그냥 하나의 그래프에 모든걸 담으려고 한거구요.

Input,Output전압은 0V to 5V  펄스파라 생각하시고  빨간색 Power전압은 0V에서 15V로 증가시키고 있다 생각하시면 되겠습니다.

자, 일단 여기까지 잘 따라오셨나요? 추가로 하나만 더 설명하고자 합니다. 지금 제가 그린 그래프를 보면 Output이 발생하는 시점을 다루고 있어요. 그럼 반대로 Output이 꺼지는 시점도 중요하지 않을까요? 당연하게도 테스트 아이템에 필수적으로 포함되는 항목 중 하나입니다.

Hysteresis

- 히스테리시스라 부릅니다. UVLO 그리고 V_th에 항상 포함되는 테스트 아이템입니다. 위에서 말한대로 Output이 발생하게 되는 시점을 UVLO+(V_th+) , Output이 꺼지는 시점을 UVLO- (V_th-)라고 합니다. 그리고 이 두 값의 차이를 

Hysteresis라 부릅니다.

알록달록하다, 그죠? (랄로식 말투)

주황색 +가 UVLO+ , 노락색 -가 UVLO-입니다. 

히스테리시스가 중요한 이유는 디바이스가 언제 동작을 하고, 꺼질지 알아야 하기 때문입니다. 만약 Hysteresis가 0에 가까우면 디바이스가 우리의 의도와 다르게 지멋대로 켜지거나 꺼질 수 있습니다. 따라서 어느정도의 Gap을 보장받아야 합니다. 이런 점때문에 중요한 항목 중 하나입니다.

▶ 테스트 양산 엔지니어

- 양산 엔지니어는 크게 3가지 업무로 구분 지을 수 있습니다.

이야 쓰면서 느낀건데 저 진짜 딱 잘 정의했습니다. 여러분들이 만약 면접을 갔는데 '테스트 프로세스(=양산) 엔지니어가 뭘 하는 직무같아요? 했을 때, 저 위에 3개를 그대로 대답한다? = 합격. 그냥 바로 합격입니다.

삼성전자 평분 or SK하이닉스 양기p&t 면접가게되면 꼭 저렇게 답하세요.

진짜 저 3개말고 다른거로 정의할게 없습니다. 테스트 양산 엔지니어의 업무 그 자체입니다.

▶ 테스트 개발 엔지니어

- 개발 엔지니어는 양산이랑 어떤 차이가 있는지 봅시다.

먼저 TTR. TTR은 말 그대로 테스트를 진행하는데 걸리는 시간을 단축한다라는 의미입니다. 양산&개발 모두가 추구해야할 궁극적인 목표입니다. 1개의 Lot을 테스트하는데 몇초만이라도 줄여진다면 그게 모이고 모여서 격차를 벌리게 되기 때문입니다.

제가 TTR을 담당하고 있는데, 웨이퍼를 테스트할 때 한번에 칩을 N개를 동시에 테스트하는 식으로 진행하는 방법. 그리고 테스트 프로그램에서 불필요한 소스코드를 수정함으로써 실행속도를 올리는 일. 이런걸 합니다.

두번째로는 테스트 아이템이 무엇인지 알아보겠습니다.

여러분들이 대학을 다니면서 제일 많이 들어봤을 문턱전압(V_th) 역시 테스트 아이템 중 하나입니다.

문턱전압이 뭔가요?

- 우리가 Input을 천천히 올리면서 인가하면 특정 Input 값부터 Output이 발생하는 걸 볼 수 있습니다. 우리는 이 때의 Input전압을 '문턱전압'이다. 라고 합니다.  즉, 디바이스가 동작을 수행할 수 있게하는 최소한의 Input전압을 의미하는거죠. 자동차,핸드폰,PC 등등 우리가 이러한 디바이스들을 다룰 때 반드시 알아야할 정보입니다. 테스트 개발팀은 이러한 정보들을 발굴해냅니다. 꼭 전압에 한정하지 않고  주파수, 시간, 전류, 저항 등등  다양한 측면에서 고려합니다.

마지막으로 테스트 플랜 시트입니다. 플랜 시트에 담고 있는 정보는 다음과 같습니다.

OrCAD회로는 아니고

이런 형태입니다. 보시면 PIN에 연결된 저항,CAP,다이오드,페라이트들도 보이고 릴레이소자들도 보이구요. 노란색으로 있는 사각형들이 테스트 리소스들입니다. 테스트 플랜 시트에 이러한 정보를 담습니다. 그러면 테스트 양산 엔지니어들은 디버깅을 할 때, 이 그림을 보면서 어디 소자가 불량이겠구나를 판단합니다.

이런 정보들을 연구하고 제공하는게 테스트 개발 엔지니어입니다.

* BV = Breakdown Voltage의 약어입니다. 소자가 버틸 수 있는 최대 전압값을 의미합니다. BV를 넘긴 전압을 인가하면 소자가 망가집니다. 망가진다는 것은 여러분들이 반도체 소자를 공부할 때 마주한 아발란체 항복, 제너 항복같은 현상을 말합니다.

반도체를 공부하시는 분들이라면 8대공정이라는 용어는 지겹도록 봐오셨을 겁니다.

이 8대공정에서 테스트는 가장 마지막을 담당하는 후공정으로 알려져있는데요. 굳이 따지자면 패키징 전후로 테스트를 크게 2번정도 하기때문에 마지막을 담당한다! 라고만 한정짓기엔 또 아닙니다.

웨이퍼 테스트 : 전공정을 마친 웨이퍼들을 테스트하는 것입니다. 즉, 패키징을 하기 전인데 웨이퍼 테스트를 진행하는 이유는 크게 2가지입니다. 

B번에 적은게 무슨 말이냐면,

i) 패키징을 마친 이후에 테스트

ii) 패키징 하기 전에 테스트   

이 2가지를 비교했을 때, 양쪽에서 다 Fail이 떴다면 비용적으로 손해가 더 큰 쪽은 당연히 i번일겁니다. 패키징에 들어간 비용까지 손해를 본 것이니까요. 그래서 반도체 테스트는 크게 웨이퍼 단계에서 진행하는 '웨이퍼 테스트' 

패키징 단계에서 진행하는 '파이널 테스트'로 나뉘게 됩니다.

Q. EDS공정은 뭔가요?

- EDS공정이 웨이퍼 테스트입니다.

Q. 테스트 엔지니어에게 있어 가장 필요한 역량들은 뭔가요?

- 테스트 직무는 의외로 공정지식보다는 회로,소자,C언어의 지식이 더 필요합니다.

Q. 왜 필요한가요?

- 1) 회로 : 테스트를 진행하기 위해서 사용하는 장비 중 '프로브카드'와 '테스트헤더'라는게 있습니다. 이 2개는 PCB보드 위에 수많은 소자들이 attach되어있고 이들의 동작 과정을 알기위해서는 스키매틱을 참고해야할 일이 많습니다.

즉, 회로'설계'지식이 아닌 회로를 보고 '이해'할 수 있는 역량이 필요합니다.

- 2) 소자 : 반도체제품은 굉장히 많습니다.

반도체 제품은 크게  Discrete / IC로 나뉩니다. Discrete에는 이제 여러분들이 잘 아시는 모스펫,BJT,IGBT같은 제품이 있구요. IC는 메모리, 비메모리로 나뉩니다. 메모리는 DRAM, NANDFLASH같은 제품이고  비메모리에 이제 아날로그, IC, Optical Sensor 등등으로 나뉩니다. 

즉, 여러분들이 어떤 반도체 회사를 가게되더라도 맡게 될 제품들에 대한 동작원리를 이해하는건 필수입니다. 특히 테스트 직군에 있어서는 정상동작을 보장하기 위한 테스트를 진행하기 때문에 타 공정엔지니어들보다 훨씬 더 잘 알아야합니다.  그래서 소자가 중요합니다. 뿐만 아니라 프로브카드 위에 있는 소자들 또한 잘알아야하죠. 저같은 경우는 릴레이소자를 하도 많이 다룬거 같습니다.

- 3) C언어 : 테스트 프로그램 때문입니다.

모든 반도체회사는 테스트를 위해 ATE라는 장비를 씁니다. 미국의 테라다인 / 일본의 아드반테스트가 ATE시장을 양분하고 있는데요. 두 회사 모두 테스트 프로그램을 짤 때 C++을 이용합니다. (아드반 장비는 안써봐서 모르겠는데 Java쓴다고도 들은거 같네요. 근데 뭐 C++에서 파생한게 Java니까 ㅎ) 직접 짜는 경우는 사실 위 두 회사 현직자가 아닌 이상 크게는 없습니다. 마찬가지로 회로설계가 아닌 회로를 보고 이해할 역량인것 처럼, C언어도 짜는게 아닌 보고 이해할 역량인 것입니다. 

그러나 이 글을 읽는 여러분께 추천드리는 것은 C언어를 꾸준히 연습하시는게 좋다! 라는 겁니다. 공부할 때, 비중을 둬야할 것은 C언어 > 소자 > 회로라고 생각합니다.  테스트 엔지니어 특성상 커리어패스가 정말 훌륭합니다. 외국계에 관심이 있는 분들이라면 감히 삼성,하이닉스보다 훌륭한 회사들로의 이직도 가능하다고 말씀드리고 싶어요.

그리고 그러한 외국계의 테스트엔지니어에게 요구되는 역량은 무조건 C/C++입니다. 그래서 C언어를 놓지말라고 말씀드리고 싶어요.

앞으로 이 블로그에 글을 쓰면서 테스트 엔지니어에게 필요한 회로,소자,C언어 글들을 계속해서 올릴겁니다. 보고 참고해주세요.

(회로&소자에 대한 개념은 '현직자의 반도체 Test' 카테고리에 올릴것이고 / C언어에 대한 개념은 '프로그래밍 - C/C++' 카테고리에 따로 올릴 것입니다.