DC 파라미터 테스트에서 스위치 부품의 고정확도 및 고신뢰성 달성

안전하고 안정적인 사회 구현, 로봇의 효율성 개선, 제한된 자원의 보호 등 여러 사회적 문제를 해결하기 위해, 다양한 기술의 진화가 거듭되고 있습니다. 이러한 발전에는 자율 주행 자동차, 고성능 스마트폰, 공장에서의 인공 지능 로봇, 그리고 가전 제품에서의 IoT 등이 포함됩니다. 이러한 기술의 발전과 관련하여, 모든 진화하는 시장에는 더욱 발전된 부품이 제공되어야 합니다. 반도체 산업의 발전을 위해 테스트 및 측정 기술은 대단히 중요하며, 높은 측정 정확도 및 고신뢰성에 의해 지원됩니다. 따라서 반도체 테스트 장비에서 여러 측정 회로를 스위칭하기 위해 자주 사용되는 계전기 역시 이러한 고성능이 요구됩니다.

MOSFET 계전기가 반도체 테스트 장비에서는 광범위하게 활용되어 왔지만, 업계 내 모든 필요를 충족시키기에는 그 성능이 여전히 부족한 면이 있습니다. 응용 제품에 따라 안정적인 온저항 및 크기를 포기하고 대신 다른 장치를 선택해야 할 수도 있습니다. 예를 들어 반도체 검사 장치의 DC 파라미터 테스트의 경우, 측정 정확도를 개선하기 위해 회로 내의 누설 전류를 최소화하는 것이 중요합니다. 따라서 내부 누설이 있는 MOSFET 계전기는 사용이 어려우며, 물리적 접점이 있는 리드 계전기는 여전히 사용할 수 있습니다. 그런데 리드 계전기의 단점은 접점 저항에 있습니다. 이 저항은 시간이 지남에 따라 증가되며, 테스트를 위해 필요한 품질의 신호 전송이 제공되기 위해서는 정기적인 유지 보수가 요구됩니다. 또한 리드 계정기 패키지의 크기는 미니어처 제품의 요구를 충족할 만큼 작지 않습니다. 그렇기 때문에 반도체 DC 파라미터 테스트에 한해서는 기존 스위칭 장치를 통해 모든 문제를 해결하는 것이 불가능합니다.

표１. DC 파라미터 테스트에서 요구되는 계전기 사양.

이 문제를 해결하기 위해 OMRON은 T 모듈(G3VM-21MT / -61MT / -101MT)을 개발했습니다. 이 부품은 T 스위치 기능이 포함된 초소형 반도체 계전기 모듈입니다. 이 솔루션은 리드 계전기에 비교될 만한 최소한의 누설 전류(I_LEAK ≤ 1pA)를 달성하는 동시에 장기간의 안정적인 온저항 특징을 제공합니다.

T 모듈(G3VM-21MT/-61MT/-101MT)의 이점

• 높은 정확도의 측정을 위한 매우 적은 누설 전류(I_LEAK ≤ 1pA)
• 공간 절약 및 고밀도 통합을 위한 매우 작은 패키지(5mm x 3.75mm x 2.7mm)
• 물리적 접점이 없어 수명이 김
• 선형성이 우수하여 신호 왜곡이 적음

응용 제품 예

• ATE 인터페이스 기판
• DC 파라미터 측정 장치
• 스위칭 매트릭스 장치

그림 1:　Omron T 모듈 아웃라인 면적. (이미지 출처: Omron)

그림 2:　Omron T 모듈 단자 배열(상단뷰). (이미지 출처: Omron)

T 모듈의 T 스위치 기능

그림 3에서 보이는 바와 같이 이 기능은 T 형성 회로에서 3개의 MOSFET 계전기를 활용하여 출력 메인 라인(핀 4와 6 사이)의 누설 전류를 최소화함으로써 가능합니다.

그림 3:　T 스위치 기능. (이미지 출처: Omron)

기존 스위칭 장치 간의 성능 비교

OMRON은 그림 5에 표시된 DC 파라미터 테스트의 스위칭 회로를 사용하는 참조 설계 기판(그림 4)을 만들었습니다. 이 기판에 의해 생성되는 데이터는 3개의 다른 계전기 유형(T 모듈, 리드 계전기, MOSFET 계정기)의 출력과 측정 정확도를 비교합니다.

그림 4: 3개의 다른 계전기 유형을 포함하는 참조 설계 기판. (이미지 출처: Omron)

그림 5:　측정 시스템의 제품 구성도. (이미지 출처: Omron)

ILEAK 테스트 결과

참조 기판에서 도출된 누설 전류 테스트 결과를 살펴보면, T 모듈과 리드 계전기 모두에서 매우 유사한 수준의 누설이 있음을 알 수 있습니다. MOSFET 계전기만 조금 다른데, 회로로 흐르는 누설 전류가 여전히 있습니다.

G3VM-101MT 참조 설계 기판 테스트 결과(DUT: 1N3595)

그림 6:　누설 전류 측정의 경우의 예(DUT1). (이미지 출처: Omron)

참고: 이 참조 설계(그림 6)는 2개의 소스 측정 장치를 사용하여 서로 다른 계전기(회로 1: T 모듈, 회로 2: 리드 계전기, 회로 3: MOSFET 계전기)를 사용하는 3개의 측정 회로와 하나의 DUT(다이오드)의 누설 전류 값(ILEAK)을 비교합니다. 채널 1은 테스트 전압을 전압 소스로 추가합니다. Ch2는 작은 전류 측정을 위해 증폭기에서 전압을 측정한 다음, 최종 출력 전류 값을 계산합니다.

VF 테스트 결과

이 참조 설계에서의 VF 특성 테스트 결과의 예가 아래에 표시되어 있습니다. 결과를 통해 T 모듈, 리드 계전기 및 MOSFET 계전기가 있는 회로 간에 정확도가 동일한 수준임을 알 수 있으며, 기준 DUT 다이오드 사양과 거의 동일한 값이 표시됩니다.

G3VM-101MT 참조 설계 기판 테스트 결과(DUT: 1N3595). (이미지 출처: Omron)

그림 7: VF 특성 테스트 결과의 예(DUT1). (이미지 출처: Omron)

참고: 이 참조 설계(그림 7)는 1개의 소스 측정 장치를 사용하여 서로 다른 계전기(회로 1: T 모듈, 회로 2: 리드 계전기, 회로 3: MOSFET 계전기)를 사용하는 3개의 측정 회로와 하나의 DUT(다이오드)의 VF를 비교합니다. Ch1은 테스트 전류를 I 소스로 추가하고 전압을 측정합니다.

엔지니어는 OMRON의 T 모듈을 사용하여 DC 파라미터 테스트에서 측정 정확도와 장기적인 신뢰성을 모두 달성하는 솔루션을 구현할 수 있습니다. 이 제품의 목적은 우수한 기술적 진보를 계속 추구할 수 있도록 사회적 역량을 개선하는 것입니다.