Cómo lograr alta precisión y gran fiabilidad de los componentes de conmutación en las pruebas paramétricas de corriente continua

Diversas tecnologías están evolucionando en nuestro planeta para resolver distintos problemas sociales, como tener una sociedad segura, mejorar la eficiencia con el uso de robots y conservar los recursos limitados. Algunos de estos avances son los automóviles autónomos, los teléfonos inteligentes de mayor rendimiento, la inteligencia artificial robótica en las empresas y los dispositivos de IoT hogareños. Para estos desarrollos tecnológicos, es necesario conseguir componentes más avanzados en todos los mercados en evolución. La tecnología de pruebas y mediciones es extremadamente importante en el avance de los semiconductores, y cuenta con alta precisión y gran fiabilidad. Por lo tanto, los relés (que a menudo se usan para conmutar diferentes circuitos de medición en equipos de prueba de semiconductores) también deben tener estas características de alto rendimiento.

Los relés MOSFET se han utilizado ampliamente en los equipos de prueba de semiconductores, aunque todavía su rendimiento no es suficiente para satisfacer todas las demandas de la industria. Quizás sea necesario seleccionar otros dispositivos en detrimento del tamaño y de la resistencia estable durante el funcionamiento, según la aplicación. Por ejemplo, en una prueba paramétrica de corriente continua de un dispositivo de inspección de semiconductores es importante minimizar la corriente de fuga en el circuito para mejorar la precisión de la medición. Por lo tanto, los relés MOSFET son difíciles de usar debido a su fuga innata y los relés con contactos físicos, como los relés de láminas, todavía se utilizan. Entonces, la desventaja aparece en la resistencia del contacto del relé de láminas. La resistencia aumenta a lo largo del tiempo y necesita un mantenimiento regular para transferir las señales con la calidad necesaria para la prueba. Además, el tamaño del paquete del relé de láminas no es lo suficientemente pequeño para satisfacer la demanda de miniaturización. De esta forma, en la prueba paramétrica de corriente continua en un semiconductor, no se resuelven todos los problemas con los dispositivos de conmutación existentes.

Tabla１. Especificaciones necesarias para los relés en las pruebas paramétricas de corriente continua.

Como solución a este problema, OMRON desarrolló el módulo T (G3VM-21MT/-61MT/-101MT). Este componente es un módulo de relé semiconductor compacto con una función de interruptor T. Esta solución tiene una larga vida útil y características relacionadas con la resistencia estable durante el funcionamiento, y al mismo tiempo logra una corriente de fuga mínima (I_LEAK ≤ 1pA), comparable con la de un relé de láminas.

Valor del módulo T (G3VM-21MT/-61MT/-101MT)

• Corriente de fuga muy baja (I_LEAK ≤ 1pA) para mediciones de alta precisión
• Paquete muy pequeño para ahorrar espacio y obtener una integración de alta densidad (5 mm x 3.75 mm x 2.7 mm)
• Larga vida útil gracias a la ausencia de puntos de contacto físico
• Buena linealidad para la distorsión de señales bajas

Ejemplos de uso

• Tarjetas de interfaz de equipos de prueba automáticos
• Unidad de medida paramétrica de corriente continua
• Unidad de matriz de conmutación

Figura 1:　Dimensiones externas del módulo T Omron (Fuente de la imagen: Omron).

Figura 2:　disposición de los terminales del módulo T Omron (VISTA SUPERIOR), (fuente de la imagen: Omron).

Función del interruptor T del módulo T

Como se muestra en la Figura 3, esta función existe al utilizar tres relés MOSFET en un circuito con forma de T para minimizar la corriente de fuga de la línea de salida principal (entre los pines 4 y 6).

Figura 3:　función del interruptor T (fuente de la imagen: Omron).

Comparación del desempeño entre dispositivos de conmutación existentes

OMRON creó el tablero de diseño de referencia (Figura 4) que utiliza el circuito de conmutación de la prueba paramétrica de corriente continua detallado en la Figura 5. La información generada por este tablero compara las salidas y la precisión de medición de tres tipos diferentes de relés: módulos T, relés de láminas y relés MOSFET.

Figura 4: tablero de diseño de referencia con tres tipos diferentes de relés (fuente de la imagen: Omron).

Figura 5:　diagrama de bloques para el sistema de medición (fuente de la imagen: Omron).

Resultado de la prueba ILEAK

Se pueden observar niveles de fuga similares en los relés de láminas y los módulos T a partir de los resultados de las pruebas de corriente de fuga que se realizaron en el tablero de referencia. El componente atípico es el relé MOSFET, que aún filtra algo de corriente en el circuito.

Resultado de la prueba en el tablero de diseño de referencia G3VM-101MT (DUT: 1N3595）

Figura 6:　ejemplo en caso de medición de corriente de fuga (DUT1) (fuente de la imagen: Omron).

Nota: Este diseño de referencia (Figura 6) compara los valores de corriente de fuga (ILEAK) de un DUT (diodo) con 3 circuitos de medición que utilizan diferentes relés (Circuito1: módulo T, Circuito2: relé de láminas, Circuito3: relé MOSFET) mediante unidades de medición de 2 fuentes. El Canal1 agrega voltaje a la prueba como fuente V. El Canal2 mide el voltaje desde un amplificador para mediciones de corriente baja y luego calcula el valor final de la corriente de salida.

Resultado de la prueba de tensión directa (VF)

A continuación se muestra el resultado de una prueba de las características de VF con este diseño de referencia. El resultado muestra el mismo nivel de precisión entre los circuitos con módulo T, relé de láminas y relé MOSFET, y casi el mismo valor en comparación con las especificaciones del diodo del DUT de referencia.

Resultado de la prueba en el tablero del diseño de referencia de G3VM-101MT (DUT: 1N3595), (fuente de la imagen: Omron).

Figura 7: ejemplo en caso de medición de las características de VF (DUT1), (fuente de la imagen: Omron)

Nota: Este diseño de referencia (Figura 7) compara la tensión directa de un DUT (diodo) con 3 circuitos de medición que utilizan diferentes relés (Circuito1: módulo T, Circuito2: relé de láminas, Circuito3: relé MOSFET) mediante una unidad de medición de una fuente. El Canal1 agrega la corriente de prueba como fuente I y mide el voltaje.

Al utilizar el módulo T de OMRON, los ingenieros hacen realidad una solución que brinda precisión de medición y fiabilidad a largo plazo en las pruebas paramétricas de corriente continua. El objetivo de este producto es mejorar la capacidad de la sociedad para seguir buscando grandes avances tecnológicos.