การทดสอบวงจรรวมขนาดใหญ่มาก VLSI Testing

Download Full Article here

 โดย รองศาสตราจารย์ ดร. เอกชัย แสงอินทร์

ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
Akachai Sang-in, PhD, DIC
Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Chiang Mai University, THAILAND

(Download CV File Here)


บทนำ

นับตั้งแต่โลกของเรามีการพัฒนางานทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ จากยุคของหลอดสุญญากาศ ผ่านยุคของทรานซิสเตอร์ จนกระทั่งปัจจุบันได้มีการผลิตวงจรรวม (IC: Integrated Circuits) ขึ้นมาใช้งานกันอย่างกว้างขวางนั้น ชีวิตประจำวันของมนุษย์ก็มีการเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก การดำเนินชีวิตในแทบทุกด้านก็ได้รับผลกระทบและขึ้นอยู่กับระบบอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ระบบอิเล็กทรอนิกส์แบบดิจิตอล (Digital Electronics) ได้เปลี่ยนแปลงให้สิ่งที่ไม่เคยทำได้ในอดีต กลับกลายเป็นสิ่งที่เป็นไปได้ในปัจจุบัน ส่งผลให้อุปกรณ์และเครื่องมือเครื่องใช้ต่างๆ มีราคาถูกลง มีความแม่นยำ (Accuracy) และความน่าเชื่อถือ (Reliability) สูงขึ้น จากอดีตที่เครื่องคอมพิวเตอร์เป็นสิ่งที่มีใช้งานกันในองค์กรขนาดใหญ่เท่านั้น กลับกลายมาเป็นเครื่องมือเครื่องใช้ประจำตัวบุคคลไปแล้วในปัจจุบัน และจากการขยายตัวอย่างไม่หยุดยั้งของตลาดทางด้านอิเล็กทรอนิกส์นี้ ส่งผลให้เกิดความต้องการและความคาดหวังในเรื่องของราคาที่ถูกลง ในขณะที่ความต้องการด้านความแม่นยำและความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้นเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในกระบวนการผลิตวงจรรวมขนาดใหญ่มาก (VLSI: Very Large Scale Integrated Circuits) ที่จะต้องบรรจุอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้าไปไว้ในชิ้นสารกึ่งตัวนำ ด้วยอัตราจำนวนอุปกรณ์ต่อพื้นที่ของสารกึ่งตัวนำที่สูงขึ้น อุปกรณ์และวงจรจะต้องทำงานด้วยความเร็วสูงขึ้น ในขณะที่จะต้องกินกำลังไฟฟ้าน้อยลง และการออกแบบวงจรก็จำเป็นต้องใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ช่วยทำงานแบบอัตโนมัติ เพื่อช่วยลดระยะเวลาการออกแบบให้สั้นลง

จากความต้องการและความคาดหวังของตลาดทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ที่สูงขึ้น กระบวนการผลิตวงจรรวมที่เน้นการเพิ่มปริมาณความจุของอุปกรณ์ การเพิ่มสมรรถนะและประสิทธิภาพการทำงานของวงจร โดยธรรมชาติแล้ว ย่อมส่งผลกระทบให้เกิดความน่าเชื่อถือที่ลดลง เนื่องจากสาเหตุหลักที่ขนาดทางกายภาพของอุปกรณ์ต่างๆ มีขนาดเล็กลงเป็นอันมาก วิธีการที่ดีที่สุด ที่จะเพิ่มความน่าเชื่อถือให้แก่วงจรอิเล็กทรอนิกส์ให้สูงขึ้น สามารถทำได้โดยอาศัย การทดสอบ(Testing) ที่ทั่วถึง มีความละเอียดถี่ถ้วนและครอบคลุมในทุกเรื่องและทุกขั้นตอนของการผลิต (Thoroughly Test)

การทดสอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Circuit Testing) เป็นกระบวนการหนึ่งในสายการผลิตอุปกรณ์และวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อให้มั่นใจว่าอุปกรณ์และวงจรที่ผลิตขึ้นมานั้น สามารถทำงานได้ตามฟังก์ชันที่ออกแบบไว้โดยไม่มีข้อบกพร่องใดแอบแฝงอยู่ ถึงแม้ว่า ความบกพร่องบางอย่างในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ อาจไม่ส่งผลให้ฟังก์ชันการทำงานของวงจรผิดพลาดไปจากที่คาดหวังไว้ จึงอาจไม่ก่อให้เกิดความเสียหายใดๆ ในขณะที่ใช้งาน แต่การตรวจพบความบกพร่องดังกล่าวนี้ จะเป็นประโยชน์ต่อการพัฒนากระบวนการผลิตต่อไปในอนาคต

ทั้งนี้ การทดสอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์อาจแยกออกได้ตามประเภทของวงจร ได้แก่ การทดสอบวงจรแบบอนาลอก (Analog Circuits) การทดสอบวงจรแบบดิจิตอล (Digital Circuits) หรือ การทดสอบวงจรแบบผสม (Mixed-Mode Circuits) ที่ประกอบด้วยส่วนของวงจรอนาลอกและดิจิตอลทำงานร่วมกัน ซึ่งการทดสอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์แต่ละแบบก็มีธรรมชาติและวิธีการทดสอบที่แตกต่างกันออกไป โดยวงจรแบบอนาลอกจะเน้นการทดสอบลักษณะสมบัติทางไฟฟ้า (Electrical Characteristics) ได้แก่ แรงดัน กระแส หรือผลตอบสนองด้านความถี่ ในขณะที่วงจรแบบดิจิตอลจะเน้นการทดสอบฟังก์ชันการทำงานในเชิงตรรก สำหรับวงจรแบบผสมก็จะอาศัยวิธีการที่ผสมผสานกันระหว่างแบบอนาลอกกับแบบดิจิตอล

อย่างไรก็ดี บทความนี้จะเน้นในเรื่องของการทดสอบวงจรดิจิตอลเป็นหลัก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วงจรรวมขนาดใหญ่มาก (VLSI: Very Large Scale Integrated Circuit) เนื่องจากเป็นวงจรที่มีความยุ่งยากซับซ้อนในการทดสอบเป็นอันมาก และเป็นศาสตร์ที่มีความสำคัญมากที่สุดศาสตร์หนึ่งใน ยุคสารสนเทศ(Information Age) ที่ต้องอาศัยขีดความสามารถที่สูงของเครื่องคอมพิวเตอร์ และองค์ความรู้ในเรื่องของ ขั้นตอนวิธี (Algorithm) ที่ชาญฉลาดในการออกแบบโปรแกรม เพื่อให้เครื่องคอมพิวเตอร์ให้กำเนิด รูปแบบสัญญาณทดสอบ (Test Pattern) พร้อมกับทดสอบวงจรรวมขนาดใหญ่มากโดยอัตโนมัติ ซึ่งกระบวนการทดสอบวงจรรวมขนาดใหญ่มาก จะอยู่บนพื้นฐานของการคิดคำนวณอย่างชาญฉลาดและมีประสิทธิภาพสูง เพื่อให้สามารถค้นหาคำตอบของปัญหาที่มีความซับซ้อนสูง (High Complexity Problem) ได้อย่างรวดเร็ว และมีสารสนเทศมากเพียงพอสำหรับการวินิจฉัยข้อพกพร่องได้อย่างถูกต้องแม่นยำ จนกระทั่งในปัจจุบัน ศาสตร์ทางด้านการทดสอบวงจรรวมขนาดใหญ่มาก แต่เดิมเป็นวิชาที่มีการเรียนการสอนเฉพาะระดับบัณฑิตศึกษา ก็ได้รับการจัดให้เป็นวิชาสำคัญวิชาหนึ่งในหลักสูตรวิศวกรรมไฟฟ้าระดับปริญญาตรี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในมหาวิทยาลัยชั้นนำระดับโลก เช่น มหาวิทยาลัยแห่งโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น ได้เริ่มทดลองจัดการเรียนการสอนวิชาการทดสอบวงจรรวมขนาดใหญ่มากในระดับปัญญาตรี มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 2005  [Komatsu (2008)]

โดยปกติ ปัญหาที่มีความยุ่งยากซับซ้อนสูงดังกล่าวนี้จะไม่สามารถแก้ได้ ถ้าปราศจากเครื่องคอมพิวเตอร์ ซึ่งในบทความนี้ จะกล่าวถึงความเป็นมาของศาสตร์ทางด้านการทดสอบวงจรรวมขนาดใหญ่มากในภาพรวม อันเป็นที่มาของศาสตร์ที่น่าสนใจศาสตร์หนึ่ง ในยุคของเทคโนโลยีสารสนเทศนี้ สำหรับใช้เป็นแนวทางในการศึกษาวิชาที่เกี่ยวข้องในลำดับต่อไป

 

 Download Full Article here

Back to E-magazine List
 

ECTI Association
99 M.18 Paholyothin Rd., Klong Luang, Pathumthani 12120, THAILAND
E-mail: ecti.secretary@gmail.com
Find us on: