半導体設計開発専門の特定派遣


仕様検討紹介
システムLSI設計開発サポート
LSI設計エンジニアの業務内容紹介
ここではデジタル回路設計者、アナログ回路設計者、テストエンジニアの業務をシステムLSI設計開発フローに沿ってご紹介します。


| 仕様検討 | Digital Engineer | Analog Engineer | Test Engineer |
| 概要 | デジタル回路設計での仕様検討は、同期設計か 非同期設計かで大きく異なります。 同期設計に持っていくためにはどうすればいいか? という視点で全体仕様を検討します。 |
アナログ回路に要求されるのはシステムを満足する性能と特性です。一般的に回路規模はデジタル回路に比べ 小規模ですが、システムを支えるコアであり、LSIと外部をつなぐインターフェースでもあります。そのため仕様検討では製造プロセスを始め、各ブロック性能まで細かい部分まで検討しなければなりません。これらの検討全てがアナログ回路の性能を左右します。 | 大規模集積のシステムLSIではテストコストが高い。テストエンジニアは品質向上はもとより、コスト削減を仕様段階から検討する必要があります。また被測定対象のLSIが、半導体テスタースペックを超える場合も稀でなく、テスト仕様検討の重要性は日々ましています。 |
| 検討項目 | 基本システムやブロック機能の検討 | ブロック機能の検討 | テスター選定 |
| 入出力信号機能と方向 | 入出力信号機能、方向、振幅、周波数 | 検査温度算出 | |
| 接続先とのインタフェース | 接続先とのインタフェース | テストー工程検討 | |
| タイミングチャート | 各種シーケンス、時間制約 | テスト回路機能検討 | |
| ステートマシーン | 定格電圧、定格電流、消費電力 | 検査時間見積・歩留予測 | |
| フロアプラン、面積検討 | フロアプラン、面積検討 | 故障検出率 |

| テスト評価 | Digital Engineer | Analog Engineer | Test Engineer |
| 概要 | デジタル回路の評価では3つのフェーズに分けて評価を実施します。最初は機能的な評価です。各ブロックにおける全体的な機能動作を確認します。 次に特性評価をい行います。特性評価では実動作周波数での回路の挙動や動作限界など、FPGAなどでは検証できなかった項目を評価します。最後に行うのはシステム的な評価です。アプリケーションを意識した評価を行い、 顧客に対する推奨設定の最終確認などを行います。 |
アナログ回路の評価は主に2種類の評価から成り立っています。ひとつは製品仕様に対する評価です。仕様書に記載されている性能を保証するための評価を行います。 もう一つは特性評価です。設計した回路の動作限界や信頼性などを評価し、今回の回路はもとより次製品に向けた考察を行います。 |
テストエンジニアはテスターによるデバイス評価を実施します。各種特性評価や歩留確認、テスト時間の目標達成、また信頼性試験など様々な評価を実施、その製品(デバイス)が顧客に出荷可能かまた、量産化に耐えうるか等を評価によって見極めます。 テスター評価は他の単体評価よりも、立ち上がりが早くデバイスの不具合早期発見のためににも初期評価のテスト導入率は非常に重要となります。 |
| 内容 | デバイス評価 | デバイス評価 | デバイス評価 |
| ■機能評価:回路の基本的な動作確認。各ブロックにおいて全体的な動作を行うように回路を 動作させ、ブロックの機能確認を実施します。 ■特性評価:周波数特性や動作限界など特性的な評価を行います。FPGAでは機能評価は行えるが実際のLSIをイメージした特性評価はできないため、特性評価はデジタル回路の評価の中でも重要な評価となります。 ■システム評価:アプリケーションをイメージしたシステム評価。実際に使用される動作を行わせることで総合評価とともに顧客に対する推奨設定等の確認も実施します。 |
■機能評価:仕様書に記載されてりる機能を満足できているかを評価します。配線の接続ミスや信号の極性の反転などの簡単な不具合である場合、検出することが可能です。 ■特性評価:機能評価が完了し、その後温度特性・電圧特製周波数特性や回路の詳細な評価に移行します。試験出荷や量産化に向け、回路限界動作点や信頼性評価も合わせて実施します。 |
■プログラムデバック:デバイス評価の前に、素早くテスト導入率を100%を達成し、またその導入したテストの安定化を実施します。安定性が不足しているプログラムでは正確なデバイス評価は不可能となるためです。また測定データの正確性を確認するために各ブロック評価(設計側)とのデータ相関を取得しなければなりません。。 ■ばらつき評価:テスターによってばらつき評価を実施します。ある一定のサンプル数を測定し、工程能力指数などの判断指針を設け、評価しています。 ■特性評価:温度特性、電圧特製、周波数特性、その他の特性評価を実施します。また、破壊試験や信頼性などの確認も合わせて実施します。 |
| 回路設計 | Digital Engineer | Analog Engineer | Test Engineer |
| 概要 | 図面に直接論理回路を設計(手組設計)、もしくはRTL(Register Transfer Level)と呼ばれる論理回路をハードウェア記述言語で設計する二通りの手法があります。 回路が小規模な場合は直接的な設計を行いますが、近年のSLSIなどはRTLを用いて設計しています。 RTLにはVHDLとVerilog-HDLの2種類が主流となっています。 |
アナログ設計はSpiceを用いておこなわれるのが一般的です。Tr、抵抗素子とともにAmpなどシンボルを画面上に配置してその間をラインで接続し回路を構築します。アナログ回路設計においては、デジタル設計と異なり、Trの特性を抜きにしての設計は不可能です。つまり、Trの動作や物性、周波数特性、温度特性などの知識が必要となり、また電子物性や計算力な知識も併せ持たなければなりません。 |
デザインフェーズに移行すると同時に、テストエンジニアも設計を開始します。企業によっても異なりますが、故障検出率や回路可観測性の向上またテスト時間短縮のためにテスト回路の設計が必要となります。テスト回路の設計はテストモードの構築から開始されます。RTL記述により回路を構築します。 |
| 内容 | RTL記述(機能設計) | 回路設計 | テスト設計 |
| 動作アルゴリズムを実現するレジスタ転送レベル回路の設計をします。レジスタ転送レベル回路は、レジスタや演算器から成る演算部(データパス)とそれを制御するコントローラから構成されます。記述はVHDLやVerilog-HDL等のハードウェア言語にて記述されるとともに、設計ツールはケイデンス製・シノプシス製ツールなどが用いられます。 | アナログ回路設計においては、常にノイズ・リニアリティ・利得・電源・電圧・出力電圧振幅・動作速度・入出力インピーダンス・消費電力がトレードオフ関係であることを基本に設計します。 設計は設計者の計算とシミュレータを駆使し、可能な限り仕様要求に近づけます。またテスト時の可観測性や面積、消費電流など考慮し設計しなければなりません。 |
デジタル回路設計と同様に、動作アルゴリズムを実現するためにRTL記述を行います。設計は仕様検討した故障検出率や検査時間を達成するためにテスト回路を挿入します。しかしテスト回路は面積の増加につながり、テスト容易化によるテスト時間短縮や不良率等とトレードオフであることを基本に設計することとなります。 |
| 回路検証 | Digital Engineer | Analog Engineer | Test Engineer |
| 概要 | 設計が完了した回路に対していくつかの観点で検証を行います。RTL設計した場合、RTLレベルでの機能検証、FPGA(Field Programmable
Gate Array)を用いた特性検証よRTLの機能検証を行います。次に実際の回路図面に落とし込む論理合成を行い、タイミング検証を行います。 以上の検証が問題なく完了すると、レイアウト設計を行い、製造へとつながります。 |
アナログ回路の検証はSPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)をもとに行われます。回路の基本動作確認、電源電圧特性、温度特性などの環境的な特性、
周波数特性や電流能力、入出力インピーダンス等の性能に関してこと細かく検証を行います。さらにプロセスがばらついた場合も想定した検証を行い、ばらつきに強い回路構成であるかの確認を行います。 |
デジタル回路設計と同様に、テスト回路の機能検証、タイミング検証を実施し、動作を確認します。また、検証フェーズでは検査仕様書にもとにテスター用テストプログラム開発及びテスターボードの開発を開始しデバイス評価準備を進めます。また、テスターは評価速度が速いたいめ、初期サンプル評価の加速に役立ちます。 |
| 内容 | 機能検証、論理合成、タイミング検証 | 回路検証、レイアウト、評価ボード開発 | 回路検証、テスタープログラム・テスターボード開発 |
| ■RTL機能検証:基本的な動作を機能として確認する検証。RTL記述したコードに対してテストベクタを作成し専用ツールにて動作確認を行う。 ■FPGA検証:信号がフィードバックされているシステムや、タイミング的に動作が複雑な回路を搭載してる場合に行う。FPGAと呼ばれるデバイスに回路情報を焼きこみ、実際に動作をさせ検証を行う。簡易的な機能検証及び特性検証に効果的 ■論理合成・タイミング検証:RTLから実際の回路を合成する。合成した結果より動作タイミングに問題がないかを確認する 。タイミングに問題が発生した場合はRTLもしくは合成した論理素子の種類を変更する。 |
■基本動作確認:入出力特性や消費電力などの基本仕様に関する検証を行います。 ■環境的特性:電源電圧特性、温度特性、ノイズ耐性など外部環境要因による回路影響を確認します。 ■性能検証:周波数特性、電流能力、入出力インピーダンス等仕様を支える性能を検証します。 アナログ回路の重要となる部分であるため様々な視点からの検証が必要です。 ■ばらつき検証:製造ばらつきに対する回路の余裕を検証する。ばらつきに強い回路であることは アナログ回路を設計する際の重要な要求事項の一つです。 |
■回路検証:基本的な動作を機能として確認する検証。RTL記述したコードに対してテストベクタを作成し専用ツールにて動作確認を行う。 ■テストパターン抽出:シミュレーション上で検証したパターンをもとにテスター用パターンに切り出します。パターンを作成するツールや手法は企業毎や対象テスターによって異なります。 ■テスタープログラム、ボード開発:テスタープログラム開発は検査仕様書をもとに測定プログラムを構築していきます。また、テスター用ボードも同様に開発します。 |
