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自動試験装置（ATE ）とは、被試験デバイス（DUT）、被試験機器（EUT）、または被試験ユニット（UUT）と呼ばれるデバイスに対して、自動化を用いて迅速に測定を行い、試験結果を評価する装置のことです。ATEは、単純なコンピュータ制御のデジタルマルチメータから、複雑な試験機器（実際の電子試験装置または模擬電子試験装置）を数十個搭載した複雑なシステムまで様々で、高度な電子パッケージ部品やウェハー試験（システムオンチップや集積回路を含む）における欠陥を自動的にテストおよび診断することができます。
ATEは、電子機器製造業界において、製造後の電子部品やシステムのテストに広く用いられています。また、航空電子機器や自動車の電子モジュールのテストにも使用されています。さらに、レーダーや無線通信といった軍事用途にも利用されています。
半導体デバイステスト（ATE）は、単純な部品（抵抗器、コンデンサ、インダクタ）から集積回路（IC）、プリント基板（PCB）、複雑な完全組立済み電子システムまで、幅広い電子デバイスやシステムをテストできます。この目的のために、プローブカードが使用されます。ATEシステムは、特定のデバイスが正常に動作することを確認するために必要なテスト時間を短縮したり、部品が最終消費者製品に使用される前に迅速に欠陥を発見したりするように設計されています。製造コストを削減し、歩留まりを向上させるために、半導体デバイスは製造後にテストされ、欠陥のあるデバイスが消費者の手に渡るのを防ぐ必要があります。
半導体ATEアーキテクチャは、1つ以上のソース機器とキャプチャ機器（下記参照）を同期させるマスターコントローラ（通常はコンピュータ）で構成されています。従来、ATEシステムではカスタム設計のコントローラまたはリレーが使用されていました。被試験デバイス（DUT）は、ハンドラまたはプローバと呼ばれる別のロボットマシンと、ATEのリソースをDUTに適合させるカスタムインターフェーステストアダプタ（ITA）または「フィクスチャ」を介して、物理的にATEに接続されます。
産業用PCは、信号刺激装置/センシングカードを搭載するための十分なPCI/PCIeスロットを備えた19インチラック規格にパッケージ化された通常のデスクトップコンピュータです。これはATEのコントローラの役割を果たします。テストアプリケーションの開発と結果の保存はこのPCで管理されます。最新の半導体ATEのほとんどは、幅広いパラメータを生成または測定するための複数のコンピュータ制御機器を備えています。機器には、デバイス電源（DPS） [ 1 ] [ 2 ]、パラメータ測定ユニット（PMU）、任意波形発生器（AWG）、デジタイザ、デジタルIO、ユーティリティ電源などが含まれる場合があります。機器はDUTに対してさまざまな測定を実行し、適切なタイミングで波形を生成および測定するように同期されます。応答時間の要件に基づいて、刺激と信号キャプチャにはリアルタイムシステムも検討されます。
マスインターコネクトは、テスト機器（PXI、VXI、LXI、GPIB、SCXI、PCI）と被試験デバイス／ユニット（D/UUT）間のコネクタインターフェースです。このセクションは、ATEとD/UUT間の信号の入出力におけるノードポイントとして機能します。
例えば、特定の半導体デバイスの電圧を測定する場合、 ATE内のデジタル信号処理（DSP）機器は電圧を直接測定し、その結果を信号処理のためにコンピュータに送信し、そこで目的の値が計算されます。この例は、電流計などの従来の計測器は、計測できる回数が限られていることや、計測に要する時間の長さから、多くのATEでは使用できない可能性があることを示しています。DSPを使用してパラメータを測定する主な利点の1つは時間です。電気信号のピーク電圧やその他のパラメータを計算する必要がある場合、ピーク検出器機器と、他のパラメータをテストするための他の機器を使用する必要があります。しかし、DSPベースの機器を使用する場合は、信号のサンプルを作成し、1回の測定から他のパラメータを計算できます。
すべての機器が同じようにテストされているわけではない。テストにはコストがかかるため、低価格の部品は完全にテストされることはほとんどなく、一方、医療機器や高価格の部品（信頼性が重要な場合）は頻繁にテストされる。
しかし、デバイスの機能やエンドユーザーによっては、すべてのパラメータについてデバイスをテストする必要がある場合とない場合があります。たとえば、デバイスが医療機器や救命機器に使用される場合、多くのパラメータをテストする必要があり、一部のパラメータは保証する必要があります。しかし、テストするパラメータを決定することは、コストと歩留まりに基づいて複雑な判断となります。デバイスが数千個のゲートを持つ複雑なデジタルデバイスである場合、テストの故障検出率を計算する必要があります。ここでも、テストの経済性、デバイスの入出力の頻度、数、種類、およびエンドユーザーアプリケーションに基づいて、複雑な判断が必要となります。
ATEは、パッケージ化された部品（一般的なICチップ）にも、シリコンウェハーに直接使用することもできます。パッケージ化された部品は、ハンドラーを使用して専用のインターフェースボード上に配置しますが、シリコンウェハーは高精度プローブで直接テストされます。ATEシステムは、ハンドラーまたはプローバーと連携してDUTをテストします。
ATEシステムは通常、「ハンドラー」と呼ばれる自動配置ツールと連携し、ハンドラーが被試験デバイス（DUT）をインターフェーステストアダプタ（ITA）上に物理的に配置して、測定装置で測定できるようにします。また、ATEと被試験デバイス（UUTとも呼ばれる）間の電子接続を行うだけのデバイスであるインターフェーステストアダプタ（ITA）も存在しますが、ATEとDUT間の信号を変換するための追加回路や、DUTを物理的に取り付けるための機能を備えている場合もあります。最後に、ソケットを使用してITAとDUT間の接続をブリッジします。ソケットは製造現場の厳しい要求に耐える必要があるため、通常は頻繁に交換されます。
単純な電気インターフェース図：ATE → ITA → DUT（パッケージ）← ハンドラ
ウェハベースのATEは通常、シリコンウェハ上を移動するプローバーと呼ばれる装置を使用してデバイスをテストします。
簡単な電気インターフェース図：ATE → プローバ → ウェハ（DUT）
テスト時間を短縮する一つの方法は、複数のデバイスを同時にテストすることです。ATEシステムは、複数の「サイト」をサポートできるようになり、各サイトでATEリソースを共有できます。一部のリソースは並列で使用できますが、その他のリソースは各DUTにシリアル化する必要があります。
ATEコンピュータは、最新のコンピュータ言語（C、C++、Java、VEE、Python、LabVIEW、Smalltalkなど）と追加のステートメントを使用して、標準および独自のアプリケーションプログラミングインターフェイス（API）を介してATE機器を制御します。また、 Abbreviated Test Language for All Systems （ATLAS）などの専用コンピュータ言語も存在します。自動テスト機器は、 NIのTestStandなどのテスト実行エンジンを使用して自動化することもできます。 [ 3 ]
一連のテストを設計する際に、自動テストパターン生成が用いられることがある。
半導体業界で使用される多くのATEプラットフォームは、標準テストデータフォーマット（STDF）を使用してデータを出力します。
自動テスト装置診断は、ATEテストにおいて故障したコンポーネントを特定する部分です。ATEテストは2つの基本的な機能を実行します。1つ目は、被試験デバイス（DUT）が正しく動作しているかどうかをテストすることです。2つ目は、DUTが正しく動作していない場合に、その原因を診断することです。診断部分は、テストの中で最も難しく、コストのかかる部分となる場合があります。ATEでは、故障をコンポーネントのクラスターまたは曖昧なグループに絞り込むのが一般的です。これらの曖昧なグループを絞り込むのに役立つ方法の1つは、 ATEシステムにアナログシグネチャ解析テストを追加することです。診断は、フライングプローブテストの使用によってしばしば支援されます。
テストシステムの構成に高速スイッチングシステムを追加することで、複数のデバイスのテストをより迅速かつ費用対効果の高い方法で実行できるようになり、テストエラーとコストの両方を削減できます。テストシステムのスイッチング構成を設計するには、スイッチング対象の信号と実行するテスト、および利用可能なスイッチングハードウェアのフォームファクタを理解する必要があります。
現在、自動化された電子テストおよび計測システムを構成するために、いくつかのモジュール式電子計測プラットフォームが広く利用されています。これらのシステムは、電子機器およびサブアセンブリの受入検査、品質保証、および生産テストに幅広く用いられています。業界標準の通信インターフェースは、信号源と計測機器をラックアンドスタック型またはシャーシ/メインフレーム型のシステムに接続し、多くの場合、外部PC上で動作する専用ソフトウェアアプリケーションによって制御されます。
汎用インターフェースバス（GPIB）は、IEEE-488（米国電気電子学会が策定した規格）に準拠したパラレルインターフェースであり、センサーやプログラマブル機器をコンピュータに接続するために使用されます。GPIBは、8MB/秒を超えるデータ転送速度を実現できる8ビットのデジタルパラレル通信インターフェースです。24 ピンコネクタを使用して、最大14台の機器をシステムコントローラにデイジーチェーン接続できます。GPIBは、機器に搭載されている最も一般的なI/Oインターフェースの1つであり、特に機器制御アプリケーション向けに設計されています。IEEE-488規格では、このバスの電気、機械、機能仕様が標準化され、基本的なソフトウェア通信ルールも定義されています。GPIBは、機器制御に堅牢な接続を必要とする産業環境のアプリケーションに最適です。
オリジナルのGPIB規格は、1960年代後半にヒューレット・パッカード社が自社製造のプログラマブル計測器を接続・制御するために開発されました。デジタルコントローラとプログラマブル試験装置の登場により、様々なベンダーの計測器とコントローラ間の通信のための標準的で高速なインターフェースが必要となりました。1975年、IEEEはANSI/IEEE規格488-1975「プログラマブル計測器用IEEE標準デジタルインターフェース」を公表し、インターフェースシステムの電気的、機械的、機能的な仕様を規定しました。この規格はその後、1978年（IEEE-488.1）と1990年（IEEE-488.2）に改訂されました。IEEE 488.2仕様には、各計測器クラスが従わなければならない特定のコマンドを定義する「プログラマブル計測器用標準コマンド（SCPI）」が含まれています。SCPIは、これらの計測器間の互換性と構成可能性を保証します。
IEEE-488バスは、使い方が簡単で、豊富な種類のプログラマブル機器や刺激を利用できるため、長年にわたり人気を博してきました。しかし、大規模システムには次のような制約があります。
LXI規格は、イーサネットを使用する計測機器およびデータ収集システムの通信プロトコルを定義します。これらのシステムは、低コストのオープン標準LAN（イーサネット）を使用する小型のモジュール式計測機器をベースとしています。LXI準拠の計測機器は、カードケージアーキテクチャのコストやフォームファクタの制約を受けることなく、モジュール式計測機器のサイズと統合性の利点を提供します。イーサネット通信を使用することで、LXI規格は、幅広い商用、産業、航空宇宙、および軍事用途において、柔軟なパッケージング、高速I/O、およびLAN接続の標準化された使用を可能にします。すべてのLXI準拠計測機器には、非LXI計測機器との通信を簡素化する交換可能な仮想計測器（IVI）ドライバが含まれているため、LXI準拠デバイスは、それ自体がLXI準拠ではないデバイス（GPIB、VXI、PXIなどを使用する計測機器）と通信できます。これにより、計測機器のハイブリッド構成の構築と運用が簡素化されます。
LXI計測器は、テストおよび計測アプリケーションの設定に組み込みテストスクリプトプロセッサを使用したスクリプト機能を採用することがあります。スクリプトベースの計測器は、多くのアプリケーションにおいて、アーキテクチャの柔軟性、パフォーマンスの向上、およびコストの削減を実現します。スクリプト機能はLXI計測器の利点をさらに高め、LXIはスクリプト機能を可能にし、強化する機能を提供します。現在のLXI計測器規格では、計測器がプログラマブルであることやスクリプト機能を実装することを義務付けていませんが、LXI仕様にはプログラマブルな計測器を想定した機能がいくつかあり、LXI準拠の計測器におけるスクリプト機能を強化する便利な機能を提供します。[ 5 ]
VXIバスアーキテクチャは、VMEバスをベースとした自動テスト用のオープン標準プラットフォームです。1987年に導入されたVXIは、すべてのユーロカードフォームファクタを使用し、トリガーライン、ローカルバス、および計測アプリケーションに適したその他の機能を追加しています。VXIシステムは、さまざまなVXI計測モジュールをインストールできる最大13個のスロットを備えたメインフレームまたはシャーシをベースとしています。[ 6 ]シャーシは、シャーシおよびシャーシ内の計測機器に必要なすべての電源と冷却も提供します。VXIバスモジュールは通常、高さが6Uです。
PXIは、データ収集およびリアルタイム制御システムに特化した周辺バスです。1997年に導入されたPXIは、CompactPCI 3Uおよび6Uフォームファクタを使用し、トリガーライン、ローカルバス、および計測アプリケーションに適したその他の機能を追加しています。PXIハードウェアおよびソフトウェアの仕様は、PXIシステムアライアンスによって開発および維持されています。[ 7 ]世界中で50社以上のメーカーがPXIハードウェアを製造しています。[ 8 ]
USBは、キーボードやマウスなどの周辺機器をPCに接続します。USBはプラグアンドプレイバスであり、1つのポートで最大127台のデバイスを処理でき、理論上の最大スループットは480 Mbit/s（USB 2.0仕様で定義された高速USB）です。USBポートはPCの標準機能であるため、従来のシリアルポート技術の自然な進化形と言えます。しかし、USBケーブルは工業用グレードではない、ノイズに敏感である、誤って外れる可能性がある、コントローラとデバイス間の最大距離が30mであるなど、いくつかの理由から、産業用テストおよび計測システムの構築には広く使用されていません。RS -232 と同様に、USBは堅牢なバス接続を必要としない実験室環境でのアプリケーションに役立ちます。
RS-232は、分析機器や科学機器、プリンタなどの周辺機器の制御に広く用いられているシリアル通信規格です。GPIBとは異なり、RS-232インターフェースでは一度に1台の機器しか接続・制御できません。また、RS-232は比較的低速なインターフェースで、データ転送速度は通常20KB /秒未満です。RS-232は、低速で堅牢性の低い接続でも問題ない実験室用途に最適です。電源電圧は±24Vです 。
バウンダリスキャンは、ICのピンを制御し、テスト対象（UUT）上での導通（相互接続）テストや、ロジックデバイスまたはデバイス群に対する機能クラスタテストを容易にするために、PCBレベルまたはシステムレベルのインターフェースバスとして実装できます。また、IC自体に組み込まれる他の計測機器（IEEE 1687参照）や、外部制御可能なテストシステムの一部である計測機器の制御インターフェースとしても使用できます。
最近開発されたテストシステムプラットフォームの一つは、オンボードのテストスクリプトプロセッサを搭載した計測機器と高速バスを組み合わせたものです。この方式では、1つの「マスター」計測機器がテストスクリプト（小さなプログラム）を実行し、テストシステム内の様々な「スレーブ」計測機器の動作を制御します。マスター計測機器は、高速LANベースのトリガー同期およびユニット間通信バスを介してスレーブ計測機器に接続されています。スクリプト作成とは、一連の動作を調整するためにスクリプト言語でプログラムを記述することです。
この方式は、テストおよび計測アプリケーションに特徴的な、小規模なメッセージ転送に最適化されています。ネットワークオーバーヘッドが非常に少なく、 データレートが100 Mbit/秒であるため、実際のアプリケーションではGPIBや100BaseTイーサネットよりも大幅に高速です。
このプラットフォームの利点は、接続されたすべての計測器が緊密に統合されたマルチチャンネルシステムとして動作するため、ユーザーはテストシステムを必要なチャンネル数に合わせてコスト効率よく拡張できることです。このタイプのプラットフォームで構成されたシステムは、マスターユニットがソース、測定、合否判定、テストシーケンスフロー制御、ビニング、コンポーネントハンドラーまたはプローバーを制御する完全な測定および自動化ソリューションとして単独で使用できます。専用のトリガーラインのサポートにより、この高速バスでリンクされたオンボードのテストスクリプトプロセッサを搭載した複数の計測器間で、追加のトリガー接続を必要とせずに同期動作を実現できます。[ 9 ]