工業(yè)測試設(shè)備的“大心臟”

點(diǎn)擊標(biāo)題下「MPS芯源系統(tǒng)」可快速關(guān)注 前言

年底將至，許多準(zhǔn)畢業(yè)生們已經(jīng)完成了各自的學(xué)業(yè)考核，半只腳踏進(jìn)了社會。同樣，工廠里的“芯同學(xué)”，在畢業(yè)之前也需要面臨各種各樣的考核與測試。精準(zhǔn)高效的測試設(shè)備無疑是考場上最嚴(yán)格的考官。

正文

廣義上的IC測試設(shè)備都可以稱為ATE（Automatic Test Equipment）。而由于測試對象 --- 芯片，有著不同的種類，測試設(shè)備也可以簡單劃分為模擬ATE和數(shù)字ATE。

PART.01

讓我們來簡單看看ATE測試設(shè)備的用電環(huán)境。

我國標(biāo)準(zhǔn)用電電壓是220V。工業(yè)測試設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，有許多不同的硬件板塊。輸入電壓220V進(jìn)入設(shè)備之后，內(nèi)部電源系統(tǒng)會對其進(jìn)行降壓和分配。通過不同的降壓模塊把220V轉(zhuǎn)化為48V、24V、12V來支持測試設(shè)備不同硬件板塊的工作。

MPS作為模擬半導(dǎo)體方案的領(lǐng)軍者，憑借其先進(jìn)的工藝技術(shù)，針對ATE設(shè)備可提供從前端到板卡各級全方位的解決方案，助力ATE廠商的產(chǎn)品研發(fā)，為機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)保駕護(hù)航。

圖1：測試機(jī)電源系統(tǒng)框圖

PART.02

電源系統(tǒng)是測試設(shè)備的“心臟”，為測試機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供動力。擁有一顆強(qiáng)健有力的“大心臟“，是面對各種極端條件下還可以穩(wěn)定工作的有力保障。

近年來，電源模塊產(chǎn)品憑借其集成度高，體積緊湊的優(yōu)點(diǎn)，吸引了越來越多工業(yè)測試設(shè)備廠商的目光。越來越多嚴(yán)格和復(fù)雜的使用條件和工作環(huán)境對電源模塊產(chǎn)品提出了更高的挑戰(zhàn)。MPS在電源模塊產(chǎn)品設(shè)計方面有著自己獨(dú)到的理解和技術(shù)沉淀，極力打造具備多重優(yōu)秀素質(zhì)的“模范“產(chǎn)品。

01 安靜且低調(diào)

測試設(shè)備對于電源的噪聲和紋波都十分敏感，他們會附著在buck電路輸出直流電壓中，對其造成影響。

紋波大致可分為：穩(wěn)態(tài)紋波，動態(tài)紋波和雜散噪聲。

降低穩(wěn)態(tài)紋波的方式主要有：1. 增加輸出電容；2. 增加開關(guān)頻率；3.增加輸出相數(shù)。但無論是改變電容還是開關(guān)頻率，都會增加成本和占用面積。MPS利用多相交錯并聯(lián)技術(shù)，可以極大地減小輸出電容數(shù)量，將輸出電壓紋波減少至2毫伏，為對紋波敏感的24V ATE母線供電。

針對動態(tài)紋波，MPS電源模塊采用恒定導(dǎo)通時間控制（Constant-On-Time Control）策略，消除時鐘延遲、快速應(yīng)對動態(tài)響應(yīng)，有效抑制動態(tài)紋波。

面對供電過程中產(chǎn)生的雜散噪聲，MPS擁有專門的低噪聲解決方案，通過其合理的走線設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)最低噪聲紋波小于1毫伏。對比傳統(tǒng)LDO噪聲解決方案，有著效率更高，相應(yīng)速度更快的優(yōu)勢。

安靜低調(diào)的供電體統(tǒng)，給測試設(shè)備提供良好的工作環(huán)境，使得測試結(jié)果更加精準(zhǔn)。

02 冷靜且持久

工業(yè)測試設(shè)備的電源系統(tǒng)在日常運(yùn)作中，會產(chǎn)生大量的熱與損耗，這將嚴(yán)重影響設(shè)備的工作效率和壽命。

如何能夠有效控制供電過程中產(chǎn)生的熱能和損耗，為設(shè)備提供持久的電力，是電源系統(tǒng)的重要指標(biāo)。

• 在控制熱量方面

  MPS模塊產(chǎn)品通過優(yōu)化模塊設(shè)計，大大降低了功耗，并且電源模塊采用3D封裝，將本體溫度較低、導(dǎo)熱性能較好的金屬粉末電感層疊安裝在晶圓上方，利用電感磁芯導(dǎo)熱系數(shù)高的特點(diǎn)，有效幫助晶圓散熱。在此基礎(chǔ)上結(jié)合倒裝工藝，降低模塊高度，和主芯片共用散熱器，節(jié)約空間的同時降低了熱阻達(dá)到了更好的散熱效果。

圖2：電源模塊加強(qiáng)散熱型設(shè)計仿真

圖3：電源模塊3D封裝熱仿真

• 在控制損耗方面

  MPS憑借其先進(jìn)的工藝技術(shù)，可以有效降低芯片的導(dǎo)通和開關(guān)損耗。電源模塊可針對客戶應(yīng)用負(fù)載的范圍合理定制電感，減少交直流損耗。并且MPS獨(dú)有的大電流工藝和倒裝封裝工藝，可以大大減小功率器件導(dǎo)通阻抗和線路阻抗。

  出色的熱溫和損耗控制，確保測試設(shè)備擁有更加持久的動力。

MPS推出的超小體積20A電源模塊MPM54524是一個優(yōu)化散熱設(shè)計的典型例子，它采用了ECLGA封裝，體積壓縮到8mmx8mmx2.9mm，與此同時散熱性能優(yōu)于同性能的分立器件解決方案。此外在12V轉(zhuǎn)3.3V應(yīng)用下，滿載效率大于90%，峰值效率可達(dá)92.3%。另外，MPM54524可支持四路單相5A輸出，或雙相并聯(lián)輸出兩路10A，還可支持三相并聯(lián)15A和四相并聯(lián)20A，極大減小了中、大電流應(yīng)用場景下的開關(guān)損耗。

03 短小且精悍

隨著現(xiàn)代半導(dǎo)體測試設(shè)備的迭代更新，功能越來越集成化，電源通道數(shù)越來越多，因此對于供電產(chǎn)品的功率密度的要求也逐步提升。

如何占用最少的板面空間，完成最高效率的輸出，是電源廠家攻克的主要方向之一。

相比于傳統(tǒng)的打線方式，MPS采用的倒裝焊接工藝，通過焊料凸點(diǎn)（Bump）使得整個芯片與基板進(jìn)行互聯(lián)，不需要額外引線，可以有效節(jié)約成本和面積，提升功率密度。

MPS的電源模塊更是“瘦身”界的集大成者。秉持不以犧牲效率來實(shí)現(xiàn)體積的最小化這一宗旨，MPS的電源模塊除了倒裝焊接工藝，還運(yùn)用著極先進(jìn)的封裝技術(shù)：

• 架空電感封裝，壓縮模塊內(nèi)部空間；

• 基板嵌入式晶圓封裝，減小整體模塊體積；

• 多路集成設(shè)計，單一輸入源可降低布板復(fù)雜程度，進(jìn)一步減少線路損耗。

MPS推出的MPM54522是一款優(yōu)秀的高功率密度3D封裝電源模塊?？芍С蛛p路6A，并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)12A輸出電流。5mmx6.5mm的極小尺寸讓這款MPM54522模塊在空間狹小的測試設(shè)備應(yīng)用場景中大顯身手。

04 及時且可靠

時間就是財富，工業(yè)測試設(shè)備越早投入工作，就意味著更快帶來收益。

傳統(tǒng)的分立式測試設(shè)備供電方案，開發(fā)和驗(yàn)證的過程中，涉及:

①挑選和優(yōu)化包括芯片電感等器件；②根據(jù)電感電容選擇合適的電路補(bǔ)償；③復(fù)雜的原理圖以及PCB布線；④由于PCB布線存在風(fēng)險，有可能多次制板驗(yàn)證。

這些因素使得整個過程往往需要花費(fèi)18周以上。

MPS的電源模塊則不同，它提供了高集成度的電源方案，采用極少的外部元器件，大大地簡化了原理圖和PCB布局的設(shè)計復(fù)雜度。

相比于分立方案，MPS電源模塊的開發(fā)和驗(yàn)證周期縮短了近70%。極大地提升了供應(yīng)效率，真正成為半導(dǎo)體測試設(shè)備廠家的及時雨！

圖例說明：

圖4：傳統(tǒng) 100A 分立方案

圖5：MPS公司的100A 模塊方案

對于測試設(shè)備而言，整體運(yùn)行的可靠性永遠(yuǎn)是排在第一位的。作為測試設(shè)備的“心臟”，供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠是整個系統(tǒng)的基石。

MPS有著復(fù)雜且完備的質(zhì)量管控系統(tǒng)以及先進(jìn)強(qiáng)力的可靠性實(shí)驗(yàn)室。通過一系列測試流程和標(biāo)準(zhǔn)制定，確保每一顆產(chǎn)品送達(dá)客戶手中都可以獨(dú)當(dāng)一面，不負(fù)使命。于此同時，MPS深知工業(yè)測試設(shè)備的獨(dú)特復(fù)雜性與各種挑戰(zhàn)。在可靠性實(shí)驗(yàn)室里，不僅可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)可靠性測試項目，還可以根據(jù)客戶的需求，進(jìn)行客制化的可靠性測試，真正以客戶為中心，打造優(yōu)秀適用的產(chǎn)品。

圖示：MPS 公司的可靠性實(shí)驗(yàn)室

結(jié)尾

在工業(yè)測試設(shè)備領(lǐng)域，許多優(yōu)質(zhì)企業(yè)選擇MPS作為合作伙伴，而MPS也憑借其敏銳的洞察力和優(yōu)秀的模塊設(shè)計，幫助客戶快速、成功地開發(fā)安全、智能、可靠的解決方案。

面對高溫高壓高強(qiáng)度的作業(yè)環(huán)境以及復(fù)雜多變的供電需求，MPS電源模塊仍然可以為測試設(shè)備提供穩(wěn)定的動力，助力客戶健康可持續(xù)地創(chuàng)造更大的產(chǎn)品價值，是一顆真正的“大心臟“！

END

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