工业测试设备的“大心脏”-电子发烧友网

点击标题下「MPS芯源系统」可快速关注前言

年底将至，许多准毕业生们已经完成了各自的学业考核，半只脚踏进了社会。同样，工厂里的“芯同学”，在毕业之前也需要面临各种各样的考核与测试。精准高效的测试设备无疑是考场上最严格的考官。

正文

广义上的IC测试设备都可以称为ATE（Automatic Test Equipment）。而由于测试对象 --- 芯片，有着不同的种类，测试设备也可以简单划分为模拟ATE和数字ATE。

PART.01

让我们来简单看看ATE测试设备的用电环境。

我国标准用电电压是220V。工业测试设备内部结构十分复杂，有许多不同的硬件板块。输入电压220V进入设备之后，内部电源系统会对其进行降压和分配。通过不同的降压模块把220V转化为48V、24V、12V来支持测试设备不同硬件板块的工作。

MPS作为模拟半导体方案的领军者，凭借其先进的工艺技术，针对ATE设备可提供从前端到板卡各级全方位的解决方案，助力ATE厂商的产品研发，为机器正常运转保驾护航。

图1：测试机电源系统框图

PART.02

电源系统是测试设备的“心脏”，为测试机的正常运转提供动力。拥有一颗强健有力的“大心脏“，是面对各种极端条件下还可以稳定工作的有力保障。

近年来，电源模块产品凭借其集成度高，体积紧凑的优点，吸引了越来越多工业测试设备厂商的目光。越来越多严格和复杂的使用条件和工作环境对电源模块产品提出了更高的挑战。MPS在电源模块产品设计方面有着自己独到的理解和技术沉淀，极力打造具备多重优秀素质的“模范“产品。

01 安静且低调

测试设备对于电源的噪声和纹波都十分敏感，他们会附着在buck电路输出直流电压中，对其造成影响。

纹波大致可分为：稳态纹波，动态纹波和杂散噪声。

降低稳态纹波的方式主要有：1. 增加输出电容；2. 增加开关频率；3.增加输出相数。但无论是改变电容还是开关频率，都会增加成本和占用面积。MPS利用多相交错并联技术，可以极大地减小输出电容数量，将输出电压纹波减少至2毫伏，为对纹波敏感的24V ATE母线供电。

针对动态纹波，MPS电源模块采用恒定导通时间控制（Constant-On-Time Control）策略，消除时钟延迟、快速应对动态响应，有效抑制动态纹波。

面对供电过程中产生的杂散噪声，MPS拥有专门的低噪声解决方案，通过其合理的走线设计，可以实现最低噪声纹波小于1毫伏。对比传统LDO噪声解决方案，有着效率更高，相应速度更快的优势。

安静低调的供电体统，给测试设备提供良好的工作环境，使得测试结果更加精准。

02 冷静且持久

工业测试设备的电源系统在日常运作中，会产生大量的热与损耗，这将严重影响设备的工作效率和寿命。

如何能够有效控制供电过程中产生的热能和损耗，为设备提供持久的电力，是电源系统的重要指标。

在控制热量方面

MPS模块产品通过优化模块设计，大大降低了功耗，并且电源模块采用3D封装，将本体温度较低、导热性能较好的金属粉末电感层叠安装在晶圆上方，利用电感磁芯导热系数高的特点，有效帮助晶圆散热。在此基础上结合倒装工艺，降低模块高度，和主芯片共用散热器，节约空间的同时降低了热阻达到了更好的散热效果。

图2：电源模块加强散热型设计仿真

图3：电源模块3D封装热仿真

在控制损耗方面

MPS凭借其先进的工艺技术，可以有效降低芯片的导通和开关损耗。电源模块可针对客户应用负载的范围合理定制电感，减少交直流损耗。并且MPS独有的大电流工艺和倒装封装工艺，可以大大减小功率器件导通阻抗和线路阻抗。

出色的热温和损耗控制，确保测试设备拥有更加持久的动力。

MPS推出的超小体积20A电源模块MPM54524是一个优化散热设计的典型例子，它采用了ECLGA封装，体积压缩到8mmx8mmx2.9mm，与此同时散热性能优于同性能的分立器件解决方案。此外在12V转3.3V应用下，满载效率大于90%，峰值效率可达92.3%。另外，MPM54524可支持四路单相5A输出，或双相并联输出两路10A，还可支持三相并联15A和四相并联20A，极大减小了中、大电流应用场景下的开关损耗。

03 短小且精悍

随着现代半导体测试设备的迭代更新，功能越来越集成化，电源通道数越来越多，因此对于供电产品的功率密度的要求也逐步提升。

如何占用最少的板面空间，完成最高效率的输出，是电源厂家攻克的主要方向之一。

相比于传统的打线方式，MPS采用的倒装焊接工艺，通过焊料凸点（Bump）使得整个芯片与基板进行互联，不需要额外引线，可以有效节约成本和面积，提升功率密度。

MPS的电源模块更是“瘦身”界的集大成者。秉持不以牺牲效率来实现体积的最小化这一宗旨，MPS的电源模块除了倒装焊接工艺，还运用着极先进的封装技术：

架空电感封装，压缩模块内部空间；
基板嵌入式晶圆封装，减小整体模块体积；
多路集成设计，单一输入源可降低布板复杂程度，进一步减少线路损耗。

MPS推出的MPM54522是一款优秀的高功率密度3D封装电源模块。可支持双路6A，并联可实现12A输出电流。5mmx6.5mm的极小尺寸让这款MPM54522模块在空间狭小的测试设备应用场景中大显身手。

04 及时且可靠

时间就是财富，工业测试设备越早投入工作，就意味着更快带来收益。

传统的分立式测试设备供电方案，开发和验证的过程中，涉及:

①挑选和优化包括芯片电感等器件；②根据电感电容选择合适的电路补偿；③复杂的原理图以及PCB布线；④由于PCB布线存在风险，有可能多次制板验证。

这些因素使得整个过程往往需要花费18周以上。

MPS的电源模块则不同，它提供了高集成度的电源方案，采用极少的外部元器件，大大地简化了原理图和PCB布局的设计复杂度。

相比于分立方案，MPS电源模块的开发和验证周期缩短了近70%。极大地提升了供应效率，真正成为半导体测试设备厂家的及时雨！

图例说明：

图4：传统 100A 分立方案

图5：MPS公司的100A 模块方案

对于测试设备而言，整体运行的可靠性永远是排在第一位的。作为测试设备的“心脏”，供电系统的稳定可靠是整个系统的基石。

MPS有着复杂且完备的质量管控系统以及先进强力的可靠性实验室。通过一系列测试流程和标准制定，确保每一颗产品送达客户手中都可以独当一面，不负使命。于此同时，MPS深知工业测试设备的独特复杂性与各种挑战。在可靠性实验室里，不仅可以进行标准可靠性测试项目，还可以根据客户的需求，进行客制化的可靠性测试，真正以客户为中心，打造优秀适用的产品。