【導(dǎo)讀】如今，汽車的附加功能變得越來越豐富，而人們對(duì)它們的可靠性和性能期望值也逐年增加。然而，沿著產(chǎn)品鏈向上追溯，這些附加功能的可靠性完全取決于上游零件制造商，尤其是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)集成電路（IC）的制造商。與此同時(shí)，隨著自動(dòng)駕駛和數(shù)字座艙的興起，集成電路的需求量也是只增不減。因此，IC 制造商是否能夠精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)和測(cè)試產(chǎn)品，以及能否確保IC芯片在全部溫度范圍內(nèi)（即使是極冷或極熱）都能正常工作，變得尤為重要。
而現(xiàn)實(shí)情況是，傳統(tǒng)的典型溫度測(cè)試方法存在巨大缺陷。大部分公司所采用的高低溫測(cè)試方法并不能真正精確地設(shè)定和測(cè)試芯片達(dá)到特定的溫度。汽車電子產(chǎn)品的失效等級(jí)需要控制在十億分之一以內(nèi)，IC制造商有責(zé)任提供盡可能精確的生產(chǎn)測(cè)試方法。基于這個(gè)原因，MPS開創(chuàng)了一種前所未有的新型高低溫測(cè)試方法，它能精確地測(cè)試芯片結(jié)溫并達(dá)到設(shè)置所需的溫度。
現(xiàn)狀
通常，IC制造商在生產(chǎn)過程中會(huì)采用重力式分選機(jī)（一種特定的生產(chǎn)測(cè)試硬件）進(jìn)行溫度測(cè)試。但是，當(dāng)測(cè)試溫度范圍不同時(shí)，重力式分選機(jī)則無法長(zhǎng)時(shí)間準(zhǔn)確地保持指定溫度，換句話說，所需的測(cè)試溫度和實(shí)際測(cè)試溫度之間可能存在很大差距（見圖1）。測(cè)試站的溫度會(huì)在開始的3至5秒內(nèi)下降20°C。這么大的溫度變化會(huì)導(dǎo)致很難篩選出極端溫度下的不良產(chǎn)品，比如冷啟動(dòng)或過溫微調(diào)問題。
圖1：當(dāng)重力式分選機(jī)為125°C時(shí),期望溫度對(duì)比實(shí)際溫度
這是由于分選機(jī)通常會(huì)按照工廠的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)，且其環(huán)境空氣溫度必須在預(yù)定位置進(jìn)行校準(zhǔn)，如浸泡室和活塞頭，以匹配分選機(jī)中顯示屏上顯示的溫度（見圖2）.
圖2：重力式分選機(jī)(活塞頭開啟,浸泡室,顯示)
吹氣氣流吹向芯片某個(gè)位置，有可能達(dá)到正確的溫度，但這不能保證被測(cè)器件能測(cè)試到與設(shè)置時(shí)的相同結(jié)溫（Tj）。尤其是與測(cè)試站接觸器連在一起的測(cè)試硬件印刷電路板（PCB），它就像在被加熱的器件后連接了一個(gè)巨大的散熱器。
MPS便基于此種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)試，想要測(cè)試其中的溫度梯度到底有多明顯，結(jié)果可想而知，非常令人吃驚。圖 3 顯示了125°C和 -40°C的行業(yè)典型高低溫測(cè)試溫度性能。熱溫和低溫曲線都顯示了約有20°C的溫度變化，而且在測(cè)試最開始3到5秒內(nèi)，溫度極其不穩(wěn)定。當(dāng)考慮到模擬IC的平均測(cè)試時(shí)間大概是在5-8秒之間時(shí),能夠很明顯地看出，當(dāng)今正在進(jìn)行的許多測(cè)試實(shí)際上都是在一個(gè)巨大的溫度變化下進(jìn)行的，而并非在真正的結(jié)溫下。
圖3：工業(yè)典型測(cè)試溫度性能
那么溫度為什么會(huì)下降呢？首先我們可以確定的最主要的幾種原因有：
● 槽糕的接觸器設(shè)計(jì)
● 印制電路板的設(shè)計(jì)方式和厚度
● 隔溫罩設(shè)計(jì)和正確的高低溫吹氣溫度
● 在測(cè)試過程中，缺乏對(duì)實(shí)際測(cè)試芯片溫度的反饋
● 工廠處理程序校準(zhǔn)未達(dá)到所需的理想測(cè)試條件
● 缺少測(cè)試機(jī)對(duì)分選機(jī)參數(shù)的控制
● 不同尺寸芯片的浸泡時(shí)間
面對(duì)這些問題，業(yè)內(nèi)通常會(huì)采用兩種常見方法來克服。第一種是簡(jiǎn)單地增加分選機(jī)溫度補(bǔ)償，使5秒穩(wěn)定后的溫度能接近TJ。比如，測(cè)試運(yùn)行的溫度為125°C,那分選機(jī)的溫度應(yīng)設(shè)為145°C。這種處理方案的弊端是：溫度大幅度衰減會(huì)引起一系列不必要的麻煩，比如，產(chǎn)品良率降低和QA抽檢失效，而且通常要求IC的耐溫溫度比目標(biāo)溫度要高出很多，因?yàn)榇蠖鄶?shù)測(cè)試在最初的3-5秒內(nèi)已經(jīng)開始執(zhí)行了。
第二種克服溫度大幅衰減的辦法則是在測(cè)試期間，讓芯片工作在最高功率級(jí)，以便增加測(cè)試站的溫度。這種方法非常適用于電源管理和處理器產(chǎn)品，因?yàn)檫@些產(chǎn)品的電阻和開關(guān)損耗比較大，通常內(nèi)部設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。可是該方法也同樣面臨3種問題。第一，必須對(duì)每種新產(chǎn)品收集大量的數(shù)據(jù)，以便能應(yīng)用正確的功率。第二，在大部分測(cè)試過程中，元器件無法工作在要求的功率模式中，所以預(yù)期的加熱效果只會(huì)偶爾發(fā)生。這會(huì)影響最終的精確度和穩(wěn)定度。最后，并不是所有的芯片都是大功率器件，而能采用這種方法進(jìn)行加熱。
為了彌補(bǔ)上述線性度和準(zhǔn)確度的缺陷，我們決定各個(gè)擊破，系統(tǒng)解決這些問題。首先采用試錯(cuò)法采集數(shù)據(jù)，然后找出最佳解決方案。如此一來，MPS便具備了專有的測(cè)試方法，能在精確的結(jié)溫范圍內(nèi)測(cè)試IC狀態(tài)，特別是針對(duì)汽車級(jí)電子產(chǎn)品（AEC-Q100），效果非常顯著。
該解決方法通過采取以下措施，可以實(shí)現(xiàn)線性的、穩(wěn)定的、精確的測(cè)試溫度：
● 具有專有夾具和校準(zhǔn)工具的校準(zhǔn)系統(tǒng)
● 采用用于監(jiān)控和控制分選機(jī)關(guān)鍵設(shè)置參數(shù)的測(cè)試機(jī)器，比如浸泡時(shí)間和隔溫罩吹氣溫度
● 采用用新型接觸器設(shè)計(jì)方案
● 用于測(cè)試軟硬件的增強(qiáng)版設(shè)計(jì)規(guī)格
超越現(xiàn)狀
新型解決方案的效果尤為引人注目。我們的測(cè)試結(jié)果顯示出：在溫度線性和精度兩個(gè)方面均有明顯的提升。圖4 顯示了分別在150°C、125°C 和 -40°C 時(shí)，TJ 測(cè)試溫度的表征。采用新一代 MPS 獨(dú)有測(cè)試方法，幾乎沒有造成任何溫度的下降，而且持續(xù)線性度
圖4：采用MPS 專有 AECQ 方法測(cè)試溫度性能
此種增強(qiáng)版的溫度測(cè)試方法優(yōu)勢(shì)很明顯：QA抽檢失效的減少，使得生產(chǎn)扣留批次數(shù)量隨之減少，繼而降低了處理扣留批次的工時(shí)，普遍增加了制造的產(chǎn)能。更加一致的生產(chǎn)制造條件和更加精確的測(cè)試特性，大大提高了批次的良率。一般來說，在初始批次生產(chǎn)環(huán)節(jié)，由于操作員設(shè)置了不正確的溫度而導(dǎo)致的錯(cuò)誤也會(huì)相應(yīng)減少。
結(jié)論
汽車可靠性的重?fù)?dān)最終將取決于 IC 制造商是否能夠準(zhǔn)確，精確地測(cè)試產(chǎn)品。然而，傳統(tǒng)的溫度測(cè)試方法存在如此大的溫差，如何能保證結(jié)果的可靠性和精確度呢？MPS 通過使用新專利技術(shù)--溫度測(cè)試系統(tǒng)（正在申請(qǐng)專利中）完美地解決了這一難題，可以保證芯片測(cè)試溫度是真正的結(jié)溫（TJ）。而且我們已經(jīng)在所有的 MPS 工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品上采用了這種溫度測(cè)試方法，以確保數(shù)據(jù)手冊(cè)中的參數(shù)按規(guī)格進(jìn)行測(cè)試。該測(cè)試系統(tǒng)能使汽車級(jí)元器件的測(cè)試質(zhì)量高度準(zhǔn)確，力求助力 MPS 產(chǎn)品達(dá)到零缺陷的黃金標(biāo)準(zhǔn)。
來源：MPS，作者：Rudy Richter, Director of Test Engineering & Facilities, and Dave Wang, Test Engineering Section Manager (Industrial)
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