工業測試設備的“大心臟”

點擊標題下「MPS芯源系統」可快速關注 前言

年底將至，許多準畢業生們已經完成了各自的學業考核，半只腳踏進了社會。同樣，工廠里的“芯同學”，在畢業之前也需要面臨各種各樣的考核與測試。精準高效的測試設備無疑是考場上最嚴格的考官。

正文

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

PART.01

讓我們來簡單看看ATE測試設備的用電環境。

我國標準用電電壓是220V。工業測試設備內部結構十分復雜，有許多不同的硬件板塊。輸入電壓220V進入設備之后，內部電源系統會對其進行降壓和分配。通過不同的降壓模塊把220V轉化為48V、24V、12V來支持測試設備不同硬件板塊的工作。

MPS作為模擬半導體方案的領軍者，憑借其先進的工藝技術，針對ATE設備可提供從前端到板卡各級全方位的解決方案，助力ATE廠商的產品研發，為機器正常運轉保駕護航。

圖1：測試機電源系統框圖

PART.02

電源系統是測試設備的“心臟”，為測試機的正常運轉提供動力。擁有一顆強健有力的“大心臟“，是面對各種極端條件下還可以穩定工作的有力保障。

近年來，電源模塊產品憑借其集成度高，體積緊湊的優點，吸引了越來越多工業測試設備廠商的目光。越來越多嚴格和復雜的使用條件和工作環境對電源模塊產品提出了更高的挑戰。MPS在電源模塊產品設計方面有著自己獨到的理解和技術沉淀，極力打造具備多重優秀素質的“模范“產品。

01 安靜且低調

測試設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：穩態紋波，動態紋波和雜散噪聲。

降低穩態紋波的方式主要有：1. 增加輸出電容；2. 增加開關頻率；3.增加輸出相數。但無論是改變電容還是開關頻率，都會增加成本和占用面積。MPS利用多相交錯并聯技術，可以極大地減小輸出電容數量，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。

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

面對供電過程中產生的雜散噪聲，MPS擁有專門的低噪聲解決方案，通過其合理的走線設計，可以實現最低噪聲紋波小于1毫伏。對比傳統LDO噪聲解決方案，有著效率更高，相應速度更快的優勢。

安靜低調的供電體統，給測試設備提供良好的工作環境，使得測試結果更加精準。

02 冷靜且持久

工業測試設備的電源系統在日常運作中，會產生大量的熱與損耗，這將嚴重影響設備的工作效率和壽命。

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

• 在控制熱量方面

  MPS模塊產品通過優化模塊設計，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，利用電感磁芯導熱系數高的特點，有效幫助晶圓散熱。在此基礎上結合倒裝工藝，降低模塊高度，和主芯片共用散熱器，節約空間的同時降低了熱阻達到了更好的散熱效果。

圖2：電源模塊加強散熱型設計仿真

圖3：電源模塊3D封裝熱仿真

• 在控制損耗方面

  MPS憑借其先進的工藝技術，可以有效降低芯片的導通和開關損耗。電源模塊可針對客戶應用負載的范圍合理定制電感，減少交直流損耗。并且MPS獨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通阻抗和線路阻抗。

  出色的熱溫和損耗控制，確保測試設備擁有更加持久的動力。

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

03 短小且精悍

隨著現代半導體測試設備的迭代更新，功能越來越集成化，電源通道數越來越多，因此對于供電產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。

相比于傳統的打線方式，MPS采用的倒裝焊接工藝，通過焊料凸點（Bump）使得整個芯片與基板進行互聯，不需要額外引線，可以有效節約成本和面積，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現體積的最小化這一宗旨，MPS的電源模塊除了倒裝焊接工藝，還運用著極先進的封裝技術：

• 架空電感封裝，壓縮模塊內部空間；

• 基板嵌入式晶圓封裝，減小整體模塊體積；

• 多路集成設計，單一輸入源可降低布板復雜程度，進一步減少線路損耗。

MPS推出的MPM54522是一款優秀的高功率密度3D封裝電源模塊?？芍С蛛p路6A，并聯可實現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備應用場景中大顯身手。

04 及時且可靠

時間就是財富，工業測試設備越早投入工作，就意味著更快帶來收益。

傳統的分立式測試設備供電方案，開發和驗證的過程中，涉及:

①挑選和優化包括芯片電感等器件；②根據電感電容選擇合適的電路補償；③復雜的原理圖以及PCB布線；④由于PCB布線存在風險，有可能多次制板驗證。

這些因素使得整個過程往往需要花費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布局的設計復雜度。

相比于分立方案，MPS電源模塊的開發和驗證周期縮短了近70%。極大地提升了供應效率，真正成為半導體測試設備廠家的及時雨！

圖例說明：

圖4：傳統 100A 分立方案

圖5：MPS公司的100A 模塊方案

對于測試設備而言，整體運行的可靠性永遠是排在第一位的。作為測試設備的“心臟”，供電系統的穩定可靠是整個系統的基石。

MPS有著復雜且完備的質量管控系統以及先進強力的可靠性實驗室。通過一系列測試流程和標準制定，確保每一顆產品送達客戶手中都可以獨當一面，不負使命。于此同時，MPS深知工業測試設備的獨特復雜性與各種挑戰。在可靠性實驗室里，不僅可以進行標準可靠性測試項目，還可以根據客戶的需求，進行客制化的可靠性測試，真正以客戶為中心，打造優秀適用的產品。

圖示：MPS 公司的可靠性實驗室

結尾

在工業測試設備領域，許多優質企業選擇MPS作為合作伙伴，而MPS也憑借其敏銳的洞察力和優秀的模塊設計，幫助客戶快速、成功地開發安全、智能、可靠的解決方案。

面對高溫高壓高強度的作業環境以及復雜多變的供電需求，MPS電源模塊仍然可以為測試設備提供穩定的動力，助力客戶健康可持續地創造更大的產品價值，是一顆真正的“大心臟“！

END

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