精确的汽车极限温度测试

Ruediger Richter，单片电力系统测试工程主任。

对于IC制造商来说，能够设计和测试是极其重要的汽车零部件在精确设置器件温度下。

随着汽车制造商生产的汽车具有越来越多的功能，人们对可靠性和性能的期望也随之提高。可靠性逐渐影响到零部件制造商，包括(或许尤其)那些设计和生产集成电路(ic)的企业。随着自动驾驶汽车和数字驾驶舱的兴起，对集成电路的需求只会增加。因此，对于集成电路制造商来说，能够准确地设计和测试产品，以确保产品在所有温度范围内(即使是极冷或极热)都能达到预期的性能是非常重要的。

传统的、典型的温度测试方法存在一些严重的缺陷。大多数公司实施的高温测试并不能真正精确地设定和测试特定的温度。随着对十亿分之一的可靠性的需求，能够提供尽可能精确的生产测试方法已经成为IC制造商的责任。出于这个原因，单片电源系统(MPS)已经解锁了一种方法，可以在前所未有的精确设置的设备温度下测试部件。

现状

通常，IC制造商在生产过程中使用重力处理器(一种特定类型的测试硬件)进行温度测试。当使用这些处理程序在不同的温度范围内进行测试时，通常无法在一段时间内准确地保持指定的温度——换句话说，在所需的温度和应用的温度之间可能有很大的差距(图1)。测试部位的温度可以在三到五秒钟内落入20°C。这可以使其变得困难，如果不是不可能的话，可以筛选出极端温度相关的缺陷，例如寒冷的温度启动或过度调整问题。

图1预期温度与重力处理器的实际温度125°C

这是因为处理程序通常按照制造商的工厂标准进行校准。处理程序中的环境空气温度必须在预定义的位置进行校准，如浸泡室和柱塞模块，以匹配处理程序显示屏上显示的温度(图2)。

图2重力处理装置(柱塞模块打开，浸泡室，显示)

在某些位置处的装置上吹过的空气可能处于正确的温度，但这并不能保证所测试的部件被设定为相同的结温（TJ）。特别是，测试硬件PCB与测试站点接触器相结合，就像加热部分上的巨型散热器一样。

我们MPS已经对这个行业标准方法进行了基准测试，看看温度梯度可能有多明显，结果令人震惊。图3显示行业典型的测试温度性能为125°C和−40°C。冷热温度曲线都显示了~20°C的温度变化，并且在测试开始3到5秒之前都非常不稳定。当考虑到模拟IC的平均测试时间在5到8秒之间时，很明显，今天正在进行的许多测试实际上是在巨大的温度变化下进行的，而不是在结温下。

图3行业典型的测试温度性能

那么这个降温是从哪里来的呢?我们能够确定许多来源，其中最重要的包括:

• 可怜的接触器设计
• PCB的样式和厚度
• 吹扫盖设计和正确的吹扫空气温度用于热和冷测试
• 测试期间缺乏实际测试部分温度的反馈
• 工厂操作工校准不符合要求的测试条件
• 缺少对正在使用的测试器的处理程序参数控制
• 不同尺寸零件的浸泡时间

克服这个问题有两个常见的行业实践。首先是简单地超出处理器温度，使稳定温度在五秒后接近TJ。例如，要在125°C下进行测试，处理程序需要设置为145°C。这种方法的问题在于，大量的温度衰减仍然可以创建一系列不必要的问题，例如降低产量和QA故障，并且通常要求IC符合远远高于大部分测试以来的温度。仍将在最初的三到五秒钟期间进行。

克服温度下降的第二种方法是在测试期间将部件操作在其最高功率水平，以试图提高其在测试地点的温度。这适用于电源管理和处理器产品，在这些产品中，由于欧姆或开关损耗，通常会出现较大的内部器件温升。这种方法有三个问题。首先，必须进行广泛的特性描述，以适用于每一个新产品所需的正确功率。其次，在大多数测试期间，该部件可能无法在其所需的功率模式下运行，因此在测试期间，加热效应偶尔出现。这会影响准确性和一致性。最后，并不是所有的设备都具备通过这种方法加热的高功率能力。

为了纠正上述线性度和精度的不足，我们系统地处理了个别弱点，通过试错实验收集数据，以找到最佳解决方案。通过这种方法，MPS开发了一种专利技术，可以在准确的结温下测试集成电路，这是非常适合的汽车产品(AEC-Q100)。该解决方案采用了以下措施来创建一个线性的、稳定的、准确的测试温度:

• 使用专用夹具和校准工具的校准系统
• 监测和控制关键处理设置参数的测试仪，如浸泡时间和吹扫空气温度
• 新的接触器设计
• 增强了测试硬件和软件的设计规则

超越现状

这种新解决方案的效果是惊人的。我们的基准显示了在温度线性度和精度方面的显著改善。图4显示了150°C、125°C和−40°C的TJ测试温度特性。使用新的MPS专有方法，我们看到几乎没有温度衰减，恒定线性<1°C，精度<±1.5°C。