【導讀】如今，汽車的附加功能變得越來越豐富，而人們對它們的可靠性和性能期望值也逐年增加。然而，沿著產品鏈向上追溯，這些附加功能的可靠性完全取決于上游零件制造商，尤其是設計和生產集成電路（IC）的制造商。與此同時，隨著自動駕駛和數字座艙的興起，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地設計和測試產品，以及能否確保IC芯片在全部溫度范圍內（即使是極冷或極熱）都能正常工作，變得尤為重要。
而現實情況是，傳統的典型溫度測試方法存在巨大缺陷。大部分公司所采用的高低溫測試方法并不能真正精確地設定和測試芯片達到特定的溫度。汽車電子產品的失效等級需要控制在十億分之一以內，IC制造商有責任提供盡可能精確的生產測試方法。基于這個原因，MPS開創了一種前所未有的新型高低溫測試方法，它能精確地測試芯片結溫并達到設置所需的溫度。
現狀
通常，IC制造商在生產過程中會采用重力式分選機（一種特定的生產測試硬件）進行溫度測試。但是，當測試溫度范圍不同時，重力式分選機則無法長時間準確地保持指定溫度，換句話說，所需的測試溫度和實際測試溫度之間可能存在很大差距（見圖1）。測試站的溫度會在開始的3至5秒內下降20°C。這么大的溫度變化會導致很難篩選出極端溫度下的不良產品，比如冷啟動或過溫微調問題。
圖1：當重力式分選機為125°C時,期望溫度對比實際溫度
這是由于分選機通常會按照工廠的標準進行校準，且其環境空氣溫度必須在預定位置進行校準，如浸泡室和活塞頭，以匹配分選機中顯示屏上顯示的溫度（見圖2）.
圖2：重力式分選機(活塞頭開啟,浸泡室,顯示)
吹氣氣流吹向芯片某個位置，有可能達到正確的溫度，但這不能保證被測器件能測試到與設置時的相同結溫（Tj）。尤其是與測試站接觸器連在一起的測試硬件印刷電路板（PCB），它就像在被加熱的器件后連接了一個巨大的散熱器。
MPS便基于此種工業標準方法進行測試，想要測試其中的溫度梯度到底有多明顯，結果可想而知，非常令人吃驚。圖 3 顯示了125°C和 -40°C的行業典型高低溫測試溫度性能。熱溫和低溫曲線都顯示了約有20°C的溫度變化，而且在測試最開始3到5秒內，溫度極其不穩定。當考慮到模擬IC的平均測試時間大概是在5-8秒之間時,能夠很明顯地看出，當今正在進行的許多測試實際上都是在一個巨大的溫度變化下進行的，而并非在真正的結溫下。
圖3：工業典型測試溫度性能
那么溫度為什么會下降呢？首先我們可以確定的最主要的幾種原因有：
● 槽糕的接觸器設計
● 印制電路板的設計方式和厚度
● 隔溫罩設計和正確的高低溫吹氣溫度
● 在測試過程中，缺乏對實際測試芯片溫度的反饋
● 工廠處理程序校準未達到所需的理想測試條件
● 缺少測試機對分選機參數的控制
● 不同尺寸芯片的浸泡時間
面對這些問題，業內通常會采用兩種常見方法來克服。第一種是簡單地增加分選機溫度補償，使5秒穩定后的溫度能接近TJ。比如，測試運行的溫度為125°C,那分選機的溫度應設為145°C。這種處理方案的弊端是：溫度大幅度衰減會引起一系列不必要的麻煩，比如，產品良率降低和QA抽檢失效，而且通常要求IC的耐溫溫度比目標溫度要高出很多，因為大多數測試在最初的3-5秒內已經開始執行了。
第二種克服溫度大幅衰減的辦法則是在測試期間，讓芯片工作在最高功率級，以便增加測試站的溫度。這種方法非常適用于電源管理和處理器產品，因為這些產品的電阻和開關損耗比較大，通常內部設備會產生大量的熱量。可是該方法也同樣面臨3種問題。第一，必須對每種新產品收集大量的數據，以便能應用正確的功率。第二，在大部分測試過程中，元器件無法工作在要求的功率模式中，所以預期的加熱效果只會偶爾發生。這會影響最終的精確度和穩定度。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行加熱。
為了彌補上述線性度和準確度的缺陷，我們決定各個擊破，系統解決這些問題。首先采用試錯法采集數據，然后找出最佳解決方案。如此一來，MPS便具備了專有的測試方法，能在精確的結溫范圍內測試IC狀態，特別是針對汽車級電子產品（AEC-Q100），效果非常顯著。
該解決方法通過采取以下措施，可以實現線性的、穩定的、精確的測試溫度：
● 具有專有夾具和校準工具的校準系統
● 采用用于監控和控制分選機關鍵設置參數的測試機器，比如浸泡時間和隔溫罩吹氣溫度
● 采用用新型接觸器設計方案
● 用于測試軟硬件的增強版設計規格
超越現狀
新型解決方案的效果尤為引人注目。我們的測試結果顯示出：在溫度線性和精度兩個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，TJ 測試溫度的表征。采用新一代 MPS 獨有測試方法，幾乎沒有造成任何溫度的下降，而且持續線性度
圖4：采用MPS 專有 AECQ 方法測試溫度性能
此種增強版的溫度測試方法優勢很明顯：QA抽檢失效的減少，使得生產扣留批次數量隨之減少，繼而降低了處理扣留批次的工時，普遍增加了制造的產能。更加一致的生產制造條件和更加精確的測試特性，大大提高了批次的良率。一般來說，在初始批次生產環節，由于操作員設置了不正確的溫度而導致的錯誤也會相應減少。
結論
汽車可靠性的重擔最終將取決于 IC 制造商是否能夠準確，精確地測試產品。然而，傳統的溫度測試方法存在如此大的溫差，如何能保證結果的可靠性和精確度呢？MPS 通過使用新專利技術--溫度測試系統（正在申請專利中）完美地解決了這一難題，可以保證芯片測試溫度是真正的結溫（TJ）。而且我們已經在所有的 MPS 工業和汽車電子產品上采用了這種溫度測試方法，以確保數據手冊中的參數按規格進行測試。該測試系統能使汽車級元器件的測試質量高度準確，力求助力 MPS 產品達到零缺陷的黃金標準。
來源：MPS，作者：Rudy Richter, Director of Test Engineering & Facilities, and Dave Wang, Test Engineering Section Manager (Industrial)
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