Soluzione di test efficace per componenti di potenza integrati

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Da alcune recenti indagini è emerso che nei prossimi anni si registrerà una crescita a due cifre del mercato dei semiconduttori destinati all’automotive e al power management. Causa di tale crescita sono: la forte richiesta dalla Cina, la presenza sempre più significativa dell’elettronica negli autoveicoli e , nel settore “consumer”, la tendenza crescente all’utilizzo dei dispositivi portatili a batteria.

Mentre i prezzi dei dispositivi di controllo scendono, crescono invece enormemente le funzionalità e la densità d’integrazione dei componenti integrati. In questo modo aumentano però anche i costi legati al testing dei componenti a semiconduttore, costringendo i costruttori a ripensare la loro strategia di test per adeguarla alle contingenze di mercato.
Considerando le esigenze di mercato appena descritte, Advantest propone tre nuovi moduli di “Integrated Power Solution” (IPS) per la piattaforma universale T2000. Questa innovativa soluzione IPS è stata sviluppata appositamente per offrire la possibilità di testare, a un costo contenuto, i circuiti integrati destinati all’automotive e al power-management.

Utilizzare i canali di potenza in maniera efficace
Nei circuiti integrati utilizzati nell’automotive e nel power-management, vengono impiegati numerosi interruttori di potenza MOSFET. Questi trovano frequente applicazione nel controllo dei motori e degli attuatori a corrente continua,così come nella temporizzazione dei regolatori di tensione usati come alimentatori per i componenti elettronici. Per testare questi componenti integrati, si utilizzano sorgenti di corrente ad alto amperaggio, in grado di fornire in tempi brevi correnti elevate.
Si tratta però di dispositivi molto grandi e con costi accessori ingenti, pertanto il numero di sorgenti di corrente installabili rappresenta un limite in molti sistemi di test. Tale limite rende spesso impossibile espandere la configurazione del sistema in modo da poter testare più dispositivi in parallelo. Inoltre il test in parallelo risulta spesso economicamente impraticabile a causa degli elevati costi associati all’alto numero di sorgenti di corrente necessarie.

Advantest ha perciò sviluppato un metodo particolarmente efficace per ovviare a questa limitazione. Il “nocciolo” di questa soluzione è una matrice di corrente, che connette una o più sorgenti ai pin del dispositivo da testare.
La matrice è caratterizzata da una struttura a quattro terminali Kelvin con connessioni di Force e Sense, per garantire la necessaria precisione di iniezione e misurazione della corrente. Per accelerare i tempi di test, la matrice è composta da interruttori a semiconduttori che offrono vantaggi considerevoli rispetto ai relè tradizionali, perché presentano una dinamica di commutazione rapida e sono molto affidabili.
La sorgente di corrente ad alto amperaggio è un altro punto innovativo di questa soluzione per applicazioni “Power”.

Con sei canali indipendenti per modulo, questo sistema raggiunge la densità d’integrazione più elevata attualmente sul mercato. Il design compatto della matrice è ottenuta grazie a una nuova tecnologia di regolazione digitale, che consente di realizzare impulsi di corrente estremamente brevi. La possibilità di realizzare impulsi brevi contribuisce a ridurre sensibilmente il tempo di test ed evita inoltre il surriscaldamento dei componenti durante il testing, che è una delle condizioni necessarie per ottenere risultati di misura stabili. Grazie ai parametri programmabili, la sorgente può essere regolata in maniera personalizzata al rapporto di carico applicato, ottimizzando il tempo di salita e la risposta transitoria. L’architettura della sorgente è priva di potenziale e può quindi essere collegata in modo flessibile a interruttori high-side o low-side, verso massa.
La combinazione fra la matrice e le sorgenti di corrente offre una soluzione efficace ed economicamente ottimizzata per testare i componenti di potenza integrati.
(Fig. 1). Il numero di sorgenti di potenza è ottimizzato tramite l’uso della matrice. Questa fornisce connessioni flessibili e rapide che permettono di ridurre notevolmente il tempo di test.

Fig. 1 – Circuito ottimizzato mediante T2000 Power Matrix

Garanzia di elevata affidabilità
L’utilizzo di correnti e tensioni elevate durante la fase di testing, comporta intrinsecamente un elevato rischio di danneggiare il dispositivo.
La nuova tecnologia “Smart Hot Switching” di Advantest,offre una soluzione di potenza integrata che consente di connettere le sorgenti ai componenti con una tensione simile alla tensione del dispositivo testato. In questo modo si evitano i picchi e si previene il danneggiamento del dispositivo. Inoltre, non essendo più necessario disattivare il dispositivo da testare durante la fase di connessione, si ha un notevole risparmio in termini di tempo di test.

Il Source Power Management integrato nella sorgente rappresenta un ulteriore fattore di sicurezza. In questo modo è possibile monitorare costantemente la potenza rilasciata e assorbita dalla sorgente, riportando automaticamente i valori a una soglia consentita, in caso di superamento dei parametri di potenza impostati. Durante lo svolgimento del programma di test, si riduce quindi al minimo il rischio di danneggiare i diversi componenti interessati: sia i componenti del sistema di test sia i dispositivi testati.
Considerando che i pin del dispositivo possono essere esposti a tensioni e correnti elevate, se i dispositivi sotto test sono difettosi, sussiste il rischio di danneggiare il sistema. Perciò Advantest ha integrato in tutte le connessioni bidirezionali ( I/O) un interruttore di sicurezza, che consente di evitare il deterioramento dei moduli in caso di sovratensione e sovraccarico.

“Time-to-production” più breve
A causa della crescente complessità dei dispositivi da testare e della continua riduzione del ciclo di vita dagli stessi, è sempre più importante ridurre i tempi di sviluppo del programma di testing, per portare il dispositivo in produzione nel più breve tempo possibile.
Basta un ritardo di appena qualche settimana nello sviluppo di un prodotto, per dimezzare il fatturato previsto per lo stesso. La semplicità del loadboard design, la creazione rapida del programma e dei metodi di test sono fattori decisivi per ridurre il tempo di sviluppo del programma di test. L’architettura del T2000 tiene conto di tutti questi fattori. Ogni strumento di misura ha una struttura multifunzionale che consente a ogni pin del dispositivo di avere a disposizione contemporaneamente tutte le risorse necessarie per il test. Si evita così il gravoso lavoro di cablaggio sulla loadboard e il design risulta molto più semplice. Inoltre, non è necessario lo sviluppo di complessi programmi di verifica della loadboard,il che contribuisce a minimizzare i tempi di sviluppo.
Una separazione netta fra i metodi e le condizioni di test permette uno sviluppo rapido dei test sulla piattaforma T2000 (Fig. 2).

Fig. 2 – La separazione delle condizioni e dei metodi di test,semplifica e rende efficiente lo sviluppo del programma di test

Grazie a questa architettura, si possono riutilizzare in maniera ottimale i metodi di test già sviluppati e verificati. L’adattamento al particolare dispositivo si effettua attraverso la definizione delle condizioni di test. Grazie al supporto degli strumenti grafici, questo adattamento può essere implementato in maniera efficace e le modifiche possono essere apportare con rapidità senza la necessità di ricompilare il codice.
Inoltre, per accelerare l’avvio della produzione, l’utente ha a disposizio
ne un pacchetto completo per l’analisi statistica dei dati di test.
Grazie ai nuovi moduli IPS, Advantest amplia il mercato indirizzato con la piattaforma universale T2000, aggiungendovi i settori automotive e power-management.
Questa innovativa piattaforma propone una soluzione di test economicamente interessante e ottimizzata per la produzione, plasmata in funzione delle esigenze di mercato e curata sotto tutti gli aspetti relativi all’ affidabilità.

Toni Dirscherl, product manager, Automotive e power management di Advantest Europe

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