CN114814543A - 一种电源管理芯片抗温度冲击测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电源管理芯片抗温度冲击测试系统和测试方法，控制模块、测试定位平台、三维移动悬架、温度测试阵列、视觉识别模块；控制模块根据视觉识别模块测量出的电源管理芯片及其周边的三维形貌信息，控制温度测试阵列产生与待测电源管理芯片及其周围部件相适配的形状，把待测电源管理芯片包裹在所述温度测试阵列中，实现对电源管理芯片的抗温度冲击在线测试，提高测试的针对性和可靠性。

Description

一种电源管理芯片抗温度冲击测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及电源测试领域，尤其涉及一种电源管理芯片抗温度冲击测试系统及其测试方法。

背景技术

电源模块是电路板所需能量的直接提供者，电源设计的好坏直接决定了电路板能否稳定运行。要设计一款功能性能良好的电路板，首先要解决的问题就是要设计一个稳定的开关电源。在电源部分的可靠性测试中，通常需要重点关注电源容限、芯片供电电源的薄弱点等。为了提高系统可靠性，常常需要对电子产品系统做一些可靠性测试，从而验证产品在极端的工作条件下是否具备可靠性与稳定性。而芯片供电电源作为系统的核心部分，其电源的稳定性和健壮性直接影响系统的稳定性。因此业界在研发测试阶段通常需要对系统进行电源可靠性测试。

电源管理芯片，是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片，主要负责识别CPU供电幅值，产生相应的短矩波，推动后级电路进行功率输出。

电源设计完成之后，对电源进行测试并对应调整电源设计是开关电源设计过程中不可或缺的一个环节，在测试过程中的准确性及测试手法对测试结果有着非常大的影响，应尽量让测试环境状况与电路板实际工作环境状况一致。在现阶段开关电源的测试过程中，由于负载芯片一般直接焊接或者连接在电路板的表面，而芯片背面的电路板电子元器件非常密集。基于此，无法在芯片端直接拉载芯片所需的电流，一般直接在开关电源的输出端进行负载芯片模拟拉载测试。由于开关电源输出端与负载芯片有一段的距离，此种测试手法与电路实际工作情况并不一致，会导致测试结果不精确且不符合实际状况的问题。

在电源的设计中,需要用到各种形式的管理芯片,在电测试下,随着电源温度的变化,需要保证芯片的正常运转,一般芯片的温度越高,可靠度越低,失效率就会变高，因此在芯片的设计之初就要考虑温度问题。电源管理芯片由于多是在狭小空间内工作,散热的条件不好,大多是在高温的环境中长时间工作,电源芯片经常经历快速升温的情况,甚至经历在电压不稳时快速变温的情况,所以电源芯片在出厂时需要经过测试芯片在快速变温过程中的稳定性,这点十分重要。

为保证集成电路板卡在高低温环境条件下的安全供电，需要对电源模块的电特性指标进行高低温在线测试。市场现有的电源模块测试系统都采用电源模块高低温离线的测试方法，不能实现电源模块的高低温在线测试，不能准确测量电源模块在高低温环境下的电特性指标，因此电源模块的高低温测试数据会存在误差。

并且在现有技术中对电源模块进行测试时，一般都是采用温度冲击测试机进行测试，需要将整个电路放置在相应的高低温环境中，而不是针对单个的电源模块进行测试，测试结果不够客观、准确。

同时针对不同类型和不同尺寸的电源管理芯片，无法进行针对性的温度测试，测试结果的准确性和可参考性不高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种电源管理芯片抗温度冲击测试系统，其特征在于，包括：控制模块、测试定位平台、三维移动悬架、温度测试阵列、视觉识别模块；所述测试定位平台设置在所述测试系统的下部；所述测试定位平台的正上方悬挂有所述三维移动悬架；所述温度测试阵列设置在所述三维移动悬架上；在所述测试定位平台的侧上方，所述视觉识别模块用于对待测电路板上的电源管理芯片进行识别和变形测量。

优选的，所述温度测试阵列包括有多个在XY平面上整齐排列的温度测试单元，所述温度测试单元紧密接触，所述温度测试单元外侧包裹有高温隔离材料，每个所述温度测试单元能够在Z轴方向独立运动。

优选的，所述温度测试单元内部设置有弹簧结构，每个所述温度测试单元都能够单独控制其温度的升降和温度升降的速率。

优选的，所述视觉识别模块采集待测电路板的图像，识别出电源管理芯片的位置，并测量出电源管理芯片及其周围的三维形貌信息。

本发明还提供一种采用电源管理芯片抗温度冲击测试系统进行电源管理芯片抗温度冲击测试的测试方法，包括：

S101、将待测电路板定位在所述测试定位平台上；

S201、所述控制模块控制所述视觉识别模块采集待测电路板图像，识别出电源管理芯片的位置，并测量出所述电源管理芯片及其周边的三维形貌；

S301、所述控制模块根据所述电源管理芯片的位置信息控制所述三维移动悬架带动所述温度测试阵列运动到待测电源管理芯片正上方；

S401、所述控制模块根据电源管理芯片及其周边的三维形貌信息，控制所述温度测试阵列的各个温度测试单元在Z轴方向产生位移，产生与待测电源管理芯片及其周围部件相适配的形状；所述三维移动悬架下压所述温度测试阵列，使所述电源管理芯片正上方的各个温度测试单元充分接触所述电源管理芯片顶部，所述电源管理芯片周边的其他所述温度测试单元与周围的PCB板或部件充分接触，把待测电源管理芯片包裹在所述温度测试阵列中；

S501、所述控制模块控制所述温度测试阵列产生测试所需的温度环境进行电源管理芯片抗温度冲击测试。

优选的，在完成步骤S501的电源管理芯片抗温度冲击测试之后，所述控制模块控制所述视觉识别模块采集测试后的电源管理芯片图像并进行变形测量，对电源管理芯片进行失效分析。

本发明的有益效果是：

1、在电路板正常工作时进行测试，实现真正的在线测试，在真实的运行环境中实现测试，提高测试的准确性；

2、温度测试阵列针对不同类型和尺寸的待测电源管理芯片产生针对性的测试形状，实现对待测电源管理芯片的包裹和热隔离，提高测试的针对性和可靠性；

3、温度测试阵列的每个温度测试单元都可以单独控制其Z轴向运动、温度变化以及温度变化速率，提高了测试的灵活性和针对性，并且可以测试芯片内部不同的功能模块；

4、视觉识别模块能够识别出电源管理芯片的位置和形貌，并据此控制温度测试阵列进行移动并产生相适配的包裹形貌；同时，视觉识别模块还能够对测试后的芯片变形进行测量，分析其失效原因；

5、每个温度测试单元外侧都包裹有高温隔离材料，在包裹待测电源管理芯片之后，实现其与外界的热隔离；

6、采用芯片顶部的丝印的表示芯片品牌、型号、序列号等信息的文字作为测量标准，测量芯片的变形，节省了需要投射散斑或结构光的投影装置，降低了系统的复杂度和成本。

附图说明

图1表示电源管理芯片抗温度冲击测试系统的结构框图；

图2表示电源管理芯片抗温度冲击测试方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

随着电子信息技术的快速发展，处理器的处理速度和工作频率大幅增长，芯片的尺寸却越来越小，因此对电源的质量要求提出了更高的要求，不但要求电源输出的供电信号，而且要求电源在各种极端温度条件下都能够温度的工作，这也对电源管理芯片抗温度冲击能力测试提出了更高的要求。

为了解决这些技术问题，本实施例提出了一种电源管理芯片抗温度冲击测试系统100，测试系统100的具体结构框图具体如图1所述，具体包括测试定位平台2、三维移动悬架3、温度测试阵列4、视觉识别模块5、控制模块1，所述控制模块1与所述三维移动悬架3、所述温度测试阵列4、所述视觉识别模块5电连接。

具体的，所述测试定位平台2设置在所述电源管理芯片抗温度冲击测试系统100的下部，在所述测试定位平台2顶部设置有定位平面，所述定位平面上设置有待测电路板的定位部件，具体的待测电路板的所述定位部件可以为夹钳、压块、定位销等现有技术中常见的定位部件，用于将待测电路板稳定的定位在所述定位平面上，属于现有技术，因此在此不再赘述。优选的，在所述定位平面上设置有耐高温隔热层，所述定位部件外层也包裹有耐高温隔热层，以使所述测量系统不与外界产生温度对流，保证测量效果。

在所述抗温度冲击测试系统100的上部，具体的，在所述测试定位平台2的正上方，悬挂有所述三维移动悬架3，并且所述温度测试阵列4设置在所述三维移动悬架3上，使所述温度测试阵列4能够根据测试需要，准确移动到指定的三维空间位置。具体的，可以采用三维滑轨实现所述三维移动悬架3的具体结构，把所述温度测试阵列4设置在三维滑轨的滑块上，并通过控制器实现三维位置的准确到达。

所述温度测试阵列4具体为阵列结构，所述温度测试阵列4包含有多个在XY平面上的二维方向上整齐排列的温度测试单元，这些温度测试单元的排列形式类似于像素的排列结构形式。所述温度测试阵列4的每个温度测试单元与相邻的单元之间紧密接触，并且每个温度测试单元外侧都包裹有高温隔离材料，并且每个温度测试单元都可以在Z轴方向独立运动。

具体的，每个温度测试单元都能够单独控制其温度的升降，并且每个温度测试单元都能够控制其温度升降的速率。每个温度测试单元的底部和待测物接触，对待测物进行温度控制。每个温度测试单元内部都设置有弹簧结构，用于压紧待测物。

在所述抗温度冲击测试系统100的侧上部，具体的，在所述测试定位平台2的侧上方，还设置有所述视觉识别模块5，用于对待测电路板上的电源管理芯片进行识别和变形测量。具体的，在进行温度冲击测试之前，先把所述待测电路板定位在所述测试定位平台2上，然后采用所述视觉识别模块5采集待测电路板的图像，并根据图像处理算法，识别出电源管理芯片的位置和三维形貌信息，同时也能够检测出电源管理芯片周围其他部件的三维形貌信息。具体的，可以采用双目视觉系统来实现所述视觉识别模块5的相应功能。

所述控制模块1与所述三维移动悬架3、所述温度测试阵列4、所述视觉识别模块5均实现电连接，实现对这些功能模块的控制、数据传输以及数据处理。

另外的，在所述视觉识别模块5识别出电源管理芯片，并且已经得到所述电源管理芯片的位置信息和三维形貌信息，也得到了所述电源管理芯片周围其他部件的形貌信息之后，所述控制模块1开始控制测试系统实现对所述电源管理芯片的抗温度冲击测试。

具体的，控制模块根据电源管理芯片的位置信息，控制三维移动悬架把温度测试阵列移动到电源管理芯片的正上方；

然后，所述控制模块1根据所述电源管理芯片的三维形貌信息和其周围其他部件的三维形貌信息，控制所述温度测试阵列4的各个温度测试单元在Z轴方向产生位移，使所述温度测试阵列4产生与待测电源管理芯片及其周围部件相适配的现状，然后所述三维移动悬架3把温度测试阵列下压，并与待测电路板接触。使所述电源管理芯片正上方的各个温度测试单元充分接触所述电源管理芯片顶部，周围的其他所述温度测试单元与周围的PCB板或周围的其他部件充分接触。

由于周围的其他所述温度测试单元外部包裹有高温隔离材料，并且这些高温隔离材料充分接触，因此相对应把待测的所述电源管理芯片通过高温隔离材料与外界相隔离，并把待测的电源管理芯片包裹在温度测试阵列4中央，与外界实现了热隔离，以便于仅对所述电源管理芯片进行温度冲击测试。

在开始测试时候，所述控制模块1根据测试需要，仅使电源管理芯片正上方与电源管理芯片顶部接触的温度测试单元产生测试需要的温度变化，而外部的其他部件由于高温隔离材料的热隔离，并不会产生相应的温度变化，使测试仅针对电源管理芯片，提高测量测试的针对性。

并且由于所述测试阵列4针对不同类型和尺寸的待测电源管理芯片，能够适应性的产生相应形貌的阵列结构，实现对不同类型和尺寸的待测电源管理芯片的包裹和热隔离，提高了测试的针对性和适应性。

并且，本实施例的测试是在电路板正常工作的情况下进行的测试，也就是说本实施例实现了真正的在线测试，提高了测试的准确性和可靠性。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上进行进一步改进，技术方案共同的部分在此不再赘述。

不同的温度变化速率对元器件具有不同程度的影响，因此为了测量不同温度变化速率对电源管理芯片的影响，所述控制模块1控制电源管理芯片正上方与电源管理芯片顶部充分接触的所述温度测试单元产生不同的温度变化速率，测试电源管理芯片的相关参数。

实施例3

本实施例是在实施例1或实施例2的基础上进行进一步改进，技术方案共同的部分在此不再赘述。

电源管理芯片在封装之前，其内部结构是不相同的，分为不同的内部功能模块，例如接地模块、电压转换模块等等，不同功能模块对温度的敏感性不同，因此在测试时，所述控制模块1控制与电源管理芯片顶部充分接触的各温度测试单元分别产生不同的温度，测试电源管理芯片不同模块的抗温度冲击性能和相关参数。

实施例4

本实施例是在实施例1或2或3的基础上进行进一步改进，技术方案共同的部分在此不再赘述。

本实施例在上述各实施例的抗温度冲击测试系统100的基础上，提供一种电源管理芯片的抗温度冲击测试方法，具体如图2所述，包括如下步骤：

S101、将待测电路板定位在所述测试定位平台2之上；

S201、所述控制模块1控制所述视觉识别模块5采集待测电路板图像，识别出电源管理芯片的位置和三维形貌；

S301、所述控制模块1根据所述电源管理芯片的位置控制所述三维移动悬架3带动所述温度测试阵列4运动到待测电源管理芯片正上方；

S401、所述控制模块1根据电源管理芯片及其周边器件的三维形貌信息，调整所述温度测试阵列4产生与待测电源管理芯片及其周围部件相适配的形状，使所述电源管理芯片正上方的各个温度测试单元充分接触所述电源管理芯片顶部，周围的其他温度测试单元与周围的PCB板或周围的其他部件充分接触；

S501、所述控制模块1控制所述温度测试阵列4产生测试所需的温度环境对电源管理芯片进行测试，实现对电源管理芯片的抗温度冲击在线测试。

实施例5

本实施例是在实施例4的基础上进行进一步改进，技术方案共同的部分在此不再赘述。

在对电源管理芯片的抗温度冲击在线测试之后，由于进行温度测试会使芯片产生快速的膨胀或收缩，芯片内部产生一定的热应力或残余应力，导致芯片产生相应的热变形，甚至产生芯片封装的开裂，进而导致芯片失效，这些变形数据对电源管理芯片的抗温度冲击测试具有重要的分析和参考价值，同时对对分析电源管理芯片的失效也具有重要的参考价值，因此所述控制模块1控制所述视觉识别模块5采集测试后的电源管理芯片图像，用于后续的电源管理芯片失效分析。

在现有近技术中，对于芯片等尺寸较小的物体进行变形测量，一般都是采用散斑的方式测量、或者采用结构光的方式测量，但是这样的方式需要设置投影装置对待测物投射散斑或结构光，不但会增加测量装置的复杂度，还会增加测量成本，为了解决该技术问题，本实施例采用芯片顶部的丝印的文字作为测量标准，测量芯片的变形。

例如，在芯片顶部都印有表示该产品的品牌、型号、序列号等信息的文字，因此在本实施例中，在步骤S201中识别出电源管理芯片的位置并测量其三维形貌时，同时采集该芯片顶部的文字图像。

在完成抗温度冲击在线测试之后，再次采集芯片顶部的文字图像。然后对两个芯片顶部的文字图像进行对比，进而识别出变形的位置和变形程度。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

Claims (6)

1.一种电源管理芯片抗温度冲击测试系统(100)，其特征在于，包括：控制模块(1)、测试定位平台(2)、三维移动悬架(3)、温度测试阵列(4)、视觉识别模块(5)；所述测试定位平台(2)设置在所述测试系统(100)的下部；所述测试定位平台(2)的正上方悬挂有所述三维移动悬架(3)；所述温度测试阵列(4)设置在所述三维移动悬架(3)上；在所述测试定位平台(2)的侧上方，所述视觉识别模块(5)用于对待测电路板上的所述电源管理芯片进行识别和变形测量。

2.根据权利要求1所述的电源管理芯片抗温度冲击测试系统(100)，其特征在于，所述温度测试阵列(4)包括多个在XY平面上二维方向上整齐排列的温度测试单元，所述温度测试单元之间紧密接触，每个所述温度测试单元外侧包裹有高温隔离材料，所述温度测试阵列(4)的每个所述温度测试单元能够在Z轴方向独立运动。

3.根据权利要求2所述的电源管理芯片抗温度冲击测试系统(100)，其特征在于，所述温度测试单元内部设置有弹簧结构，每个所述温度测试单元都能够单独控制其温度的升降和温度升降的速率。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电源管理芯片抗温度冲击测试系统(100)，其特征在于，所述视觉识别模块(5)采集待测电路板的图像，识别出电源管理芯片的位置，并测量出电源管理芯片及其周围的三维形貌信息。

5.一种采用权利要求1-4任一项所述的电源管理芯片抗温度冲击测试系统(100)进行电源管理芯片抗温度冲击测试的测试方法，其特征在于，包括：

S101、将所述待测电路板定位在所述测试定位平台(2)上；

S201、所述控制模块(1)控制所述视觉识别模块(5)采集所述待测电路板图像，识别出所述电源管理芯片的位置，并测量出所述电源管理芯片及其周边的三维形貌；

S301、所述控制模块(1)根据所述电源管理芯片的位置信息控制所述三维移动悬架(3)带动所述温度测试阵列(4)运动到所述待测电源管理芯片正上方；

S401、所述控制模块(1)根据所述电源管理芯片及其周边的三维形貌信息，控制所述温度测试阵列(4)的各个温度测试单元在Z轴方向产生位移，产生与所述待测电源管理芯片及其周围部件相适配的形状；所述三维移动悬架(3)下压所述温度测试阵列(4)，使所述电源管理芯片正上方的各个所述温度测试单元充分接触所述电源管理芯片顶部，所述电源管理芯片周边的其他所述温度测试单元与周围的PCB板或部件充分接触，把待测电源管理芯片包裹在所述温度测试阵列(4)中；

S501、所述控制模块(1)控制所述温度测试阵列(4)产生测试所需的温度环境进行电源管理芯片抗温度冲击测试。

6.根据权利要求5测试方法，其特征在于，在完成步骤S501的电源管理芯片抗温度冲击测试之后，所述控制模块(1)控制所述视觉识别模块(5)采集测试后的电源管理芯片图像并进行变形测量，对所述电源管理芯片进行失效分析。

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