芯片可靠性硬件设计解析：为何PI要求成为绕不开的挑战？-CTI华测检测官方商城

芯片可靠性测试通常是通过高温、高电压、高温高湿和长时间运行等应力条件来验证，确保达到设计目标。可靠性测试硬件电源完整性直接影响可靠性实验的准确性、可靠度和效率。

　　HTOL Burn-In Board&THB Board

　　可靠性测试板的核心功能是为多个DUT提供稳定的电源、时钟和控制信号，并在极端环境（如高温85℃~150℃、高湿度85%）下长时间（数十到上千小时）运行。与普通电路板相比，PI设计面临更特殊的挑战：

•大规模供电需求

　　可靠性测试板常需同时为数十甚至上百个DUT供电，每个DUT的功耗可能随测试阶段变化（如从待机到满负载切换），导致总电流动态范围大（可能从几安到几十安），对电源瞬态响应要求高。

•高温环境下的组件稳定性

　　可靠性测试通常在高温箱内进行，电源组件（如电容、DC-DC转换器、连接器）的参数会随温度变化（如电容容值下降、ESR增大、器件导通电阻增加），可能导致电源纹波增大、效率降低，甚至失效。

•长时运行的可靠性

　　可靠性测试持续时间长（如1000小时），电源网络的微小缺陷（如接触电阻过大、电容老化）可能随时间累积，导致电压漂移或噪声超标，影响测试结果（如误判器件失效）。

•安全性与保护需求

　　DUT在可靠性测试过程中可能发生短路、过流等故障，若电源系统无保护功能，可能烧毁测试板或测试设备，因此PI设计需结合过流、过压保护电路。

　　测试板的电源完整性设计需重点关注以下方面：

; •电源分配网络（PDN）的阻抗控制

　　可靠性测试板的PDN需在宽频率范围（DC到MHz级）内控制阻抗，避免因负载电流波动导致电压超标。

•低阻抗路径设计

　　采用厚铜电源层（如2oz铜）和大面积接地层，降低导体电阻和电感；缩短电源路径长度，减少寄生参数。

•去耦电容的高温适配

　　A、选用耐高温电容（如X7R/X8R材质陶瓷电容，耐温≥125℃；固态电解电容，耐温≥105℃），避免高温下容值骤降。

　　B、针对高频噪声（如DUT开关噪声），在DUT电源引脚附近放置小容值（如0.1μF~10μF）高温陶瓷电容，降低高频阻抗；针对低频纹波，在电源入口处放置大容值（如100μF~1000μF）固态电容，稳定电压。

•目标阻抗计算

　　根据DUT最大瞬态电流（ΔI）和允许电压波动（ΔV，通常为DUT标称电压的±5%~±10%），计算目标阻抗Z_target=ΔV/ΔI，确保PDN在工作频率范围内阻抗≤Z_target。

　　测试板需应对多DUT同时切换负载的瞬态电流冲击。

•电源模块的瞬态响应

　　选择瞬态响应快的DC-DC转换器（如响应时间≤100μs），或在电源输出端并联高频去耦电容（如0402封装的100nF陶瓷电容），利用电容的快速充放电特性抑制电压塌陷。

•布线优化

　　电源路径（尤其是大电流回路）采用短、粗、直的布线，减少寄生电感（L），降低瞬态电压波动（ΔV=L×di/dt）；多DUT的电源路径尽量独立，避免相互耦合。

•分区隔离

　　将电源电路与信号电路在PCB上物理隔离（如通过接地平面分隔），避免电源噪声通过传导或辐射耦合到信号链路。

　　为避免DUT故障影响电源系统，需加入保护机制：

•过流保护（OCP）

　　在每路DUT的电源路径中串联限流电阻，当电流超过时自动切断供电。

•过压保护（OVP）

　　通过电压比较器监测DUT供电电压，超过时触发继电器切断电源，防止高电压损坏DUT。

　　可靠性测试板的电源完整性（PI）设计是可靠性验证的核心，需在多负载、高温高湿及长时运行的极端条件下，为DUT提供稳定、洁净、安全的电源。

　　设计需整合电源架构优化、高温元件选型、PDN阻抗控制、散热及保护电路（过流、过压），并经严格验证。随着芯片功耗与集成度提升，需持续优化以应对大电流、更高温度等挑战。

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电源仿真图&电压分布图