Digitaalisaation ja sähköistymisen nopean kehityksen myötä puolijohteiden valmistuksen ja testauksen nopeuttaminen vastaamaan kasvavaan kysyntään on tärkeämpää kuin koskaan. Tämä korostaa puolijohteiden automaattisen testauslaitteiston (ATE) keskeistä roolia, kertoo Toshiba Electronic Europe artikkelissaan.
Mekaaniset releet, joita on pitkään arvostettu niiden kyvystä kytkeä suurjännite- ja virtasignaaleja matalajännitesyötteillä, ovat nyt haastettuina fotoreleiden nousun myötä. Nämä puolijohdelaitteet tarjoavat useita etuja, kuten paremman luotettavuuden, koska niissä ei ole liikkuvia osia, jotka voivat kulua ja vioittua ajan myötä. Sovellukset, kuten automaattinen testauslaitteisto (ATE), vaativat fotoreleiltä tiettyjä ominaisuuksia. Tämä artikkeli vertailee mekaanisia releitä ja fotoreleitä, pyrkien tarjoamaan kattavan ymmärryksen niistä ominaisuuksista, joita tulee huomioida fotoreleen valinnassa ATE-sovelluksiin. Se tarkastelee Toshiba TLP3412SRLA:n suorituskykyä, luotettavuutta ja sen kykyä täyttää nykyaikaisten puolijohdetestausympäristöjen vaatimukset.
Mikä on fotorele ja miten se toimii?
Fotorele on puolijohdelaitteeseen perustuva rele, jonka tuloasteessa on LED ja lähtöasteessa MOSFET-transistoreja, kuten kuvassa 1 esitetään.
Kuva 1. Fotoreleen sisäinen lohkokaavio.
Kun LEDille syötetään virtaa, se emittoi valoa, ja tämä optinen signaali muunnetaan sähköiseksi signaaliksi kosketuspuolen fotodiodimatriisilla (PDA). Tämä sähköinen signaali syötetään MOSFETin hilaelektrodille, mikä kytkee sen päälle ja yhdistää kaksi lähtöliitintä. Kun LEDin syöttövirta poistetaan, LED sammuu, mikä myös katkaisee MOSFETin ja avaa piirin lähtökoskettimien välillä. Tämä sykli mallinnetaan matalataajuuskytkennälle kuvassa 2.
Kuva 2. Yksinkertaistettu fotoreleen toimintamalli.
Mikä on mekaanisen releen ja fotoreleen ero?
Molemmat laitteet suorittavat saman tehtävän, mutta fotoreleet tarjoavat paremman luotettavuuden, koska niissä ei ole liikkuvia osia, jotka voivat juuttua tai kulua toistuvien kytkentäsyklien seurauksena. Fotoreleet muuttuvat myös jatkuvasti pienemmiksi, mikä auttaa säästämään tilaa ja nopeuttaa siirtymistä pois mekaanisista releistä.
Kuitenkin fotoreleillä on suurempi vastus (on-resistance tai RON) kuin mekaanisilla releillä, ja niillä on myös kapasitanssikomponentti (lähtökapasitanssi tai COFF), joka johtuu pääasiassa MOSFETin ulostulopuolen PN-liitoksen oheisdiodista. Signaalitaajuuden kasvaessa myös fotoreleen induktanssi (L) voi muodostua ongelmaksi. Fotoreleen korkeataajuusmalli esitetään kuvassa 3.
Kuva 3. Fotoreleen korkeataajuusmalli.
Alla oleva taulukko 1 tiivistää fotoreleiden ja mekaanisten releiden ominaisuuksia ja niiden suhteellisia etuja.
Taulukko. Mekaanisen releen ja fotoreleen vertailu (klikkaa suuremmaksi).
Fotoreleiden vaatimukset puolijohteiden ATE-sovelluksissa
Koska puolijohteita käytetään yhä useammissa sovelluksissa, myös puolijohdelaitteiden testauslaitteiden tarve kasvaa. Automaattinen testauslaitteisto (ATE) varmistaa, että testattava puolijohdelaite (DUT) toimii oikein, syöttämällä jännitettä tai virtaa tiettyihin nastoihin (esim. muistinastat). Useita releitä käytetään näiden signaalien syöttämiseen DUT:lle, ja perinteiset mekaaniset releet eivät yleensä ole sopivia tähän sovellukseen.
Kun valitaan fotorelettä ATE-käyttöön, seuraavat ominaisuudet ovat tärkeitä huomioida:
Jänniteohjattu käyttö
Fotoreleen tulopuolen LED on virtaohjattu laite, ja siksi on tavallista liittää ulkoinen virranrajoitusvastus LED-liittimeen estämään ylivirran aiheuttamat vahingot, jos syöttöjännite nousee liian korkeaksi. Kuitenkin nämä vastukset vievät arvokasta piirilevytilaa, mikä lisää laitteen kokoa ja kustannuksia. Lisäksi on yleensä toivottavampaa ohjata laitetta suoraan jännitelähteellä (eikä virtalähteellä). Toshiba TLP3412SRLAA sisältää sisäänrakennetun vastuksen LED-puolella, mikä mahdollistaa jänniteohjatun käytön ilman ulkoisia vastuksia.
Matala käyttöjännite 1,8V-järjestelmän FPGA:lle
Kenttäohjelmoitavien porttimatriisien (FPGA) ydinjännite laskee jatkuvasti puolijohdeteknologian kehittyessä. TLP3412SRLAA vastaa tähän kehitykseen tarjoamalla Toshiba-fotoreleiden alhaisimman käyttöjännitteen. Suurin käyttöjännite (VFON) on 1.6V, mikä mahdollistaa sen käytön 1.8V-järjestelmien FPGA:ssa.
Korkea käyttölämpötilan kestävyys
Testauslaitteiston (prober) on joskus tuotava signaaleja DUT:lle korkeissa lämpötiloissa, mikä asettaa fotoreleet lähelle korkealämpöisiä testikammiota. Näin ollen niiden on kestettävä korkeita lämpötiloja. TLP3412SRLAA:n enimmäiskäyttölämpötila on 125°C, mikä mahdollistaa sen käytön vaativissa ympäristöissä korkealämpötilaisissa testilaitteistoissa.
Pieni kotelokoko korkeatiheyksiseen asennukseen
ATE-laitteistossa on kaksi pääasiallista testauspään kategoriaa: laitevirtalähde (DPS) ja nastoihin liittyvä elektroniikka (PE). ATE käyttää releitä kytkemään virtalähteen ja signaalin useiden testattavien laitteiden (DUT) samanaikaiseen testaukseen. Tästä syystä korkeatiheyksisten testilevyjen saatavuus on kriittinen testauksen kustannusten alentamiseksi ja ATE:n luotettavuuden parantamiseksi. Perinteiset mekaaniset releet eivät täytä näitä vaatimuksia, kun taas monet fotoreleet voidaan asentaa rajoitettuun piirilevytilaan. TLP3412SRLAA käyttää erittäin pientä S-VSON4T-koteloa (1,45 × 2,0 mm (tyypillinen), t = 1,4 mm (max)), mikä parantaa asennustiheyttä ATE-laitteistossa.
Yhteenveto
Fotoreleet tarjoavat monia etuja mekaanisiin releisiin verrattuna puolijohteiden ATE-laitteistoissa. Tämä artikkeli tarkasteli tärkeimpiä ominaisuuksia fotoreleen valinnassa tähän sovellukseen. Toshiba TLP3412SRLAA osoittautui erinomaiseksi vaihtoehdoksi suorituskykynsä ja luotettavuutensa ansiosta.
