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晶體管熱阻測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

時(shí)間:2008-08-13 10:15:00來源:ronggang

導(dǎo)語(yǔ):?利用晶體管ΔVbe參數(shù)與熱阻在一定條件下滿足某種數(shù)學(xué)關(guān)系式,通過測(cè)量晶體管ΔVbe參數(shù)間接地測(cè)試熱阻參數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體管的質(zhì)量測(cè)試,具有測(cè)量效率高、成本低、對(duì)器件無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)
摘 要:熱阻對(duì)晶體管的可靠性有著重要的影響,利用晶體管ΔVbe參數(shù)與熱阻在一定條件下滿足某種數(shù)學(xué)關(guān)系式,通過測(cè)量晶體管ΔVbe參數(shù)間接地測(cè)試熱阻參數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體管的質(zhì)量測(cè)試,具有測(cè)量效率高、成本低、對(duì)器件無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞:晶體管; 熱阻; 測(cè)試 1.引言   熱阻可以反映芯片、焊接層和管殼的燒結(jié)或粘結(jié)等質(zhì)量問題,熱阻特性對(duì)晶體管的可靠性有著至關(guān)重要的影響。利用晶體管ΔVbe參數(shù)與熱阻在一定條件下滿足某種數(shù)學(xué)關(guān)系式,通過測(cè)量晶體管ΔVbe參數(shù)間接地測(cè)試熱阻參數(shù),具有測(cè)量效率高、成本低、對(duì)器件無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn),但是晶體管熱特性具有復(fù)雜、敏感及不穩(wěn)定的特點(diǎn)。要達(dá)到實(shí)用需要的測(cè)量精度有較大的難度,目前,國(guó)外已研制出原理性的熱阻測(cè)試系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)迫切需要性價(jià)比較高的晶體管測(cè)試篩選設(shè)備。   本系統(tǒng)能對(duì)功率雙極型晶體管 (NPN 和 PNP 型) 測(cè)量瞬態(tài)熱阻和穩(wěn)態(tài)熱阻,還能測(cè)試二極管和發(fā)光管熱阻。通過加載測(cè)試條件到測(cè)試系統(tǒng),根據(jù)晶體管的熱阻特性反映的溫度變化,在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示測(cè)量數(shù)據(jù),并根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行快速篩選。系統(tǒng)具有接觸檢測(cè)和震蕩探測(cè)功能,以防止接觸不良和震蕩造成的溫度測(cè)量錯(cuò)誤,系統(tǒng)還具有防雪崩的自我保護(hù)電路,可用作測(cè)量安全工作區(qū)SOA (safe operating area),以提高了測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 2.熱阻測(cè)試技術(shù)   晶體管的熱阻一般由芯片熱阻、芯片管座接觸熱阻和管殼熱阻組成。生產(chǎn)中與芯片燒結(jié)有關(guān)的芯片管座接觸熱阻最難以控制,燒結(jié)不好,會(huì)使管座芯片熱阻大大增加,使用中會(huì)由于結(jié)溫過高而導(dǎo)致器件失效。   晶體管在脈沖工作狀態(tài)下的熱阻為結(jié)溫升值與耗散脈沖功率幅值之比。對(duì)功率晶體管通常以殼溫作為溫度參考點(diǎn),其表達(dá)式為:θjc=(Tj-Tc)/P,其中Tj為芯片結(jié)溫,Tc為殼溫,P為脈沖功率。熱阻測(cè)量歸結(jié)為對(duì)脈沖功耗P、Tc殼溫及結(jié)溫Tj的測(cè)量,顯然晶體管的結(jié)溫Tj無(wú)法進(jìn)行直接測(cè)量。為此,利用發(fā)射結(jié)的正向壓降Vbe與結(jié)溫Tj在一定的范圍內(nèi)有很好的線性關(guān)系:ΔVbe =M·ΔTj,其中M為溫敏參數(shù),這一關(guān)系被用作測(cè)量晶體管器件熱阻的物理基礎(chǔ),而測(cè)量ΔVbe需要設(shè)定以下幾個(gè)主要參數(shù),它們分別是Vcb(C,B極間電壓);Ie(加載電流);Im (感應(yīng)電流);Pt(功率時(shí)間);Dt(延遲時(shí)間);upper limit(上限);lower limit(下限)。由于各個(gè)生產(chǎn)廠家在工藝上的一些差別,有時(shí)雖為同一型號(hào)的管子,但屬于不同廠家的產(chǎn)品,施加的脈沖功率、測(cè)試時(shí)間及選擇的溫敏參數(shù)都有所不同。 3.測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)架   熱阻測(cè)試系統(tǒng)的基本構(gòu)架是計(jì)算機(jī)通過軟件控制精密模擬和數(shù)字電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)器件的條件施加→結(jié)果采樣→篩選→計(jì)算→比較→判別等一系列程序控制,完成對(duì)被測(cè)器件電參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試,每次測(cè)試的全過程小于0.2秒。系統(tǒng)主要有模擬多路板、數(shù)字多路板、ADC板、Im 板、Ie板和Vcb板組成,如圖1所示。 [align=center] 圖1 系統(tǒng)構(gòu)架[/align] 4.Δvbe測(cè)試流程圖   ΔVbe是晶體管的一個(gè)重要參數(shù),它與晶體管的熱阻有一個(gè)定量的線性關(guān)系,它反映了晶體管的功耗能力,對(duì)晶體管的封裝工藝及失效分析有著重要的指導(dǎo)意義,對(duì)ΔVbe測(cè)試流程如下圖2所示。 [align=center] 圖2 Δvbe測(cè)試系統(tǒng)流程圖[/align] 5.軟件功能實(shí)現(xiàn)模塊   系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)則是使用visual C++語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言二者相結(jié)合完成的,軟件功能實(shí)現(xiàn)模塊有:   1、戶管理模塊,程序運(yùn)行時(shí)需要確定用戶的身份,用戶類型有操作員、維護(hù)員、工程師、系統(tǒng)管理員。操作員權(quán)限是運(yùn)行測(cè)試程序;維護(hù)員權(quán)限是測(cè)試儀器的自檢和校準(zhǔn);工程師權(quán)限是編輯測(cè)試程序;系統(tǒng)管理員具有全部權(quán)限。   2、編輯模塊,用于器件選擇、分類設(shè)置、調(diào)試、建立測(cè)試程序,初始測(cè)試程序的界面如圖3所示: [align=center] 圖3 初始測(cè)試程序界面[/align]   3、運(yùn)行模塊,根據(jù)用戶的參數(shù)設(shè)置,對(duì)器件進(jìn)行測(cè)試,并將測(cè)試結(jié)果和數(shù)據(jù)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。   4、其它模塊,有系統(tǒng)工具、篩選模塊、打印模塊等。系統(tǒng)工具,具有自檢校準(zhǔn)儀器,用于對(duì)熱阻測(cè)試系統(tǒng)的自檢、校準(zhǔn)、磁場(chǎng)測(cè)試;篩選模塊,可根據(jù)用戶設(shè)置的篩選條件,對(duì)器件進(jìn)行不同測(cè)試,將測(cè)試結(jié)果發(fā)送到篩選機(jī);打印模塊,可根據(jù)預(yù)先設(shè)置,將測(cè)試結(jié)果和數(shù)據(jù)以相應(yīng)格式打印,供分析和存檔。 6.結(jié)論   本文對(duì)熱阻測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了分析,設(shè)計(jì)了熱阻測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)架、流程圖,并對(duì)軟件實(shí)現(xiàn)功能模塊作了介紹。由于晶體管的特性復(fù)雜、不穩(wěn)定,在實(shí)際開發(fā)中需要大量的實(shí)踐與探索,以獲得各種參數(shù)值,并在保持較高測(cè)量精度的前提下,達(dá)到測(cè)試成本低,測(cè)量效率高。 參考文獻(xiàn):   [1]張曉莊,廖曉華. 功率晶體管老化篩選技術(shù)的探討[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn) 1984(6):40-4   [2]朱松英,郭 力. ΔVbe測(cè)試條件的確定方法[J]. 半導(dǎo)體技術(shù) 2004.7   [3]李霽紅,賈穎,康銳,高成. 雙極晶體管ΔVbe瞬態(tài)熱阻測(cè)試法精度修正[J]. 半導(dǎo)體學(xué)報(bào),2005. 5:   [4]馮士維,謝雪松,呂長(zhǎng)志等 半導(dǎo)體器件熱特性的電學(xué)法測(cè)量與分析[J]半導(dǎo)體學(xué)報(bào) 1999 20   [5] 阮穎,王學(xué)忠等 半導(dǎo)體激光器老化測(cè)試智能控制系統(tǒng)[J]微計(jì)算機(jī)信息 2005 .12 30-32

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