高精度自動(dòng)化晶體管試驗(yàn)參數(shù)采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種高精度自動(dòng)化晶體管溫度測試采集系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集分析晶體管壓力溫度變化，還能實(shí)現(xiàn)晶體管電性能測試，包括：伺服電機(jī)施力結(jié)構(gòu)、測試電路、恒溫散熱臺(tái)、溫度及壓力傳感器、信息采集及對(duì)比系統(tǒng)5大組成部分。其溫度測試系統(tǒng)控制程序軟件和人機(jī)界面軟件均自主開發(fā)，解決了現(xiàn)有熱阻測試設(shè)備不能自動(dòng)測試采集晶體管壓力及管殼溫度的問題；溫度傳感器，其小面積內(nèi)測試溫度能達(dá)到0.1攝氏度的精度要求，解決了管殼表面溫度的測試難題；自動(dòng)壓力施壓系統(tǒng)，由壓力傳感器、緩沖器、步進(jìn)微距和隔熱器件組成，解決“壓力施壓過程中，既不損傷晶體管外觀和機(jī)構(gòu)自身對(duì)器件發(fā)熱的影響，又能夠以0.1%的精度壓力進(jìn)行緩慢增壓”的問題。
【專利說明】高精度自動(dòng)化晶體管試驗(yàn)參數(shù)采集系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光機(jī)電一體化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的是一種高精度自動(dòng)化晶體管溫度測試 米集系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 晶體管的可靠性是該產(chǎn)品本身所固有的，它的可靠性同原始設(shè)計(jì)是否合理以及 工藝質(zhì)量控制是否嚴(yán)格有著極密切的關(guān)系。然而由于批量生產(chǎn)過程中不可避免的各種因素 產(chǎn)生的潛在缺陷，如：原材料、設(shè)備狀況及相關(guān)工藝條件的某些變動(dòng)，這樣使生產(chǎn)制造出 來的晶體管，即使有合理的原始設(shè)計(jì)及良好的工藝控制，也不能保證生產(chǎn)出的器件完全達(dá) 到規(guī)范的要求。因此通過對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行充分的可靠性摸底試驗(yàn)，并結(jié)合使用條件和可靠性等 級(jí)制定的工藝篩選是提高晶體管可靠性不可缺少的重要工序。然而，目前現(xiàn)有的儀器只能 實(shí)現(xiàn)器件電性能測試，對(duì)測試過程中晶體管的溫度壓力變化分析研究主要采用手動(dòng)方式操 作和數(shù)據(jù)人工記錄，不能實(shí)時(shí)自動(dòng)分析。
[0003] 熱阻是依據(jù)半導(dǎo)體器件PN結(jié)在指定電流下兩端的電壓隨溫度變化而變化為測試 原理，來測試功率半導(dǎo)體器件的熱穩(wěn)定性或封裝等的散熱特性。散熱性差的產(chǎn)品在應(yīng)用過 程中，容易因溫升過高導(dǎo)致失效，而在晶體管的應(yīng)用過程中，其承受的外部壓力對(duì)管殼溫度 有較大影響。因此，研究開發(fā)一種熱阻測試設(shè)備用溫度測試采集分析系統(tǒng)十分必要。然而， 目前國內(nèi)的熱阻測試設(shè)備研發(fā)僅測重于晶體管的電性能測試應(yīng)用，對(duì)于管殼溫度測試也僅 限于手動(dòng)測試、記錄和人工分析，工作量大且耗時(shí)，測試精度也較低。
[0004] 目前，國內(nèi)對(duì)晶體管的溫度壓力變化分析研究主要采用手動(dòng)方式操作和數(shù)據(jù)人工 記錄，尚無晶體管壓力溫度自動(dòng)采集系統(tǒng)的研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)狀和問題，提供了一種高精度自動(dòng)化晶體管溫度測試采集系 統(tǒng)，該系統(tǒng)能精確控制晶體管承受的壓力，實(shí)時(shí)監(jiān)控晶體管管殼溫度，并繪制壓力及溫度變 化曲線，進(jìn)行自動(dòng)分析；能為晶體管應(yīng)用設(shè)計(jì)提供有效依據(jù)，防止失效；可用于指導(dǎo)企業(yè)生 產(chǎn)，使生產(chǎn)單位提前剔除次品和不合格產(chǎn)品，降低廢品率，節(jié)約生產(chǎn)成本。
[0006] -種高精度自動(dòng)化晶體管溫度測試采集系統(tǒng)，主要用于晶體管熱阻測試用溫度控 制，不僅能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集分析晶體管壓力溫度變化，還能實(shí)現(xiàn)晶體管電性能測試，可用于生 產(chǎn)企業(yè)指導(dǎo)生產(chǎn)，提高企業(yè)產(chǎn)品合格率，包括：伺服電機(jī)施力結(jié)構(gòu)、測試電路、恒溫散熱臺(tái)、 溫度及壓力傳感器、信息采集及對(duì)比系統(tǒng)5大組成部分，其硬件結(jié)構(gòu)包括上部下壓機(jī)構(gòu)、前 后移動(dòng)板，左右移動(dòng)滑臺(tái)、恒溫測試臺(tái)、顯示操作界面，其中上部下壓機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)螺桿、定 位倒向桿及軸承、同步輪及同步帶、壓力傳感器和絕熱壓板。
[0007] 本發(fā)明溫度測試系統(tǒng)控制程序軟件和人機(jī)界面軟件均自主開發(fā)，解決了現(xiàn)有熱阻 測試設(shè)備不能自動(dòng)測試采集晶體管壓力及管殼溫度的問題；溫度傳感器，其小面積內(nèi)測試 溫度能達(dá)到〇. 1攝氏度的精度要求，解決了管殼表面溫度的測試難題；自動(dòng)壓力施壓系統(tǒng)， 由壓力傳感器、緩沖器、步進(jìn)微距和隔熱器件組成，解決"壓力施壓過程中，既不損傷晶體管 外觀和機(jī)構(gòu)自身對(duì)器件發(fā)熱的影響，又能夠以0. 1%的精度壓力進(jìn)行緩慢增壓"的問題。 [0008]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是開爾文四線檢測原理， 圖2是本發(fā)明設(shè)備接線圖， 圖3是本發(fā)明測試系統(tǒng)框圖， 圖4是本發(fā)明系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖， 圖5是本發(fā)明上部下壓機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖中：1、上部下壓機(jī)構(gòu)，2、前后移動(dòng)板，3、左右移動(dòng)滑臺(tái)，4、恒溫測試臺(tái)，5、顯示操 作界面，6、傳動(dòng)螺桿，7、定位倒向桿及軸承，8、同步輪及同步帶，9、壓力傳感器，10、絕熱壓 板。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 參見圖1-5, 一種高精度自動(dòng)化晶體管溫度測試采集系統(tǒng)，主要用于晶體管熱阻測 試用溫度控制，主要由伺服電機(jī)施力結(jié)構(gòu)、測試電路、恒溫散熱臺(tái)、溫度及壓力傳感器、信息 采集及對(duì)比系統(tǒng)5大部分組成，各部分技術(shù)設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)過程說明如下： 1)伺服電機(jī)的施力結(jié)構(gòu) 伺服電機(jī)的施力結(jié)構(gòu)采用的是螺旋式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過PLC控制并設(shè)定好單步運(yùn)動(dòng)行程 來實(shí)現(xiàn)高精度的下壓行程，根據(jù)實(shí)際壓力需求來控制下壓行程的大小。施壓結(jié)構(gòu)與被測產(chǎn) 品的接觸面為絕熱材料聚酰亞胺（PI)。PI是綜合性能最佳的有機(jī)高分子材料之一，耐高溫 達(dá)400°C以上，長期使用溫度范圍-200?300°C，無明顯熔點(diǎn)，高絕緣性能，103赫下介電 常數(shù)4. 0,介電損耗僅0. 004?0. 007,屬F至Η級(jí)絕緣材料，其性能指標(biāo)具體如下： 彎曲強(qiáng)度（20°C ):彡170Mpa 導(dǎo)熱系數(shù)：〇· 〇21w/m. k °C 密度：1· 38 ?1. 43g/cm3 沖擊強(qiáng)度（無缺口）：彡28kJ/m2 拉伸強(qiáng)度：彡100 MPa 維卡軟化點(diǎn)：>270°C 伸長率：> 120% PI材料能有效隔離工作器件與周圍環(huán)境溫度的對(duì)流，并盡可能的實(shí)現(xiàn)器件溫度的單向 傳導(dǎo)。
[0012] 2)測試電路 測試電路采用開爾文四線測試方法進(jìn)行。開爾文四線檢測（Kelvin Four-terminal sensing)也被稱之為四端子檢測（4T檢測，4T sensing),其檢測原理如圖1所示， 四線檢測或4點(diǎn)探針法，它是一種電阻抗測量技術(shù)，使用單獨(dú)的對(duì)載電流和電壓檢測 電極，相比傳統(tǒng)的兩個(gè)終端（2T)傳感能夠進(jìn)行更精確的測量。開爾文四線檢測被用于一 些歐姆表和阻抗分析儀，并在精密應(yīng)變計(jì)和電阻溫度計(jì)的接線配置。也可用于測量薄膜的 薄層電阻。四線檢測的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是分離的電流和電壓的電極，消除了布線和接觸電阻的阻 抗。
[0013] 3)恒溫測試臺(tái) 恒溫測試臺(tái)是由導(dǎo)熱很好的紫銅加工而成，能很好的保證在使用過程中良好的導(dǎo)熱。 恒溫臺(tái)里面制冷管道采用的是"S"型雙層盤管結(jié)構(gòu)，恒溫測試臺(tái)通過管道接口與制冷機(jī)進(jìn) 行連接，將制冷機(jī)冷凝劑均勻?qū)氲胶銣氐谋P管結(jié)構(gòu)，散熱效果良好。
[0014] 4)溫度及壓力傳感器 溫度傳感器為PT100傳感器，感應(yīng)溫度誤差為正負(fù)0. rc，溫度傳感器安裝在恒溫臺(tái)上 的固定位置，通過其本身帶有的彈性裝置，可實(shí)現(xiàn)感應(yīng)面與器件的有效接觸；溫度傳感器與 恒溫臺(tái)的接觸面采用絕熱系數(shù)非常好的PI材料進(jìn)行隔離，防止在測試過程中因恒溫臺(tái)制 冷效果帶來測試結(jié)果的偏離。溫度采集系統(tǒng)的接線方式采用的是并聯(lián)接線；器件的每個(gè)管 腳通過探針引出來2根屏蔽線，屏蔽線由探針管腳引線到整個(gè)系統(tǒng)后背板上的6個(gè)開放式 接口和6個(gè)SMA接口；然后再由開放式接口接到測試系統(tǒng)分析儀器，儀器接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行記 錄分析，見設(shè)備接線圖。 全部用低噪聲屏蔽線，其中UCB線和Ie-的單芯屏蔽線要粗，要有足夠的電流，UCB的 線屏蔽層接B，IE的屏蔽線在E引腳懸空不接，SENSOR⑶RRENTS和DVMIN的線用單芯屏 蔽線連接，屏蔽線或接B和接E。 MEASURE最好用雙芯屏蔽線，如果用單芯屏蔽線用2根也可。1腳接B，2腳接E。
[0015] 壓力傳感器的材料為316L不銹鋼。壓力傳感器的顯示通過顯示器實(shí)時(shí)顯示壓力 數(shù)值，使用者可根據(jù)實(shí)際測試需求進(jìn)行壓力調(diào)整，PLC控制系統(tǒng)會(huì)將最后實(shí)際數(shù)值進(jìn)行記錄 并存檔。其感應(yīng)精度見表2-1: 表2-1:感應(yīng)精度表

【權(quán)利要求】
1. 一種高精度自動(dòng)化晶體管溫度測試采集系統(tǒng)，其特征在于：包括伺服電機(jī)施力結(jié) 構(gòu)、測試電路、恒溫散熱臺(tái)、溫度及壓力傳感器、信息采集及對(duì)比系統(tǒng)5大組成部分，其硬件 結(jié)構(gòu)包括上部下壓機(jī)構(gòu)、前后移動(dòng)板，左右移動(dòng)滑臺(tái)、恒溫測試臺(tái)、顯示操作界面，其中上部 下壓機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)螺桿、定位倒向桿及軸承、同步輪及同步帶、壓力傳感器和絕熱壓板。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK104155335SQ201410177002
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】駱衛(wèi)紅, 袁強(qiáng), 張麟, 陳新華, 胡東海, 劉俊 申請(qǐng)人:貴州凱里億云電子科技有限責(zé)任公司