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晶體管加速壽命試驗(yàn)及工作點(diǎn)穩(wěn)定的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】晶體管加速壽命試驗(yàn)及工作點(diǎn)穩(wěn)定的系統(tǒng)，屬于測(cè)量技術(shù)及方法的范疇。包括了放置器件的加熱熱穴（101），加熱平臺(tái)（102），固定加熱平臺(tái)（102）的主機(jī)箱（106）中連接了溫度控制器（107），溫度顯示器（103），電源偏置顯示器（104），電源偏置控制器（105），所述的在加熱平臺(tái)（102）上有30個(gè)相同形狀可放置B3型封裝晶體管的加熱熱穴（101）。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)30只同型號(hào)的晶體管進(jìn)行加熱和工作點(diǎn)穩(wěn)定的功能。
【專利說明】晶體管加速壽命試驗(yàn)及工作點(diǎn)穩(wěn)定的系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明在PC機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)若干只雙極型晶體管的工作點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，使晶體管的工作點(diǎn)穩(wěn)定在PC機(jī)的設(shè)置值。隨著晶體管的內(nèi)部參數(shù)(β >BVceo等)和外部條件(管殼溫度等)的變化，測(cè)量裝置要實(shí)時(shí)的、自動(dòng)的調(diào)整工作點(diǎn)，使其趨近于PC機(jī)的設(shè)定值；當(dāng)不能穩(wěn)定于工作點(diǎn)附近且偏差大于規(guī)定值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。當(dāng)晶體管出現(xiàn)非正常狀態(tài)時(shí)，對(duì)晶體管實(shí)施及時(shí)的保護(hù)，最大限度地避免晶體管的損壞。
【背景技術(shù)】:
[0002]在航天、航空、船舶、兵器等武器裝備的軍用半導(dǎo)體器件中，新品鑒定、老品升級(jí)及可靠性增長(zhǎng)工程的評(píng)價(jià)均需要定量地給出半導(dǎo)體器件的壽命和失效率的量值。其壽命和失效率的量值將用于重點(diǎn)工程、武器裝備的可靠性預(yù)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)中。但是，現(xiàn)行壽命試驗(yàn)(如鑒定試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)等)試驗(yàn)周期長(zhǎng)，成本高，效率低。而要解決上述問題，需要對(duì)多子樣器件同時(shí)進(jìn)行壽命試驗(yàn)，本發(fā)明即可完成最多30只晶體管同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)的，自動(dòng)的工作點(diǎn)監(jiān)控，并可以按照用戶需求對(duì)器件的外部溫度(室溫到300°C)進(jìn)行控制。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0003]本發(fā)明主要實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)30只B3封裝晶體管工作點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控并對(duì)該晶體管進(jìn)行升溫控制。
[0004]本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案:
[0005]晶體管加速壽命試驗(yàn)及工作點(diǎn)穩(wěn)定的系統(tǒng)，包括了放置器件的加熱熱穴101，加熱平臺(tái)102，固定加熱平臺(tái)102的主機(jī)箱106中連接了溫度控制器107，溫度顯示器103，電源偏置顯示器104，電源偏置控制器105 ；pc機(jī)108通過通訊端子和主機(jī)箱106內(nèi)的電源偏置控制器105和溫度控制器107相連實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體管的溫度及工作點(diǎn)的控制；其特征在于:在加熱平臺(tái)102上有30個(gè)相同形狀可放置B3型封裝晶體管的加熱熱穴101，所述的封裝晶體管的每只晶體管的三個(gè)管腳與保護(hù)電路相連，將6只所述晶體管的保護(hù)電路的放置在同一個(gè)電路板上并把電路板固定在加熱平臺(tái)的上方，將電路板上的連接端子連接到主機(jī)箱體106中的電源偏置控制器105上。主機(jī)箱106中的溫度控制器107通過與加熱平臺(tái)102的加熱裝置及熱偶相連實(shí)現(xiàn)對(duì)器件溫度的控制；pc機(jī)108上設(shè)定工作溫度及升溫速率和器件的工作點(diǎn)電壓電流值，通過通訊協(xié)議將工作點(diǎn)電壓電流值傳遞給主機(jī)箱106的溫度控制器107和電源偏置控制器105 ;溫度控制器107根據(jù)獲取的溫度值對(duì)加熱平臺(tái)102中的晶體管進(jìn)行加熱控制，由在加熱平臺(tái)102設(shè)置的熱偶獲取的信號(hào)經(jīng)過溫度控制器107轉(zhuǎn)換為溫度值，并顯示在溫度顯示器103的顯示屏上；電源偏置控制器105根據(jù)獲取的電流電壓信號(hào)對(duì)晶體管的工作點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，其控制值顯示在電源偏置顯示器104中，當(dāng)晶體管的工作點(diǎn)出現(xiàn)偏差時(shí)，電源偏置器104將發(fā)生問題晶體管的信息通過通訊端口傳遞給pc機(jī)108上，提醒用戶對(duì)該器件采取相應(yīng)的措施。
[0006]加熱平臺(tái)102為設(shè)置有同時(shí)放置30只B3型封裝的晶體管的加熱熱穴(101)的金屬厚板，所述金屬厚板長(zhǎng)寬高分別為230mm, 200mm和60mm ;所述的加熱平臺(tái)102由上下兩層金屬板組成，具有儲(chǔ)熱能力，上層金屬板設(shè)置有30個(gè)相同形狀可放置B3型封裝晶體管的加熱熱穴101;下層金屬板用功率為1000—2000W的可控硅驅(qū)動(dòng)熱棒進(jìn)行加熱，用來完成加熱平臺(tái)102的恒溫或升溫速率的溫度控制；30個(gè)加熱熱穴101設(shè)置在加熱平臺(tái)102的中央部位，加熱平臺(tái)102的四周留有50?60mm加熱平臺(tái)寬度，以防止邊緣散熱帶來的不均勻；上下兩層金屬板分別為30mm。
[0007]對(duì)每只被測(cè)封裝晶體管都采用一片獨(dú)立的CPU進(jìn)行控制，同時(shí)采用12位高精度的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，以保證控制的實(shí)時(shí)性和精度；在被測(cè)晶體管的基極回路采用高速的MOSFET IRF540作為保護(hù)的執(zhí)行元件，執(zhí)行時(shí)間為50ns ;同時(shí)在被測(cè)晶體管的集電極回路也設(shè)有用高壓、大功率MOSFET IRF540構(gòu)成的保護(hù)電路，用以完成電壓高達(dá)100V，電流高達(dá)IA的電路的通斷切換，執(zhí)行時(shí)間為200ns。
[0008]測(cè)量中30只晶體管的測(cè)量進(jìn)行分路控制，其由PC機(jī)108的接口模塊完成的，接口模塊中的地址與控制信號(hào)鎖存器的將當(dāng)前測(cè)試選通到指定的被測(cè)封裝晶體管；數(shù)據(jù)緩沖器用來存儲(chǔ)當(dāng)前被測(cè)器件的各參數(shù)，并等待接口模塊中微控制器發(fā)指令后將數(shù)據(jù)上傳到PC機(jī)108進(jìn)行處理。
[0009]目前市場(chǎng)上沒有針對(duì)此需求的監(jiān)控裝置，此發(fā)明為可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而完成的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1:本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2:本發(fā)明的晶體管防自激電路；
[0012]圖3:本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4:本發(fā)明的前置測(cè)量模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5:本發(fā)明的PC機(jī)接口模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖6:本發(fā)明的PC機(jī)數(shù)據(jù)配置及處理模塊示意圖；
[0016]圖中:101、加熱熱穴，102、加熱平臺(tái)，103、溫度顯示器，104、電源偏置顯示器，105、電源偏置控制器，106、主機(jī)箱，107、溫度控制器，108、pc機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】如下，對(duì)B3型晶體管采用共射極接法，共射極接法能有效地防止器件因電流過負(fù)荷而損壞，圖2為每只晶體管的保護(hù)電路。由于保護(hù)電路必須靠近器件才有效，另外根據(jù)加熱平臺(tái)102的加熱熱穴101的位置分布，每個(gè)電路板上可以連接6只帶有保護(hù)電路的器件，并將這樣的5個(gè)電路板分別固定在加熱平臺(tái)的上方，且晶體管的管帽倒放在加熱熱穴101中，加涂導(dǎo)熱脂，形成一個(gè)熱板的加熱方式。加熱平臺(tái)102是一個(gè)具有長(zhǎng)寬高分別為230mm，200mm和60mm的金屬厚板，由上下兩層組成，具有儲(chǔ)熱能力。加熱平臺(tái)102實(shí)際上是一個(gè)熱板形式的加熱器。熱板上層為30個(gè)相同形狀可放置B3型封裝晶體管的加熱熱穴101;熱板下層用1000—2000W的可控硅驅(qū)動(dòng)熱棒進(jìn)行加熱，可以完成熱臺(tái)的恒溫或升溫速率的溫度控制。熱板的溫度是用熱偶在加熱平臺(tái)102中心進(jìn)行測(cè)量。溫度控制器107采用航天部502所的64段溫控系統(tǒng)融合在本發(fā)明中，溫度顯示器103面板采用數(shù)字式顯示，控制采用觸摸式操作。[0018]在測(cè)量前首先要對(duì)加熱平臺(tái)102進(jìn)行校準(zhǔn)，本發(fā)明用電學(xué)法來校準(zhǔn)加熱平臺(tái)102及各加熱熱穴101的溫度。我們利用晶體管P-N結(jié)正向電壓隨溫度線性變化的溫度特性，采用美國(guó)生產(chǎn)型號(hào)為DESPATCH-900的溫箱，控溫精度為±0.1°C，用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的誤差為±0.1°C )和一支樣管放入恒溫箱內(nèi)，在EB結(jié)上加正向小電流100 μ Α,在不同溫度下，記錄下EB結(jié)壓降的毫伏值，將得到一組標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)顯示的溫度與EB結(jié)壓降的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，做出溫度?毫伏曲線圖?？刂萍訜崞脚_(tái)102升溫至某一溫度，把這支標(biāo)定的樣管放入每個(gè)熱穴，利用該樣管做出的溫度?毫伏曲線圖，可以得到加熱熱穴101的溫度分布，同時(shí)與熱偶測(cè)量的溫度，做一個(gè)差值記錄，進(jìn)行溫度修正。在實(shí)際測(cè)試中我們利用這條曲線測(cè)量器件的溫度。由于標(biāo)定的溫箱和標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)精度都在±0.1°C，經(jīng)過這樣標(biāo)定后加熱熱穴101溫度的誤差能保證在±1°C以內(nèi)。為了保證30只管子的溫度均勻性，采取了四項(xiàng)措施:
(I).30個(gè)熱穴集中于加熱平臺(tái)的中央部位，四周留有50?60mm加熱平臺(tái)寬度，以防止邊緣散熱帶來的不均勻性。(2).另外要使加熱平臺(tái)厚度盡量厚，我們?cè)O(shè)計(jì)的上下加熱層分別為30mm厚，(共60mm厚)。(3).盡量減小熱穴與熱穴之間的距離和熱穴的總面積。(4).避免環(huán)境對(duì)加熱平臺(tái)溫度恒定的干擾，如:防止氣體流動(dòng)對(duì)加熱平臺(tái)溫度恒定的干擾等。我們用已標(biāo)定好的樣管去測(cè)量每一個(gè)熱穴的溫度，能做到每個(gè)熱穴溫度的離散度在±1.5°C以內(nèi)。
[0019]電源控制模塊105的設(shè)計(jì)主要考慮兩點(diǎn):⑴對(duì)晶體管工作點(diǎn)控制的精度和實(shí)時(shí)性能。⑵對(duì)被測(cè)晶體管保護(hù)的完善性。
[0020]針對(duì)上述兩點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中采取了如下措施:⑴每一個(gè)前置測(cè)量模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)被測(cè)晶體管，如圖3所示，前置測(cè)量模塊的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，對(duì)每只被測(cè)晶體管都用一片獨(dú)立的CPU進(jìn)行控制，微控制器STM32F103將用戶設(shè)置的工作點(diǎn)通過12位高精度的D/A轉(zhuǎn)換器AD7521和15V直流電源給被測(cè)晶體管的基極提供一個(gè)適當(dāng)?shù)妮斎腚娏?，被測(cè)器件連接預(yù)放模塊(0P07放大器實(shí)現(xiàn))，分壓模塊(電阻分壓100:5)和IV轉(zhuǎn)換模塊(0.1 Ω電阻采樣，0P07放大)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)VBE，VCE和IE三個(gè)參數(shù)的測(cè)試并通過多路開關(guān)來進(jìn)行切換，并將測(cè)試結(jié)果通過12位高精度的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由微控制器讀取，微控制器對(duì)讀取的狀態(tài)量與用戶設(shè)定的工作點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，如果發(fā)生漂移，則通過相應(yīng)算法產(chǎn)生新的基極電流控制信號(hào)對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行調(diào)控以保證控制的實(shí)時(shí)性和精度。⑵在被測(cè)晶體管的基極回路采用高速的MOSFET (IRF540)作為保護(hù)的執(zhí)行元件，執(zhí)行時(shí)間約為50ns ;同時(shí)在被測(cè)晶體管的集電極回路也設(shè)計(jì)有用高壓、大功率MOSFET (IRF540)構(gòu)成的保護(hù)電路，可以完成高電壓(100V)、大電流(IA)的通斷切換，執(zhí)行時(shí)間約為200ns。
[0021]最后，為了保證測(cè)量中30只晶體管的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，需要進(jìn)行分路控制，這個(gè)是由PC機(jī)接口模塊完成的，如圖5所示，微控制器采用STM32F103驅(qū)動(dòng)地址與控制鎖存器和數(shù)據(jù)緩沖器，其中地址與控制信號(hào)鎖存器74LS245的作用就是將當(dāng)前測(cè)試選通到指定的被測(cè)器件；數(shù)據(jù)緩沖器用來存儲(chǔ)當(dāng)前被測(cè)器件的各參數(shù)，并等待微控制器發(fā)指令后將數(shù)據(jù)上傳到Pc機(jī)進(jìn)行處理。為了閱讀完整性，圖6給出了 pc機(jī)數(shù)據(jù)配置與處理的模塊圖。
【權(quán)利要求】
1.晶體管加速壽命試驗(yàn)及工作點(diǎn)穩(wěn)定的系統(tǒng)，包括了放置器件的加熱熱穴(101)，加熱平臺(tái)(102)，固定加熱平臺(tái)(102)的主機(jī)箱(106)中連接了溫度控制器(107)，溫度顯示器(103)，電源偏置顯示器(104)，電源偏置控制器(105) ；pc機(jī)(108)通過通訊端子和主機(jī)箱(106)內(nèi)的電源偏置控制器(105)和溫度控制器(107)相連實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體管的溫度及工作點(diǎn)的控制；其特征在于:在加熱平臺(tái)(102)上有30個(gè)相同形狀可放置B3型封裝晶體管的加熱熱穴(101)，所述的封裝晶體管的每只晶體管的三個(gè)管腳與保護(hù)電路相連，將6只所述晶體管的保護(hù)電路的放置在同一個(gè)電路板上并把電路板固定在加熱平臺(tái)的上方，將電路板上的連接端子連接到主機(jī)箱體(106)中的電源偏置控制器(105)上。主機(jī)箱(106)中的溫度控制器(107)通過與加熱平臺(tái)(102)的加熱裝置及熱偶相連實(shí)現(xiàn)對(duì)器件溫度的控制；pc機(jī)(108)上設(shè)定工作溫度及升溫速率和器件的工作點(diǎn)電壓電流值，通過通訊協(xié)議將工作點(diǎn)電壓電流值傳遞給主機(jī)箱(106)的溫度控制器(107)和電源偏置控制器(105);溫度控制器(107)根據(jù)獲取的溫度值對(duì)加熱平臺(tái)(102)中的晶體管進(jìn)行加熱控制，由在加熱平臺(tái)(102)設(shè)置的熱偶獲取的信號(hào)經(jīng)過溫度控制器(107)轉(zhuǎn)換為溫度值，并顯示在溫度顯示器(103)的顯示屏上；電源偏置控制器(105)根據(jù)獲取的電流電壓信號(hào)對(duì)晶體管的工作點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，其控制值顯示在電源偏置顯示器(104)中，當(dāng)晶體管的工作點(diǎn)出現(xiàn)偏差時(shí)，電源偏置器(104)將發(fā)生問題晶體管的信息通過通訊端口傳遞給pc機(jī)(108上，提醒用戶對(duì)該器件采取相應(yīng)的措施。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管加速壽命試驗(yàn)及工作點(diǎn)穩(wěn)定的系統(tǒng)，其特征在于:力口熱平臺(tái)(102)為設(shè)置有同時(shí)放置30只B3型封裝的晶體管的加熱熱穴(101)的金屬厚板，所述金屬厚板長(zhǎng)寬高分別為230mm, 200mm和60mm ;所述的加熱平臺(tái)(102)由上下兩層金屬板組成，具有儲(chǔ)熱能力，上層金屬板設(shè)置有30個(gè)相同形狀可放置B3型封裝晶體管的加熱熱穴(101);下層金屬板用功率為1000—2000W的可控硅驅(qū)動(dòng)熱棒進(jìn)行加熱，用來完成加熱平臺(tái)(102)的恒溫或升溫速率的溫度控制；30個(gè)加熱熱穴(101)設(shè)置在加熱平臺(tái)(102)的中央部位，加熱平臺(tái)(102)的四周留有50?60mm加熱平臺(tái)寬度，以防止邊緣散熱帶來的不均勻；上下兩層金屬板分別為30mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管加速壽命試驗(yàn)及工作點(diǎn)穩(wěn)定的系統(tǒng)，其特征在于:對(duì)每只被測(cè)封裝晶體管都采用一片獨(dú)立的CPU進(jìn)行控制，同時(shí)采用12位高精度的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，以保證控制的實(shí)時(shí)性和精度；在被測(cè)晶體管的基極回路采用高速的MOSFET IRF540作為保護(hù)的執(zhí)行元件，執(zhí)行時(shí)間為50ns ;同時(shí)在被測(cè)晶體管的集電極回路也設(shè)有用高壓、大功率M0SFETIRF540構(gòu)成的保護(hù)電路，用以完成電壓高達(dá)100V，電流高達(dá)IA的電路的通斷切換，執(zhí)行時(shí)間為200ns。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管加速壽命試驗(yàn)及工作點(diǎn)穩(wěn)定的系統(tǒng)，其特征在于:測(cè)量中30只晶體管的測(cè)量進(jìn)行分路控制，其由PC機(jī)(108)的接口模塊完成的，接口模塊中的地址與控制信號(hào)鎖存器的將當(dāng)前測(cè)試選通到指定的被測(cè)封裝晶體管；數(shù)據(jù)緩沖器用來存儲(chǔ)當(dāng)前被測(cè)器件的各參數(shù)，并等待接口模塊中微控制器發(fā)指令后將數(shù)據(jù)上傳到pc機(jī)(108)進(jìn)行處理。
【文檔編號(hào)】G01R31/26GK103728546SQ201410016013
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】張小玲, 謝雪松, 劉榿, 呂長(zhǎng)志, 李志國(guó) 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)