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用于熱阻測(cè)試的高精度溫控試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于晶體管熱阻測(cè)試的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，其具有：施力單元，包括驅(qū)動(dòng)裝置和施壓裝置，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)施壓裝置向被測(cè)器件施加測(cè)試所需的壓力；恒溫平臺(tái)，用于承載被測(cè)器件，并保持被測(cè)器件處于測(cè)試所需的溫度條件；測(cè)試單元，設(shè)置在恒溫平臺(tái)中，用于將被測(cè)器件的管腳與測(cè)試分析裝置相連接，從而對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行電性能測(cè)試；傳感器單元，用于探測(cè)被測(cè)器件的測(cè)試溫度和測(cè)試壓力；信息采集與處理單元，用于采集所述傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和顯示。該系統(tǒng)能滿足宇航型號(hào)用功率器件熱阻測(cè)試工程化實(shí)施所需的高準(zhǔn)確性、高測(cè)試效率以及寬適用性的要求。
【專利說明】用于熱阻測(cè)試的高精度溫控試驗(yàn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種用于晶體管熱阻測(cè)試的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度是影響半導(dǎo)體器件的特性的重要因素。器件工作時(shí)，過高的結(jié)溫會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生很多不良的影響，如性能降低，可靠性降低，壽命縮短等。隨著器件向小尺寸和高集成度的發(fā)展，在有限的空間上承載的功率密度越來(lái)越大。這對(duì)半導(dǎo)體器件工作溫度的研究，提出了越來(lái)越迫切的要求。
[0003]目前針對(duì)分立器件，國(guó)內(nèi)的熱阻測(cè)試方法、標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較完善，但尚存在測(cè)試精度不高、測(cè)試效率差、適用范圍窄等缺點(diǎn)，尤其是在如何減少環(huán)境因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，如溫度、壓力尤其是電信號(hào)噪聲控制等方面尚存在較大欠缺，上述因素制約著熱阻測(cè)試工程化的實(shí)施。
[0004]為滿足宇航型號(hào)用功率器件熱阻測(cè)試工程化實(shí)施所需的高準(zhǔn)確性、高測(cè)試效率以及寬適用性的要求，用于晶體管熱阻測(cè)試的高精度溫控試驗(yàn)系統(tǒng)需同時(shí)滿足電信號(hào)噪聲控制、殼溫控制、壓力控制等相應(yīng)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為實(shí)現(xiàn)上述要求，本發(fā)明提供一種用于熱阻測(cè)試的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，其具有:施力單元，包括驅(qū)動(dòng)裝置和施壓裝置，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)施壓裝置向被測(cè)器件施加測(cè)試所需的壓力；恒溫平臺(tái)，用于承載被測(cè)器件，并保持被測(cè)器件處于測(cè)試所需的溫度條件；測(cè)試單元，設(shè)置在恒溫平臺(tái)中，用于將被測(cè)器件的管腳與測(cè)試分析裝置相連接，從而對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行電性能測(cè)試；傳感器單元，用于探測(cè)被測(cè)器件的測(cè)試溫度和測(cè)試壓力；信息采集與處理單元，用于采集所述傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和顯示。
[0006]優(yōu)選地，本發(fā)明的施力單元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(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的下壓行程，并根據(jù)實(shí)際壓力需求來(lái)控制下壓行程的大小。施壓裝置與被測(cè)產(chǎn)品的接觸面為絕熱材料；絕熱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)。
[0007]優(yōu)選的，本申請(qǐng)的測(cè)試單元采用開爾文(Kelvin)四線檢測(cè)方法。開爾文四線檢測(cè)方法是一種電阻抗測(cè)量技術(shù)，使用分離的電流和電壓的電極，消除了布線和接觸電阻的阻抗，相比傳統(tǒng)的兩個(gè)終端傳感能夠進(jìn)行更精確的測(cè)量。
[0008]優(yōu)選的，所述測(cè)試單元包括多個(gè)插孔，每個(gè)插孔的一端分別與被測(cè)器件的管腳相連接，另一端引出2根屏蔽線；所述插孔為可通過大電流插孔，其頂端用于插接被測(cè)器件管腳。
[0009]優(yōu)選的，所述恒溫平臺(tái)選用導(dǎo)熱性能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(cè)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。
[0010]優(yōu)選的，所述溫度傳感器為康銅傳感器，感應(yīng)溫度誤差為正負(fù)0.2°C，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)的接觸面采用絕熱材料進(jìn)行隔離，防止在測(cè)試過程中因恒溫臺(tái)制冷效果帶來(lái)測(cè)試結(jié)果的偏離。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述壓力傳感器的材料為鋁合金，其感應(yīng)精度為正負(fù)0.5g。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(cè)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。
[0012]優(yōu)選的，信息采集與處理單元，使用PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并實(shí)時(shí)與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將溫度傳感器、壓力傳感器檢出的電壓信號(hào)通過PLC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸，并將數(shù)據(jù)在PC機(jī)設(shè)計(jì)軟件上進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。
[0013]本發(fā)明還提供了一種采用溫控試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行熱阻測(cè)試方法，包括如下步驟:
第I步:調(diào)整初始參數(shù)；
第2步:把被測(cè)器件放入恒溫平臺(tái)，使被測(cè)件與施壓裝置對(duì)正；
第3步:調(diào)節(jié)恒溫平臺(tái)的溫度和施力單元的壓力，以達(dá)到測(cè)試條件后，使被測(cè)器件通電工作；
第4步:待溫度傳感器平穩(wěn)工作時(shí)，由信息采集與處理單元開始采集和記錄數(shù)據(jù)；
第5步:把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)分析；
第6步:確認(rèn)分析結(jié)果是否符合實(shí)驗(yàn)要求。
[0014]根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的高精度溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠達(dá)到如下效果:
1、可施加的最大壓力為20kg,壓力控制精度滿足±0.1kg ；
2、在試驗(yàn)過程中，設(shè)備能實(shí)時(shí)控制、記錄器件管殼的溫度變化，殼溫控制范圍(Tl50°C，控溫精度±0.2°C ;
3、實(shí)現(xiàn)器件熱流沿管殼向下進(jìn)行單向傳導(dǎo)；
4、能夠適應(yīng)多種封裝形式的器件，并具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1:根據(jù)本發(fā)明的高精溫控試驗(yàn)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2:根據(jù)本發(fā)明的施力單元的示意圖。
[0017]圖3:根據(jù)本發(fā)明的恒溫平臺(tái)的示意圖。
[0018]圖4:圖3中A處的放大圖。
[0019]圖5:開爾文四線檢測(cè)方法的原理圖。
[0020]圖6:根據(jù)本發(fā)明的高精溫控試驗(yàn)系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
[0021]其中:
I施力單元 10溫控試驗(yàn)系統(tǒng) 11傳動(dòng)螺桿 12定位導(dǎo)向桿 13同步輪及同步帶 14壓力傳感器 15絕熱壓板 16施壓裝置 2恒溫平臺(tái) 3測(cè)試單元 4機(jī)座
41顯示操作界面 42操作按鍵 5被測(cè)器件。
【具體實(shí)施方式】
[0022]一種用于晶體管熱阻測(cè)試的高精度溫控試驗(yàn)系統(tǒng)10如圖1所示，其具有施力單元
1、恒溫平臺(tái)2、測(cè)試單元3、機(jī)座4。恒溫平臺(tái)2設(shè)置在機(jī)座4上，施力單元I通過左右移動(dòng)滑臺(tái)和前后移動(dòng)板調(diào)整相對(duì)于恒溫平臺(tái)2的位置。機(jī)座4有顯示操作界面41和操作按鍵42。
[0023]施力單元I具體結(jié)構(gòu)參見圖2。施力單元I采用螺旋式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)通過同步輪13和同步帶驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)螺桿11轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)施壓裝置16向下運(yùn)動(dòng)。施壓裝置16上設(shè)置有定位導(dǎo)向桿12。施壓裝置16上設(shè)置有絕熱壓板15用于與被測(cè)器件接觸。絕熱壓板15和施壓裝置16之間設(shè)置有壓力傳感器14。通過PLC控制并設(shè)定好單步運(yùn)動(dòng)行程來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的下壓行程，根據(jù)實(shí)際壓力需求來(lái)控制下壓行程的大小。絕熱壓板15能有效隔離被測(cè)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)。
[0024]參見圖3和圖4，恒溫平臺(tái)2用于承載被測(cè)器件5，并保持被測(cè)器件5處于測(cè)試所需的溫度條件。恒溫平臺(tái)2其選用導(dǎo)熱性能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。恒溫平臺(tái)2里面的制冷管道(圖中未示出)采用的是“S”型雙層盤管結(jié)構(gòu)，制冷管道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。
[0025]恒溫平臺(tái)2的上表面設(shè)置多組測(cè)試位置，每個(gè)測(cè)試位置處具有測(cè)試單元的多個(gè)插孔21和溫度傳感器22。插孔21為大電流插孔，其頂端用于插接被測(cè)器件管腳。插孔21能夠適應(yīng)多種封裝形式的器件(例如F0、F1、F2、F4型等)，具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。
[0026]插孔22的另一端引出2根屏蔽線，然后再接到測(cè)試分析儀器，測(cè)試分析儀器接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄分析。
[0027]本申請(qǐng)的測(cè)試單元采用開爾文(Kelvin)四線檢測(cè)方法。開爾文四線檢測(cè)方法是一種電阻抗測(cè)量技術(shù)，如圖5所示，使用分離的電流和電壓的電極，消除了布線和接觸電阻的阻抗影響，相比傳統(tǒng)的兩個(gè)終端傳感能夠進(jìn)行更精確的測(cè)量。
[0028]溫度傳感器22為康銅傳感器，感應(yīng)溫度誤差為正負(fù)0.2°C，溫度傳感器22安裝在恒溫平臺(tái)2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)面與被測(cè)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)非常好的材料進(jìn)行隔離，防止在測(cè)試過程中因恒溫臺(tái)制冷效果帶來(lái)測(cè)試結(jié)果的偏離。
[0029]圖6為本申請(qǐng)溫控試驗(yàn)系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。溫度、壓力傳感器的數(shù)據(jù)通過信息采集與處理單元與主控電腦相連，信息采集與處理單元包括進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的PLC以及實(shí)現(xiàn)控制和操作功能的顯示、控制單元。測(cè)試單元的數(shù)據(jù)傳送給測(cè)試分析裝置(例如示波器)進(jìn)行分析測(cè)試。測(cè)試分析裝置的分析測(cè)試結(jié)果也可以上傳給主控電腦。
[0030]該溫控試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法如下:
第I步:開啟電源，在顯示屏上調(diào)整所需參數(shù)。
[0031]第2步:把被測(cè)器件放入恒溫平臺(tái)。
[0032]第3步:前后或左右移動(dòng)施壓裝置，使被測(cè)器件對(duì)正絕熱壓板。
[0033]第4步:恒溫平面與冷水機(jī)開始工作，確保恒溫平臺(tái)符合測(cè)試需求。
[0034]第5步:按《運(yùn)行》按鍵是下壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，并根據(jù)壓力傳感器的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)下壓行程。
[0035]第6步:確認(rèn)施加壓力和已經(jīng)達(dá)到需要數(shù)值后，給被測(cè)器件進(jìn)行供電工作。
[0036]第7步:待溫度傳感器平穩(wěn)工作時(shí)開始記錄采集數(shù)據(jù)。
[0037]第8步:PLC采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0038]第9步:將PLC通過串口線與PC機(jī)進(jìn)行連接，把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)分析。
[0039]第10步:確認(rèn)分析結(jié)果是否符合實(shí)驗(yàn)要求。
[0040]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，所有設(shè)計(jì)和改動(dòng)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于熱阻測(cè)試的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，其具有 施力單元，包括驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和施壓裝置，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)施壓裝置向被測(cè)器件施加測(cè)試所需的壓力； 恒溫平臺(tái)，用于承載被測(cè)器件，并保持被測(cè)器件處于測(cè)試所需的溫度條件； 測(cè)試單元，設(shè)置在恒溫平臺(tái)中，用于將被測(cè)器件的管腳與測(cè)試分析裝置相連接，從而對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行電性能測(cè)試； 傳感器單元，用于探測(cè)被測(cè)器件的測(cè)試溫度和測(cè)試壓力； 信息采集與處理單元，用于采集所述傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)采用螺旋式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:施壓裝置與被測(cè)器件接觸的表面上設(shè)置有絕熱材料。
4.如權(quán)利要求3所述的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述絕熱材料為聚酰亞胺。
5.如權(quán)利要求1所述的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述測(cè)試單元采用開爾文四線檢測(cè)方法。
6.如權(quán)利要求1或5所述的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述測(cè)試單元包括多個(gè)插孔，每個(gè)插孔的一端分別與被測(cè)器件的管腳相連接，另一端引出兩根屏蔽線與測(cè)試分析儀器相連接。
7.如權(quán)利要求6所述的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述插孔為大電流插孔，其頂端用于插接被測(cè)器件管腳。
8.如權(quán)利要求1所述的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述恒溫平臺(tái)由紫銅加工而成，其內(nèi)部具有制冷管道。
9.如權(quán)利要求8所述的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述恒溫平臺(tái)的制冷管道采用的是” S”型雙層盤管結(jié)構(gòu)，恒溫平臺(tái)通過管道接口與制冷機(jī)進(jìn)行連接，將制冷機(jī)冷凝液均勻?qū)氲胶銣氐谋P管結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的溫控試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述溫度傳感器安裝在恒溫臺(tái)上，并且溫度傳感器具有彈性裝置，以實(shí)現(xiàn)傳感器的感應(yīng)面與被測(cè)器件的有效接觸。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK103792254SQ201410021593
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】唐章東, 張紅旗, 王征, 寧永成, 蒲瑞民, 賈曉, 毛喜平 申請(qǐng)人:中國(guó)空間技術(shù)研究院