晶體管熱阻測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

　　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，通過測量晶體管ΔVbe參數(shù)間接地測試熱阻參數(shù)，具有測量效率高、成本低、對器件無損傷等優(yōu)點，但是晶體管熱特性具有復(fù)雜、敏感及不穩(wěn)定的特點。要達(dá)到實用需要的測量精度有較大的難度，目前，國外已研制出原理性的熱阻測試系統(tǒng)。國內(nèi)市場迫切需要性價比較高的晶體管測試篩選設(shè)備。

　　本系統(tǒng)能對功率雙極型晶體管 (NPN 和 PNP 型) 測量瞬態(tài)熱阻和穩(wěn)態(tài)熱阻，還能測試二極管和發(fā)光管熱阻。通過加載測試條件到測試系統(tǒng)，根據(jù)晶體管的熱阻特性反映的溫度變化，在計算機(jī)屏幕上顯示測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行快速篩選。系統(tǒng)具有接觸檢測和震蕩探測功能，以防止接觸不良和震蕩造成的溫度測量錯誤，系統(tǒng)還具有防雪崩的自我保護(hù)電路，可用作測量安全工作區(qū)SOA (safe operating area)，以提高了測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　2.熱阻測試技術(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，會使管座芯片熱阻大大增加，使用中會由于結(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。對功率晶體管通常以殼溫作為溫度參考點，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。熱阻測量歸結(jié)為對脈沖功耗P、Tc殼溫及結(jié)溫Tj的測量，顯然晶體管的結(jié)溫Tj無法進(jìn)行直接測量。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)系被用作測量晶體管器件熱阻的物理基礎(chǔ)，而測量ΔVbe需要設(shè)定以下幾個主要參數(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（功率時間）；Dt（延遲時間）；upper limit(上限)；lower limit(下限)。由于各個生產(chǎn)廠家在工藝上的一些差別，有時雖為同一型號的管子，但屬于不同廠家的產(chǎn)品，施加的脈沖功率、測試時間及選擇的溫敏參數(shù)都有所不同。

　　3.測試系統(tǒng)構(gòu)架

　　熱阻測試系統(tǒng)的基本構(gòu)架是計算機(jī)通過軟件控制精密模擬和數(shù)字電路，實現(xiàn)對被測器件的條件施加→結(jié)果采樣→篩選→計算→比較→判別等一系列程序控制，完成對被測器件電參數(shù)的自動測試，每次測試的全過程小于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。

　　圖1   系統(tǒng)構(gòu)架

　　4.Δvbe測試流程圖

　　ΔVbe是晶體管的一個重要參數(shù)，它與晶體管的熱阻有一個定量的線性關(guān)系，它反映了晶體管的功耗能力，對晶體管的封裝工藝及失效分析有著重要的指導(dǎo)意義，對ΔVbe測試流程如下圖2所示。

　　圖2  Δvbe測試系統(tǒng)流程圖

　　5.軟件功能實現(xiàn)模塊

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計則是使用visual C++語言和匯編語言二者相結(jié)合完成的，軟件功能實現(xiàn)模塊有：

　　1、戶管理模塊，程序運(yùn)行時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)行測試程序；維護(hù)員權(quán)限是測試儀器的自檢和校準(zhǔn)；工程師權(quán)限是編輯測試程序；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、建立測試程序，初始測試程序的界面如圖3所示：

　　圖3   初始測試程序界面

　　3、運(yùn)行模塊，根據(jù)用戶的參數(shù)設(shè)置，對器件進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果和數(shù)據(jù)顯示在計算機(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，用于對熱阻測試系統(tǒng)的自檢、校準(zhǔn)、磁場測試；篩選模塊，可根據(jù)用戶設(shè)置的篩選條件，對器件進(jìn)行不同測試，將測試結(jié)果發(fā)送到篩選機(jī)；打印模塊，可根據(jù)預(yù)先設(shè)置，將測試結(jié)果和數(shù)據(jù)以相應(yīng)格式打印，供分析和存檔。