控制晶体管结温的稳态工作寿命试验设备制造技术

一种控制晶体管结温的稳态工作寿命试验设备，是由控制系统、电源系统及试验工作台组成。该控制系统是由主控计算机系统和结温测控系统组成。该主控计算机系统包括有主控计算机及数据采集卡和Ｉ／Ｏ控制卡，数据采集卡和Ｉ／Ｏ控制卡位于主控计算机内部，它们一起构成了主控计算机系统。数据采集卡与各个受试样管的基极和发射极相连；Ｉ／Ｏ控制卡和稳态工作试验台电源相连。结温测量及控制系统通过铂电阻监控受试样管的壳温，铂电阻粘贴在受试样管的管壳上，同时结温测量及控制系统与制冷风扇连接，控制制冷风扇的开关状态。该电源系统由两组直流稳压电源组成。它能够实时测量和控制受试样管的结温，提高功率晶体管稳态工作寿命试验的可信度。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利说明 一.
本技术是一种控制晶体管结温的稳态工作寿命试验设备，属于半导体器件可靠性试验的性术领域。二.
技术介绍
稳态工作寿命试验是考核功率晶体管可靠性的行之有效的方法，现行国际标准IEC747-7-1988和与之等同的我国国家标准GB/T4587-94以及美国军用标准MIL-STD-750D均将该试验规定为必须试验项目。稳态工作寿命试验条件要素包括①晶体管的电应力。例如，IEC747-7、GB/T4587以及美军标MIL-STD-750规定的功率晶体管稳态工作寿命试验的电应力均为与规定壳温Tc相应的最大额定功率Ptotmax。②晶体管的结温Tj。通常在最高允许结温Tjmax附近。例如，我国军用标准GJB128A-97《半导体分立器件试验方法》方法1039中的试验条件B对底座或散热器安装的双极型晶体管，结温规定为 ③晶体管稳态持续工作时间。例如，GJB33A-97《半导体分立器件总规范》对质量一致性检验C6分组稳态工作寿命试验条件规定为稳态持续工作时间“在最高结温下至少1000小时”。现行的功率晶体管稳态工作寿命试验设备都是按恒定壳温设计的，试验中无法测量结温。若想获取晶体管的结温，则需要根据公式(1)进行计算。Tj＝Ptotmax×Rth(j-c)+Tc(1)式中Tj为晶体管的结温，Tc为晶体管的壳温，Ptotmax为与规定壳温Tc相应的晶体管稳态工作最大额定功率，Rth(j-c)为晶体管的结-壳热阻(设计值)。可以看出，只有当晶体管的结-壳热阻Rth(j-c)为设计值时，晶体管的结温才可能达到最高允许结温Tjmax。而功率晶体管的结-壳热阻Rth(j-c)实际值一般都小于设计值。例如以B2-01型式封装的3DD63型晶体管，其最大额定功率Ptotmax＝50瓦(Tc=75℃)，当结-壳热阻Rth(j-c)设计值为2摄氏度每瓦(℃/W)时，结温Tj才可能达到最高允许结温Tjmax=175℃。但是测量表明以B2-01型式封装的3DD63型晶体管的结-壳热阻Rth(j-c)一般不大于1.3摄氏度每瓦(℃/W)，其实际结温Tj≤140℃，低于标准要求的结温 ，以致在规定试验时间内达不到剔除缺陷产品的目的，从而降低了试验的可信度。现有的大功率晶体管老化设备存在一些不足例如大多采用水冷散热的方式控制壳温；试验过程中由操作人员定时测量壳温并通过人工调整散热条件的方式来控制壳温。而且由于受试样管之间存在热关联，无法保证受试样管的壳温稳定在规定值范围内，一旦晶体管壳温失控，超过规定的温度，将可能导致器件失效。此外试验过程中样管的电参数的变化，特别是高温下的电参数的变化情况，对评价样管的可靠性具有重要的意义。但是现行方法和设备在试验过程中不对受试样管的电参数和热敏电参数进行监控，除非样管发生短路、开路等极端情况才终止试验，否则试验定时结尾才对样管进行电参数测试，这也可导致试验的可信度降低。显然，要符合标准规定的试验应力要求，则需要在稳态工作寿命试验过程中实施结温Tj的监测和控制。在标准规定应力下取得的试验数据，才能反映晶体管在额定应力下工作时的实际可靠性特征。在稳态工作条件下实现对受试晶体管结温测量和控制，可以提高试验的可信度。三.
技术实现思路
本技术的目的是提供一种在稳态工作寿命试验过程中，能够实时测量和控制受试样管结温的试验设备，提高功率晶体管稳态工作寿命试验的可信度。本技术一种控制晶体管结温的稳态工作寿命试验设备，它是由控制系统(包括主控计算机系统和结温测控系统)、电源系统及试验工作台组成。该控制系统是由主控计算机系统和结温测控系统组成。该主控计算机系统包括有主控计算机及数据采集卡和I/O控制卡，数据采集卡和I/O控制卡位于主控计算机内部，它们一起构成了主控计算机系统。数据采集卡与各个受试样管的基极和发射极相连，用于实时采集受试样管的正向压降VBE；I/O控制卡和稳态工作试验台电源相连，用于控制受试样管工作电流IH的通断状态。主控计算机接收和处理来自数据采集卡的信息、控制受试样管工作电流IH的通断状态和时间，实现对发射结下向压降VBF的测量。结温测控系统的功能是控制各个制冷风扇开关状态和时间，实现对受试样管结温的控制。结温测量及控制系统通过铂电阻监控受试样管的壳温，铂电阻粘贴在受试样管的管壳上，可将测得的温度反馈给结温测量及控制系统，同时结温测量及控制系统与制冷风扇连接，控制制冷风扇的开关状态。结温测控系统的工作原理是功率晶体管在稳态工作期间结-壳温差(ΔTJ-C)近似为确定值，可以通过对壳温Tc的调节来实现对结温Tj的控制。试验过程中，结温测控系统通过受试样管管壳上的铂电阻来监测其壳温，当某个受试样管的壳温超出标准规定值时，结温测控系统自动接通其制冷风扇，当壳温降到规定值时，制冷风扇停止工作，从而使每个受试样管的结温受控。该电源系统是由两组直流稳压电源组成，第一组测量电源32提供测量电流IM，为结温测控系统供电；第二组稳态工作试验台电源31为受试样管41提供稳态工作电功率。测量受试样管正向压降VBE的测量电流IM较小，一般为1mA～50mA，为了减小测量电流IM对结温Tj的影响，测量电流IM通常可选1mA～10mA。而试验过程中受试样管稳态工作电流较大，一般为0.1A～10A，主要由稳态工作试验台电源提供。由于测量电流IM与工作电流IH量级不同，为了便于测量电流IM和工作电流IH的设定及工作电流IH的通断控制，稳态工作试验中两组独立电源分别将工作电流IH和测量电流IM施加于受试样管，测量电流IM始终存在；而在测量正向压降VBE时，主控计算机控制工作电流IH断开，待完成正向压降VBE数据采集后，再由主控计算机控制工作电流IH接通，使受试样管回到稳态工作状态。其中，该数据采集卡选用1713卡。其中，该I/O控制卡选用1734卡。本技术一种控制晶体管结温的稳态工作寿命试验设备，具有如下的优点和功效(1).实现了结温的测量与控制控制晶体管结温的稳态工作寿命试验设备与现有的大功率晶体管老化设备最大的区别是实现了试验过程中晶体管结温的测量与控制，使晶体管结温在整个试验周期内都符合标准规定值。(2)各个工位热隔离，电热应力条件一致控制晶体管结温的稳态工作寿命试验设备，各工位采用独立散热器加独立风扇的风冷散热方式，配合结温测控系统实时检测壳温并控制各工位制冷风扇开关状态和时间，实现对受试样管结温的控制。这种方式的优点是各工位相对独立，可单独进行检测和控制，从而达到各工位电热应力条件一致性的要求。而现有大功率晶体管老化设备多采用水冷散热控温方式。这种散热方式的弊端是循环水对每个工位的制冷效率不均衡。冷却水流经各工位时，水温不断升高，对每个工位受试样管热交换效率不平等---冷却系统的入口处温度低于出口处，导致受试样管的个体差异，难以保证各受试样管的一致性。(3)各工位受试样管热贡献可甄别控制晶体管结温的稳态工作寿命试验设备的试验工作台的基板为低热传导率材料，而现有的大功率晶体管老化设备试验工作台多采用金属材料制成，同时由于各受试样管的管壳紧密贴合在实验工作台上，导致各工位受试样管“共热”产生相互影响。控制晶体管结温的稳态工作寿命试验设备克服了现有的大功率晶体管老化设备各工位受试样管热贡献不可甄别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制晶体管结温的稳态工作寿命试验设备，其特征在于：它是由控制系统、电源系统及试验工作台组成；　　　　该控制系统是由主控计算机系统和结温测控系统组成；该主控计算机系统包括有主控计算机及数据采集卡和Ｉ／Ｏ控制卡，数据采集卡和Ｉ／Ｏ控制卡位于主控计算机内部，它们一起构成了主控计算机系统；数据采集卡与各个受试样管的基极和发射极相连；Ｉ／Ｏ控制卡和稳态工作试验台电源相连；该结温测量及控制系统通过铂电阻监控受试样管的壳温，铂电阻粘贴在受试样管的管壳上，同时结温测量及控制系统与制冷风扇连接；　　　　该电源系统是由两组直流稳压电源组成，稳态工作试验中两组独立电源分别将工作电流Ｉ↓［Ｈ］和测量电流Ｉ↓［Ｍ］施加于受试样管，测量电流Ｉ↓［Ｍ］始终存在。

【技术特征摘要】
1.一种控制晶体管结温的稳态工作寿命试验设备，其特征在于它是由控制系统、电源系统及试验工作台组成；该控制系统是由主控计算机系统和结温测控系统组成；该主控计算机系统包括有主控计算机及数据采集卡和I/O控制卡，数据采集卡和I/O控制卡位于主控计算机内部，它们一起构成了主控计算机系统；数据采集卡与各个受试样管的基极和发射极相连；I/O控制卡和稳态工作试验台电源相连；该结温测量及控制系统通过铂电阻监控受试样管的壳温...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾颖，李逗，曾晨晖，高成，王诞燕，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]