高精度自動化晶體管試驗參數采集系統的制作方法
【專利摘要】一種高精度自動化晶體管溫度測試采集系統，不僅能實現自動采集分析晶體管壓力溫度變化，還能實現晶體管電性能測試，包括：伺服電機施力結構、測試電路、恒溫散熱臺、溫度及壓力傳感器、信息采集及對比系統5大組成部分。其溫度測試系統控制程序軟件和人機界面軟件均自主開發，解決了現有熱阻測試設備不能自動測試采集晶體管壓力及管殼溫度的問題；溫度傳感器，其小面積內測試溫度能達到0.1攝氏度的精度要求，解決了管殼表面溫度的測試難題；自動壓力施壓系統，由壓力傳感器、緩沖器、步進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構自身對器件發熱的影響，又能夠以0.1%的精度壓力進行緩慢增壓”的問題。
【專利說明】高精度自動化晶體管試驗參數采集系統
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光機電一體化【技術領域】，具體的是一種高精度自動化晶體管溫度測試 米集系統。
【背景技術】
[0002] 晶體管的可靠性是該產品本身所固有的，它的可靠性同原始設計是否合理以及 工藝質量控制是否嚴格有著極密切的關系。然而由于批量生產過程中不可避免的各種因素 產生的潛在缺陷，如：原材料、設備狀況及相關工藝條件的某些變動，這樣使生產制造出 來的晶體管，即使有合理的原始設計及良好的工藝控制，也不能保證生產出的器件完全達 到規范的要求。因此通過對產品進行充分的可靠性摸底試驗，并結合使用條件和可靠性等 級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，目前現有的儀器只能 實現器件電性能測試，對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方式操 作和數據人工記錄，不能實時自動分析。
[0003] 熱阻是依據半導體器件PN結在指定電流下兩端的電壓隨溫度變化而變化為測試 原理，來測試功率半導體器件的熱穩定性或封裝等的散熱特性。散熱性差的產品在應用過 程中，容易因溫升過高導致失效，而在晶體管的應用過程中，其承受的外部壓力對管殼溫度 有較大影響。因此，研究開發一種熱阻測試設備用溫度測試采集分析系統十分必要。然而， 目前國內的熱阻測試設備研發僅測重于晶體管的電性能測試應用，對于管殼溫度測試也僅 限于手動測試、記錄和人工分析，工作量大且耗時，測試精度也較低。
[0004] 目前，國內對晶體管的溫度壓力變化分析研究主要采用手動方式操作和數據人工 記錄，尚無晶體管壓力溫度自動采集系統的研發生產企業。
【發明內容】
[0005] 本發明針對上述現狀和問題，提供了一種高精度自動化晶體管溫度測試采集系 統，該系統能精確控制晶體管承受的壓力，實時監控晶體管管殼溫度，并繪制壓力及溫度變 化曲線，進行自動分析；能為晶體管應用設計提供有效依據，防止失效；可用于指導企業生 產，使生產單位提前剔除次品和不合格產品，降低廢品率，節約生產成本。
[0006] -種高精度自動化晶體管溫度測試采集系統，主要用于晶體管熱阻測試用溫度控 制，不僅能實現自動采集分析晶體管壓力溫度變化，還能實現晶體管電性能測試，可用于生 產企業指導生產，提高企業產品合格率，包括：伺服電機施力結構、測試電路、恒溫散熱臺、 溫度及壓力傳感器、信息采集及對比系統5大組成部分，其硬件結構包括上部下壓機構、前 后移動板，左右移動滑臺、恒溫測試臺、顯示操作界面，其中上部下壓機構包括傳動螺桿、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] 本發明溫度測試系統控制程序軟件和人機界面軟件均自主開發，解決了現有熱阻 測試設備不能自動測試采集晶體管壓力及管殼溫度的問題；溫度傳感器，其小面積內測試 溫度能達到〇. 1攝氏度的精度要求，解決了管殼表面溫度的測試難題；自動壓力施壓系統， 由壓力傳感器、緩沖器、步進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 外觀和機構自身對器件發熱的影響，又能夠以0. 1%的精度壓力進行緩慢增壓"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是本發明設備接線圖， 圖3是本發明測試系統框圖， 圖4是本發明系統硬件結構圖， 圖5是本發明上部下壓機構結構示意圖。
[0010] 圖中：1、上部下壓機構，2、前后移動板，3、左右移動滑臺，4、恒溫測試臺，5、顯示操 作界面，6、傳動螺桿，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。
【具體實施方式】
[0011] 參見圖1-5, 一種高精度自動化晶體管溫度測試采集系統，主要用于晶體管熱阻測 試用溫度控制，主要由伺服電機施力結構、測試電路、恒溫散熱臺、溫度及壓力傳感器、信息 采集及對比系統5大部分組成，各部分技術設計方案及實現過程說明如下： 1)伺服電機的施力結構 伺服電機的施力結構采用的是螺旋式傳動機構，通過PLC控制并設定好單步運動行程 來實現高精度的下壓行程，根據實際壓力需求來控制下壓行程的大小。施壓結構與被測產 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高分子材料之一，耐高溫 達400°C以上，長期使用溫度范圍-200?300°C，無明顯熔點，高絕緣性能，103赫下介電 常數4. 0,介電損耗僅0. 004?0. 007,屬F至Η級絕緣材料，其性能指標具體如下： 彎曲強度（20°C ):彡170Mpa 導熱系數：〇· 〇21w/m. k °C 密度：1· 38 ?1. 43g/cm3 沖擊強度（無缺口）：彡28kJ/m2 拉伸強度：彡100 MPa 維卡軟化點：>270°C 伸長率：> 120% PI材料能有效隔離工作器件與周圍環境溫度的對流，并盡可能的實現器件溫度的單向 傳導。
[0012] 2)測試電路 測試電路采用開爾文四線測試方法進行。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點探針法，它是一種電阻抗測量技術，使用單獨的對載電流和電壓檢測 電極，相比傳統的兩個終端（2T)傳感能夠進行更精確的測量。開爾文四線檢測被用于一 些歐姆表和阻抗分析儀，并在精密應變計和電阻溫度計的接線配置。也可用于測量薄膜的 薄層電阻。四線檢測的關鍵優點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 恒溫測試臺是由導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熱。 恒溫臺里面制冷管道采用的是"S"型雙層盤管結構，恒溫測試臺通過管道接口與制冷機進 行連接，將制冷機冷凝劑均勻導入到恒溫的盤管結構，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，感應溫度誤差為正負0. rc，溫度傳感器安裝在恒溫臺上 的固定位置，通過其本身帶有的彈性裝置，可實現感應面與器件的有效接觸；溫度傳感器與 恒溫臺的接觸面采用絕熱系數非常好的PI材料進行隔離，防止在測試過程中因恒溫臺制 冷效果帶來測試結果的偏離。溫度采集系統的接線方式采用的是并聯接線；器件的每個管 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系統后背板上的6個開放式 接口和6個SMA接口；然后再由開放式接口接到測試系統分析儀器，儀器接收到數據進行記 錄分析，見設備接線圖。 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時顯示壓力 數值，使用者可根據實際測試需求進行壓力調整，PLC控制系統會將最后實際數值進行記錄 并存檔。其感應精度見表2-1: 表2-1:感應精度表
【權利要求】
1. 一種高精度自動化晶體管溫度測試采集系統，其特征在于：包括伺服電機施力結 構、測試電路、恒溫散熱臺、溫度及壓力傳感器、信息采集及對比系統5大組成部分，其硬件 結構包括上部下壓機構、前后移動板，左右移動滑臺、恒溫測試臺、顯示操作界面，其中上部 下壓機構包括傳動螺桿、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】G01N25/20GK104155335SQ201410177002
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年4月29日 優先權日:2014年4月29日
【發明者】駱衛紅, 袁強, 張麟, 陳新華, 胡東海, 劉俊 申請人:貴州凱里億云電子科技有限責任公司