CN103792254A - 用于热阻测试的高精度温控试验*** - Google Patents
用于热阻测试的高精度温控试验*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于晶体管热阻测试的温控试验***,其具有:施力单元,包括驱动装置和施压装置,驱动装置驱动施压装置向被测器件施加测试所需的压力;恒温平台,用于承载被测器件,并保持被测器件处于测试所需的温度条件;测试单元,设置在恒温平台中,用于将被测器件的管脚与测试分析装置相连接,从而对被测器件进行电性能测试;传感器单元,用于探测被测器件的测试温度和测试压力;信息采集与处理单元,用于采集所述传感器的数据并进行处理和显示。该***能满足宇航型号用功率器件热阻测试工程化实施所需的高准确性、高测试效率以及宽适用性的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种温控试验***,特别是关于一种用于晶体管热阻测试的温控试验***。
背景技术
温度是影响半导体器件的特性的重要因素。器件工作时,过高的结温会对器件产生很多不良的影响,如性能降低,可靠性降低,寿命缩短等。随着器件向小尺寸和高集成度的发展,在有限的空间上承载的功率密度越来越大。这对半导体器件工作温度的研究,提出了越来越迫切的要求。
目前针对分立器件,国内的热阻测试方法、标准相对较完善,但尚存在测试精度不高、测试效率差、适用范围窄等缺点,尤其是在如何减少环境因素对测试结果的影响,如温度、压力尤其是电信号噪声控制等方面尚存在较大欠缺,上述因素制约着热阻测试工程化的实施。
为满足宇航型号用功率器件热阻测试工程化实施所需的高准确性、高测试效率以及宽适用性的要求,用于晶体管热阻测试的高精度温控试验***需同时满足电信号噪声控制、壳温控制、压力控制等相应要求。
发明内容
为实现上述要求,本发明提供一种用于热阻测试的温控试验***,其具有:施力单元,包括驱动装置和施压装置,驱动装置驱动施压装置向被测器件施加测试所需的压力;恒温平台,用于承载被测器件,并保持被测器件处于测试所需的温度条件;测试单元,设置在恒温平台中,用于将被测器件的管脚与测试分析装置相连接,从而对被测器件进行电性能测试;传感器单元,用于探测被测器件的测试温度和测试压力;信息采集与处理单元,用于采集所述传感器的数据并进行处理和显示。
优选地,本发明的施力单元采用的是螺旋式传动机构,通过PLC控制并设定好单步运动行程来实现高精度的下压行程,并根据实际压力需求来控制下压行程的大小。施压装置与被测产品的接触面为绝热材料;绝热材料能有效隔离工作器件与周围环境温度的对流,并尽可能的实现器件温度的单向传导。
优选的,本申请的测试单元采用开尔文(Kelvin)四线检测方法。开尔文四线检测方法是一种电阻抗测量技术,使用分离的电流和电压的电极,消除了布线和接触电阻的阻抗,相比传统的两个终端传感能够进行更精确的测量。
优选的,所述测试单元包括多个插孔,每个插孔的一端分别与被测器件的管脚相连接,另一端引出2根屏蔽线;所述插孔为可通过大电流插孔,其顶端用于插接被测器件管脚。
优选的,所述恒温平台选用导热性能很好的紫铜加工而成,能很好的保证在使用过程中良好的导热。恒温台里面制冷管道采用的是“S”型双层盘管结构,恒温测试台通过管道接口与制冷机进行连接,将制冷机冷凝剂均匀导入到恒温的盘管结构,散热效果良好。
优选的,所述温度传感器为康铜传感器,感应温度误差为正负0.2℃,温度传感器安装在恒温台上的固定位置,通过其本身带有的弹性装置,可实现感应面与器件的有效接触;温度传感器与恒温台的接触面采用绝热材料进行隔离,防止在测试过程中因恒温台制冷效果带来测试结果的偏离 。
优选的,所述压力传感器的材料为铝合金,其感应精度为正负0.5g。压力传感器的显示通过显示器实时显示压力数值,使用者可根据实际测试需求进行压力调整,PLC控制***会将最后实际数值进行记录并存档。
优选的,信息采集与处理单元,使用PLC进行数据采集,并实时与PC机进行数据交换,将温度传感器、压力传感器检出的电压信号通过PLC转换成数字信号进行存储和传输,并将数据在PC机设计软件上进行实时反馈。
本发明还提供了一种采用温控试验***进行热阻测试方法,包括如下步骤:
第1步:调整初始参数;
第2步:把被测器件放入恒温平台,使被测件与施压装置对正;
第3步:调节恒温平台的温度和施力单元的压力,以达到测试条件后,使被测器件通电工作;
第4步:待温度传感器平稳工作时,由信息采集与处理单元开始采集和记录数据;
第5步:把采集到的数据传输到PC机进行***分析;
第6步:确认分析结果是否符合实验要求。
根据本发明实现的高精度温控试验***,能够达到如下效果:
1、可施加的最大压力为20kg,压力控制精度满足±0.1kg;
2、在试验过程中,设备能实时控制、记录器件管壳的温度变化,壳温控制范围0~150℃,控温精度±0.2℃;
3、实现器件热流沿管壳向下进行单向传导;
4、能够适应多种封装形式的器件,并具有较强的可扩展性。
附图说明
图1:根据本发明的高精温控试验***整体结构图。
图2:根据本发明的施力单元的示意图。
图3:根据本发明的恒温平台的示意图。
图4:图3中A处的放大图。
图5:开尔文四线检测方法的原理图。
图6:根据本发明的高精温控试验***的***框图。
其中:
1 施力单元
10 温控试验***
11 传动螺杆
12 定位导向杆
13 同步轮及同步带
14 压力传感器
15 绝热压板
16 施压装置
2恒温平台
3 测试单元
4 机座
41 显示操作界面
42 操作按键
5 被测器件。
具体实施方式
一种用于晶体管热阻测试的高精度温控试验***10如图1所示,其具有施力单元1、恒温平台2、测试单元3、机座4。恒温平台2设置在机座4上,施力单元1通过左右移动滑台和前后移动板调整相对于恒温平台2的位置。机座4有显示操作界面41和操作按键42。
施力单元1具体结构参见图2。施力单元1采用螺旋式传动机构,伺服电机通过同步轮13和同步带驱动传动螺杆11转动,进而带动施压装置16向下运动。施压装置16上设置有定位导向杆12。施压装置16上设置有绝热压板15用于与被测器件接触。绝热压板15和施压装置16之间设置有压力传感器14。通过PLC控制并设定好单步运动行程来实现高精度的下压行程,根据实际压力需求来控制下压行程的大小。绝热压板15能有效隔离被测器件与周围环境温度的对流,并尽可能的实现器件温度的单向传导。
参见图3和图4,恒温平台2用于承载被测器件5,并保持被测器件5处于测试所需的温度条件。恒温平台2其选用导热性能很好的紫铜加工而成,能很好的保证在使用过程中良好的导热。恒温平台2里面的制冷管道(图中未示出)采用的是“S”型双层盘管结构,制冷管道通过管道接口与制冷机进行连接,将制冷机冷凝剂均匀导入到恒温的盘管结构,散热效果良好。
恒温平台2的上表面设置多组测试位置,每个测试位置处具有测试单元的多个插孔21和温度传感器22。插孔21为大电流插孔,其顶端用于插接被测器件管脚。插孔21能够适应多种封装形式的器件(例如F0、F1、F2、F4型等),具有较强的可扩展性。
插孔22的另一端引出2根屏蔽线,然后再接到测试分析仪器,测试分析仪器接收到数据进行记录分析。
本申请的测试单元采用开尔文(Kelvin)四线检测方法。开尔文四线检测方法是一种电阻抗测量技术,如图5所示,使用分离的电流和电压的电极,消除了布线和接触电阻的阻抗影响,相比传统的两个终端传感能够进行更精确的测量。
温度传感器22为康铜传感器,感应温度误差为正负0.2℃,温度传感器22安装在恒温平台2上的固定位置,通过其本身带有的弹性装置,可实现感应面与被测器件的有效接触;温度传感器与恒温台的接触面采用绝热系数非常好的材料进行隔离,防止在测试过程中因恒温台制冷效果带来测试结果的偏离。
图6为本申请温控试验***的***框图。温度、压力传感器的数据通过信息采集与处理单元与主控电脑相连,信息采集与处理单元包括进行数据采集的PLC以及实现控制和操作功能的显示、控制单元。测试单元的数据传送给测试分析装置(例如示波器)进行分析测试。测试分析装置的分析测试结果也可以上传给主控电脑。
该温控试验***的试验方法如下:
第1步:开启电源,在显示屏上调整所需参数。
第2步:把被测器件放入恒温平台。
第3步:前后或左右移动施压装置,使被测器件对正绝热压板。
第4步:恒温平面与冷水机开始工作,确保恒温平台符合测试需求。
第5步:按《运行》按键是下压机构进行工作,并根据压力传感器的数据来调节下压行程。
第6步:确认施加压力和已经达到需要数值后,给被测器件进行供电工作。
第7步:待温度传感器平稳工作时开始记录采集数据。
第8步:PLC采集并存储数据。
第9步:将PLC通过串口线与PC机进行连接,把采集到的数据传输到PC机进行***分析。
第10步:确认分析结果是否符合实验要求。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,并不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,所有设计和改动均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于热阻测试的温控试验***,其具有
施力单元,包括驱动结构和施压装置,驱动结构驱动施压装置向被测器件施加测试所需的压力;
恒温平台,用于承载被测器件,并保持被测器件处于测试所需的温度条件;
测试单元,设置在恒温平台中,用于将被测器件的管脚与测试分析装置相连接,从而对被测器件进行电性能测试;
传感器单元,用于探测被测器件的测试温度和测试压力;
信息采集与处理单元,用于采集所述传感器的数据并进行处理和显示。
2.如权利要求1所述的温控试验***,其特征在于:所述驱动结构采用螺旋式传动结构。
3.如权利要求1所述的温控试验***,其特征在于:施压装置与被测器件接触的表面上设置有绝热材料。
4.如权利要求3所述的温控试验***,其特征在于:所述绝热材料为聚酰亚胺。
5.如权利要求1所述的温控试验***,其特征在于:所述测试单元采用开尔文四线检测方法。
6.如权利要求1或5所述的温控试验***,其特征在于:所述测试单元包括多个插孔,每个插孔的一端分别与被测器件的管脚相连接,另一端引出两根屏蔽线与测试分析仪器相连接。
7.如权利要求6所述的温控试验***,其特征在于:所述插孔为大电流插孔,其顶端用于插接被测器件管脚。
8.如权利要求1所述的温控试验***,其特征在于:所述恒温平台由紫铜加工而成,其内部具有制冷管道。
9.如权利要求8所述的温控试验***,其特征在于:所述恒温平台的制冷管道采用的是”S”型双层盘管结构,恒温平台通过管道接口与制冷机进行连接,将制冷机冷凝液均匀导入到恒温的盘管结构。
10.如权利要求1所述的温控试验***,其特征在于:所述温度传感器安装在恒温台上,并且温度传感器具有弹性装置,以实现传感器的感应面与被测器件的有效接触。
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