SU1649473A1 - Device for nondestructive control of quality of connection of semiconductor crystal to body - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электронной технике. Цель изобретени  - повышение точности контрол  качества присоединени  полупроводникового кристалла к корпусу - достигаетс  благодар  контролю параметра, непосредст-, венно характеризующего качество посадки кристалла - теплового сопротивлени  кристалл - корпус. Кроме того, достигаетс  расширение класса контролируемых приборов благодар  наличию возможности оперативного изменени  параметров испытательного процесса. Устройство содержит управл емый источник греющего тока, управл емый источник измерительного тока, первый аналого- цифровой преобразователь, блок выборки - хранени , разностный усилитель, цифроанапоговый преобразователь, микро-ЭВМ , контактное устройство, программу работы, котора  управл ет устройством при измерении теплового сопротивлени . 3 ил. (ЛThe invention relates to electronic engineering. The purpose of the invention — an increase in the accuracy of quality control of the connection of a semiconductor crystal to the body — is achieved by controlling the parameter that directly characterizes the quality of the fit of the crystal — the thermal resistance of the crystal-body. In addition, an expansion of the class of monitored instruments is achieved due to the possibility of promptly changing the parameters of the test process. The device contains a controlled source of heating current, a controlled source of measuring current, a first analog-to-digital converter, a sampling-storage unit, a differential amplifier, a digital-to-high converter, a micro-computer, a contact device, a work program that controls the device when measuring thermal resistance. 3 il. (L

Description

Изобретение относитс  к электронной технике, в частности к устройствам контрол  качества полупроводниковых приборов, и может быть использовано дл  отбраковки мощных транзисторов и диодов с дефектами присоединени  кристалла к корпусу (держателю).The invention relates to electronic engineering, in particular, to devices for quality control of semiconductor devices, and can be used to reject high-power transistors and diodes with defects in the connection of the crystal to the body (holder).

Цель изобро.тени  - повышение точности контрол  качества присоединени  полупроводникового кристалла к корпусу .The aim of the image is to improve the accuracy of quality control of the connection of a semiconductor chip to the body.

На фиг. 1 изображена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 -эпюры тока и напр жени  на р-n переходе; нз фиг. 3 - выполнение блока микроЭВМ.FIG. 1 shows a functional diagram of the device; in fig. 2 - current and voltage patterns on the pn junction; In FIG. 3 - execution of the microcomputer block.

Устройство содержит управл емый источник 1 греющего тока, управл емыйThe device contains a controlled source of heating current 1 controlled by

источник 2 измерительного тока, первый аналого-цифровой преобразователь 3 (АЦП), усилитель 4, второй аналого- цифровой преобразователь 5, блок 6 выборки - хранени , разностный усилитель 7, цюЬроаналоговый преобразователь .3, микроЭВМ 9, контактное устройство 10, а также центральный процессор 11, посто нное запоминающее устройство 12, оперативное запоминающее устройство 13, устройство ввода- вывода 14, программируемый таймер 15, магистраль 16.measuring current source 2, first analog-to-digital converter 3 (ADC), amplifier 4, second analog-to-digital converter 5, sampling-storage unit 6, differential amplifier 7, analog-to-analog converter .3, microcomputer 9, contact device 10, and also a central processor 11, read-only memory 12, random access memory 13, input-output device 14, programmable timer 15, main 16.

Дл  работы устройства в микроЭВМ ввод тс  необходимые исходные данные:For the operation of the device, the necessary initial data is entered into the microcomputer:

1цэ« значение измерительного тока , при котором производитс  измереО Јъ CD Јь 1 W1tse "the value of the measuring current at which the measurement is carried out Ј Ј CD CD Ј 1 W

ние термочувствительного параметра (пр мого падени  напр жени  на р-п переходе) ,thermo-sensitive parameter (direct voltage drop at pn junction),

Iгр - значение греющего тока; Т - длительность импульса греющего токаIgr - the value of the heating current; T is the duration of the heating current pulse

Ј - врем  задержки, отсчитанное от конца импульса греющего тока до момента измерени  термочувствительного параметра и необходимое дл  окончани  электрических переходных процессов в измерительной цепи,Ј is the delay time counted from the end of the heating current pulse until the measurement of the thermosensitive parameter and necessary for the termination of electrical transients in the measuring circuit,

ТК11 - температурный коэффициент напр жени  на р-n переходе (определ етс  током через р-n переход, типом полупроводника: германий или кремний, и при фиксированном токе в достаточно широком диапазоне температур  вл етс  константой),TK11 is the temperature coefficient of voltage at the pn junction (determined by the current through the pn junction, the type of semiconductor: germanium or silicon, and at a fixed current in a fairly wide temperature range is constant)

RTU норма теплового сопротивлени  дл  данного типа приборов, по которой устройство производит разбраковку испытуемых транзисторов.The RTU is the rate of thermal resistance for a given type of device, according to which the device scans the tested transistors.

После ввода исходных данных проиэт водитс  перевод устройства в режим автоматического выполнени  испытани  по программе, хран щейс  в запоминающем устройстве микроЭВМ.After the input of the initial data, the device enters the transfer of the device into the mode of automatic execution of the test according to the program stored in the memory of the microcomputer.

В соответствии с введенным в мик- роЭВМ значением 1мад на переход не подаетс  измерительный ток. Получившеес  на р-n переходе падение на- пр жени  усиливаетс  разностным усилителем 7, запоминаетс  в блоке 6 выборки-хранени  и измер етс  вторым аналого-цифровым преобразователем 5. МикроЭВМ 9 анализирует получившуюс  величину и, управл   цифроаналоговым преобразователем 8, смещает разностный усилитель 7 до тех пор, пока сигнал на выходе блока 6 выборки-хранени  не попадает в динамический диапазон второго аналого-цифрового преобразовател  5. В случае обрыва или пробо  р-n перехода на устройстве вывода микроЭВМ 9 высвечиваетс  информаци  о неисправности и ее типе (обрыв или короткое замыкание), а измерени - прекращаютс . Если неисправность не обнаружена, то получившеес  падение напр жени  запоминаетс  и в соответствии с введенным в микроЭВМ 9 значением 1Гр на р-n переход подаетс  греющий ток. Усилитель 4 усиливает получившеес  падение напр жени , а первый аналоге- цифровой преобразователь 3 измер ет его N раз в течение заданного времени нагрева Т. ПослеIn accordance with the value entered in the microcomputer, 1 meter per junction is not supplied to the measuring current. The voltage drop received at the pn junction is amplified by a difference amplifier 7, stored in sample storage block 6 and measured by a second analog-to-digital converter 5. Microcomputer 9 analyzes the resulting value and, by controlling the digital-to-analog converter 8, shifts the difference amplifier 7 to as long as the signal at the output of sampling-storage unit 6 does not fall within the dynamic range of the second analog-to-digital converter 5. In the event of a break or sample of the pn junction on the output device of the microcomputer 9, information is displayed the fault and its type (open or shorted), and measuring - prekraschayuts. If a fault is not detected, the resulting voltage drop is memorized and a heating current is applied in accordance with the value of 1 Gy per p – n junction entered in microcomputer 9. Amplifier 4 amplifies the resulting voltage drop, and the first analog-to-digital converter 3 measures it N times during a predetermined heating time T. After

5five

00

5five

00

5five

5five

5five

00

каждого измерени  получившеес  напр жение анализируетс  на наличие обрыва или короткого замыкани . Если неисправности нет, то значение запоминаетс ; если обнаружена, то на устройство вывода микроЭВМ 9 выводитс  соответствующа  информаци , а измерени  прекращаютс . Через задаваемое врем  Ј после окончани  греющего импульса тока, необходимое дл  окончани  электрических переходных процессов , возникающих при переключении протекающего через р-n переход тока, процессор дает команду блоку 6 выборки-хранени  запомнить мгновенное па дение напр жени  на р-n переходе, а аналого-цифровому преобразователю 5 - измерить его величину. Благодар  малому изменению падени  напр жени  на р-n переходе &U из-за нагрева последнего .(см, фиг. 26), а также соответствующего выбора смещени  разностного усилител  7 и его коэффициента усилени  напр жени  на выходе блока 6 выборки-хранени  находитс  в динамическом диапазоне второго аналого- цифрового преобразовател  5, чем и обеспечиваетс  нормальна  работа последнего (на фиг. 2а представлена эпюра тока на р-n переходе). Измеренное значение падени  напр жени  на нагретом р-n переходе запоминаетс  микроЭВМ 9. По измеренным значени м и введенным данным может быть вычислено значение теплового сопротивлени  по формулеFor each measurement, the resulting voltage is analyzed for the presence of an open or short circuit. If there is no fault, the value is remembered; if it is detected, the corresponding information is output to the output device of the microcomputer 9, and the measurements are stopped. After a set time Ј after the end of the heating current pulse, it is necessary to terminate the electrical transients that occur when the current flowing through the pn j is switched, the processor instructs the sampling-storage unit 6 to memorize the instantaneous voltage drop at the pn junction and -Digital converter 5 - measure its value. Due to a small change in the voltage drop on the pn junction & U due to the heating of the latter (see Fig. 26), as well as the appropriate choice of the bias of the difference amplifier 7 and its gain, the voltage at the output of the sampling-storage unit 6 in the dynamic range of the second analog-to-digital converter 5, which ensures the normal operation of the latter (Fig. 2a shows the current profile at the pn junction). The measured value of the voltage drop at the heated pn junction is stored by the microcomputer 9. From the measured values and the entered data, the value of thermal resistance can be calculated by the formula

..iТКН Ргр ..iТКН Progr

падение напр жени  на холодном р-n переходе при протекании измерительного токаvoltage drop at the cold pn junction when the measuring current flows

1И9ЛЛ1I9LL

падение напр жени  на гор чем р-n переходе при протекании того же измерительного тока Ivoltage drop across a hot pn junction when the same measuring current I flows

R,R,

0 где U0 where u

и„ ткнand „tkn

гтrm

где Up,ttwhere Up, tt

температурный коэффициентtemperature coefficient

напр жени , который дл  данного измерительного тока в достаточно широком интерва-, ле температур  вл етс  константой ,voltage, which for a given measuring current in a sufficiently wide range of temperatures is a constant,

VpV1VpV1

(1гр) - падение напр жени  на р-n переходе при протекании греющего тока. (1g) is the voltage drop at the pn junction when the heating current flows.

516516

На фиг. 2 представлена зависимость падени  напр жени  на р-n переходе от времени. Видно, что падение напр жени  на р-n переходе по мере прогрева кристалла уменьшаетс  (участок нагрева). Это происходит благодар  наличию ТНК / 0, т.е.FIG. Figure 2 shows the voltage drop at the pn junction with time. It can be seen that the voltage drop at the pn junction decreases as the crystal is heated (the heating section). This is due to the presence of TNK / 0, i.e.

Up-ndrp) f(t).Up-ndrp) f (t).

Очевидно, что ести Т достаточно велико или достаточно мало в сравнении с тепловой посто нной времени кристалл - корпус, то с приемлемой точностью можно считать, что Ј f(t), т.е. пренебречь изменением греющей мощности от времени.Obviously, if T is sufficiently large or sufficiently small in comparison with the thermal constant of time of a crystal – body, then we can assume with acceptable accuracy that Ј f (t), i.e. neglect the change in heating power from time to time.

Однако при временах нагрева, сравнимых с тепловой посто нной времени кристалл - корпус, пренебречь зависимостью Up-nQrp) от времени, а зна- чит, и зависимостью греющей мощности от времени без потери точности нельз .However, at heating times comparable to the thermal constant of time, the crystal – body, to neglect the dependence of Up-nQrp) on time, and hence, the dependence of heating power on time without loss of accuracy is impossible.

Вли ние зависимости пр мого напр жени  на р-n переходе от времени при протекании измерительного тока можно исключить, дождавшись установлени  теплового равновеси  системы на измерительном токе, т.е. прекращени  изменени  пр мого падени  напр жени  под действием измерительной мощностиThe effect of the direct voltage on the pn junction with time during the flow of the measuring current can be eliminated by waiting for the thermal equilibrium of the system to be established on the measuring current, i.e. stopping the change in direct voltage drop under the action of measuring power

риэм и Учитыва  последнюю при расчете теплового сопротивлени .Riem and Considering the latter when calculating thermal resistance.

Дл  повышени  точности измерени  теплового сопротивлени  необходимо учитывать зависимость греющей мощное- ти от времени, особенно при временах нагрева, сравнимых с тепловой посто нной времени системы кристалл - корпус . I To increase the accuracy of measuring thermal resistance, it is necessary to take into account the dependence of the heating power on time, especially at heating times comparable to the thermal constant of the time of the crystal-body system. I

В данном устройстве это осуществл етс  следующим образом. Измер етс  зависимость Up.n(lrp) от времени в N точках (N определ етс  быстродействи- ем АЦП 5 и микроЭВМ 9), а потом численным методом (например, методом Симеона) микроЭВМ 9 вычисл ет среднюю греющую мощность за врем  нагрева по формулеIn this device, this is done as follows. The dependence of Up.n (lrp) on time at N points (N is determined by the speed of ADC 5 and microcomputer 9) is measured, and then the microcomputer 9 calculates the average heating power over a heating time using the numerical method (for example, the Simeon method).

гр -fj Vt)dtgr -fj Vt) dt

и тепловое сопротивление по формулеand thermal resistance by the formula

иг - uiig - ui

ТКН(РTKN (P

ГРGR

- Р ) - R )

гизм gizm

Использование изобретени  позвол ет повысить адекватность информации оThe use of the invention improves the adequacy of information about

jg jg

20 20

5 Q 5 Q

5 0 50

5 050

5five

7373

Claims (1)

качестве присоединени  (посадки) кристалла (на корпус к держателю) благодар  измерению пр мого информативного параметра - теплового сопротивлени , кристалл - корпус, повысить точность измерени  учетом зависимости греющей мощности от времени, расширить класс контролируемых приборов благодар  возможности оперативного измерени  исходных данных в широких пределах, а также измер ть тепловое сопротивление как дл  кремниевых, так и германиевых диодов, а также бипол рных транзисторов р-n-р и n-p-п типа, и микросхем, имеющих внешние выводы хоть одного р-n перехода. Формула изобретени as a crystal (on the case to the holder), by measuring the direct informative parameter — thermal resistance, crystal — housing, improve measurement accuracy taking into account the dependence of heating power on time, expand the class of monitored devices due to the possibility of operative measurement of the initial data over wide limits, and also measure the thermal resistance for both silicon and germanium diodes, as well as pn-p and np-p bipolar transistors, and microcircuits having external outputs -stand p-n junction. Invention Formula Устройство дл  неразрушающего контрол  качества присоединени  полупроводникового кристалла к корпусу, состо щее из управл емого источника греющего тока, управл емого источника измерительного тока, аналого-цифрового преобразовател , блока выборки-хранени , микроЭВМ, контактного устройства, от-лиЧающеес  тем, что, с целью повышени  точности контрол  качества присоединени  полупроводникового кристалла к корпусу, дополнительно введены второй аналого- цифровой преобразователь, усилитель, разностный усилитель и цифроаналого- вый преобразователь, причем первый зажим контактного устройства соединен с общей шиной, а второй - с выходами управл емого источника измерительного тока, управл емого источника греющего тока, первым входом усилител I второй вход которого соединен с общей шиной, а выход - с входом первого аналого-цифрового преобразовател , при этом второй зажим контактного устройства св зан с первым входом разностного усилител , второй вход которого соединен с выходом цифроана- логового преобразовател , а выход разностного усилител  подключен через последовательно соединенные блок выборки-хранени  и второй аналого-цифровой преобразователь к магистрали, причем цифровые входы управл емых источников измерительного и греющего тока, цифроаналогового преобразовател  и выход первого аналого-цифрового преобразовател  через магистраль соединены с микроЭВМ, содержащей центральный процессор, устройство ввода-вывода, запоминающее устройство .A device for non-destructive quality control of connecting a semiconductor crystal to a housing consisting of a controlled source of heating current, a controlled source of measuring current, an analog-digital converter, a sampling-storage unit, a microcomputer, and a contact device that increase the accuracy of quality control of connecting a semiconductor chip to the body; a second analog-to-digital converter, an amplifier, a differential amplifier, and a digital-analog amplifier are additionally introduced the former, the first terminal of the contact device is connected to the common bus, and the second to the outputs of a controlled measuring current source, a controlled heating current source, the first input of the amplifier I whose second input is connected to a common bus, and the output to the input of the first analog-digital the second terminal of the contact device is connected to the first input of the differential amplifier, the second input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter, and the output of the differential amplifier is connected via the flaxo-connected sampling-storage unit and the second analog-to-digital converter to the main line, the digital inputs of the controlled measuring and heating current sources, the digital-to-analog converter and the output of the first analog-digital converter through the main line connected to a microcomputer containing a central processor, input / output device, Memory device . ЬB 5 five //7-/// 7- / 1гр1g Фиг. 1FIG. one ир-пir-n Up-n (1гр)Up-n (1g) .-1„Г.-1 „G UfUf 5Э15E1 ii FF Фиг. 2FIG. 2 8eight лl I II I ТtTt