晶體管加速壽命試驗及工作點穩(wěn)定的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】晶體管加速壽命試驗及工作點穩(wěn)定的系統(tǒng)，屬于測量技術及方法的范疇。包括了放置器件的加熱熱穴（101），加熱平臺（102），固定加熱平臺（102）的主機箱（106）中連接了溫度控制器（107），溫度顯示器（103），電源偏置顯示器（104），電源偏置控制器（105），所述的在加熱平臺（102）上有30個相同形狀可放置B3型封裝晶體管的加熱熱穴（101）。本發(fā)明能實現(xiàn)同時對30只同型號的晶體管進行加熱和工作點穩(wěn)定的功能。
【專利說明】晶體管加速壽命試驗及工作點穩(wěn)定的系統(tǒng)
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明在PC機的控制下，實現(xiàn)對若干只雙極型晶體管的工作點進行實時的控制，使晶體管的工作點穩(wěn)定在PC機的設置值。隨著晶體管的內部參數(β >BVceo等)和外部條件(管殼溫度等)的變化，測量裝置要實時的、自動的調整工作點，使其趨近于PC機的設定值；當不能穩(wěn)定于工作點附近且偏差大于規(guī)定值時發(fā)出聲光報警。當晶體管出現(xiàn)非正常狀態(tài)時，對晶體管實施及時的保護，最大限度地避免晶體管的損壞。
【背景技術】:
[0002]在航天、航空、船舶、兵器等武器裝備的軍用半導體器件中，新品鑒定、老品升級及可靠性增長工程的評價均需要定量地給出半導體器件的壽命和失效率的量值。其壽命和失效率的量值將用于重點工程、武器裝備的可靠性預計、可靠性設計中。但是，現(xiàn)行壽命試驗(如鑒定試驗和驗收試驗等)試驗周期長，成本高，效率低。而要解決上述問題，需要對多子樣器件同時進行壽命試驗，本發(fā)明即可完成最多30只晶體管同時進行實時的，自動的工作點監(jiān)控，并可以按照用戶需求對器件的外部溫度(室溫到300°C)進行控制。
【發(fā)明內容】
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[0003]本發(fā)明主要實現(xiàn)同時對30只B3封裝晶體管工作點的實時監(jiān)控并對該晶體管進行升溫控制。
[0004]本發(fā)明具體采用如下技術方案:
[0005]晶體管加速壽命試驗及工作點穩(wěn)定的系統(tǒng)，包括了放置器件的加熱熱穴101，加熱平臺102，固定加熱平臺102的主機箱106中連接了溫度控制器107，溫度顯示器103，電源偏置顯示器104，電源偏置控制器105 ；pc機108通過通訊端子和主機箱106內的電源偏置控制器105和溫度控制器107相連實現(xiàn)對晶體管的溫度及工作點的控制；其特征在于:在加熱平臺102上有30個相同形狀可放置B3型封裝晶體管的加熱熱穴101，所述的封裝晶體管的每只晶體管的三個管腳與保護電路相連，將6只所述晶體管的保護電路的放置在同一個電路板上并把電路板固定在加熱平臺的上方，將電路板上的連接端子連接到主機箱體106中的電源偏置控制器105上。主機箱106中的溫度控制器107通過與加熱平臺102的加熱裝置及熱偶相連實現(xiàn)對器件溫度的控制；pc機108上設定工作溫度及升溫速率和器件的工作點電壓電流值，通過通訊協(xié)議將工作點電壓電流值傳遞給主機箱106的溫度控制器107和電源偏置控制器105 ;溫度控制器107根據獲取的溫度值對加熱平臺102中的晶體管進行加熱控制，由在加熱平臺102設置的熱偶獲取的信號經過溫度控制器107轉換為溫度值，并顯示在溫度顯示器103的顯示屏上；電源偏置控制器105根據獲取的電流電壓信號對晶體管的工作點進行實時的控制，其控制值顯示在電源偏置顯示器104中，當晶體管的工作點出現(xiàn)偏差時，電源偏置器104將發(fā)生問題晶體管的信息通過通訊端口傳遞給pc機108上，提醒用戶對該器件采取相應的措施。
[0006]加熱平臺102為設置有同時放置30只B3型封裝的晶體管的加熱熱穴(101)的金屬厚板，所述金屬厚板長寬高分別為230mm, 200mm和60mm ;所述的加熱平臺102由上下兩層金屬板組成，具有儲熱能力，上層金屬板設置有30個相同形狀可放置B3型封裝晶體管的加熱熱穴101;下層金屬板用功率為1000—2000W的可控硅驅動熱棒進行加熱，用來完成加熱平臺102的恒溫或升溫速率的溫度控制；30個加熱熱穴101設置在加熱平臺102的中央部位，加熱平臺102的四周留有50?60mm加熱平臺寬度，以防止邊緣散熱帶來的不均勻；上下兩層金屬板分別為30mm。
[0007]對每只被測封裝晶體管都采用一片獨立的CPU進行控制，同時采用12位高精度的A/D、D/A轉換器，以保證控制的實時性和精度；在被測晶體管的基極回路采用高速的MOSFET IRF540作為保護的執(zhí)行元件，執(zhí)行時間為50ns ;同時在被測晶體管的集電極回路也設有用高壓、大功率MOSFET IRF540構成的保護電路，用以完成電壓高達100V，電流高達IA的電路的通斷切換，執(zhí)行時間為200ns。
[0008]測量中30只晶體管的測量進行分路控制，其由PC機108的接口模塊完成的，接口模塊中的地址與控制信號鎖存器的將當前測試選通到指定的被測封裝晶體管；數據緩沖器用來存儲當前被測器件的各參數，并等待接口模塊中微控制器發(fā)指令后將數據上傳到PC機108進行處理。
[0009]目前市場上沒有針對此需求的監(jiān)控裝置，此發(fā)明為可以實現(xiàn)這一目標而完成的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1:本發(fā)明的整體結構示意圖；
[0011]圖2:本發(fā)明的晶體管防自激電路；
[0012]圖3:本發(fā)明的測量系統(tǒng)的系統(tǒng)結構示意圖；
[0013]圖4:本發(fā)明的前置測量模塊結構示意圖；
[0014]圖5:本發(fā)明的PC機接口模塊結構示意圖；
[0015]圖6:本發(fā)明的PC機數據配置及處理模塊示意圖；
[0016]圖中:101、加熱熱穴，102、加熱平臺，103、溫度顯示器，104、電源偏置顯示器，105、電源偏置控制器，106、主機箱，107、溫度控制器，108、pc機。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明的【具體實施方式】如下，對B3型晶體管采用共射極接法，共射極接法能有效地防止器件因電流過負荷而損壞，圖2為每只晶體管的保護電路。由于保護電路必須靠近器件才有效，另外根據加熱平臺102的加熱熱穴101的位置分布，每個電路板上可以連接6只帶有保護電路的器件，并將這樣的5個電路板分別固定在加熱平臺的上方，且晶體管的管帽倒放在加熱熱穴101中，加涂導熱脂，形成一個熱板的加熱方式。加熱平臺102是一個具有長寬高分別為230mm，200mm和60mm的金屬厚板，由上下兩層組成，具有儲熱能力。加熱平臺102實際上是一個熱板形式的加熱器。熱板上層為30個相同形狀可放置B3型封裝晶體管的加熱熱穴101;熱板下層用1000—2000W的可控硅驅動熱棒進行加熱，可以完成熱臺的恒溫或升溫速率的溫度控制。熱板的溫度是用熱偶在加熱平臺102中心進行測量。溫度控制器107采用航天部502所的64段溫控系統(tǒng)融合在本發(fā)明中，溫度顯示器103面板采用數字式顯示，控制采用觸摸式操作。[0018]在測量前首先要對加熱平臺102進行校準，本發(fā)明用電學法來校準加熱平臺102及各加熱熱穴101的溫度。我們利用晶體管P-N結正向電壓隨溫度線性變化的溫度特性，采用美國生產型號為DESPATCH-900的溫箱，控溫精度為±0.1°C，用標準溫度計(標準溫度計的誤差為±0.1°C )和一支樣管放入恒溫箱內，在EB結上加正向小電流100 μ Α,在不同溫度下，記錄下EB結壓降的毫伏值，將得到一組標準溫度計顯示的溫度與EB結壓降的對應數據，做出溫度?毫伏曲線圖。控制加熱平臺102升溫至某一溫度，把這支標定的樣管放入每個熱穴，利用該樣管做出的溫度?毫伏曲線圖，可以得到加熱熱穴101的溫度分布，同時與熱偶測量的溫度，做一個差值記錄，進行溫度修正。在實際測試中我們利用這條曲線測量器件的溫度。由于標定的溫箱和標準溫度計精度都在±0.1°C，經過這樣標定后加熱熱穴101溫度的誤差能保證在±1°C以內。為了保證30只管子的溫度均勻性，采取了四項措施:
(I).30個熱穴集中于加熱平臺的中央部位，四周留有50?60mm加熱平臺寬度，以防止邊緣散熱帶來的不均勻性。(2).另外要使加熱平臺厚度盡量厚，我們設計的上下加熱層分別為30mm厚，(共60mm厚)。(3).盡量減小熱穴與熱穴之間的距離和熱穴的總面積。(4).避免環(huán)境對加熱平臺溫度恒定的干擾，如:防止氣體流動對加熱平臺溫度恒定的干擾等。我們用已標定好的樣管去測量每一個熱穴的溫度，能做到每個熱穴溫度的離散度在±1.5°C以內。
[0019]電源控制模塊105的設計主要考慮兩點:⑴對晶體管工作點控制的精度和實時性能。⑵對被測晶體管保護的完善性。
[0020]針對上述兩點，在設計中采取了如下措施:⑴每一個前置測量模塊對應一個被測晶體管，如圖3所示，前置測量模塊的結構圖如圖4所示，對每只被測晶體管都用一片獨立的CPU進行控制，微控制器STM32F103將用戶設置的工作點通過12位高精度的D/A轉換器AD7521和15V直流電源給被測晶體管的基極提供一個適當的輸入電流，被測器件連接預放模塊(0P07放大器實現(xiàn))，分壓模塊(電阻分壓100:5)和IV轉換模塊(0.1 Ω電阻采樣，0P07放大)可以實現(xiàn)對VBE，VCE和IE三個參數的測試并通過多路開關來進行切換，并將測試結果通過12位高精度的A/D轉換器轉換為數字量，由微控制器讀取，微控制器對讀取的狀態(tài)量與用戶設定的工作點進行比對，如果發(fā)生漂移，則通過相應算法產生新的基極電流控制信號對被測器件進行調控以保證控制的實時性和精度。⑵在被測晶體管的基極回路采用高速的MOSFET (IRF540)作為保護的執(zhí)行元件，執(zhí)行時間約為50ns ;同時在被測晶體管的集電極回路也設計有用高壓、大功率MOSFET (IRF540)構成的保護電路，可以完成高電壓(100V)、大電流(IA)的通斷切換，執(zhí)行時間約為200ns。
[0021]最后，為了保證測量中30只晶體管的數據準確，需要進行分路控制，這個是由PC機接口模塊完成的，如圖5所示，微控制器采用STM32F103驅動地址與控制鎖存器和數據緩沖器，其中地址與控制信號鎖存器74LS245的作用就是將當前測試選通到指定的被測器件；數據緩沖器用來存儲當前被測器件的各參數，并等待微控制器發(fā)指令后將數據上傳到Pc機進行處理。為了閱讀完整性，圖6給出了 pc機數據配置與處理的模塊圖。
【權利要求】
1.晶體管加速壽命試驗及工作點穩(wěn)定的系統(tǒng)，包括了放置器件的加熱熱穴(101)，加熱平臺(102)，固定加熱平臺(102)的主機箱(106)中連接了溫度控制器(107)，溫度顯示器(103)，電源偏置顯示器(104)，電源偏置控制器(105) ；pc機(108)通過通訊端子和主機箱(106)內的電源偏置控制器(105)和溫度控制器(107)相連實現(xiàn)對晶體管的溫度及工作點的控制；其特征在于:在加熱平臺(102)上有30個相同形狀可放置B3型封裝晶體管的加熱熱穴(101)，所述的封裝晶體管的每只晶體管的三個管腳與保護電路相連，將6只所述晶體管的保護電路的放置在同一個電路板上并把電路板固定在加熱平臺的上方，將電路板上的連接端子連接到主機箱體(106)中的電源偏置控制器(105)上。主機箱(106)中的溫度控制器(107)通過與加熱平臺(102)的加熱裝置及熱偶相連實現(xiàn)對器件溫度的控制；pc機(108)上設定工作溫度及升溫速率和器件的工作點電壓電流值，通過通訊協(xié)議將工作點電壓電流值傳遞給主機箱(106)的溫度控制器(107)和電源偏置控制器(105);溫度控制器(107)根據獲取的溫度值對加熱平臺(102)中的晶體管進行加熱控制，由在加熱平臺(102)設置的熱偶獲取的信號經過溫度控制器(107)轉換為溫度值，并顯示在溫度顯示器(103)的顯示屏上；電源偏置控制器(105)根據獲取的電流電壓信號對晶體管的工作點進行實時的控制，其控制值顯示在電源偏置顯示器(104)中，當晶體管的工作點出現(xiàn)偏差時，電源偏置器(104)將發(fā)生問題晶體管的信息通過通訊端口傳遞給pc機(108上，提醒用戶對該器件采取相應的措施。
2.根據權利要求1所述的晶體管加速壽命試驗及工作點穩(wěn)定的系統(tǒng)，其特征在于:力口熱平臺(102)為設置有同時放置30只B3型封裝的晶體管的加熱熱穴(101)的金屬厚板，所述金屬厚板長寬高分別為230mm, 200mm和60mm ;所述的加熱平臺(102)由上下兩層金屬板組成，具有儲熱能力，上層金屬板設置有30個相同形狀可放置B3型封裝晶體管的加熱熱穴(101);下層金屬板用功率為1000—2000W的可控硅驅動熱棒進行加熱，用來完成加熱平臺(102)的恒溫或升溫速率的溫度控制；30個加熱熱穴(101)設置在加熱平臺(102)的中央部位，加熱平臺(102)的四周留有50?60mm加熱平臺寬度，以防止邊緣散熱帶來的不均勻；上下兩層金屬板分別為30mm。
3.根據權利要求1所述的晶體管加速壽命試驗及工作點穩(wěn)定的系統(tǒng)，其特征在于:對每只被測封裝晶體管都采用一片獨立的CPU進行控制，同時采用12位高精度的A/D、D/A轉換器，以保證控制的實時性和精度；在被測晶體管的基極回路采用高速的MOSFET IRF540作為保護的執(zhí)行元件，執(zhí)行時間為50ns ;同時在被測晶體管的集電極回路也設有用高壓、大功率M0SFETIRF540構成的保護電路，用以完成電壓高達100V，電流高達IA的電路的通斷切換，執(zhí)行時間為200ns。
4.根據權利要求1所述的晶體管加速壽命試驗及工作點穩(wěn)定的系統(tǒng)，其特征在于:測量中30只晶體管的測量進行分路控制，其由PC機(108)的接口模塊完成的，接口模塊中的地址與控制信號鎖存器的將當前測試選通到指定的被測封裝晶體管；數據緩沖器用來存儲當前被測器件的各參數，并等待接口模塊中微控制器發(fā)指令后將數據上傳到pc機(108)進行處理。
【文檔編號】G01R31/26GK103728546SQ201410016013
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權日:2014年1月14日
【發(fā)明者】張小玲, 謝雪松, 劉榿, 呂長志, 李志國 申請人:北京工業(yè)大學
專業(yè)數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
