用于熱阻測試的高精度溫控試驗系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于晶體管熱阻測試的溫控試驗系統，其具有：施力單元，包括驅動裝置和施壓裝置，驅動裝置驅動施壓裝置向被測器件施加測試所需的壓力；恒溫平臺，用于承載被測器件，并保持被測器件處于測試所需的溫度條件；測試單元，設置在恒溫平臺中，用于將被測器件的管腳與測試分析裝置相連接，從而對被測器件進行電性能測試；傳感器單元，用于探測被測器件的測試溫度和測試壓力；信息采集與處理單元，用于采集所述傳感器的數據并進行處理和顯示。該系統能滿足宇航型號用功率器件熱阻測試工程化實施所需的高準確性、高測試效率以及寬適用性的要求。
【專利說明】用于熱阻測試的高精度溫控試驗系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種溫控試驗系統，特別是關于一種用于晶體管熱阻測試的溫控試驗系統。
【背景技術】
[0002]溫度是影響半導體器件的特性的重要因素。器件工作時，過高的結溫會對器件產生很多不良的影響，如性能降低，可靠性降低，壽命縮短等。隨著器件向小尺寸和高集成度的發展，在有限的空間上承載的功率密度越來越大。這對半導體器件工作溫度的研究，提出了越來越迫切的要求。
[0003]目前針對分立器件，國內的熱阻測試方法、標準相對較完善，但尚存在測試精度不高、測試效率差、適用范圍窄等缺點，尤其是在如何減少環境因素對測試結果的影響，如溫度、壓力尤其是電信號噪聲控制等方面尚存在較大欠缺，上述因素制約著熱阻測試工程化的實施。
[0004]為滿足宇航型號用功率器件熱阻測試工程化實施所需的高準確性、高測試效率以及寬適用性的要求，用于晶體管熱阻測試的高精度溫控試驗系統需同時滿足電信號噪聲控制、殼溫控制、壓力控制等相應要求。
【發明內容】
[0005]為實現上述要求，本發明提供一種用于熱阻測試的溫控試驗系統，其具有:施力單元，包括驅動裝置和施壓裝置，驅動裝置驅動施壓裝置向被測器件施加測試所需的壓力；恒溫平臺，用于承載被測器件，并保持被測器件處于測試所需的溫度條件；測試單元，設置在恒溫平臺中，用于將被測器件的管腳與測試分析裝置相連接，從而對被測器件進行電性能測試；傳感器單元，用于探測被測器件的測試溫度和測試壓力；信息采集與處理單元，用于采集所述傳感器的數據并進行處理和顯示。
[0006]優選地，本發明的施力單元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，并根據實際壓力需求來控制下壓行程的大小。施壓裝置與被測產品的接觸面為絕熱材料；絕熱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。
[0007]優選的，本申請的測試單元采用開爾文(Kelvin)四線檢測方法。開爾文四線檢測方法是一種電阻抗測量技術，使用分離的電流和電壓的電極，消除了布線和接觸電阻的阻抗，相比傳統的兩個終端傳感能夠進行更精確的測量。
[0008]優選的，所述測試單元包括多個插孔，每個插孔的一端分別與被測器件的管腳相連接，另一端引出2根屏蔽線；所述插孔為可通過大電流插孔，其頂端用于插接被測器件管腳。
[0009]優選的，所述恒溫平臺選用導熱性能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。
[0010]優選的，所述溫度傳感器為康銅傳感器，感應溫度誤差為正負0.2°C，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。
[0011 ] 優選的，所述壓力傳感器的材料為鋁合金，其感應精度為正負0.5g。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。
[0012]優選的，信息采集與處理單元，使用PLC進行數據采集，并實時與PC機進行數據交換，將溫度傳感器、壓力傳感器檢出的電壓信號通過PLC轉換成數字信號進行存儲和傳輸，并將數據在PC機設計軟件上進行實時反饋。
[0013]本發明還提供了一種采用溫控試驗系統進行熱阻測試方法，包括如下步驟:
第I步:調整初始參數；
第2步:把被測器件放入恒溫平臺，使被測件與施壓裝置對正；
第3步:調節恒溫平臺的溫度和施力單元的壓力，以達到測試條件后，使被測器件通電工作；
第4步:待溫度傳感器平穩工作時，由信息采集與處理單元開始采集和記錄數據；
第5步:把采集到的數據傳輸到PC機進行系統分析；
第6步:確認分析結果是否符合實驗要求。
[0014]根據本發明實現的高精度溫控試驗系統，能夠達到如下效果:
1、可施加的最大壓力為20kg,壓力控制精度滿足±0.1kg ；
2、在試驗過程中，設備能實時控制、記錄器件管殼的溫度變化，殼溫控制范圍(Tl50°C，控溫精度±0.2°C ;
3、實現器件熱流沿管殼向下進行單向傳導；
4、能夠適應多種封裝形式的器件，并具有較強的可擴展性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1:根據本發明的高精溫控試驗系統整體結構圖。
[0016]圖2:根據本發明的施力單元的示意圖。
[0017]圖3:根據本發明的恒溫平臺的示意圖。
[0018]圖4:圖3中A處的放大圖。
[0019]圖5:開爾文四線檢測方法的原理圖。
[0020]圖6:根據本發明的高精溫控試驗系統的系統框圖。
[0021]其中:
I施力單元 10溫控試驗系統 11傳動螺桿 12定位導向桿 13同步輪及同步帶 14壓力傳感器 15絕熱壓板 16施壓裝置 2恒溫平臺 3測試單元 4機座
41顯示操作界面 42操作按鍵 5被測器件。
【具體實施方式】
[0022]一種用于晶體管熱阻測試的高精度溫控試驗系統10如圖1所示，其具有施力單元
1、恒溫平臺2、測試單元3、機座4。恒溫平臺2設置在機座4上，施力單元I通過左右移動滑臺和前后移動板調整相對于恒溫平臺2的位置。機座4有顯示操作界面41和操作按鍵42。
[0023]施力單元I具體結構參見圖2。施力單元I采用螺旋式傳動機構，伺服電機通過同步輪13和同步帶驅動傳動螺桿11轉動，進而帶動施壓裝置16向下運動。施壓裝置16上設置有定位導向桿12。施壓裝置16上設置有絕熱壓板15用于與被測器件接觸。絕熱壓板15和施壓裝置16之間設置有壓力傳感器14。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。絕熱壓板15能有效隔離被測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。
[0024]參見圖3和圖4，恒溫平臺2用于承載被測器件5，并保持被測器件5處于測試所需的溫度條件。恒溫平臺2其選用導熱性能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。恒溫平臺2里面的制冷管道(圖中未示出)采用的是“S”型雙層盤管結構，制冷管道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。
[0025]恒溫平臺2的上表面設置多組測試位置，每個測試位置處具有測試單元的多個插孔21和溫度傳感器22。插孔21為大電流插孔，其頂端用于插接被測器件管腳。插孔21能夠適應多種封裝形式的器件(例如F0、F1、F2、F4型等)，具有較強的可擴展性。
[0026]插孔22的另一端引出2根屏蔽線，然后再接到測試分析儀器，測試分析儀器接收到數據進行記錄分析。
[0027]本申請的測試單元采用開爾文(Kelvin)四線檢測方法。開爾文四線檢測方法是一種電阻抗測量技術，如圖5所示，使用分離的電流和電壓的電極，消除了布線和接觸電阻的阻抗影響，相比傳統的兩個終端傳感能夠進行更精確的測量。
[0028]溫度傳感器22為康銅傳感器，感應溫度誤差為正負0.2°C，溫度傳感器22安裝在恒溫平臺2上的固定位置，通過其本身帶有的彈性裝置，可實現感應面與被測器件的有效接觸；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。
[0029]圖6為本申請溫控試驗系統的系統框圖。溫度、壓力傳感器的數據通過信息采集與處理單元與主控電腦相連，信息采集與處理單元包括進行數據采集的PLC以及實現控制和操作功能的顯示、控制單元。測試單元的數據傳送給測試分析裝置(例如示波器)進行分析測試。測試分析裝置的分析測試結果也可以上傳給主控電腦。
[0030]該溫控試驗系統的試驗方法如下:
第I步:開啟電源，在顯示屏上調整所需參數。
[0031]第2步:把被測器件放入恒溫平臺。
[0032]第3步:前后或左右移動施壓裝置，使被測器件對正絕熱壓板。
[0033]第4步:恒溫平面與冷水機開始工作，確保恒溫平臺符合測試需求。
[0034]第5步:按《運行》按鍵是下壓機構進行工作，并根據壓力傳感器的數據來調節下壓行程。
[0035]第6步:確認施加壓力和已經達到需要數值后，給被測器件進行供電工作。
[0036]第7步:待溫度傳感器平穩工作時開始記錄采集數據。
[0037]第8步:PLC采集并存儲數據。
[0038]第9步:將PLC通過串口線與PC機進行連接，把采集到的數據傳輸到PC機進行系統分析。
[0039]第10步:確認分析結果是否符合實驗要求。
[0040]盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，所有設計和改動均屬于本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于熱阻測試的溫控試驗系統，其具有 施力單元，包括驅動結構和施壓裝置，驅動結構驅動施壓裝置向被測器件施加測試所需的壓力； 恒溫平臺，用于承載被測器件，并保持被測器件處于測試所需的溫度條件； 測試單元，設置在恒溫平臺中，用于將被測器件的管腳與測試分析裝置相連接，從而對被測器件進行電性能測試； 傳感器單元，用于探測被測器件的測試溫度和測試壓力； 信息采集與處理單元，用于采集所述傳感器的數據并進行處理和顯示。
2.如權利要求1所述的溫控試驗系統，其特征在于:所述驅動結構采用螺旋式傳動結構。
3.如權利要求1所述的溫控試驗系統，其特征在于:施壓裝置與被測器件接觸的表面上設置有絕熱材料。
4.如權利要求3所述的溫控試驗系統，其特征在于:所述絕熱材料為聚酰亞胺。
5.如權利要求1所述的溫控試驗系統，其特征在于:所述測試單元采用開爾文四線檢測方法。
6.如權利要求1或5所述的溫控試驗系統，其特征在于:所述測試單元包括多個插孔，每個插孔的一端分別與被測器件的管腳相連接，另一端引出兩根屏蔽線與測試分析儀器相連接。
7.如權利要求6所述的溫控試驗系統，其特征在于:所述插孔為大電流插孔，其頂端用于插接被測器件管腳。
8.如權利要求1所述的溫控試驗系統，其特征在于:所述恒溫平臺由紫銅加工而成，其內部具有制冷管道。
9.如權利要求8所述的溫控試驗系統，其特征在于:所述恒溫平臺的制冷管道采用的是” S”型雙層盤管結構，恒溫平臺通過管道接口與制冷機進行連接，將制冷機冷凝液均勻導入到恒溫的盤管結構。
10.如權利要求1所述的溫控試驗系統，其特征在于:所述溫度傳感器安裝在恒溫臺上，并且溫度傳感器具有彈性裝置，以實現傳感器的感應面與被測器件的有效接觸。
【文檔編號】G01N25/20GK103792254SQ201410021593
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】唐章東, 張紅旗, 王征, 寧永成, 蒲瑞民, 賈曉, 毛喜平 申請人:中國空間技術研究院
專業數控銑床產品供應商
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