中心議題：

• 晶體管的熱阻測(cè)試技術(shù)原理
• 晶體管的熱阻測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

解決方案：

• 晶體管熱阻測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)架及ΔVbe測(cè)試
• 熱阻測(cè)試系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

1.引言 

熱阻可以反映芯片、焊接層和管殼的燒結(jié)或粘結(jié)等質(zhì)量問(wèn)題，熱阻特性對(duì)晶體管的可靠性有著至關(guān)重要的影響。利用晶體管ΔVbe參數(shù)與熱阻在一定條件下滿足某種數(shù)學(xué)關(guān)系式，通過(guò)測(cè)量晶體管ΔVbe參數(shù)間接地測(cè)試熱阻參數(shù)，具有測(cè)量效率高、成本低、對(duì)器件無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)，但是晶體管熱特性具有復(fù)雜、敏感及不穩(wěn)定的特點(diǎn)。要達(dá)到實(shí)用需要的測(cè)量精度有較大的難度，目前，國(guó)外已研制出原理性的熱阻測(cè)試系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)迫切需要性價(jià)比較高的晶體管測(cè)試篩選設(shè)備。

本系統(tǒng)能對(duì)功率雙極型晶體管 (NPN 和 PNP 型) 測(cè)量瞬態(tài)熱阻和穩(wěn)態(tài)熱阻，還能測(cè)試二極管和發(fā)光管熱阻。通過(guò)加載測(cè)試條件到測(cè)試系統(tǒng)，根據(jù)晶體管的熱阻特性反映的溫度變化，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行快速篩選。系統(tǒng)具有接觸檢測(cè)和震蕩探測(cè)功能，以防止接觸不良和震蕩造成的溫度測(cè)量錯(cuò)誤，系統(tǒng)還具有防雪崩的自我保護(hù)電路，可用作測(cè)量安全工作區(qū)SOA (safe operating area)，以提高了測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.熱阻測(cè)試技術(shù)

晶體管的熱阻一般由芯片熱阻、芯片管座接觸熱阻和管殼熱阻組成。生產(chǎn)中與芯片燒結(jié)有關(guān)的芯片管座接觸熱阻最難以控制，燒結(jié)不好，會(huì)使管座芯片熱阻大大增加，使用中會(huì)由于結(jié)溫過(guò)高而導(dǎo)致器件失效。

晶體管在脈沖工作狀態(tài)下的熱阻為結(jié)溫升值與耗散脈沖功率幅值之比。對(duì)功率晶體管通常以殼溫作為溫度參考點(diǎn)，其表達(dá)式為：θjc=(Tj-Tc)/P，其中Tj為芯片結(jié)溫，Tc為殼溫，P為脈沖功率。熱阻測(cè)量歸結(jié)為對(duì)脈沖功耗P、Tc殼溫及結(jié)溫Tj的測(cè)量，顯然晶體管的結(jié)溫Tj無(wú)法進(jìn)行直接測(cè)量。為此，利用發(fā)射結(jié)的正向壓降Vbe與結(jié)溫Tj在一定的范圍內(nèi)有很好的線性關(guān)系：ΔVbe =M·ΔTj，其中M為溫敏參數(shù)，這一關(guān)系被用作測(cè)量晶體管器件熱阻的物理基礎(chǔ)，而測(cè)量ΔVbe需要設(shè)定以下幾個(gè)主要參數(shù)，它們分別是Vcb（C，B極間電壓）；Ie（加載電流）；Im (感應(yīng)電流)；Pt（功率時(shí)間）；Dt（延遲時(shí)間）；upper limit(上限)；lower limit(下限)。由于各個(gè)生產(chǎn)廠家在工藝上的一些差別，有時(shí)雖為同一型號(hào)的管子，但屬于不同廠家的產(chǎn)品，施加的脈沖功率、測(cè)試時(shí)間及選擇的溫敏參數(shù)都有所不同。

3.測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)架

熱阻測(cè)試系統(tǒng)的基本構(gòu)架是計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件控制精密模擬和數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)器件的條件施加→結(jié)果采樣→篩選→計(jì)算→比較→判別等一系列程序控制，完成對(duì)被測(cè)器件電參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試，每次測(cè)試的全過(guò)程小于0.2秒。系統(tǒng)主要有模擬多路板、數(shù)字多路板、ADC板、Im 板、Ie板和Vcb板組成，如圖1所示。 

圖1 熱阻測(cè)試系統(tǒng)的基本構(gòu)架[page]

4.Δvbe測(cè)試流程圖

ΔVbe是晶體管的一個(gè)重要參數(shù)，它與晶體管的熱阻有一個(gè)定量的線性關(guān)系，它反映了晶體管的功耗能力，對(duì)晶體管的封裝工藝及失效分析有著重要的指導(dǎo)意義，對(duì)ΔVbe測(cè)試流程如下圖2所示。

 
圖2  ΔVbe測(cè)試流程

5.軟件功能實(shí)現(xiàn)模塊

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)則是使用visual C++語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言二者相結(jié)合完成的，軟件功能實(shí)現(xiàn)模塊有：

1、戶管理模塊，程序運(yùn)行時(shí)需要確定用戶的身份，用戶類(lèi)型有操作員、維護(hù)員、工程師、系統(tǒng)管理員。操作員權(quán)限是運(yùn)行測(cè)試程序；維護(hù)員權(quán)限是測(cè)試儀器的自檢和校準(zhǔn)；工程師權(quán)限是編輯測(cè)試程序；系統(tǒng)管理員具有全部權(quán)限。

2、編輯模塊，用于器件選擇、分類(lèi)設(shè)置、調(diào)試、建立測(cè)試程序，初始測(cè)試程序的界面如圖3所示： 

圖3  初始測(cè)試程序界面

3、運(yùn)行模塊，根據(jù)用戶的參數(shù)設(shè)置，對(duì)器件進(jìn)行測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果和數(shù)據(jù)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。

4、其它模塊，有系統(tǒng)工具、篩選模塊、打印模塊等。系統(tǒng)工具，具有自檢校準(zhǔn)儀器，用于對(duì)熱阻測(cè)試系統(tǒng)的自檢、校準(zhǔn)、磁場(chǎng)測(cè)試；篩選模塊，可根據(jù)用戶設(shè)置的篩選條件，對(duì)器件進(jìn)行不同測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果發(fā)送到篩選機(jī)；打印模塊，可根據(jù)預(yù)先設(shè)置，將測(cè)試結(jié)果和數(shù)據(jù)以相應(yīng)格式打印，供分析和存檔。