CN103792254A - 用于热阻测试的高精度温控试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于晶体管热阻测试的温控试验系统，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。该系统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

用于热阻测试的高精度温控试验系统

技术领域

本发明涉及一种温控试验系统，特别是关于一种用于晶体管热阻测试的温控试验系统。

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系统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系统，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控制系统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系统进行热阻测试方法，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机进行系统分析；

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系统，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系统整体结构图。

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系统的系统框图。

其中：

1 施力单元

10 温控试验系统

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系统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为本申请温控试验系统的系统框图。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。

该温控试验系统的试验方法如下：

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机进行系统分析。

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系统，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所述的温控试验系统，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所述的温控试验系统，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所述的温控试验系统，其特征在于：所述绝热材料为聚酰亚胺。

5.如权利要求1所述的温控试验系统，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所述的温控试验系统，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所述的温控试验系统，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所述的温控试验系统，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所述的温控试验系统，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所述的温控试验系统，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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