CN104991177A - 半导体器件电磁损伤阈值测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体器件电磁损伤阈值测量系统及方法，该系统包括两个频率和功率可调的射频源、合路器、功率放大器、隔离器、定向耦合器、半导体器件测试夹具、示波器、外部供电源；该方法包括如下步骤：测量每个样本的器件特性；将被试半导体器件放入半导体器件测试夹具并给其供电；接通射频信号发生器，关闭射频信号发生器的输出；打开功率放大器并调节增益；打开信号发生器的输出，观测双通道功率计的入射功率和反射功率，记录示波器上的数据。取下被测器件，检测其性能是否变化，若有变化，记录示波器上的相关数据；该发明可以测得半导体器件的电磁损伤能量，判断其电磁损伤阈值，为半导体器件在复杂电磁环境中的安全性评估提供技术支撑。

Description

半导体器件电磁损伤阈值测量系统及方法

技术领域

本发明涉及电子器件测试技术领域，尤其涉及一种半导体器件电磁损伤阈值测量系统及方法。

背景技术

各种大功率无线电发送设备的大量应用，使电磁环境日益复杂。现在研制的高功率微波武器、电磁炸弹、电磁导弹和核电磁脉冲武器使得空间电磁环境更加恶劣。随着军事电子技术和信息化装备的不断发展，设备中的电子技术含量逐渐加大。在很多电子设备和电路的工作频率不断提高，而工作电压却逐渐降低，因而对电磁脉冲的敏感性和易损性也不断增加。同时，电子系统中大量采用集成电路，而集成电路对电磁脉冲比较敏感，往往一个较大的电磁脉冲，就会使集成块产生误码、记忆信息丢失甚至电子元器件失效或烧毁，上述情况对电子设备及系统的正常工作构成了很大的威胁。在军事应用领域中，电子元器件的失效与损伤、损毁导致严重后果的事实，已经引起了人们对电子元器件电磁环境下可靠性的普遍关注。各类电子元器件体积越来越小，工艺越来越精细，集成度越来越高，导致电子元器件对各种电磁能量也越来越敏感。在电磁环境日益复杂的今天，研究各类电子元器件的电磁损伤规律变得十分迫切。

目前国内进行半导体器件电磁损伤研究的实验方法有两种：辐照法和注入法，由于注入法具有成本低、易实现等优点，常常注入法替代辐照法。

国内进行半导体器件电磁损伤实验时通常进行静电放电电磁脉冲注入或方波信号注入，这种电磁损伤实验只能模拟单一的静电放电电磁脉冲或方波脉冲对半导体器件造成的电磁损伤，而在实际中造成半导体器件损伤的电磁脉冲是复杂多样的，现有实验方法无法对实际复杂电磁信号进行模拟。同时，目前进行半导体器件损伤实验大多是器件处于静态(不工作的状态)，并未进行动态(工作状态)的电磁损伤实验。

为了更加全面地检验半导体器件的电磁安全性，进行半导体器件电磁损伤实验时需要采用复杂电磁信号注入，同时在半导体器件处于动态时进行电磁损伤实验，从而准确评估半导体器件在所处电磁环境中的电磁安全性。因此，需要给出了一种半导体器件电磁损伤阈值测量方法，为半导体器件电磁损伤阈值的测定及安全性评估提供技术支撑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足，提供一种半导体器件电磁损伤阈值测量方法，可以注入复杂电磁信号，可以实时监测注入半导体器件的电磁损伤电压、电流及二次击穿点延迟时间，计算得到半导体器件的电磁损伤能量，判断其电磁损伤阈值，包括损伤电压和损伤能量，为半导体器件在复杂电磁环境中的安全性评估提供技术支撑。

本发明的技术方案是：一种半导体器件电磁损伤阈值测量系统包括两个频率和功率可调的射频源、合路器、功率放大器、隔离器、定向耦合器、半导体器件测试夹具、示波器、外部供电源；其特征是：所述两个射频信号发生器输出端口与合路器的两个输入端口连接，合路器的输出端口与功率放大器的输入端口连接、功率放大器的输出端口与隔离器的输入端口连接，隔离器的输出端口连接到双定向耦合器的输入端口；双定向耦合器还包括输出端口、入射功率监测端口和反射功率监测端口，入射功率监测端口与第一功率测试通道相连，反射功率监测端口与第二功率测试通道相连，双定向耦合器的输出端口连接到半导体器件测试夹具的输入端口，半导体器件测试夹具的输出端口通过同轴线缆与示波器的输入端口连接，同时半导体器件测试夹具与外部供电电源相连；

所述的半导体器件测试夹具包括金属制作屏蔽用盒体和设置在盒体内的微带线组件、固定装置，所述的盒体包括一周的侧壁、可以掀开的上盖、固定在侧壁下端的底板；

所述的微带线组件包括置于底板上的绝缘体制作的填充块、在填充块上表面平铺的一层导体制作的接地块，该接地块外边沿与盒体的侧壁接触导通；

在该接地块内至少嵌入有一个水平贯穿该接地块中心的第一微带线，该第一微带线的侧部设有绝缘隔离带与接地块隔离，第一微带线的外端与设置在盒体侧壁上同轴线转接头的芯线连接导通形成该半导体器件测试夹具的输入端口和输出端口；

在该接地块中部至少还设有一对对称的从边沿指向中心的第二微带线，该第二微带线的两侧和内端设有绝缘隔离带与接地块和第一微带线隔离，第二微带线的外端与设置在盒体侧壁上同轴线转接头的芯线连接导通；

所述的固定装置设有与盒体固定连接的基座和设置在该基座的自由端的夹钳和固定帽，固定帽能够正对导电块中心压紧；

固定帽下表面中部设有凹陷的容纳室，在容纳室周边设有与上述第一微带线、第二微带线在接地块中心分布形状匹配的径向缺口。

优选的，所述的半导体器件测试夹具的固定装置的基座上设有压紧弹簧和压杆，压紧弹簧支撑在压杆的一端，所述的夹钳的与压杆的另一端连接，弹簧的弹力通过压杆、夹钳传递给所述的固定帽。

一种利用前面所述系统进行的半导体器件电磁损伤阈值测量方法，包括如下步骤：

(1)测量每个样本的器件特性，确定受试器件的完好性；

(2)接好半导体器件电磁损伤阈值测试系统，并将被试半导体器件放入半导体器件测试夹具，给半导体器件供电；

(3)接通射频信号发生器，选定信号类型，信号功率，信号频率，关闭射频信号发生器的输出；

(4)打开功率放大器，调节功率放大器的增益；

(5)打开信号发生器的输出，观测双通道功率计的入射功率和反射功率，记录示波器上的电压、电流、二次击穿点时间。

(6)取下被试器件，检测其性能是否变化，若有变化，记录示波器上的电压、电流、二次击穿点时间，计算损伤能量。

此处损伤能量是指半导体器件损伤时所吸收的电磁脉冲能量，大小等于二次击穿点延迟时间与晶体管的损伤功率的乘积。晶体管的损伤功率等于注入晶体管两端的电压与流过晶体管的电流的乘积。

该发明的技术效果

本发明利用信号可调的射频信号源和功率放大器，通过传导的方式，经过半导体器件测试夹具，将射频信号源输出的功率注入半导体器件的引脚，同时针对注入半导体器件引脚的信号电压、电流、二次击穿点时间进行监测，实时测量注入半导体器件的信号，计算损伤能量，能够为半导体器件电磁损伤阈值的准确判定及安全性评估提供技术支撑。

附图说明

图1是该半导体器件电磁损伤阈值测量系统结构示意图；

图2为图1中的半导体器件测试夹具主视结构示意图；

图3是图2的俯视结构示意图；

图4是图3的B-B剖面结构示意图；

图5是微带线组件的立体结构示意图；

图6是固定装置的主视结构示意图；

图7是固定装置的立体结构示意图；

图中2-7中，1.盒体的侧壁、2.盒体的上盖、3.盒体的底板、4、同轴线转接头、5.弹簧、6.压杆、7.夹钳、8.固定帽、9.基座、10.填充块、11.接地块、12.第一微带线、13.绝缘隔离带、14.第二微带线、8-1.容纳室、8-2.缺口。

具体实施方式

实施例一：参见图1-7，图中一种半导体器件电磁损伤阈值测量系统包括两个频率和功率可调的射频源、合路器、功率放大器、隔离器、定向耦合器、半导体器件测试夹具、示波器、外部供电源；其特征是：所述两个射频信号发生器输出端口与合路器的两个输入端口连接，合路器的输出端口与功率放大器的输入端口连接、功率放大器的输出端口与隔离器的输入端口连接，隔离器的输出端口连接到双定向耦合器的输入端口；双定向耦合器还包括输出端口、入射功率监测端口和反射功率监测端口，入射功率监测端口与第一功率测试通道相连，反射功率监测端口与第二功率测试通道相连，双定向耦合器的输出端口连接到半导体器件测试夹具的输入端口，半导体器件测试夹具的输出端口通过同轴线缆与示波器的输入端口连接，同时半导体器件测试夹具与外部供电电源相连；

所述的半导体器件测试夹具包括金属制作屏蔽用盒体和设置在盒体内的微带线组件、固定装置，所述的盒体包括一周的侧壁、可以掀开的上盖、固定在侧壁下端的底板；

所述的微带线组件包括置于底板上的绝缘体制作的填充块、在填充块上表面平铺的一层导体制作的接地块，该接地块外边沿与盒体的侧壁接触导通；

在该接地块内至少嵌入有一个水平贯穿该接地块中心的第一微带线，该第一微带线的侧部设有绝缘隔离带与接地块隔离，第一微带线的外端与设置在盒体侧壁上同轴线转接头的芯线连接导通形成该半导体器件测试夹具的输入端口和输出端口；

在该接地块中部至少还设有一对对称的从边沿指向中心的第二微带线，该第二微带线的两侧和内端设有绝缘隔离带与接地块和第一微带线隔离，第二微带线的外端与设置在盒体侧壁上同轴线转接头的芯线连接导通；

所述的固定装置设有与盒体固定连接的基座和设置在该基座的自由端的夹钳和固定帽，固定帽能够正对导电块中心压紧；

固定帽下表面中部设有凹陷的容纳室，在容纳室周边设有与上述第一微带线、第二微带线在接地块中心分布形状匹配的径向缺口。

所述的半导体器件测试夹具的固定装置的基座上设有压紧弹簧和压杆，压紧弹簧支撑在压杆的一端，所述的夹钳的与压杆的另一端连接，弹簧的弹力通过压杆、夹钳传递给所述的固定帽。

所述的半导体器件测试夹具的盒体为方形盒体，所述的第一微带线为一个、第二微带线为一对，第一微带线与第二微带线垂直布置。

实施例二：一种利用前面实施例中所述系统进行的半导体器件电磁损伤阈值测量方法，包括如下步骤：

(1)测量每个样本的器件特性，确定受试器件的完好性；

(2)接好半导体器件电磁损伤阈值测试系统，并将被试半导体器件放入半导体器件测试夹具，给半导体器件供电；

(3)接通射频信号发生器，选定信号类型，信号功率，信号频率，关闭射频信号发生器的输出；

(4)打开功率放大器，调节功率放大器的增益；

(5)打开信号发生器的输出，观测双通道功率计的入射功率和反射功率，记录示波器上的电压、电流、二次击穿点时间。

(6)取下被试器件，检测其性能是否变化，若有变化，记录示波器上的电压、电流、二次击穿点时间，计算损伤能量。此处损伤能量是指半导体器件损伤时所吸收的电磁脉冲能量，大小等于二次击穿点延迟时间与晶体管的损伤功率的乘积。晶体管的损伤功率等于注入晶体管两端的电压与流过晶体管的电流的乘积。

Claims (3)

1.一种半导体器件电磁损伤阈值测量系统包括两个频率和功率可调的射频源、合路器、功率放大器、隔离器、定向耦合器、半导体器件测试夹具、示波器、外部供电源；其特征是：所述两个射频信号发生器输出端口与合路器的两个输入端口连接，合路器的输出端口与功率放大器的输入端口连接、功率放大器的输出端口与隔离器的输入端口连接，隔离器的输出端口连接到双定向耦合器的输入端口；双定向耦合器还包括输出端口、入射功率监测端口和反射功率监测端口，入射功率监测端口与第一功率测试通道相连，反射功率监测端口与第二功率测试通道相连，双定向耦合器的输出端口连接到半导体器件测试夹具的输入端口，半导体器件测试夹具的输出端口通过同轴线缆与示波器的输入端口连接，同时半导体器件测试夹具与外部供电电源相连；

所述的半导体器件测试夹具包括金属制作屏蔽用盒体和设置在盒体内的微带线组件、固定装置，所述的盒体包括一周的侧壁、可以掀开的上盖、固定在侧壁下端的底板；

所述的微带线组件包括置于底板上的绝缘体制作的填充块、在填充块上表面平铺的一层导体制作的接地块，该接地块外边沿与盒体的侧壁接触导通；

在该接地块内至少嵌入有一个水平贯穿该接地块中心的第一微带线，该第一微带线的侧部设有绝缘隔离带与接地块隔离，第一微带线的外端与设置在盒体侧壁上同轴线转接头的芯线连接导通形成该半导体器件测试夹具的输入端口和输出端口；

在该接地块中部至少还设有一对对称的从边沿指向中心的第二微带线，该第二微带线的两侧和内端设有绝缘隔离带与接地块和第一微带线隔离，第二微带线的外端与设置在盒体侧壁上同轴线转接头的芯线连接导通；

所述的固定装置设有与盒体固定连接的基座和设置在该基座的自由端的夹钳和固定帽，固定帽能够正对导电块中心压紧；

固定帽下表面中部设有凹陷的容纳室，在容纳室周边设有与上述第一微带线、第二微带线在接地块中心分布形状匹配的径向缺口。

2.根据权利要求1所述的半导体器件电磁损伤阈值测量系统，其特征是：所述的半导体器件测试夹具的固定装置的基座上设有压紧弹簧和压杆，压紧弹簧支撑在压杆的一端，所述的夹钳的与压杆的另一端连接，弹簧的弹力通过压杆、夹钳传递给所述的固定帽。

3.一种利用权利要求1或2所述系统进行的半导体器件电磁损伤阈值测量方法，包括如下步骤：

(1)测量每个样本的器件特性，确定受试器件的完好性；

(2)接好半导体器件电磁损伤阈值测试系统，并将被试半导体器件放入半导体器件测试夹具，给半导体器件供电；

(3)接通射频信号发生器，选定信号类型，信号功率，信号频率，关闭射频信号发生器的输出；

(4)打开功率放大器，调节功率放大器的增益；

(5)打开信号发生器的输出，观测双通道功率计的入射功率和反射功率，记录示波器上的电压、电流、二次击穿点时间。

(6)取下被试器件，检测其性能是否变化，若有变化，记录示波器上的电压、电流、二次击穿点时间，计算损伤能量。