CN105021969A - 一种半导体三极管放大倍数脉冲测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体三极管放大倍数脉冲测试方法，属于半导体测试领域。其步骤包括：一、设立初始的恒压源电压；二、设立初始基极电流脉冲；三、对恒压源进行补偿；四、对基极电流进行补偿；五、判断静态工作点的准确性；六、设立正确静态工作点的恒压源电压；七、设立正确静态工作点的标准基极脉冲；八、对恒压源进行细微补偿；九、对基极电流进行细微补偿；十、计算放大倍数平均值。本发明能够在相关规定的时间内完成脉冲测试，极大的减少了管芯升温，并且本方法不是硬件闭环测试方法，将不易产生寄生振荡，且在技术上容易实现，成本低。

Description

一种半导体三极管放大倍数脉冲测试方法

技术领域

本发明属于半导体测试领域，具体涉及一种三极管放大倍数的脉冲测试方法。

背景技术

在对半导体三极管进行参数测试时，需要首先使被测试器件满足参数测试规定的测试条件(即进入规定的工作点)，同时也要满足规定的测试环境温度，这样所测的数据才有实际的意义。但是除了测试条件和环境温度会影响参数的测试外，被测器件在测试条件下消耗的功率会对器件的芯片造成附加的温升。附加温升的大小取决于被测器件在规定测试条件下的耗散功率、该功率维持的时间及被测器件的热阻等几方面因素。耗散功率越大、测试时间越长、器件的热阻越大，所造成的芯片附加温升越大。

由于芯片温升曲线的起始段较为陡直，升温速率较快，其附加温升造成的测试数据误差常常比人们想象的严重得多，因为在很多情况下芯片的附加温升不是几度，而是十几度甚至几十度。这时测试环境温度 (尤其是低温测试) 失去了实际的意义。

为了减小附加温升的影响，唯一办法是缩短测试时间。因为参数的测试条件是标准规定的，无法通过改变测试条件来降低器件的功耗，器件的热阻也是客观存在的，只有将测试时间缩短到使芯片附加温升可以忽略不计，这样被测器件的芯片温度才接近规定的测试环境温度。

为此，有关标准规定了脉冲测试的要求和推荐条件。

美军标准MIL-STD-750C半导体器件试验方法4.3.2.1规定：

当在脉冲条件下测量静态及动态参数时，为了避免在测量时由于器件发热引起测量误差，在详细规范中应规定下列条款：

在测试规定中注明“脉冲测试”，除非另有规定，脉冲时间为250-350微秒，占空比最大为2%。，

国军标GJB128-86半导体分立器件试验方法3.3.2.1规定：

为了避免测量时器件发热引起测试误差，要在“脉冲”条件下测试静态和动态参数时，应在详细规范中注明：

测试中规定应注明“脉冲测试”，除非另有规定，脉冲宽度应为250-350μS，占空比为1%-2%。

对于半导体三极管的放大倍数测试，目前现有技术主要有软件调控法和硬件闭环法，使用软件调控存在如下缺陷：（1）整个软件控制过程时间很长，不可能在350μS的时间内稳定测试条件并读取数据，通常需要几毫秒、几十毫秒甚至更长的时间，所以不符合有关标准的规定。（2）由于功耗加载在三极管上的时间过长，三极管承受较大的耗散功率造成器件芯片升温，也同样影响了测试的精确度。使用硬件闭环法存在如下缺陷：（1）硬件闭环方法通常由多级放大器与被测器件共同构成闭环反馈系统，非常容易产生寄生振荡。（2）此方法一般需要用到精密测量单元和高精度运算放大器，硬件成本过高。

发明内容

为了克服上述测试方法的不足，本发明提供了一种半导体三极管放大倍数脉冲测试方法，本发明能够在相关规定的时间内完成脉冲测试，极大的减少了管芯升温，并且本方法不是硬件闭环测试方法，将不易产生寄生振荡，在技术上容易实现，成本低。

根据本发明所述的用于测试半导体三极管的放大倍数的测试方法，如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤一、设立初始的恒压源电压；

步骤二、设立初始基极电流脉冲；

步骤三、对恒压源进行补偿；

步骤四、对基极电流进行补偿；

步骤五、判断静态工作点的准确性；

步骤六、设立正确静态工作点的恒压源电压；

步骤七、设立正确静态工作点的标准基极脉冲；

步骤八、对恒压源进行细微补偿；

步骤九、对基极电流进行细微补偿；

步骤十、计算放大倍数平均值。

与现有方法相比，本发明的优势在于：

1、针对于现有软件调控技术中控制时间过长、器件升温的缺陷，本发明所述的测试方法步骤，可以在国军标、美军标规定的脉冲时间内完成对半导体三极管的放大倍数的测量，效率更高，由此引起的器件升温可以忽略不计。

2、针对于现有硬件闭环法中容易产生寄生振荡、成本过高的缺陷，本发明所述的半导体三极管放大倍数脉冲测试方法，其实质上是开环控制，在技术上容易实现，并且不同于由多级放大器与被测器件组成的闭环反馈系统的硬件闭环方法，将不容易产生寄生振荡，设备成本也大大降低。

3、由于设计的需要，在恒压源                                                之后必定会经过各种继电器、电阻等元器件造成线路电阻的存在，如图2所示。这会使得在此线路通电时，和之间存在一个压降，又由于脉冲测试规定的脉冲时间太短，给定的恒压源实际上无法进行反馈补偿。这个压降会使测试条件距离厂家规定的（即所述三极管所需要的实际集电极-发射极电压）产生较大的偏差，进而影响数据的精度。本发明所述的测试方法使用控制设置补偿恒压源与之间的反馈，克服了线路电阻压降的影响，使的值达到测试要求。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是根据本发明所述测试方法的原理图。

图3是根据本发明所述测试方法其具体实施方式的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明所述的测试方法进行详细描述。

结合图2本发明所述测试方法的原理图，原理图中控制转换器来对电路设置电流和电压以及读取相应的电流和电压。为恒压源，用来设置被测管的集电极-发射极电压。为恒流源，用来设置基极电流。电压表用来读取被测三极管的集电极—发射极电压。电流表用来读取基极电流。电流表用来读取集电极电流。电阻为电压源到被测管上的线路电阻。

本发明最佳的测试方法是这样实现的，如图3所示：

第一阶段：获取正确的静态工作点（第一阶段获取的参数统一用下标1表示，脉冲的次数用上标表示）；

步骤一、设立初始的恒压源电压：

控制设置集电极电压源（为用户测试相应的三极管所需要的实际集电极-发射极电压）。

步骤二、设立初始基极电流脉冲：

1）控制设置一个基极电流源脉冲，此的脉冲宽度能使集电极电流上升并稳定即可，用来探测被测管的大致放大倍数；

2）由于在给定集电极电流脉冲后，对于不同类型的三极管而言，集电极电流的上升时间不尽相同，在此，由判断是否已经上升至稳定状态，并且脉冲宽度不宜过长，更短的脉冲宽度将有利于更高效地完成测试；

3）在脉冲期间通过读取第一次脉冲获得的。

步骤三、对恒压源进行补偿：

控制设置补偿后的恒压源（为探测脉冲的个数），即恒压源的设置充分考虑线路电阻所起到的分压影响，从而使得三极管的集电极-发射极电压逐渐逼近真实的集电极-发射极电压，克服了线路电阻对测试精度的影响。

步骤四、对基极电流进行补偿：

1）控制设置一个基极电流脉冲，其中为所述三极管所需要的实际集电极电流，连续两个脉冲的占空比为2%，宽度与第一个基极电流脉冲相同；

2）在脉冲期间通过读取集电极-发射极电压、基极电流和集电极电流的值，记为、与。

步骤五、判断静态工作点的准确性：

1）判断和的值是否小于根据测试精度所给定的设定值，如有一项不符合，重新进行步骤三和步骤四；

2）如和的值均小于根据测试精度所给定的设定值，则记录此时的集电极-发射极电压、基极电流和集电极电流的值。

第二阶段：获取精确的放大倍数（第二阶段获取的参数统一用下标2表示，脉冲的次数用上标表示）；

步骤六、设立正确静态工作点的恒压源电压：

控制设置符合测试条件要求的恒压源。

步骤七、设立正确静态工作点的标准基极脉冲：

1）控制设置一个脉冲宽度为250μS至350μS的基极测量脉冲，此脉冲宽度已经足够稳定集电极电流并且读取多组集电极电流值；

2）在脉冲期间读取集电极-发射极电压、基极电流和集电极电流的平均值，记为、与。

步骤八、对恒压源进行细微补偿：

控制设置补偿后的恒压源其中为步骤七中的基极测量脉冲的个数，在此，同样存在如上述步骤三所述的对下一个基极电流脉冲期间的恒压源进行补偿的问题。

步骤九、对基极电流进行细微补偿：

1）设置一个基极电流脉冲宽度为250μS至350μS之间的基极电流脉冲，连续两个脉冲的占空比为2%；

2）在脉冲期间通过读取集电极-发射极电压、基极电流和集电极电流的平均值，记为；

3）计算出此时的放大倍数；

步骤十、计算放大倍数平均值：

1）重复不少于5次进行步骤八和步骤九，计算出每次的放大倍数，其中，连续两个脉冲的占空比为2%；

2）求出平均放大倍数(n为重复进行步骤八和步骤九的次数)。

Claims (11)

1.一种用于测试半导体三极管的放大倍数的测试方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

步骤一、设立初始的恒压源电压；

步骤二、设立初始基极电流脉冲；

步骤三、对恒压源进行补偿；

步骤四、对基极电流进行补偿；

步骤五、判断静态工作点的准确性；

步骤六、设立正确静态工作点的恒压源电压；

步骤七、设立正确静态工作点的标准基极脉冲；

步骤八、对恒压源进行细微补偿；

步骤九、对基极电流进行细微补偿；

步骤十、计算放大倍数平均值。

2. 根据权利要求1所述的一种用于测试半导体三极管的放大倍数的测试方法，其特征在于步骤一中设立初始的恒压源电压的过程，                                                控制设置集电极电压源，其中为所述三极管所需要的实际集电极-发射极电压。

3. 根据权利要求1所述的一种用于测试半导体三极管的放大倍数的测试方法，其特征在于步骤二中设立初始基极电流脉冲的过程，至少还包括以下步骤：

1）控制设置一个基极电流源脉冲，用于探测被测管的大致放大倍数，脉冲的宽度由控制，直至集电极电流上升并稳定；

2）在脉冲期间通过读取集电极-发射极电压、基极电流和集电极电流的值，分别记为。

4.根据权利要求1所述的一种用于测试半导体三极管的放大倍数的测试方法，其特征在于步骤三中对恒压源进行补偿的过程，控制设置补偿后的集电极电压源，其中为探测脉冲的个数。

5.根据权利要求1所述的一种用于测试半导体三极管的放大倍数的测试方法，其特征在于步骤四中对基极电流进行补偿的过程，至少还包括以下步骤：

1）控制设置一个基极电流脉冲，其中为所述三极管所需要的实际集电极电流，连续两个脉冲的占空比为2%，宽度与第一个基极电流脉冲相同；

2）在脉冲期间通过读取集电极-发射极电压、基极电流和集电极电流的值，记为、与。

6.根据权利要求1所述的一种用于测试半导体三极管的放大倍数的测试方法，其特征在于步骤五中判断静态工作点的准确性，至少还包括以下步骤：

1）判断和的值是否小于根据测试精度所给定的设定值，如有一项不符合，重新进行步骤三和步骤四；

2）如和的值均小于根据测试精度所给定的设定值，则记录此时的集电极-发射极电压、基极电流和集电极电流的值。

7.根据权利要求1所述的一种用于测试半导体三极管的放大倍数的测试方法，其特征在于步骤六中设立正确静态工作点的恒压源电压，控制设置恒压源。

8.根据权利要求1所述的一种用于测试半导体三极管的放大倍数的测试方法，其特征在于步骤七中设立正确静态工作点的标准基极脉冲，至少还包括以下步骤：

1）控制设置一个脉冲宽度为250μS至350μS之间的基极电流脉冲；

2）在脉冲期间读取集电极-发射极电压、基极电流和集电极电流的平均值，记为、与。

9.根据权利要求1所述的一种用于测试半导体三极管的放大倍数的测试方法，其特征在于步骤八中对恒压源进行细微补偿的过程，控制设置补偿后的恒流源，其中为步骤七中的基极测量脉冲的个数。

10.根据权利要求1所述的一种用于测试半导体三极管的放大倍数的测试方法，其特征在于步骤九中对基极电流进行细微补偿的过程，至少还包括以下步骤：

1）设置一个基极电流脉冲宽度为250μS至350μS之间的基极电流脉冲，连续两个脉冲的占空比为2%；

2）在脉冲期间CPU通过ADC读取集电极-发射极电压、基极电流和集电极电流的平均值，记为；

3）计算出此时的放大倍数。

11.根据权利要求1所述的一种用于测试半导体三极管的放大倍数的测试方法其特征在于步骤十中计算放大倍数平均值的方法，至少还包括以下步骤：

1）重复n次进行步骤八和步骤九(n>5)，计算出每次的放大倍数，其中，连续两个脉冲的占空比为2%；

2）求出平均放大倍数(n为重复进行步骤八和步骤九的次数)。