CN106501699B - 一种饱和状态下双极晶体管结温的实时测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种饱和状态下双极晶体管结温的实时测量方法，本发明涉及半导体器件测试领域。本发明提供恒定的基极电压和恒定的集电极电流，使双极晶体管工作在饱和区条件下，测出基极电流Ibe和集电极电流Ice，计算出总功率P＝Vbe*Ibe+Vce*Ice，Vbe为基极电压，Vce为集电极电压；利用数值分析中的插值计算做出电流、功率和温度对应关系的结温库，根据测量的基极电流和总功率即可在结温库中得出对应的结温。测出双极晶体管工作在饱和区时的结温，测量方法简单准确，利用插值计算做出结温库后，只需测出基极电流和计算出总功率，在结温库中就可以找到对应的结温。无需测试电流和工作电流的切换，消除开关造成的延迟而导致结温测量不准确。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件测试领域，主要应用于双极晶体管工作在饱和区时结温的实时测量。
背景技术
晶体管的结温是制约晶体管可靠性的重要参数，因此精确测量出晶体管的结温具有重要意义。李霁红、曹颖及张德骏等人发表了“结温可控的稳态工作寿命实验方法研究”，采用了工作电流和测量电流瞬态交替的方法，通过测量电流来测量结温，此方法中工作电流和测量电流切换会造成延迟，导致结温发生极大的变化，测量结果不准确。朱阳军和苗庆海等人发表了“半导体功率器件结温的实时测量和在线测量”，选择恒定集电极电压VCE和恒定发射极电流IE条件下，测量电压VBE随温度线性变化的本地数据而测出结温。此测量方法能测量出双极晶体管工作在放大区时的结温，不能准确的测量双极晶体管工作在饱和区时的结温。本发明结温实时测量方法可以测量双极晶体管工作在饱和区的结温，温敏参数选择基极电流，做出了电流-功率-温度的三维图像，并且测量过程中无需工作电流和测量电流的切换，工作电流即测量电流，避免了开关延迟造成测量不准确。
发明内容
本发明在提供恒定的基极电压和恒定的集电极电流，使双极晶体管工作在饱和区条件下，测出基极电流Ibe和集电极电流Ice，计算出总功率P＝Vbe*Ibe+Vce*Ice，Vbe为基极电压，Vce为集电极电压；利用数值分析中的插值计算做出电流、功率和温度对应关系的结温库，根据测量的基极电流和总功率即可在结温库中得出对应的结温。
本发明采用的技术方案如下：
采用电学参数法，温敏参数选基极电流Ibe，在基极一端加脉冲电压，集电极一端加脉冲电流，发射极一端接地，使双极晶体管工作在饱和区，不同温度下测量器件的基极电流Ibe和集电极电压Vce，计算出总功率P＝Vbe*Ibe+Vce*Ice，绘出基极电流与温度关系曲线，总功率与温度关系曲线，电流、功率和温度的三维关系图像。利用插值计算，根据测量的数据，做出电流、功率和温度对应关系的结温库，只需测出基极电流，算出总功率，即可在结温库中得到器件对应的结温。
一种双极晶体管工作在饱和区时的结温实时测量方法，实现该测量方法的系统包括双极晶体管器件1、温箱2、测量仪3、器件夹具4，双极晶体管器件1设置在温箱2内，双极晶体管器件1与器件夹具4连接，器件夹具4与测量仪3连接。温箱2用于给双极晶体管器件1加温；测量仪3用于给双极晶体管器件1加脉冲电压和脉冲电流，并测出基极电流和集电极电压。
本发明的特征在于，该方法还包括以下步骤：
步骤一，将双极晶体管器件1用导线与器件夹具4和测量仪3连接起来，并放在温箱2中。
步骤二，设定温箱2的初始温度，使双极晶体管器件1的温度稳定在温箱2的初始温度，并保持一段时间后，利用测量仪3给基极加脉冲电压，集电极加脉冲电流，使晶体管工作在饱和区，测出此温度下的基极电流和集电极电压。按一定的步长逐步改变温箱2的温度，测出不同温度下基极电流和集电极电压。
步骤三，根据测量的基极电流和温度的数据，绘出电流-温度曲线。
步骤四，根据计算的总功率P＝Vbe*Ibe+Vce*Ice和温度数据，绘出功率-温度曲线。
步骤五，根据电流，功率和温度数据，绘出电流-功率-温度三维图像。
步骤六，根据测量的数据，利用插值计算方法，做出电流-功率-温度关系的结温库。
本发明的有益效果是：可以测出双极晶体管工作在饱和区时的结温，测量方法简单准确，利用插值计算做出结温库后，只需测出基极电流和计算出总功率，在结温库中就可以找到对应的结温。无需测试电流和工作电流的切换，消除开关造成的延迟而导致结温测量不准确。
附图说明
图1为本发明所涉及的测试装置示意图，图2为电流-温度关系曲线；
图3为电流-功率-温度三维图像。
图中：1-双极晶体管器件，2-温箱，3-测量仪，4-器件夹具；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行更详细的说明。
本发明所涉及的测试装置如图1所示。测量所选用的双极晶体管是2N3055。测量使用的测量仪是B1500。
实时测量双极晶体管结温的详细步骤如下：
步骤一，将双极晶体管器件1通过导线与器件夹具4和测量仪3连接，在室温(30℃)下，通过测试仪3给基极一端加脉冲电压0.8V，集电极一端加脉冲电流100mA，使晶体管工作在饱和区，测出基极电流Ibe和集电极电压Vce。
步骤二，将双极晶体管器件1通过导线与器件夹具4和测量仪3连接，放在温箱2中，设定温箱的初始温度为50℃，设定温箱2的步长为10℃，每次提高10℃，即测试温度为50℃、60℃、....、100℃。保持一段时间后，给基极一端加脉冲电压0.8V，集电极一端加脉冲电流100mA，测出基极电流Ibe和集电极电压Vce。
步骤三，根据测量的基极电流和温度的数据，绘出电流-温度曲线。
步骤四，根据计算的总功率P＝Vbe*Ibe+Vce*Ice和温度数据，绘出功率-温度曲线。
步骤五，根据电流，功率和温度数据，绘出电流-功率-温度三维图像。
步骤六，根据测量的数据，利用插值计算方法，做出电流-功率-温度关系的结温库。
Claims (2)
1.一种饱和状态下双极晶体管结温的实时测量方法，其特征在于：提供恒定的基极电压和恒定的集电极电流，使双极晶体管工作在饱和区条件下，测出基极电流Ibe和集电极电压Vce，计算出总功率P＝Vbe*Ibe+Vce*Ice，Vbe为基极电压，Vce为集电极电压；利用数值分析中的插值计算做出电流、功率和温度对应关系的结温库，根据测量的基极电流和总功率即可在结温库中得出对应的结温；
采用电学参数法，温敏参数选基极电流Ibe，在基极一端加脉冲电压，集电极一端加脉冲电流，发射极一端接地，使双极晶体管工作在饱和区，不同温度下测量器件的基极电流Ibe和集电极电压Vce，计算出总功率P＝Vbe*Ibe+Vce*Ice，绘出基极电流与温度关系曲线，总功率与温度关系曲线，电流、功率和温度的三维关系图像；利用插值计算，根据测量的数据，做出电流、功率和温度对应关系的结温库，只需测出基极电流，算出总功率，即可在结温库中得到器件对应的结温；
实现该测量方法的系统包括双极晶体管器件(1)、温箱(2)、测量仪(3)、器件夹具(4)，双极晶体管器件(1)设置在温箱(2)内，双极晶体管器件(1)与器件夹具(4)连接，器件夹具(4)与测量仪(3)连接；温箱(2)用于给双极晶体管器件(1)加温；测量仪(3)用于给双极晶体管器件(1)加脉冲电压和脉冲电流，并测出基极电流和集电极电压。
2.根据权利要求1所述的一种饱和状态下双极晶体管结温的实时测量方法，其特征在于：该方法还包括以下步骤：
步骤一，将双极晶体管器件(1)用导线与器件夹具(4)和测量仪(3)连接起来，并放在温箱(2)中；
步骤二，设定温箱(2)的初始温度，使双极晶体管器件(1)的温度稳定在温箱(2)的初始温度，并保持一段时间后，利用测量仪(3)给基极加脉冲电压，集电极加脉冲电流，使晶体管工作在饱和区，测出此温度下的基极电流和集电极电压；按一定的步长逐步改变温箱(2)的温度，测出不同温度下基极电流和集电极电压；
步骤三，根据测量的基极电流和温度的数据，绘出电流-温度曲线；
步骤四，根据计算的总功率P＝Vbe*Ibe+Vce*Ice和温度数据，绘出功率-温度曲线；
步骤五，根据电流，功率和温度数据，绘出电流-功率-温度三维图像；
步骤六，根据测量的数据，利用插值计算方法，做出电流-功率-温度关系的结温库。
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