CN109782149A - 一种表贴场效应管老炼试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表贴场效应管老炼试验方法，涉及元器件的可靠性筛选与测试领域，方法步骤包括：步骤101：待试验器件位于不同的试验功率条件下，测量所述待试验器件的塑封面温度值；步骤102：计算出试验结温值；步骤103：依据待试验器件此时的试验结温值，调整待试验器件的试验散热模式；步骤104：判断试验时间是否超过设定试验时长，如果超过设定试验时长，断电停止试验；如果没有超过，则返回步骤101。本发明测量待试验器件的塑封面温度值，并且根据塑封面温度值结合试验结温值与功率线性关系计算待试验器件的试验结温值，获得较准确的试验结温值，进而调整散热模式，实现自主控温，有利于功率场效应管的老炼试验。

Description

一种表贴场效应管老炼试验方法

技术领域

本发明涉及元器件的可靠性筛选与测试领域，特别是指一种表贴场效应管老炼试验方法。

背景技术

目前，随着应用系统的发展，对元器件的要求越来越高，功能强、集成度高、体积小的表贴型封装元器件得到了越来越多的应用。综合国内实际情况，进口表贴器件绝大部分为工业级器件，或筛选程序不能够满足应用系统对元器件的可靠性需求。老炼试验能够缩短元器件早期失效的时间，能充分暴露器件绝大部分的失效机理，是提高器件使用可靠性的有效措施。因此，对进口表贴元器件进行老炼试验对于提高应用系统的可靠性具有重要意义。

元器件在功率老炼的过程中，对元器件施加的功率与元器件的温度成正比线性关系，对于功率型表贴元器件，其温度极易超过阈值。高集成度芯片的性能对温度十分敏感，主要失效形式是热失效，散热情况的好坏将直接影响到元器件工作的稳定性，如果元器件的热量不能够及时合理地散出，其寿命将会缩短，引起其性能的降低甚至损坏。研究表明，随着温度的增加，其失效率呈指数增长趋势，即使是降低1℃，也将使失效率降低一个可观的量值；单个半导体元件的温度每升高10℃，系统可靠性将降低50％，超过55％的电子设备的失效是由于温度过高引起的。因此，提高表贴元器件在功率老炼试验过程中的散热能力对于增强元器件的老炼效果具有重要意义。

而现有技术中，因为表贴封装大功率场效应管的额定功率大、封装散热性差，导致其试验难度较大，目前大多处于不能进行功率老炼试验的状态，严重影响了元器件的可靠性。开展表贴封装大功率场效应管的功率老炼试验方法研究具有非常重要的作用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种表贴场效应管老炼试验方法，具有根据待试验器件的塑封面温度值和试验结温值调整散热模式，实现自主控温，有利于表贴场效应管的老炼试验。

一种表贴场效应管老炼试验方法，所述方法包括如下步骤：

步骤101：待试验器件位于不同的试验功率条件下，测量所述待试验器件的塑封面温度值；

步骤102：通过塑封面温度值与试验结温值的线性关系计算出待试验器件此时的试验结温值；

步骤103：依据待试验器件此时的试验结温值，调整待试验器件的试验散热模式；

步骤104：判断试验时间是否超过设定试验时长，如果超过设定试验时长，断电停止试验；如果没有超过，则返回步骤101。

作为进一步的改进，所述步骤102通过塑封面温度值与试验结温值的线性关系计算出此时待试验器件的试验结温值的具体步骤为：

结合试验结温值与试验功率的线性线性关系以及试验功率与塑封面温度值的线性关系，获取塑封面温度值与试验结温值的线性关系，通过塑封面温度值计算待试验器件的试验结温值。

作为进一步的改进，所述试验功率与塑封面温度值的线性关系的具体获得方法为：

保持其它变量不变的前提下，在多个功率点下，分别测量待试验器件试验功率和塑封面温度值，计算试验功率与塑封面温度值变化的线性回归方程。

作为进一步的改进，所述试验结温值与试验功率的线性关系的具体测试方法为：

将场效应管放置于温箱中，当温箱处于不同温度点下，待器件温度稳定后，获得待试验器件的试验结温值与S-D极间二极管结压降之间的线性关系；

当待试验器件处于不同的功率点下，获得待试验器件的试验功率与S-D极间二极管结压降之间的线性关系；

结合试验结温值与S-D极间二极管结压降之间的线性关系和试验功率与S-D极间二极管结压降之间的线性关系计算出待试验器件的试验结温值与试验功率的线性关系。

作为进一步的改进，所述试验结温值与S-D极间二极管结压降之间的线性关系的具体测量方式为：

步进升高温箱的温度，在每个温度点测量待试验器件的S-D极间二极管的结压降，经过线性回归分析，获得待试验器件的试验结温值与S-D极间二极管的结压降变化的线性回归方程。

作为进一步的改进，在所述步骤101之前，先启动测温和低档散热模式。

作为进一步的改进，所述步骤103中散热模式包括多个档位，依据试验结温值调整散热模式的档位。

作为进一步的改进，表贴场效应管老炼试验方法应用于表贴场效应管老炼试验设备，该设备包括控制模块，依据试验结温值调整散热模式的档位具体为；控制模块根据试验结温值调整输出给散热模块的高电平占比指令实现，将试验结温值划定为多个集合，每个所述集合对应不同档位的散热模式，根据输出的温度结温值所属的温度集合，使老炼试验调整至所述温度集合对应的散热模式。

作为进一步的改进，所述表贴场效应管老炼试验设备还包括测温模块，塑封面温度值由测温模块测量得到，测温模块中的温度传感器接触待试验器件，测量所述待试验器件的塑封面温度值。

作为进一步的改进，所述方法中可选择多个待试验器件，多个待试验器件同步或分别试验，每个待试验器件配置一个测温模块。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种应用于功率场效应管老炼设备的控制方法，测量待试验器件的塑封面温度值，并且根据塑封面温度值结合试验结温值与功率线性关系计算待试验器件的试验结温值，获得较准确的试验结温值，进而调整散热模式，实现自主控温，有利于功率场效应管的老炼试验。

附图说明

图1为本发明实施例的控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的待试验器件的试验结温值与S-D极间二极管结压降之间的线性关系趋势图；

图3为本发明实施例的老炼板组成原理图；

图4为本发明实施例试验模块的电路图；

图5为本发明实施例测温电路图。

图6为本发明实施例温度传感器的安装位置示意图；

图7为本发明实施例散热模块组成原理图；

图8为本发明实施例散热器的设计示意图；

图9为本发明实施例散热风扇的驱动电路图；

图10为本发明实施例控制模块的流程示意图。

图中：1-待试验器件；2-温度传感器；3-器件夹具；4-弹簧；5-散热器；6-老炼板；7-散热风扇。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

针对背景技术中提到的问题，本发明提供一种表贴场效应管老炼试验方法，方法流程如图1所示。

试验方法的准备条件为：选取器件样片(本发明中统称准备进行试验的元器件为待试验器件)，将其放置于温箱中，通过导线将其S极与D极引出；启动测温和散热模式的低档，开启测温和散热的待准备工作。具体的方法步骤包括：

步骤101：待试验器件处于不同的试验功率条件下，同步测量待试验器件的塑封面温度值(说明书中的待试验器件表示试验用场效应管)。

步骤102：通过塑封面温度值与试验结温值的线性关系计算出此时待试验器件的试验结温值。

可选的，步骤102中试验结温值的进一步计算方法为：结合试验结温值与试验功率的线性关系、试验功率与塑封面温度值的线性关系，利用试验功率得到塑封面温度值与试验结温值的线性关系，从而利用塑封面温度值计算待试验器件的试验结温值。

其中，试验结温值与试验功率的线性关系的确认步骤如下：

将场效应管放置于温箱中，温箱不同温度点的状态下，待器件温度稳定后，获得待试验器件的试验结温值与S-D极间二极管结压降之间的线性关系。过程为：选取器件样片，将其放置于温箱中，通过导线将其S极与D极引出；逐步升高温箱温度，在不同温度点，温箱和待试验器件的温度均稳定后；测量样片的S-D极间二极管结压降，获取场效应管试验结温值与S-D极间二极管结压降的线性关系；经线性回归分析，得到试验结温值与二极管结压降线性关系的对应线性回归方程。如图2所示，为待试验器件的试验结温值与S-D极间二极管结压降之间的线性关系趋势图，可见呈线性线性关系。

在常温下，给待试验器件施加功率，在不同的功率点测量S-D极间二极管结压降，获得待试验器件的试验功率与S-D极间二极管结压降之间的线性关系。

利用试验结温值与S-D极间二极管结压降之间的线性关系、试验功率与S-D极间二极管结压降之间的线性关系，计算出待试验器件的试验结温值与试验功率的线性关系。

可选的，试验功率与塑封面温度值的线性关系的具体获得方法为：在每个功率点，通过温度传感器测量待试验器件的塑封面温度值，得到试验功率与塑封面温度值变化的线性回归方程。结合共同参数试验功率，计算出试验结温值和塑封面温度值的线性关系。

试验时，完成准备条件后，给待试验器件施加步进增加的功率，读取此时的塑封面温度值。利用试验结温值与塑封面温度值之间的线性关系，结合塑封面温度值转换得到待试验器件的试验结温值。

可以选择多个待试验器件场效应管同时或分别在不同功率条件、环境条件稳定的情况下，测量多个功率点下的极间二极管结压降、试验功率和塑封面温度值，得到试验结温值和塑封面温度值之间的线性关系，这样就可以在任意功率条件下结合塑封面温度值计算得出试验结温值。

步骤103：依据检测到的试验结温值，调整散热模式。其中，散热模式包括4个档位，根据试验结温值结果输出高电平占比，调整散热模式的档位。将试验结温值划定为多个集合，每个所述集合对应不同档位的散热模式，根据输出的温度结温值所属的温度集合，使老炼试验调整至所述温度集合对应的散热模式。

调整过程为：当试验结温值低于T1时，待试验器件通过散热器散热，风扇为1级转速，在试验结温值处于T1与T2之间时，风扇启动2级转速，在试验结温值处于T2与T3之间时，风扇启动3级转速，在试验结温值高于T3时，风扇全速运转，确保场效应管的试验结温值处在可控范围。同时，检测判断试验时长，如果超过设定试验时长，及时停止试验。

步骤104：在103的试验条件下，判断试验时间是否超过试验时长，如果超过试验时长，断电停止试验；如果没有超过，重复步骤101。

依据本发明提供的控制方法，能够获得较准确的试验结温值，并采用合理的散热模式，并能够及时调整散热模式，从而能够保证试验功率，有利于场效应管的功率老炼试验。

本发明提供的表贴场效应管老炼试验方法，可选的，应用于场效应管老炼设备，配合专用老炼板使用。老炼设备采用风冷散热叠加传导散热，将待试验器件的试验功率提高了数倍，为大功率器件的功率老炼试验提供了一种解决方案。

如图3所示，老炼设备包括试验模块、测温模块、控制模块、散热模块和数据显示模块。每个试验模块内安装一个待试验器件，配置一个测温模块，测温模块中的温度传感器接触待试验器件设置，用来测量待试验器件的塑封面温度值。每个测温模块配置有一个散热模块，测温模块输入测量数据到控制模块，控制模块根据测量数据计算出试验结温值调整散热模块的工作模式，并显示试验结温值数据在数据显示模块上。

传统的老炼设备及老炼板仅包含试验模块，不能实时监测元器件在试验过程中的状态，且不能有效的解决待试验器件的散热难题，导致试验效率低下，本发明提供的设备有效的解决了这些问题。而且本发明中可选择待试验器件的数量，多个待试验器件可以同时或分开试验，每个待试验器件配置一个测温模块。本发明通过独立控制的测温模块与散热模块，实现了对不同待试验器件温度的独立控制，有效的解决了因待试验器件差异造成的试验效果不同的问题。

试验模块由场效应管老炼试验电路组成，试验电路的输出端连接在控制模块上。如图4所示，待试验器件的三个引脚之间两两连接有电容，引脚的输出端连接有采样电阻。利用老炼设备测得采样电阻R_D两端电压U1及场效应管漏-源极电压U_DS，经换算可得场效应管的功率为：

测温模块由温度传感器测温电路组成，测温电路如图5所示，采用本领域常用的温度传感器DS18B20。为了使温度传感器能与场效应管直接接触，如图6所示，设计了专用器件夹具，器件夹具3的下盖中间位置设有通孔，将温度传感器2嵌入器件夹具3的上盖中，待试验器件1固定放置在器件夹具3内。

如图7所示，散热模块由纯铜制散热器5、散热风扇7及其驱动电路组成。器件夹具3安装在老炼板6的正面，散热模块安装在老炼板6的背面，散热风扇7通过四个固定螺栓固定在老炼板6上，散热器5套在螺栓上，底面通过四个弹簧支撑在散热风扇7上，正面穿过老炼板6与待试验器件1的散热器5相接触，当器件夹具3关闭上盖时，散热器5会通过弹簧产生的顶力，与待试验器件1紧密相接，从而确保热量能及时的从待试验器件1传递至散热器5。

优选的，散热器正面设计了7mm高度的突起立方体，用于穿过老炼板与器件夹具，与待试验器件背面的散热器良好接触。针对老炼板的尺寸，结合工位设置需求，设计散热器尺寸如图8所示，散热器的四个边角对称设有4个直径4mm的通孔，通孔圆心距离两边边框5mm，通孔外侧，挖一1mm深度圆环，直径8mm。散热器的具体结构尺寸可以根据实际情况进行设置，本发明提供了一种优选的散热器尺寸方案。

控制模块根据试验结温值调整输出给散热模块的指令，本文给出一种优选的散热模式调整方案。散热风扇的驱动电路如图9所示，散热风扇的驱动电路由8550和8050两只三极管组成，当控制单片机输入一个高电平时，三极管8050导通，三极管8550基级电压变为低电平而导通，风扇被引入12V正电源，开始工作。通过控制单片机输出高电平的占比，可以控制风扇的转速，当单片机输出恒定高电平时，风扇全速运转。

控制模块由单片机和其外围电路组成，其中单片机型号可以选择STC89C51，其程序原理图如图10所示，老炼设备在上电后，首先进行各模块初始化工作，具体内容如下：

1001、接下来启动温度传感器。

1002、同时启动低档散热模式，本发明试验中选择启动风扇的1级。

读取待试验器件(即试验中场效应管)的塑封面壳温值，通过控制模块进行计算得到此时待试验器件的试验结温值。

1003、初步判断试验结温值是否小于等于一级温度阈值T1，如果小于等于，则重复步骤1002继续测量塑封面温度值工作，如果试验结温值大于一级温度阈值T1，则执行下一步骤1004。

1004、继续判断是否小于等于二级温度阈值T2，如果小于等于二级温度阈值T2，则调整风扇为2级转速，然后重复步骤1002继续测量塑封面温度值工作；如果试验结温值大于二级温度阈值T2，执行下一步骤。

1005、继续判断是否小于等于三级温度阈值T3，如果小于等于三级温度阈值T3，则调整风扇为3级转速，然后重复步骤1002继续测量塑封面温度值工作；如果大于三级温度阈值T3，执行下一步骤。

1006、调整风扇全速转动，进行散热，辅助老炼试验的正常稳定进行。

1007、检测判断试验时长，如果超过设定试验时长，及时停止试验；如果没有超过，返回，继续读取待试验器件的塑封面壳温值。

本发明设计的老炼设备，由试验模块、测温模块、散热模块和控制模块组成，能够自动控温，每一个试验器件夹具都配备了温度传感器和散热模块，散热风扇的转速被设置为四个级别，每一组风扇通过控制电路独立控制。将待试验器件的试验功率提高了数倍，并实现了待试验器件在老炼过程中的自主控温，有效的提高了试验效果。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (10)

1.一种表贴场效应管老炼试验方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤101：待试验器件位于不同的试验功率条件下，测量所述待试验器件的塑封面温度值；

步骤102：通过塑封面温度值与试验结温值的线性关系计算出待试验器件此时的试验结温值；

步骤103：依据待试验器件此时的试验结温值，调整待试验器件的试验散热模式；

步骤104：判断试验时间是否超过设定试验时长，如果超过设定试验时长，断电停止试验；如果没有超过，则返回步骤101。

2.根据权利要求1所述的表贴场效应管老炼试验方法，其特征在于，所述步骤102通过塑封面温度值与试验结温值的线性关系计算出此时待试验器件的试验结温值的具体步骤为：

结合试验结温值与试验功率的线性线性关系以及试验功率与塑封面温度值的线性关系，获取塑封面温度值与试验结温值的线性关系，通过塑封面温度值计算待试验器件的试验结温值。

3.根据权利要求2所述的表贴场效应管老炼试验方法，其特征在于，所述试验功率与塑封面温度值的线性关系的具体获得方法为：

保持其它变量不变的前提下，在多个功率点下，分别测量待试验器件试验功率和塑封面温度值，计算试验功率与塑封面温度值变化的线性回归方程。

4.根据权利要求2所述的表贴场效应管老炼试验方法，其特征在于，所述试验结温值与试验功率的线性关系的具体测试方法为：

将场效应管放置于温箱中，当温箱处于不同温度点下，待器件温度稳定后，获得待试验器件的试验结温值与S-D极间二极管结压降之间的线性关系；

当待试验器件处于不同的功率点下，获得待试验器件的试验功率与S-D极间二极管结压降之间的线性关系；

结合试验结温值与S-D极间二极管结压降之间的线性关系和试验功率与S-D极间二极管结压降之间的线性关系计算出待试验器件的试验结温值与试验功率的线性关系。

5.根据权利要求4所述的表贴场效应管老炼试验方法，其特征在于，所述试验结温值与S-D极间二极管结压降之间的线性关系的具体测量方式为：

步进升高温箱的温度，在每个温度点测量待试验器件的S-D极间二极管的结压降，经过线性回归分析，获得待试验器件的试验结温值与S-D极间二极管的结压降变化的线性回归方程。

6.根据权利要求1所述的表贴场效应管老炼试验方法，其特征在于，在所述步骤101之前，先启动测温和低档散热模式。

7.根据权利要求1所述的表贴场效应管老炼试验方法，其特征在于，所述步骤103中散热模式包括多个档位，依据试验结温值调整散热模式的档位。

8.根据权利要求7所述的表贴场效应管老炼试验方法，其特征在于，表贴场效应管老炼试验方法应用于表贴场效应管老炼试验设备，该设备包括控制模块，依据试验结温值调整散热模式的档位具体为；控制模块根据试验结温值调整输出给散热模块的高电平占比指令实现，将试验结温值划定为多个集合，每个所述集合对应不同档位的散热模式，根据输出的温度结温值所属的温度集合，使老炼试验调整至所述温度集合对应的散热模式。

9.根据权利要求8所述的表贴场效应管老炼试验方法，其特征在于，所述表贴场效应管老炼试验设备还包括测温模块，塑封面温度值由测温模块测量得到，测温模块中的温度传感器接触待试验器件，测量所述待试验器件的塑封面温度值。

10.根据权利要求1-9任一项所述的表贴场效应管老炼试验方法，其特征在于，所述方法中可选择多个待试验器件，多个待试验器件同步或分别试验，每个待试验器件配置一个测温模块。