CN113960438A - 一种pn结反向特性曲线合格判别测试系统及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统及其测试方法，包括：计算机、本地数据库、显示操作装置、程控电压电流源、测试模块装置、测试夹具装置、待测件、测试控制系统、参数测试装置、数据采集系统、测试线缆等；计算机安装有控制系统程序模块、算法程序模块、设置与判别程序模块、数据采集程序模块；测试控制系统主要由测试控制系统程序模块、仪器控制、测试设置、数据读取、数据拟合、曲线显示、数据处理与存储等功能模块组成。解决了现有PN结反向特性曲线测试仅靠人工观察定性判别、重复性和一致性差、批量化差、易造成热击穿现象的问题。广泛应用于半导体器件PN结的反向特性曲线合格判别测试，特别是电压调整二极管领域。
Description
技术领域
本发明涉及半导体二极管测试领域，具体来说，涉及一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统及测试方法。
背景技术
随着半导体分立器件的质量可靠性要求越来越高，针对电压调整二极管产品，PN反向特性曲线是表征器件质量可靠性的一个重要指标。
目前用于测试PN结特性曲线的测试方法主要为示波器法，如图1、图2所示。PN结反向特性曲线的质量是通过人工观察进行定性判别，该种判别方法无法实现器件反向特性曲线定量判别和自动化筛选测试，由于采用人工进行视觉判断，重复性和一致性较差，不利于批量化生产和标准化管理。目前测试PN结反向特性曲线的较为先进的测试仪器为美国泰克公司的Tektronix 370B可编程示波器，但均为试验监测设备，不适用于批量化PN结反向曲线测试筛选。另一方面，示波器测试方法为直流测试方法，对于施加反向击穿电压较高器件，会对PN结造成不可逆的热击穿现象，存在很大的质量隐患，进而影响器件质量可靠性。
为此，特提出本发明。
发明内容
本发明旨在解决现有PN结反向特性曲线测试仅靠人工观察定性判别、重复性和一致性差、批量化差、易造成热击穿现象的问题。
为解决以上技术问题，本发明通过软件编程实现数据采集及自动计算，判别出PN结反向特性曲线合格与否，最终实现反向特性曲线自动化测试功能，解决人工进行视觉判断、重复性和一致性差、不适用于批量化PN结反向曲线测试筛选问题，便于生产过程标准化管理。
PN结反向特性曲线示意图如图1所示，图中：VZ为施加反向电流IZ时的反向工作电压，IR1和IR2为施加电压VZ1和VZ2时的反向漏电流值。测试算法流程如图4所示，算法流程如下：
(1)通过施加设定的脉冲直流电流IZ，测试PN结的反向工作电压VZ；
(2)根据测试的反向工作电压VZ值，减去设定的△V1和△V2，得到VZ1和VZ2电压值；
(3)将VZ1和VZ2作为PN结的反向偏置电压，测试PN结反向漏电大小为IR1和IR2；
(4)计算反向漏电差值△IR12，与标准设定的△IR进行比较。当△IR12≥△IR时，反向曲线不合格，反之，反向曲线合格。
其中IZ、△V1、△V2和△IR为同一类器件通过大量数据摸底而得出的值，对于不同的器件，取值不相同。在在测试系统中，IZ、△V1、△V2和△IR数值设置为可调。
为此，本发明提供一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统，如图3所示。包括：计算机、本地数据库、显示操作装置、程控电压电流源、测试模块装置、测试夹具装置、待测件、测试控制系统、参数测试装置、数据采集系统、测试线缆等；
所述计算机安装有控制系统程序模块、测试数据计算程序模块、数据采集程序模块，计算的主机包括至少2个局域网LAN口，主要功能是提供运算处理、数据存储，对所述数据采集系统、测试控制系统进行数据交换或控制；
所述本地数据库与所述计算机通过数据线进行数据连接，进行数据备份、存储与交换；
所述测试控制系统主要由测试控制系统程序模块、仪器控制、测试设置、数据读取、数据拟合、曲线显示、数据处理与存储等功能模块组成，通过LAN线与计算机LAN口连接；
所述参数测试装置通过LAN线及数据采集系统与计算机LAN口连接，通过测试线与所述测试夹具装置连接；
所述测试模块装置由相关测试电路组成，通过电源线与程控电压电流源连接，通过测试线与所述测试夹具装置连接，所述测试夹具装置由待测件夹具及相关辅助件组成；
所述测试控制系统的程控输出端口与程控电压电流源连接；
所述程控电压电流源与数据采集系统进行数据连接，输出直流脉冲电流到测试模块装置；
所述显示操作装置通过数据线与计算机连接；
所述测试线缆为LAN局域网端口连接线及测试信号传输线。
所述一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统的测试方法，如图4所示。包括如下步骤：
(1)测试控制系统向程控电压电流源发出设计输入与执行指令；
(2)程控电压电流源向测试模块装置输入设定的反向脉冲电流IZ；
(3)数据采集系统采集反向脉冲电流IZ条件下所对应的反向电压值VZ；
(4)通过算法程序模块，采用反向脉冲电流IZ条件下所对应的反向电压值VZ，减去设定的电压变化量△V1和△V2，得到对应的VZ1和VZ2电压值；
(5)通过测试控制系统，在待测二极管两端分别加电压为VZ1和VZ2的反向电压；
(6)通过数据采集系统采集VZ1和VZ2下对应的反向漏电流IR1和IR2；
(7)通过算法程序模块，采用对应VZ1和VZ2下的反向漏电流IR1和IR2的差值∣△IR12∣与设定的△IR进行比较，当∣△IR12∣≥△IR时，反向曲线不合格，反之，反向曲线合格；
(8)数据计算后最终生成的测试数据报告，通过所述显示操作装置进行显示和操作控制，也可通过计算机进行报告文件导出。
技术效果：
(1)通过以上的专利测试方法，可实现PN结特性曲线的数据判断，同时可为自动化曲线测试做技术铺垫。
(2)通过以上的专利测试方法，该测试方法为脉冲直流方法，在进行曲线判断测试时，对器件不会造成损伤，可替代反向特性曲线示波器测试方法(该测试方法对PN结进行反向特性曲线测试为直流测试，针对高电压器件，会造成PN结热击穿不可逆的击穿现象，对器件造成不可逆的损失)，规避器件由于测试而造成损伤的流程。
(3)实现了测试曲线自动化判别测试，提高测试精度及测试的一致性、重复性，提高生产效率，降低生产成本。
(4)解决了从手工反向曲线测试到自动化测试的问题，广泛应用于二极管反向曲线测试。
(5)测试方法由直流测试法变为直流脉冲法，提高测试安全性。
所述一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统及其测试方法，广泛应用于半导体器件PN结的反向特性曲线合格判别测试，特别是电压调整二极管领域。
附图说明
图1为PN结反向特性曲线示意图
图2为PN结反向特性曲线测试效果图
图3为PN结反向特性曲线自动化测试系统结构示意图
图4为PN结反向特性曲线自动化测试算法流程示意图
具体实施方式
如图3、图4所示，具体实施方式如下：
所述参数测试装置为高精度测试装置，优选美国泰克公司的Tektronix 370B可编程示波器。
所述程控电压电流源的参数范围为：VR＝0V～20000V，IR＝0A～50A。
所述测试夹具装置包括产品测试座，用于待测件的电路边连接与测试插拔。
所述测试控制系统一方面控制程控电压电流源按要求输出电源参数，另一方面给计算机测试信号，对Tektronix 370B可编程示波器的测试值进行采集。
所述数据采集系统，用来采集程控电压电流源以及Tektronix 370B可编程示波器工作测试动态数据，并通过算法程序模块对测试数据进行计算。数据计算后最终生成的测试数据报告，通过所述显示操作装置进行显示的操作控制，也可通过计算机进行报告文件导出。
最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，本发明包括但不限于以上实施例,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡符合本发明要求的实施方案均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统，其特征在于，包括：计算机、本地数据库、显示操作装置、程控电压电流源、测试模块装置、测试夹具装置、待测件、测试控制系统、参数测试装置、数据采集系统、测试线缆等；
所述计算机安装有控制系统程序模块、算法程序模块、设置与判别程序模块、数据采集程序模块，计算的主机包括至少2个局域网LAN口，主要功能是提供运算处理、数据存储，对所述数据采集系统、测试控制系统进行数据交换或控制；
所述本地数据库与所述计算机通过数据线进行数据连接，进行数据备份、存储与交换；
所述测试控制系统主要由测试控制系统程序模块、仪器控制、测试设置、数据读取、数据拟合、曲线显示、数据处理与存储等功能模块组成，通过LAN线与计算机LAN口连接；
所述参数测试装置通过LAN线及数据采集系统与计算机LAN口连接，通过测试线与所述测试夹具装置连接；
所述测试模块装置由相关测试电路组成，通过电源线与程控电压电流源连接，通过测试线与所述测试夹具装置连接，所述测试夹具装置由待测件夹具及相关辅助件组成；
所述测试控制系统的程控输出端口与程控电压电流源连接；
所述程控电压电流源与数据采集系统进行数据连接，输出直流脉冲电流到测试模块装置；所述显示操作装置通过数据线与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统，其特征在于，所述测试线缆为LAN局域网端口连接线及测试信号传输线。
3.根据权利要求1所述的一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统，其特征在于，所述参数测试装置为高精度测试装置。
4.根据权利要求3所述的一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统，其特征在于，所述高精度测试装置为美国泰克公司的Tektronix 370B可编程示波器。
5.根据权利要求1所述的一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统，其特征在于，所述程控电压电流源的参数范围为：VR＝0V～20000V，IR＝0A～50A。
6.根据权利要求1所述的一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统，其特征在于，所述测试夹具装置包括产品测试座，通过相应端口与测试模块装置连接。
7.根据权利要求6所述的一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统，其特征在于，所述产品测试座为多个，至少1个。
8.根据权利要求1所述的一种PN结反向特性曲线合格判别测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)测试控制系统向程控电压电流源发出设计输入与执行指令；
(2)程控电压电流源向测试模块装置输入设定的反向脉冲电流IZ；
(3)数据采集系统采集反向脉冲电流IZ条件下所对应的反向电压值VZ；
(4)通过算法程序模块，采用反向脉冲电流IZ条件下所对应的反向电压值VZ，减去设定的电压变化量△V1和△V2，得到对应的VZ1和VZ2电压值；
(5)通过测试控制系统，在待测二极管两端分别加电压为VZ1和VZ2的反向电压；
(6)通过数据采集系统采集VZ1和VZ2下对应的反向漏电流IR1和IR2；
(7)通过算法程序模块，采用对应VZ1和VZ2下的反向漏电流IR1和IR2的差值∣△IR12∣与设定的△IR进行比较，当∣△IR12∣≥△IR时，反向曲线不合格，反之，反向曲线合格；
(8)数据计算后最终生成的测试数据报告，通过所述显示操作装置进行显示和操作控制，也可通过计算机进行报告文件导出。
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