CN117741410B - 一种大功率混合集成电路老化系统 - Google Patents

Abstract

一种大功率混合集成电路老化系统，包括中央控制系统、老炼电路板、控制电源，高压直流动力电源、高温环境试验箱、老化系统框架；所述老炼电路包括多个防反向二极管和分压电路，所述分压电路用来给中央控制系统提供回检信号，连接在防反向二极管负极和电源地之间的熔断器和阻值可调功率电阻接线端；该老化系统还包括负载电阻板，所述负载电阻板包括单片机控制单元二、驱动电路二、继电器组合控制电路和阻值可调功率电阻，单片机控制单元二接收中央控制系统指令后通过驱动电路二控制继电器组合控制电路中继电器动作，使所述阻值可调功率电阻输出不同阻值，以根据待老炼产品达到老炼要求的大电流，使产品在更加严酷的环境下加速产品的验证。

Description

一种大功率混合集成电路老化系统

技术领域

本发明涉及混合集成电路老炼测试技术领域，具体涉及一种大功率混合集成电路老化系统。

背景技术

随着电子技术的发展，电子产品的集成化程度越来越高，结构越来越细微，工序越来越多，制造工艺越来越复杂，在制造过程中会产生潜在缺陷。对一个好的电子产品，不但要求有较高的性能指标，而且还要有较高的稳定性。

集成电路电子产品在生产制造时，因设计不合理、原材料或工艺措施方面的原因引起产品的质量问题有两类，第一类是产品的性能参数不达标，生产的产品不符合使用要求;第二类是潜在的缺陷，这类缺陷不能用一般的测试手段发现，而需要在使用过程中逐渐地被暴露，如硅片表面污染、组织不稳定、焊接空洞、芯片和管壳热阻匹配不良等等。一般这种缺陷需要在元器件工作于额定功率和正常工作温度下运行一千个小时左右才能全部被激活(暴露)。显然，对每只元器件测试一千个小时是不现实的，所以需要对其施加热应力和偏压，例如进行高温功率应力试验，来加速这类缺陷的提早暴露。

而现有的老炼设备，多分为集成电路老化系统和大功率老化系统，集成电路老化系统主要是对一些集成电路器件实现功能老炼（施加方波、正弦等波形电信号），可设置产品工作温度（85-125℃），电流大多在200mA以下；而大功率老化系统多针对半导体分立器件，进行常温下大电流的功率老炼，不用设置产品工作温度，电流最大可达到10A。可见，现有的老炼设备均不能在满足产品的高温工作条件的同时，满足同时多管位混合集成电路3A以上的大电流能力。

大功率混合集成电路产品要求在满足设定的功能验证的同时，实现大电流的老炼，为提高产品的更新换代速度，缩短产品的研发周期，就要在更加严酷的环境下加速产品的验证。

发明内容

本发明的目的是提供一种大功率混合集成电路老化系统，用于解决大功率混合集成电路老炼不能同时满足功能验证和大电流老炼的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大功率混合集成电路老化系统，包括：

中央控制系统；

老炼电路板，包括与中央控制系统连接的单片机控制单元一、驱动电路一、待老炼器件接线座和老炼电路；所述中央控制系统向单片机控制单元一发送控制信号和接收回检信号；

控制电源，用于给系统供电；

高压直流动力电源，用于为老炼电路板提供动力电源，所述高压直流动力电源与中央控制系统连接，向中央控制系统实时回传高压直流动力电源输出的电压信号；

高温环境试验箱，内设老炼电路板架，用来承载所述老炼电路板；

老化系统框架，用于承载所述中央控制系统、控制电源、高温环境试验箱和高压直流动力电源；

其特殊之处是，

所述老炼电路包括正极与待老炼器件接线座输出端连接的多个防反向二极管，所述多个防反向二极管负极并联后通过分压电路连接电源地，所述分压电路用来用来给单片机控制单元一提供回检信号，连接在并联的防反向二极管负极和电源地之间的熔断器F1和阻值可调功率电阻接线端；

该大功率混合集成电路老化系统还包括与老炼电路板配套且安装在所述老炼电路板架上的负载电阻板，所述负载电阻板包括与中央控制系统连接的单片机控制单元二、驱动电路二、继电器组合控制电路和由多个功率电阻组成的阻值可调功率电阻，所述阻值可调功率电阻两端与所述阻值可调功率电阻接线端连接；在老炼时根据产品的老炼要求的驱动电源电压和输出电流，中央控制系统通过计算将老炼所需的功率电阻值通过协议发送到单片机控制单元二，通过驱动电路二控制相应继电器动作使所述多个功率电阻通过不同串并联形式输出老炼所需要的功率电阻值。

进一步地，所述中央控制系统带有显示单元和人机交互且型号是STM32F071C8T6，可通过人机交互设置老炼电路板控制信号的频率、幅值及占空比、负载电阻板的功率电阻输出阻值、高温环境试验箱的设定温度、高压直流动力电源的输出电压值以及实时显示回检信号数据。

进一步地，所述老炼电路板及配套的负载电阻板分为上下三层且设置在高温环境试验箱内，所述中央控制系统可同时连接三块不同类型的老炼电路板及配套的负载电阻板，针对不同类型、不同封装的产品，通过修改老炼电路板中不同的设置，对不同规格的混合集成电路产品进行大电流老炼。

进一步地，所述继电器组合控制电路包括三个分别具有一组常开接点和一组常闭接点的继电器K1-K3，所述阻值可调功率电阻包括四个不同阻值的功率电阻，通过继电器K1-K3中相应接点动作实现不同阻值输出。

进一步地，所述功率电阻L1和L3一端连接作为阻值可调功率电阻输入端，功率电阻L2和L4一端连接作为阻值可调功率电阻输出端，功率电阻L1另一端连接继电器K1公共端GL，功率电阻L2另一端连接继电器K2公共端GL，功率电阻L3另一端连接继电器K2常开接点，功率电阻L3另一端连接继电器K3常开接点，实现6种不同阻值输出。

进一步地，所述分压电路包括串联的分压电阻R1、发光二极管DL和分压电阻R2，所述分压电阻R2的输入端提供回检信号。

本发明的有益效果是：

本发明用于解决大功率混合集成电路老炼不能同时满足功能验证和大电流老炼的技术问题，通过设置独立的负载电阻板，负载电路板接受到中央控制单元指令解析后，由单片机控制单元控制不同继电器动作以组合出不同阻值的功率电阻提供给老炼电路，从而满足混合集成电路大电流老炼的需求，使产品在更加严酷的环境下加速产品的验证，提高产品的更新换代速度，缩短产品的研发周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将实施例或现有技术中所使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可能根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明的整体结构立体示意图；

图2为本发明的系统框图；

图3是本发明老炼电路板电路方框图；

图4是老炼电路板中老炼电路原理图；

图5是老炼电路板上待老炼器件接线座布设示意图；

图6是负载电阻板电路方框图；

图7是负载电阻板中继电器组合控制电路原理图；

图8是负载电阻板上一组功率电阻接线图；

图9 是负载电阻板上功率电阻布设示意图；

图10是待老炼器件的接线图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，一种大功率混合集成电路老化系统，包括老化系统框架3，设置在老化系统框架3上的中央控制系统1、控制电源2、高压直流动力电源4、高温环境试验箱5，在高温环境试验箱5内设置老炼电路板6和与老炼电路板6配套的负载电阻板7。

所述中央控制系统1包括显示屏和人机交互；

所述控制电源2，用于给系统供电；

所述高压直流动力电源4，通过485接口与中央控制系统连接，用于在中央控制系统1控制下为老炼电路板6提供动力电源，并向中央控制系统1实时回传高压直流动力电源4输出的电压信号；

如图3-图5所示，所述老炼电路板6，包括驱动信号接入端及回检信号输出端8、单片机控制单元一、驱动电路一、待老炼器件接线座9和老炼电路，所述中央控制系统1通过485接口经驱动信号接入端及回检信号输出端向单片机控制单元一发送控制信号；本实施例中待老炼器件接线座9为8个。所述老炼电路包括正极与待老炼器件接线座9输出端连接的多个防反向二极管D1-D6，所述多个防反向二极管负极并联后通过分压电路连接电源地，所述分压电路包括串联的分压电阻R1、发光二极管DL和分压电阻R2，连接在并联的防反向二极管负极和电源地之间的熔断器F1和阻值可调功率电阻接线端10，所述分压电阻R2输入端信号作为回检信号，通过单片机控制单元一向中央控制系统1回传分压电路的电压信号。

如图6-图9所示，所述负载电阻板7包括与中央控制系统1连接的单片机控制单元二、驱动电路二、继电器组合控制电路和阻值可调功率电阻，继电器组合控制电路包括多个继电器，所述阻值可调功率电两端11与老炼电路板6上对应的可调功率电阻接线端10连接，单片机控制单元二接收中央控制系统指令后通过驱动电路二控制继电器组合控制电路中相应继电器动作，使阻值可调功率电阻中多个功率电阻进行不同串并联形式，从而使阻值可调功率电阻输出相匹配的阻值，以根据待老炼器件达到老炼要求的大电流。本实施例中继电器组合控制电路中包括三个分别具有一组常开接点和一组常闭接点的继电器K1-K3，每个阻值可调功率电阻包括四个50w功率电阻（功率电阻阻值可不同，VDD=30V），其中功率电阻L1=1Ω，功率电阻L2=3Ω，功率电阻L3=2Ω，功率电阻L4=5Ω，功率电阻L1和L3一端连接作为阻值可调功率电阻输入端，功率电阻L2和L4一端连接作为阻值可调功率电阻输出端，功率电阻L1另一端连接继电器K1公共端GL，功率电阻L2另一端连接继电器K2公共端GL，功率电阻L3另一端连接继电器K2常开接点，功率电阻L3另一端连接继电器K3常开接点，可实现6种不同阻值输出，详见下表：

	K1	K2	K3	阻值	电流
						1	0	0	0	4Ω	7.5 A
2	1	0	0	6Ω	5 A
						3	0	1	0	3.67Ω	8.17 A
4	0	0	1	2.55Ω	11.76 A
						5	1	1	0	2.73Ω	10.99 A
6	1	0	1	5.67Ω	5.29 A

其中：

第一种方式，继电器K1-K3常开接点断开，端子L1-1和L2-1连接，功率电阻L1和功率电阻L2串联；

第二种方式，继电器K1常开接点接通，端子L1-1和L4-1连接，功率电阻L1和功率电阻L4串联；

第三种方式，继电器K2常开接点接通，端子L1-1、L2-1和L3-1连接，功率电阻L1和功率电阻L3并联后与功率电阻L2串联；

第四种方式，继电器K3常开接点接通，端子L1-1和L2-1连接，L3-1和L4-1连接，功率电阻L1和功率电阻L2 串联、功率电阻L3和功率电阻L4串联，然后再并联；

第五种方式，继电器K1、K2常开接点接通，端子L1-1和L4-1连接，端子L2-1和L3-1连接，功率电阻L1和功率电阻L4串联、功率电阻L3和功率电阻L2串联，然后再并联；

第六种方式，继电器K1、K3常开接点接通，端子L1-1和L4-1连接，端子L3-1和L4-1连接，功率电阻L1和功率电阻L3并联后与功率电阻L4串联。

该系统配备的高压直流动力电源4有二台，输出能力为50V、30A；可通过RS485协议进行数据传输；中央控制系统1与高压直流动力电源4、高温环境试验箱5内的老炼电路板6之间通过RS485协议进行数据交互传输；高温环境试验箱5内壁设置老炼电路板架，所述老炼电路板架的结构详见CN 206696317 U中公开的老炼高温烘箱点火电路安装架，在每一层老炼电路板架上都固定有与中央控制系统进行信号交互传输的接线端子以及与动力电源相连的电源线。所述老炼电路板6和负载电阻板7放置在老炼电路板架上且分上下三层布置，将老炼电路板6插入高温试验箱中的接线端子中。可同时完成24个混合集成电路老炼，或者可同时连接三块不同类型的老炼电路板及配套的负载电阻板，针对不同类型、不同封装的产品，通过修改老炼电路板中不同的设置，或者使用转接板，对不同规格的混合集成电路产品进行大电流老炼。

下面以一种大功率混合集成电路产品为例来说明本发明的工作方式。选取LJ6DY5HM为例，如图10所示，LJ6DY5HM直驱型点火电路为厚膜混合集成电路，该电路主要通过六路点火信号来分别控制六路点火电流的输出。老炼电路板6和负载电阻板7中的单片机控制单元均采用AT89C52单片机，其中单片机控制单元一采用二个AT89C52单片机，单片机控制单元二采用一个AT89C52单片机，与中央控制系统采用RS485协议进行数据传输；老炼电路板6和负载电阻板7中的驱动电路采用的是74HC245芯片，其中驱动电路一采用六个74HC245芯片，驱动电路二采用六个74HC245芯片。

所述中央控制系统1的型号是STM32F071C8T6，可通过人机交互系统设置老炼电路板控制信号的频率、幅值及占空比、负载电阻板的功率电阻阻值、高温环境试验箱的设定温度、高压直流动力电源的输出电压值以及实时显示回检信号数据。

根据产品规格书及老炼电路原理图，将老炼工作条件定为：高压直流动力电源电压30V；输出电流5A；输入信号脉冲宽度 100ms；工作温度范围125℃；每只器件工作周期为600ms；设置报警阈值为5A，连续输出超过2s。

在中央控制系统1中设定待老化器件的工作条件并保存，该工作条件包括高压动力电源输出电压为30V，输出电流能力为5A；将驱动信号设置为矩形波，周期为1s，占空比为10%；6路驱动电路依次工作；高温环境试验箱温度为125℃；老炼电路板6的回检信号为输出电流，采样周期为1ms，老炼时间设定为168h。

中央控制系统1将器件的工作条件通过协议发送到老炼电路板6中，由老炼电路板6中的单片机控制单元一输出产品老炼所需要的驱动信号（脉冲信号）。

由于该产品的老炼要求是：驱动电源电压30V，输出电流5A。为了满足这个条件，中央控制系统1通过计算将老炼所需的功率电阻值（6Ω）。通过协议发送到负载电路板7中，由负载电阻板7中的单片机控制单元二通过控制相应继电器动作以输出产品老炼所需要的功率电阻值，即负载电阻板7根据需要选择一个5Ω功率电阻和一个1Ω功率电阻串联而成。

在老炼电路板6中按器件引脚定义连接驱动信号、动力电源；根据图10可知，该器件引脚有Vin输入信号、Vout输出信号、VCC为动力电源、GND为电源地；将Vin连接到驱动信号，VCC和GND连接到动力电源；回检电路将输出电路是阻值为5.1K与2K电阻串联后，2K电阻上的分压值，只有产品工作正常时，2K电阻上才有正常电压值，进而可计算出产品的输出电流值。

进一步地，打开动力电源开关，在中央控制系统中开启老炼工作，此时电源逐步升高到30V，驱动信号开始同步输出；高温环境试验箱逐渐升温到125℃；老炼时间开始计时。同时可在显示屏中实时观察器件工作情况，通过回检信号实时判断是否有异常情况发生，若发生有任何对器件有影响的状况，均及时将电源切断，并将异常情况下的数据储存起来。

若产品老炼一直无异常，会在老炼时间完成后，关闭老炼试验，将高压动力电源输出值降低到零，将高温环境试验箱设定值归零。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种大功率混合集成电路老化系统，包括：

中央控制系统；

老炼电路板，包括与中央控制系统连接的单片机控制单元一、驱动电路一、待老炼器件接线座和老炼电路；所述中央控制系统向单片机控制单元一发送控制信号和接收回检信号；

控制电源，用于给系统供电；

高压直流动力电源，用于为老炼电路板提供动力电源，所述高压直流动力电源与中央控制系统连接，向中央控制系统实时回传高压直流动力电源输出的电压信号；

高温环境试验箱，内设老炼电路板架，用来承载所述老炼电路板；

老化系统框架，用于承载所述中央控制系统、控制电源、高温环境试验箱和高压直流动力电源；

其特征是，

所述老炼电路包括正极与待老炼器件接线座输出端连接的多个防反向二极管，所述多个防反向二极管负极并联后通过分压电路连接电源地，所述分压电路用来给单片机控制单元一提供回检信号，连接在并联的防反向二极管负极和电源地之间的熔断器F1和阻值可调功率电阻接线端；

该大功率混合集成电路老化系统还包括与老炼电路板配套且安装在所述老炼电路板架上的负载电阻板，所述负载电阻板包括与中央控制系统连接的单片机控制单元二、驱动电路二、继电器组合控制电路和由多个功率电阻组成的阻值可调功率电阻，所述阻值可调功率电阻两端与所述阻值可调功率电阻接线端连接；在老炼时根据产品的老炼要求的驱动电源电压和输出电流，中央控制系统通过计算将老炼所需的功率电阻值通过协议发送到单片机控制单元二，通过驱动电路二控制相应继电器动作使所述多个功率电阻通过不同串并联形式输出老炼所需要的功率电阻值。

2.根据权利要求1所述的一种大功率混合集成电路老化系统，其特征是，所述中央控制系统带有显示单元和人机交互且型号是STM32F071C8T6，可通过人机交互设置老炼电路板控制信号的频率、幅值及占空比、负载电阻板的功率电阻输出阻值、高温环境试验箱的设定温度、高压直流动力电源的输出电压值以及实时显示回检信号数据。

3.根据权利要求1所述的一种大功率混合集成电路老化系统，其特征是，所述老炼电路板及配套的负载电阻板分为上下三层且设置在高温环境试验箱内，所述中央控制系统可同时连接三块不同类型的老炼电路板及配套的负载电阻板，针对不同类型、不同封装的产品，通过修改老炼电路板中不同的设置，对不同规格的混合集成电路产品进行大电流老炼。

4.根据权利要求1所述的一种大功率混合集成电路老化系统，其特征是，所述继电器组合控制电路包括三个分别具有一组常开接点和一组常闭接点的继电器K1-K3，所述阻值可调功率电阻包括四个不同阻值的功率电阻，通过继电器K1-K3中相应接点动作实现不同阻值输出。

5.根据权利要求4所述的一种大功率混合集成电路老化系统，其特征是，所述功率电阻L1和L3一端连接作为阻值可调功率电阻输入端，功率电阻L2和L4一端连接作为阻值可调功率电阻输出端，功率电阻L1另一端连接继电器K1公共端GL，功率电阻L2另一端连接继电器K2公共端GL，功率电阻L3另一端连接继电器K2常开接点，功率电阻L3另一端连接继电器K3常开接点，实现6种不同阻值输出。

6.根据权利要求4所述的一种大功率混合集成电路老化系统，其特征是，所述分压电路包括串联的分压电阻R1、发光二极管DL和分压电阻R2，所述分压电阻R2的输入端提供回检信号。