CN203069741U - 高温反偏实时监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温反偏实时监控系统，包括主控中心、系统电源、若干监测单元和若干老化板，监测单元包括数控高压电路和测试监控电路，数控高压电路和测试监控电路均分别与主控中心和老化板相连；数控高压电路接收主控中心发送的反偏电压信息，老化板加载数控高压电路输出的反偏电源，老化板实时输出每个半导体器件的反偏漏电流到测试监控电路中，测试监控电路输出反偏漏电流数据信息，主控中心接收并存储反偏漏电流数据信息。本实用新型既能满足半导体器件应用厂家对半导体器件进行的老化筛选试验，又能满足半导体器件设计生产厂家对半导体器件进行大量老化分析试验。

Description

高温反偏实时监控系统

技术领域

本实用新型涉及半导体器件老化测试技术领域，尤其涉及一种高温反偏实时监控系统。

背景技术

随着微电子技术突飞猛进的发展，半导体器件已经广泛应用到航天、军用、工业、汽车和民用领域等，为了保证半导体器件在应用过程中的稳定性，半导体器件应用厂家或半导体器件设计生产厂家均会对半导体器件进行老化筛选试验。

目前，半导体器件老化筛选试验一般针对批量的半导体器件进行，在进行高温反偏试验时，首先将批量半导体器件分别焊接在多个老化板上，并在老化板上加载反偏电源，然后将焊接有半导体器件的老化板放入高温烘箱中进行老化试验，同时记录老化开始时间和老化结束时间。当老化结束后，逐个检测从老化板上分离出的半导体器件，通过检测结果判断半导体器件的性能，筛选出无异常的半导体器件。采用上述检测过程，虽然能筛选出性能优良的半导体器件，但是无法实时监控半导体器件的整个老化过程，使个别半导体器件在老化过程中因反偏漏电流过大等因素造成损伤或损坏，同时，亦无法知晓半导体器件在老化过程中的反偏漏电流变化，不利于半导体器件的老化数据分析。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有老化筛选方式不利于半导体器件性能分析的问题，提供了一种在老化筛选过程中能实时监控及存储半导体器件反偏漏电流的高温反偏实时监控系统。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案是：

一种高温反偏实时监控系统，所述监控系统包括主控中心、系统电源、用于提供反偏电源及实时监测半导体器件反偏漏电流的若干监测单元和安装在高温烘箱内用于连接半导体器件的若干老化板，单个监测单元用于监测其中一块老化板中的半导体器件，主控中心和监测单元均由系统电源供电；

所述监测单元包括用于提供反偏电源的数控高压电路和用于实时传递及存储老化板中各半导体器件反偏漏电流的测试监控电路，数控高压电路和测试监控电路均分别与主控中心和老化板相连；数控高压电路接收主控中心发送的反偏电压信息，老化板加载数控高压电路输出的反偏电源，老化板输出每个半导体器件的反偏漏电流到测试监控电路中，测试监控电路实时处理反偏漏电流并输出反偏漏电流数据信息，主控中心接收并存储反偏漏电流数据信息。

其中，主控中心用于发送控制信息、实现数据通讯及存储，是整个监控系统的控制中心。老化板具有多个安装工位，安装工位用于连接半导体器件，老化板上设有反偏电源加载端和各半导体器件的反偏漏电流输出端，反偏电源加载端用于加载反偏电源到各个半导体器件上，每一个半导体器件的安装工位上均设有反偏漏电流输出端，该反偏漏电流输出端用于输出半导体器件的反偏漏电流。与老化板上的工位相对应的，测试监控电路上设有多路反偏漏电流输入端，多路反偏漏电流输入端用于分别对应连接其中一个半导体器件的反偏漏电流输出端，使每个半导体器件在测试过程中均能通过测试监控电路实现实时监控。

高温反偏实时监控系统在进行高温反偏试验时，多块老化板上已连接有若干待测试半导体器件，多块老化板对应需要多个监测单元进行实时监控，主控中心、数控高压电路和测试监控电路由系统电源供电。监控系统首先由主控中心通过控制端发送反偏电压信息到数控高压电路的电压输出控制端，由数控高压电路处理并通过反偏电源电压输出端输出系统设定的反偏电源到各老化板的反偏电源加载端上，使连接在老化板上的所有半导体器件加载反偏电源。在半导体器件的高温反偏测试过程中，各老化板中所有半导体器件的反偏漏电流输出端输出反偏漏电流到测试监控电路的多路反偏漏电流输入端中，测试监控电路对所有半导体器件的反偏漏电流数据信息进行处理并通过监测数据输出端输出到主控中心的数据输入端中存储和分析。

相比较于现有技术，本实用新型的高温反偏实时监控系统在整个测试过程中通过测试监控电路实时监测每块老化板上所有半导体器件的反偏漏电流，并在主控中心实现反偏漏电流数据信息的存储，检测数据信息能准确的反映出反偏漏电流的变化，有利于半导体器件的精细化分析。本实用新型既能满足半导体器件应用厂家对半导体器件进行大量的老化筛选试验，又能满足半导体器件设计生产厂家对半导体器件进行大量老化分析试验。

优选地，所述测试监控电路包括用于处理及传递老化板中各半导体器件反偏漏电流的多个反偏漏电流监测子电路、模数转换子电路和用于存储反偏漏电流数据信息的微处理器，反偏漏电流监测子电路接收并处理老化板输出的反偏漏电流，反偏漏电流监测子电路输出处理后的模拟电压信号到模数转换子电路中进行模数转换，模数转换子电路输出反偏漏电流数据到微处理器中存储。

优选地，所述测试监控电路还包括用于处理及传递老化板中半导体器件反偏电压的反偏电压监测子电路，反偏电压监测子电路接收并处理老化板输出的反偏电压，反偏电压监测子电路输出处理后的模拟电压信号到模数转换子电路中进行模数转换，模数转换子电路输出反偏漏电流数据到微处理器中存储。各半导体器件反偏电压的实时检测，使半导体器件的数据信息分析更全面、细致，进一步确保了数据信息的准确性。

优选地，所述测试监控电路还设有用于监测反偏漏电流是否处于阈值范围内的多个反偏漏电流异常判断子电路、记录有老化板中半导体器件工位数据的CPLD可编程逻辑器件和用于切断异常工位反偏电压的反偏漏电流保护子电路，反偏漏电流异常判断子电路接收微处理器输出的电流阈值，反偏漏电流异常判断子电路接收并与阈值比较老化板实时输出的反偏漏电流，反偏漏电流异常判断子电路输出异常信息到CPLD可编程逻辑器件中处理，CPLD可编程逻辑器件发送异常工位信息到微处理中器存储，同时微处理器输出启动信号给反偏漏电流保护子电路，反偏漏电流保护子电路切断异常工位器件的反偏漏电流回路。

反偏漏电流异常判断子电路设有初始电流阈值，并实时通过与半导体器件反偏漏电流大小的比较，判断出某个半导体器件为异常器件，同时将该异常信息输出给CPLD可编程逻辑器件。CPLD可编程逻辑器件检测到异常信号并确定该异常器件的对应异常工位信息，然后向微处理器传送异常工位信息，微处理器保存该异常工位信息，同时启动反偏漏电流保护子电路切断异常器件的反偏电源，对该异常器件的进行保护。该异常检测功能的设定，使半导体器件在出现异常征兆时能及时被切断电压，避免了老化筛选过程中损伤和损坏。

优选地，所述测试监控电路还包括用于监测每块老化板温度的温度监测子电路，温度监测子电路包括安装在每一块老化板中间的温度传感器，温度监测子电路输出处理后的温度模拟电压信号到模数转换子电路中进行模数转换，模数转换子电路输出转换后的温度数据到微处理器中存储。温度传感器设置在每一块老化板的中间部位，能实时准确的测量出高温烘箱内各个老化板的实时老化温度，避免了现有技术中因散热不均衡等因素引起的测量误差。

优选地，所述主控中心与测试监控电路和数控高压电路之间的连接线均为差分信号传输总线，微处理器与主控中心之间连接有通讯隔离电路。

优选地，所述数控高压电路包括第二微处理器、数模转换子电路、功率放大子电路和电压钳位子电路，第二微处理器接收主控中心发送的反偏电压信息，并传送该信息到数模转换子电路进行数模转换，数模转换子电路输出模拟电压值到功率放大子电路中，老化板加载功率放大子电路输出的反偏电源，电压钳位子电路接收并处理第二微处理器输出的数字电压信息，电压钳位子电路输出处理后的电压值到功率放大子电路。数控高压电路稳定的输出反偏电源，同时电压钳位子电路使整个系统处于设定的电压值，即使在开路状态下，也不会超过系统设定的最大电压，从而避免了高电压输出对老化板上半导体器造成的损坏。

优选地，所述功率放大子电路还顺次连接有电压采样子电路、反馈子电路和选择器，电压钳位子电路通过选择器与功率放大子电路相连，电压采样子电路对功率放大子电路输出的反偏电源进行采样，并将采样数据发送到反馈子电路中，反馈子电路输出反馈电压到选择器中，选择器接收并处理电压钳位子电路输出的电压值，选择器输出电压值或反馈电压到功率放大子电路中。

优选地，所述系统电源与主控中心之间连接有用于检测系统电源工作状态的电源监控电路。电源监控电路用于监控系统电源是否异常，保证系统的正常运行，电源监控电路采用光耦隔离器件隔离系统各路电源，一旦电源异常，光耦隔离器件就会输出端输出低电平，电源监控电路检测到低电平信号，切断系统电源，保护整个系统。

附图说明

图1是本实用新型高温反偏实时监控系统的电路原理框图。

图2是本实用新型高温反偏实时监控系统中测试监控电路的电路原理框图。

图3是本实用新型高温反偏实时监控系统中数控高压电路的电路原理框图。

图4是本实用新型高温反偏实时监控系统中测试监控电路的部分电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步详细说明本实用新型，但本实用新型的保护范围并不限于此。

参照图1，本实用新型的高温反偏实时监控系统包括主控中心、系统电源、若干监测单元和若干老化板，每一个监测单元用于检测其中一块老化板中的半导体器件。主控中心用于发送控制信息、实现数据通讯及存储，监测单元用于提供反偏电源及实时监测所有半导体器件的反偏漏电流，老化板的每一个工位用于连接半导体器件，主控中心和监测单元分别由系统电源供电。系统电源的供电输出端与主控中心之间连接有电源监控电路，电源监控电路用于监控系统电源是否异常，当电源异常时，切断系统电源，保护整个系统。

每一个监测单元均具有数控高压电路和测试监控电路，数控高压电路用于提供反偏电源，测试监控电路用于实时传递及存储老化板中各半导体器件反偏漏电流、反偏电压和老化板的老化温度，并在半导体器件出现异常征兆时切断反偏电源进行器件保护。数控高压电路接收主控中心发送的反偏电压信息，老化板加载数控高压电路输出的反偏电源，老化板输出每个半导体器件的反偏漏电流到测试监控电路中，测试监控电路实时处理反偏漏电流并输出反偏漏电流数据信息，主控中心接收并存储反偏漏电流数据信息。主控中心与测试监控电路和数控高压电路之间的连接线均为差分信号传输总线，如可采用RS485串行总线。

参照图2，所述测试监控电路包括反偏电压监测子电路、多个反偏漏电流监测子电路、多个反偏漏电流异常判断子电路、温度监测子电路、CPLD可编程逻辑器件、反偏漏电流保护子电路、模数转换子电路、微处理器和通讯隔离电路，反偏电压监测子电路、反偏漏电流监测子电路、反偏漏电流异常判断子电路和温度监测子电路分别与老化板相连，模数转换子电路分别与反偏电压监测子电路、反偏漏电流监测子电路和温度监测子电路相连，反偏漏电流异常判断子电路与CPLD可编程逻辑器件相连，微处理器分别与模数转换子电路、反偏漏电流异常判断子电路、CPLD可编程逻辑器件、通讯隔离电路和反偏漏电流保护子电路相连，通讯隔离电路与主控中心相连，反偏漏电流保护子电路与反偏漏电流监测子电路相连。反偏电压监测子电路、多个反偏漏电流监测子电路、多个反偏漏电流异常判断子电路、温度监测子电路、CPLD可编程逻辑器件、反偏漏电流保护子电路、模数转换子电路、微处理器和通讯隔离电路均由系统电源供电。

反偏电压监测子电路用于处理及传递老化板中半导体器件反偏电压，反偏电压监测子电路接收并处理老化板输出的反偏电压，反偏电压监测子电路输出处理后的模拟电压信号到模数转换子电路中进行模数转换，模数转换子电路输出反偏漏电流的数据到微处理器中存储。反偏漏电流监测子电路用于处理及传递老化板中各半导体器件反偏漏电流，反偏漏电流监测子电路接收并处理老化板输出的反偏漏电流，反偏漏电流监测子电路输出处理后的模拟电压信号到模数转换子电路中进行模数转换，模数转换子电路输出反偏漏电流数据到微处理器中存储。反偏漏电流异常判断子电路用于监测反偏漏电流是否处于阈值范围内，反偏漏电流异常判断子电路接收微处理器的电流阈值，反偏漏电流异常判断子电路接收并与阈值比较老化板实时输出的反偏漏电流，反偏漏电流异常判断子电路输出异常信息到CPLD可编程逻辑器件中处理，CPLD可编程逻辑器件发送异常工位信息到微处理器存储中，同时微处理器输出启动信号给反偏漏电流保护子电路，反偏漏电流保护子电路切断异常工位器件的反偏漏电流回路。CPLD可编程逻辑器件记录有老化板中半导体器件工位数据，反偏漏电流保护子电路用于切断异常工位反偏电压，微处理器用于处理及存储反偏漏电流数据信息。温度监测子电路用于每块老化板温度检测，温度传输子电路输出模拟温度数据到模数转换子电路中进行模数转换，模数转换子电路输出转换后的数字温度数据到微处理器中存储。

参照图3，所述数控高压电路包括第二微处理器、数模转换子电路、功率放大子电路、电压钳位子电路、电压采样子电路、反馈子电路和选择器，第二微处理器顺次与数模转换子电路、功率放大子电路、电压采样子电路、反馈子电路和选择器相连，电压钳位子电路连接在第二微处理器和选择器之间，选择器与功率放大子电路相连。第二微处理器接收主控中心发送的反偏电压信息，并传送该信息到数模转换子电路进行数模转换，数模转换子电路输出模拟电压值到功率放大子电路中，老化板加载功率放大子电路输出的反偏电源，电压钳位子电路接收并处理第二微处理器输出的数字电压信息，电压钳位子电路输出处理后的电压值到功率放大子电路。

高温反偏实时监控系统在进行高温反偏试验时，监控系统首先由主控中心通过控制端发送反偏电压数据到第二微处理器中，由数控高压电路处理并输出系统设定的反偏电源到各老化板上，使连接在老化板上的所有半导体器件加载反偏电源。在半导体器件的高温反偏测试过程中，各老化板中所有半导体器件输出反偏漏电流和反偏电压，并输入到对应的反偏漏电流监测子电路和反偏电压监测子电路中，反偏漏电流监测子电路和反偏电压监测子电路对反偏漏电流和反偏电压进行处理，使输出符合模数转换子电路转换的信息并输入到模数转换子电路中转换，由模数转换子电路输出转换后的数字信息到微处理器中，由微处理器输出到主控中心中存储和分析。上述监测过程用于完成本实用新型中各半导体器件的反偏漏电流和反偏电压实时数据的检测和存储。

在上述数据检测的同时，反偏漏电流异常判断子电路不断将各反偏漏电流与初始阈值比较，一旦检测到不在初始阈值范围内的反偏漏电流信息，则判断为存在某个半导体器件为异常器件，并将该异常信息输出给CPLD可编程逻辑器件。CPLD可编程逻辑器件检测到异常信号并确定该异常器件的对应异常工位信息，然后向微处理器传送异常工位信息，微处理器保存该异常工位信息，同时启动反偏漏电流保护子电路切断异常器件的反偏电源，即切断与该半导体器件相连的反偏漏电流监测子电路，使该路高温反偏检测断路，对该异常器件的进行保护。该异常检测功能的设定，使半导体器件在出现异常征兆时能及时被切断电压，避免了老化筛选过程中损伤和损坏，由于异常半导体器件的反偏漏电流和电压实时进行数据检测，有利于异常半导体器件的性能分析。

本实用新型中提及的反偏电压监测子电路、反偏漏电流监测子电路、反偏漏电流异常判断子电路、温度监测子电路、反偏漏电流保护子电路、模数转换子电路、通讯隔离电路、数模转换子电路、功率放大子电路、电压钳位子电路、电压采样子电路和反馈子电路均有多种具体实施方案，本实用新型举一具体例子对上述电路进行详细说明。其中功率放大子电路、电压钳位子电路、电压采样子电路和反馈子电路均为常规功能的电路，通过现有技术的手段均能简单实现，在此不再赘述。反偏漏电流保护子电路采用D型锁存器，差分信号传输总线采用RS485串行总线，相对应的通讯隔离电路采用常规的带有隔离的RS485收发器，模数转换子电路和数模转换子电路可采用常规的模数/数模转换芯片，均可实现，属于现有技术，在此不再赘述。

参照图4，所述反偏漏电流监测子电路包括第一运算放大器LF1、第二运算放大器LF2和若干电阻，第一运算放大器LF1和第二运算放大器LF2均由电源供电，第一运算放大器LF1和第二运算放大器LF2的同相输入端接地，第一运算放大器LF1和第二运算放大器LF2的反相输入端与输出端之间分别连接有电阻R2和电阻R3，第一运算放大器LF1的反相输入端上连接有开关K1，开关K1的控制端与反偏漏电流保护子电路相连，开关K1的输入端为反偏漏电流监测子电路的输入端，第一运算放大器LF1的输出端与通过电阻R1与第二运算放大器LF2的反相输入端相连，第二运算放大器LF2的输出端为反偏漏电流监测子电路的输出端。

所述反偏电压监测子电路包括第三运算放大器LF3、第四运算放大器LF4和若干电阻，第三运算放大器LF3和第四运算放大器LF4均由电源供电，第三运算放大器LF3和第四运算放大器LF4的同相输入端接地，第三运算放大器LF3和第四运算放大器LF4的反相输入端与输出端之间分别连接有电阻R4和电阻R5，第三运算放大器LF3的反相输入端上连接有电阻R6，电阻R6的另一连接端为反偏电压监测子电路的输入端，第三运算放大器LF3的输出端通过电阻R7与第四运算放大器LF4的反相输入端相连，第四运算放大器LF4的输出端为反偏电压监测子电路输出端。

所述反偏漏电流异常判断子电路包括比较器LM1、数模转换器和电阻R8，数模转换器的转换输入端与微处理器的阈值输出端相连，数模转换器的转换输出端与比较器LM1的反相输入端相连，比较器LM1的同相输入端与第一运算放大器LF1的输出端相连，比较器LM1的输出端上通过电阻R8与VCC相连，比较器LM1的输出端为反偏漏电流异常判断子电路的输出端。

所述温度监测子电路包括第五运算放大器LF5、第六运算放大器LF6、稳压二极管D1、若干电阻和温度传感器PT，第五运算放大器LF5和第六运算放大器LF6均由电源供电，第五运算放大器LF5的同相输入端通过电阻R9连接有VCC，电阻R9的另一端通过稳压二极管D1接地，第五运算放大器LF5的反相输入端通过电阻R10接地，第五运算放大器LF5的反相输入端与输出端之间连接有温度传感器PT，第五运算放大器LF5的输出端通过电阻R11与第六运算放大器LF6的反相输入端相连，第六运算放大器LF6的同相输入端接地，第六运算放大器LF6的反相输入端与输出端之间连接有电阻R12，第六运算放大器LF6的输出端为温度监测子电路的输出端。

上述说明中，凡未加特别说明的，均采用现有技术中的常规技术手段。

Claims (9)

1.一种高温反偏实时监控系统，其特征在于，所述监控系统包括主控中心、系统电源、用于提供反偏电源及实时监测半导体器件反偏漏电流的若干监测单元和安装在高温烘箱内用于连接半导体器件的若干老化板，单个监测单元用于监测其中一块老化板中的半导体器件，主控中心和监测单元均由系统电源供电；

所述监测单元包括用于提供反偏电源的数控高压电路和用于实时传递及存储老化板中各半导体器件反偏漏电流的测试监控电路，数控高压电路和测试监控电路均分别与主控中心和老化板相连；数控高压电路接收主控中心发送的反偏电压信息，老化板加载数控高压电路输出的反偏电源，老化板输出每个半导体器件的反偏漏电流到测试监控电路中，测试监控电路实时处理反偏漏电流并输出反偏漏电流数据信息，主控中心接收并存储反偏漏电流数据信息。

2.根据权利要求1所述的高温反偏实时监控系统，其特征在于，所述测试监控电路包括用于处理及传递老化板中各半导体器件反偏漏电流的多个反偏漏电流监测子电路、模数转换子电路和用于存储反偏漏电流数据信息的微处理器，反偏漏电流监测子电路接收并处理老化板输出的反偏漏电流，反偏漏电流监测子电路输出处理后的模拟电压信号到模数转换子电路中进行模数转换，模数转换子电路输出反偏漏电流数据到微处理器中存储。

3.根据权利要求2所述的高温反偏实时监控系统，其特征在于，所述测试监控电路还包括用于处理及传递老化板中半导体器件反偏电压的反偏电压监测子电路，反偏电压监测子电路接收并处理老化板输出的反偏电压，反偏电压监测子电路输出处理后的模拟电压信号到模数转换子电路中进行模数转换，模数转换子电路输出反偏漏电流数据到微处理器中存储。

4.根据权利要求2所述的高温反偏实时监控系统，其特征在于，所述测试监控电路还设有用于监测反偏漏电流是否处于阈值范围内的多个反偏漏电流异常判断子电路、记录有老化板中半导体器件工位数据的CPLD可编程逻辑器件和用于切断异常工位反偏电压的反偏漏电流保护子电路，反偏漏电流异常判断子电路接收微处理器输出的电流阈值，反偏漏电流异常判断子电路接收并与阈值比较老化板实时输出的反偏漏电流，反偏漏电流异常判断子电路输出异常信息到CPLD可编程逻辑器件中处理，CPLD可编程逻辑器件发送异常工位信息到微处理中器存储，同时微处理器输出启动信号给反偏漏电流保护子电路，反偏漏电流保护子电路切断异常工位器件的反偏漏电流回路。

5.根据权利要求2所述的高温反偏实时监控系统，其特征在于，所述测试监控电路还包括用于监测每块老化板温度的温度监测子电路，温度监测子电路包括安装在每一块老化板中间的温度传感器，温度监测子电路输出处理后的温度模拟电压信号到模数转换子电路中进行模数转换，模数转换子电路输出转换后的温度数据到微处理器中存储。

6.根据权利要求2所述的高温反偏实时监控系统，其特征在于，所述主控中心与测试监控电路和数控高压电路之间的连接线均为差分信号传输总线，微处理器与主控中心之间连接有通讯隔离电路。

7.根据权利要求1所述的高温反偏实时监控系统，其特征在于，所述数控高压电路包括第二微处理器、数模转换子电路、功率放大子电路和电压钳位子电路，第二微处理器接收主控中心发送的反偏电压信息，并传送该信息到数模转换子电路进行数模转换，数模转换子电路输出模拟电压值到功率放大子电路中，老化板加载功率放大子电路输出的反偏电源，电压钳位子电路接收并处理第二微处理器输出的数字电压信息，电压钳位子电路输出处理后的电压值到功率放大子电路。

8.根据权利要求7所述的高温反偏实时监控系统，其特征在于，所述功率放大子电路还顺次连接有电压采样子电路、反馈子电路和选择器，电压钳位子电路通过选择器与功率放大子电路相连，电压采样子电路对功率放大子电路输出的反偏电源进行采样，并将采样数据发送到反馈子电路中，反馈子电路输出反馈电压到选择器中，选择器接收并处理电压钳位子电路输出的电压值，选择器输出电压值或反馈电压到功率放大子电路中。

9.根据权利要求1所述的高温反偏实时监控系统，其特征在于，所述系统电源与主控中心之间连接有用于检测系统电源工作状态的电源监控电路。

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