DE1591971C - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Ermitteln der statistischen Häufig keitsverteüung eines Merkmals bei einer Vielzahl gleichartiger Bauelemente - Google Patents

Description

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(Bauelemente) sind für alle die gleichen Prüfbedingun- dem Widerstand des Meßzweiges mit dem im Scheitel

gen und die gleichen Zeitdauern gegeben; irgendwelche oder Maximum der Prüfgleichspannung kleinsten Schwankungen der Prüfbedingungen wirken sich daher Strom entspricht, ist gemäß einer Weiterbildung der

in gleicher Weise auf alle Prüflinge aus und können Erfindung der rotierende Kontaktmeßgleichrichter

somit das Prüfergebnis nicht verfälschen. Trägt man 5 mit der pulsierenden Prüfgleichspannung synchroni-

die drei genannten Werte der untersuchten elektri- siert und auf das Maximum der Prüfgleichspannung

sehen Größe, beispielsweise des Sperrstromes von eingestellt, und die Schließzeit des Kontaktmeßgleich-

Halbleiterventilen, für einen frei wählbaren Zeitpunkt richters beträgt höchstens eine Millisekunde,

der Beanspruchungsdauer ins Wahrscheinlichkeitsnetz An einem Ausführungsheispiel dieser Meßanord-

ein, so erhält man in guter Näherung aus dem arithme- io nung und an einem Beispiel für die Auswertung des

tischen Mittelwert und der Spannweite (Abstand Meßergebnisses wird die Erfindung an Hand de"r

zwischen dem Größt- und Kleinstwert) die Häufig- Zeichnungen näher beschrieben,

keitsverteilung. F i g. 1 zeigt eine Meßanordnung zum Prüfen von

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Meß- η Halbleiterventilen. Der Übersicht halber sind nur bzw. Prüfanordnung benutzt, die aus einem für alle 15 fünf Ventile 1 (Prüflinge) eingezeichnet. Mit jedem Prüflinge gemeinsamen Prüfstromkreis mit einem Prüfling ist ein ohmscher Widerstand 2 in Reihe ge-Meßwiderstand für die summierten Sperrströme und schaltet. Alle diese Ventilstromzweige sind zueinander mit dazu parallelgeschalteten Stromzweigen, welche je parallel geschaltet und über den Vorwiderstand 3 an einen Prüfling und einen mit diesen in Reihe geschalte- die Prüfspannung U angeschlossen. Die Prüfspanten Meßwiderstand für die einzelnen Sperrströme auf- ao nung U ist eine pulsierende Gleichspannung (50-Hzweisen, ferner aus einer Spannungsmeßanordnung, die Sinushalbschwingung). Ihr Scheitelwert beträgt beijedem Stromzweig gleichwertig zugeordnet ist, und spielsweise 1200VoIt. Die ohmschen Widerstände 2 aus einem Scheitelspannungsmesser, der mit Hilfe sind als Meßwiderstände gleichen Widerstandswereines Umschalters an die drei Meßspannungen ange- tes R₂ (z. B. 10 kOhm) ausgeführt und dienen zur schlossen wird, die den größten, den kleinsten und den 35 Messung der einzelnen Sperrströme der Prüflinge arithmetischen Mittelwert der untersuchten elektri- durch Abgreifen der Spannungsabfälle an den Widerschen Größe der Bauelementstichprobe darstellen, be- ständen 2 mit Hilfe der Leitungen 4 und 7. Der Vorsteht, widerstand 3 ist gleichfalls als Meßwiderstand ausge-

Eine solche Anordnung ist als Ausgestaltung der führt und hat einen solchen Widerstandswert R₃, daß

Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß jedes der 30 der an den Leitungen 7 und T meßbare Spannungs-

vielen gleichzeitig zu prüfenden Bauelemente unter sich abfall infolge der Gesamtheit der Ventilsperrströme i_SP

gleicher Art in Reihe mit jeweils einem ihm zugeordne- _{d n Mittdwert} ,- ₌ 1 · _{der Sperrströme} darstellt,

ten ohmschen Widerstand unter sich gleicher Große ^m η ^{sp v} '

je einen Meßzweig gleicher Art bilden, daß alle Meß- welcher bei der normalen Häufigkeitsverteilung eines

zweige einander parallel geschaltet sind und über 35 Loses sehr vieler Prüflinge dem häufigsten Sperrstrom-

einen weiteren ohmschen Widerstand mit einem gegen- wert entspricht. Aus der Gleichung
über dem Widerstandswert dieser Widerstände durch
die Anzahl der Meßzweige geteilten Widerstandswert

an eine mit Sinushalbschwingungen pulsierende Prüf- ρ ."V; _»./-,· ■* _ d . *■ "V;

gleichspannung angeschlossen sind und daß ein Schei- 40 ³ ^ ^sp ~ ^{2 {fn>)m} ~ ² η ²^ ^sp
telspannungsmesser über einen doppelpoligen Um-

Schalter in dessen erster Stellung über je einen nur für ^1ο18^ι> ^dalJ

den Aufladestrom des Scheitelspannungsmeßkonden- 1

sators durchlässigen und zusammen mit den übrigen ^3 = — -^2

eine Konjunktionsschaltung bildenden Gleichrichter 45

mit den beiden Enden der in den Meßzweigen liegenden sein muß.

Widerstände, in dessen zweiter Stellung über je einen Zur Anzeige der Scheitelwerte der an den ohmschen nur für den Entladestrom des Scheitelspannungsmeß- Widerständen 2 und am Vorwiderstand 3 abgenomkondensators durchlässigen und gleichfalls zusammen menen Meßspannungen dient der zweipolige umschaltmit den übrigen eine Konjunktionsschaltung bildenden 50 bare hochohmige Spannungsmesser 9 mit Logarith-Gleichrichter und über einen rotierenden Meßgleich- miervorsatz, zu dem der Kondensator 91 parallel gerichter gleichfalls mit den beiden Enden der in den schaltet ist und der zwecks Registrierung der Meß-Meßzweigen liegenden Widerstände und in dessen spannungen als Spannungsschreiber ausgebildet sein dritter Stellung über einen gleichfalls nur für den kann. Die beiden Meßanschlüsse des Spannungs-Aufladestrom des Scheitelspannungsmeßkondensators 55 messers 9 werden mit Hilfe der beiden Umschalter 8,8', durchlässigen Gleichrichter mit den beiden Enden des die je drei Schaltstellungen haben, an die Meßspannunin Reihe mit den Meßzweigen liegenden weiteren gen angeschlossen. In jede der Leitungen 4 und in die Widerstandes verbunden ist. Leitung 7 sind Gleichrichterventile Sl, 61 und 71 ein-

Aus dem nachstehend beschriebenen Ausführungs- geschleift, von denen die Gleichrichterventile 51 und 71

beispiel der Erfindung ergibt sich, daß in der ersten 60 den Ladestrom für den Kondensator 91 durchlassen

Stellung des Umschalters der Scheitelspannungsmeß- und in bekannter Weise die Scheitelspannungsmessung

kondensator auf eine Spannung aufgeladen wird, die ermöglichen und die Gleichrichterventile 61 den Ent-

dem Spannungsabfall an dem Widerstand des Meß- ladestrom des Kondensators 91 durchlassen. Die Venzweiges mit dem im Scheitel der Prüfgleichspannung tile 51 und 61 sind den einzelnen Ventilstromzweigen

größten Strom entspricht. Um zu erreichen, daß dem- 65 paarweise zugeordnet und jeweils in einer Konjunk-

entsprechend in der zweiten Stellung des Umschalters tionsschaltung zusammengefaßt. Die beiden Kon-

der Scheitelspannungsmeßkondensator nur auf eine junktionsschaltungen haben je einen Sammelpol 5

Spannung entladen wird, die dem Spannungsabfall an bzw. 6, der mit den Anschlüssen 53 bzw. 63 des Um-

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schalters 8 verbunden ist. In der Zuleitung zum An- schlossen, und der Kondensator 91 lädt sich über dieses

Schluß 63 liegt der rotierende Kontaktmeßgleichrich- auf die Spannung

ter 62, der synchron mit der pulsierenden Prüfspan- "V /_e_ · R₃
nung U läuft und mit einer relativ kurzen Schließzeit

(kleiner als 1 ms) auf das Maximum der Prüfspannung 5 auf, so daß am Spannungsmesser 9 der mittlere Sperreingestellt ist. Die Leitung 7 führt über das Ventil 71 stromwert (i_sp)m angezeigt wird,
an den Anschluß 73 des Umschalters 8. Die drei An- Trägt man nun gemäß F i g. 2 in einem Koordischlüsse 53, 63,73 bestimmen die drei Schaltstellungen ■ natensystem die drei angezeigten Sperrstromwerte des Umschalters 8. Die Leitung 7 führt außerdem di- (i_sp)_max, Qs_P)min und (i_sp)_m auf der logarithmisch rekt an die Anschlüsse 53' und 63' des Umschalters 8', to unterteilten Abszisse ein und ordnet man dem größten und die Leitung 7' ist an den Anschluß 73' des Um- Sperrstrom {i_sp)_max den Häufigkeitswert H=I schalters 8' angeschlossen. Die Anschlüsse 53', 63' und = 100%, dem Mittelwert der Sperrströme (i_sp)_m den 73' bestimmen als Gegenpole die drei Schaltstellungen Wert 0,5 = 50% und dem kleinsten Wert den Bruchdes Umschalters 8'. Die Umschalter 8 und 8' sind ge- teil zu, den ein Prüfling im Verhältnis zu allen η Prüfmeinsam jeweils auf die den gleichnamigen Anschlüssen 15 lingen der Stichprobenmenge ausmacht (z.B. 0,01 entsprechenden Stellungen53,53'oder63,63'oder73, =1% bei hundert Prüflingen) und verbindet man 73' einstellbar. ' diese Zuordnungen durch eine Kurve, so stellt diese Die Sperrströme i_sp der an der Prüfspannung JJ Kurve, auch wenn der häufigste Wert nicht mit dem liegenden Prüflinge 1 streuen um den mittleren Sperr- mittleren Sperrstromwert (/_sp)_TO zusammenfällt, eine stromwert (i_sp)m und haben erfahrungsgemäß eine ao für die Beurteilung der Prüflinge brauchbare Näherung logarithmische Normalverteilung. Es sei angenommen, der Summenhäufigkeitsverteilung dar, die etwa dazu daß der mit l{mtn) bezeichnete Prüfling den kleinsten benutzt werden kann, die Häufigkeit eines bestimmten Sperrstrom (i_sp)min und der mit !(max) -bezeichnete Stromwertes bzw. gemäß vorliegendem Beispiel die Prüfling den größten Sperrstrom (i_ep)_max führen. In der Häufigkeit eines bestimmten Sperrvermögens abzu-Stellung 53, 53' wird zuerst der maximale Sperrstrom 25 schätzen.

{hp)max gemessen. Dabei fließt schließlich ein Lade- Durch die Erfindung wird somit ein beachtlicher strom in den Kondensator nur noch über diejenige Vorteil bezüglich des Meßaufwandes erzielt, weil nicht Leitung 4 und dasjenige zugehörige Ventil 51, welche mehr alle Prüflinge der Stichprobe einzeln gemessen am höchsten Meßpotential (is_P)max * jR₂, d.h. am werden müssen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Stromzweig mit dem größten Sperrstrom (i_sp)max 3° der gesamte Untersuchungszeitraum der Qualitätsliegen ; alle übrigen Ventile 51 sind dabei gesperrt, da prüfung nach Bedarf gerafft werden kann, da die Prüfihre Anoden mit steigender Aufladung des Konden- linge den Prüfbedingungen ständig ausgesetzt sind,
sators 91 jeweils an kleineren Meßpotentialen liegen Die Anwendung der Erfindung ist nicht nur auf die als ihre, gemeinsam am höchsten Meßpotential liegen- Prüfung des Sperrvermögens von Halbleiterventilen den Kathoden. Wenn der Kondensator 91 geladen ist, 35 beschränkt. So können nach- dem gleichen Verfahren wird am Spannungsmesser 9 der größte Sperrstrom- beispielsweise auch ohmsche Widerstände geprüft werwert (i_sp)max angezeigt. Nun wird der Umschalter 8,8' den. An Stelle von Halbleiterventilen oder ohmschen in die Stellung 63,63' gebracht In dieser wird der Kon- Widerständen können ferner etwa bei vorgegebener densator 91 über den rotierenden Meßgleichrichter 62 Spannungsänderung Δ U auch die Kapazitäten C von und die Ventile 61 sowie die Widerstände 2 und den 40 Kondensatoren oder dergleichen geprüft werden. In Vorwiderstand 3 schrittweise entladen. Der Entlade- diesem Falle bilden die Leitungen 4 und 7 die Eingänge strom fließt schließlich nur noch über dasjenige Ven- von unter sich gleichen Integratoren, deren Ausgänge til 61, welches am geringsten Meßpotential {is_P)_min'Rz, dann Meßspannungen liefern, die proportional dem also am Stromzweig-.mit dem kleinsten Sperrstrom Integral der Ladeströme i_c der gemessenen Kapazi- (is_P)mtn Hegt; dabei sind alle übrigen Ventile 61 ge- 45 täten sind und in gleicher Weise wie nach F i g. 1 auf sperrt, da ihre gemeinsam am Kondensator 11 liegen- den Spannungsmesser 9 geschaltet und als Kapazitätsden Anoden mit fortschreitender Entladung des Kon- wert

densators91 an einem kleineren Potential liegen als 5°

ihre am jeweiligen Meßpotential liegenden Kathoden. - C ~ R₂- ] i_e&tU

Wenn der. Kondensator 91 bis auf die Spannung 50 °

(U_P)mtn * -R2 entladen· ist, wird am Spannungsmesser 9 angezeigt werden.

der kleinste Sperrstromwert- (i_sp)min angezeigt. An- Das Verfahren eignet sich ferner beispielsweise auch schließend wird der Umschalter 8,8' in die Stellung 73, für die Qualitätsprüfung von elektrischen Glühlampen 73' gebracht. Der Spannungsmesser 9 ist nun über das oder anderen elektrisch betriebenen Beleuchtungs-Ventil 71. direkt an den Meßwiderstand 3 ange- 55 mitteln, wo es die gleichen Vorteile erbringt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Patentansprüche: An St'cnProben wird als wesentliche Aussage zur * Qualitätssicherung die Veränderung von Merkmalen

1. Verfahren zum Ermitteln der statistischen der Stichprobe unter funktions- und/oder umgebungs-Häufigkeitsverteilung eines unter Beanspruchung bedingter Beanspruchung ermittelt. Hierzu ist es notveränderten, durch eine physikalische Größe, die 5 wendig, nach einem vorgegebenen Zeitplan eine ausauf elektrischem Wege meßbar ist, dargestellten reichende Anzahl von Messungen des jeweils zu unterMerkmals bei einer Vielzahl gleichartiger Bau- suchenden Merkmals an jedem Exemplar durchzuelemente einer Fabrikationsserie, dadurch führen. Beeinflussungen der Meßergebnisse durch gekennzeichnet, daß alle Bauelemente (1) störendes Hantieren und durch den Meßvorgang selbst einer untersuchten Stichprobe aus der Fabrikations- io sowie durch während der Messung sich ändernde Beserie einer gleichen Beanspruchung (U) gleichzeitig dingungen sollten soweit wie möglich ausgeschlossen ausgesetzt werden und daß dabei nur der größte werden.

Wert (Js-p (max)), der kleinste Wert (i_sp tmin)) und der In besonderem Ausmaß trifft dies auf Halbleiterbauarithmetische Mittelwert (i_sp(m)) der Häufigkeits- elemente zu; denn an die Funktionstüchtigkeit und verteilung der das Merkmal darstellenden Größe 15 Brauchbarkeit solcher Bauelemente wurden in den (i_sp) ermittelt werden. letzten Jahren immer höhere Anforderungen gestellt.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Die Qualitätsprüfung an Halbleiterbauelementen umVerfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekenn- faßt bekanntlich zu einem großen Teil die sich ständig zeichnet, daß jedes der vielen gleichzeitig zu prüfen- wiederholenden Routineprüfungen, um beispielsweise den Bauelemente (1) unter sich gleicher Art in ao festzustellen, wie sich bei höchstzulässiger Sperr-Reihe mit jeweils einem ihm zugeordneten ohm- Schichttemperatur das Sperrvermögen einer Stichprobe sehen Widerstand (2) unter sich gleicher Größe aus der laufenden Fertigung oder aus einem Lieferlos (-R2) je einen Meßzweig gleicher Art bilden, daß von Halbleiterbauelementen in Abhängigkeit von der alle Meßzweige einander parallel geschaltet sind und Zeit verändert. Derartige Prüfungen erstrecken sich über einen weiteren ohmschen Widerstand (3) mit 35 dabei über lange Zeiträume. Da nun aber jeder Prüfling einem gegenüber dem Widerstandswert (R2) dieser eines Loses jeweils nach dem gleichen Zeitplan geprüft Widerstände (2) durch die Anzahl («) der Meß- werden soll, innerhalb dessen der Dauerversuch durch

(j \ mehrere zeitlich regelmäßig verteilte Messungen unter

i?3 = — -R2\ jeweils gleichen Bedingungen unterbrochen wird,

/ 30 müssen diese Messungen mit großer Sorgfalt und Um-

an eine mit Sinushalbschwingungen pulsierende sieht durchgeführt werden. Schon das zeitliche Schwan-Prüfgleichspannung (C/) angeschlossen sind und daß ken der eingestellten Prüf bedingungen sowie das ein Scheitelspannungsmesser (9) über einen doppel- Nichteinhalten des Zeitplanes können den Erfolg der poligen Umschalter (8, 8') in dessen erster Stellung Prüfung in Frage stellen. Ein bei der Messung zer-(53,53') über je einen nur für den Aufladestrom des 35 störtes Exemplar läßt sich außerdem in die gewünschte Scheitelspannungsmeßkondensators (91) durch- statistische Auswertung nicht mehr einordnen. Durch lässigen und zusammen mit den übrigen eine Kon- die Gesamtheit dieser Einzelmessungen kann eine volljunktionsschaltung bildenden Gleichrichter (51) ständige Lebensdauerverteilung für das geprüfte Los mit den beiden Enden (4,7) der in den Meßzweigen ermittelt werden. Beispielsweise wird der Sperrstrom liegenden Widerstände (2), in dessen zweiter Stel- 40 eines Loses von Halbleiterbauelementen als Merkmal lung (63, 63') über je einen nur für den Entlade- des Sperrverhaltens in einer Serie von Summenhäufigstrom des Scheitelspannungsmeßkondensators (91) keits-Verteilungskurven aufgetragen; jede dieser Kurdurchlässigen und gleichfalls zusammen mit den ven stellt den Istzustand im Zeitpunkt der Messung übrigen eine Konjunktionsschaltung bildenden dar, die Lage der Verteilungskurven in Abhängigkeit Gleichrichter (61) und über einen rotierenden Meß- 45 von der Zeit gibt eine Aussage über das Änderungsgleichrichter (62) gleichfalls mit den beiden Enden verhalten des Sperrvermögens, und durch Einführung (4, 7) der in den Meßzweigen liegenden Wider- eines Grenzwertes erhält man aus den Verteilungsstände (2) und in dessen dritter Stellung (73, 73') kurven die Lebensdauerverteilung,
über einen gleichfalls nur für den Aufladestrom des Der Erfindungsgedanke geht von der Erkenntnis Scheitelspannungsmeßkondensators (91) durchlas- 50 aus, daß bei den meisten Untersuchungen dieser Art sigen Gleichrichter (71) mit den beiden Enden des Informationen über die Veränderung eines Merkmals in Reihe mit den Meßzweigen liegenden weiteren des geprüften Loses bereits aus bestimmten Punkten Widerstandes (3) verbunden ist. der Verteilung erhalten werden können, so daß die

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- punktweise Bestimmung der .Häufigkeitsverteilung entdurch gekennzeichnet, daß der rotierende Kontakt- 55 behrlich ist.

meßgleichrichter mit der pulsierenden Prüfgleich- Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,

spannung synchronisiert und auf das Maximum das oben beschriebene bekannte Verfahren so abzu-

der Prüfgleichspannung eingestellt ist und daß die ändern, daß der für die Untersuchung erforderliche

Schließzeit des Kontaktmeßgleichrichters höchstens Arbeitsaufwand erheblich vermindert wird und die

1 Millisekunde beträgt. 60 Qualitätsuntersuchungen dadurch vereinfacht werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch· erreicht, daß

alle Bauelemente einer untersuchten Stichprobe aus der

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln Fabrikationsserie einer gleichen Beanspruchung gleich-

der statistischen Häufigkeitsverteilung eines unter Be- zeitig ausgesetzt werden und daß dabei nur der größte,

anspruchung veränderten, durch eine physikalische 65 der kleinste und der arithmetische Mittelwert der

Größe, die auf elektrischem Wege meßbar ist, darge- Häufigkeitsverteilung der das Merkmal darstellenden

stellten Merkmals bei einer Vielzahl gleichartiger Bau- Größe ermittelt werden,

elemente einer Fabrikationsserie. Infolge des gleichzeitigen Prüfens aller Prüflinge