DE2224689C2

DE2224689C2 - Method and device for long-term reverse voltage loading of semiconductor components

Info

Publication number: DE2224689C2
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8019 Ebersberg Krause
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1977-09-22

Description

2525th

I₅ den Sperrstrom, I _{5 is} the reverse current,

U_s die Sperrspannung, U _{s is} the reverse voltage,

Cd die Sperrschichtkapazität und Cd is the junction capacitance and

f die Frequenz des Wechselfeldes f is the frequency of the alternating field

bedeuten.mean.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbauelemente im elektrischen Wechselfeld mechanisch gerüttelt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the semiconductor components in the electrical Alternating field are mechanically vibrated.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Plattenkondensator zur Erzeugung des elektrischen Wechselfeldes.3. Apparatus for performing the method according to claim 1 or 2, characterized by a Plate capacitor for generating the alternating electric field.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Kondensatorplatte beweglich montiert ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that at least one capacitor plate is movably mounted.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine die Halbleiterbauelemente aufnehmende, im Wechselfeld des Plattenkondensators beweglich angeordnete 'solkrstofftrommel.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized by the semiconductor components receiving, in the alternating field of the plate capacitor movably arranged 'solkrstofftrommel.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes in einem Bereich von 50 Hz... 3 M Hz liegt.6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the frequency of the electric alternating field in a range of 50 Hz ... 3 M Hz.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes im Bereich von 50... 400 Hz liegt.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the frequency of the alternating electric field is in the range of 50 ... 400 Hz.

4545

Unzuverlässigkeit unzulässig ist.Unreliability is impermissible.

Die Ursache für das Ansteigen des Sperrstroms sind Fertigungsfehler, z. B. fehlerhafte Oxidschichten, unsaubere Halbleiteroberflächen oder Kontaktierungen die über das Oxidfenster hinausreichen. Diese Fehler können durch eine sorgfältige Fertigungskontrolle reduziert, aber nicht völlig beseitigt werden.The cause of the increase in the reverse current are manufacturing errors, e.g. B. defective oxide layers, unclean Semiconductor surfaces or contacts that extend beyond the oxide window. These mistakes can be reduced by careful production control, but not completely eliminated.

Es wäre naheliegend, die Halbleiterbauelemente in Fassungen zu stecken und vor der Prüfung mehrere Stunden mit Sperrspannung zu belasten. Bei vielen Millionen Dioden ist das aber mit vernünftigem Aufwand nicht durchführbar.It would make sense to put the semiconductor components in sockets and several before testing Hours to be charged with reverse voltage. With many millions of diodes this is reasonable Effort not feasible.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung dieser Art anzugeben, um Halbleiterbauelemente zwecks nachfolgender Messung ihres Sperrstromverhaltens in einfacher Weise langzeitig mit einer Sperrspannung zu belasten.The present invention is based on the object of a method and a device for this Specify the type of semiconductor components for the purpose of subsequent measurement of their reverse current behavior in easy way to load with a reverse voltage for a long time.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hierzu die Halbleiterbauelemente in den Wirkungsbereich eines elektrischen Wechselfeldes gebracht werden, das an den Bauelementanschlüssen eine elektrische Ladung influenziert, und daß die Frequerz dns elektrischen Wechselfeldes so gewählt wird, daß sie die FormelThis object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset solved that for this purpose the semiconductor components in the effective range of an alternating electric field be brought, which influences an electrical charge at the component connections, and that the Frequerz dns electrical alternating field is chosen so that it has the formula

/_s<0,1 U₅- Cd· f / _s <0.1 U ₅ - Cd · f

erfüllt, worinmet what

5050

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Langzeit-Sperrspannungsbelastung von Halbleiterbauelementen.The invention relates to a method and a device for long-term reverse voltage loading of semiconductor components.

Eine geringe aber nicht vernachlässigbare Anzahl von Halbleiterbauelementen zeigt eine Erhöhung des Sperrstromes nach mehrstündigem Betrieb. Der Sperrstrom kann soweit ansteigen, daß das Bauelement praktisch kurzgeschlossen ist. Aber auch ein geringer Sperrstromanstieg ist oft unzulässig. Zum Beispiel führt bei Abstimmdioden ein Ansteigen des Sperrstroms von 10OnA in den meisten Schaltungen zu untragbaren Frequenzabweichungen.A small but not negligible number of Semiconductor components shows an increase in the reverse current after several hours of operation. The reverse current can rise so far that the component is practically short-circuited. But also a little An increase in reverse current is often not permitted. For example, with tuning diodes, an increase in the reverse current of 10OnA leads to intolerable frequency deviations in most circuits.

Dieses Ansteigen des Sperrstroms ist besonders unangenehm, weil es erst nach mehrstündigem Betrieb des Gerätes, in dem das Bauelement eingebaut ist, auftritt. Die dann entstehenden Reparaturkosten übersteigen den Preis der Diode um ein Vielfaches. Hinzu kommt, daß in manchen Anwendungsfällen diese den Sperrstrom,
Us die Sperrspannung,
Cd die Sperrschichtkapazität und
f die Frequenz des WechselfeldesThis increase in the reverse current is particularly unpleasant because it only occurs after the device in which the component is installed has been in operation for several hours. The repair costs that arise then exceed the price of the diode many times over. In addition, in some applications, this reduces the reverse current,
Us is the reverse voltage,
Cd is the junction capacitance and
f is the frequency of the alternating field

bedeuten.mean.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens ist durch einen Plattenkondensator zur Erzeugung des elektrischen Wechselfeldes gekennzeichnet. A device for performing the aforementioned method is through a plate capacitor for Generation of the alternating electric field marked.

Es werden also ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Langzeit-Sperrspannungsbelastung von Halbleiterbauelementen angegeben, die mit geringem Aufwand auch bei sehr großen Stückzahlen anwendbar sind.So there is a method and a device for long-term reverse voltage loading of semiconductor components specified, which can be used with little effort even for very large quantities.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung darstellenden Figur näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to an embodiment of the device Figure explained in more detail.

Ein Wechselspannungsgenerator 1 liefert eine sinusförmige Spitzenspannung von ungefähr 3000V. Zwischen Platten 3, 4 eines Kondensators 2 entsteht dadurch ein starkes elektrisches Wechselfeld.An alternating voltage generator 1 supplies a sinusoidal peak voltage of approximately 3000V. Between Plates 3, 4 of a capacitor 2 create a strong alternating electric field.

In diesem Feld liegen Halbleiterbauelemente, beispielsweise Abstimmdioden 5, 6. Es sind nur zwei Exemplare dargestellt. Praktisch werden in einem Kondensator etwa 50 000 Stück zur gleichen Zeit belastet. Da der Plattenabstand nur etwas größer als die Anschlußlänge der Dioden ist (12 mm). können viele Platten zu einem nicht dargestellten Block vereinigt werden, so daß insgesamt zur gleichen Zeit mehr als eine Million Dioden behandelt wenden können. In dem Plattenstapel folgen die geerdeten und die nicht geerdeten Platten wechselweise aufeinander. Eine mittlere Platte ist dann also die Elektrode für zwei Kondensatoren. Um Kurzschlüsse zu verhindern, sind die Platten 3, 4 mit Isolierschichten 7 bedeckt. Diese Isolierschicht kann auf einer der Elektroden entfallen. Sie bietet aber den Vorteil, daß die Kapazität zwischen den Platten und den Diodenanschlüssen bei Verlage-Semiconductor components, for example tuning diodes 5, 6, are located in this field. There are only two Specimens shown. In practice, about 50,000 pieces are produced in one capacitor at the same time burdened. Because the distance between the plates is only slightly larger than the connection length of the diodes (12 mm). many can Plates are combined into a block, not shown, so that a total of more than at the same time a million diodes treated. In the plate stack, those that are grounded and those that are not follow earthed plates alternately on top of one another. A middle plate is then the electrode for two Capacitors. In order to prevent short circuits, the plates 3, 4 are covered with insulating layers 7. This An insulating layer can be omitted on one of the electrodes. But it has the advantage that the capacity between the plates and the diode connections for publishing houses

rung der Diode weniger schwankt und damit die Diodenbelastung gleichmäßiger ist.tion of the diode fluctuates less and thus the diode load is more even.

In dem elektrischen Feld wird auf d'_n Diodenanschlüssen eine elektrische Ladung influenziert. Wäre die Diode ein einfaches Metallstück, dann würden die Influenzladungen im Takte der an den Platten liegenden Wechselspannung ihr Vorzeichen wechseln. Entscheidend für die Wirkungsweise des Verfahrens ist nun, daß die Diode die Verschiebung der Influenzladung nur in der einen Richtung gestattet. Es stellt sich an den Diodenanschlüssen em Ladungsüberschuß ein, wobei die Polarität unabhängig von der Lage der Diode im Feld immer gerade so ist, daß die Diode in Sperrichtung belastet wird. Die Feldstärke im Kondensator wird so gewählt, daß sich bei der in bezug auf die Platten 3, 4 senkrecht liegenden Diode 6 gerade die maximal zulässige Sperrspannung emstellt. Die Sperrspannungsbelastung der in bezug auf die Platten 3, 4 schräg liegenden Diode 5 ist geringer.In the electric field, on d'_n diode connections influences an electric charge. If the diode were a simple piece of metal, the Influence charges change their sign in the cycle of the alternating voltage applied to the plates. Decisive for the operation of the method is now that the diode only in the displacement of the influence charge which allows one direction. An excess of charge occurs at the diode connections, whereby the polarity, regardless of the position of the diode in the field, is always just such that the diode is in the reverse direction is charged. The field strength in the capacitor is chosen so that in relation to the plates 3, 4 perpendicular diode 6 is just setting the maximum permissible reverse voltage. The reverse voltage load of the with respect to the plates 3, 4 obliquely lying diode 5 is less.

Damit alle Dioden im zeitlichen Mittel gleich belastet werden, können Möglichkeiten vorgesehen werden, welche eine dauernde mechanische Lageveränderung der Dioden herbeiführen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß wenigstens eine der Platten 3, 4 des Kondensators 2 bewegbar, beispielsweise drehbar ausgebildet ist oder daß eine Vorrichtung zum mechanischen Rütteln der Dioden vorgesehen ist. Da derartige mechanische Vorrichtungen hinsichtlich ihrer konstruktiven Ausgestaltung an sich auf der Hand liegen, sind sie im Ausführungsbeispiel nach der Figur nicht eigens dargestellt.In order to ensure that all diodes are loaded equally on average over time, options can be provided which cause a permanent mechanical change in position of the diodes. This can for example take place in that at least one of the plates 3, 4 of the capacitor 2 is movable, for example rotatable is formed or that a device for mechanically vibrating the diodes is provided. There such mechanical devices with regard to their structural design are obvious lie, they are not specifically shown in the embodiment according to the figure.

Der Sperrstrom der Diode ist so gerichtet, daß er die Influenzladungssymmetrie zu verringern sucht. Dieser Ladungsvcrlust ist vernachlässigbar, wenn während einer Periode der Wechselspannung sich die Diodenkapazität um weniger als etwa 10% durch den Sperrstrom entlädt. Dafür giltThe reverse current of the diode is directed in such a way that it tries to reduce the symmetry of the influenza charge. This Charge loss is negligible if the diode capacitance increases during a period of the alternating voltage discharged by less than about 10% through the reverse current. This is true

/_s<0,l U₅- Co- f / _s <0, l U ₅ - Co- f

4040

s = Sperrstrom,
s = Sperrspannung, s = reverse current,
s = reverse voltage,

Cd = üiodenkapazität, Cd = diode capacitance,

f = Frequenz: des Wechselfeldes, f = frequency: of the alternating field,

bedeuten.mean.

Durch die Wahl einer ausreichend hohen Frequenz läßt sich diese Bedingung immer erfüllen. Es ist aber vorteilhaft, bei möglichst tiefen Frequenzen zu arbeiten. Gründe dafür sind, daß die Blindströme und die Verluste geringer sind und daß damit der Aufwand für den Generator kleiner wird. Noch wichtiger aber ist, daß man bei tiefen Frequenzen den Sperrstrom auf einen Wert begrenzen kann, der der Diode nicht schadet. Man darf dann die maximal zulässige Feldstärke, welche der in Datenblättern angegebenen maximal zulässigen Sperrspannung entspricht, im Kondensator bedenkenlos überschreiten. Indem dies bewußt genutzt wird, wird erreicht, daß auch schräg im Feld liegende Dioden mit der vollen Sperrspannung bzw. mit einem relaliv großem Teil davon belastet werden. Dadurch wird die notwendige Behandlungszeit verkürzt.This condition can always be met by choosing a sufficiently high frequency. But it is advantageous to work at the lowest possible frequencies. Reasons for this are that the reactive currents and the losses are lower and so that the expense for the generator is smaller. But more important is that at low frequencies, the reverse current can be limited to a value that does not damage the diode. Man then the maximum permissible field strength, which of the maximum permissible specified in the data sheets Reverse voltage corresponds to be exceeded in the capacitor without hesitation. By using this consciously, is achieves that diodes lying diagonally in the field with the full reverse voltage or with a relaliv a large part of it are burdened. This shortens the necessary treatment time.

In der Regel wird die nach Gleichung (1) berechnete optimale Frequenz unter 3 MHz liegen. Für Kapazitätsdioden liegt sie im Niederfrequenzbereich, teilweise sogar bis im Bereich der technischen Frequenzen (50 Hz... 400 Hz). Letzteres führt zu einer besonders einfachen Spannungsquelle. Die Spannung kann dann direkt einem netzspannungsversorgtem Transformator entnommen werden. Gegebenenfalls ist auch Frequenzvervielfachung dieser technischen Frequenzen vorteilhaft. Kurzschlüsse in defekten Dioden oder durch mehrfache zufällige Kontakte zwischen den Diodenanschlüssen stören das Verfahren nicht, weil jedes Flächenelement des Kondensators praktisch mit eingeprägtem Influenzstrom arbeitet und weil die Wärme durch die Verlustleistung vernachlässigbar ist.As a rule, the optimal frequency calculated according to equation (1) will be below 3 MHz. For varactor diodes it is partially in the low frequency range even up to the range of technical frequencies (50 Hz ... 400 Hz). The latter leads to one particular simple voltage source. The voltage can then be fed directly to a mains voltage transformer can be removed. If necessary, frequency multiplication of these technical frequencies is also advantageous. Short circuits in defective diodes or due to multiple accidental contacts between the diode connections do not interfere with the process, because every surface element of the capacitor is practically embossed with it Influence current works and because the heat due to the power loss is negligible.

Das Verfahren ist nicht nur bei Dioden sondern auch bei anderen Halbleiterbauelementen mit Sperrschichten anwendbar. Die Bauelemente können auch geordnet in das Feld gestellt werden. Der Plattenabstand des Kondensators kann so groß gewählt werden, daß mehrere Dioden im Feld in Reihe angeordnet sind.The process applies not only to diodes but also to other semiconductor components with barrier layers applicable. The components can also be placed in the field in an orderly manner. The plate spacing of the Capacitor can be chosen so large that several diodes are arranged in series in the field.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren können auch nicht sinusförmige Wechselspannungen verwendet werden.In the method according to the invention, non-sinusoidal alternating voltages can also be used will.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for long-term reverse voltage loading of semiconductor components, characterized in that that for this purpose, the semiconductor components are brought into the range of an alternating electric field that is applied to the Component connections influenced an electrical charge. and that the frequency of the electric Alternating field is chosen so that it has the formula

_s <0, l U _s

met what