高精度自动化晶体管试验参数采集系统的制作方法
【专利摘要】一种高精度自动化晶体管温度测试采集系统，不仅能实现自动采集分析晶体管压力温度变化，还能实现晶体管电性能测试，包括：伺服电机施力结构、测试电路、恒温散热台、温度及压力传感器、信息采集及对比系统5大组成部分。其温度测试系统控制程序软件和人机界面软件均自主开发，解决了现有热阻测试设备不能自动测试采集晶体管压力及管壳温度的问题；温度传感器，其小面积内测试温度能达到0.1摄氏度的精度要求，解决了管壳表面温度的测试难题；自动压力施压系统，由压力传感器、缓冲器、步进微距和隔热器件组成，解决“压力施压过程中，既不损伤晶体管外观和机构自身对器件发热的影响，又能够以0.1%的精度压力进行缓慢增压”的问题。
【专利说明】高精度自动化晶体管试验参数采集系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于光机电一体化【技术领域】，具体的是一种高精度自动化晶体管温度测试 米集系统。
【背景技术】
[0002] 晶体管的可靠性是该产品本身所固有的，它的可靠性同原始设计是否合理以及 工艺质量控制是否严格有着极密切的关系。然而由于批量生产过程中不可避免的各种因素 产生的潜在缺陷，如：原材料、设备状况及相关工艺条件的某些变动，这样使生产制造出 来的晶体管，即使有合理的原始设计及良好的工艺控制，也不能保证生产出的器件完全达 到规范的要求。因此通过对产品进行充分的可靠性摸底试验，并结合使用条件和可靠性等 级制定的工艺筛选是提高晶体管可靠性不可缺少的重要工序。然而，目前现有的仪器只能 实现器件电性能测试，对测试过程中晶体管的温度压力变化分析研究主要采用手动方式操 作和数据人工记录，不能实时自动分析。
[0003] 热阻是依据半导体器件PN结在指定电流下两端的电压随温度变化而变化为测试 原理，来测试功率半导体器件的热稳定性或封装等的散热特性。散热性差的产品在应用过 程中，容易因温升过高导致失效，而在晶体管的应用过程中，其承受的外部压力对管壳温度 有较大影响。因此，研究开发一种热阻测试设备用温度测试采集分析系统十分必要。然而， 目前国内的热阻测试设备研发仅测重于晶体管的电性能测试应用，对于管壳温度测试也仅 限于手动测试、记录和人工分析，工作量大且耗时，测试精度也较低。
[0004] 目前，国内对晶体管的温度压力变化分析研究主要采用手动方式操作和数据人工 记录，尚无晶体管压力温度自动采集系统的研发生产企业。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述现状和问题，提供了一种高精度自动化晶体管温度测试采集系 统，该系统能精确控制晶体管承受的压力，实时监控晶体管管壳温度，并绘制压力及温度变 化曲线，进行自动分析；能为晶体管应用设计提供有效依据，防止失效；可用于指导企业生 产，使生产单位提前剔除次品和不合格产品，降低废品率，节约生产成本。
[0006] -种高精度自动化晶体管温度测试采集系统，主要用于晶体管热阻测试用温度控 制，不仅能实现自动采集分析晶体管压力温度变化，还能实现晶体管电性能测试，可用于生 产企业指导生产，提高企业产品合格率，包括：伺服电机施力结构、测试电路、恒温散热台、 温度及压力传感器、信息采集及对比系统5大组成部分，其硬件结构包括上部下压机构、前 后移动板，左右移动滑台、恒温测试台、显示操作界面，其中上部下压机构包括传动螺杆、定 位倒向杆及轴承、同步轮及同步带、压力传感器和绝热压板。
[0007] 本发明温度测试系统控制程序软件和人机界面软件均自主开发，解决了现有热阻 测试设备不能自动测试采集晶体管压力及管壳温度的问题；温度传感器，其小面积内测试 温度能达到〇. 1摄氏度的精度要求，解决了管壳表面温度的测试难题；自动压力施压系统， 由压力传感器、缓冲器、步进微距和隔热器件组成，解决"压力施压过程中，既不损伤晶体管 外观和机构自身对器件发热的影响，又能够以0. 1%的精度压力进行缓慢增压"的问题。 [0008]
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是开尔文四线检测原理， 图2是本发明设备接线图， 图3是本发明测试系统框图， 图4是本发明系统硬件结构图， 图5是本发明上部下压机构结构示意图。
[0010] 图中：1、上部下压机构，2、前后移动板，3、左右移动滑台，4、恒温测试台，5、显示操 作界面，6、传动螺杆，7、定位倒向杆及轴承，8、同步轮及同步带，9、压力传感器，10、绝热压 板。
【具体实施方式】
[0011] 参见图1-5, 一种高精度自动化晶体管温度测试采集系统，主要用于晶体管热阻测 试用温度控制，主要由伺服电机施力结构、测试电路、恒温散热台、温度及压力传感器、信息 采集及对比系统5大部分组成，各部分技术设计方案及实现过程说明如下： 1)伺服电机的施力结构 伺服电机的施力结构采用的是螺旋式传动机构，通过PLC控制并设定好单步运动行程 来实现高精度的下压行程，根据实际压力需求来控制下压行程的大小。施压结构与被测产 品的接触面为绝热材料聚酰亚胺（PI)。PI是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温 达400°C以上，长期使用温度范围-200?300°C，无明显熔点，高绝缘性能，103赫下介电 常数4. 0,介电损耗仅0. 004?0. 007,属F至Η级绝缘材料，其性能指标具体如下： 弯曲强度（20°C ):彡170Mpa 导热系数：〇· 〇21w/m. k °C 密度：1· 38 ?1. 43g/cm3 冲击强度（无缺口）：彡28kJ/m2 拉伸强度：彡100 MPa 维卡软化点：>270°C 伸长率：> 120% PI材料能有效隔离工作器件与周围环境温度的对流，并尽可能的实现器件温度的单向 传导。
[0012] 2)测试电路 测试电路采用开尔文四线测试方法进行。开尔文四线检测（Kelvin Four-terminal sensing)也被称之为四端子检测（4T检测，4T sensing),其检测原理如图1所示， 四线检测或4点探针法，它是一种电阻抗测量技术，使用单独的对载电流和电压检测 电极，相比传统的两个终端（2T)传感能够进行更精确的测量。开尔文四线检测被用于一 些欧姆表和阻抗分析仪，并在精密应变计和电阻温度计的接线配置。也可用于测量薄膜的 薄层电阻。四线检测的关键优点是分离的电流和电压的电极，消除了布线和接触电阻的阻 抗。
[0013] 3)恒温测试台 恒温测试台是由导热很好的紫铜加工而成，能很好的保证在使用过程中良好的导热。 恒温台里面制冷管道采用的是"S"型双层盘管结构，恒温测试台通过管道接口与制冷机进 行连接，将制冷机冷凝剂均匀导入到恒温的盘管结构，散热效果良好。
[0014] 4)温度及压力传感器 温度传感器为PT100传感器，感应温度误差为正负0. rc，温度传感器安装在恒温台上 的固定位置，通过其本身带有的弹性装置，可实现感应面与器件的有效接触；温度传感器与 恒温台的接触面采用绝热系数非常好的PI材料进行隔离，防止在测试过程中因恒温台制 冷效果带来测试结果的偏离。温度采集系统的接线方式采用的是并联接线；器件的每个管 脚通过探针引出来2根屏蔽线，屏蔽线由探针管脚引线到整个系统后背板上的6个开放式 接口和6个SMA接口；然后再由开放式接口接到测试系统分析仪器，仪器接收到数据进行记 录分析，见设备接线图。 全部用低噪声屏蔽线，其中UCB线和Ie-的单芯屏蔽线要粗，要有足够的电流，UCB的 线屏蔽层接B，IE的屏蔽线在E引脚悬空不接，SENSOR⑶RRENTS和DVMIN的线用单芯屏 蔽线连接，屏蔽线或接B和接E。 MEASURE最好用双芯屏蔽线，如果用单芯屏蔽线用2根也可。1脚接B，2脚接E。
[0015] 压力传感器的材料为316L不锈钢。压力传感器的显示通过显示器实时显示压力 数值，使用者可根据实际测试需求进行压力调整，PLC控制系统会将最后实际数值进行记录 并存档。其感应精度见表2-1: 表2-1:感应精度表
【权利要求】
1. 一种高精度自动化晶体管温度测试采集系统，其特征在于：包括伺服电机施力结 构、测试电路、恒温散热台、温度及压力传感器、信息采集及对比系统5大组成部分，其硬件 结构包括上部下压机构、前后移动板，左右移动滑台、恒温测试台、显示操作界面，其中上部 下压机构包括传动螺杆、定位倒向杆及轴承、同步轮及同步带、压力传感器和绝热压板。
【文档编号】G01N25/20GK104155335SQ201410177002
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】骆卫红, 袁强, 张麟, 陈新华, 胡东海, 刘俊 申请人:贵州凯里亿云电子科技有限责任公司