一种电力可控硅管芯的测试夹具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电力可控硅管芯的测试夹具，属于半导体硅器件用测试夹具。
【背景技术】
[0002]所谓电力可控硅(包括大电流整流二级管，下同)管芯，系指用单个直径较大(0.6英寸以上)的硅圆片制成的中心为门极、其门极周围为阴极、背面为阳极的单个可控硅芯片结构。
[0003]电力可控娃管芯的结构可参见图2、图3 (图2、图3分别为电力可控娃管芯的正视图和底视图)，电力可控硅管芯由衬底钼片7、半导体芯片8和管芯边缘的保护胶9三部分组成。从硅管芯的正视图、底视图可见，绝大部分的蒸铝区域都是可控硅的阴极区10，中心的圆区是中心门极区11，而中心的外环区是辅助门极区12，整个硅片是烧结在约1.5_厚的钼片上作为可控硅的阳极，而沿硅片的周边是用机械方法或化腐的方法制成的台面倒角，而台面的倒角必须涂覆有保护台面的边缘胶环(即保护胶)，而这一部分在整个测试以及后续的工艺中不可受到任何外界因素的擦碰而致使台面质量受损。
[0004]由于电力可控硅管芯在测试过程中，施加的测试电流(300A-5000A)很大，如果只依靠类似半导体小信号器件的探针台、探针架的点接触测试手段，则所得到的通态压降值远远达不到器件本身所固有的通态压降，有相当比例的管芯将被误判为不合格。或者厂家将电力可控硅管芯直接按要求封装起来进行测试挑选合格产品给用户，这会浪费相当的封装外壳，给厂家的成本大幅度上升，所以这些弊端给厂家和社会都会带来损失。因此，为测准电力电流可控硅管芯的电特性和开关特性就成为非常关键的测试工艺，必须使用与管芯有尽可能大的接触面且测试电极与管芯电极(主要是阳极与阴极)面电接触良好的专用测试夹具。
[0005]管芯测试性能的好坏，直接影响到产品兑用户合同率，尤其是可控硅的正向压降Vtm和整流二极管的正向压降Vfm参数，是一直困扰产品兑用户合同率的制约因素。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种电力可控硅管芯的测试夹具，该测试夹具可与电力半导体器件综合测试台、自动恒温压力夹具结合，方便地用来批量测试圆片型、硅片中心为门极的电力可控硅管芯的通态压降、正反向漏电流、开关特性等参数。
[0007]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:一种电力可控硅管芯的测试夹具，其特征是，包括阴极底座、置于阴极底座上方的阳极盖、与管芯中心门极接触的中心弹簧门极顶柱以及门极引出线，所述阴极底座与阳极盖之间设有用于管芯定位的定位圈；
[0008]所述中心弹簧门极顶柱镶嵌固定在阴极底座的中心，中心弹簧门极顶柱与门极引出线内部电连接，且门极引出线穿过阴极底座内部设置的孔并从阴极底座侧面引出。
[0009]所述阳极盖为圆柱形，其外侧壁设有一圈凸缘。
[0010]所述阴极底座由柱形底盘、置于柱形底盘上部中心的柱形支撑台构成，柱形支撑台的直径小于柱形底盘的直径。
[0011]所述定位圈由环形底座、在环形底座外边沿设置的空心圆柱状侧壁构成；
[0012]所述环形底座穿套于柱形支撑台上，空心圆柱状侧壁上端抵住阳极盖的凸缘，定位圈被夹持安装在阳极盖与阴极底座之间；
[0013]所述空心圆柱状侧壁内径与管芯外径相等，定位圈设有容纳管芯圆片边缘保护胶的隔离空间。
[0014]所述阴极底座和阳极盖是用导电率好的紫铜材料制成的，且表面均镀有10微米厚的镍层。
[0015]所述阳极盖在与管芯阳极钼片接触处、阴极底座在与管芯阴极铝面的接触处均为磨光的平面，其平面度为0.0127，平面的平行度0.05，光洁度为0.8。
[0016]所述中心弹簧门极顶柱镶嵌固定在柱形支撑台的中心，且中心弹簧门极顶柱的顶端高于柱形支撑台上表面0.5mm。
[0017]所述阳极盖的上表面设有与自动恒温压力夹具上板的定位销配套使用的定位孔。
[0018]所述阴极底座的下表面设有与自动恒温压力夹具下板的定位销配套使用的定位孔。
[0019]所述门极引出线设有绝缘套管。
[0020]实现电连接良好需要有一定的重量，因此，本实用新型中的阴极底座和阳极盖的材料选用导电率好的紫铜材料，且阳极盖、阴极底座与管芯阳极钼片、阴极铝面接触的是磨光的平面，其平面度为0.0127，平面的平行度0.05，光洁度为0.8。阴极底座和阳极盖的表面镀有10微米厚的镍层以避免接触铜块在常温或高温(最高测试温度为200°C)下的氧化，可以延长使用寿命。
[0021]本实用新型中的定位圈，其作用是操作者只要将被测管芯装入测试夹具内，管芯的阴极面和阳极面(钼片)都能与测试夹具相应的阴极底座、阳极盖自动对准电接触良好。与此同时，定位圈的形状设计还保留有容纳管芯圆片边缘保护胶的隔离空间，不受任何测试操作的影响和破坏。
[0022]在阴极底座的中心，即与管芯中心门极接触的位置，设有中心弹簧门极顶柱。该中心弹簧门极顶柱被相嵌固定在阴极底座的中心且与阴极底座绝缘，门极顶柱用带有绝缘层的导线(门极引出线)穿过阴极底座内部的孔从侧面引出以备连接相应的测试仪表。在管芯未放入时，中心弹簧门极顶柱的顶端高出阴极底座的上表面0.5mm。当管芯放入测试夹具且管芯的阴极与阴极底座接触时，中心弹簧门极顶柱在管芯的压力作用下，弹簧收缩，顶柱被压至与阴极底座上表面保持同一平面，且弹簧门极顶柱正好对准管芯的中心门极，并带有一定压力的电接触。
[0023]本实用新型具有如下优点:
[0024]1、采用导电性较好的紫铜材料制作阴极底座和阳极盖，阴极底座和阳极盖具有一定的厚度和重量以提高高电压条件下电极面接触的可靠性，减少接触电阻。
[0025]2、测试夹具的表面镀有金属镍层，厚度为lOum，以保证高温测试条件下，不被氧化，延长测试夹具电接触块的重复使用寿命。
[0026]3、采用耐高温(200°C)中心弹簧门极顶柱，作门极引出线，无需频繁的制作门极件。
[0027]4、采用聚四氟乙烯材料制作定位圈，其作用有三:一是确保被测管芯与阴极、阳极、特别是门极能有效自动对准和电接触；二是对阴极、阳极与门极之间有效的电学绝缘；三是具有一定的容纳管芯边缘保护胶的空间，以使不受测试过程中任何因素的擦碰，保护台面的机械与化学的损伤，提高测试的可靠性、重复性。
[0028]本实用新型能与DBC-223型电力半导体器件综合测试台、DBC-218-100型自动恒温压力夹具以及CALEB公司的PRV/PFV VOLTAGE TESTER测试台联合使用，不同硅片规格的可控硅管芯测试夹具仅其具体尺寸有所不同。通过使用本实用新型的测试夹具，不仅使产品的潜在电流负载能力得到明确的表现，提高了产品优品率，同时也提高了测试效率。
[0029]采用该测试夹具后，最大程度解决了大可控硅产品因正向压降VTM/VFM超标而无法兑用户合同的问题。以1.5”KP500为例，至今年上半年，由于Vtm超标无法发货而入库的总量达到近万只，采用新设计的测试夹具测试后，有近40%的产品符合用户的要求，仅一个规格的产品就为公司新增近30万元的销售收入。这样既能增加销售收入，同时也减少因库存增加而占用的资金。在新设计的测试夹具的基础上，经过多次试验