貼片半導(dǎo)體分立器件測(cè)試篩選裝置設(shè)計(jì)

陳思維，虞從軍，張建寧

中國(guó)電子科技集團(tuán)第十研究所天奧校準(zhǔn)檢測(cè)試驗(yàn)室，四川成都 610036

0 引言

電子在電子元器件的檢測(cè)篩選中，SMD 器件的測(cè)試篩選成為難題，不僅因?yàn)樗⑿〗Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還有封裝形式多樣性。目前，我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)和微電子工業(yè)的水平不高，SMD 器件的來源主要依賴進(jìn)口，國(guó)外電子元器件又無質(zhì)量保證。所以大家很重視這個(gè)矛盾，但是也因?yàn)镾MD 器件的特性，通過多方調(diào)研了解僅有個(gè)別實(shí)驗(yàn)室開展這個(gè)項(xiàng)目，且處于初期階段。所以我們建立一套貼片半導(dǎo)體分立器件（貼片二極管、貼片三極管）的檢測(cè)篩選裝置來解決這一問題，最終達(dá)到提高整機(jī)的可靠性。目前已完成5種SMD 封裝二極管、4種SMD 封裝三極管裝置，且進(jìn)入了實(shí)用階段。

1 裝置原理

貼片二、三極管的篩選項(xiàng)目主要有：常溫測(cè)試、功率老化、反偏試驗(yàn)等試驗(yàn)項(xiàng)目參[1]。在原有檢測(cè)篩選設(shè)備基礎(chǔ)上開發(fā)相應(yīng)的測(cè)試夾具、老化（反偏）板并編制相關(guān)測(cè)試程序，實(shí)現(xiàn)建立整套貼片半導(dǎo)體分立器件的檢測(cè)篩選裝置。

1.1 常溫測(cè)試裝置設(shè)計(jì)

在STS2103B 半導(dǎo)體分立器件測(cè)試系統(tǒng)的BX1031A 通用測(cè)試模塊基礎(chǔ)上開發(fā)相應(yīng)測(cè)試夾具。圖中帶陰影是需要完成設(shè)計(jì)和制作部分，結(jié)構(gòu)框圖如1所示。

圖1 測(cè)試夾具設(shè)計(jì)原理圖

根據(jù)5種封裝形式的二極管（SOD-323、0805、DO-214AA、DO-213AB、SOT-23）設(shè)計(jì)不同測(cè)試夾具。因5種封裝都屬于兩端點(diǎn)封裝接觸點(diǎn)，可做一套兼容此測(cè)試夾具。

根據(jù)4種三極管兩種封裝形式（SOT-23、TO-50），設(shè)計(jì)一套SOT-23 封裝、一套SOT-23 封裝、一套TO-50 封裝的三極管測(cè)試夾具，另BFR91A 是一種NPN 型三極管需要單獨(dú)設(shè)計(jì)。

1.2 功率老化板裝置設(shè)計(jì)

圖2 老化板設(shè)計(jì)原理圖

以原老化系統(tǒng)為平臺(tái)參[2]，開發(fā)一系列相關(guān)貼片器件老化夾具板，組成框圖如圖2。

1.2.1 老化板設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

為了減少SDM 器件的裝卸煩瑣過程，把相同封裝和型號(hào)的老化試驗(yàn)和反偏試驗(yàn)融合在同一塊試驗(yàn)板上，用兩端金手指設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)老化、反偏的兼容使用。這一設(shè)計(jì)特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)還屬首次。另外，在印制板的設(shè)計(jì)過程中，均采用反面安裝外圍電路元器件，正面安裝插座的方法。這樣與原試驗(yàn)板比較：老化板安裝數(shù)為144只（原48只），反偏板數(shù)量為300只（原80只）。大幅度地提高了工作效率，且節(jié)約了能源。

1.2.2 二極管老化板設(shè)計(jì)

在老化板設(shè)計(jì)中，制作（SOD-323、0805、DO-214AA、DO-213AB、SOT-23）五種不同封裝的老化夾具板。由于本項(xiàng)目中五種二極管都屬于小電流二極管（小于0.3A），在小電流的二極管正偏老化線路中，是每3個(gè)二極管為一路（根據(jù)插座的尺寸實(shí)際情況可適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)每一路的二極管數(shù)和整塊板的路數(shù)），共有16路，每路除有限流電阻外，還有中功率的三極管進(jìn)行限流控制參[3]，如圖3所示。

圖3 二極管老化線路圖

圖4 三極管老化電路圖

在該電路中，需要對(duì)被測(cè)件（二極管）施加正向偏置電壓，還要對(duì)三極管（Q1、Q2….）施加基極控制電壓，以控制被測(cè)件（二極管）上的導(dǎo)通電流。另外還有16路檢測(cè)信號(hào)，以判別二極管的工作狀態(tài)是否正常。

1.2.3 三極管老化板設(shè)計(jì)

根4種封裝形式，制作一套SOT-23 封裝老化板和TO-50 封裝老化板。對(duì)于三極管的老化篩選，需要設(shè)置基極和集電極二個(gè)電壓，以使其工作于放大狀態(tài)，電路原理如圖4。

1.3 反偏試驗(yàn)板設(shè)計(jì)

1.3.1 二極管反偏板

設(shè)計(jì)（SOD-323、0805、DO-214AA、DO-213AB、SOT-23）5種不同封裝的反偏板，以滿足這5種型號(hào)二極管的老化試驗(yàn)。因工作電流很小，故反偏板的電路要比正向老化的簡(jiǎn)單一些，即每一個(gè)管子對(duì)應(yīng)一個(gè)0.1A的保險(xiǎn)絲以保證被測(cè)件在反偏過程中的安全性，外加一定的電壓即可，如圖5所示。

圖5 二極管反偏電路

1.3.2 三極管反偏板

圖6 NPN 型三極管反偏電路

圖7 PNP 型三極管反偏電路

設(shè)計(jì)一套SOT-23 封裝（包括NPN、PNP 型）和TO-50 封裝三極管反偏板。由于其工作電流很小，即每一個(gè)管子對(duì)應(yīng)一個(gè)0.1A的保險(xiǎn)絲以保證被測(cè)件在反偏試驗(yàn)中的安全性，外加一定的電壓即可，如圖6、圖7所示。

2 效益分析

隨著整機(jī)逐步向小型化發(fā)展，SDM 器件數(shù)量所占比例越來越大。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)每年約有50%二極管不能檢測(cè)篩選，約40%三極管不能檢測(cè)篩選，本項(xiàng)目研發(fā)成功后可把二極管篩選率提高到80%左右，三極管篩選率85%左右，每年可增加6～7萬只二極管檢測(cè)篩選量，1.2萬只三極管檢測(cè)篩選量，合計(jì)全年貼片二、三極管可創(chuàng)造近90萬元左右經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)果驗(yàn)證

3.1 國(guó)內(nèi)元器件篩選實(shí)驗(yàn)室調(diào)查情況

通過對(duì)全國(guó)實(shí)力較強(qiáng)的7 家同行核實(shí)情況，僅有兩家篩選測(cè)試中心能做貼片元器件的篩選檢測(cè)。但型號(hào)為BFR91A（TO50 封裝）三極管在全國(guó)各個(gè)篩選中心都不能進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)過項(xiàng)目組研究討論對(duì)該器件進(jìn)行不同方式（線夾測(cè)試參[4]和適配器測(cè)試）的方法來驗(yàn)證裝置的可靠性。

3.2 驗(yàn)證方案

在國(guó)內(nèi)使用同臺(tái)測(cè)試設(shè)備的測(cè)試檢測(cè)中心進(jìn)行比對(duì)測(cè)試篩選試驗(yàn)。由于數(shù)據(jù)量龐大，這里就不在具體展示。但是參數(shù)測(cè)試誤差均在下表范圍所示范圍內(nèi)參[1]。從大量的驗(yàn)證數(shù)據(jù)情況看，比對(duì)的結(jié)果均符合要求。我們測(cè)試篩選方法是正確的。

表1 參數(shù)測(cè)試誤差范圍表

4 結(jié)論

通過這個(gè)裝置的建立，提高了我們篩選檢測(cè)人員的技術(shù)水平，為今后相關(guān)技術(shù)的發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)；有效提高元器件的可檢測(cè)比例，節(jié)約元器件在整機(jī)中失效的質(zhì)量成本。隨著發(fā)展，SMD 器件的篩選范圍將會(huì)迅速擴(kuò)大，整機(jī)的可靠性將得到更多保證。

[1]GJB128A-97 半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法.

[2]杭州可靠性儀器廠可靠性試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)匯編，2007.www.hrif.net.

[3]孫青，莊弈琪，等.電子元器件可靠性工程.北京：電子工出版社，2002.

[4]GJB33A-97 半導(dǎo)體分立器件總規(guī)范.