半導(dǎo)體整流管高溫負(fù)荷漏電流測(cè)試臺(tái)的設(shè)計(jì)

孫佳良

【摘要】本文是針對(duì)半導(dǎo)體整流器件高溫性能負(fù)荷試驗(yàn)后，如何進(jìn)行其準(zhǔn)確的漏電流測(cè)試設(shè)備的研制進(jìn)行簡(jiǎn)析。

【關(guān)鍵詞】半導(dǎo)體整流器件；高溫性能負(fù)荷試驗(yàn)；漏電流；測(cè)試

一、引言

半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，器件高溫特性參數(shù)的質(zhì)量考核是其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。整流器件的高溫性能負(fù)荷試驗(yàn)漏電流測(cè)試是例行試驗(yàn)的一個(gè)重要項(xiàng)目，半導(dǎo)體整流二極管高溫性能試驗(yàn)測(cè)試臺(tái)是為滿足器件在高溫負(fù)荷工作環(huán)境下對(duì)反偏漏電流進(jìn)行測(cè)試的需要而設(shè)計(jì)研制。由于器件試驗(yàn)過程為高溫環(huán)境下進(jìn)行，所加試驗(yàn)條件為全動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試條件，是在模擬器件的實(shí)際工作狀態(tài)下進(jìn)行的，在交流電路中電壓的大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的周波內(nèi)，被試器件正半波加正向電流，負(fù)半波加反向峰值電壓，在加有正向電流與反峰電壓的情況下，要完成對(duì)反向漏電流的準(zhǔn)確測(cè)試具有相當(dāng)難度，原因是所要測(cè)試的反向漏電流很小（微安級(jí)），任何微小的其他附加疊加干擾都會(huì)造成很大的測(cè)試誤差。該設(shè)備在我廠曾經(jīng)通過外購(gòu)解決，由杭州某專業(yè)設(shè)備生產(chǎn)廠家進(jìn)行承制，由于不能夠解決其中的技術(shù)困擾問題，該公司承制的設(shè)備經(jīng)我廠派員現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，不能達(dá)到技術(shù)要求后放棄并退貨。筆者在該設(shè)備的設(shè)計(jì)研制中，經(jīng)過大量的分析及模擬草臺(tái)試驗(yàn)電路的調(diào)整，最終確定現(xiàn)在采用的總體技術(shù)方案，采用正向電流同步關(guān)斷控制技術(shù)，使正向電流在交流電過零點(diǎn)附近的關(guān)斷和導(dǎo)通與所加反向峰值電壓同步，消除疊加影響，使反向漏電流的準(zhǔn)確測(cè)試得以實(shí)現(xiàn)，且具有測(cè)試精度高與較高的測(cè)試分辯率特點(diǎn)，滿足了生產(chǎn)需要要求。

二、設(shè)備機(jī)柜的設(shè)計(jì)

1.設(shè)備面板功能的設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)整流二極管的高溫性能負(fù)荷漏電流的測(cè)試，其設(shè)備面板功能包括以下方面內(nèi)容：

（1）正向電流數(shù)字顯示表頭

（2）反峰電壓數(shù)字顯示表頭

（3）漏電流測(cè)試顯示表頭

（4）正向壓降顯示表頭

（5）工位顯示及轉(zhuǎn)換部分

2.設(shè)備整體機(jī)柜的設(shè)計(jì)

（1）外部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

由于整流管的高溫性能測(cè)試是在高溫狀態(tài)下進(jìn)行，為此，設(shè)備機(jī)柜上應(yīng)鑲嵌高溫烘箱。機(jī)柜的上半部分設(shè)計(jì)為各項(xiàng)參數(shù)的數(shù)字表頭顯示及工位轉(zhuǎn)換開關(guān)，還有強(qiáng)電控制開關(guān)；中間左半部分為高溫烘箱部分，右半部分為正向電流均衡調(diào)節(jié)區(qū)；下邊左半部分為正向電流調(diào)節(jié)控制旋鈕，右半部分為反峰電壓調(diào)節(jié)控制旋鈕。為考慮設(shè)備的整體散熱效果，機(jī)柜的左、右兩側(cè)蓋板加開條形通風(fēng)孔，并可拆卸。機(jī)柜的后面板為開兩扇對(duì)開門，以方便維修使用。機(jī)柜的底部安裝四個(gè)大腳輪，便于設(shè)備的整體移動(dòng)。

（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

機(jī)柜的下面部分安裝功率變壓器、功率調(diào)壓器及可控硅等器件。高溫烘箱的后面部分開對(duì)接槽，并安裝對(duì)接座，以便產(chǎn)品放置于烘箱內(nèi)與設(shè)備供電線路的連接。機(jī)柜的中間安裝4層隔板，用于安裝各工位試驗(yàn)線路元器件及線路布局。

三、控制電路的設(shè)計(jì)

1.正向電流和反峰電壓的加載

利用交流電具有過零點(diǎn)的特性，對(duì)二極管正半周加上正向電流（平均值）的同時(shí)，負(fù)半周加上反向峰值電壓，考核被測(cè)試管在高溫工作狀態(tài)下的反向漏電流特性。該設(shè)備設(shè)計(jì)為通過單向可控硅進(jìn)行觸發(fā)及關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)，其輸出波形如圖1所示。

圖1

2.供電電源的設(shè)計(jì)

該設(shè)備需要四組5V數(shù)字顯示表頭供電電源，一組+15V和一組-15V同步關(guān)斷控制部分供電電源和一組80V可控硅觸發(fā)電源。電路圖如圖2所示。

3.同步控制電路的設(shè)計(jì)

該設(shè)備設(shè)計(jì)采用了正向電流同步關(guān)斷控制技術(shù)，使正向電流在交流電過零點(diǎn)附近的關(guān)斷和導(dǎo)通與所加反向峰值電壓同步，有效的解決了附加疊加影響，使反向漏電流測(cè)試精度較高。電路圖如圖3所示。

4.主回路原理圖的設(shè)計(jì)

（1）強(qiáng)電開關(guān)具有斷電保護(hù)功能，當(dāng)試驗(yàn)過程因各種原因發(fā)生斷電后自動(dòng)斷電，在電源恢復(fù)后設(shè)備不會(huì)開機(jī)，只有當(dāng)試驗(yàn)員發(fā)現(xiàn)并將所加試驗(yàn)條件全部降為零位時(shí)，重新開機(jī)試驗(yàn)，以防止被試驗(yàn)器件受到?jīng)_擊而損害。

（2）主回路分為正向電流供電單元及反峰電壓供電單元。

（3）可控硅觸發(fā)電源供電。電路圖如圖4所示。

圖4

5.主回路電路圖的設(shè)計(jì)

該設(shè)備具有45路相同回路線路設(shè)計(jì)，能同時(shí)滿足45只被試器件進(jìn)行試驗(yàn)和測(cè)試，每路具有正、反向隔離及各參數(shù)測(cè)試取樣電路設(shè)計(jì)；具有正向電流均衡調(diào)節(jié)，用于微調(diào)各測(cè)試工位的正向電流IF，使其每個(gè)測(cè)試工位的電流值一致，共有45個(gè)工位。電路圖如圖5所示。

圖1

6.工位檢測(cè)電路

該設(shè)備具有正向電流、反向峰值電壓、漏電流及正向壓降檢測(cè)回路，用于進(jìn)行各工位被試器件的參數(shù)檢測(cè)。

圖1

四、達(dá)到的技術(shù)效果

1.試驗(yàn)線路：

采用50Hz交流動(dòng)態(tài)信號(hào)，其中正半周為正向?qū)顟B(tài)，負(fù)半周為反向高壓偏置狀態(tài)，無其他異常的振蕩頻率。

2.設(shè)備功能：

該設(shè)備滿足各種封裝整流器件進(jìn)行高溫性能漏電流測(cè)試使用。

3.技術(shù)參數(shù)：

正向電流IF：0～5A（平均值）連續(xù)可調(diào)。

160o≤導(dǎo)通角≤180o

反向電壓VR：0～1500V（峰值）連續(xù)可調(diào)。

誤差精度：≤±2%

反向漏電流IR：0～2000uA

分辨率：1uA。

4.試驗(yàn)容量：

整機(jī)共設(shè)計(jì)為45個(gè)工位，可同時(shí)供45支器件（剛好為一批次產(chǎn)品抽樣數(shù)）做高溫反向漏電流測(cè)試需要。

五、材料的選擇

在設(shè)備的研制過程中，筆者查閱了大量的資料，對(duì)元器件的相關(guān)知識(shí)得以深入的了解，對(duì)線路應(yīng)用技術(shù)得以靈活應(yīng)用是設(shè)計(jì)好該設(shè)備控制電路的前提。對(duì)元器件的透徹了解和應(yīng)用，才能更好的解決制造、調(diào)試過程中出現(xiàn)的各種異常現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)的最初，各個(gè)元器件的選擇非常重要。例如：隔離二極管的選擇，除應(yīng)選擇電流電壓符合要求外，應(yīng)選擇漏電流應(yīng)盡可能小的器件；可控硅的選擇不僅要選擇電流、電壓應(yīng)符合要求，還有其導(dǎo)通角也要符合要求，從而根據(jù)其觸發(fā)電流而設(shè)計(jì)觸發(fā)電路。

六、結(jié)束語(yǔ)

千里之堤，潰于蟻穴，每一個(gè)小小的失誤都有可能引起設(shè)備在通電調(diào)試過程中出現(xiàn)各種異常現(xiàn)象，該設(shè)備從最初電路圖的設(shè)計(jì)、材料清單計(jì)劃、元器件的選擇，還有機(jī)柜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)加工都十分關(guān)鍵。主回路變壓器、調(diào)壓器的位置擺放也十分關(guān)鍵，在線路連接及調(diào)試過程中可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣的現(xiàn)象，要充分應(yīng)用線路知識(shí)，通過元器件或線路消除制造過程中的各種問題，從而制造出更精確、測(cè)試精度較高、滿足試驗(yàn)要求的測(cè)試臺(tái)。筆者在設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試全過程中，在原器件的選購(gòu)、安裝、測(cè)試及制造過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象的解決都本著嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的態(tài)度，精益求精的精神，認(rèn)真的分析其中的不足，分析其中的問題所在，這樣才使該設(shè)備得以設(shè)計(jì)更合理。

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