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晶体管加速寿命试验及工作点稳定的系统的制作方法
【专利摘要】晶体管加速寿命试验及工作点稳定的系统，属于测量技术及方法的范畴。包括了放置器件的加热热穴（101），加热平台（102），固定加热平台（102）的主机箱（106）中连接了温度控制器（107），温度显示器（103），电源偏置显示器（104），电源偏置控制器（105），所述的在加热平台（102）上有30个相同形状可放置B3型封装晶体管的加热热穴（101）。本发明能实现同时对30只同型号的晶体管进行加热和工作点稳定的功能。
【专利说明】晶体管加速寿命试验及工作点稳定的系统
【技术领域】:
[0001]本发明在PC机的控制下，实现对若干只双极型晶体管的工作点进行实时的控制，使晶体管的工作点稳定在PC机的设置值。随着晶体管的内部参数(β >BVceo等)和外部条件(管壳温度等)的变化，测量装置要实时的、自动的调整工作点，使其趋近于PC机的设定值；当不能稳定于工作点附近且偏差大于规定值时发出声光报警。当晶体管出现非正常状态时，对晶体管实施及时的保护，最大限度地避免晶体管的损坏。
【背景技术】:
[0002]在航天、航空、船舶、兵器等武器装备的军用半导体器件中，新品鉴定、老品升级及可靠性增长工程的评价均需要定量地给出半导体器件的寿命和失效率的量值。其寿命和失效率的量值将用于重点工程、武器装备的可靠性预计、可靠性设计中。但是，现行寿命试验(如鉴定试验和验收试验等)试验周期长，成本高，效率低。而要解决上述问题，需要对多子样器件同时进行寿命试验，本发明即可完成最多30只晶体管同时进行实时的，自动的工作点监控，并可以按照用户需求对器件的外部温度(室温到300°C)进行控制。

【发明内容】
:
[0003]本发明主要实现同时对30只B3封装晶体管工作点的实时监控并对该晶体管进行升温控制。
[0004]本发明具体采用如下技术方案:
[0005]晶体管加速寿命试验及工作点稳定的系统，包括了放置器件的加热热穴101，加热平台102，固定加热平台102的主机箱106中连接了温度控制器107，温度显示器103，电源偏置显示器104，电源偏置控制器105 ；pc机108通过通讯端子和主机箱106内的电源偏置控制器105和温度控制器107相连实现对晶体管的温度及工作点的控制；其特征在于:在加热平台102上有30个相同形状可放置B3型封装晶体管的加热热穴101，所述的封装晶体管的每只晶体管的三个管脚与保护电路相连，将6只所述晶体管的保护电路的放置在同一个电路板上并把电路板固定在加热平台的上方，将电路板上的连接端子连接到主机箱体106中的电源偏置控制器105上。主机箱106中的温度控制器107通过与加热平台102的加热装置及热偶相连实现对器件温度的控制；pc机108上设定工作温度及升温速率和器件的工作点电压电流值，通过通讯协议将工作点电压电流值传递给主机箱106的温度控制器107和电源偏置控制器105 ;温度控制器107根据获取的温度值对加热平台102中的晶体管进行加热控制，由在加热平台102设置的热偶获取的信号经过温度控制器107转换为温度值，并显示在温度显示器103的显示屏上；电源偏置控制器105根据获取的电流电压信号对晶体管的工作点进行实时的控制，其控制值显示在电源偏置显示器104中，当晶体管的工作点出现偏差时，电源偏置器104将发生问题晶体管的信息通过通讯端口传递给pc机108上，提醒用户对该器件采取相应的措施。
[0006]加热平台102为设置有同时放置30只B3型封装的晶体管的加热热穴(101)的金属厚板，所述金属厚板长宽高分别为230mm, 200mm和60mm ;所述的加热平台102由上下两层金属板组成，具有储热能力，上层金属板设置有30个相同形状可放置B3型封装晶体管的加热热穴101;下层金属板用功率为1000—2000W的可控硅驱动热棒进行加热，用来完成加热平台102的恒温或升温速率的温度控制；30个加热热穴101设置在加热平台102的中央部位，加热平台102的四周留有50?60mm加热平台宽度，以防止边缘散热带来的不均匀；上下两层金属板分别为30mm。
[0007]对每只被测封装晶体管都采用一片独立的CPU进行控制，同时采用12位高精度的A/D、D/A转换器，以保证控制的实时性和精度；在被测晶体管的基极回路采用高速的MOSFET IRF540作为保护的执行元件，执行时间为50ns ;同时在被测晶体管的集电极回路也设有用高压、大功率MOSFET IRF540构成的保护电路，用以完成电压高达100V，电流高达IA的电路的通断切换，执行时间为200ns。
[0008]测量中30只晶体管的测量进行分路控制，其由PC机108的接口模块完成的，接口模块中的地址与控制信号锁存器的将当前测试选通到指定的被测封装晶体管；数据缓冲器用来存储当前被测器件的各参数，并等待接口模块中微控制器发指令后将数据上传到PC机108进行处理。
[0009]目前市场上没有针对此需求的监控装置，此发明为可以实现这一目标而完成的。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1:本发明的整体结构示意图；
[0011]图2:本发明的晶体管防自激电路；
[0012]图3:本发明的测量系统的系统结构示意图；
[0013]图4:本发明的前置测量模块结构示意图；
[0014]图5:本发明的PC机接口模块结构示意图；
[0015]图6:本发明的PC机数据配置及处理模块示意图；
[0016]图中:101、加热热穴，102、加热平台，103、温度显示器，104、电源偏置显示器，105、电源偏置控制器，106、主机箱，107、温度控制器，108、pc机。
【具体实施方式】
[0017]本发明的【具体实施方式】如下，对B3型晶体管采用共射极接法，共射极接法能有效地防止器件因电流过负荷而损坏，图2为每只晶体管的保护电路。由于保护电路必须靠近器件才有效，另外根据加热平台102的加热热穴101的位置分布，每个电路板上可以连接6只带有保护电路的器件，并将这样的5个电路板分别固定在加热平台的上方，且晶体管的管帽倒放在加热热穴101中，加涂导热脂，形成一个热板的加热方式。加热平台102是一个具有长宽高分别为230mm，200mm和60mm的金属厚板，由上下两层组成，具有储热能力。加热平台102实际上是一个热板形式的加热器。热板上层为30个相同形状可放置B3型封装晶体管的加热热穴101;热板下层用1000—2000W的可控硅驱动热棒进行加热，可以完成热台的恒温或升温速率的温度控制。热板的温度是用热偶在加热平台102中心进行测量。温度控制器107采用航天部502所的64段温控系统融合在本发明中，温度显示器103面板采用数字式显示，控制采用触摸式操作。[0018]在测量前首先要对加热平台102进行校准，本发明用电学法来校准加热平台102及各加热热穴101的温度。我们利用晶体管P-N结正向电压随温度线性变化的温度特性，采用美国生产型号为DESPATCH-900的温箱，控温精度为±0.1°C，用标准温度计(标准温度计的误差为±0.1°C )和一支样管放入恒温箱内，在EB结上加正向小电流100 μ Α,在不同温度下，记录下EB结压降的毫伏值，将得到一组标准温度计显示的温度与EB结压降的对应数据，做出温度?毫伏曲线图。控制加热平台102升温至某一温度，把这支标定的样管放入每个热穴，利用该样管做出的温度?毫伏曲线图，可以得到加热热穴101的温度分布，同时与热偶测量的温度，做一个差值记录，进行温度修正。在实际测试中我们利用这条曲线测量器件的温度。由于标定的温箱和标准温度计精度都在±0.1°C，经过这样标定后加热热穴101温度的误差能保证在±1°C以内。为了保证30只管子的温度均匀性，采取了四项措施:
(I).30个热穴集中于加热平台的中央部位，四周留有50?60mm加热平台宽度，以防止边缘散热带来的不均匀性。(2).另外要使加热平台厚度尽量厚，我们设计的上下加热层分别为30mm厚，(共60mm厚)。(3).尽量减小热穴与热穴之间的距离和热穴的总面积。(4).避免环境对加热平台温度恒定的干扰，如:防止气体流动对加热平台温度恒定的干扰等。我们用已标定好的样管去测量每一个热穴的温度，能做到每个热穴温度的离散度在±1.5°C以内。
[0019]电源控制模块105的设计主要考虑两点:⑴对晶体管工作点控制的精度和实时性能。⑵对被测晶体管保护的完善性。
[0020]针对上述两点，在设计中采取了如下措施:⑴每一个前置测量模块对应一个被测晶体管，如图3所示，前置测量模块的结构图如图4所示，对每只被测晶体管都用一片独立的CPU进行控制，微控制器STM32F103将用户设置的工作点通过12位高精度的D/A转换器AD7521和15V直流电源给被测晶体管的基极提供一个适当的输入电流，被测器件连接预放模块(0P07放大器实现)，分压模块(电阻分压100:5)和IV转换模块(0.1 Ω电阻采样，0P07放大)可以实现对VBE，VCE和IE三个参数的测试并通过多路开关来进行切换，并将测试结果通过12位高精度的A/D转换器转换为数字量，由微控制器读取，微控制器对读取的状态量与用户设定的工作点进行比对，如果发生漂移，则通过相应算法产生新的基极电流控制信号对被测器件进行调控以保证控制的实时性和精度。⑵在被测晶体管的基极回路采用高速的MOSFET (IRF540)作为保护的执行元件，执行时间约为50ns ;同时在被测晶体管的集电极回路也设计有用高压、大功率MOSFET (IRF540)构成的保护电路，可以完成高电压(100V)、大电流(IA)的通断切换，执行时间约为200ns。
[0021]最后，为了保证测量中30只晶体管的数据准确，需要进行分路控制，这个是由PC机接口模块完成的，如图5所示，微控制器采用STM32F103驱动地址与控制锁存器和数据缓冲器，其中地址与控制信号锁存器74LS245的作用就是将当前测试选通到指定的被测器件；数据缓冲器用来存储当前被测器件的各参数，并等待微控制器发指令后将数据上传到Pc机进行处理。为了阅读完整性，图6给出了 pc机数据配置与处理的模块图。
【权利要求】
1.晶体管加速寿命试验及工作点稳定的系统，包括了放置器件的加热热穴(101)，加热平台(102)，固定加热平台(102)的主机箱(106)中连接了温度控制器(107)，温度显示器(103)，电源偏置显示器(104)，电源偏置控制器(105) ；pc机(108)通过通讯端子和主机箱(106)内的电源偏置控制器(105)和温度控制器(107)相连实现对晶体管的温度及工作点的控制；其特征在于:在加热平台(102)上有30个相同形状可放置B3型封装晶体管的加热热穴(101)，所述的封装晶体管的每只晶体管的三个管脚与保护电路相连，将6只所述晶体管的保护电路的放置在同一个电路板上并把电路板固定在加热平台的上方，将电路板上的连接端子连接到主机箱体(106)中的电源偏置控制器(105)上。主机箱(106)中的温度控制器(107)通过与加热平台(102)的加热装置及热偶相连实现对器件温度的控制；pc机(108)上设定工作温度及升温速率和器件的工作点电压电流值，通过通讯协议将工作点电压电流值传递给主机箱(106)的温度控制器(107)和电源偏置控制器(105);温度控制器(107)根据获取的温度值对加热平台(102)中的晶体管进行加热控制，由在加热平台(102)设置的热偶获取的信号经过温度控制器(107)转换为温度值，并显示在温度显示器(103)的显示屏上；电源偏置控制器(105)根据获取的电流电压信号对晶体管的工作点进行实时的控制，其控制值显示在电源偏置显示器(104)中，当晶体管的工作点出现偏差时，电源偏置器(104)将发生问题晶体管的信息通过通讯端口传递给pc机(108上，提醒用户对该器件采取相应的措施。
2.根据权利要求1所述的晶体管加速寿命试验及工作点稳定的系统，其特征在于:力口热平台(102)为设置有同时放置30只B3型封装的晶体管的加热热穴(101)的金属厚板，所述金属厚板长宽高分别为230mm, 200mm和60mm ;所述的加热平台(102)由上下两层金属板组成，具有储热能力，上层金属板设置有30个相同形状可放置B3型封装晶体管的加热热穴(101);下层金属板用功率为1000—2000W的可控硅驱动热棒进行加热，用来完成加热平台(102)的恒温或升温速率的温度控制；30个加热热穴(101)设置在加热平台(102)的中央部位，加热平台(102)的四周留有50?60mm加热平台宽度，以防止边缘散热带来的不均勻；上下两层金属板分别为30mm。
3.根据权利要求1所述的晶体管加速寿命试验及工作点稳定的系统，其特征在于:对每只被测封装晶体管都采用一片独立的CPU进行控制，同时采用12位高精度的A/D、D/A转换器，以保证控制的实时性和精度；在被测晶体管的基极回路采用高速的MOSFET IRF540作为保护的执行元件，执行时间为50ns ;同时在被测晶体管的集电极回路也设有用高压、大功率M0SFETIRF540构成的保护电路，用以完成电压高达100V，电流高达IA的电路的通断切换，执行时间为200ns。
4.根据权利要求1所述的晶体管加速寿命试验及工作点稳定的系统，其特征在于:测量中30只晶体管的测量进行分路控制，其由PC机(108)的接口模块完成的，接口模块中的地址与控制信号锁存器的将当前测试选通到指定的被测封装晶体管；数据缓冲器用来存储当前被测器件的各参数，并等待接口模块中微控制器发指令后将数据上传到pc机(108)进行处理。
【文档编号】G01R31/26GK103728546SQ201410016013
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】张小玲, 谢雪松, 刘榿, 吕长志, 李志国 申请人:北京工业大学