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针对一些功率器件(功率三极管、VDMOS,IGBT等),通过有规律给元器件通电和断电,循环施加电应力和热应力,可以检验其承受循环应力的能力。基于上述原理,借助可视化编程语言LabVIEW和NI系列sb RIO-9612板卡,本文设计了一种三极管老化测试系统,该系统满足国军标GJB1036的试验要求,每个工位的采样时间不大于4μs,总共64工位的采样周期不大于300μs,满足了快速控制的要求,同时还不失精准,电压和电流的采样分辨率达到了12 bit,精度达到1%,从而控制了器件结温误差。目前系统已经交付运行,实验结果达到了用户的需求,具有很高的实用价值。
随着航空，航天，能源工业等领域对电子产品质量的要求日益提高，电子产品的可靠性问题受到越来越广泛的重视。电子产品在使用过程中会遇到不同环境条件，在热胀冷缩的应力作用下，热匹配性能力差的电子元器件就容易失效，导致电子产品故障，造成巨大的人力和财力损失。电子元器件的老化测试就是仿照或者等效产品的使用状态，通过测试，将不符合器件剔除，将电子产品的质量在加工初期进行有效地控制，以保证电子产品使用的可靠性和稳定性。
针对电子元器件的这种情况，我们开发了一种老化测试系统，可以主要针对功率器件(功率三极管、VDMOS，IGBT等)，通过有规律给元器件通电和断电，循环施加电应力和热应力，检验其承受循环应力的能力。
1 工作原理
通过给晶体管通电加热，使晶体管在当前恒定功率下工作，通过一段时间后，晶体管因为发热而使得器件的结温持续升高，到达设定值后，断开恒流源和恒压源，给器件通风，使其温度降低到设定值，反复这个过程，就可以较为准确的算出该器件的加热时间和冷却时间，达到了间歇测试的目的。基本的工作原理图如1所示。
图1 间歇寿命测试循环示意图
半导体器件的热阻通常定义为：
其中RθJX=器件结点到具体环境的热阻(替代符号是θJX)[℃/W];
TJ=稳定状态测试条件下的器件结温[℃];
TX=环境的参考温度[℃];
PH=设备功耗[W];
测试条件下器件结温可表示为：
Tj=TJ0+△TJ
其中TJ0=器件加热前的初始结温[℃];
△TJ=器件结温变化量
通过温度敏感参数(TSP)来表示结温变化量，公式为：
△TJ=K×△TSP
其中△TSP=温度敏感参数的变化量[mV];
K=定义TJ和TSP变化关系的常量[℃/mV];
温度敏感参数可表示为：
TSP=Ie×-4Vce
其中Ie=冷却测量时刻加的恒流源值[mV];
Vce=器件的结电压值[mV];
K系数为结温随结电压的变化关系，固定器K件系数为常量，不同器件K的系数不同，可在试验器件的资料中查出，或者厂家给出。其计算公式可表示为：
其中TJ1和TJ2为两个时刻的结温，Vce1和Vce2为结温对应的结电压。
2 系统架构
系统采用PC机+sbRIO-9612+主控板+驱动板+老化板的结构，如图2所示，PC和9612之间通过网口通信，9612与主控板之间通过数字I/O口通信，sbRIO-9612，主控板，驱动板供电都是由开关稳压电源完成，程控电源为老化板上的器件提供工作电源，16路差分AD用于采集老化板上待测器件的电流，电压以及电源温度等信号。系统使用sbRIO-9612加扩展板构成下位机，作为系统的主控板;主控板与驱动板采用总线通讯，驱动板主要功能是将主控板进来的20对差分信号转换后(硬件实现)给驱动板FPGA，用20路信号与sbRIO-9612实现通信，sbRIO-9612通过控制FPGA中的寄存器来实现电源、恒流源、漏/源的通断，从而建立功率循环及合适的采样条件，硬件示意图如3所示。
图2 系统总体构架图
图3 FPGA硬件示意图
驱动板和老化板分别采用两个对接座连接，电流电压采样信号回传到sbRIO-9612板上进行AD变换后发送到上位机。 |
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