鹽霧試驗基于LabVIEW的三極管老化測試系統設計

    鹽霧試驗基于LabVIEW的三極管老化測試系統設計

    針對一些功率器件(功率三極管、VDMOS,IGBT等),通過有規律給元器件通電和斷電,循環施加電應力和熱應力,可以檢驗其承受循環應力的能力。基于上述原理,借助可視化編程語言LabVIEW和NI系列sb RIO-9612板卡,本文設計了一種三極管老化測試系統,該系統滿足國軍標GJB1036的試驗要求,每個工位的采樣時間不大于4μs,總共64工位的采樣周期不大于300μs,滿足了快速控制的要求,同時還不失精準,電壓和電流的采樣分辨率達到了12 bit,精度達到1%,從而控制了器件結溫誤差。目前系統已經交付運行,實驗結果達到了用戶的需求,具有很高的實用價值。

    隨著航空,航天,能源工業等領域對電子產品質量的要求日益提高,電子產品的可靠性問題受到越來越廣泛的重視。電子產品在使用過程中會遇到不同環境條件,在熱脹冷縮的應力作用下,熱匹配性能力差的電子元器件就容易失效,導致電子產品故障,造成巨大的人力和財力損失。電子元器件的老化測試就是仿照或者等效產品的使用狀態,通過測試,將不符合器件剔除,將電子產品的質量在加工初期進行有效地控制,以保證電子產品使用的可靠性和穩定性。針對電子元器件的這種情況,我們開發了一種老化測試系統,可以主要針對功率器件(功率三極管、VDMOS,IGBT等),通過有規律給元器件通電和斷電,循環施加電應力和熱應力,檢驗其承受循環應力的能力。

    1 工作原理

    通過給晶體管通電加熱,使晶體管在當前恒定功率下工作,通過一段時間后,晶體管因為發熱而使得器件的結溫持續升高,到達設定值后,斷開恒流源和恒壓源,給器件通風,使其溫度降低到設定值,反復這個過程,就可以較為準確的算出該器件的加熱時間和冷卻時間,達到了間歇測試的目的。基本的工作原理圖如1所示。

    圖1 間歇壽命測試循環示意圖

    半導體器件的熱阻通常定義為:

    其中RθJX=器件結點到具體環境的熱阻(替代符號是θJX)[℃/W];

    TJ=穩定狀態測試條件下的器件結溫[℃];

    TX=環境的參考溫度[℃];

    PH=設備功耗[W];

    測試條件下器件結溫可表示為:

    Tj=TJ0+△TJ

    其中TJ0=器件加熱前的初始結溫[℃];

    △TJ=器件結溫變化量

    通過溫度敏感參數(TSP)來表示結溫變化量,公式為:

    △TJ=K&TImes;△TSP

    其中△TSP=溫度敏感參數的變化量[mV];

    K=定義TJ和TSP變化關系的常量[℃/mV];

    溫度敏感參數可表示為:

    TSP=Ie&TImes;-4Vce

    其中Ie=冷卻測量時刻加的恒流源值[mV];

    Vce=器件的結電壓值[mV];

    K系數為結溫隨結電壓的變化關系,固定器K件系數為常量,不同器件K的系數不同,可在試驗器件的資料中查出,或者廠家給出。其計算公式可表示為:

    其中TJ1和TJ2為兩個時刻的結溫,Vce1和Vce2為結溫對應的結電壓。


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