Аналоговый коммутатор источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами Российский патент 2021 года по МПК G01R31/26 

Область техники

Изобретение относится к устройствам для электрических испытаний полупроводниковых приборов, в частности заявлeнное устройство может применяться при построении автоматизированного тестового оборудования тестирования полупроводниковых приборов на основе модульной конфигурируемой платформы.

Уровень техники

Из уровня техники известно устройство для испытания цепи полупроводника(TWI 470235 B, (CHROMA ATE INC), 21.01.2015), устройство тестирования полупроводниковых схем имеет отсек для размещения коммутационных модулей и нижнюю пластину с множеством портов для подключения. Коммутационный модуль имеет первый электрический контакт, второй электрический контакт и третий электрический контакт. Коммутационные модули вставлены в нижнюю пластину первым электрическим контактом в соответствующие порты подключения. Второй электрический контакт может быть соответствующим образом соединен с тестовыми платами. Третий электрический контакт коммутационного модуля открыт вверх и выполнен с возможностью электрического соединения с держателем, так что держатель может быть подключен к каждому из коммутационных модулей. К держателю может быть подключено несколько тестируемых полупроводниковых схем. Держатель может назначить коммутационный модуль для полупроводниковой схемы, подлежащей тестированию, так что разные полупроводниковые схемы, подлежащие тестированию, могут одновременно выполнять программу тестирования. Разные полупроводниковые схемы, которые должны быть протестированы, могут одновременно выполнять одну и ту же тестовую программу, соответствующую одному и тому же коммутационному модулю или тестовой плате или могут одновременно выполнять разные тестовые программы, соответствующие различнымкоммутационным модулям или тестовым платам. Таким образом, известное устройство для тестирования полупроводниковой схемы может многократно тестировать две или более полупроводниковых цепей, подлежащих тестированию, для ускорения потока тестирования. Однако коммутационные модули в указанном устройстве тестирования полупроводниковых схем не позволяют осуществлять коммутации источников-измерителей тока с высокими значениями тока (300 А и более) и источников-измерителей напряжения с высокими значениями напряжения (до 4 кВ), не позволяют осуществлять коммутации с временем до 5 мс для токов до 1А и напряжений до 100В.

Из уровня техники известна высокоскоростная система тестирования полупроводников (US 2004056677 A1, (RAJSUMAN ROCHIT и др.), 25.03.2004), содержащая контактные карты. При этом контактные карты состоят из платы задней панели, подключаемой к источникам-измерителямпосредством соединителейна задней панели карты, платы контактирующего устройства, платы коммутации, соединенной с платой задней панели и с платой контактирующего устройства. Тестируемые полупроводники устанавливаются на плате нагрузке, которая соединена с контактными картами с помощью платы контактирующего устройства. Указанная система тестирования принимает выходные сигналы от тестируемого полупроводника в ответ на тестовые шаблоны, созданные с помощью контактных карт для заданных тестов, выходные сигналы сравниваются с ожидаемыми даннымииопределяют правильно ли работает тестируемыйполупроводник. Недостатки указанной системы тестирования заключаются также в том, что контактные карты в указанном устройстве тестирования полупроводниковых схем не позволяют осуществлять коммутации источников-измерителей тока с высокими значениями тока (300 А и более) и источников-измерителей напряжения с высокими значениями напряжения (до 4 кВ), не позволяют осуществлять коммутации с временем до 5 мс для токов до 1А и напряжений до 100В.

Задачей заявленного изобретения является разработка аналогового коммутатора источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами с улучшенными характеристиками, которые позволяют осуществлять коммутации источников-измерителей тока с высокими значениями тока (300 А и более) и источников-измерителей напряжения с высокими значениями напряжения (до 4 кВ), и позволяют осуществлять коммутации с временем до 5 мс для токов до 1А и напряжений до 100В, при этом обеспечивают возможность наращивания количества одновременно тестируемых полупроводниковых приборов без изменения конструкции и топологии печатных плат.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат заявленного изобретения заключается в улучшении характеристик аналогового коммутатора источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами, заключающихся в возможности осуществлять коммутации источников-измерителей тока с значениями тока 300 А и более и источников-измерителей напряжения с значениями напряжения до 4 кВ, и в возможности осуществлять коммутации с временем до 5 мс для токов до 1А и напряжений до 100В, при этом аналоговый коммутатор обеспечивает возможность наращивания количества одновременно тестируемых полупроводниковых приборов без изменения конструкции и топологии печатных плат.

Технический результат достигается тем, что аналогового коммутатора источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами состоит из одного или нескольких одинаковых функционально законченных блоков коммутации, каждый блок коммутации состоит из корпуса, платы задней панели, платы контактирующего устройства, платы коммутации, каждый блок коммутации обеспечивает коммутацию между группой источников-измерителей тока или напряжения, подключаемых к разъемам задней панели посредством реле, и тестируемым полупроводниковым прибором, устанавливаемым на плате контактирующего устройства, при этом коммутация источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами осуществляется на основе группы из не менее чем четырех шин, расположенных на плате коммутации, каждая шина состоит из двух силовых и двух измерительных сигнальных линий, соответствующих выходам источника-измерителя и обеспечивающих четырехпроводную схему подключения.

При этом одна из шин и все соединения высоковольтных источников-измерителей с ней выполняются с учетом требований коммутации высоковольтного напряжения до 4 кВ с обеспечением соответствующих зазоров между элементами рисунка печатных плат и допустимых коммутируемых напряжений реле.

При этом одна из шин выполняется с учетом требований к коммутации источников токов большой величины до 300А с соблюдением требований по сечению токопроводящих элементов и нагрузочной способности реле при относительно небольших напряжениях.

При этом две шины выполняются исходя из общих требований к коммутируемым напряжениям и токам до 100 В и до 20А соответственно, при этом используются реле с малыми временами переключения.

При этом блоки коммутации содержат соединители на боковых стенках, которые расположены симметрично с двух сторон блока коммутации, позволяющие увеличивать количество одновременно тестируемых полупроводниковых приборов за счет электрического соединения блоков коммутации посредством соединителей, при этом соединители обеспечивают возможность коммутации к шинам как дополнительных источников-измерителей, так и дополнительных тестируемых полупроводниковых приборов, установленных на плате контактирующего устройства любого из соединенных вместе блоков.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - Пример схемы соединения блоков коммутации.

Фиг. 2 - Функциональная схема блока коммутации.

Осуществление изобретения

Аналоговый коммутатор источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами состоит из одного или нескольких одинаковых функционально законченных блоков коммутации (1). Каждый блок обеспечивает коммутацию между группой источников-измерителей тока/напряжения, подключаемых к разъемам задней панели (4) и одним тестируемым полупроводниковым прибором, устанавливаемым на плате контактирующего устройства (2). Каждый блок в минимальной конфигурации состоит из корпуса, платы задней панели, платы контактирующего устройства, платы коммутации. Для увеличения количества одновременно тестируемых полупроводниковых приборов существует возможность электрического соединения блоков посредством соединителей (3) на боковой стенке, которые расположены симметрично с двух сторон блока.

Источники-измерители в общем случае подключаются к тестируемому полупроводниковому прибору по четырехпроводной схеме. На фигуре 2 показана функциональная схема блока коммутации, коммутация источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами осуществляется на основе группы из не менее чем четырех шин (ИИ1, ИИ2, ИИ3, ИИ4) расположенных на плате коммутации. Каждая шина состоит из двух силовых (F1, F2) и двух измерительных (S1, S2) сигнальных линий, соответствующих выходам источника-измерителя. Шина ШИИ2 и все соединения высоковольтных источников-измерителей (ВВИИ1, ВВИИ2) с ней выполняются с учетом требований коммутации высоковольтного напряжения до 4 кВ с обеспечением соответствующих зазоров между элементами рисунка печатных плат и допустимых коммутируемых напряжений реле. Шина ШИИ3 выполняется с учетом требований к коммутации источников токов большой величины ВТИИ1, ВТИИ2 до 300А с соблюдением требований по сечению токопроводящих элементов и нагрузочной способности реле при относительно небольших напряжениях. Шины ШИИ1, ШИИ4 выполняются исходя из общих требований к коммутируемым напряжениям и токам до 100В, до 20А. Таким образом, одновременно требования по обеспечению изоляции высокого напряжения и нагрузочной способности по току предъявляются только к участкам цепей С’, E’, E1’, B’ в непосредственной близости от тестируемого полупроводникового прибора и плате контактирующего устройства (2). Вместе с тем, для подключения к тестируемому полупроводниковому прибору источников-измерителей посредством шин ШИИ1, ШИИ4 могут использоваться реле с малыми временами переключения.

Соединители (3)обеспечивают возможность коммутации к шинам ШИИ1, ШИИ2, ШИИ3, ШИИ4 как дополнительных источников-измерителей, так и дополнительных плат контактирующих устройств (2) таким образом, позволяя использовать группу источников-измерителей, подключенных к одному из блоков коммутации (1), для тестирования полупроводниковых приборов, установленных в любом из соединенных вместе блоков коммутации (1). Вместе с тем, появляется возможность коммутации большего числа источников-измерителей с каждой платой контактирующего устройства (2). При этом возможен вариант исполнения блока коммутации (1), когда боковые соединители (3) отсутствуют. В этом случае блок коммутации (1) без боковых соединителей должен иметь свой набор подключенных к задней панели источников-измерителей.

Таким образом, подключение источников-измерителей с помощью блоков коммутации к тестируемому полупроводниковому прибору по четырехпроводной схеме позволяет заявленному аналоговому коммутатору осуществлять коммутации источников-измерителей тока с значениями тока 300 А и более и источников-измерителей напряжения с значениями напряжения до 4 кВ, с возможностью осуществлять коммутации с временем до 5 мс для токов до 1А и напряжений до 100В. При этом аналоговый коммутатор за счет электрического соединения блоков коммутации посредством соединителей обеспечивает возможность наращивания количества одновременно тестируемых полупроводниковых приборов без изменения конструкции и топологии печатных плат.

Использование изобретения в процессе тестирования на примере метода измерения коэффициента передачи по току h₂₁ мощного биполярного транзистора. Эмиттер транзистора подключается посредством платы контактирующего устройства к цепям E, Em, Цепи E, Em коммутируются на AGND. Коллектор транзистора подключается к цепям С, Сm. В качестве коллекторного источника используется ВТИИ1 40В/300А. Предварительно источник подготваливается к измерению посредством конфигурирования величины напряжения 30В, тока ограничения через интерфейс информационного обмена. Источник переводится в режим поддержания напряжения. Вывод Базы В качестве источника базы используется ИИ3 40В/100А. Базовый источник конфигурируется как источник тока величиной 10А с напряжением ограничения 3В. Положительные выводы (F1,S1) источника ВТИИ1 коммутируются посредством шины ШИИ3, двух мощных реле (для цепи F1) реле и двух слаботочных реле (для цепи S1) с цепями C,Cm соответственно, отрицательные выводы (F2,S2) в данном методе коммутируются на AGND аналогично.

Аналогичным образом базовый источник ИИ3 коммутируется к цепям B,Bm посредством четырех реле и шины ШИИ4. Далее по синхросигналу источники-измерители включаются на время длительности измерительного импульса. При этом коллекторный источник, работая в режиме источника напряжения, измеряет протекающий коллекторный ток. По окончании измерительного импульса, модуль управления рассчитывает коэффициент передачи по току как отношение измеренного коллекторного тока к заданному току базы.

В общем виде процесс тестирования полупроводниковых приборов состоит из следующих условных этапов: размещение полупроводникового прибора в устройстве контактном вручную или посредством автоподачи (с помощью хэндлера). В случае проведения измерений на пластине - позиционирование и дальнейшее ее перемещение по направлению к зондам для обеспечения контакта тестовых точек пластины с иглами зонда. Далее происходит конфигурирование режимов и параметров источников-измерителей, используемых в одном или нескольких объединенных в последовательность методах имзерения. Затем происходит коммутация тестируемого объекта с источникам/измерителями для реализации измерительной схемы метода посредством описываемого изобретения. После чего формируется сигнал синхронизации для всех задействованных в текущем методе источников/измерителей, по которому формируются напряжения и токи, задающие рабочую точку полупроводникового прибора, и в установленный отрезок времени средствами источников/измерителей осуществляется измерение величин тока или напряжения. На финальном этапе производится раскоммутация, модуль управления производит вычисления и выдает результат измерения.

Изобретение относится к устройствам для электрических испытаний полупроводниковых приборов. Технический результат заявленного изобретения заключается в обеспечении возможности тестировать устройства высокого тока и напряжения. Аналоговый коммутатор источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами состоит из одного или нескольких одинаковых функционально законченных блоков коммутации. Каждый блок коммутации состоит из корпуса, платы задней панели, платы контактирующего устройства, платы коммутации. Каждый блок коммутации обеспечивает коммутацию между группой источников-измерителей тока или напряжения, подключаемых к разъемам задней панели посредством реле, и тестируемым полупроводниковым прибором, устанавливаемым на плате контактирующего устройства. При этом коммутация источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами осуществляется на основе группы из не менее чем четырех шин, расположенных на плате коммутации. При этом каждая шина состоит из двух силовых и двух измерительных сигнальных линий, соответствующих выходам источника-измерителя. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Аналоговый коммутатор источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами, состоящий из одного или нескольких одинаковых функционально законченных блоков коммутации, каждый блок коммутации состоит из корпуса, платы задней панели, платы контактирующего устройства, платы коммутации, каждый блок коммутации обеспечивает коммутацию между группой источников-измерителей тока или напряжения, подключаемых к разъемам задней панели посредством реле, и тестируемым полупроводниковым прибором, устанавливаемым на плате контактирующего устройства, при этом коммутация источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами осуществляется на основе группы из не менее чем четырех шин, расположенных на плате коммутации, при этом каждая шина состоит из двух силовых и двух измерительных сигнальных линий, соответствующих выходам источника-измерителя.

2. Аналоговый коммутатор источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами по п. 1, отличающийся тем, что одна из шин и все соединения высоковольтных источников-измерителей с ней выполняются с учетом требований коммутации высоковольтного напряжения до 4 кВ с обеспечением соответствующих зазоров между элементами рисунка печатных плат и допустимых коммутируемых напряжений реле.

3. Аналоговый коммутатор источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами по п. 1, отличающийся тем, что одна из шин выполняется с учетом требований к коммутации источников токов большой величины до 300 А с соблюдением требований по сечению токопроводящих элементов и нагрузочной способности реле при относительно небольших напряжениях.

4. Аналоговый коммутатора источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами по п. 1, отличающийся тем, что две шины выполняются исходя из общих требований к коммутируемым напряжениям и токам до 100 В и до 20 А соответственно, при этом используются реле с малыми временами переключения.

5. Аналоговый коммутатор источников-измерителей с тестируемыми полупроводниковыми приборами по п. 1, отличающийся тем, что блоки коммутации содержат соединители на боковых стенках, которые расположены симметрично с двух сторон блока коммутации, позволяющие увеличивать количество одновременно тестируемых полупроводниковых приборов за счет электрического соединения блоков коммутации посредством соединителей, при этом соединители обеспечивают возможность коммутации к шинам как дополнительных источников-измерителей, так и дополнительных тестируемых полупроводниковых приборов, установленных на плате контактирующего устройства любого из соединенных вместе блоков.