Устройство для неразрушающего контроля качества присоединения полупроводникового кристалла к корпусу Советский патент 1991 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к устройствам контроля качества полупроводниковых приборов, и может быть использовано для отбраковки мощных транзисторов и диодов с дефектами присоединения кристалла к корпусу (держателю).

Цель изобро.тения - повышение точности контроля качества присоединения полупроводникового кристалла к корпусу.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 -эпюры тока и напряжения на р-n переходе; нз фиг. 3 - выполнение блока микроЭВМ.

Устройство содержит управляемый источник 1 греющего тока, управляемый

источник 2 измерительного тока, первый аналого-цифровой преобразователь 3 (АЦП), усилитель 4, второй аналого- цифровой преобразователь 5, блок 6 выборки - хранения, разностный усилитель 7, цюЬроаналоговый преобразователь .3, микроЭВМ 9, контактное устройство 10, а также центральный процессор 11, постоянное запоминающее устройство 12, оперативное запоминающее устройство 13, устройство ввода- вывода 14, программируемый таймер 15, магистраль 16.

Для работы устройства в микроЭВМ вводятся необходимые исходные данные:

1цэ« значение измерительного тока, при котором производится измереО Јъ CD Јь 1 W

ние термочувствительного параметра (прямого падения напряжения на р-п переходе) ,

Iгр - значение греющего тока; Т - длительность импульса греющего тока

Ј - время задержки, отсчитанное от конца импульса греющего тока до момента измерения термочувствительного параметра и необходимое для окончания электрических переходных процессов в измерительной цепи,

ТК11 - температурный коэффициент напряжения на р-n переходе (определяется током через р-n переход, типом полупроводника: германий или кремний, и при фиксированном токе в достаточно широком диапазоне температур является константой),

RTU норма теплового сопротивления для данного типа приборов, по которой устройство производит разбраковку испытуемых транзисторов.

После ввода исходных данных проиэт водится перевод устройства в режим автоматического выполнения испытания по программе, хранящейся в запоминающем устройстве микроЭВМ.

В соответствии с введенным в мик- роЭВМ значением 1мад на переход не подается измерительный ток. Получившееся на р-n переходе падение на- пряжения усиливается разностным усилителем 7, запоминается в блоке 6 выборки-хранения и измеряется вторым аналого-цифровым преобразователем 5. МикроЭВМ 9 анализирует получившуюся величину и, управляя цифроаналоговым преобразователем 8, смещает разностный усилитель 7 до тех пор, пока сигнал на выходе блока 6 выборки-хранения не попадает в динамический диапазон второго аналого-цифрового преобразователя 5. В случае обрыва или пробоя р-n перехода на устройстве вывода микроЭВМ 9 высвечивается информация о неисправности и ее типе (обрыв или короткое замыкание), а измерения- прекращаются. Если неисправность не обнаружена, то получившееся падение напряжения запоминается и в соответствии с введенным в микроЭВМ 9 значением 1Гр на р-n переход подается греющий ток. Усилитель 4 усиливает получившееся падение напряжения, а первый аналоге- цифровой преобразователь 3 измеряет его N раз в течение заданного времени нагрева Т. После

5

0

5

0

5

5

5

0

каждого измерения получившееся напряжение анализируется на наличие обрыва или короткого замыкания. Если неисправности нет, то значение запоминается; если обнаружена, то на устройство вывода микроЭВМ 9 выводится соответствующая информация, а измерения прекращаются. Через задаваемое время Ј после окончания греющего импульса тока, необходимое для окончания электрических переходных процессов, возникающих при переключении протекающего через р-n переход тока, процессор дает команду блоку 6 выборки-хранения запомнить мгновенное па дение напряжения на р-n переходе, а аналого-цифровому преобразователю 5 - измерить его величину. Благодаря малому изменению падения напряжения на р-n переходе &U из-за нагрева последнего .(см, фиг. 26), а также соответствующего выбора смещения разностного усилителя 7 и его коэффициента усиления напряжения на выходе блока 6 выборки-хранения находится в динамическом диапазоне второго аналого- цифрового преобразователя 5, чем и обеспечивается нормальная работа последнего (на фиг. 2а представлена эпюра тока на р-n переходе). Измеренное значение падения напряжения на нагретом р-n переходе запоминается микроЭВМ 9. По измеренным значениям и введенным данным может быть вычислено значение теплового сопротивления по формуле

..iТКН Ргр

падение напряжения на холодном р-n переходе при протекании измерительного тока

1И9ЛЛ

падение напряжения на горячем р-n переходе при протекании того же измерительного тока I

R,

0 где U

и„ ткн

гт

где Up,tt

температурный коэффициент

напряжения, который для данного измерительного тока в достаточно широком интерва-, ле температур является константой,

VpV1

(1гр) - падение напряжения на р-n переходе при протекании греющего тока.

516

На фиг. 2 представлена зависимость падения напряжения на р-n переходе от времени. Видно, что падение напряжения на р-n переходе по мере прогрева кристалла уменьшается (участок нагрева). Это происходит благодаря наличию ТНК / 0, т.е.

Up-ndrp) f(t).

Очевидно, что ести Т достаточно велико или достаточно мало в сравнении с тепловой постоянной времени кристалл - корпус, то с приемлемой точностью можно считать, что Ј f(t), т.е. пренебречь изменением греющей мощности от времени.

Однако при временах нагрева, сравнимых с тепловой постоянной времени кристалл - корпус, пренебречь зависимостью Up-nQrp) от времени, а зна- чит, и зависимостью греющей мощности от времени без потери точности нельзя.

Влияние зависимости прямого напряжения на р-n переходе от времени при протекании измерительного тока можно исключить, дождавшись установления теплового равновесия системы на измерительном токе, т.е. прекращения изменения прямого падения напряжения под действием измерительной мощности

риэм и Учитывая последнюю при расчете теплового сопротивления.

Для повышения точности измерения теплового сопротивления необходимо учитывать зависимость греющей мощное- ти от времени, особенно при временах нагрева, сравнимых с тепловой постоянной времени системы кристалл - корпус. I

В данном устройстве это осуществляется следующим образом. Измеряется зависимость Up.n(lrp) от времени в N точках (N определяется быстродействи- ем АЦП 5 и микроЭВМ 9), а потом численным методом (например, методом Симеона) микроЭВМ 9 вычисляет среднюю греющую мощность за время нагрева по формуле

гр -fj Vt)dt

и тепловое сопротивление по формуле

иг - ui

ТКН(Р

ГР

- Р )

гизм

Использование изобретения позволяет повысить адекватность информации о

jg

20

5 Q

5 0

5 0

5

73

качестве присоединения (посадки) кристалла (на корпус к держателю) благодаря измерению прямого информативного параметра - теплового сопротивления, кристалл - корпус, повысить точность измерения учетом зависимости греющей мощности от времени, расширить класс контролируемых приборов благодаря возможности оперативного измерения исходных данных в широких пределах, а также измерять тепловое сопротивление как для кремниевых, так и германиевых диодов, а также биполярных транзисторов р-n-р и n-p-п типа, и микросхем, имеющих внешние выводы хоть одного р-n перехода. Формула изобретения

Устройство для неразрушающего контроля качества присоединения полупроводникового кристалла к корпусу, состоящее из управляемого источника греющего тока, управляемого источника измерительного тока, аналого-цифрового преобразователя, блока выборки-хранения, микроЭВМ, контактного устройства, от-лиЧающееся тем, что, с целью повышения точности контроля качества присоединения полупроводникового кристалла к корпусу, дополнительно введены второй аналого- цифровой преобразователь, усилитель, разностный усилитель и цифроаналого- вый преобразователь, причем первый зажим контактного устройства соединен с общей шиной, а второй - с выходами управляемого источника измерительного тока, управляемого источника греющего тока, первым входом усилителяI второй вход которого соединен с общей шиной, а выход - с входом первого аналого-цифрового преобразователя, при этом второй зажим контактного устройства связан с первым входом разностного усилителя, второй вход которого соединен с выходом цифроана- логового преобразователя, а выход разностного усилителя подключен через последовательно соединенные блок выборки-хранения и второй аналого-цифровой преобразователь к магистрали, причем цифровые входы управляемых источников измерительного и греющего тока, цифроаналогового преобразователя и выход первого аналого-цифрового преобразователя через магистраль соединены с микроЭВМ, содержащей центральный процессор, устройство ввода-вывода, запоминающее устройство.

Ь

Изобретение относится к электронной технике. Цель изобретения - повышение точности контроля качества присоединения полупроводникового кристалла к корпусу - достигается благодаря контролю параметра, непосредст-, венно характеризующего качество посадки кристалла - теплового сопротивления кристалл - корпус. Кроме того, достигается расширение класса контролируемых приборов благодаря наличию возможности оперативного изменения параметров испытательного процесса. Устройство содержит управляемый источник греющего тока, управляемый источник измерительного тока, первый аналого- цифровой преобразователь, блок выборки - хранения, разностный усилитель, цифроанапоговый преобразователь, микро-ЭВМ, контактное устройство, программу работы, которая управляет устройством при измерении теплового сопротивления. 3 ил. (Л

5

//7-/

1гр

Фиг. 1

ир-п

Up-n (1гр)

.-1„Г

Uf

5Э1

i

F

Фиг. 2

8

л

I I

Тt