Устройство для контроля полупроводниковых приборов Советский патент 1992 года по МПК G01R31/28 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и молжет быть использовано для контроля полупроводниковых приборов, например диодов, установленных на печатных платах, с парал- лельно подключенными катушками индуктивности.

Цель изобретения - повышение производительности и достоверности контроля за счет автоматического контроля значений прямого и обратного импульсного падения напряжения на контролируемом диоде.

На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг.2 - схема блока управления; на фиг.З и 4 - алгоритм работы устройства.

Устройство (фиг.1) содержит генератор 1 двухполярных импульсов, токоограничи- тельный резистор 2, первый 3 пиковый детектор, первый 4 и второй 5 регистры, второй 6 пиковый детектор, блок 7 коммута- ции, блок 8 памяти, блок 9 индикации, блок 10 управления, кнопку 11, переключатель 12, аналого-цифровой преобразователь 13, блок 14 сравнения, шифратор 15.

На фиг.1 показаны также контролируе- мый диод 16 с включенной параллельно катушкой 17 индуктивности, а также первый 18, второй 19, третий 20, четвертый 21 входы, и первый 22, второй 23, третий 24, четвертый 25, пятый 26, шестой 27, седьмой 28, восьмой 29 выходы блока 10 управления.

Блок 10 управления (фиг.2) содержит генератор 30 тактовых импульсов, элемент 31 И, счетчик 32 состояний, блоки 33,34 памяти, мультиплексор 35, триггер 36, формиро- ватель 37 логической единицы, счетчики 38 и 39, одновибратор 40, триггер 41.

На фиг.З обозначено: +1 - увеличение на единицу содержимого; в круглых скобках - номера входов/выходов блока 10 уп- равления.

Первый 22, второй 23, третий 24, четвертый 25, пятый 26, шестой 27, седьмой 28, восьмой 29 выходы блока 10 управления соединены соответственно с первыми вхо- дами блока 9 индикации, переключателя 12, аналого-цифрового преобразователя 13, блока сравнения 14, первого 4 и второго 5

регистров, блока 8 памяти, блока 7 коммутации. Первый 18, второй 19, третий 20, четвертый 21 входы блока 10 управления соединены соответственно с выходом кнопки 11, с первым выходом аналого-цифрового преобразователя 13, первым выходом блока памяти 8, первым выходом шифратора 15. Второй выход блока памяти 8 соединен с вторым входом блока 7 коммутации, со входом генератора 1 двуполярных импульсов, с вторым входом блока 9 индикации и вторым входом блока 14 сравнения. Выход генератора 1 двуполярных импульсов соединен через токоограничивающий резистор 2 с входами первого 3 и второго 6 пиковых детекторов и с третьим входом блока 7 коммутации, соединенного четвертым входом с шиной земли, а первыми и вторыми выходами с соответствующими клеммами для подключения объекта контроля. Переключатель 12 соединен первым и вторым третьим входами с выходами соответственно первого 3 и второго 6 пиковых детекторов, а выходом - с вторым входом аналого-цифрового преобразователя 13,соединенного вторым выходом с третьим входом блока 14 сравнения, соединенного выходами с вторыми входами первого 4 и второго 5 регистров, соединенных выходами соответственно с первым и вторым входами шифратора 15, соединенного вторым выходом с третьим входом блока 9 индикации, соединенного четвертым входом с первым выходом блока 8 памяти.

Генератор 1 формирует двуполярные симметричные импульсы напряжения заданной длительности и амплитуды, обеспечивающие смещение контролируемого диода 16 в прямом и обратном направлении. Генератор 1 может быть реализован, например, на основе аналого-цифрового генератора периодического сигнала произвольной формы.

Токоограничивающий резистор 2 обеспечивает необходимый прямой ток через контролируемый диод 16,

Пиковый детектор 3 запоминает импульсное падение напряжения на контролируемом диоде 16 при положительной

полярности импульса (детектор положительной полярности напряжения).

Пиковый детектор б запоминает импульсное падение напряжения на контролируемом диоде 1 при отрицательной полярности импульса (детектор напряжения отрицательной полярности).

Блок 7 коммутации предназначен для подключения контролируемых диодов 16, смонтированных на плате, к измерительной части устройства.

Блок 8 памяти хранит и последовательно выдает (через выходную шину данных) следующие микрокоманды: коды адресов точек подключения - на блок 7 коммутации; коды уставок, т.е. допустимых отклонений контролируемого параметра (падения напряжения на контролируемом диоде 16, смещенном как в прямом, так и в обратном направлениях) от ожидаемого (номинального) значения - на блок 14 сравнения; коды порядкового номера контролируемого диода 16 на блок индикации 9; коды, определяющие длительность и амплитуду импульсов, генерируемых генератором 1. Блок 8 памяти также хранит и выдает признак конца проверки. В общем случае блок 8 содержит счетчик адреса микрокоманд и запоминающей элемент, например типа PROM или RPROM, объем памяти которого определяется количеством контролируемых диодов 16.

Блок 9 индуцирует порядковый номер контролируемого диода 16, вид дефекта, а также сигнализирует об окончании процесса проверки.

В качестве элементов индикации номера контролируемого диода могут применяться, например, светодиодные индикаторы, работающие совместно с элементами, обеспечивающими дешифрацию кодов номера, поступающего из блока 8. Коды вида дефектов контролируемого диода, поступающие с выхода шифратора 15, могут управлять например, лампами накаливания, подсвечивающими соответствующие транспоранты с пневматическими обозначениями видов дефектов. Признак конца проверки может управлять, например, сигнальной лампой, свечение которой свидетельствует о готовности устройства к очередной проверке.

Блок 10 управления формирует сигналы для управления работой устройства.

Посредством кнопки 11 осуществляется запуск устройства.

Переключатель 12 обеспечивает подключение выходов пиковых детекторов 3,6 ко входу АЦП 13.

АЦП 13 преобразует напряжение постоянного тока, формируемое на выходе пикового детектора 3 (или пикового детектора 6). в двоичный код.

Блок 14 сравнивает измеренные значения падений напряжения на диоде 16 с уставками.

Блок 14 имеет выходы. Появление единичного уровня на соответствующем выходе свидетельствует о следующих возможных ситуациях: падение напряжения на контро0 лируемом диоде Unp меньше НГЗ - выход ; ипр больше ВГЗ - выход ; падение напряжения на диоде меньше 0,1 Ун выход 0 ; падение напряжения на диоде больше 0,9 UH - выход оо. Блок 14 содержит четыре

5 регистра с элементами управления, обеспечивающими занесение кодов уставок, формируемых на выходной шине данных блока 8, в соответствующий регистр по сигналам управления, вырабатываемым блоком 10. и

0 элементы сравнения кодов уставок с выходным кодом АЦП 13.

Регистр 4 хранит результат сравнения (кодовую комбинацию, формируемую на выходе блока 14) при воздействии на

5 контролируемый диод 16 импульсов положительной полярности.

Регистр 5 хранит результат сравнения (кодовую комбинацию на выходе блока 14) при воздействии на контролируемый диод

0 16 импульсов отрицательной полярности.

Шифратор 15 имеет два выхода. На первом выходе вырабатывается сигнал, сигнализирующий блоку 10 о наличии дефекта, на втором выходе формируется кодовая комби5 нация, соответствующая идентифицированному виду дефекта. Система кодирования может быть любая (удобная для управления мнемоническим табло блока 9), например, унитарным кодом.

0Генератор 30 формирует непрерывную последовательность прямоугольных импульсов, тактирующих блок 10 управления. Счетчик 32 хранит и изменяет код состояния блока 10. Каждый импульс с выхода

5 генератора 30 изменяет состояние счетчика 32 на единицу при наличии сигнала разрешения на соответствующем входе элемента 31 И.

Блоки памяти 33 и 34 преобразуют со0 стояние счетчика 32 в наборы управляющих сигналов. Выбор соответствующего блока памяти (33 или 34) осущесвтляется подачей единичных уровней на их входы разрешения. Управляющие сигналы, формируемые

5 на первых выходах блоков 33 и 34, устанавливают счетчик 32 в необходимые состояния согласно алгоритму работы устройства. Сигналы, формируемые на последующих выходах блоков 33 и 34, управляют работой внутренних элементов блока 10. либо внешних (по отношению к блоку 10) устройства и блоков. Блоки 33 и 34 могут быть реализованы на основе запоминающих устройств типа PROM или RPROM.

Мультиплексор 35 коммутирует на прямой выход логический уровень с входа, номер которого определяется состоянием счетчика 32. Уровень сигнала на инверсном выходе мультиплексора 35 всегда противоположен уровню сигнала на прямом выходе.

Триггер 36 запуска устанавливается в единичное состояние посредством кнопки 11, обеспечивая запуск устройства.

Формирователь 37 задает уровень логической единицы на соответствующих входах мультиплексора 35 для безусловного разрешения переключения счетчика 32 и формирования управляющих сигналов на соответствующих выходах блока 33.

Счетчик 38 подсчитывает количество микрокоманд (точек подключения), поступающих в блок 7,

Счетчик 39 подсчитывает количество микрокоманд (уставок), поступающих в блок 14.

Одновибратор 40 формирует временной интервал длительностью, несколько превышающей суммарное время срабатывания реле блока 7 и время установления амплитуды выходного сигнала генератора 1. На это время нулевым сигналом с прямого выхода мультиплексора 35 запрещается прохождение тактовых импульсов через элемент 31 И и блок 10 находится в состоянии ожидания.

Триггер 41 управляет работой переключателя 12. При установке триггера сигналом с выхода блока 34 осуществляется подключение выхода пикового детектора 6 ко входу АЦП 13. Нафиг.1 положение переключателя 12 показано в исходном положении.

Устройство работает следующим образом.

Контролю подлежит диод 16, установленный вместе с параллельно включенной катушкой 17 индуктивности на печатной плате. Может быть проконтролировано несколько групп пар: диод - катушка индуктивности, размещенных на одной плате за счет использования, например, в блоке 7 контактного устройства типа ложе из гвоздей.

Для контроля диода 16, зашунтирован- ного катушкой индуктивности 17, с активным сопротивлением в единицы - десятки Ом на диод 16 подаются короткие разнопо- лярные импульсы, смещающие его сигнал в прямом, а затем в обратном направлении. Длительность импульсов выбирается из соотношения R0Cg«tM 5Ro/Lx, где - индлуктивность катушки 17, R0 - активное

сопротивление, определяющее прямой ток диода 16; Сд - емкость диода.

Измеренное значение импульсного падения напряжения на диоде 16 сравнива- ется блоком 14 с кодами уставок: нижним граничным значением (НГЗ) прямого импульсного падения напряжения на контролируемом диоде 16 (ипри); верхним граничным значением (ВГЗ) Упри; кон0 стантой 0,111и и константой 0,9ии, где 11и - значения амплитуды импульсов относительно нулевого уровня, формируемых генератором 1. Амплитуда импульсов 11ц выбирается равной удвоенному значению

5 Упри. Значения НГЗ и ВГЗ определяются с учетом разброса Упри относительно некоторого среднего значения, принимаемого за номинальное для контролируемого типа диодов.

0 По результатам сравнения реально полученных значений падений напряжения на диоде 16с уставками судят о правильности его включения и виде дефекта.

Проверяемая плата с диодами 16 при

5. помощи контактирующего устройства подключается к блоку 7 коммутации. По включении питания блок 10 формирует сигнал установки по питанию, устанавливающие все запоминающие элементы устройства в

0 исходное состояние (на фиг. 1,2 эти связи для упрощения не показаны). Код состояния блока 10 (фиг.2) с выхода счетчика 32 поступает на управляющие входы мультиплексора 35 и адресные входы блоков 33 и 34

5 памяти, В нулевом (исходном) состоянии счетчика 32 мультиплексор 35 коммутирует на свой прямой выход нулевой уровень с выхода триггера 36, который запрещает работу элемента 31 И и блока 33 памяти,

0 вследствие чего блок 10 находится в состоянии ожидания (вершина 42, фиг.З).

Работа блока 34 памяти разрешена единичным уровнем с инверсного выхода мультиплексора 35. Блок 34 в нулевом состоянии

5 счетчика 32 не формирует управляющие сигналы.

После подачи воздействия посредством кнопки 11 через вход 18 блока 10 взводится триггер 36, единичный уровень напряжения

0 с выхода которого коммутируется на прямой выход мультиплексора 35, разрешает работу блока 33 памяти и элемента И 31.

Однако в нулевом состоянии счетчика 32 блок 33 также не формирует управляю5 щих сигналов. Тактовый импульс с выхода генератора 30 через элемент 31 И увеличивает на единицу состояние счетчика 32 и блок 10 анализирует состояние входа 20, т.е. признак конца проверки печатного узла (вершина 43).

При наличии единичного уровня на данном входе (проверка печатного узла не закончена) блок 33 памяти формирует на выходе 28 блока 10 сигнал, поступающий на суммирующий вход блока 8 памяти (вершина 44) и увеличивающий на единицу состояние блока 8 (счетчика микрокоманд блока). Вследствие этого на выходной шине данных блока 8 устанавливается первая микрокоманда (адрес первой точки подключения к контролируемому диоду). Очередной импульс с выхода генератора 30 увеличит на единицу состояние счетчика 32 и блок 33 памяти формирует на выходе блока 10 сигнал записи адреса точки подключения в блок 7 коммутации (в указанном состоянии работа блока 33 разрешена единичным сигналом с выхода формирователя 37), а счетчик 32 переключается в очередное состояние - анализа сигнала с выхода счетчика 38 (вершина 45), подсчитывающего количество адресов точек подключения, занесенных в блок 7, При нулевом сигнале на выходе счетчика 38 на выходе блока 34 памяти формируются сигналы (работа блока 34 разрешена единичным сигналом с инверсного выхода мультиплексора 35), которые устанавливают счетчик 32 в состояние, соответствующее вершине 44, и цикл занесения адреса очередной точки подключения в блок 7 повторяется (вершины 44...46). После занесения адресов необходимого количества точек подключения в блок 7 (для подключения анода и катода контролируемого диода 16) сигнал на выходе счетчика 38 принимает единичное значение и счетчик 32 переключается в состояние, соответствующее вершине 47, в котором формируется сигнал, увеличивающий на единицу состояние блока 8, вследствие чего на его выходной шине устанавливается код первой уставки. Затем, блок 33 формирует на выходе 25 блока 10 сигнал записи кода уставки в блок 14 - вершина 48, после чего счетчик 32 переключается в состояние анализа выходного сигнала счетчика 39, подсчитывающего количество уставок, заносимых в блок 14. При нулевом сигнале на выходе счетчика 39 на первом выходе блока 34 памяти формируются сигналы, устанавливающие счетчик 32 в состояние, соответствующее вершине 47 и цикл занесения очередной уставки в блок 14 повторяется (вершины 47...49). После занесения кодов четырех уставок в блок 14 сигнал на выходе счетчика 39 принимает единичное значение и счетчик 32 переключается в очередное состояние (вершина 50), в котором формируется сигнал на выходе 28 блока 10, увеличивающий на единицу состояния блока 8, вследствие чего на его выходной шине устанавливается микрокоманда, программирующая генератор 1 (амплитуду и длительность генерируемых импульсов). Затем счетчик 32 переключается в очередное состояние и на восьмом выходе блока 33 вырабатывается сигнал запуска одновибратора 40 формирующего вре-- менной интервал длительностью, несколько превышающий суммарное время

срабатывания реле коммутатора и установления выходного сигнала генератора 1.Этот интервал необходим для завершения переходных процессов при коммутации. Затем счетчик 32 переключаетися в состояние анализа выходного сигнала одновибратора 40 и блок 10 переходит в режим ожидания (вершина 51). После истечения 2 мс (среднее время срабатывания герконовых реле обычно не превышает 1.5 мс) единичный сигнал

с выхода одновибратора 40 разрешает блоку 33 формирование управляющего сигнала, который через выход 23 запускает АЦП 13, а счетчик 32 переключается в очердное состояние - анализа сигнала конец преобразования, поступающего на вход 19 блока 10 (вершина 52). По окончании цикла преобразования на выходе АЦП 13 формируется кодовая комбинация, пропорциональная импульсному падению напряжения на контролируемом диоде 16 при воздействии на него импульсов напряжения положительной полярности, генерируемых генератором 1 (переключатель 12 находится в исходном, как показано на фиг.1, положении), а счетчик 32 переключается в состояние, в котором анализируется уровень напряжения на выходе триггера 41 (вершина 53). При нулевом уровне на выходе триггера 41 (опрошен только пиковый детектор

3 напряжения положительной полярности) на выходах блока 34 памяти формируются управляющие сигналы, по которым производится запись результата сравнения с ус- тавками в блоке 14 первого измерения

(сигналом с выхода 26) в регистр 4: устанавливается в единичное состояние триггер 41, вследствие чего переключается переключатель 12 (в нижнее положение, см. фиг.1) и напряжение с выхода пикового детектора 6 подается на аналоговый вход АЦП 13; счетчик 32 переключается в состояние, соответствующее вершине 54, и цикл преобразования повторяется.

По окончании второго замера на выходе АЦП 13 формируется кодовая комбинация, пропорциональная импульсному падению напряжения на контролируемом диоде 16 при воздействии на него импульсов напряжения отрицательной полярности.

Результат сравнения второго замера с уставками в блоке 14 заносится в регистр 5 по сигналу, формируемому на выходе 27 блока 10 вершины 54, а счетчик 32 переключается в состояние, в котором анализируется сигнал на выходе 21 блока 10, т.е. сигнал наличия или отсутствия дефекта контролируемого диода.

Блок 14 имеет четыре выхода, обозначенных , , 0 и оо.

Рассмотрим следующие ситуации.

При контроле правильно смонтированного диода 16 на печатном узле: кодовая комбинация, занесенная в регистр 4 (результат сравнения после первого замера), имеет вид -0000, т.е. прямое импульсное падение напряжения 11при на диоде 16 соответствует норме; кодовая комбинация, занесенная в регистр 5 (результат сравнения после второго замера) имеет вид -0101, т.е. импульсное падение напряжения на диоде, смещенном в обратном направлении, близко к UH (превышает значения ВГЗ и 0,9 ии). При ошибочной ориентации диода 16 (выводы анода и катода перепутаны местами при монтаже) кодовые комбинации в регистрах 4 и 5 имеют вид соответственно -0101 и 0000. При обрыве перехода диода или его отсутствии кодовые комбинации в регистрах 4 и 5 имеют соответственно вид-0101 и 0101, при замыкании перехода (пробое) - соответственно, -0101 и 1010. В случае завышенного (заниженного) значения Упри диода 16 по сравнению с заданным (ожидаемым, такой случай может наблюдаться, если, например, на печатный узел установлен диод другого типа, имеющий значение Упри, отличное от заданного), то кодовые комбинации в регистрах 4 и 5 имеют соответственно вид -0100 (1000) и 0101. Возможны и некоторые другие ситуации, которые рассматриваются по аналогии с перечисленными.

Если дефект отсутствует (в регистрах 4 и 5 кодовая комбинация 0000 и 0101, соответственно), то на первом выходе шифратора 15 фсрмируется единичный уровень, поступающий на вход 21 блока 10, вследствие чего блок 33 формирует сигналы, по которым производится начальная установка соответствующих узлов и блоков устройства (вершина 55), а счетчик 32 переключается в состояние, соответствующее вершине 44, и начинается цикл проверки следующего диода. При наличии дефекта (нулевой сигнал на первом выходе шифратора 15) блок 34 формирует сигналы, по которым сбрасываются соответствующие узлы и блоки устройства (вершина 53), а счетчик 32 переключается в состояние, соответствующее вершине 42.

Блок 10 переходит в состояние ожидания, а блок 9 индуцирует текущий номер дефектного диода и вид дефекта. После регистрации дефекта оператор нажимает

кнопку 11 и процесс проверки продолжается.

Таким образом, устройство обладает повышенной достоверностью контроля за счет увеличения распознаваемых видов де0 фектов диода с параллельно подключенной катушкой индуктивности, активное сопротивление которой не превышает нескольких десятков Ом.

Устройство позволяет идентифициро5 вать следующие виды дефектов: неверная ориентация, обрыв перехода, короткое замыкание в цепи контролируемый диод-катушка индуктивности, занижено (завышено) импульсное прямое падение напряжения на

0 диоде.

Поиск дефектов диодов с высокой глубиной, осуществляемый устройством, автоматически позволяет исключить также дополнительные затраты времени на до5 искивание дефектов, что снижает трудоемкость контрольно-регулировочных работ и повышает производительность труда.

Разбраковка дефектов по видам позволяет организовать сбор статистических

0 данных о дефектах, что существенно упрощает анализ причин возникновения брака и позволяет оперативно проводить мероприятия по устранению причин его возникновения.

5 Необходимо также отметить, что точная индентификация такого вида дефектов как, например, неверная ориентация диода позволяет повторно использовать диод без до- полнительной проверки его исправности

0 после демонтажа. Это дает возможность сэкономить часть комплектующих (диодов) и сократить количество операций при ремонте (например, исключить операцию по про- звонке демонтированного диода).

5

Формула изобретения Устройство для контроля полупроводниковых приборов, содержащее токоогра- ничивающий резистор, первый пиковый

0 детектор и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности контроля и достоверности результата контроля за счет автоматического контроля значений прямого и

5 обратного импульсных падений напряжения на контролируемом диоде, в него введены второй пиковый детектор, генератор двуполярных импульсов, два регистра, блок коммутации, блок памяти, блок управления, кнопка, переключатель, аналого-цифровой

преобразователь, блок сравнения, шифратор, причем с первого по восьмой выходы блока управления соединены соответственно с первыми входами блока индикации, переключателя, аналого-цифрового преобразователя, блока сравнения, первого и второго регистров, блока памяти, блока коммутации, первый, второй, третий, четвертый входы блока управления соединены соответственно с выходом кнопки, с первым выходом аналого-цифрового преобразователя, первым выходом блока памяти, первым выходом шифратора, второй выход блока памяти соединен с вторым входом блока коммутации, с входом генератора двуполяр- ных импульсов, с вторым входом блока индикации и вторым входом блока сравнения, выход генератора двуполярных импульсов соединен через токоограничивающий резистор с входами первого и второго пиковых детекторов и с третьим входом блока коммутации, соединенного четвертым входом с шиной Земля, а первым и вторым выходами - с соответствующими клеммами для подключения объекта контроля, пе- реключатель соединен вторым и третьим входами соответственно с выходами первого и второго пиковых детекторов, а выходом - с вторым входом

аналого-цифрового преобразователя, соединенного вторым выходом с третьим входом блока сравнения, соединенного выходами с вторыми входами первого и второго регистров, соединенных выходами соответственно с первым и вторым входами шифратора, соединенного вторым выходом с третьим входом блока индикации, соединенного четвертым входом с первым выходом блока памяти, вход кнопки соединен с шиной Земля.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля полупроводниковых приборов, например диодов с параллельно подключенными катушками индуктивности. Цель изобретения - повышение производительности и достоверности контроля за счет автоматического контроля значений прямого и обратного импульсного падения напряжения на контролируемом диоде. Устройство содержит генератор 1 двуполярных импульсов, токоог- раничительный резистор 2, пиковые детекторы 3,6, регистры 4,5, блок 7 коммутации, блок 8 памяти, блок 9 индикации, блок 10 управления, кнопку 11, переключатель 12, анало- го-цифровой преобразователь 13, блок 14 Ё

Фиг. 2

Стачало j

Шюк&(28)

r-46- fatttsct crfye- Ccf точки под- MMXfewjr Ј Ъок7(21)

( Гонец J

Ув$/1ок8(23)

48Зшшеь tojet 4cmoffKtf g

SAOKtV(ZS)

W &rafr Arv oweceX нет.

50----- +ffuoKt№)

Фи г.З

/

О