[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件瞬態(tài)熱測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310284378.4
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103344662A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建華;闕秀福;黃元昊
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件瞬態(tài)熱測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一種半導(dǎo)體器件瞬態(tài)熱測試裝置。該發(fā)明主要應(yīng)用于對半導(dǎo)體器件進(jìn)行熱阻和結(jié)溫的測試。

背景技術(shù)

大功率LED工作時會產(chǎn)生大量的熱量，引起LED芯片PN結(jié)結(jié)溫的顯著變化，對LED的性能產(chǎn)生重要的影響，造成正向壓降改變、色溫變化、波長紅移、光電轉(zhuǎn)換效率變低等，影響其光度、色度和電氣參數(shù)。LED的熱阻是決定LED光電特性及壽命的重要參數(shù)，熱阻過大會直接導(dǎo)致LED結(jié)溫偏高，加速芯片老化。結(jié)溫、熱阻的大小成為衡量LED熱學(xué)特性的最重要指標(biāo)。因此，快速、準(zhǔn)確地測試LED的結(jié)溫和熱阻成為有效熱管理的重要前提。

目前LED熱學(xué)測試的主要方法有紅外熱成像法、電學(xué)參數(shù)法、瞬態(tài)熱測試法、光譜及光功率法、管腳溫度法等。這些方法基于不同的原理測量或推導(dǎo)出LED的結(jié)溫及熱阻。其中，瞬態(tài)熱測試法由于其測試精度高、可測熱結(jié)構(gòu)函數(shù)等優(yōu)點，具有重要的研究價值和良好的應(yīng)用前景。

通過設(shè)計嵌入式控制系統(tǒng)，為待測器件提供恒流源，并可切換大小電流，同時為待測器件提供恒溫環(huán)境，并可使測試值在上位機(jī)PC中通過處理后顯示結(jié)果。本發(fā)明具有精度高、穩(wěn)定性好及快速性好的特點。通過本發(fā)明裝置可以對半導(dǎo)體器件進(jìn)行瞬態(tài)熱測試。

發(fā)明內(nèi)容

????本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)的缺陷提供一種半導(dǎo)體器件瞬態(tài)熱測試裝置，測試半導(dǎo)體器件的熱學(xué)特性，其特點是精度高、穩(wěn)定性好及快速性好。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

????一種半導(dǎo)體器件瞬態(tài)熱測試裝置，包括主控電路板、恒流源大小電流及開關(guān)切換模塊、加熱驅(qū)動模塊、加熱模塊、高速數(shù)據(jù)采集卡、上位機(jī)PC和開關(guān)電源模塊。開關(guān)電源模塊為主控電路板、恒流源大小電流及開關(guān)切換模塊和加熱驅(qū)動模塊供電；其特征在于，恒流源大小電流及開關(guān)切換模塊與待測器件和主控電路板連接，為待測器件提供大小電流值；加熱模塊與加熱驅(qū)動模塊連接，加熱驅(qū)動模塊與主控電路板連接，待測器件固定安裝在加熱模塊上，加熱模塊直接對待測器件進(jìn)行加熱，并通過加熱模塊的傳感器將溫度信號反饋給主控電路板，實時調(diào)整加熱模塊的輸出電流，維持加熱模塊溫度的恒定，實現(xiàn)通過控制為待測器件提供恒定的測試溫度；高速數(shù)據(jù)采集卡連接待測器件和上位機(jī)PC，采集待測器件的測試值并傳送至上位機(jī)PC；主控電路板與上位機(jī)PC通過串口連接，由上位機(jī)PC完成數(shù)據(jù)后處理并顯示結(jié)果。

?作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，主控電路板包括一個核心控制模塊、一個狀態(tài)顯示模塊，核心控制模塊與狀態(tài)顯示模塊連接，狀態(tài)顯示模塊用于反映系統(tǒng)的工作模式。核心控制模塊有定時器TIM?x端口、串口、AD轉(zhuǎn)換端口和普通端口；定時器TIM?x端口利用定時器產(chǎn)生3路脈寬調(diào)制波（PWM），其中2路脈寬調(diào)制波（PWM）分別控制恒流源大電流、恒流源小電流，使其電流恒定，另1路脈寬調(diào)制波（PWM）轉(zhuǎn)化為恒流后控制加熱模塊的溫度；核心控制模塊的普通端口給出控制信號控制恒流大小電流及開關(guān)切換模塊中一個開關(guān)切換模塊中的開關(guān)，從而控制待測器件上大、小恒流的切換；AD轉(zhuǎn)換端口將加熱模塊反饋的溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳輸至核心控制模塊進(jìn)行后續(xù)處理，將該時刻的溫度信號和上一時刻的溫度信號進(jìn)行對比，得出差值后運用PID算法求得該時刻的輸出信號，并以脈寬調(diào)制信號的形式傳輸至加熱驅(qū)動模塊；普通端口還用于控制狀態(tài)顯示模塊，從而反映系統(tǒng)的工作模式；串口用于與上位機(jī)PC進(jìn)行通訊，將主控電路板中的大小電流值，溫度值傳送至上位機(jī)PC進(jìn)行后處理。

?作為本發(fā)明上述技術(shù)方案的優(yōu)化技術(shù)方案恒流源大小電流及開關(guān)切換模塊基于運算放大電路搭建，其中包括輸入整形模塊、電壓跟隨模塊、低通濾波模塊、恒流驅(qū)動模塊和開關(guān)切換模塊串聯(lián)形成恒流驅(qū)動及開關(guān)切換電路。輸入整形模塊由電阻和電容組成RC低通濾波器，用于將輸入脈寬調(diào)制信號（PWM）轉(zhuǎn)化為鋸齒信號；電壓跟隨模塊由電阻和集成運放組成電壓跟隨器起緩沖作用，使信號耗散在前級的比重降低；二階濾波模塊由電阻、電容和集成運放組成二階低通濾波器為信號濾去毛刺部分；恒流驅(qū)動模塊由集成運放和外圍電路組成線性控制電路，將鋸齒信號和參考電壓進(jìn)行對比后輸出對應(yīng)的控制信號，并將此控制信號加在場效應(yīng)管的門級，從而實現(xiàn)對輸出電流的調(diào)整并給出恒流信號；開關(guān)切換模塊由電阻、三極管和場效應(yīng)管MOSFET構(gòu)成，為主控電路板給出控制信號到場效應(yīng)管MOSFET的柵極，從而控制恒流源信號的通斷。