基于LabVIEW的三极管老化测试系统设计

　　针对一些功率器件（功率三极管、VDMOS，IGBT等），通过有规律给元器件通电和断电，循环施加电应力和热应力，可以检验其承受循环应力的能力。基于上述原理，借助可视化编程语言LabVIEW和NI系列sb RIO-9612板卡，本文设计了一种三极管老化测试系统，该系统满足国军标GJB1036的试验要求，每个工位的采样时间不大于4μs，总共64工位的采样周期不大于300μs，满足了快速控制的要求，同时还不失精准，电压和电流的采样分辨率达到了12 bit，精度达到1%，从而控制了器件结温误差。目前系统已经交付运行，实验结果达到了用户的需求，具有很高的实用价值。

　　随着航空，航天，能源工业等领域对电子产品质量的要求日益提高，电子产品的可靠性问题受到越来越广泛的重视。电子产品在使用过程中会遇到不同环境条件，在热胀冷缩的应力作用下，热匹配性能力差的电子元器件就容易失效，导致电子产品故障，造成巨大的人力和财力损失。电子元器件的老化测试就是仿照或者等效产品的使用状态，通过测试，将不符合器件剔除，将电子产品的质量在加工初期进行有效地控制，以保证电子产品使用的可靠性和稳定性。针对电子元器件的这种情况，我们开发了一种老化测试系统，可以主要针对功率器件（功率三极管、VDMOS，IGBT等），通过有规律给元器件通电和断电，循环施加电应力和热应力，检验其承受循环应力的能力。

　　1 工作原理

　　通过给晶体管通电加热，使晶体管在当前恒定功率下工作，通过一段时间后，晶体管因为发热而使得器件的结温持续升高，到达设定值后，断开恒流源和恒压源，给器件通风，使其温度降低到设定值，反复这个过程，就可以较为准确的算出该器件的加热时间和冷却时间，达到了间歇测试的目的。基本的工作原理图如1所示。

　　

　　图1 间歇寿命测试循环示意图

　　半导体器件的热阻通常定义为：

　　

　　其中RθJX=器件结点到具体环境的热阻（替代符号是θJX）［℃/W］;

　　TJ=稳定状态测试条件下的器件结温［℃］;

　　TX=环境的参考温度［℃］;

　　PH=设备功耗［W］;

　　测试条件下器件结温可表示为：

　　Tj=TJ0+△TJ

　　其中TJ0=器件加热前的初始结温［℃］;

　　△TJ=器件结温变化量

　　通过温度敏感参数（TSP）来表示结温变化量，公式为：

　　△TJ=K×△TSP

　　其中△TSP=温度敏感参数的变化量［mV］;

　　K=定义TJ和TSP变化关系的常量［℃/mV］;

　　温度敏感参数可表示为：

　　TSP=Ie×-4Vce

　　其中Ie=冷却测量时刻加的恒流源值［mV］;

　　Vce=器件的结电压值［mV］;

　　K系数为结温随结电压的变化关系，固定器K件系数为常量，不同器件K的系数不同，可在试验器件的资料中查出，或者厂家给出。其计算公式可表示为：

　　

　　其中TJ1和TJ2为两个时刻的结温，Vce1和Vce2为结温对应的结电压。