一種二極體壽命測試儀的製作方法

2023-12-04 09:21:36

專利名稱：一種二極體壽命測試儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種二極體壽命測試儀。
技術背景在使用二極體製造電子產品前，電子產品開發廠家一般總是從有信譽、 具有一定規模的製造廠採購特定型號的生產的二極體，對於二極體製造廠 而言，合格產品是可以達到所設計的可靠性指標的。然而，從二極體出廠 到用戶使用總要經歷一個或長或短的庫存時間，總要由人來發貨，運輸過 程中也難免對二極體產生一定的傷害，這些都是降低二極體可靠性的客觀 原因。作為使用二極體的用戶而言，怎樣驗證即將使用的二極體的可靠性指 標，確認即將使用的二極體的壽命是電子產品的生產中不能迴避的問題， 否則將很難保證自己所生產出的電子產品的可靠性。可是目前尚未見有能 測試二極體壽命的儀器，這對使用二極體的用戶而言非常不方便。 發明內容本實用新型就是為了克服以上的不足，提出了一種二極體壽命測試儀。 本實用新型的技術問題通過以下的技術方案予以解決 一種二極體壽 命測試儀，包括溫度試驗箱、電源提供模塊、負載、電性能採集模塊和主 控裝置；所述待測二極體置於所述溫度試驗箱內，所述溫度試驗箱為待測 二極體提供加速老化環境；所述電源提供模塊、負載和待測二極體串聯形 成測試迴路；所述電性能採集模塊連接在待測二極體與主控裝置之間，所 述電性能採集模塊採集待測二極體在通有電源時的反饋電信號並輸出至主 控裝置，所述主控裝置接收、分析所述反饋電信號以得出測試結果。優選地，所述電性能採集模塊包括電流取樣電阻、電壓信號轉換器和 電流信號轉換器，所述主控裝置為計算機；所述電流取樣電阻連接在待測 二極體陰極和地之間；所述電壓信號轉換器連接在待測二極體陽極和計算 機之間，用於從所述待測二極體陽極採集出電壓信號並轉換成數位訊號輸 出至計算機；所述電流信號轉換器連接在待測二極體陰極和計算機之間，用於從所述待測二極體陰極採集出流過待測二極體的電流並轉換成數字信 號輸出至計算機。還包括開關，所述開關串聯在測試迴路上；所述主控裝置與所述開關 控制端相連，控制開關進行開通和閉合。所述主控裝置還與溫度試驗箱相連，所述主控裝置控制溫度試驗箱的 溫度值。所述電源提供模塊為正弦波電源，所述主控裝置還與正弦波電源相連， 所述主控裝置控制正弦波電源輸出信號的電壓、電流和頻率。本實用新型與現有技術對比的有益效果是本實用新型的二極體壽命 測試儀可以對不同公司的、不同時期所生產的各種型號的二極體進行壽命 測試，而且測試結果具有可比性、可追溯性，具有很高的經濟效益。本實 用新型的二極體壽命測試儀可以自動測試，降低了操作員的勞動強度，提 高了測量效率，避免引入人為錯誤，保證了測試結果的準確性。

圖1是本實用新型具體實施方式
的結構示意圖。
具體實施方式
下面通過具體的實施方式並結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。實際二極體的失效都脫離不了物理的或化學的作用，如果隨意抽取幾 個失效元件來分析，有的是內部電路短路或開路性損壞，有的是外殼碎裂 造成器件損壞，有的是管腳折斷而損壞，表面上看，二極體失效原因各不 相同，似乎沒有直接聯繫。然而分析足夠多失效二極體後，可以發現所有 按相同工藝製造的二極體的壽命分布特徵都具有相同的統計規律性。因此， 可以建立二極體的可靠性數學模型，通過抽取少量二極體樣品作可靠性試 驗，即可得到具有相同製造工藝元件的二極體的壽命預估值。由於二極體的外殼一般由塑料或陶瓷組成，塑料在環境的作用下會老 化變質，陶瓷會在環境中的振動等因素作用後改變外型，這些都會使二極 管的外殼逐漸老化而漏氣，進而導致二極體內部電路損壞，二極體的壽命 結束。二極體的引腳全都由金屬組成，受到環境有害氣體的腐蝕後逐步減 小，當引腳小於設計允許的最小尺寸後，二極體使用性能不再滿足設計要 求，壽命結束。在實際使用二極體時，只要嚴格執行二極體製造廠規定的 技術條件，二極體壽命是能夠得到保障的，在這種情況下，環境溫度是影響二極體壽命的主要原因。在用戶執行二極體製造廠規定技術條件前提下， 只要做溫度加速壽命試驗，得到的二極體壽命指標會與二極體的實際壽命 基本一致。根據上述情況，本實用新型提出了一種二極體壽命測試儀。如圖1所示的二極體壽命測試儀，包括溫度試驗箱7、電源提供模塊1、負載2、電性能採集模塊6和主控裝置4。所述待測二極體5置於所述溫度 試驗箱7內，所述溫度試驗箱為待測二極體5提供加速老化環境，即使 待測二極體5在溫度試驗箱7設定溫度下進行老化。例如可使溫度試驗 箱7升溫至特定溫度值並使二極體在該溫度下維持一段時間即可實現二極 管的加速老化。所述主控裝置5還與溫度試驗箱相連，所述主控裝置自動 控制溫度試驗箱7的溫度值，以實現本實用新型的二極體壽命測試儀的自 動化，省去人工操作。主控裝置在溫度試驗箱允許的技術條件範圍內，通 過程序的運行，按照測試儀測量工藝條件的規定，控制溫度試驗箱增加或 降低試驗二極體所在的環境溫度所述電源提供模塊1、負載2和待測二極體5串聯形成測試迴路，所 述電性能採集模塊6連接在待測二極體5與主控裝置4之間，所述電性能 採集模塊6採集待測二極體5在接通有電源提供模塊1所提供的試驗電源 時的反饋電信號並輸出至主控裝置4，所述主控裝置4接收、分析所述反 饋電信號以得出測試結果。所述電源提供模塊1為程控正弦波電源，所述 主控裝置4還與程控正弦波電源相連、對程控正弦波電源進行控制，所述 主控裝置4控制程控正弦波電源輸出電源信號的電壓、電流和頻率，無需 人工調節，進一步增強了本實用新型的二極體壽命測試儀自動化。所述負 載2可為電容性負載或電阻性負載。所述電性能採集模塊6包括電流取樣電阻61、電壓信號轉換器62和 電流信號轉換器63，所述主控裝置4為計算機；所述電源提供模塊l經負 載2與待測二極體5陽極相連，所述電流取樣電阻61連接在待測二極體5 陰極和地之間(實際上，負載2也可以接在待測二極體5陰極與程控正弦 波電源之間)；所述電壓信號轉換器62連接在待測二極體5陽極和計算機 之間，用於從所述待測二極體5陽極採集出電壓模擬信號，並轉換成與電 壓模擬信號成正比的數位訊號後輸出至計算機；所述電流信號轉換器63 連接在待測二極體5陰極和計算機之間，用於從所述待測二極體5陰極採 集出流過待測二極體5的電流模擬信號並轉換成與電流模擬信號成正比的 數位訊號輸出至計算機。所述計算機接收從電壓信號轉換器62和電流信號轉換器63輸出的數位訊號並自動處理這些測量所得的數位訊號、得出測試 結果、輸出報表並將報表在計算機的顯示器上顯示出來。所述二極體壽命測試儀還包括開關K，所述開關K串聯在所述測試回 路上。例如可將開關K設置在電源提供l與負載2之間，或者將開關K 設置在負載2與待測二極體5陽極之間。所述主控裝置4還與所述開關K 控制端相連，控制開關K進行開通和閉合。通過設置開關K，用戶可以在 需要測試時閉合開關、其餘時間將開關斷開，增強本實用新型的二極體壽 命測試儀的安全性。如果需要同時多個二極體進行測試，本實用新型可增設電性能採集模 塊，並將各個待測二極體及其所對應的電性能採集模塊並聯。上述二極體壽命測試儀的使用方法包括如下步驟-第一步從一批二極體(母體)中抽樣部分二極體(樣本)進行壽命 測試。根據GB/T 13393-1992《抽樣檢査導則的規定》，可按照下面兩種標 準進行抽樣。GB 8053《不合格品率的計量標準型一次抽樣檢査程序及表》 或GB/T 8054-1995《平均值的計量標準型一次抽樣檢驗程序及抽樣表》。可將每個抽樣二極體按圖1接線，並將抽樣二極體放入溫度試驗箱中。 計算機按照規定工藝控制溫度試驗箱的初始加熱溫度和持續加熱時間。優 選地，所述初始加熱溫度可為125°C，即控制溫度試驗箱內的溫度達到 125°C;所述持續加熱時間為20分鐘，g卩使待測的抽樣二極體在125°C 的溫度下維持20分鐘，以完成老化。加熱結束，計算機控制溫度試驗箱降 低溫度到25'C，冷卻30分鐘。第二步:計算機控制開關K閉合，待測二極體上接通測試電源。電壓 信號轉換器62和電流信號轉換器63分別採樣電壓信號、流過二極體的電 流信號並轉換成數位訊號輸出至計算機。第三步:所述計算機對這些數位訊號進行分析。如果分析出該待測二 極管達到試驗結束條件，則停止對該待測二極體進行試驗，計算機自動處 理測量所得的數據(數位訊號)，即根據阿倫尼斯(Arrhenius)元件壽命 l(TC法則，將快速壽命試驗所測得的壽命值轉換到二極體在額定溫度時的 壽命數值。如果分析出沒達到試驗結束條件，則按照試驗工藝提高溫度試 驗箱的加熱溫度。優選地，可以按級步進升溫，即由計算機控制溫度試驗 箱內的溫度增加一個步進溫度差值，所述步進溫度差值優選l(TC (例如 當上個周期為135。C時，此時可升溫至145。C—)，並在升溫後的溫度下持續加熱時間為20分鐘，以進一步加速該待測二極體的老化並重新進入第二 步。所述試驗結束條件是指待測二極體進入了失效狀態，具體的失效狀態 可以參照國家標準GB/T 4023《半導體器件分立器件和集成電路第2部 分整流二極體》；也可由用戶自己設定所需的標準，例如用戶可設定當 二極體出現短路、斷路時，則表示進入了失效狀態。第四步計算機分析所抽樣的二極體中失效的二極體的數量是否達到 預設值(一般可以設定預設值為所抽樣二極體的個數的0.9倍)，如果是則 結束整個試驗，如果否則繼續對未失效二極體測試(測試方法同上第一步 至第三步)。計算機根據測得的抽樣二極體的壽命，按照相應概率統計分布 進行計算，得出該批二極體(母體)的壽命。計算機還可將所得出的該批 二極體的壽命在計算機的顯示器上顯示。下面以一個例子來說明如何計算母體壽命。從一批待測量可靠性指標 的二極體母體中抽出235個待試驗樣品，計算試驗截止條件 235x90%=211.5 (個)。選擇累計212個二極體失效作為試驗截止條件。按 照上述方法進行測試，我們可以先假定失效分布符合威布爾分布。先將測 量得到的一系列快速壽命數據用圖估法進行處理，發現恰好符合威布爾分 布，這就說明選擇這種分布是恰當的。實際上，失效分布類型可以是正態 分布或其它類型的分布。如果處理所得並非威布爾分布則再重新進行假定， 並用圖估法進行處理。即以試探法的原則處理測量數據，符合什麼失效類 型就用相應的數學模型進行處理。如果根據測量得到數據求得母體快速壽 命試驗的平均無故障時間(MTBF)約為48.9小時，則根據阿倫尼斯 (Arrhenius)元件壽命l(TC法則，換算得到二極體在35'C條件下的壽命為 48. 9x211 =100147. 2 (小時)。本實用新型的二極體壽命測試儀通過上述方法可以自動測試出各種型 號二極體的壽命。以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細 說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新 型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下， 還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種二極體壽命測試儀，其特徵在於包括溫度試驗箱、電源提供模塊、負載、電性能採集模塊和主控裝置；所述待測二極體置於所述溫度試驗箱內，所述溫度試驗箱為待測二極體提供加速老化環境；所述電源提供模塊、負載和待測二極體串聯形成測試迴路；所述電性能採集模塊連接在待測二極體與主控裝置之間，所述電性能採集模塊採集待測二極體在通有電源時的反饋電信號並輸出至主控裝置，所述主控裝置接收、分析所述反饋電信號以得出測試結果。
2. 根據權利要求1所述的二極體壽命測試儀，其特徵在於所述電性能 採集模塊包括電流取樣電阻、電壓信號轉換器和電流信號轉換器，所 述主控裝置為計算機;所述電流取樣電阻連接在待測二極體陰極和地 之間；所述電壓信號轉換器連接在待測二極體陽極和計算機之間，用 於從所述待測二極體陽極採集出電壓信號並轉換成數位訊號輸出至計 算機；所述電流信號轉換器連接在待測二極體陰極和計算機之間，用 於從所述待測二極體陰極採集出流過待測二極體的電流並轉換成數字 信號輸出至計算機。
3. 根據權利要求1或2所述的二極體壽命測試儀，其特徵在於還包括 開關，所述開關串聯在測試迴路上；所述主控裝置與所述開關控制端 相連，控制開關進行開通和閉合。
4. 根據權利要求1或2所述的二極體壽命測試儀，其特徵在於所述主 控裝置還與溫度試驗箱相連，所述主控裝置控制溫度試驗箱的溫度值。
5. 根據權利要求1或2所述的二極體壽命測試儀，其特徵在於所述電 源提供模塊為正弦波電源，所述主控裝置還與正弦波電源相連，所述 主控裝置控制正弦波電源輸出信號的電壓、電流和頻率。
專利摘要本實用新型公告了一種二極體壽命測試儀，包括溫度試驗箱、電源提供模塊、負載、電性能採集模塊和主控裝置；待測二極體置於溫度試驗箱內，溫度試驗箱為待測二極體提供加速老化環境；電源提供模塊、負載和待測二極體串聯形成測試迴路；電性能採集模塊連接在待測二極體與主控裝置之間，電性能採集模塊採集待測二極體在通有電源時的反饋電信號並輸出至主控裝置，主控裝置接收、分析反饋電信號以得出測試結果。本實用新型可以對不同公司的、不同時期所開發的各種型號的二極體進行壽命測試，而且測試結果具有可比性、可追溯性，具有很高的經濟效益。
文檔編號G01R31/26GK201096866SQ200720122630
公開日2008年8月6日 申請日期2007年8月31日 優先權日2007年8月31日
發明者吳志毅 申請人:比亞迪股份有限公司