專利名稱：晶體管反偏二次擊穿測試裝置的制作方法
一般來說，本發(fā)明涉及晶體三極管極限參數(shù)測試裝置，更為具體地講，是涉及晶體三極管反偏二次擊穿能量ESB的測試裝置。
眾所周知，晶體管的擊穿電壓可以分為一擊穿和二次擊穿，其中一次擊穿是可逆的和非破壞性的擊穿現(xiàn)象;而二次擊穿則是不可逆的并導(dǎo)致晶體管破壞的擊穿現(xiàn)象。高頻、高速功率晶體管在以電感為負(fù)載并反偏的電路中常常發(fā)生擊穿燒毀現(xiàn)象，這往往是由于稱之為反偏二次擊穿的發(fā)生所致。然而，高頻、高速功率晶體管恰恰又廣泛地應(yīng)用在以電感為負(fù)載并反偏的工作狀態(tài)，這些應(yīng)用場合諸如有電臺末級失諧時、磁偏轉(zhuǎn)放大器(電視機(jī)行掃描輸出級、雷達(dá)顯示器末級)、開關(guān)電源、繼電器激勵級、點火電路等等。為此，無論對于電路設(shè)計，還是對于晶體管制造而言，反偏二次擊穿都是一個極為重要的參數(shù)。


圖1 是晶體管發(fā)生反偏二次擊穿的典型電路及與之有關(guān)的波形。其中圖1a為典型電路，圖1b為驅(qū)動脈沖的波形，圖1c為表示發(fā)生反偏二次擊穿的晶體管集電極電壓波形，圖1d為晶體管的集電極電流波形。圖1a中晶體管的集電極通過負(fù)載電感L及其電阻分量RL連接到電源電壓VCC，其基極有電源VBE通過電阻RBE進(jìn)行反偏。同時接有內(nèi)阻為R1的脈沖源Vi，晶體管的發(fā)射極接地，VCE表示在驅(qū)動脈沖驅(qū)動下波形變化的集電極電壓。圖1b表示驅(qū)動脈沖序列，取其中一個脈沖(tO-t1)作為反偏二次擊穿發(fā)生的說明例子。圖1d為集電極電流波形，由于集電極接感性負(fù)載，在脈沖關(guān)斷瞬間t2，集電極電流呈指數(shù)曲線緩慢下降。圖1c的to以左部分，集電極電壓保持為VCO，to以右晶體管在足夠幅度驅(qū)動脈沖的驅(qū)動下達(dá)到飽和，并呈現(xiàn)飽和電壓VCES。在t1瞬間，晶體管關(guān)斷，集電極感應(yīng)一高電壓直至晶體管的維持電壓VCBX，此時由于集電極處于高電壓，電流也在較高水平，故發(fā)生反偏二次擊穿，發(fā)生反偏二次擊穿的特征是集電極電壓跌落，同時基極、集電極至發(fā)射極之間產(chǎn)生大幅度的射頻振蕩。表征導(dǎo)致二次擊穿的物理量的大小或晶體管承受反偏二次擊穿的物理量的大小是以能量量綱度量的，即反偏二次擊穿能量可以寫為ESB＝Llc2/2其中，L為晶體管集電極電路中的串聯(lián)電感的電感量，lc為發(fā)生反偏二次擊穿的瞬時集電極電流，也可以稱之為反偏二次擊穿電流lSB。
由于反偏二次擊穿能量ESD是晶體管的一個極限參數(shù)，所以實現(xiàn)無損傷測試一直是人們所探求的目標(biāo)。其中1988年2月27日授予P.Schiff的美國專利3371276號所公開的反偏二次擊穿測試裝置奠定了這一參數(shù)的測試基礎(chǔ)。P.Schiff提出的裝置是對被測晶體管施加集電極電流1c不斷增大的連續(xù)測試脈沖，誘導(dǎo)被測器件出現(xiàn)反偏二次擊穿，一旦出現(xiàn)以產(chǎn)生射頻振蕩為特征的反偏二次擊穿時，利用檢測射頻振蕩的能量形成的脈沖觸發(fā)一個單穩(wěn)、該單穩(wěn)再驅(qū)動一個箝位電路，該箝位電路旁路被測器件，將其存儲的能量釋放掉，從而實現(xiàn)反偏二次擊穿的無損傷測試。
然而，P.Schiff提出的測試裝置從理論上講可以實現(xiàn)無損傷測試，實際上該裝置通過檢測射頻振蕩到驅(qū)動箝位電路保護(hù)被測器件這一系列動作需要數(shù)微秒的延遲時間。一般來說，晶體管發(fā)生反偏二次擊穿后，若不加保護(hù)將在幾百毫微秒到幾微秒期間內(nèi)損壞。這樣，被測器件尚未來得及被保護(hù)，由于承受不住過量的能量而損傷或破壞了。從而，P.Schiff提出的裝置尚不能實現(xiàn)真正的無損傷測試。
本發(fā)明的目的是通過一種獨立的保護(hù)電路，提供反偏二次擊穿的安全測試裝置。
本發(fā)明的測試裝置是對被測晶體管的集電極設(shè)置電感性負(fù)載(已知電感量)和可調(diào)數(shù)字恒流源，其基極設(shè)置偏置電阻及反偏電壓源，在其基極同時設(shè)置測試脈沖源及射頻振蕩檢測裝置，以及檢測到反偏二次擊穿后的包括反偏二次擊穿指示、閉鎖測試恒流源的一系列裝置，以便在測試到反偏二次擊穿后實現(xiàn)得到數(shù)據(jù)和終止測試的操作。與此同時，在被測器件的集電極設(shè)置一套獨立的保護(hù)系統(tǒng)。該保護(hù)系統(tǒng)由負(fù)沿檢測器、單穩(wěn)和保護(hù)管組成，在晶體管被關(guān)斷后，集電極電壓每次出現(xiàn)負(fù)沿時，均被檢測到且驅(qū)動一個單穩(wěn)，輸出一個脈沖去驅(qū)動保護(hù)管，對被測器件保護(hù)一次。一旦出現(xiàn)反偏二次擊穿時，在未達(dá)到正常測試脈沖周期之前所出現(xiàn)的負(fù)沿(后邊跟隨射頻振蕩)，也被檢測出來，驅(qū)動保護(hù)管對被測管施加泄放保護(hù)。這種保護(hù)的速度與P.Schiff的檢測射頻振蕩后進(jìn)行一系列驅(qū)動的保護(hù)速度相比較，當(dāng)然檢測一個沿要快得多了。所以才實現(xiàn)了無損傷反偏二次擊穿測試。當(dāng)然本發(fā)明的檢測負(fù)沿的保護(hù)系統(tǒng)也有一定延遲，但是這段延遲恰恰留給被測器件，使其出現(xiàn)反偏二次擊穿、出現(xiàn)射頻振蕩，使設(shè)置在被測管基極的反偏二次擊穿檢測電路被啟動，并進(jìn)行一系列操作，而在器件被損傷之前，即通過本發(fā)明的獨立保護(hù)系統(tǒng)將被測器件中的能量泄放了，從而實現(xiàn)了安全的測試。
下面結(jié)合附圖，以優(yōu)選實施例的方式，對本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。
圖1是晶體管發(fā)生反偏二次擊穿的典型電路及與之有關(guān)的波形。
圖2是本發(fā)明的反偏二次擊穿測試裝置的框圖。
圖3是圖2的框圖中標(biāo)號為a～h關(guān)鍵部件的波形圖。
下面參照圖2，標(biāo)號為1的R-S觸發(fā)器的右輸出端置為高電平時啟動整個測試過程。該高電平開啟門電路2，將脈沖發(fā)生器3產(chǎn)生的規(guī)定脈寬與占空比的測試脈沖分別送給驅(qū)動電路4和可調(diào)恒流源5，以同步的方式給被測晶體管6施加脈沖功率。參照圖3，標(biāo)號a、b分別為脈沖發(fā)生器的輸出波形和通過門電路2后的脈沖波形。繼續(xù)參照圖2，被測晶體管6的基極B設(shè)置有偏置電阻RBE和反偏電壓源VBE。被測管的集電極C通過電感L(該電感的電感量是可調(diào)的，其電感量分別是已知的)與可調(diào)恒流源及VCC相連。由圖中可見，被測管的基極連接有SB檢測器7，該檢測器為常規(guī)的射頻信號檢測器，以表征有否反偏二次擊穿發(fā)生。逐漸增大可調(diào)恒流源的輸出電流，當(dāng)檢測到射頻信號時，提供一個脈沖給標(biāo)號為8的單穩(wěn)A，該單穩(wěn)輸出一個脈沖信號到R-S觸發(fā)器的f輸入端，將其右輸出端h置為低電平，結(jié)束一次測試過程。這部分部件的操作可由圖3的波形d、e、f所表示。從波形d可以看出在基極注入的測試脈沖出現(xiàn)后延遲一段時間，出現(xiàn)了射頻振蕩。SB檢測器檢測到這一振蕩后，可能是數(shù)個振蕩周期后輸出一個正脈沖去觸發(fā)單穩(wěn)A，如波形e所示。單穩(wěn)A輸出一個負(fù)脈沖到R-S觸發(fā)器的f輸入端，如圖3的波形f，使右輸出端h為低電平。從而，置反偏二次擊穿指示燈H亮啟，指示出現(xiàn)反偏二次擊穿，并關(guān)閉門電路2，終止脈沖輸入、關(guān)斷可調(diào)恒流源輸出、自動記錄下發(fā)生反偏二次擊穿時的恒流源輸出電流Ic數(shù)據(jù)。然后再通過ESB＝LIc2/2公式計算反偏二次擊穿能量。
下面結(jié)合圖2、圖3進(jìn)一步說明本發(fā)明的反偏二次擊穿測試裝置的獨立保護(hù)電路。參照圖2，被測器件的集電極C連接有標(biāo)號為9的負(fù)沿檢測器，該檢測器對任何電壓負(fù)跳變均有響應(yīng)，并觸發(fā)標(biāo)號為10的單穩(wěn)B，單穩(wěn)B輸出一個正脈沖g去觸發(fā)標(biāo)號為12的保護(hù)管V2(該保護(hù)管可以是一個大功率高速度晶體管或場效應(yīng)三極管)，使其導(dǎo)通，進(jìn)而使標(biāo)號為11的二極管V1導(dǎo)通，使被測器件6中的能量通過二極管V1、保護(hù)管V2泄放。在連續(xù)脈沖測試過程中無論是否發(fā)生反偏二次擊穿，每送一個脈沖，保護(hù)電路保護(hù)一次。當(dāng)發(fā)生反偏二次擊穿時，如圖3的波形c所示，第一個脈沖注入后未發(fā)生反偏二次擊穿;第二個脈沖結(jié)束后，集電極的維持電壓維持不久，在短于上一個脈沖結(jié)束后維持電壓的維持時間就發(fā)生了反偏二次擊穿，出現(xiàn)負(fù)的跳變，而后出現(xiàn)了射頻振蕩。負(fù)沿檢測器在出現(xiàn)負(fù)沿瞬間(出現(xiàn)振蕩之前)當(dāng)即動作，觸發(fā)單穩(wěn)B、保護(hù)管V2、二極管V1對被測器件實施保護(hù)。當(dāng)然由于本發(fā)明的獨立保護(hù)電路延遲時間與SB檢測器響應(yīng)時間的時間差，使整個測試系統(tǒng)既實現(xiàn)安全測試，又使SB檢測器乃至其后的一系列操作能按正常方式進(jìn)行。從圖g波形可以看出單穩(wěn)B輸出的正脈沖以及波形h在一次測試過程結(jié)束后轉(zhuǎn)為低電平，終止測試，直至按復(fù)位開關(guān)S，重新啟動下一個測試過程。
權(quán)利要求
一種晶體管反偏二次擊穿測試裝置，該裝置的被測晶體管的集電極C通過已知電感量的可調(diào)電感器與可調(diào)恒流源相連接，被測管的基極設(shè)有偏置電阻RBE和反偏電源VBE，被測管的發(fā)射極接地，連續(xù)的測試脈沖是通過脈沖發(fā)生器經(jīng)門電路經(jīng)驅(qū)動電路與集電極電流同步的方式送入基極的，該門電路受控于一個R-S觸發(fā)器，在基極還設(shè)置有反偏二次擊穿檢測器，檢測到表征反偏二次擊穿時驅(qū)動單穩(wěn)及R-S觸發(fā)器、進(jìn)行反偏二次擊穿指示、終止測試操作，其特征在于，在被測晶體管的集電極設(shè)置有獨立保護(hù)電路，該電路包括負(fù)沿檢測器，檢測集電極出現(xiàn)的任何負(fù)沿；并輸出一個脈沖；單穩(wěn)觸發(fā)器，接收來自負(fù)沿檢測器的脈沖，輸出一個驅(qū)動脈沖；保護(hù)管，在單穩(wěn)輸出的脈沖驅(qū)動下導(dǎo)通，使其集電極或漏極電位下降；導(dǎo)通管，該導(dǎo)通管連接在被測晶體管與保護(hù)管的集電極或漏極之間，當(dāng)保護(hù)管導(dǎo)通后該管也導(dǎo)通，從而泄放被測晶體管中的能量。
全文摘要
本發(fā)明的裝置對被測器件施加連續(xù)脈沖功率，當(dāng)發(fā)生反偏二次擊穿時，通過設(shè)置在基極電路中的反偏二次擊穿檢測器檢測射頻振蕩，而后經(jīng)單穩(wěn)、R-S觸發(fā)器進(jìn)行反偏二次擊穿指示、讀數(shù)、終止測試一系列操作。與此同時，從被測器件的集電極設(shè)置一套獨立的保護(hù)電路。該電路檢測在集電極出現(xiàn)的任何負(fù)沿，并加以保護(hù)，由于負(fù)沿觸發(fā)的高速度可以實現(xiàn)無損傷測試。又由于該高速保護(hù)電路所固有的微小延遲與SB檢測器射頻檢測的脈沖形成電路的時間差，使保護(hù)與SB指示二者互不影響。
文檔編號G01R31/26GK1073530SQ9211446
公開日1993年6月23日 申請日期1992年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月19日
發(fā)明者易本健 申請人:易本健