貼片半導體分立器件測試篩選裝置設計

陳思維，虞從軍，張建寧

中國電子科技集團第十研究所天奧校準檢測試驗室，四川成都 610036

0 引言

電子在電子元器件的檢測篩選中，SMD 器件的測試篩選成為難題，不僅因為它微小結構特點，還有封裝形式多樣性。目前，我國基礎工業和微電子工業的水平不高，SMD 器件的來源主要依賴進口，國外電子元器件又無質量保證。所以大家很重視這個矛盾，但是也因為SMD 器件的特性，通過多方調研了解僅有個別實驗室開展這個項目，且處于初期階段。所以我們建立一套貼片半導體分立器件（貼片二極管、貼片三極管）的檢測篩選裝置來解決這一問題，最終達到提高整機的可靠性。目前已完成5種SMD 封裝二極管、4種SMD 封裝三極管裝置，且進入了實用階段。

1 裝置原理

貼片二、三極管的篩選項目主要有：常溫測試、功率老化、反偏試驗等試驗項目參[1]。在原有檢測篩選設備基礎上開發相應的測試夾具、老化（反偏）板并編制相關測試程序，實現建立整套貼片半導體分立器件的檢測篩選裝置。

1.1 常溫測試裝置設計

在STS2103B 半導體分立器件測試系統的BX1031A 通用測試模塊基礎上開發相應測試夾具。圖中帶陰影是需要完成設計和制作部分，結構框圖如1所示。

圖1 測試夾具設計原理圖

根據5種封裝形式的二極管（SOD-323、0805、DO-214AA、DO-213AB、SOT-23）設計不同測試夾具。因5種封裝都屬于兩端點封裝接觸點，可做一套兼容此測試夾具。

根據4種三極管兩種封裝形式（SOT-23、TO-50），設計一套SOT-23 封裝、一套SOT-23 封裝、一套TO-50 封裝的三極管測試夾具，另BFR91A 是一種NPN 型三極管需要單獨設計。

1.2 功率老化板裝置設計

圖2 老化板設計原理圖

以原老化系統為平臺參[2]，開發一系列相關貼片器件老化夾具板，組成框圖如圖2。

1.2.1 老化板設計亮點

為了減少SDM 器件的裝卸煩瑣過程，把相同封裝和型號的老化試驗和反偏試驗融合在同一塊試驗板上，用兩端金手指設計實現老化、反偏的兼容使用。這一設計特點在國內還屬首次。另外，在印制板的設計過程中，均采用反面安裝外圍電路元器件，正面安裝插座的方法。這樣與原試驗板比較：老化板安裝數為144只（原48只），反偏板數量為300只（原80只）。大幅度地提高了工作效率，且節約了能源。

1.2.2 二極管老化板設計

在老化板設計中，制作（SOD-323、0805、DO-214AA、DO-213AB、SOT-23）五種不同封裝的老化夾具板。由于本項目中五種二極管都屬于小電流二極管（小于0.3A），在小電流的二極管正偏老化線路中，是每3個二極管為一路（根據插座的尺寸實際情況可適當的調節每一路的二極管數和整塊板的路數），共有16路，每路除有限流電阻外，還有中功率的三極管進行限流控制參[3]，如圖3所示。

圖3 二極管老化線路圖

圖4 三極管老化電路圖

在該電路中，需要對被測件（二極管）施加正向偏置電壓，還要對三極管（Q1、Q2….）施加基極控制電壓，以控制被測件（二極管）上的導通電流。另外還有16路檢測信號，以判別二極管的工作狀態是否正常。

1.2.3 三極管老化板設計

根4種封裝形式，制作一套SOT-23 封裝老化板和TO-50 封裝老化板。對于三極管的老化篩選，需要設置基極和集電極二個電壓，以使其工作于放大狀態，電路原理如圖4。

1.3 反偏試驗板設計

1.3.1 二極管反偏板

設計（SOD-323、0805、DO-214AA、DO-213AB、SOT-23）5種不同封裝的反偏板，以滿足這5種型號二極管的老化試驗。因工作電流很小，故反偏板的電路要比正向老化的簡單一些，即每一個管子對應一個0.1A的保險絲以保證被測件在反偏過程中的安全性，外加一定的電壓即可，如圖5所示。

圖5 二極管反偏電路

1.3.2 三極管反偏板

圖6 NPN 型三極管反偏電路

圖7 PNP 型三極管反偏電路

設計一套SOT-23 封裝（包括NPN、PNP 型）和TO-50 封裝三極管反偏板。由于其工作電流很小，即每一個管子對應一個0.1A的保險絲以保證被測件在反偏試驗中的安全性，外加一定的電壓即可，如圖6、圖7所示。

2 效益分析

隨著整機逐步向小型化發展，SDM 器件數量所占比例越來越大。根據數據統計每年約有50%二極管不能檢測篩選，約40%三極管不能檢測篩選，本項目研發成功后可把二極管篩選率提高到80%左右，三極管篩選率85%左右，每年可增加6～7萬只二極管檢測篩選量，1.2萬只三極管檢測篩選量，合計全年貼片二、三極管可創造近90萬元左右經濟效益。

3 結果驗證

3.1 國內元器件篩選實驗室調查情況

通過對全國實力較強的7 家同行核實情況，僅有兩家篩選測試中心能做貼片元器件的篩選檢測。但型號為BFR91A（TO50 封裝）三極管在全國各個篩選中心都不能進行試驗。經過項目組研究討論對該器件進行不同方式（線夾測試參[4]和適配器測試）的方法來驗證裝置的可靠性。

3.2 驗證方案

在國內使用同臺測試設備的測試檢測中心進行比對測試篩選試驗。由于數據量龐大，這里就不在具體展示。但是參數測試誤差均在下表范圍所示范圍內參[1]。從大量的驗證數據情況看，比對的結果均符合要求。我們測試篩選方法是正確的。

表1 參數測試誤差范圍表

4 結論

通過這個裝置的建立，提高了我們篩選檢測人員的技術水平，為今后相關技術的發展提供了寶貴的經驗；有效提高元器件的可檢測比例，節約元器件在整機中失效的質量成本。隨著發展，SMD 器件的篩選范圍將會迅速擴大，整機的可靠性將得到更多保證。

[1]GJB128A-97 半導體分立器件試驗方法.

[2]杭州可靠性儀器廠可靠性試驗設備標準匯編，2007.www.hrif.net.

[3]孫青，莊弈琪，等.電子元器件可靠性工程.北京：電子工出版社，2002.

[4]GJB33A-97 半導體分立器件總規范.