贴片半导体分立器件测试筛选装置设计

陈思维，虞从军，张建宁

中国电子科技集团第十研究所天奥校准检测试验室，四川成都 610036

0 引言

电子在电子元器件的检测筛选中，SMD 器件的测试筛选成为难题，不仅因为它微小结构特点，还有封装形式多样性。目前，我国基础工业和微电子工业的水平不高，SMD 器件的来源主要依赖进口，国外电子元器件又无质量保证。所以大家很重视这个矛盾，但是也因为SMD 器件的特性，通过多方调研了解仅有个别实验室开展这个项目，且处于初期阶段。所以我们建立一套贴片半导体分立器件（贴片二极管、贴片三极管）的检测筛选装置来解决这一问题，最终达到提高整机的可靠性。目前已完成5种SMD 封装二极管、4种SMD 封装三极管装置，且进入了实用阶段。

1 装置原理

贴片二、三极管的筛选项目主要有：常温测试、功率老化、反偏试验等试验项目参[1]。在原有检测筛选设备基础上开发相应的测试夹具、老化（反偏）板并编制相关测试程序，实现建立整套贴片半导体分立器件的检测筛选装置。

1.1 常温测试装置设计

在STS2103B 半导体分立器件测试系统的BX1031A 通用测试模块基础上开发相应测试夹具。图中带阴影是需要完成设计和制作部分，结构框图如1所示。

图1 测试夹具设计原理图

根据5种封装形式的二极管（SOD-323、0805、DO-214AA、DO-213AB、SOT-23）设计不同测试夹具。因5种封装都属于两端点封装接触点，可做一套兼容此测试夹具。

根据4种三极管两种封装形式（SOT-23、TO-50），设计一套SOT-23 封装、一套SOT-23 封装、一套TO-50 封装的三极管测试夹具，另BFR91A 是一种NPN 型三极管需要单独设计。

1.2 功率老化板装置设计

图2 老化板设计原理图

以原老化系统为平台参[2]，开发一系列相关贴片器件老化夹具板，组成框图如图2。

1.2.1 老化板设计亮点

为了减少SDM 器件的装卸烦琐过程，把相同封装和型号的老化试验和反偏试验融合在同一块试验板上，用两端金手指设计实现老化、反偏的兼容使用。这一设计特点在国内还属首次。另外，在印制板的设计过程中，均采用反面安装外围电路元器件，正面安装插座的方法。这样与原试验板比较：老化板安装数为144只（原48只），反偏板数量为300只（原80只）。大幅度地提高了工作效率，且节约了能源。

1.2.2 二极管老化板设计

在老化板设计中，制作（SOD-323、0805、DO-214AA、DO-213AB、SOT-23）五种不同封装的老化夹具板。由于本项目中五种二极管都属于小电流二极管（小于0.3A），在小电流的二极管正偏老化线路中，是每3个二极管为一路（根据插座的尺寸实际情况可适当的调节每一路的二极管数和整块板的路数），共有16路，每路除有限流电阻外，还有中功率的三极管进行限流控制参[3]，如图3所示。

图3 二极管老化线路图

图4 三极管老化电路图

在该电路中，需要对被测件（二极管）施加正向偏置电压，还要对三极管（Q1、Q2….）施加基极控制电压，以控制被测件（二极管）上的导通电流。另外还有16路检测信号，以判别二极管的工作状态是否正常。

1.2.3 三极管老化板设计

根4种封装形式，制作一套SOT-23 封装老化板和TO-50 封装老化板。对于三极管的老化筛选，需要设置基极和集电极二个电压，以使其工作于放大状态，电路原理如图4。

1.3 反偏试验板设计

1.3.1 二极管反偏板

设计（SOD-323、0805、DO-214AA、DO-213AB、SOT-23）5种不同封装的反偏板，以满足这5种型号二极管的老化试验。因工作电流很小，故反偏板的电路要比正向老化的简单一些，即每一个管子对应一个0.1A的保险丝以保证被测件在反偏过程中的安全性，外加一定的电压即可，如图5所示。

图5 二极管反偏电路

1.3.2 三极管反偏板

图6 NPN 型三极管反偏电路

图7 PNP 型三极管反偏电路

设计一套SOT-23 封装（包括NPN、PNP 型）和TO-50 封装三极管反偏板。由于其工作电流很小，即每一个管子对应一个0.1A的保险丝以保证被测件在反偏试验中的安全性，外加一定的电压即可，如图6、图7所示。

2 效益分析

随着整机逐步向小型化发展，SDM 器件数量所占比例越来越大。根据数据统计每年约有50%二极管不能检测筛选，约40%三极管不能检测筛选，本项目研发成功后可把二极管筛选率提高到80%左右，三极管筛选率85%左右，每年可增加6～7万只二极管检测筛选量，1.2万只三极管检测筛选量，合计全年贴片二、三极管可创造近90万元左右经济效益。

3 结果验证

3.1 国内元器件筛选实验室调查情况

通过对全国实力较强的7 家同行核实情况，仅有两家筛选测试中心能做贴片元器件的筛选检测。但型号为BFR91A（TO50 封装）三极管在全国各个筛选中心都不能进行试验。经过项目组研究讨论对该器件进行不同方式（线夹测试参[4]和适配器测试）的方法来验证装置的可靠性。

3.2 验证方案

在国内使用同台测试设备的测试检测中心进行比对测试筛选试验。由于数据量庞大，这里就不在具体展示。但是参数测试误差均在下表范围所示范围内参[1]。从大量的验证数据情况看，比对的结果均符合要求。我们测试筛选方法是正确的。

表1 参数测试误差范围表

4 结论

通过这个装置的建立，提高了我们筛选检测人员的技术水平，为今后相关技术的发展提供了宝贵的经验；有效提高元器件的可检测比例，节约元器件在整机中失效的质量成本。随着发展，SMD 器件的筛选范围将会迅速扩大，整机的可靠性将得到更多保证。

[1]GJB128A-97 半导体分立器件试验方法.

[2]杭州可靠性仪器厂可靠性试验设备标准汇编，2007.www.hrif.net.

[3]孙青，庄弈琪，等.电子元器件可靠性工程.北京：电子工出版社，2002.

[4]GJB33A-97 半导体分立器件总规范.