一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法及其电路与流程

1.本发明属于半导体器件可靠性试验领域，进一步来说涉及恒流二极管可靠性试验领域，具体来说，涉及一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法及其电路。


背景技术：

2.恒流二极管是一种在一定电压范围内，电流基本不会发生变化的半导体器件，其应用为稳定支路的工作电流。恒流二极管阵列则表示在同一封装中，有多路相互隔离的恒流二极管所形成的阵列，本文中涉及的分析对象为4路25ma的恒流二极管阵列如图1所示。根据恒流二极管阵列的特点设计了该产品的可靠性试验验评估方法及电路。
3.在对恒流二极管阵列进行可靠性试验时，原有的常规评估方法的电路图如图2所示，其工作原理如下：
4.恒流二极管阵列的总电流基本保持不变为4ih(ih＝25ma)，调节恒流二极管阵列的两端电压v1，使得恒流二极管阵列的两端电压v1与恒流二极管阵列的总电流4ih的乘积达到该阵列器件的最大耗散功率p
tot
，从而达到可靠性试验的目的。恒流二极管阵列可靠性试验老炼功率计算公式如下：
5.p＝p
tot
＝v1
·d·
ih6.其中d为阵列数目，例如：4路25ma陶瓷贴片封装恒流二极管阵列的额定功率为1.2w，则对该恒流二极管阵列进行可靠性试验时，需对器件的两端施加12v的电压(12v
·4·
25ma＝1.2w)。
7.此常规可靠性试验电路存在的问题主如下：
8.(1)对于恒流二极管阵列来说，若恒流二极管阵列在进行试验评估过程中，发生接触不良或阵列中某一路(或几路)出现故障，其它路完好的情况时，该电路只能通过测量采样电阻两端的电压进行判断，导致故障不能及时、直观地展现，无法及时处理，存在问题隐患；
9.(2)此电路中没有采取保护措施，当电源电压v1发生波动时，将直接影响恒流二极管阵列两端的电压，即v1
↑→
p
tot
↑
，功率升高导致器件发热超标从而影响器件可靠性。产品进行可靠性试验对电源的稳定有着严格的要求；
10.(3)由于电源直接连接在恒流二极管阵列的两端，当恒流二极管阵列的某一路(或几路)出现短路情况时，器件短路相当于电源两端接入一根导线，会使电源输出电流急剧增大，导致采样电阻烧毁，严重时甚至直接烧毁电源。
11.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

12.本发明所要解决的技术问题是：现有恒流二极管阵列可靠性试验电路如果出现某一路(或几路)出现接触不良、电路断路、电路短路、电源电压发生波动时，不能对恒流二极管阵列的产品质量进行有效的判定，不能系统地对恒流二极管阵列进行老化筛选、试验、鉴
定等进行可靠性试验评估。
13.为此，本发明提供一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法，包括如下方法：
14.(1)设置电路状态为：断路/接触不良、正常、板上电路异常、短路等四种状态。
15.(2)设置电路组成为：电源模块、异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块、保护电路模块。电源模块为异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块、保护电路模块提供所需电源。按异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块的顺序进行模块串联，串联后的电路两端分别接电源模块的两端，保护电路模块由短路保护模块、过流保护模块组成，短路保护模块与异常指示模块配合作用，过流保护模块与正常指示模块配合作用。
16.(3)恒流二极管阵列老炼模块由各恒流二极管及其相应的串联采样电阻构成，根据回路中的总电流设置采样电阻的阻值及功率。
17.(4)恒流二极管阵列老炼模块发生短路时，短路保护模块启动，异常指示模块显示，反之，短路保护模块未启动，异常指示模块无显示。
18.(5)恒流二极管阵列老炼模块发生过流时，过流保护模块启动，正常指示模块无显示，反之，流保护模块未启动，正常指示模块正常显示。根据正常指示模块的启动条件，设置过流保护模块的用于分流的参数值。
19.(6)可靠性试验电路状态真值表，如表1所示：
20.表1可靠性试验电路状态真值表
[0021][0022]
所述一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法的电路，如图3所示。包括电源模块、异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块、保护电路模块。
[0023]
所述异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块按异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块的顺序进行模块串联，串联后的电路两端分别接电源模块的两端。
[0024]
所述电源模块为直流电源。
[0025]
所述异常指示模块为恒流器件、稳压器件、显示器件组成的串联电路。
[0026]
所述恒流二极管阵列老炼模块由恒流二极管阵列、各恒流二极管的串联采样电阻构成。
[0027]
所述正常指示模块为恒流器件、显示器件组成的串联电路。
[0028]
所述保护电路模块由短路保护模块、过流保护模块组成，短路保护模块为恒流器件，并联在异常指示模块的两端，过流保护模块为分流器件，并联在正常指示模块的两端。
[0029]
优点和应用范围：
[0030]
能对恒流二极管阵列的产品质量进行有效的判定。
[0031]
可系统地对恒流二极管阵列进行老化筛选、试验、鉴定等进行高效、安全、可靠的试验验证。
[0032]
可广泛应用于不同电流值下的恒流二极管阵列的可靠性筛选试验评估。
附图说明
[0033]
图1为4路25ma恒流二极管阵列示意图。
[0034]
图2为原有恒流二极管阵列可靠性试验电路示意图。
[0035]
图3为本发明恒流二极管阵列可靠性试验电路原理框图示意图。图4为本发明恒流二极管阵列可靠性试验电路示意图。
具体实施方式
[0036]
如图1-4所示，所述一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法及其电路，具体实施方式如下：
[0037]
所述一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法的电路，包括电源模块、异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块、保护电路模块。
[0038]
所述电源模块为直流电源v1。
[0039]
所述异常指示模块的恒流器件为恒流二极管h1，稳压器件为z1为稳压二级管，显示器件为红色发光二极管led1。
[0040]
所述恒流二极管阵列老炼模块的恒流二极管阵列为4路25ma恒流二极管阵列，各恒流二极管的串联采样电阻分别为r1、r2、r3、r4。
[0041]
所述正常指示模块的恒流器件为恒流二极管h4、显示器件为蓝色发光二极管led2。
[0042]
所述短路保护模块的恒流器件为恒流二极管h2与恒流二极管h3并联组成。
[0043]
所述过流保护模块的分流器件为分流电阻r5，并联在正常指示模块的两端。
[0044]
1、电路原理：
[0045]
(1)r1、r2、r3、r4为。
[0046]
所述采样电阻r1、r2、r3、r4的阻值大小为1ω，由于回路中的总电流不超过120ma(下文有说明)，采样电阻功率为1/4w精密电阻；
[0047]
(2)led1、led2分别为异常指示灯和正常指示灯。
[0048]
led1为红色led灯，led2为蓝色led灯。
[0049]
(3)h1、h2、h3、h4为常规的恒流二极管。
[0050]
h1、h4为1ma恒流二极管，其作用是保持各自支路电流为1ma，控制led灯的亮度保持恒定。
[0051]
h2、h3为短路保护恒流管，其恒定电流为60ma，作用是当被老炼的恒流二极管阵列出现短路时，将总电流控制在60ma
×
2＝120ma，起到短路保护的作用。使用两个60ma恒流管而非一个120ma恒流管的原因是，减小短路保护恒流管的功率，防止由于长时间工作而造成器件发热严重，影响其可靠性；
[0052]
(4)z1为稳压二级管，其作用是当h2、h3短路保护恒流管启动时，z1被击穿，异常
led灯亮。而短路保护恒流管未启动时，由于稳压二极管z1的存在，使得左侧支路无电流通过，异常led灯灭。其中红色异常led灯报警状态满足条件如下：
[0053][0054]
式中v
h1
、v
h2
、v
h3
为恒流管h1、h2、h3两端的电压，v
z1
为稳压二极管z1两端的电压，v
led1
为异常指示灯led1两端的电压。
[0055]
(5)r5为分流电阻。
[0056]
其阻值的选取需依据电路实际需要进行取值。本文中依据各个元器件的选择，r5取值为50ω。
[0057]
2、分流电阻r5的取值分析
[0058]
根据图4所示电路，设h4两端电压为v
h4
，led2在电流为1ma条件下两端电压为v
led2
，分流电阻r5两端电压为v
r5
，h4、led2所在支路电流为i1，r5所在支路电流为i2，由图3电路可得：
[0059][0060]
其中，u
on
表示恒流管h4的开启电压，要保证恒流管h4正常工作，则其两端电压必须满足v
h4
≥u
on
。
[0061]
当被老炼的恒流二极管阵列正常工作时，将i
总
＝100ma，v
h4
≥u
on
带入到方程组(1)中，解得：
[0062][0063]
由方程组(2)可得分流电阻r5的取值为：
[0064][0065]
可靠性试验电路中的正常指示等采用的是蓝色发光二极管，其在1ma电流条件下的正向压降v
led2|@1ma
＝2.7v；与led指示灯配合使用的恒流二极管h1、h4采用的是基于jfet工艺制成的1ma恒流管，其开启电压u
on
为2v，因此在上述条件下的分流电阻取值为：
[0066][0067]
为了降低电阻r5的耗散功率，本文选取的分流电阻为50ω/1w。
[0068]
3、逻辑判断
[0069]
(1)试验指示功能：仅正常指示灯led2亮时，表示产品正常试验。
[0070]
(2)断路/接触不良指示功能：当正常指示灯led2不亮时，表示产品内部存在断路情况或产品在可靠性试验评估过程中出现接触不良，提醒操作者检查、恢复。
[0071]
(3)短路指示功能：当异常指示灯led1亮时，表示产品出现异常，通常表现为产品出现短路，提醒操作者及时检查、恢复。
[0072]
(4)过流保护、短路保护：发生短路情况时，短路保护恒流管启动，电路总电流限制为i总＝i
h2
+i
h3
＝120ma。防止电流过大损坏产品和电路中其它元器件。
[0073]
5、电路状态真值表。如表2所示
[0074]
表2可靠性试验电路状态真值表
[0075][0076][0077]
6、电路可行性与可靠性工作状态分析
[0078]
(1)当被老炼的恒流二极管阵列正常工作时：
[0079]i总
＝100ma，如2.1.2分析，电路工作正常，正常指示灯亮，异常指示灯灭。
[0080]
(2)当被老炼的恒流二极管阵列存在内部断路异常时：
[0081]
由于恒流二极管阵列每路之间相互独立，互不影响，因此当阵列出现内部断路时，会出现i总＝75ma、50ma、25ma、0ma等情况。
[0082][0083]
因此当i
总
＝75ma时，h4、led2不能正常工作，实际表现为正常指示灯led2灭。
[0084]
同理当i
总
＝50ma、25ma、0ma，h4、led2不能正常工作，实际表现为正常指示灯led2灭。
[0085]
(3)当可靠性试验电路触发短路保护时：
[0086]i总
＝i
h2
+i
h3
＝120ma，流经分流电阻的电流i2及分流电阻两端电压v
r5
为i2＝119ma，v
r5
＝119ma
·
50ω＝5.95v，电路正常工作，分流电阻的耗散功率为708mw，未过功率工作(r5为1w功率电阻)。
[0087]
此时实际电路表现为，异常指示灯亮、正常指示灯亮。
[0088]
最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，本发明包括但不限于以上实施例，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡符合本发明要求的实施方案均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法，其特征在于，包括如下方法：(1)设置电路状态为：断路/接触不良、正常、板上电路异常、短路等四种状态；(2)设置电路组成为：电源模块、异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块、保护电路模块；电源模块为异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块、保护电路模块提供所需电源；按异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块的顺序进行模块串联，串联后的电路两端分别接电源模块的两端，保护电路模块由短路保护模块、过流保护模块组成，短路保护模块与异常指示模块配合作用，过流保护模块与正常指示模块配合作用。(3)恒流二极管阵列老炼模块由各恒流二极管及其相应的串联采样电阻构成，根据回路中的总电流设置采样电阻的阻值及功率；(4)恒流二极管阵列老炼模块发生短路时，短路保护模块启动，异常指示模块显示，反之，短路保护模块未启动，异常指示模块无显示；(5)恒流二极管阵列老炼模块发生过流时，过流保护模块启动，正常指示模块无显示，反之，流保护模块未启动，正常指示模块正常显示；根据正常指示模块的启动条件，设置过流保护模块的用于分流的参数值；(6)可靠性试验电路状态真值表：2.如权利要求1所述的一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法的电路，其特征在于：包括电源模块、异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块、保护电路模块；所述异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块按异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块的顺序进行模块串联，串联后的电路两端分别接电源模块的两端；所述电源模块为直流电源；所述异常指示模块为恒流器件、稳压器件、显示器件组成的串联电路；所述恒流二极管阵列老炼模块由恒流二极管阵列、各恒流二极管的串联采样电阻构成；所述正常指示模块为恒流器件、显示器件组成的串联电路；所述保护电路模块由短路保护模块、过流保护模块组成，短路保护模块为恒流器件，并联在异常指示模块的两端，过流保护模块为分流器件，并联在正常指示模块的两端。3.如权利要求2所述的一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法的电路，其特征在于：所述电源模块为直流电源v1。
4.如权利要求2所述的一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法的电路，其特征在于：所述异常指示模块的恒流器件为恒流二极管h1，稳压器件为z1为稳压二级管，显示器件为红色发光二极管led1。5.如权利要求2所述的一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法的电路，其特征在于：所述恒流二极管阵列老炼模块的恒流二极管阵列为4路25ma恒流二极管阵列，各恒流二极管的串联采样电阻分别为r1、r2、r3、r4。6.如权利要求2所述的一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法的电路，其特征在于：所述正常指示模块的恒流器件为恒流二极管h4、显示器件为蓝色发光二极管led2。7.如权利要求2所述的一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法的电路，其特征在于：所述短路保护模块的恒流器件为恒流二极管h2与恒流二极管h3并联组成。8.如权利要求2所述的一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法的电路，其特征在于：所述过流保护模块的分流器件为分流电阻r5，并联在正常指示模块的两端。9.如权利要求2所述的一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法的电路，其特征在于：所述采样电阻为精密电阻。10.如权利要求2所述的一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法的电路，其特征在于：所述显示器件为基于jfet工艺制成的恒流二极管。

技术总结
一种恒流二极管阵列可靠性试验评估方法及其电路，属于半导体器件可靠性试验领域。包括：电路状态为断路/接触不良、正常、板上电路异常、短路等四种状态；电路组成为电源模块、异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块、保护电路模块；电源模块为异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块、保护电路模块提供所需电源；异常指示模块、恒流二极管阵列老炼模块、正常指示模块按顺序串联两端分别接电源模块的两端，保护电路模块与异常指示模块、正常指示模块相配合。解决了现有恒流二极管阵列可靠性试验电路不能对恒流二极管阵列产品质量进行有效判定的问题。泛应用于不同电流值下的恒流二极管阵列的可靠性筛选试验评估。选试验评估。选试验评估。


技术研发人员：潘朋涛 王曾 马路遥 罗健明 邓丹 李珏 杨超平
受保护的技术使用者：中国振华集团永光电子有限公司（国营第八七三厂）
技术研发日：2022.12.12
技术公布日：2023/8/5