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1-2013

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Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Strenge Auslese Wie Spezial-Equipment beim Test von Halbleiterbauteilen eingesetzt wird Bild 1: Der Mainframe AVR-EB steht stellvertretend für eine ganze Serie hochspezialisierter Pulser. Die Bedienung erfolgt entweder manuell über den Einstellknopf an der Frontseite oder über die eingebauten RS-232- oder GPIB-Interfaces. Der Befehlssatz ist SCPI kompatibel. Nur die besten kommen zum Zuge Wenn es um die Zuverlässigkeit und Qualifizierung von Halbleiterbauelementen geht, setzen einige Industriebranchen sehr hohe Maßstäbe an. Aus guten Gründen sind die Auflagen im Bereich der Luftfahrt, Raumfahrt, des Militärs und der Medizintechnik sehr streng. Meist geht es um die Sicherheit der Menschen, die mit den Systemen umgehen, aber auch, wie z.B. bei der Raumfahrt, um den Schutz der hohen Investitionen. Halbleiterbauelemente, die in einem Satelliten verbaut sind, müssen unter extremsten Bedingungen über Jahre zuverlässig arbeiten. Hier muss jedes einzelne Bauteil zunächst strenge Prüfungen überstehen, bevor es in einer Schaltung verbaut wird. Prüfungen nach MIL-Standards Die Prüfungen sind zumeist in MIL-Standards festgelegt, wie z.B. der MIL-STD-750E und MIL- PRF-19500. Sie definieren u.a. Normen zum Test von Halbleiterbauelementen und sind mit ihren zahlreichen Ergänzungen die Grundlage zahlreicher Bauteiltests in den beschriebenen Branchen. Am wichtigsten sind die physikalischen und elektrischen Tests. Darüber hinaus wird die Widerstandsfähigkeit der Bauteile gegenüber Effekten äußerer Umwelteinflüsse getestet. Zu den Komponenten, die auf diese Weise qualifiziert werden, zählen Transistoren, Dioden, Photo-Triacs, Optokoppler, Gleichrichter, und andere Halbleiter. Die Tests prüfen einerseits die Einhaltung der Bauteil-Spezifikationen und stellen sicher, dass das Bauteil seine elektrischen und physikalischen Spezifikationen unter allen zulässigen Betriebsbedingungen einhält. Oft definieren die Abnehmer eigene Prüfbedingungen z.B. hinsichtlich Temperaturen oder Strahlenbelastung. Außerdem werden die Bauteile z.B. hohen Spannungs-Spikes oder schnellen Transienten ausgesetzt, um ihre Robustheit nachzuweisen. Ausgesuchtes Equipment vom Spezialisten Die Tests laufen in der Entwicklung oder auch produktionsbegleitend. In der Regel werden die Prüflinge nach Stichprobenplänen ausgewählt. Für Sonderanwendungen, wie die Raumfahrt, muss jedoch jedes Bauteil auf den Prüfsockel, bevor es verbaut wird. Um die Tests reproduzierbar und verlässlich durchführen zu können, wird spezielles Equipment benötigt. Für den Einsatz eignen sich daher nur spezielle Geräte, die genau auf die geforderte Prüfung zugeschnitten sind. Es gibt weltweit nur wenige Anbieter solcher Systeme. Einer davon ist Avtech Electrosystems, der in Deutschland, Österreich und der Schweiz von Schulz-Electronic vertreten wird. Bild 2: Oszillogramm Photo-Triac Test: +600 V Puls an einem Fairchild MOC3052M mit unterschiedlich steilen Spannungsanstiegen, dU/dt. Der Breakdown beginnt ungefähr bei dU/dt = 590 V/µs. Bild 3: AVR-TRR-DIPFP: für die Aufnahme von DIP-Packages und Flatpacks nach MIL mit bis zu 16 Anschlüssen. Per Programmierung können die Ein- und Ausgangssignale auf jedes beliebige Anschlusspaar geschaltet werden. 44 meditronic-journal 1/2013

Bild 4: Test-jig contact für die Aufnahme von Dioden mit geraden axialen Anschlüssen Bild 5: Test-jig contact für die Kontaktierung von Dioden im SQ-MELF-Gehäuse Zum allgemeinen Lieferprogramm von Avtech gehören Allzweck- und Hochleistungs-Impuls-Generatoren, Laserdioden-Treiber, Verstärker und spezielles Zubehör in Form von Kabeln und adaptierten Sockeln für spezifische Lasten. Ein Spezialgebiet sind die Geräte und das Zubehör speziell für eine Reihe von Halbleitertests. Einerseits gibt es Tests, die die zugesicherten Bauteil-Spezifikationen überprüfen, wie: „Reverse Recovery Time Tests“ gemäß MIL-STD- 750C Method 4031, etc., „Forward Recovery Voltage and Time Tests“ gemäß MIL-STD-750C Method 4026, etc., „Transistor Switching Time Tests“ gemäß MIL-S-19500, etc. und „Phototriac dU/dt Tests“. Andere Tests dienen dem Nachweis der Festigkeit gegenüber bestimmten Stressfaktoren, wie der „Optocoupler common-mode transient immunity (CMTI) Test“. Sicherer Anschluss jeglicher Bauform Die Testanordnungen sind elektrisch sehr sensibel, eine falsche Auslegung der Zuleitung kann bereits das Messergebnis verfälschen, da Flanken und Amplituden der Testpulse strengen Grenzen und geringen zulässigen Toleranzen unterworfen sind. Eine Herausforderung sind die verschiedenen Bauformen der Halbleiter. Jede von ihnen stellt andere Anforderungen an die Kontaktierung. Hier liegt eine besondere Stärke von Avtech, die eine große Auswahl an spezialisierten “Test-Jigs”, wie die Bauteilaufnahmen genannt werden, im Programm haben. Beim Design der Test-Jigs wurde technisch besonderes Augenmerk darauf gelegt, dass die parasitären Induktivitäten minimiert werden, gleichzeitig aber auch eine bequeme und anwendersichere Bedienung möglich ist. Die Pulser werden in der Regel mit einem von mehreren standardisierten Test-Jigs ausgeliefert. Es ist eine große Auswahl von Standard-Sockeln und Anschlüssen erhältlich, um den Prüfling zu kontaktieren. Zum Beispiel zur Aufnahme zweibeiniger TO-220AC- Gehäuse und der meisten axialen Bauformen, ob gerade oder gebogen, zur Aufnahme von MELFs, SQ-MELFs, DIPs oder DO-Packages, usw. Sonderlösungen können jederzeit hergestellt werden. Geräte für Halbleitertests Der Pulser der Reihe AVR-EB eignet sich sowohl für Reverse als auch für Forward Recovery Time Tests gemäß MIL-STD-750E Method 4031.4 Test Conditions A/ B1-B4/ D und MIL-STD-750E Method 4026.3. Eine Variante des Geräts, das AVR-EB2A-B, dient dem Test von sehr schnellen Dioden mit niedrigem Schaltstrom. Die Strompulse eignen sich für Tests gemäß MIL-STD-750E Method 4031.4 Test Condition A. Auf Wunsch liefert Avtech auch Systeme für den Test gemäß Condition B oder Condition D. Die AVR-CD1-Serie ist spezialisiert auf Reverse Recovery Tests gemäß MIL-STD-750E Method 4031.4 Conditions D1-D6. Das Gerät produziert Strompulse mit einstellbarer Steilheit von 20 bis 200 A/µs. Die Geräte der Serie AVR-D2 sind MIL-PRF-19500 Waveform- Generatoren mit einer max. Ausgangsspannung von 30 V, Pulsbreiten von 0,2 bis 20 µs und Anstiegszeiten von 1,5 ns. Diese Serie ist speziell für die Durchführung von MIL-PRF-19500 switching time tests entwickelt worden, ist aber auch sehr gut geeignet als Hochgeschwindigkeits-Pulsgenerator im mittleren Spannungsbereich. Das Modell AVR-DV1 hingegen ist ein spezielles Testsystem, um Pulse mit einstellbaren Flanken von bis zu 2 kV/µs zu generieren, wie sie bei Photo-Triac dU/dt-Tests benötigt werden. Das AVR-DV1 erzeugt einen präzise einstellbaren Puls mit einer Länge von 500 ns bis zu 200 µs und einer Amplitude von bis zu ±1000 V. Die Geräte der AVRQ-Serie produzieren wohldefinierte einstellbare Hochspannungs-Flanken zur Prüfung der CMTI (commonmode transient immunity), z.B. von Optokopplern. Schnittstellen Alle Geräte sind mit GPIB- und RS-232-Interfaces ausgestattet. Das erlaubt ihre Einbindung in übergeordnete Systeme und die Erfassung der Messergebnisse zur zentralen Archivierung. Dieses ist unerlässlich, da die Prüfvorschriften oft eine lückenlose, rückverfolgbare Dokumentation aller gemessenen Werte vorschreiben. Die zentrale Dokumentation versetzt den Hersteller auch die Lage, jederzeit die Einhaltung zutreffender Normen nachweisen zu können. Auch dient sie der Ursachenforschung und Qualitätssicherung. Partnerschaft unter Fachleuten Die Fachleute von Schulz-Electronic bilden für Avtech die Schnittstelle zum Kunden. Sie beraten diese nicht nur bei der Auswahl des best geeigneten Gerätes und der Bauteilaufnahmen, sondern sie nehmen auch Wünsche der Kunden auf und vermitteln sie dem Partner in Kanada. Avtech liefert auch Sonderlösungen zu erschwinglichen Konditionen nach Kunden-Spezifikation. Autor: Heiko Seel, Product Manager Laser, Halbleiter-Tester und Pulsgeneratoren bei Schulz- Electronic Schulz-Electronic GmbH www.schulz-electronic.de meditronic-journal 1/2013 45

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