Разработка стенда испытания ПЧД в режиме импульсной засветки

  • Докладчик: Баталов Константин
  • Тема: Разработка стенда испытания ПЧД в режиме импульсной засветки
  • Организация: АО «ЦНИИ «Электрон»

Рассмотрено решение проблемы повышения количества отбраковки чипов ФУР 42М в ОАО «Завод «Реконд» путем создания стенда для измерения чипов в импульсном режиме и отбора чипов с улучшенными параметрами.

Позиционно-чувствительный датчик (ПЧД) является составной частью фотоприемного устройства (ФПУ) учета изгиба трубы (УУИ); размещается в герметичном модуле ФПУ. Он вырабатывает электрический сигнал, соответствующий координате медианы оптического сигнала, попадающего на его фоточувствительную часть при освещении ее светом с длиной волны 650 ± 20 нм. На рис. 1 представленная конструкция датчика.

Конструкция ПЧД
Рис. 1 – Конструкция ПЧД [1]:

а – общий вид прибора; б – эквивалентная электрическая схема; в – топология в разрезе 

Он включает в себя: два изолированных монокристаллических «кармана» заданной топологии; набор встречно включенных пар фотодиодов; распределенный делитель напря-жения; сигнальную шину; 4 контактные площадки [2].
При приемке и поставке измеряются следующие электрические и фотоэлектрические параметры ПЧД: темновой ток Iтемн; коэффициент нелинейности выходного напряжения Kнл (Uвых); сопротивление делительного слоя Rдел. Все параметры должны соответствовать нормам, указанным в технических условиях (ТУ) на ФУР 42М[3]. Измерения производят на автоматизированной установке измерения параметров датчиков ФУР 42М, блок схема которой представлена на рис.2.
Блок-схема стенда ПСИ ФУР 42М
Рис. 2 – Блок-схема стенда ПСИ ФУР 42М

На стенде измеряются параметры чипа на пластине. Все параметры измеряются при постоянной засветке чипа (в соответствие с ТУ). Годные приборы передаются
в ОАО «Завод «Реконд» для дальнейшей установки их в ФПУ УУИ.

Перед установкой непосредственно в ФПУ УУИ ОАО «Завод «Реконд» проводит свои измерения прибора в дополнительной оснастке. Блок схема стенда
ОАО «Завод «Реконд»
и дополнительная оснастка представлена на рис. 3.

Блок-схема стенда Реконд
Рис. 3 – Блок-схема стенда Реконд:
1 – осциллограф; 2 – цифровой вольтметр; 3 – источник питания; 4 – блок питания;5 – преобразователь;6– импульсный светодиод; 7 – контролируемое ФПУ; 8 – светофильтр; 9 – отражатель; 10 – переключатели

Измерения параметров происходит уже не на пластине, а после разварки чипа в корпус с установленной электроникой. При этом на данном стенде используется импульсная засветка с частотой 2,5 кГц. Формируемый светодиодом пучок лучей падает на отражатель и через его выходное окно возвращается в приемный канал оптического блока, где строится оптический сигнал (в виде световой полоски). В соответствии с линейным расположением световой полоски по длине фотоприемника формируется сигнал UФПУZ. По этим сигналам, подаваемым на блок обработки, преобразователь формирует выходной сигнал UУУИZ, который выводится на цифровой вольтметр, по показаниям которого и производится расчет нелинейности выходного сигнала.

При движении столика с отражателем и соответствующем смещении световой полоски по фотоприемнику значение сигнала изменяется пропорционально линейному смещению Z. При переключении в режим «руч» на экран осциллографа выводится выходной сигнал ФПУ UФПУZ, который изменяется по уровню и фазе при перемещении световой полоски по фотоприемнику. При всех проверках обязательна установка светофильтра перед входным окном оптического блока.

При проведении испытаний чипов, годных по ТУ, на ОАО «Завод «Реконд» коэффициент нелинейности выходного напряжения не соответствует требованиям ТУ ВОМЗ, по которому производятся измерение параметров – происходит отбраковка прибора (примерно в 40-50 % случаев). Задача – разработать стенд с импульсной засветкой, который позволит ввести дополнительные проверки чипа на пластине в режиме с импульсной засветкой с целью отбора чипов с улучшенными характеристиками на АО «ЦНИИ «Электрон».

Требования к новому стенду. При проведении дополнительных проверок на новом стенде исследуется временная диаграмма, по виду которой можно судить о годности чипа. На рис. 4 представлена идеализированная временная диаграмма, отвечающая необходимым параметрам.

Временная диаграмма:
Рис. 4 – Временная диаграмма:
а – полочка горизонтальная, отклонения не более 10-20%; б – полочки уменьшаются равномерно при приближении к 0; в – положительная и отрицательная полочки отклонения в амплитуде не более 10-20%; г – в районе нуля – ровный 0 с небольшими выплесками в моменты фронтов импульсов засветки

На рис. 5 представлены функциональная схема разработанного стенда.

Функциональная схема разработанного стенда
Рис. 5 – Функциональная схема разработанного стенда
Измерение происходит следующим образом. Схема управления формирует импуль-сы тока и подаёт их на испытательный светодиод. Импульсы света, которые при этом гене-рирует светодиод, направляются на ПЧД, установленный на плате ФПУ. На выходе ПЧД при этом появляется импульсный сигнал. Этот сигнал усиливается в схеме ФПУ и поступает на вход АЦП, установленного в схеме управления. АЦП преобразует выходной сигнал ФПУ в цифровое представление и передаёт его через цифровой интерфейс в компьютер по шине USB.

Программное обеспечение схемы управления должно выполнять следующие функции:

  • управление положительным и отрицательным напряжениями питания ПЧД;
  • точную подстройку напряжений питания ПЧД;
  • управление амплитудой, периодом и длительностью импульсов светодиода, формирующего испытательный световой сигнал для ПЧД;
  • инициализация АЦП, который переводит в цифровое представление аналоговый выходной сигнал ФПУ;
  • задание количества импульсов, используемых в данном измерении;
  • приём выходных кодов АЦП, их обработка и представление оператору;
  • включение и выключение режима тестирования связи между компьютером и схемой управления.
  • управление током светодиода для имитации фоновой засветки. 

Внешний вид стенда представлен на рис. 6.

Рис. 6 – Внешний вид разработанного стенда
Были проведены замеры чипов на пластине и исследованы их временные диаграммы. На рис. 7 представлены временные диаграммы нескольких чипов.
Рис. 7 – Временные диаграммы чипов

а– с дефектами; б – отвечающие заданным требованиям

На представленных диаграммах (а) имеются отклонение горизонтального уровня сигнала превышающее норму, а также выплески на выходном сигнале, которые допускаются только в момент переключения фронтов импульса света.

Разработанный стенд должен повысить процент выхода годных ФПУ
в ОАО «Завод «Реконд». Также разработанный стенд можно будет в дальнейшем использовать для анализа качества разрабатываемых ФПУ, аналогичных выпускаемым в настоящее время ОАО «Завод «Реконд».

Список используемых источников:

  1. Подласкин Б.Г., Гук Е.Г. Позиционно-чувствительный фотодетектор-мультискан // Измерительная техника. 2005.№8. C.31–34.
  2. Е.Г. Гук, Б.Г. Подласкин Координатно-чувствительный датчик Мультискан. Патент RU 2 399 117 C1. 2010.
  3. Материалы АО «ЦНИИ «Электрон»

На нашем сайте мы используем Сookies, которые помогают нам оптимизировать ваш пользовательский опыт. Продолжая работу на сайте, вы соглашаетесь с обработкой нами полученных данных. Подробнее… 

/** */