GB T 15651.3-2003 半导体分立器件和集成电路第5-3部分;光电子器件测试方法.pdf

1、GB/T 1565 1. 3-2003/IEC 60747-5-3 ,1997 前士-同本系列标准的预计结构为2第5-1部分g光电子器件总则:一一第5-2部分2光电子器件基本额定值和特性;第5-3部分:光电子器件测试方法。本部分等同采用JEC60747-5-3，1997(半导体分立器件和集成电路第5-3部分:光电子器件测试方法以英文版)。为了与GB/T11499规定的参数符号统一，本部分将暗电流的符号规定为IR矶。3.4.4 注意事项在光源L5和器件D的整个波长范围内，透镜系统L应无色差。3.4.5 测量程序a) 发射源尺寸开启光源LS.并调节透镜系统L.在探测器SO上获取器件D的正面聚焦图像

2、，然后读取矶和d2的值。给被视l器件D施加规定的直流电流，或与规定的辐射功率生相对应的直流电流。沿聚焦像的长轴和短轴方向调节光电探测器SO的扫描方向。光电探测器50沿着长轴和短轴扫描，发射光源的长度和宽度等于长轴和短轴3dB功率点之间的距离乘以d，/仇。b) 象散dA开启光源LS.并调节透镜系统L.在探测器SO上获取一个器件D前面的聚焦图像，然后读取矶和d，的值。光电探测器的扫描方向与SO聚焦像的长轴和短轴对准。在光轴上向器件D移动透镜系统L.直到沿长轴方向光源长度为最小。测量透镜系统L移动的距离d3的值。透镜系统L回到起始点，在短轴上重复上述步骤，测量透镜系统L移动的距离仇。丛与之差乘以(1

3、d，/ d，2)即是象散。3.4.6 规定条件一一环境、管壳或热沉温度;一-直流正向电流或辐射功率;一一参考轴线(长轴和短轴)。3.5 光发射器件的半强度角和角偏差3.5.1 目前测量光发射器件的辐射空间分布。方位图见图7.辐射图见图8。半强度角内发光强度或辐射强度大于或等于最大强度的一半，该角。1/2是在某规定平面内确定的，而该平面又是由角#确定的。角偏差M是光轴和机械轴之间的夹角。GB/T 1565 1. 3-2003/IEC 60747-5-3: 1997 己;产r轴和y轴限定了被测器件D的机械参考平面，例如安装角度。角限定了器件D在该平面上的方位。3.5.2 光分布图光铀1m趴2 图9

4、说明了基本的光分布和定义图7方位图;同图B辐射图ImN 2 布:二E、Z轴图9基本的光分布GB/T 15651. 3-2003/IEC 60747-5-3 ,1997 3.5.3 测量装置说明和要求D一一被测器件;PD-一一光探测器件;z袖一二被测器件确定的机械轴;PD轴光探测器的轴线;e -z轴和PD轴之间的夹角。注z由被测器件和光电二极管孔径确定的立体角应很小.当该立体角被半分而测量结果无明显变化的情况下，应认为立体角很小。被测器件应安装在满足下列要求的夹具上:一一器件D可以精确重复定位g一一改变。角时，器件D光学窗口的中心保持不变;一一夹角。可测量g一一器件D可围绕z轴旋转g-一相对z轴

5、旋转的角度可测量。3.5.4 注意事项正在考虑中。3.5.5 测量程序给被测器件D施加规定电流。将器件D的轴线与光探测器的轴线对准，e8=趴在光电探测器上测量信号。设定10=100%。将器件D倾斜画出相对光强1/10与0的曲线。优先选择极坐标形式画出。当在空白详细规范中规定时，也可采用其他形式的坐标，如笛卡尔坐标。半强度角。1/2是1=(l/2)lm.时的两点之间的角。角偏差是相对1=，和10之间的角。3.5.6 规定条件环境、管壳或热沉温度:lF或J机械参考面;钝+。4 光敏器件的测试方法4.1 光电二极管(包括带或不带尾纤的器件)在光辐射下的反向电流(18(H)或Ill(e)和光电晶体管光

6、辐射下的集电极电流(1C(8)或Ic)4. 1. 1 目的测量光电二极管(包括带或不带尾纤的器件)在光辐射下的反向电流和光电晶体管在光辐射下的集电极电流。4. 1. 2 测量装置应采用下列4种状态之状态1器件围绕其机械轴旋转，以便确定最大值的精确位置。状态2器件的光轴用光学基座对准。GB/T 15651. 3-2003/1EC 60747-5-3.1997 状态3依据器件封装结构的类型所规定的基准进行定位，以便获得重复机械定位。状态4带尾纤器件。用聚集方法对准器件的光学窗口以便接收辐射功率。测量装置见图10.自I已五和2)电源D或T被测器件.4. 1. 3 电路圄电路图见图11a、11b。、一

7、一-v一一-可任选固10测量装置+ 状辜的或光宇宙口状辜的固118光电晶体管图llb光电二极管4. 1. 4 测试装置的说明和要求被测器件固定在测试插座上，该测试插座安装在已校准的光学基座上(状态1、2、3或4)，或安装在校准过的装置上(状态3)。光源应为下列的任何一个ga) 由校准过的标准灯组成的标准光源非单色)，以及配套的稳压电源和电流表;或2b) 单色光源，包括以下两者之一一在如上述a)所述的装置上，附加个干涉滤光器或具有规定的或已知的传输峰值波长和光谱辐射带宽的任何其他系统(单色仪等)。或一-任何其他经校准的己知峰值发射波长和光谱辐射带宽的器件(例如2发光二极管或红外发射二极管)。GB

8、/T 15651.3-2003月EC60747-5-3 ,1997 关于带尾纤的光纤器件应使用b)所述的光源。4. 1. 5 注意事项一一应避免由于光的辐射引起被测器件过热，当超过200W/m时，建议安装隔热极作为快门，以便限制曝光的持续时间;一一应保证光学面的清洁度;测量之前应使光源稳定;一当标准光源作光源时，应将抑制寄生辐射的光栏置于被测器件的前面。关于带尾纤器件2应!照射器件光学窗口。4.1.6 测量程序在规定的温度条件下。将管座放置在相对光源一定距离的地方，该光源应具有规定的照度(辐照度)。将被测器件插入该管座中，并施加规定的偏置。仅对状态1的情况，器件绕机械轴旋转，在辐射的条件下读出

9、电流表上最小和最大电流值。对于状态Z，3或4的情况，在电流表上读出光辐射下的电流值。4. 1. 7 规定条件环境或管壳温度;一一一被测器件的偏置条件(d.c或脉冲h测试方法(与本标准不同的)，照度或帮照度;标准光源(非单色性)，或波长和光谱辐射带宽单色性)。关于带尾纤器件环境或管壳温度;一被视l器件的偏置条件;一一进入光学窗口的辐射功率，一一光源的波长和光谱辐射带宽。4.2 光电二极管的暗电流lR(D)和光电晶体管的暗电流IqoIECO ,IEBO 4.2.1 目的在规定的条件下，测量光电二极管的暗电流和光电晶体管的暗电流.4.2.2 电路图电路图见图1Za、12b、12c、12d，D D 面

10、12a光电二极管的暗电流lR(DJ画12b光电晶体管的集电极一发射极暗电流f咽。10 GB/T 1565 1. 3-23/IEC 60747-5-3 , 1997 R 圈12c光电晶体管的发射极一集电极暗电流IEco4.2.3 电路说明和要求R一一限流电阻;D一一被测器件。4.2.4 注意事项R D 回12d光电晶体蕾的发射极一基极暗电流IE回这些参数与温度有十分密切的关系，测量精度在很大程度上取决于环境温度是否稳定。完全蔽光是必要的条件，即使是普通的日照光照射在穿过玻璃绝缘子的金属连线上，也会导致错误的测量结果。在光谱灵敏度范围内，器件不应受到辐射。4.2.5 测量程序在规定的温度条件下，器

11、件应完全避光，将电压从零逐渐增加到规定值，然后测量暗电流。4.2.6 规定条件环境温度;施加的电压z测lR(m时的VR:测IcEO时的VCE;9! IEco时的VEC;测IEBO时的V田。4.3 光电晶体管的集电极一发射极饱和电压Vc阪时4.3.1 目的在规定的条件下，测量光电晶体管的集电极一发射极饱和电压。4.3.2 电路图电路图见图130口一4.3.3 电路说明和要求S一-光辐射源;图13电路图+ G 11 GB/T 15651. 3-2003/IEC 60747-5-3: 1997 G一一集电极电流发生器gD一被测器件。4.3.4 注意事项一一应避免由于光源的辐射使被测器件过热，对于超过

12、200W/m时，建议安装隔热板作为快门，以限制曝光的持续时间;应保证光学面的清洁度p一一测量前应使光源稳定。4.3.5 测量程序在规定的温度条件下。将光辐射源稳定在E，或E.的规定值，并将集电极电流调到规定值，然后测量集电极发射极饱和电压。4.3.6 规定条件一一环境温度;集电极电流;光照度或辐照度p一一标准光源(非单色性)或规定波长和光谱带宽的单色光源，一一基极开路.5 光电藕合器测试方法5.1 电流传输比(hF(ctr) 5. 1. 1 目的测量规定条件下的光电锢合器正向电流传输比的静态值。5.1.2 电路图电路图见图14.G, 1, F 被测光电桐合器件。5. 1. 3 电路说明和要求圄

13、14电路圄I，一一-输入电流;即发射二极管的正向电流IF;12 10 一A, G, GB/T 15651. 3-2003/IEC 60747-5-3 ,1997 10二一输出电流;即光电二极管的反向电流IR(H)(或1R(时)或光电晶体管的集电极电流Ic，Vo一输出电压g即光电二极管的反向电压VR或光电晶体管的集电极发射极电压VCE;A，、A，电流表aG，二一电流源;G，一-电压源。5. 1. 4 测量程序除非另有规定，测试应在标准大气条件下进行。调节电流源G使发射二极管获得规定的输入电流。调节电压源岛，使VR或VCE为规定值，用电流表A，测试输出电流1R(H)(或1.或1c。由下式计算电流传

14、输比zhvh 一-p zn 因此，对于带二极管输出的光电藕合器zhJ(.r = 由!&:F( 一一一一现一一时IF IF 对于带晶体管输出的光电藕合器=c-F I-一一G F -h 5. 1. 5 注意事项如果光电藕合器对外部辐射敏感，应标明并遵守测量中的防护措施.5. 1. 6 规定条件一-环绕温度s一输入或输出电流(d.c.或脉冲)，一一一输出电压(VR或VCE), 大气条件(适用时)。5.2 输入一输出电窑(C，O)5.2.1 目的在规定条件下，测试光电绢合器输入端和输出端之间的电容。5.2.2 电路圈电路图见图15。电事童P一二被测光电桐合器。圈15电路图13 GB/T 15651.

15、3-2003/IEC 60747-5-3: 1997 5.2.3 测试程序分别将光发射引出各端和光电探测引出各端分别连接在一起。在1MHz的频率下(除非另有规定)，用适当的电容表测量光发射引出各端和光电探测引出各端之间的电容值。5.2.4 注意事项应考虑到试验夹具和引线的寄生电容。5.2.5 规定条件环境温度;测试频率(如果不是1MHz时)。5.3 输入一输出隔离电阻归。)5.3.1 目的在规定的条件下，当给光电桐合器施加直流电压时，测量输入端和输出端之间的隔离电阻。5.3.2 电路固电路图见图16。F 被测光电搞合器$G 电压源.图16电路圄5.3.3 注意事项应考虑到试验夹具和引线的漏电流

16、。5.3.4 测试程序分别将光电发射引出各端和光电探测引出各端分别连接在一起。在光电发射端和光电探测端施加规定的测试电压605，按V/I计算隔离电阻。5.3.5 规定条件环境温度;测试电压;施加测试电压后的时间(如果不是60s时)。5.4 隔离试验5.4.1 目的在规定的条件下，检验器件耐隔离试验电压(V，o或VHlRM)的能力。14 GB/T 1565 1. 3-2003/IEC 60747-5-3 , 1997 5.4.2 电路图电路图见图17。F 试验下的光电藕合器$G 电压源。图17电路图5.4.3 试验程序本试验应在GB/T24211999的5.3.1规定的标准大气条件下进行。将器件

17、插入管座，并分别将光电发射引出各端和光电探测引出各端分别连接到一起。将直流或交流试验电压从零增加到规定值，如果规定值小于或等于1000V贝u按大约为100V /s 的速率进行，如果规定值大于1000V，则按500V /s的速率进行。对于鉴定试验，该电压应保持1rnin，对于交收试验，该电压至少应保持1050 5.4.4 要求试验期间不应出现内部和外部闪光放电。器件应通过终点测试。5.4.5 规定条件隔离电压(V10或VORM); 试验时间(如果各自不是1min或10s); 终点测试。5.5 光电藕合器的局部放电5.5.1 目的在规定条件下，通过测量局部放电的强度检验光电祸合器的输入和输出间的固

18、有的绝缘性能。本试验是非破坏性的。注:局部放电的定义见IEC60270，981的3.1，为方便现复述如下:局部放电在本标准的术语中，局部放电仅仅指的是.局部放电仅跨接导体之间的局部绝缘体，局部放电不定在邻近的导体处发生。注，导体周围气体中的局部放电离时称为电晕这个术语不能用于其他形式的局部放电。电离这个术语不能用来表示局部放电的特殊情况。15 GB/T 15651. 3-2003/IEC 60747-5-3: 1997 5.5.2 电路圈电路图见图18，圄18局部放电试瞌电路圈5.5.3 试验电路的说明和要求(见注1、注2、注3)。a) 试验电路电路的主要构成2C.-一试验下的光电藕合器，可视

19、为一个电容，Ck一一旁路局部放电电流的精合电容器，Zm-一由测试阻抗、连线、限流器件和测试仪器组成的测试电路;PD-一局部放电测试仪gZ一-减小电源干扰的低通滤波器见注1)。b) 装置的特性应测试试验电压的峰值，在试验电压的正弦波失真小于5%的情况下，可使用方均根值的设备。局部放电测试装置的带宽应小于15kHz, 中心频率应在150kHz和2MHz之间。试验电路的谐振频率最小应为所用中心频率的3倍(见注2)。c) 搞合电容器藕合电容应是J!;电感的，并在试验电压下不出现任何局部放电。5.5.4 试验程序16 a) 校准1) 概述校准包括两个分开的步骤z个是对测试仪器本身固有特性进行的全面检测(

20、包括详细的校准)，这种校准应在该仪器经过大的维修之后进行一次，或至少每年进行一次。另一个是对整个试验电路中的仪器进行常规校准，并且应在每次试验前进行，也可在有许多相同的试验项目进行试验的情况下，可在适当的时间间隔内进行，时间间隔的长短由使用者确定。后一种校准应包括用于试验电路中的仪器是否能测出大小为lpC(最小值)的局部放电。2) 局部放电测试仪器的校准局部放电测试仪器的校准应按仪器制造商的说明书进行校准。GB/T 1565 1. 3-2003/IEC 60747-5-3: 1997 3) 整个试验装置中的仪器的校准整个试验装置中仪器的校准应按图19进行。脉冲发生器电容gG 脉冲发生器。(其他

21、元件见图18)困19整个装置校准的连接圈这种校准应每天反复进行，并且对于每一种器件用不同的校准方案。调节脉冲发生器，以便使输出脉冲相当于5pC的电量。ID 校准发生器脉冲的上升时间应小于50ns，延迟时间应在100阳与1000阳之间。仪器的读数至少应为满刻度的一半。在试验电路接通之前应撤掉脉冲信号发生器。对试验条件下的器件，试验电压应设置在器件使用电压的最高值。仪器的读数应小于lpC.对于这种试验电路的噪声水平的验证，C回应是无局部放电的。b) 试验方法局部放电的基本噪声电平值不能从样品的局部放电值中减去。局部放电的电荷量qc是在局部放电测量时间间隔t，内读出的瞬态最大值。注5pC的局部放电电

22、荷量符合光电桶合器的使用标准.小于这个值更好，但目前还未看到目1) 方法A17 GB/T 15651.3-2003月EC60747-5-3 ,1997 。，;lsB, , -l 同一一/2一J,n ，垒一一-.1 tt41 图20时闽间隔与试验电压的关系图对被测器件施加上一个比预期初始值低得多的电压，然后逐渐增加到规定值V，m在这个值时可以进行局部放电。在规定的时间(1，0.).试验电压保持在初始值，然后将试验电压降至局部放电试验电压值(V，)，在规定时间(1，)内，试验电压保持在V，值，这时在给定的时间间隔(1，)内测出局部放电电荷量。Vim=VOSM 2)方法BVp=是.V jORM (k

23、 l) V, iF王t4 : -, o r , , , , , , , , 1, 1 圈21时间间隔与试验电压的关系图施加局部放电试验电压。在规定时间(1，)内保持该电压，这时在给定时间间隔(1，)内测量出局部放电电荷量。V，二是.Vj丁RM5.5.5 注意事项本标准中，所有适用的试验电压均为峰值电压。8 GB/T 1565 1. 3-2003/IEC 60747-5-3 , 1997 5.5.6 规定条件参数方法A方法B初始时间tLnt 初始电压VIOSM 局部放电试验电压Vp:vp =k V10 R.VI 局部放电测试时间t. 应力时间t 设定时间t，、马、t3t4 环境温度T.mh 注1

24、.被测器件的局部放电，引起试验电路中电荷的转移，产生通过测量阻抗的电流脉冲，此测量阻抗与被测器和精台电容一起，决定测得电压脉冲的周期和形状，将这些脉冲进一步整形和放大，以便给测量仪器提供一个与表面电荷量成正比的值。注2，测试阻抗，测试阻抗通常作为一个四端网络，选定一个频率响应以便避免试验电源频率影响测量仪器，在电阻性阻抗的情况下，可通过将电感和电阻并联或将电容串联在测量电阻与仪器连线之间的方法来实现，测量阻抗可由一个电阻器、或一个与电容并联的电阻器、一个调谐电路或较复杂的滤波器组成.注3，测量表面电荷量q的仪器，由局部放电引起的电流脉冲，在测量阻抗的终端产生一个信号，对短期脉冲电流而言，产生的

25、信号是一个电压脉冲，其峰值和被测光电藕合器和表面电荷成正比(见IEC60270，1981的3.2.2)。单个脉冲将在阴极射线示波器上显示出来，表面电荷的大小可通过校准确定。脉冲将在触发的线性时基t显示出来。例如，以放电脉冲或试验电压的形式显示.波形图有助于看出不同种局部放电之间和待测放电与外来干扰之间的明显差别。实际试验期间测得的表面电荷的大小通常被理解为与最大的重复脉冲有关.5.6 光电藕合器的集电极一发射极的饱和电压VCE(酣5.6.1 集电极一发射极的饱和电压(直流法)5.6. 1. 1 目的在规定的条件下测量晶体管的集电极发射极的饱和电压。5.6. 1. 2 电路圄电路图见图22。G,

26、 圈22电路圈G, 19 GB/T 1565 1. 3-2003/IEC 60747-5-3 ,1997 5. 6. 1. 3 注意事项由于有超过最大耗散功率Pm的危险，所以应严格按测试步骤进行。如果需要可以改进电路，例如，给电源G2连接一个限制电压的电路。5. 6. 1. 4 测试步骤将温度调到规定值。将输人电流调到规定值，在电流表A，上读出。将集电极电流调到规定值，在电流表A2上读出。在电压表V上测出集电极一发射极饱和电压。5.6. 1. 5 规定条件环境、管壳或参考点温度(t.mb，t.、trel);输入电流(IF); 一一-集电极电流(Ic)。5.6.2 集电极一发射极的饱和电压(脉冲

27、法)5.6.2.1 目的在脉冲条件下测量晶体管的集电极一发射极的饱和电压。5.6.2.2 电路面电路图见图23.5.6.2.3 电路说明和要求图23电路图电子开关53只有当脉冲信号发生器队输出脉冲信号时才能接通。恒流源G，的内阻应远远大于被测晶体管的输入阻抗。恒流源仇的内阻应远远大于VCE(SI) /Ic的值。5.6.2.4 注意事项随负载而变的直流电源的响应时间应低于被测光电晶体管的开通时间。脉冲发生器的脉宽和占空比应足够小，便被测光电晶体管没有显著的热耗散产生。直流源G2的最大电压不能超过光电晶体管的集电极发射极击穿电压。5.6.2.5 测试步骤将温度调到规定值。G, 将开关s，断开，被测

28、光电祸合器暂不插入测试插座，并将短路插头置于阳极和阴极插孔，调节电流源G直到电流表人读数为规定值Ir.20 GB/T 15651.3-2003/IEC 60747-5-3:1997 将开关52断开，光电糯合器暂不插入测试插座，并将短路插头置于发射极和集电极插孔，调节电流源仇，直到电流表A2的读数为规定值Ic.将被测光电铜合器插人插座，51、52闭合，53由G3控制，在示波器上观察到开通时的波形的平坦部分稳定值，即为VCE(叫。5.6.2.6 规定条件环境、管壳或参考点温度Ct=b.t，tref); 输入正向电流(lF); 集电极电流CIc); 脉冲宽度和占空比(句，们，推荐值:t，300阳，8

29、2%。5.7 光电稿合器的开关时间tntoff5.7.1 目的在规定的条件下测量光电糯合器的开通时间和关断时间.5.7.2 电路图G, 电路图见图24.J, 5.7.3 电路说明和要求GI -脉冲信号发生器gG，一一电源电压CVcc)。5.7.4 注意事项考虑中。5.7.5 测量步骤图24电路圈lc 示被器G, V Vou! 测试时，电源电压Vcc施加在被测光电糯合器的输出电路，G，产生的脉冲如在光电藕合器的输入端，增加脉冲幅度，直到获得规定的输入电流I，或输出电流Ic。开关时间由示波器上观察到的波形确定(见图25)。21 GB/T 1565 1. 3-2003/IEC 60747-5-3 ,

30、1997 1, Iw 00%-一一-L山川50%护-普-. -.- - -10% 1, 10何t. 开通延迟时间zt.-关断延迟时间s1，二一上升时间81，-一下降时间glon-ld1，为开通时间，tolf-t十1，为关断时间。固25开关时间5.7.6 规定条件环境温度;-一输入或输出电流(适用时);-一输出电路电源、电压;-一脉冲宽度和占空比(适用时);一除非另有规定，R，=50 !1; 除非另有规定，九二100!1; 若使用，凡值。22 输出信号IEC 60747-5 新章号60747-5-1 3 4 5 E 60747-5-2 3 4 5 6 7 8 9 60747-5-3 3 4 5

31、IEC 62007 新章号62007-1 3 62007-1 4 5 6 7 8 9 10 11 12 62007-2 3 4 物理概念器件类型通用术语附亵A(资料性附录)标准对照裴标题与额定值和特性有关的术语基本额定值和特性发光二极管红外发射二极管光电二极管光电晶体管光电桐合器/光桐告器扰电冲击的光电桐合器激光二极管测试方法光发射器件光敏器件光电藕告器标题术语和定义基本额定值和特性发光二极管和红外发射二极管带尾纤的激光模块PIN光电二极管带或不带尾纤的雪崩光电二极管PIN-FET模块带光纤放大器的激光二极管模块光纤模拟传输的激光二极管模块LED列阵器件用于光纤数字传输的光学调制器测试方法光电

32、子发射器光敏器件GB/T 15651. 3-2003/IEC 60747-5-3 , 1997 旧章号文件或发行的标准I 60747-5.第E篇2 60747-5.第E篇3 60747-5.第E篇4 47C/I73/FDIS 60747-5.第皿篇1部分2部分3部分4部分5部分47C/173/FDIS 6部分60747-5-5.第田篇60747-5.第凹篇1 2 3 旧章号文件或发行的标准3.1 60747-5.第E篇86/1I3/FDIS 60747-5.第皿篇7部分8部分9部分10部分86/1I3/FDIS 86/1I3/FDIS 86/1I3/FDIS 86/1I3/FDIS 60747-5.第凹篇l 2