本实用新型专利技术涉及一种测量电子元器件工作结温和热阻的装置，属于电子器件的生产测量领域。装置特征在于：被测器件置于一真空系统中，该真空系统留有接线柱与外部装置相连；外部装置包括Ａ／Ｄ采集板、计算机、电源、和加热电源；被测器件通过真空系统中接线柱，与电源连接；在靠近被测器件的热源部分即有源区处放置一温敏电阻Ａ，温敏电阻Ａ通过接线柱与Ａ／Ｄ采集板连接；将另一温敏电阻Ｂ通过接线柱与Ａ／Ｄ采集板连接，并将温敏电阻Ｂ与加热薄片一面接触，加热薄片另一面与被测器件的底部即散热端点接触；加热薄片通过接线柱与加热电源连接；计算机连接电源、Ａ／Ｄ采集板、加热电源。本实用新型专利技术对半导体器件或功能模块的封装形式没有要求，且属于非破坏性测试。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及电子器件的生产测量，以及研究、开发领域。
技术介绍
电子元器件或功能模块工作时有源区热量集中，温升高，是影响其特性、可靠性以 及寿命的关键因素。由于有源区区域小，测量其工作温度比较困难。常用的方法有，红外测 温法，电学参数法，液晶显示和发光光谱移动法等。红外测温法和液晶显示法可以测量芯片 表面温度分布，可能对器件的封装带来破坏。发光光谱移动法测温，被测器件本身必须具备 发光特性，不适合不发光的微电子器件。电学参数法能够方便迅速测量器件有源区温升，但 对于大部分器件来说，可提取的测温温敏参数很有限，个别器件还要配备昂贵的专用测试 电路和设备。本方法利用真空绝热环境下，通过采集电子元器件或功能模块正常工作时，散热 路径上两端点的温度上升曲线(正向)，以及在器件散热端等功率加热后，再次采集测量两 端点的温升曲线(反向)，分别获取器件正反向施加等功率加热条件下，器件达到稳定温度 分布所需的加热时间，即分别获取器件稳态工作温度梯度建立过程加热热量。由此测量出 电子元器件正常工作条件下温度。本技术可广泛应用于任何封装形式的电子元器件和功能模块，测量方法简单、准 确，适用于电子器件的生产测量，以及研究、开发领域。
技术实现思路
本技术的主要目的是电子元器件正常工作时有源区的温升是决定其寿命和 可靠性的重要参数。利用真空环境下，精确计量稳态温度梯度建立过程所需热量，提供一种 测量半导体器件工作温升的方法。本技术的技术方案叙述如下被测器件置于一真空系统中，该真空系统留有接线柱与外部装置相连；外部装置 包括A/D采集板、计算机、电源、和加热电源；被测器件通过真空系统中接线柱，与电源连 接；在靠近被测器件的热源部分即有源区处放置一温敏电阻A，温敏电阻A通过接线柱与A/ D采集板连接；将另一温敏电阻B通过接线柱与A/D采集板连接，并将温敏电阻B与加热薄 片一面接触，加热薄片另一面与被测器件的底部即散热端点接触；加热薄片通过接线柱与 加热电源连接；计算机连接电源、A/D采集板、加热电源。本技术工作原理电子元器件通常由管芯、热沉、焊料和管壳组成。大气环境下，热量由器件有源区 产生，流经热沉、管壳向四周环境散去。当有源区产生的热量与耗散的热量相等时，经过一 段时间后，器件上温度分布达到一种稳定状态，形成由热源到管壳从高到低的温度分布。器 件电源接通后，有源区温度上升瞬态过程示意图见图1。图中曲线1和2分别是电子元器件 正常工作，以及热源位于器件散热底部的温度瞬态上升曲线。由于半导体器件两端点之间3热阻一定，达到稳态的温升一定，但需要的时间不同。当把电子元器件放入一个真空系统后，由于周围散热路经中断，有源区产生的热 量只能通过热传导方式向管壳传递。此时，有源区温度不断升高，温度梯度加大。当热量传 导到封装管壳的末端，热量不再有耗散的路经，维持有源区和管壳末端的温度差不变，整体 温度迅速提升(当器件温度不太高时，可忽略辐射散热)。如果在器件两个不同位置(其中 一个为散热末端)放置测温温敏元件，两点温升过程见示意图2中的曲线1和2。当这两点温度差开始恒定时刻，即为热源到管壳温度梯度建立完成时刻。图2中 的曲线3即是两点温度差的测量曲线。元器件正常工作，其有源区为热源，从有源区到管壳 温度梯度建立过程，称为正向加热过程。温差曲线开始恒定的时间tl，即为稳态温升建立所 需的时间。工作功率P乘以tl，即为建立这一温度梯度所需热量Ql =P*tl。当在封装管壳底部通过加热薄片施加相同电功率P，此时底部为加热端，上面为散 热末端，测量接通电源后两检测点温度上升过程。当两点温差达到恒定时刻t2，即为从封装 管壳底部到有源区的温度梯度建立完成。我们称该过程为反向加热过程。由于器件两端热 阻互逆性，两次温升过程的温差相等。一般来说，器件管芯有源区端的热容小，管壳端的热 容大。因此，达到同样温差所需加热功率不同，即t2 > tl, Q2 = P*t2，为第二次温度梯度 建立所需热量。正向加热过程和反向加热过程中，从高温到低温的温度空间分布呈现互补状态。 即温度达到稳态分布后，热源到衬底的散热路径上温度空间分布曲线出现互补。见示意图 3。物理上讲，曲线与位置坐标构成的面积表示建立稳态分布所需热量。正向加热和反向加 热所需热量不同，但两者之和即为使元器件整体均勻达到有源区温度时所需热量。正、反向加热过程所形成的温度梯度相同，即热阻相同。将正反向温度梯度建立过 程所需热量相加，即P* (tl+t2)，注入到器件中，真空环境下，没有热量的损失，整个系统达 到均勻平衡后的温度，就是器件正常工作时的温度。本技术具体工作步骤(1)将被测器件2置于一真空系统1中，该真空系统留有接线柱与外部装置相连； 外部装置包括A/D采集板6、计算机7、电源8、和加热电源9 ；(2)被测器件2通过真空系统中接线柱，与电源8连接；(3)在靠近被测器件2的热源部分即有源区处放置一温敏电阻A3，温敏电阻A3通 过接线柱与A/D采集板6连接；(4)选择一热阻已知，加热功率可控的加热薄片4，加热薄片4通过接线柱与加热 电源9连接；(5)将另一温敏电阻B5通过接线柱与A/D采集板6连接，并将温敏电阻B5与加热 薄片4 一面接触，加热薄片4另一面与被测器件2的底部即散热端点接触；(6)计算机7控制电源8、A/D采集板6、加热电源9 ；A/D采集板6采集温敏电阻位 置温度随时间的变化，测量数据保存，每次施加电功率前，通过温敏电阻获取被测器件上的 温度；(7)当接通电源8，同时触发A/D采集板测量并记录温敏电阻A3和温敏电阻B5随 时间变化过程，通过两温敏电阻测量值之差变为恒定时，获取建立有源区到散热端点的温度梯度所需时间tl ；(8)通过对真空系统充气等方法，使被测器件温度不再变化，再通过加热电源9加 热加热薄片4，同时触发A/D采集板6，测量并记录温敏电阻A3和温敏电阻B5随时间变化 过程，通过求两温敏电阻测量值之差恒定时间t2，即为建立散热端点到有源区的温度梯度 所需时间；(9)通过对真空系统充气等方法，使被测器件温度不再变化，接通被测器件电源， 施加功率为P，接通时间为tl+t2，关断电源，当温敏电阻A3和温敏电阻B5趋于一恒定值， 该温度即为被测器件正常工作时的温度，减去加功率前被测器件温度，即得被测到器件的 工作温升；由于加热薄片的热阻和加热功率已知，减去加热薄片热阻，即得实际被测器件的 热阻。在被测器件建立稳定温度梯度时间过短情况下，可以减小所加功率的占空比，减 小使被测器件升温的热量，使tl、t2时间加长，减小测量误差；本技术对半导体器件或功能模块的封装形式没有要求，且属于非破坏性测 试。特别是对于一些常规测量结温技术无法测量的器件或功能模块，该方法更能显示出其 适用性和先进性。附图说明图1.大气环境下电子元器件温度上升的瞬态过程示意图图2.真空环境下温度上升的瞬态过程示意图图3.正反向加热过程中，器件形成的互补温度分布状态1 器件正向加热时形成的内部温升分布(环境温度为300K)2 器件反向加热时形成的内部温升分布(环境温度为300K)3:两条曲线的和图4测试结构示意图1 真空系统2 被测器件3 温敏电阻A 4 加热薄片5 温敏本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量电子元器件工作结温和热阻的装置，其特征在于：被测器件置于一真空系统中，该真空系统留有接线柱与外部装置相连；外部装置包括Ａ／Ｄ采集板、计算机、电源、和加热电源；被测器件通过真空系统中接线柱，与电源连接；在靠近被测器件的热源部分即有源区处放置一温敏电阻Ａ，温敏电阻Ａ通过接线柱与Ａ／Ｄ采集板连接；将另一温敏电阻Ｂ通过接线柱与Ａ／Ｄ采集板连接，并将温敏电阻Ｂ与加热薄片一面接触，加热薄片另一面与被测器件的底部即散热端点接触；加热薄片通过接线柱与加热电源连接；计算机连接电源、Ａ／Ｄ采集板、加热电源。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯士维，乔彦彬，郭春生，张光沉，丁凯凯，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]
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