结壳热阻测试方法技术

一种结壳热阻测试方法，包括以下步骤：（1）测量干接触条件下待测器件的瞬态降温曲线；（2）测量湿接触条件下待测器件的瞬态降温曲线；（3）计算干接触条件下的瞬态降温曲线和湿接触条件下的瞬态降温曲线温度变化幅度的差△T；（4）将测试设备中的恒温散热冷板温度升高△T，再次测量湿接触条件下的瞬态降温曲线；（5）使用步骤（1）测得的干接触瞬态降温曲线和步骤（4）测得的湿接触瞬态降温曲线计算结壳热阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉及半导体器件。
技术介绍
结壳热阻是半导体器件性能参数的重要指标，表征器件的散热能力。在半导体器件设计和使用过程中，散热特性是必须考虑的一个重要因素。准确的测量结壳热阻对于改进封装和散热设计，评估器件的工作极限有着重要的参考意义。传统的使用热电偶测量器件的壳温，由于热电偶的端部与器件壳的接触面存在一定温度差，会导致热电偶测得的温度比实际壳温偏小；同时，传统方法要求将热电偶放置在芯片的正下方以测得壳温的最高值，但对于芯片数目和芯片位置不能确定的器件，则难以找到最高壳温的准确位置。因此，传统器件常常会过高估计器件的结壳热阻。为了解决这个难题，最新的JEDEC标准JESD51-14中提出了针对单一散热路径的半导体器件的热阻测量方法，该测试方法要求分别测试待测器件不涂导热硅脂(以下称为干接触)和涂覆导热硅脂(以下称为湿接触)条件下的瞬态升温或降温曲线，通过瞬态升温或降温曲线计算干接触和湿接触条件下的瞬态热阻抗曲线，由于两次测量过程中器件从结到壳的散热路径相同，而从壳到外界环境的散热路径不同，导致两条瞬态热阻抗曲线在器件壳的位置发生分离，因此，可以通过两条瞬态热阻抗曲线计算得到分离点曲线，再依据标准中给出的分离判据即ε = 0.0045ff/°C.0JC+0.0O3计算结壳热阻Θ兀。与该标准的测试方法相关的文献包括: Heinz Pape, Dirk Schweitzer, et al.Development of a Standardfor Transient Measurement of Junction-To-Case Thermal Resistance.Microelectronics Reliability, 2012,52 (7): 1272-1278.Dirk Schweitzer, Heinz Pape,et al.How to Evaluate Transient DualInterface Measurements of the Rth-JC of Power Semiconductor Packages.Semi conductor Thermal Measurement and Management Sympos ium,2009.SEM1-THERM2009.25th Annual IEEE,2009:172-179. Dirk Schweitzer, Heinz Pape, et al.Transient Dual InterfaceMeasurement - A New JEDEC Standard for the Measurement of the Junct ion-to-CaseThermal Resistance.Semiconductor Thermal Measurement and ManagementSymposium (SEM1-THERM), 2011 27th Annual IEEE, 2011:22-229.使用JESD51-14标准中提出的最新的半导体器件，与传统方法相比，不需要测量器件的壳温就能够得到器件的热阻值，避免了由于壳温测量不准确造成的误差。然而，无论是JESD51-14标准还是上述文献中，都没有考虑封装材料温度非线性对于测量的影响。材料的温 度非线性是指，封装材料的热导率和热容并非恒定的值，而是随着温度的变化而变化。如果在测试过程中不考虑封装材料的温度非线性，会导致干接触和湿接触条件下获得的瞬态热阻抗曲线提前分离，结果会导致热阻值较真实值偏小，偏小的程度与器件所使用的材料热导率和热容受温度影响的变化程度相关。尤其对于功率半导体模块，如绝缘栅双极晶体管(IGBT)，这些产品使用硅、陶瓷、铜等温度非线性明显的封装材料，同时具有较大的散热面积和较小的结壳热阻，瞬态热阻抗曲线的提前分离会导致测得的结壳热阻明显偏小甚至得到错误的测量值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术材料温度非线性对于半导体器件结壳热阻测试带来的误差，提出一种。本专利技术能够更准确的结壳热阻测量值。一种，包括如下步骤:(I)测量干接触条件下待测半导体器件的芯片的瞬态降温曲线；(2)测量湿接触条件下待测半导体器件的芯片的瞬态降温曲线；(3)计算干接触条件下的瞬态降温曲线和湿接触条件下的瞬态降温曲线温度变化幅度的差Λ T ；(4)将测试设备中的恒温散热冷板温度升高AT，再次测量湿接触条件下的瞬态降温曲线；(5)使用步骤(I)测得的干接触瞬态降温曲线和步骤(4)测得的湿接触瞬态降温曲线，计算结壳热阻。进一步地，步骤(5)所述的计算结壳热阻方法包括如下步骤:(5.1)通过步骤(I)和步骤(4)得到的瞬态降温曲线计算瞬态热阻抗曲线；(5.2)通过步骤(5.1)得到的瞬态热阻抗曲线计算分离点曲线；(5.3)通过步骤(5.2)分离点曲线使用分离判据计算结壳热阻。与现有测试方法相比，本专利技术能够保证在测量瞬态降温曲线时，干接触和湿接触两种测试条件下的待测器件结到壳的温度分布基本一致，从而避免了材料非线性导致的瞬态热阻抗曲线提前分离，因此，本专利技术能够得到更为准确的热阻测试结果。附图说明图1为本专利技术具体实施方式的流程图2为本专利技术计算结壳热阻方法具体实施方式的流程图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式进一步说明本专利技术。本专利技术包括如下步骤:(I)测量干接触条件下待测半导体器件的芯片的瞬态降温曲线；(2)测量湿接触条件下待测半导体器件的芯片的瞬态降温曲线；(3)计算干接触条件下待测半导体器件的芯片的瞬态降温曲线和湿接触条件下待测器件芯片的瞬态降温曲线温度变化幅度的差Λ T ；(4)将测试设备中的恒温散热冷板温度升高AT，再次测量湿接触条件下的瞬态降温曲线；(5)使用步骤(I)测得的干接触降温曲线和步骤(4)测得的湿接触降温曲线，计算结壳热阻。进一步地，步骤(5)所述的计算结壳热阻方法包括如下步骤:(5.1)通过步骤(I)和步骤(4)得到的瞬态降温曲线计算瞬态热阻抗曲线；(5.2)通过步骤(5.1)得到的瞬态热阻抗曲线计算分离点曲线；(5.3)通过步骤(5.2)分离点曲线使用分离判据计算结壳热阻。如图1所示，所述的具体步骤如下:步骤1:测量干接触下待测半导体器件芯片的瞬态降温曲线。将待测器件安装在恒温散热底板上，恒温散热底板温度设为T1，不涂导热硅脂。对待测半导体器件的芯片施加加热电流I，测得加热功率为ptoy。待热平衡后，切断加热电流I并降温至T1,同时测量整个降温过程中待测半导体器件的芯片的瞬态降温曲线Ttyl (t)。获得瞬态降温曲线I的温度变化幅度Λ T1，计算公式为:Δ T1=测量起始温度-测量结束温度T1步骤2:测量湿接触条件待测半导体器件芯片的瞬态降温曲线。保持恒温散热底板温度为T1，在待测器件底面涂以导热硅脂。对待测器件施加加热电流I，此加热电流I的值和步骤I干接触法所加的电流I的大小和时间相等。待热平衡后，切断加热电流并降温至T1，测量瞬态降温曲线Ttiml (t)。获得瞬态降温曲线2的温度变化幅度为Λ T2，计算公式为:Δ T2=测量起始温度-测量结束温度T1干接触和湿接触条件下的降温温度T1的数值相等。步骤3:计算瞬态降温曲线I和瞬态降温曲线2的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结壳热阻测试方法，其特征在于，所述的测试方法包括以下步骤：（1）测量干接触条件下待测半导体器件的芯片的瞬态降温曲线；（2）测量湿接触条件下待测半导体器件的芯片的瞬态降温曲线；（3）计算干接触条件下的瞬态降温曲线和湿接触条件下的瞬态降温曲线温度变化幅度的差△T；（4）将测试设备中的恒温散热冷板温度升高△T，再次测量湿接触条件下的瞬态降温曲线；（5）使用步骤（1）测得的干接触瞬态降温曲线和步骤（4）测得的湿接触瞬态降温曲线计算结壳热阻。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：仇志杰，张瑾，温旭辉，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：