CN118731627A - 一种半导体器件热阻测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体器件热阻测试方法，涉及半导体技术领域。本发明运用热敏电阻代替热电偶进行半导体器件引脚温度TL的读值，热敏电阻和半导体器件引脚通过焊锡结合，避免了热电偶和引脚的粘合度和接触度等都会影响热电偶的读值的问题，保证了热阻RTHJL值的稳定性和准确度，此外热敏电阻相对热电偶，在性价比上具备绝对的优势，使用本发明测试热阻RTHJL，不需要添加热电偶的配套设施，测试成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体器件热阻测试方法。
背景技术
在电力电子器件技术领域，半导体器件的散热能力一直是器件重要的性能指标之一，半导体器件的失效模式一般分为电失效和热失效，在实际应用中，为了防止热失效的发生，必须清楚器件的散热能力器件的散热能力，半导体器件（内部芯片PN）结到引脚的热阻RTHJL 是表征器件散热能力的重要参数之一，目前常规测量热阻RTHJL方法是热电偶法，通过热电偶读出半导体器件引脚的温度TL，热电偶受外界条件的影响较大，操作手法、热电偶和引脚的粘合度和接触度等都会影响热电偶的读值，进而导致热阻RTHJL的值波动大且不准确。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种操作简便快捷且检测成本低的一种半导体器件热阻测试方法。
本发明的技术方案是：
一种半导体器件热阻测试方法，包括以下步骤:
步骤S100，将半导体器件置于高低温箱中，测量半导体器件在检测电流I1条件下跨电压VF和温度T之间的关系曲线系数K1；
步骤S200，将热敏电阻置于高低温箱中，测量热敏电阻在检测电流I1条件下阻值R热和温度T之间的关系曲线系数K2；
步骤S300，将热敏电阻引脚和半导体器件引脚通过焊锡连接并串联；
步骤S400，检测25℃条件下半导体器件和热敏电阻在检测电流I1条件下的跨电压VF1和阻值R热1，随后对半导体器件施加加热电流I2，分别检测半导体器件在检测电流I2条件下的跨电压VF2，半导体器件和热敏电阻在检测电流I1条件下的跨电压VF3和R热2；
步骤S500，将VF3、VF1和K1代入关系式Tj=25+[（VF3-VF1）/K1]，求得半导体器件的结温Tj；
步骤S600，计算半导体器件的发热功率P=VF2*I2；
步骤S700，将R热1、R热2和K2代入关系式T热=25+[（R热2- R热1）/K2]，求得热敏电阻的温度T热，且TL= T热；
步骤S800，将Tj、P、TL代入函数关系式RTHJL=（Tj-TL）/P，得到热阻RTHJL；
具体的，步骤S100包括：
步骤S110，将半导体器件置于高低温箱中，使用测试导线将半导体器件和半导体器件电性参数测试仪连接形成回路；
步骤S120，设置检测电流I1，在25-150℃范围内，间隔n℃测试跨电压VF，得到跨电压VF和温度T之间的关系曲线系数K1。
具体的，步骤S200包括：
步骤S210，将热敏电阻置于高低温箱中，使用测试导线将热敏电阻和半导体器件电性参数测试仪连接形成回路；
步骤S220，设置检测电流I1，在25-150℃范围内，间隔n℃测试阻值R热，得到阻值R热和温度T之间的关系曲线系数K2。
具体的，步骤S300包括：
步骤S310，将热敏电阻引脚和半导体器件引脚通过焊锡结合并串联。
具体的，步骤S400包括：
步骤S410，使用测试导线将恒流源发生器和半导体器件连接形成回路，设置加热电流为I2；
步骤S420，使用测试导线将半导体器件和热敏电阻分别与半导体器件电性参数测试仪连接形成回路，设置检测电流为I1、I2；
步骤S430，打开半导体器件电性参数测试仪，检测25℃条件下半导体器件和热敏电阻的跨电压VF1和阻值R热1；
步骤S440，打开恒流源发生器，待半导体器件达到热稳态；
步骤S450，打开半导体器件电性参数测试仪，分别检测半导体器件在检测电流I2条件下的跨电压VF2，半导体器件和热敏电阻在检测电流I1条件下的跨电压VF3和R热2。
具体的，步骤S500、S600、S700、S800包括：
步骤S500，将VF3、VF1和K1代入关系式Tj=25+[（VF3-VF1）/K1]，求得半导体器件的结温Tj；
步骤S600，计算半导体器件的发热功率P=VF2*I2；
步骤S700，将R热1、R热2和K2代入关系式T热=25+[（R热2- R热1）/K2]，求得热敏电阻的温度T热，且TL= T热；
步骤S800，将Tj、P、TL代入函数关系式RTHJL=（Tj-TL）/P，得到热阻RTHJL；
本发明有益效果：
本发明运用热敏电阻代替热电偶进行半导体器件引脚温度TL的读值，热敏电阻和半导体器件引脚通过焊锡结合，避免了热电偶和引脚的粘合度和接触度等都会影响热电偶的读值的问题，保证了热阻RTHJL值的稳定性和准确度，此外热敏电阻相对热电偶，在性价比上具备绝对的优势，使用本发明测试热阻RTHJL，不需要添加热电偶的配套设施，测试成本更低。
附图说明
图1是本发明的测试方法流程图；
图2是S400中测试电路示意图；
图3是本发明测试热阻RTHJL和传统热电偶法测试热阻RTHJL的数据对比图；
图中1是半导体器件、2是半导体器件引脚、3是热敏电阻、4是热敏电阻引脚、5是焊锡料、6是半导体器件电性参数测试仪、7是恒流源发生器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、 “连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图 1-3描述本发明；
一种半导体器件热阻测试方法，包括以下步骤：
步骤S100，将半导体器件1置于高低温箱中，测量半导体器件1在检测电流I1条件下的跨电压VF和温度T之间的关系曲线系数K1；
步骤S110，将置于高低温箱中的半导体器件1与半导体器件电性参数测试仪6连接；
步骤S120，设置检测电流I1，在25-150℃范围内，间隔n℃测试跨电压VF，得到跨电压VF和温度T之间的关系曲线系数K1；
相应的，半导体器件1可以是二极管、三极管、MOSFET、IGBT等器件，在25-150℃范围内，间隔温度n取决于测试精度和测试效率，n越小测试精度越高、测试时间越长，检测电流I1一般取小电流，范围为1-100mA；
本实施例，使用二极管作为半导体器件1，n设置为25，保证测试精度和测试效率，检测电流I1设置为10mA，得到一系列数据，VF=0.4V@25℃、VF=0.348V@50℃、VF=0.303V@75℃、VF=0.25V@100℃、VF=0.2V@125℃、VF=0.15V@150℃，在25-150℃范围内，K1=（0.15-0.4）V/（150-125）℃=-2mV/℃。
步骤S200，将热敏电阻3置于高低温箱中，测量热敏电阻3在检测电流I1条件下阻值R热和温度T之间的关系曲线系数K2；
步骤S210，将热敏电阻3置于高低温箱中，使用测试导线将热敏电阻3和半导体器件电性参数测试仪6连接；
步骤S220，设置检测电流I1，在25-150℃范围内，间隔n℃测试阻值R热，得到阻值R热和温度T之间的关系曲线系数K2；
相应的，在25-150℃范围内，间隔温度n取决于测试精度和测试效率，n越小测试精度越高、测试时间越长；
本实施例，n设置为25，保证测试精度和测试效率，得到一系列数据，R热=270Ω@25℃、R热=220Ω@50℃、R热=171Ω@75℃、R热=120Ω@100℃、R热=70Ω@125℃、R热=20Ω@150℃在25-150℃范围内，得到K2=（20-270）Ω/（150-25）℃=-2Ω/℃。
步骤S300，将热敏电阻引脚4和半导体器件引脚2通过焊锡5连接并串联；
本实施例，将热敏电阻引脚4和半导体器件引脚2通过焊锡5连接并串联。
步骤S400，检测25℃条件下半导体器件1和热敏电阻3在检测电流I1条件下的跨电压VF1和阻值R热1，随后对半导体器件1施加加热电流I2，分别检测半导体器件1在检测电流I2条件下的跨电压VF2，半导体器件1和热敏电阻3在检测电流I1条件下的跨电压VF3和R热2，测试电路图如图2所示；
步骤S410，使用测试导线将恒流源发生器7和半导体器件1连接形成回路，设置加热电流为I2；
步骤S420，使用测试导线将半导体器件1和热敏电阻3分别与半导体器件电性参数测试仪6连接形成回路，设置检测电流为I1、I2；
步骤S430，打开半导体器件电性参数测试仪6，检测25℃条件下半导体器件1和热敏电阻3的跨电压VF1和阻值R热1；
步骤S440，打开恒流源发生器7，待半导体器件1达到热稳态；
步骤S450，打开半导体器件电性参数测试仪6，分别检测半导体器件1在检测电流I2条件下的跨电压VF2，半导体器件1和热敏电阻3在检测电流I1条件下的跨电压VF3和R热2；
相应的，加热电流I2要保证器件不被损坏，范围为1-100A，断开加热电流I2的同时要立刻检测半导体器件1在检测电流I2条件下的跨电压VF2，半导体器件1和热敏电阻3在检测电流I1条件下的跨电压VF3和R热2，确保测试的精确度；
本实施例，加热电流设置为5A，25℃条件下二极管和热敏电阻3的跨电压VF1和阻值R热1分别为0.4V和270Ω，断开加热电流I2的同时，二极管在检测电流I2条件下的跨电压VF2为0.6V，二极管和热敏电阻3的跨电压VF3和R热2分别为0.16V和130Ω。
步骤S500，将VF3、VF1和K1代入关系式Tj=25+（（VF3-VF1）/K1），求得半导体器件的结温Tj；
相应的，在关系曲线系数K1中，VF和T有对应关系，VF1对应的温度T是25摄氏度，VF3对应的温度Tj=25+（（VF3-VF1）/K1）=145℃，可以求得半导体器件1的温度Tj；
本实施例，求得二极管内部芯片PN结结温Tj为145℃。
步骤S600，计算半导体器件的发热功率P=VF2*I2；
相应的，VF2为半导体器件1在加热电流I2条件下的跨电压，因此P=VF2*I2为半导体器件1在加热电流I2条件下的发热功率；
本实施例，求得二极管的发热功率P为3W。
步骤S700，将R热1、R热2和K2代入关系式T热=25+（（R热2- R热1）/K2），求得热敏电阻的温度T热，且TL= T热；
相应的，在关系曲线系数K2中，R热和T有对应关系，R热1对应的温度T是25摄氏度，R热2对应的温度T热=25+（（R热2- R热1）/K2）=95℃，热敏电阻引脚4和半导体器件引脚2通过焊锡5连接，热敏电阻3的温度T热全部来源于半导体器件引脚2，因此TL= T热；
本实施例，求得热敏电阻3的温度T热=TL=95℃。
步骤S800，将Tj、P、TL代入函数关系式RTHJL=（Tj-TL）/P，得到热阻RTHJL；
相应的，内部芯片PN结到引脚的热阻关系式为RTHJL=（Tj-TL）/P；
本实施例，求得二极管的热阻RTHJL=16.66℃/W。
本发明提出的一种半导体器件的热阻测试方法及其测试电路，具有以下优点：半导体器件的散热能力一直是器件重要的性能指标之一，半导体器件的失效模式一般分为电失效和热失效，在实际应用中，为了防止热失效的发生，必须清楚器件的散热能力器件的散热能力，半导体器件内部芯片PN结到引脚的热阻RTHJL 是表征器件散热能力的重要参数之一，目前常规测量热阻RTHJL方法是热电偶法，通过热电偶读出半导体器件引脚的温度TL，热电偶受外界条件的影响较大，操作手法、热电偶和引脚的粘合度和接触度等都会影响热电偶的读值，进而导致热阻RTHJL的值波动大且不准确。
本发明创新性的运用热敏电阻代替热电偶进行半导体器件引脚温度TL的读值，热敏电阻和半导体器件引脚通过焊锡结合，避免了热电偶和引脚的粘合度和接触度等都会影响热电偶的读值的问题，保证了热阻RTHJL值的稳定性和准确度，图3显示了热电偶法和本发明在相同条件下，测试十次的离散图，可以看出热电偶法测试的RTHJL的上下限误差为3℃/W，平均值为18.68℃/W，本发明测试的RTHJL的上下限误差为0.38℃/W，平均值为16.64℃/W。此外热敏电阻相对热电偶，在性价比上具备绝对的优势，使用本发明测试热阻RTHJL，不需要添加热电偶的配套设施，测试成本更低。
对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：
本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；
在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；
以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种半导体器件热阻测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100，将半导体器件（1）置于高低温箱中，测量半导体器件（1）在检测电流I1条件下的跨电压VF和温度T之间的关系曲线系数K1；
步骤S200，将热敏电阻（3）置于高低温箱中，测量热敏电阻（3）在检测电流I1条件下阻值R热和温度T之间的关系曲线系数K2；
步骤S300，将热敏电阻引脚（4）和半导体器件引脚（2）通过焊锡（5）连接并串联；
步骤S400，检测25℃条件下半导体器件（1）和热敏电阻（3）在检测电流I1条件下的跨电压VF1和阻值R热1，随后对半导体器件（1）施加加热电流I2，分别检测半导体器件（1）在检测电流I2条件下的跨电压VF2，半导体器件（1）和热敏电阻（3）在检测电流I1条件下的跨电压VF3和R热2；
步骤S500，将VF3、VF1和K1代入关系式Tj=25+[（VF3-VF1）/K1]，求得半导体器件的结温Tj；
步骤S600，计算半导体器件的发热功率P=VF2*I2；
步骤S700，将R热1、R热2和K2代入关系式T热=25+[（R热2- R热1）/K2]，求得热敏电阻的温度T热，且TL= T热；
步骤S800，将Tj、P、TL代入函数关系式RTHJL=（Tj-TL）/P，得到热阻RTHJL。
2.根据权利要求1所述的一种半导体器件热阻测试方法，其特征在于，步骤S100包括：
步骤S110，将置于高低温箱中的半导体器件（1）与半导体器件电性参数测试仪（6）连接；
步骤S120，设置检测电流I1，在25-150℃范围内，间隔n℃测试跨电压VF，得到跨电压VF和温度T之间的关系曲线系数K1。
3.根据权利要求1所述的一种半导体器件热阻测试方法，其特征在于，步骤S200包括：
步骤S210，将热敏电阻（3）置于高低温箱中，使用测试导线将热敏电阻（3）和半导体器件电性参数测试仪（6）连接；
步骤S220，设置检测电流I1，在25-150℃范围内，间隔n℃测试阻值R热，得到阻值R热和温度T之间的关系曲线系数K2。
4.根据权利要求1所述的一种半导体器件热阻测试方法，其特征在于，步骤S400包括：
步骤S410，使用测试导线将恒流源发生器（7）和半导体器件（1）连接形成回路，设置加热电流为I2；
步骤S420，使用测试导线将半导体器件（1）和热敏电阻（3）分别与半导体器件电性参数测试仪（6）连接形成回路，设置检测电流为I1和I2；
步骤S430，打开半导体器件电性参数测试仪（6），检测25℃条件下半导体器件（1）和热敏电阻（3）的跨电压VF1和阻值R热1；
步骤S440，打开恒流源发生器（7），待半导体器件（1）达到热稳态；
步骤S450，打开半导体器件电性参数测试仪（6），分别检测半导体器件（1）在检测电流I2条件下的跨电压VF2，半导体器件（1）和热敏电阻（3）在检测电流I1条件下的跨电压VF3和R热2。
5.根据权利要求1所述的一种半导体器件热阻测试方法，其特征在于，步骤S600中VF2为半导体器件1在加热电流I2条件下的跨电压，因此P=VF2*I2为半导体器件1在加热电流I2条件下的发热功率。
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