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JPH11211786A - Thermal resistance measuring method - Google Patents

Thermal resistance measuring method

Info

Publication number
JPH11211786A
JPH11211786A JP3399198A JP3399198A JPH11211786A JP H11211786 A JPH11211786 A JP H11211786A JP 3399198 A JP3399198 A JP 3399198A JP 3399198 A JP3399198 A JP 3399198A JP H11211786 A JPH11211786 A JP H11211786A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
semiconductor device
under test
device under
test
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3399198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhisa Kato
加藤勝久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tektronix Japan Ltd
Original Assignee
Sony Tektronix Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Tektronix Corp filed Critical Sony Tektronix Corp
Priority to JP3399198A priority Critical patent/JPH11211786A/en
Publication of JPH11211786A publication Critical patent/JPH11211786A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for measuring thermal resistance of any kind of semiconductor element extremely accurately through simple circuitry. SOLUTION: The method for measuring thermal resistance comprises 8 first step for feeding a microcurrent to a semiconductor element 108 and measuring the temperature characteristics of forward voltage drop across the element, a second step for feeding the micro current and a test current sufficiently larger than the micro current to the element and measuring the variation characteristics of forward voltage drop across the element, a third step for feeding the micro current and the test current to a dummy element 110 having inductance component substantially equivalent to that of the element and measuring the voltage characteristics across the dummy element, a fourth step for correcting the measurement error of the second step based on the results of the third step, and fifth step for determining the thermal resistance of the element based on the measurements of steps 1 and 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の熱抵
抗を測定する方法に関する。
The present invention relates to a method for measuring the thermal resistance of a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5及び図6は、特公平6-75091
号公報に記載されている従来のMOS型FETの熱抵抗
の測定方法を説明するための回路図である。この従来方
法は、FETの内部のPN接合により形成される内部逆
方向ダイオード(通常の負荷電流の向きとは逆向きを順
方向とするダイオード)が存在し、この内部逆方向ダイ
オードの順電圧降下が、そのFETのチャネル温度に応
じて一義的に変化することを利用して、熱抵抗を測定す
るものである。図5において、先ず、温度T1の恒温槽
に入れた校正用FET2のチャネル温度が上昇しない程
度の微小電流Idを可変抵抗器4を調整してソースから
ドレインに向けて流し、この時のソース・ドレイン間電
圧Vsd1を測定する。次に、恒温槽の温度をT2に変化さ
せ、この状態でFET2に前回と同じ微小電流Idを流
すように可変抵抗器4を調整し、この時のソース・ドレ
イン間電圧Vsd2を測定する。この結果、以下の数式1
が成立する。ここで、記号「*」は乗算を表し、「/」
は除算を表す。
2. Description of the Related Art FIGS. 5 and 6 show Japanese Patent Publication No. 6-75091.
FIG. 1 is a circuit diagram for explaining a conventional method for measuring the thermal resistance of a MOS-type FET described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. H11-157,086. In this conventional method, there is an internal reverse diode (a diode whose forward direction is opposite to the normal load current direction) formed by the PN junction inside the FET, and the forward voltage drop of this internal reverse diode is present. However, the thermal resistance is measured by utilizing the fact that it changes uniquely according to the channel temperature of the FET. In FIG. 5, first, a very small current Id, which does not increase the channel temperature of the calibration FET 2 placed in the thermostat at the temperature T1, is adjusted from the variable resistor 4 to flow from the source to the drain. The drain voltage Vsd1 is measured. Next, the temperature of the constant temperature bath is changed to T2, and in this state, the variable resistor 4 is adjusted so that the same minute current Id flows through the FET 2 as before, and the source-drain voltage Vsd2 at this time is measured. As a result, the following equation 1
Holds. Here, the symbol “*” represents multiplication, and “/”
Represents division.

【数1】 ΔVsd=Kd*(ΔT) ここで、 ΔVsd=Vsd2−Vsd1 ΔT =T2 − T1 この数式1から係数Kdについて、以下の数式2が得ら
れる。
ΔVsd = Kd * (ΔT) Here, ΔVsd = Vsd2−Vsd1 ΔT = T2−T1 From this equation 1, the following equation 2 is obtained for the coefficient Kd.

【数2】1/Kd = ΔT/ΔVsd1 / Kd = ΔT / ΔVsd

【0003】次に、図6の回路において、FET6は、
熱抵抗の測定対象である被試験MOS型FETである。
このFET6は、図5FET2と同一の構造を有する素
子である。ここで、スイッチ10、11及び12によ
り、端子Dを接地し、端子Gを端子Sに接続し、端子S
を可変抵抗器4に接続する。そして、図5における微小
電流Idに等しい電流がソースからドレインに向かって
流れるように、可変抵抗器4を調整し、その時のソース
・ドレイン間電圧Vsd3を測定する。次に、スイッチ1
0、11及び12を切り替えて、端子Dを電圧源8に接
続し、端子Gをゲート・ドライバ13に接続し、端子S
を電流源9にそれぞれ接続する。この結果、電圧源8か
ら被試験FET6のドレインからソースに向けて電流I
が流れ、FET6により電力Pが消費され、被試験FE
T6のチャネル温度が上昇する。この時、スイッチ1
0、11及び12を元の状態に切り替え、被試験FET
6に上述の場合と同様の微小電流Idが流れるようにし
た状態で、被試験FET6のチャネル温度が降下しない
うちに素早く被試験FET6のソース・ドレイン間電圧
Vsd4を測定する。この結果、チャネル温度の上昇値Δ
Tは、以下の数式3で得られる。
[0003] Next, in the circuit of FIG.
This is the MOS FET under test whose thermal resistance is to be measured.
The FET 6 is an element having the same structure as the FET 2 in FIG. Here, the terminal D is grounded, the terminal G is connected to the terminal S, and the terminal S is connected by the switches 10, 11 and 12.
Is connected to the variable resistor 4. Then, the variable resistor 4 is adjusted so that a current equal to the minute current Id in FIG. 5 flows from the source to the drain, and the source-drain voltage Vsd3 at that time is measured. Next, switch 1
0, 11 and 12, the terminal D is connected to the voltage source 8, the terminal G is connected to the gate driver 13, and the terminal S
Are respectively connected to the current sources 9. As a result, the current I from the voltage source 8 to the drain of the FET under test 6
Flows, power P is consumed by the FET 6, and the FE under test
The channel temperature of T6 increases. At this time, switch 1
Switch 0, 11 and 12 back to their original state,
6, the source-drain voltage Vsd4 of the FET under test 6 is quickly measured without causing the channel temperature of the FET under test 6 to drop under the condition that the same minute current Id as in the above case flows. As a result, the channel temperature rise value Δ
T is obtained by the following equation (3).

【数3】ΔT=(Vsd4−Vsd3)/Kd このチャネル温度の上昇値ΔTとFET6の消費電力P
から以下の数式4により、熱抵抗Rthが得られる。
## EQU3 ## ΔT = (Vsd4−Vsd3) / Kd The rise value ΔT of the channel temperature and the power consumption P of the FET 6
From Equation (4), the thermal resistance Rth is obtained.

【数4】Rth=ΔT/PRth = ΔT / P

【0004】以上のような手順により、MOS型FET
の熱抵抗Rthを求める方法(以下、従来第1方法とい
う)は、MOS型FETの内部に形成される逆方向ダイ
オードの順電圧降下の温度依存性を利用している。この
結果、図7に示すような、MOS型FETとトランジス
タとを組み合わせた半導体装置の熱抵抗を測定しようと
すると、FETのドレイン・ソース間に形成される逆方
向ダイオードと、トランジスタのコレクタ・ベース間に
形成される逆方向ダイオードとに微小電流Idが分流さ
れ、これら両ダイオード間で分流比が異なることから、
正確に熱抵抗を測定することができないという問題があ
った。更に、IGBT(Insulated Gate Bipolar Trans
istor)と呼ばれる半導体素子の熱抵抗を測定しようと
すると、MOS型FETの中にp+半導体領域が設けら
れた構造になっているため、微小電流Idを流そうとし
た場合にp+領域とn-領域とで構成された逆バイアスP
N接合が形成され、微小電流Idが阻止される結果とな
り、熱抵抗の測定が不可能になるという問題もある。
According to the above procedure, the MOS FET
(Hereinafter, referred to as a conventional first method) utilizes the temperature dependence of the forward voltage drop of a reverse diode formed inside a MOS FET. As a result, as shown in FIG. 7, when trying to measure the thermal resistance of a semiconductor device in which a MOS FET and a transistor are combined, a reverse diode formed between the drain and source of the FET and the collector and base of the transistor are measured. Since the minute current Id is shunted to the reverse diode formed between them and the shunt ratio differs between these two diodes,
There was a problem that the thermal resistance could not be measured accurately. Furthermore, IGBT (Insulated Gate Bipolar Trans
When trying to measure the thermal resistance of a semiconductor element called istor), the structure is such that a p + semiconductor region is provided in a MOS FET. Reverse bias P composed of n-region
As a result, an N-junction is formed, and the minute current Id is blocked, so that there is a problem that the measurement of the thermal resistance becomes impossible.

【0005】以上の欠点を解決した方法として、例え
ば、特公平6-75091号公報に開示された方法(こ
れを従来第2方法という)がある。この従来第2方法に
よる回路を図8及び図9に示している。図8において、
校正用MOS型FET5を最初に温度T1の恒温槽に入
れ、電源25を調整することによりFET5のチャネル
温度が上昇しない程度の微小な既知の値の測定電流Ig
をドレインからソースに向けて流し、この時のゲート・
ソース間電圧Vsg1を測定する。次に、恒温槽の温度を
T2に変化させ、この状態で、ドレイン・ソース間に上
述と同様の微小測定電流Igが流れるように電源25を
調整し、この時のゲート・ソース電圧Vsg2を測定す
る。この結果、以下の数式が得られる。
As a method for solving the above-mentioned disadvantages, for example, there is a method disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-75091 (this is conventionally referred to as a second method). 8 and 9 show a circuit according to the second conventional method. In FIG.
The calibration MOS type FET 5 is first placed in a constant temperature bath at a temperature T1 and the power supply 25 is adjusted so that the measured current Ig of a minute known value such that the channel temperature of the FET 5 does not rise.
Flow from the drain to the source.
The source-to-source voltage Vsg1 is measured. Next, the temperature of the constant temperature bath is changed to T2, and in this state, the power supply 25 is adjusted so that the same minute measurement current Ig flows between the drain and the source, and the gate-source voltage Vsg2 at this time is measured. I do. As a result, the following equation is obtained.

【数5】 ΔVsg=Kg * (ΔT) ここで、ΔVsg=Vsg2−Vsg1 ΔT =T2−T1ΔVsg = Kg * (ΔT) where ΔVsg = Vsg2−Vsg1 ΔT = T2−T1

【数6】1/Kg=ΔT/ΔVsg1 / Kg = ΔT / ΔVsg

【0006】次に、図9において、スイッチ26及び2
7により、被試験FET7のソース端子Sを固定抵抗器
24に接続し、ゲート端子Gを電源25に接続し、前回
と同じ微小電流IgをFET7のドレインからソースに
向けて流すように電源25の電圧を調整し、この時のゲ
ート・ソース間電圧Vsg3を測定する。次に、スイッチ
26及び27により、ソース端子Sを電流源9に接続
し、ゲート端子Gをゲート・ドライバ13に接続する。
ゲート・ドライバ13により、ゲートがバイアスされ、
ドレインからソースに向けて電流源9により決まる試験
電流Iが流れ、FET7により、電力Pが消費され、F
ET7のチャネル温度が上昇する。
Next, referring to FIG. 9, switches 26 and 2
7, the source terminal S of the FET under test 7 is connected to the fixed resistor 24, the gate terminal G is connected to the power supply 25, and the power supply 25 is connected so that the same minute current Ig flows from the drain to the source of the FET 7 as before. The voltage is adjusted, and the gate-source voltage Vsg3 at this time is measured. Next, the switches 26 and 27 connect the source terminal S to the current source 9 and the gate terminal G to the gate driver 13.
The gate is biased by the gate driver 13,
The test current I determined by the current source 9 flows from the drain to the source, the power P is consumed by the FET 7, and the F
The channel temperature of ET7 rises.

【0007】次に、スイッチ26及び27を元に戻し、
再度、微小電流Igがドレインからソースに向けて流れ
るように電源25を調整し、FET7のチャネル温度が
低下しない内にドレイン・ソース電圧Vsg4を測定す
る。この時のFETのチャネル温度の上昇値ΔTは、以
下の数式7で得られる。
Next, the switches 26 and 27 are returned to the original positions,
Again, the power supply 25 is adjusted so that the minute current Ig flows from the drain to the source, and the drain-source voltage Vsg4 is measured while the channel temperature of the FET 7 does not decrease. At this time, the increase value ΔT of the channel temperature of the FET is obtained by the following equation (7).

【数7】ΔT=(1/Kg)*(Vsg4−Vsg3) この結果、FET7の熱抵抗Rthは、次の数式8で示さ
れる。
ΔT = (1 / Kg) * (Vsg4−Vsg3) As a result, the thermal resistance Rth of the FET 7 is expressed by the following equation (8).

【数8】Rth=ΔT/PRth = ΔT / P

【0008】この従来第2方法では、MOS型FETの
内部逆方向ダイオード(PN接合)の順電圧降下の温度
依存性を利用するのではなく、ゲート・ソース間電圧の
温度依存性を利用してチャネル温度上昇を測定してい
る。更に、FETへの微小電流の流れる方向と、チャネ
ル温度上昇をもたらす試験電流の流れる方向が一致して
いるので、単独のMOS型FETはもちろん、MOS型
FETとトランジスタとを同一チップ上に組み合わせた
半導体装置のMOS型FETに対しても熱抵抗の測定を
容易に行えるという特長がある。
In the second conventional method, the temperature dependency of the voltage between the gate and the source is not used, but the temperature dependency of the forward voltage drop of the internal reverse diode (PN junction) of the MOSFET. The channel temperature rise is measured. Furthermore, since the direction in which the minute current flows to the FET and the direction in which the test current causing the channel temperature rises match, not only a single MOSFET but also a MOSFET and a transistor are combined on the same chip. There is a feature that thermal resistance can be easily measured even for a MOS FET of a semiconductor device.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述の従来第1方法
は、PN接合(内部逆方向ダイオード)の温度依存性を
利用するので、ダイオード、トランジスタ、MOS型F
ET等の熱抵抗測定はできるが、MOS型FETとトラ
ンジスタの組み合わせチップやIGBT等には対応でき
ない。また、この従来第1方法の測定原理である、内部
逆方向ダイオードの順電圧降下がそのFETのチャネル
温度に応じて一義的に変化することを利用するという前
提条件が厳密には正しくない。すなわち、図10に示す
ように、FETの内部逆方向ダイオード30は、PN接
合により形成されており、このPN接合を介してソース
SからドレインDに向けて温度上昇を生じない程度の微
小電流Idが流されるのに対して、その後ドレインDか
らソースSへ向けて流れる温度上昇を伴う電流Iは、ゲ
ートのバイアスにより生じる導電チャネルを介して流れ
る。すなわち、本来的にFETの温度上昇を生じる電流
の流れる領域と、温度上昇を生じない微小電流の流れる
PN接合の領域とは厳密には同一ではなく、内部逆方向
ダイオードの順方向電圧降下を測定しても実際の負荷電
流による加熱部を直接測定したことにはならない。した
がって、厳密には熱抵抗の測定精度が劣るという問題も
ある。
The above-mentioned first conventional method utilizes the temperature dependence of a PN junction (internal reverse diode), so that a diode, a transistor, and a MOS type F are used.
Although thermal resistance such as ET can be measured, it cannot be applied to a combination chip of a MOS FET and a transistor or an IGBT. Further, the precondition of utilizing the fact that the forward voltage drop of the internal reverse diode changes uniquely according to the channel temperature of the FET, which is the measurement principle of the first conventional method, is not exactly correct. That is, as shown in FIG. 10, the internal reverse diode 30 of the FET is formed by a PN junction, and a very small current Id that does not cause a temperature rise from the source S to the drain D via the PN junction. Flows, while the current I with a temperature rise that subsequently flows from the drain D to the source S flows through the conductive channel caused by the bias of the gate. In other words, the region where the current that causes the temperature rise of the FET originally flows is not exactly the same as the region of the PN junction where the minute current that does not cause the temperature rise flows, and the forward voltage drop of the internal reverse diode is measured. However, this does not mean that the heating section was actually measured by the actual load current. Therefore, there is also a problem that the measurement accuracy of the thermal resistance is strictly inferior.

【0010】一方、従来第2方法は、FETのゲート・
ソース間の温度依存性を利用するので、FET、FET
とトランジスタの組み合わせチップ、IGBT等の熱抵
抗測定は可能であるが、ダイオードやトランジスタの熱
抵抗は測定できない。
[0010] On the other hand, the second conventional method uses the gate of the FET.
Since the temperature dependency between sources is used, FET, FET
It is possible to measure the thermal resistance of a combination chip of a transistor and a transistor, an IGBT or the like, but cannot measure the thermal resistance of a diode or a transistor.

【0011】更に、従来第1方法及び第2方法の何れの
方法でも、試験電流を流してチャネル温度が上昇してか
ら、微小測定電流に切り替えた後に測定するという手順
があるので、チャネル温度の上昇後から測定までに時間
的遅延が不可避的に生じ、その遅延時間内のチャネル温
度の低下により正確な熱抵抗の測定が困難になる。ま
た、ゲートとソースにおける接続切り替えのために複数
のスイッチが必要になり、回路構成も複雑化するという
欠点もある。
Further, in both the first method and the second method in the related art, there is a procedure in which, after a test current is applied and the channel temperature rises, measurement is performed after switching to a minute measurement current. A time delay inevitably occurs from the rise to the measurement, and a decrease in the channel temperature within the delay time makes it difficult to accurately measure the thermal resistance. In addition, a plurality of switches are required for switching the connection between the gate and the source, and the circuit configuration is complicated.

【0012】また、MOS型FETやIGBT等では、
大電流の試験電流を流すので、スイッチ等の接触抵抗
や、配線抵抗等も無視できない場合が多いのに、従来の
方法ではこれらの誤差の補正が考慮されていなかった。
更に、電流値の切り替えの際には誘導性リアクタンス成
分(いわゆるL成分)に急激な変化電流が流れることに
よる電圧変化分L*(di/dt)の顕著な影響によりスパイ
ク状の電圧変化が生じるが、これについても何ら考慮さ
れていなかった。
In a MOS FET, IGBT or the like,
Since a large test current is applied, the contact resistance of a switch and the like, the wiring resistance and the like cannot be ignored in many cases. However, the correction of these errors has not been considered in the conventional method.
Further, at the time of switching the current value, a spike-like voltage change occurs due to the remarkable influence of the voltage change L * (di / dt) due to the rapid change current flowing in the inductive reactance component (so-called L component). However, this was not considered at all.

【0013】更に、FETのゲート・ソース間及びゲー
ト・ドレイン間には夫々静電容量が存在しているが、こ
れらの静電容量の影響についても従来は考慮されていな
かった。即ち、例えば図9において、スイッチ27がゲ
ート・ドライバ13から電源25に切り替えられ、スイ
ッチ26が電流源9から抵抗器24に切り替えられる
と、FET7の動作状態が、ソース接地からドレイン接
地に切り替わる。この結果、ドレイン・ソース間の電圧
が著しく急激に変化することになるが、このような過渡
的な電圧変化についても従来方法は全く考慮されていな
かった。
[0013] Further, although capacitances exist between the gate and the source and between the gate and the drain of the FET, the influence of these capacitances has not been considered in the past. That is, for example, in FIG. 9, when the switch 27 is switched from the gate driver 13 to the power supply 25 and the switch 26 is switched from the current source 9 to the resistor 24, the operation state of the FET 7 is switched from the common source to the common drain. As a result, the voltage between the drain and the source changes remarkably abruptly. However, such a transient voltage change has not been considered at all in the conventional method.

【0014】本発明の目的は、上述の種々の課題を解決
できる新規な熱抵抗測定方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a novel thermal resistance measuring method which can solve the above-mentioned various problems.

【0015】[0015]

【課題を解決する為の手段】本発明の熱抵抗測定方法
は、被試験半導体素子に微小電流を順方向で供給し、上
記被試験半導体素子の順方向電圧降下の温度特性を測定
する第1ステップと、上記微小電流に比べて十分に大き
な値の試験電流及び上記微小電流を上記被試験半導体素
子に順方向で供給し、上記試験電流の供給停止直後にお
ける上記被試験半導体素子の順方向電圧降下の変化特性
を測定する第2ステップと、上記被試験半導体素子と略
同等のインダクタンス成分を有するダミー素子に、上記
微小電流及び試験電流を供給し、上記ダミー素子の両端
間電圧特性を測定する第3ステップと、該第3ステップ
の結果から、上記第2ステップの測定結果の誤差を補正
する第4ステップと、上記ステップ1及びステップ4の
測定結果から上記被試験半導体素子の熱抵抗を求める第
5ステップとからなることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a thermal resistance of a semiconductor device under test by supplying a small current to the semiconductor device under test in a forward direction and measuring a temperature characteristic of a forward voltage drop of the semiconductor device under test. And supplying a test current having a sufficiently large value compared to the minute current and the minute current to the semiconductor device under test in a forward direction, and a forward voltage of the semiconductor device under test immediately after the supply of the test current is stopped. A second step of measuring a change characteristic of the drop; supplying the small current and the test current to a dummy element having an inductance component substantially equal to that of the semiconductor element under test; and measuring a voltage characteristic between both ends of the dummy element. A third step, a fourth step of correcting an error of the measurement result of the second step from the result of the third step, and a step of correcting the error of the measurement result of the steps 1 and 4. Characterized by comprising the fifth step of obtaining the thermal resistance of the test semiconductor device.

【0016】以上の手順により、被試験半導体の種類に
関係なく、極めて正確に熱抵抗を測定することが可能に
なる。
According to the above procedure, it is possible to measure the thermal resistance extremely accurately regardless of the type of the semiconductor under test.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の好適な実施の形
態の一例を示すブロック図である。微小電流Idを発生
する微小電流源100の出力端と、試験電流Itestを発
生する試験電流源102の出力端とがノード104に接
続されている。微小電流源100は、ノード104とノ
ード105との間に接続されている。ノード104に接
続された第1スイッチ106とノード105に接続され
た第2スイッチ112により、被試験半導体素子(DU
T)108又はダミー素子110の何れか一方が選択的
にノード104及び105間に接続される。電圧測定回
路114が、ノード104及び105間に接続されてい
る。また、電流測定回路116が、ノード105と試験
電流源102との間に接続されている。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a preferred embodiment of the present invention. An output terminal of the small current source 100 that generates the small current Id and an output terminal of the test current source 102 that generates the test current Itest are connected to the node 104. The minute current source 100 is connected between the nodes 104 and 105. The first switch 106 connected to the node 104 and the second switch 112 connected to the node 105 allow the semiconductor device under test (DU)
Either T) 108 or dummy element 110 is selectively connected between nodes 104 and 105. A voltage measurement circuit 114 is connected between nodes 104 and 105. Further, a current measuring circuit 116 is connected between the node 105 and the test current source 102.

【0018】DUT108は、ノード104からノード
105に向かう方向が順方向となるように接続されてい
る。DUT108は、図1ではダイオードの如き2端子
素子であるが、図2に示すような、トランジスタ、MO
S型FET、IGBTの如き3端子素子でも構わない。
このような3端子素子の場合には、DUT108の制御
端子(例えば、トランジスタのベース端子、FET、I
GBTのゲート端子)に適当なバイアス回路118を接
続し、DUT108に微小電流Id又は試験電流Itest
の一方又は両方を流す場合に適正バイアスを与えるよう
にする。この結果、本発明の熱抵抗測定方法は、ダイオ
ード等の2端子素子だけでなく、トランジスタ、FE
T、IGBT等の3端子素子にも容易に適用できる。な
お、微小電流Idの値は、例えば数百μA〜数十mA程
度であり、この程度の電流が流れてもDUT108の温
度上昇は無視できる。しかし、試験電流Itestは、例え
ば数百A程度もあるので、試験電流Itestが流れた場合
にはDUT108の温度は急激に上昇することになる。
The DUT 108 is connected so that the direction from the node 104 to the node 105 is forward. The DUT 108 is a two-terminal element such as a diode in FIG.
A three-terminal element such as an S-type FET or IGBT may be used.
In the case of such a three-terminal element, the control terminal of the DUT 108 (for example, the base terminal of a transistor, FET, I
An appropriate bias circuit 118 is connected to the gate terminal of the GBT, and a small current Id or a test current Itest is connected to the DUT 108.
When applying one or both of them, an appropriate bias is applied. As a result, the thermal resistance measuring method of the present invention can be applied not only to two-terminal devices such as diodes, but also to transistors, FEs, and the like.
It can be easily applied to three-terminal elements such as T and IGBT. The value of the minute current Id is, for example, about several hundred μA to several tens mA, and even when such a current flows, the temperature rise of the DUT 108 can be ignored. However, since the test current Itest is, for example, about several hundreds A, when the test current Itest flows, the temperature of the DUT 108 rapidly rises.

【0019】本発明の熱抵抗測定方法の第1ステップに
よれば、スイッチ106及び112により、DUT10
8を選択し、微小電流源100から微小電流IdをDU
T108に流し、試験電流源102はオフ状態にしてお
く。この状態で、DUT108の周囲を恒温槽(図示せ
ず)で囲み、DUT108の温度と両端間電圧との関係
(温度特性)を測定する。この結果、微小電流Idを流
した状態における温度とDUT108の両端間順方向電
圧との関係が求められる。この求めた関係のグラフの一
例を図4に示している。
According to the first step of the thermal resistance measuring method of the present invention, the DUT 10 is controlled by the switches 106 and 112.
8 and the minute current Id from the minute current source 100 is
The test current source 102 is turned off at T108. In this state, the periphery of the DUT 108 is surrounded by a thermostat (not shown), and the relationship (temperature characteristic) between the temperature of the DUT 108 and the voltage between both ends is measured. As a result, the relationship between the temperature when the minute current Id is flowing and the forward voltage across the DUT 108 is obtained. An example of a graph of the obtained relationship is shown in FIG.

【0020】次のステップ2において、試験電流源10
2をオン状態にして、パルス状の試験電流Itestを微小
電流Idに重畳してDUT108に流し、所定時間(パ
ルス幅期間)後に、試験電流Itestをオフにした時点の
DUT108の両端間順方向電圧Vdutを測定する。
In the next step 2, the test current source 10
2 is turned on, a pulse-like test current Itest is superimposed on the minute current Id, and is supplied to the DUT 108. After a predetermined time (pulse width period), the forward voltage across the DUT 108 at the time when the test current Itest is turned off is set. Measure Vdut.

【0021】次のステップ3において、第1スイッチ1
06及び第2スイッチ112を切り替えて、ダミー素子
110をノード104及び105間に接続し、ダミー素
子110に微小電流源110からの微小電流Idと試験
電流源102からの試験電流Itestの両方を流し、試験
電流Itestのオフ時点におけるダミー素子110の両端
間電圧Idummyを測定する。このダミー素子110は、
DUT108と同じインダクタンスLを持つようにリー
ド線の太さ、長さ、材質、形状を同一になるように形成
したものである。また、ダミー素子110とDUT10
8とは、階路上互いに同じ接触抵抗、配線抵抗を有する
ように構成されている。したがって、急激に変化する試
験電流Itestをこのダミー素子に流した場合、DUT1
08とほぼ同じインダクタンスを有するので、L(di/d
t)に起因するスパイク電圧がDUT108と同じように
発生し、接触抵抗や配線抵抗による誤差も同じように発
生すると考えられる。したがって、このダミー素子11
0の両端間電圧を測定することにより、インダクタンス
成分Lに起因するスパイク電圧及び接触抵抗、配線抵抗
等に起因する誤差を求めることができる。すなわち、D
UT108の測定結果からダミー素子110の測定結果
を減算することにより、インダクタンス成分L、接触抵
抗、配線抵抗等による誤差を補正することができる。す
なわち、インダクタンス成分、接触抵抗、配線抵抗等の
誤差を除去したDUT108の真の電圧特性をVfとす
ると、以下の数式9が成り立つ。
In the next step 3, the first switch 1
06 and the second switch 112, the dummy element 110 is connected between the nodes 104 and 105, and both the small current Id from the small current source 110 and the test current Itest from the test current source 102 flow through the dummy element 110. The voltage Idummy between both ends of the dummy element 110 at the time when the test current Itest is turned off is measured. This dummy element 110
The lead wires are formed to have the same thickness, length, material, and shape so as to have the same inductance L as the DUT. Further, the dummy element 110 and the DUT 10
8 is configured to have the same contact resistance and wiring resistance on the floor. Therefore, when a test current Itest which changes rapidly flows through this dummy element, DUT1
08, which has almost the same inductance as L (di / d
It is considered that a spike voltage due to t) occurs in the same manner as in the DUT 108, and an error due to contact resistance and wiring resistance also occurs in the same manner. Therefore, this dummy element 11
By measuring the voltage between both ends of 0, a spike voltage due to the inductance component L and an error due to contact resistance, wiring resistance, and the like can be obtained. That is, D
By subtracting the measurement result of the dummy element 110 from the measurement result of the UT 108, errors due to the inductance component L, contact resistance, wiring resistance, and the like can be corrected. That is, assuming that a true voltage characteristic of the DUT 108 from which errors such as an inductance component, a contact resistance, and a wiring resistance are removed is Vf, the following Expression 9 is established.

【数9】Vf=Vdut − VdummyVf = Vdut−Vdummy

【0022】このようにして求めた真の電圧特性Vfの
グラフの一例を図3に示す。このグラフから過渡熱電圧
ΔVfが図示しているように容易に求められる。すなわ
ち、Vfの曲線の最小値の時点は、試験電流Itestがオ
ン状態からオフ状態に遷移した瞬間を示しており、この
時点の電圧値とVfの曲線が一定値に収束した電圧値と
の差が過渡熱の発生によりDUT108のチャネル温度
が変化したことに起因する順方向電圧の変化を表してい
るのである。
FIG. 3 shows an example of a graph of the true voltage characteristic Vf obtained in this manner. From this graph, the transient heat voltage ΔVf can be easily obtained as shown. That is, the time point of the minimum value of the curve of Vf indicates the moment when the test current Itest transitions from the ON state to the OFF state, and the difference between the voltage value at this time point and the voltage value at which the curve of Vf converges to a constant value is shown. Represents a change in the forward voltage caused by a change in the channel temperature of the DUT 108 due to the generation of transient heat.

【0023】図4は、上述の結果に基づき、DUT10
8の過渡熱抵抗Rthを求める方法を示すグラフである。
右下がりのほぼ直線状のグラフは、DUT108に微小
電流Idを流した場合のDUT108の順方向電圧の温
度特性を表すもので、ステップ1の方法により測定され
たものである。このグラフ上で、上述の過渡熱電圧ΔV
fに対応する温度変化ΔTを容易に求めることができ
る。そして、試験電流Itestのパルス幅の期間における
試験電流Itestと微小電流Idとの総合電流の平均値を
Ic、この期間中のDUT108の順方向電圧の平均値
をVfとすると、DUT108が消費した平均電力P
は、Vf*Icと表されるので、以下の数式10により、
DUT108の熱抵抗Rthが得られる。
FIG. 4 shows the DUT 10 based on the above results.
8 is a graph showing a method for obtaining a transient thermal resistance Rth of FIG.
A substantially linear graph falling to the right shows the temperature characteristics of the forward voltage of the DUT 108 when a small current Id flows through the DUT 108, and is measured by the method of Step 1. On this graph, the above-mentioned transient heat voltage ΔV
The temperature change ΔT corresponding to f can be easily obtained. If the average value of the total current of the test current Itest and the small current Id during the pulse width of the test current Itest is Ic, and the average value of the forward voltage of the DUT 108 during this period is Vf, the average consumed by the DUT 108 Power P
Is expressed as Vf * Ic.
The thermal resistance Rth of the DUT 108 is obtained.

【数10】 Rth = ΔT/P = ΔT/(Vf*Ic) [℃/W]Rth = ΔT / P = ΔT / (Vf * Ic) [° C./W]

【0024】上述のように、本発明の熱抵抗測定方法
は、被試験半導体素子の種類に関係なく適用可能であ
り、パルス状の試験電流を微小電流に重畳することによ
り、試験電流のオフ状態になった瞬間の時点(パルス状
試験電流の立ち下がり時点)の電圧を測定可能であり、
温度の低下による誤差を防止することが可能であり、更
に、ダミー素子を用いてインダクタンス成分Lに起因す
るスパイク電圧の誤差及び接触抵抗、配線抵抗等に起因
する誤差を補正することができる。その上、従来のよう
に微小電流と試験電流をスイッチを使用して択一的に切
り替えるわけではないので、スイッチが不要であり、回
路構成上も簡単化できる。更に、従来方法のように、微
小電流と試験電流とをスイッチで切り替える必要がない
ので、被試験素子の端子間に存在する静電容量を介して
生じるスイッチ切り替え時の過渡的な電圧変化の問題も
発生しない。
As described above, the thermal resistance measuring method of the present invention can be applied irrespective of the type of semiconductor device under test, and by superimposing a pulse-like test current on a minute current, the test current can be turned off. The voltage at the moment when it becomes (falling time of the pulse-like test current) can be measured,
It is possible to prevent an error due to a decrease in temperature, and it is possible to correct an error in a spike voltage due to the inductance component L and an error due to a contact resistance, a wiring resistance, and the like using a dummy element. In addition, since a small current and a test current are not selectively switched using a switch as in the related art, a switch is not required and the circuit configuration can be simplified. Furthermore, unlike the conventional method, there is no need to switch between a very small current and a test current with a switch, so that there is a problem of a transient voltage change at the time of switch switching caused by the capacitance existing between the terminals of the device under test. Also does not occur.

【0025】以上、本発明の好適実施例を説明したが、
本発明は、上述の実施例のみに限定されるものではな
く、本発明の要旨から逸脱することなく、種々の変形及
び修正を加え得ることは当業者には明らかである。例え
ば、図1においてDUT108とダミー素子110との
切り替えにスイッチを採用したが、大電流の試験電流を
流すことを考慮して大電流用のソケットにDUT又はダ
ミー素子を差し替えるように構成しても良い。その場
合、手動の作業が増えるがスイッチは不要であり、また
スイッチの接触抵抗に起因する誤差等の問題を回避する
ことができる。
The preferred embodiment of the present invention has been described above.
It will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to only the above-described embodiments, and that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, although a switch is employed for switching between the DUT 108 and the dummy element 110 in FIG. 1, the DUT or the dummy element may be replaced with a socket for a large current in consideration of the flow of a large current test current. good. In this case, a manual operation increases, but a switch is unnecessary, and a problem such as an error caused by a contact resistance of the switch can be avoided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用するのに好適な回路の一例を示す
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a circuit suitable for applying the present invention.

【図2】図1において、3端子半導体素子に適用する場
合に好適な被試験装置とバイアス回路の接続例を示すブ
ロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a connection example of a device under test and a bias circuit suitable for applying to a three-terminal semiconductor device in FIG. 1;

【図3】本発明における真のDUTの順方向電圧Vfを
表すグラフの一例である。
FIG. 3 is an example of a graph showing a forward voltage Vf of a true DUT according to the present invention.

【図4】本発明における熱抵抗を求める手順を示すDU
Tの順方向電圧の温度特性を示すグラフの一例である。
FIG. 4 is a DU showing a procedure for obtaining a thermal resistance in the present invention.
7 is an example of a graph showing temperature characteristics of a forward voltage of T.

【図5】従来第1方法の熱抵抗測定方法のための回路の
一部を表す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a part of a circuit for a thermal resistance measuring method according to a first conventional method.

【図6】従来第1方法のための回路の他の一部を表す回
路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another part of the circuit for the conventional first method.

【図7】MOS型FETとトランジスタとの組み合わせ
回路の一例を示す回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a combination circuit of a MOS FET and a transistor.

【図8】従来第2方法のための回路の一部を表す回路図
である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a part of a circuit for a second conventional method.

【図9】従来第2方法のための回路の他の一部を表す回
路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing another part of the circuit for the second conventional method.

【図10】MOS型FETの構造の一例を示す断面図で
ある。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a structure of a MOS-type FET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 微小電流源 102 試験電流源 106 第1スイッチ 108 被試験半導体素子(DUT) 110 ダミー素子 112 第2スイッチ Reference Signs List 100 small current source 102 test current source 106 first switch 108 semiconductor device under test (DUT) 110 dummy device 112 second switch

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被試験半導体素子に微小電流を順方向で
供給し、上記被試験半導体素子の順方向電圧降下の温度
特性を測定する第1ステップと、 上記微小電流に比べて十分に大きな値の試験電流及び上
記微小電流を上記被試験半導体素子に順方向で供給し、
上記試験電流の供給停止直後における上記被試験半導体
素子の順方向電圧降下の特性を測定する第2ステップ
と、 上記被試験半導体素子と略同等のインダクタンス成分を
有するダミー素子に、上記微小電流及び試験電流を供給
し、上記ダミー素子の両端間電圧特性を測定する第3ス
テップと、 該第3ステップの結果から、上記第2ステップの測定結
果の誤差を補正する第4ステップと、 上記ステップ1及びステップ4の測定結果から上記被試
験半導体素子の熱抵抗を求める第5ステップとからなる
ことを特徴とする熱抵抗測定方法。
A first step of supplying a small current in a forward direction to a semiconductor device under test and measuring a temperature characteristic of a forward voltage drop of the semiconductor device under test; and a value sufficiently larger than the small current. Supplying the test current and the minute current to the semiconductor device under test in the forward direction,
A second step of measuring the characteristics of the forward voltage drop of the semiconductor device under test immediately after the supply of the test current is stopped, and applying the small current and test to the dummy device having an inductance component substantially equal to that of the semiconductor device under test. A third step of supplying a current and measuring a voltage characteristic between both ends of the dummy element; a fourth step of correcting an error of the measurement result of the second step based on a result of the third step; A fifth step of obtaining the thermal resistance of the semiconductor device under test from the measurement result of step 4.
【請求項2】 上記被試験半導体素子は、ダイオードそ
の他の2端子素子であることを特徴とする請求項1記載
の熱抵抗測定方法。
2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor device under test is a diode or other two-terminal device.
【請求項3】 上記被試験半導体素子は、バイポーラト
ランジスタ、MOSFET、IGBTその他の3端子素
子であり、上記微小電流及び試験電流を上記被試験半導
体素子に供給する際に、上記被試験半導体素子の制御端
子にそれぞれ適正バイアスを供給することを特徴とする
請求項1記載の熱抵抗測定方法。
3. The semiconductor device under test is a bipolar transistor, MOSFET, IGBT or other three-terminal device. When supplying the small current and the test current to the semiconductor device under test, the semiconductor device under test includes 2. The method according to claim 1, wherein an appropriate bias is supplied to each of the control terminals.
【請求項4】 上記第3ステップにより得られた上記ダ
ミー素子の両端間電圧特性は、インダクタンス成分に起
因するL*(di/dt)ノイズと、接触抵抗、配線抵抗等に
起因する抵抗損失を含み、上記第4ステップにより、上
記L*(di/dt)ノイズ及び抵抗損失の誤差を補正するこ
とを特徴する請求項1記載の熱抵抗測定方法。
4. A voltage characteristic between both ends of the dummy element obtained in the third step includes L * (di / dt) noise caused by an inductance component and resistance loss caused by a contact resistance, a wiring resistance and the like. 2. The method according to claim 1, further comprising correcting the error of the L * (di / dt) noise and the resistance loss by the fourth step.
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