專利名稱：一種金屬氧化物半導(dǎo)體管的結(jié)溫和熱阻測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該技術(shù)屬于微電子技術(shù)中，半導(dǎo)體器件測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬氧化物半導(dǎo)體管的結(jié)溫和熱阻測量方法。
背景技術(shù)：
大規(guī)模集成電路的芯片制造完成后，除了采用厚膜工藝或薄膜工藝，將其進(jìn)行二次集成的情況外，多數(shù)情況下都需要封裝。大規(guī)模集成電路的封裝又稱為后工序。封裝的作用在于為芯片提供電學(xué)連接、機械承載，使其便于操作使用，為大規(guī)模集成電路的使用者提供一個規(guī)范的安裝結(jié)構(gòu)與尺寸，避免芯片受外力作用、劃傷、受水蒸氣或者其他有害氣體的侵蝕，有時候還可以在同一個封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)封裝多個芯片，從而使集成電路芯片能夠發(fā)揮正常的功能，并保證其具有高穩(wěn)定性和可靠性。伴隨著功率器件和芯片制造業(yè)的不斷發(fā)展， 對于半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)的投入也越來越大，封裝產(chǎn)業(yè)也進(jìn)入了一個高速發(fā)展時期。半導(dǎo)體封裝的設(shè)計和質(zhì)量的好壞，對集成電路總體的性能優(yōu)劣影響很大，因為封裝應(yīng)具有較強的機械性能、良好的散熱性能、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。封裝還必須充分地適應(yīng)產(chǎn)品的需要和發(fā)展，由于各類產(chǎn)品的功能和應(yīng)用不同，其總體結(jié)構(gòu)和封裝要求也往往不同，因此集成電路封裝必須多種多樣，才能滿足各種產(chǎn)品的需要。功率半導(dǎo)體器件在工作中總會產(chǎn)生一定的熱量，倘若這些熱量不能及時有效地傳播出去，就會造成器件內(nèi)部熱積累，結(jié)溫上升，使得器件可靠性降低，甚至造成器件功能失效，無法安全工作。功率半導(dǎo)體器件的散熱能力通常用封裝熱阻來表征，熱阻越小，則散熱能力越好。 因此，正確了解封裝熱阻的物理意義、使用方式以及測量技術(shù)對于改進(jìn)器件散熱能力的分析和設(shè)計有很大的幫助。根據(jù)不同的需要，封裝熱阻有多種定義形式，最主要的為以下兩種定義方式，各大半導(dǎo)體廠商也一般只給這兩種定義的熱阻信息。a.結(jié)到外界環(huán)境的熱阻Rua :在自然對流或強制對流條件下從芯片接面到大氣中的熱阻，用于比較封裝散熱的容易與否。b.結(jié)到外殼的熱阻是指熱由芯片接面?zhèn)鞯絀C封裝外殼的熱阻，在測量時需接觸一等溫面，主要是用于評估散熱片的散熱性能。目前對半導(dǎo)體器件工作溫度和熱阻的測量方法主要有紅外熱像儀法、電學(xué)參數(shù)法、光譜法、光熱阻掃描法及光功率法等。這些方法基于不同的測量原理，可以測量半導(dǎo)體器件表面的溫度分布或者某種意義上的平均溫度，這些方法往往都需要專用的測試設(shè)備或者復(fù)雜的測試系統(tǒng)。如紅外掃描熱像法是使用紅外測溫儀來表征器件表面溫度分布?？梢跃_地測量器件的結(jié)溫、結(jié)溫分布和熱阻參數(shù)，有助于在設(shè)計研制階段采取糾正措施，提高器件的使用壽命，也可用于高可靠性器件的篩選。但是紅外掃描設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作方法復(fù)雜、測試效率低，須耗費較多的時間；成本高；而且只能對器件或芯片表面直接測量即器件或芯片是為封裝或開封的狀態(tài)，因此對實際器件或芯片成品的考核不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種簡單快速的一種金屬氧化物半導(dǎo)體管的結(jié)溫和熱阻測量方法，采用本發(fā)明后，只需使用常備測試設(shè)備及儀器，就能實現(xiàn)對半導(dǎo)體器件工作結(jié)溫和穩(wěn)態(tài)熱阻的非破壞性測試。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種金屬氧化物半導(dǎo)體管的結(jié)溫和熱阻測量方法，步驟I將放置有待測器件的絕緣基板放置在溫度控制箱內(nèi)，并將溫度控制箱調(diào)至 25°C，依據(jù)待測器件安全工作區(qū)的范圍，保證待測器件能夠正常工作的前提下，給待測器件漏源兩端施加直流電壓，步驟2在柵極上施加?xùn)艠O直流工作電壓，測量柵極上的電壓為直流工作電壓時待測器件漏源兩端的電流，步驟3撤去柵極上的直流工作電壓，再在柵極上施加方波脈沖電壓，所述方波脈沖電壓的幅值等于步驟2所述的直流工作電壓，占空比小于I %且周期不大于I毫秒，此后， 逐漸增加溫度控制箱內(nèi)部的溫度，最高溫度不超過測試器件結(jié)溫，待測器件漏源兩端的漏電流會隨著溫度控制箱內(nèi)部溫度的逐漸升高而不斷下降，使用電流測量設(shè)備不斷地測量待測器件漏源兩端的漏電流，當(dāng)測得的待測器件漏源兩端的漏電流與由步驟2測得的待測器件漏源兩端的電流相等時，記錄下此時的溫度控制箱內(nèi)部溫度并以此時的溫度控制箱內(nèi)部溫度作為等效結(jié)溫，并進(jìn)入步驟5;如果溫度控制箱內(nèi)部溫度升高至待測器件所允許的最高結(jié)溫時，所測得的漏電流依然高于步驟2所測得的漏電流，則撤去柵極上的方波脈沖電壓，降低待測器件漏源兩端的直流電壓，返回步驟2，步驟4計算待測器件的熱阻值，根據(jù)公式，
權(quán)利要求
1.一種金屬氧化物半導(dǎo)體管的結(jié)溫和熱阻測量方法，其特征在于，步驟I將放置有待測器件的絕緣基板放置在溫度控制箱內(nèi)，并將溫度控制箱調(diào)至 25°C，依據(jù)待測器件安全工作區(qū)的范圍，保證待測器件能夠正常工作的前提下，給待測器件漏源兩端施加直流電壓，步驟2在柵極上施加?xùn)艠O直流工作電壓，測量柵極上的電壓為直流工作電壓時待測器件漏源兩端的電流，步驟3撤去柵極上的直流工作電壓，再在柵極上施加方波脈沖電壓，所述方波脈沖電壓的幅值等于步驟2所述的直流工作電壓，占空比小于I %且周期不大于I毫秒，此后，逐漸增加溫度控制箱內(nèi)部的溫度，最高溫度不超過測試器件結(jié)溫，待測器件漏源兩端的漏電流會隨著溫度控制箱內(nèi)部溫度的逐漸升高而不斷下降，使用電流測量設(shè)備不斷地測量待測器件漏源兩端的漏電流，當(dāng)測得的待測器件漏源兩端的漏電流與由步驟2測得的待測器件漏源兩端的電流相等時，記錄下此時的溫度控制箱內(nèi)部溫度并以此時的溫度控制箱內(nèi)部溫度作為等效結(jié)溫， 并進(jìn)入步驟5 ；如果溫度控制箱內(nèi)部溫度升高至待測器件所允許的最高結(jié)溫時，所測得的漏電流依然高于步驟2所測得的漏電流，則撤去柵極上的方波脈沖電壓，降低待測器件漏源兩端的直流電壓，返回步驟2，步驟4計算待測器件的熱阻值，根據(jù)公式，Tj-Ta Tj-Ta ωΑ P V I1 Hy ds 1ds其中，Tj為步驟3中記錄的等效結(jié)溫，Ta為所設(shè)定的室溫25°C，Ph為待測器件的功耗， Vds為步驟2中待測器件漏源兩端的電壓值，Ids為步驟2中所測得的待測器件漏源兩端的電流值，RejA為待測器件結(jié)到環(huán)境溫度的穩(wěn)態(tài)封裝熱阻值，將測試所得數(shù)據(jù)帶入上述公式， 計算得到待測器件的穩(wěn)態(tài)熱阻值。
全文摘要
一種金屬氧化物半導(dǎo)體管的結(jié)溫和熱阻測量方法，將放置有待測器件的絕緣基板放置在溫度控制箱內(nèi)，并將溫度控制箱調(diào)至25℃，給待測器件漏源兩端施加直流電壓，在柵極上施加?xùn)艠O直流工作電壓，測量柵極上的電壓為直流工作電壓時待測器件漏源兩端的電流，撤去柵極上的直流工作電壓，再在柵極上施加方波脈沖電壓，逐漸增加溫度控制箱內(nèi)部的溫度，最高溫度不超過測試器件結(jié)溫，不斷地測量待測器件漏源兩端的漏電流，當(dāng)測得的待測器件漏源兩端的漏電流與待測器件漏源兩端的電流相等時，以此時的溫度控制箱內(nèi)部溫度作為等效結(jié)溫，計算待測器件的熱阻值。
文檔編號G01R31/26GK102608511SQ20121005950
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者劉斯揚, 孫偉鋒, 張頔, 時龍興, 錢欽松, 陸生禮 申請人:東南大學(xué)