專利名稱：一種大功率碳化硅二極管熱阻測試方法
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，尤其涉及大功率碳化硅二極管的結(jié)溫和熱阻測量方法，大功率指正常工作功率可以在2W以上的二極管。
背景技術(shù)：
碳化硅是一種新型的復(fù)合材料，由于其禁帶寬度較大，耐高溫，底遷移率，高導(dǎo)電性，以及好的導(dǎo)熱性能等優(yōu)勢得到了廣泛的應(yīng)用，也進(jìn)一步促進(jìn)了高壓大功率二極管的發(fā)展。雖然碳化硅材料具有很好的導(dǎo)熱性能，但為了二極管的使用方便需要對其進(jìn)行封裝，炎芯片提供電學(xué)連接、機(jī)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(gè)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。封裝影響了二極管的散熱性能，尤其對于高壓大功率二極管，它們要經(jīng)驗(yàn)工作于高壓大電流環(huán)境下，高的功耗對其散熱性能也提出了高的要求，倘若這些熱量不能及時(shí)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。這就對器件封裝的設(shè)計(jì)和質(zhì)量提出了一定的要求，封裝的形式是多種多樣的，不同的器件也有不同的要求?，F(xiàn)階段常用的表征封裝后器件散熱能力的方法就是對產(chǎn)品熱阻的測量。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(jì)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(qiáng)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Reie :是指熱由芯片接面?zhèn)鞯絀C封裝外殼的熱阻，在測量時(shí)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(jì)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(fèi)較多的時(shí)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未封裝或開封的狀態(tài)，因此對實(shí)際器件或芯片成品的考核不能滿足要求。尤其是針對大功率二極管的熱阻測量這一區(qū)域的技術(shù)更是缺乏。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的提供了一種簡單易行且測試準(zhǔn)確性高的大功率碳化硅二極管熱阻測試方法，采用本發(fā)明后，只需使用常備測試設(shè)備及儀器，就能實(shí)現(xiàn)對大功率碳化硅二極管工作結(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)方案一種大功率碳化硅二極管結(jié)溫和熱阻測量方法步驟I、將放置有待測二極管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)待測二極管安全工作區(qū)的范圍，保證待測器件能夠正常工作的前提下，給待測二極管兩端施加脈沖寬度為200 ii s的單電流脈沖，脈沖電流依次取值為0. 5A、0. 8A、1. 0A、I. 2A、1. 4A、1. 6A、1. 8A、及2. 0A，并分別記錄下不同脈沖電流下二極管上的壓降，步驟2、將溫箱溫度升至125°C，依據(jù)待測二極管安全工作區(qū)的范圍，保證待測器件能夠正常工作的前提下，給待測二極管兩端施加脈沖寬度為200 ii s的單電流脈沖，脈沖電流依次取值為0. 5A、0. 8A、1. 0A、1. 2A、1. 4A、1. 6A、1. 8A、及2. 0A，并分別記錄下不同脈沖電流下二極管上的壓降，步驟3、根據(jù)前兩步所得結(jié)果，分別作出同一脈沖電流的125°C時(shí)的壓降與25°C時(shí)的壓降的差值，剔除壓降差值小于SOmV所對應(yīng)的脈沖電流，再在剩余的脈沖電流中尋找出最大的脈沖電流并將最大的脈沖電流作為測試電流Ids，步驟4、將溫箱溫度設(shè)為25°C，然后給二極管灌一大小與步驟3中選定的測試電流Ids大小相同的直流電流，待壓降穩(wěn)定后測出此時(shí)二極管上的壓降Vds，步驟5、升高溫箱溫度，待二極管內(nèi)溫度與溫箱溫度相等后給二極管通以200y s脈沖電流，所述脈沖電流的幅值與步驟3中所選定的測試電流相同，測出此時(shí)二極管的壓降，逐漸升高溫箱溫度，并監(jiān)測二極管的壓降，當(dāng)測得二極管壓降與步驟4中所測得的壓降相等時(shí)，此時(shí)溫箱的溫度即為步驟4測得的二極管壓降Vds所對應(yīng)的穩(wěn)定結(jié)溫Ir步驟6、根據(jù)熱阻計(jì)算公式，求出所測二極管的熱阻值，公式如下
權(quán)利要求
1 一種大功率碳化硅二極管熱阻測試方法，其特征在于， 步驟I、將放置有待測二極管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)待測二極管安全工作區(qū)的范圍，保證待測器件能夠正常工作的前提下，給待測二極管兩端施加脈沖寬度為200 ii s的單電流脈沖，脈沖電流依次取值為0. 5A、0. 8A、1. 0A、I.2A、1. 4A、1. 6A、1. 8A、及2. 0A，并分別記錄下不同脈沖電流下二極管上的壓降， 步驟2、將溫箱溫度升至125°C，依據(jù)待測二極管安全工作區(qū)的范圍，保證待測器件能夠正常工作的前提下，給待測二極管兩端施加脈沖寬度為200 ii s的單電流脈沖，脈沖電流依次取值為0. 5A、0. 8A、1. 0A、1. 2A、1. 4A、1. 6A、1. 8A、及2. 0A,并分別記錄下不同脈沖電流下二極管上的壓降， 步驟3、根據(jù)前兩步所得結(jié)果，分別作出同一脈沖電流的125°C時(shí)的壓降與25°C時(shí)的壓降的差值，剔除壓降差值小于SOmV所對應(yīng)的脈沖電流，再在剩余的脈沖電流中尋找出最大的脈沖電流并將最大的脈沖電流作為測試電流Ids， 步驟4、將溫箱溫度設(shè)為25°C，然后給二極管灌一大小與步驟3中選定的測試電流Ids大小相同的直流電流，待壓降穩(wěn)定后測出此時(shí)二極管上的壓降Vds， 步驟5、升高溫箱溫度，待二極管內(nèi)溫度與溫箱溫度相等后給二極管通以200y s脈沖電流，所述脈沖電流的幅值與步驟3中所選定的測試電流相同，測出此時(shí)二極管的壓降，逐漸升高溫箱溫度，并監(jiān)測二極管的壓降，當(dāng)測得二極管壓降與步驟4中所測得的壓降相等時(shí)，此時(shí)溫箱的溫度即為步驟4測得的二極管壓降Vds所對應(yīng)的穩(wěn)定結(jié)溫Ir步驟6、根據(jù)熱阻計(jì)算公式，求出所測二極管的熱阻值，公式如下 其中T1為步驟5中所測得的等效結(jié)溫，Ta為所設(shè)定的環(huán)境溫度25°C，PH為二極管的輸入功率，Vds為步驟4中二極管穩(wěn)定后的壓降，Ids為步驟4中二極管所加的電流值，R0ja為二極管的結(jié)到環(huán)境熱阻值，將所測數(shù)據(jù)帶入上式即可求出待測二極管的結(jié)到環(huán)境熱阻值。
全文摘要
一種大功率碳化硅二極管熱阻測試方法，將放置有待測器件的絕緣基板放置在溫度控制箱內(nèi)，并將溫箱調(diào)至25℃，為二極管加一極短暫的單脈沖電流，測試不同脈沖電流大小對應(yīng)的二極管壓降。然后將溫箱溫度升至125℃，測量不同脈沖電流大小對應(yīng)的二極管壓降，并與25℃下所測數(shù)值進(jìn)行比較，在保證壓降有明顯變化的前提下取一最大電流。將溫箱溫度降至25℃，為二極管加直流電流，大小為前面所選取的電流，待結(jié)溫穩(wěn)定后測量二極管壓降。改變溫箱溫度，然后以脈沖電流測試此時(shí)二極管的壓降，直至某一溫度下二極管的壓降與灌直流時(shí)二極管上壓降相等，我們就認(rèn)為此時(shí)溫箱的溫度即為等效結(jié)溫。根據(jù)等效結(jié)溫利用熱阻計(jì)算公式求出二極管的熱阻。
文檔編號G01N25/20GK102759544SQ20121023439
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者劉斯揚(yáng), 衛(wèi)能, 孫偉鋒, 張春偉, 時(shí)龍興, 錢欽松, 陸生禮 申請人:東南大學(xué)