專利名稱：半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置及方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體功率器件在工作過(guò)程中常因發(fā)熱使結(jié)溫過(guò)高導(dǎo)致其損壞，因此非常有必要控制半導(dǎo)體功率器件在工作過(guò)程中的結(jié)溫，結(jié)溫可以通過(guò)半導(dǎo)體功率器件的熱阻及殼溫推算得出?，F(xiàn)有技術(shù)中熱阻測(cè)試儀的設(shè)計(jì)，一方面是為了客觀地評(píng)價(jià)半導(dǎo)體功率器件的熱阻，合理設(shè)計(jì)PCB及散熱元件，使半導(dǎo)體功率器件在工作過(guò)程中的結(jié)溫不超過(guò)安全區(qū)域，保障半導(dǎo)體功率器件的安全正常運(yùn)行；另一方面，可以評(píng)估影響半導(dǎo)體功率器件散熱性能的所有參數(shù)，分析半導(dǎo)體功率器件封裝工藝差別，做出封裝方面改進(jìn)，有助于改善半導(dǎo)體功率器件的散熱性能；同時(shí)也可以用來(lái)驗(yàn)證封裝可靠性，分析半導(dǎo)體功率器件熱損壞的具體原因，做出可靠性改進(jìn)?，F(xiàn)有的熱阻測(cè)試儀一般只測(cè)試二極管的熱阻，在測(cè)試時(shí)將二極管置于恒溫結(jié)構(gòu)中，并在測(cè)試過(guò)程中施加一定的加熱電流使內(nèi)部結(jié)溫上升，根據(jù)結(jié)溫上升差異，來(lái)評(píng)價(jià)封裝材料的熱阻。上述測(cè)試方式存在著以下兩點(diǎn)不足，一是采用恒溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，在恒溫結(jié)構(gòu)下，二級(jí)管加載加熱電流過(guò)程中，不同封裝材料的熱阻會(huì)有差異，表面溫度上升存在不同，并且實(shí)際操作過(guò)程中恒溫結(jié)構(gòu)與不同元件接觸差異等客觀因素存在，使每次測(cè)試元件封裝體表面溫度時(shí)均會(huì)產(chǎn)生一定偏差，從而影響實(shí)際測(cè)試的精度，同時(shí)精確的、帶有閉環(huán)控制、響應(yīng)速度快的恒溫結(jié)構(gòu)成本較高。二是在測(cè)試過(guò)程中采用恒加熱電流方式進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試時(shí)施加相同的加熱電流I，并測(cè)量得到熱敏結(jié)構(gòu)的壓降V，可以計(jì)算出功率P。而熱阻為Rjc= Δ T/P，對(duì)于兩個(gè)相同元件，在封裝材料熱阻有差異時(shí)，內(nèi)部熱敏結(jié)構(gòu)在不同溫升情況下，熱敏結(jié)構(gòu)導(dǎo)通電壓V存在差異，隨著溫度逐漸上升，熱敏結(jié)構(gòu)導(dǎo)通電壓會(huì)逐漸下降，即施加的功率P存在差異， 熱阻的測(cè)試主要在于橫向?qū)Ρ戎g的差異，在計(jì)算公式中Λ T與P兩個(gè)因素都存在變化，這樣的試驗(yàn)結(jié)果會(huì)存在偏差，影響測(cè)試的精確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有熱阻測(cè)試儀在測(cè)試過(guò)程中存在測(cè)量精確度低、成本高和測(cè)量種類單一的上述問(wèn)題，提供了一種測(cè)量精確高、測(cè)試簡(jiǎn)單、測(cè)量覆蓋面廣和成本低的半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置及方法。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的一種技術(shù)方案是一種半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述測(cè)試裝置具有一測(cè)試機(jī)及分別與測(cè)試機(jī)相連的溫度控制箱和靜態(tài)空氣箱，溫度控制箱內(nèi)設(shè)有溫控器和用于連接待測(cè)器件的第一連接器，靜態(tài)空氣箱內(nèi)設(shè)有用于檢測(cè)靜態(tài)空氣箱內(nèi)溫度的第一溫度探針、用于檢測(cè)待測(cè)器件殼溫的第二溫度探針及用于連接待測(cè)器件的第二連接器；所述測(cè)試機(jī)包括用于控制及處理檢測(cè)數(shù)據(jù)并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算熱阻的微處理器及分別與微處理器相連的用于檢測(cè)待測(cè)器件正向?qū)妷汉洼敵鰷y(cè)試電流的電壓測(cè)試模塊、用于輸出加熱電流和檢測(cè)待測(cè)器件電壓的恒功率輸出模塊、用于驅(qū)動(dòng)待測(cè)器件的驅(qū)動(dòng)電源模塊和溫度采集模塊，微處理器還與溫控器相連；電壓測(cè)試模塊的測(cè)試電流輸出端和電壓檢測(cè)端均分別與第一連接器和第二連接器相連，電壓測(cè)試模塊輸出測(cè)試電流到第一連接器或第二連接器上，并檢測(cè)連接在第一連接器或第二連接器上待測(cè)器件的正向?qū)妷海愎β瘦敵瞿K的加熱電流輸出端與第二連接器相連，恒功率輸出模塊輸出加熱電流到第二連接器上，并檢測(cè)連接在第二連接器上待測(cè)器件的電壓，驅(qū)動(dòng)電源模塊輸出端與第二連接器相連，驅(qū)動(dòng)電源模塊用于驅(qū)動(dòng)待測(cè)器件，溫度采集模塊的溫度輸入端分別與第一溫度探針和第二溫度探針相連，溫度采集模塊接收第一溫度探針和第二溫度探針的溫度信號(hào)，并將溫度信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥?。其中，溫度控制箱采用烘箱，用于控制待測(cè)器件所處環(huán)境的溫度，使計(jì)算出熱敏參數(shù)的數(shù)值。檢測(cè)時(shí)，在不同溫度下，使用小電流在烘箱中測(cè)試待測(cè)器件的正向?qū)妷?，通過(guò)多組檢測(cè)數(shù)值得到電壓與溫度的關(guān)系為線性關(guān)系，并計(jì)算出每個(gè)溫度段內(nèi)的熱敏參數(shù)。靜態(tài)空氣箱用于提供靜態(tài)空氣，防止待測(cè)器件周圍空氣流動(dòng)，減少空氣環(huán)境變換對(duì)熱阻測(cè)試產(chǎn)生的干擾，靜態(tài)空氣箱作為待測(cè)器件在加熱過(guò)程中的環(huán)境。測(cè)試機(jī)主要用于在檢測(cè)熱敏參數(shù)時(shí)，控制電壓測(cè)試模塊給待測(cè)器件的熱敏結(jié)構(gòu)提供一小電流，記錄下熱敏結(jié)構(gòu)的正向?qū)妷?，其次，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電源模塊給需要驅(qū)動(dòng)開(kāi)啟的待測(cè)器件施加驅(qū)動(dòng)電源使其開(kāi)啟；然后給待測(cè)器件施加一個(gè)連續(xù)的大電流信號(hào)使待測(cè)器件升溫，在此過(guò)程中微處理器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的功率值，通過(guò)恒功率輸出模塊輸出加熱電流，并采集輸出電壓的測(cè)試值，從而調(diào)整輸出加熱電流的大小，保持對(duì)待測(cè)器件施加恒定的功率；在加熱過(guò)程中瞬間用一個(gè)連續(xù)的測(cè)試電流測(cè)量熱敏結(jié)構(gòu)加熱后的電壓，當(dāng)待測(cè)器件達(dá)到熱平衡后，此時(shí)，根據(jù)預(yù)先測(cè)試的熱敏參數(shù)，熱敏參數(shù)的電壓和溫度關(guān)系是較好的線性關(guān)系，從而計(jì)算得到待測(cè)器件的結(jié)溫，根據(jù)第一溫度探針和第二溫度探針檢測(cè)的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算待測(cè)器件的熱阻。相比較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置適用于不同種類半導(dǎo)體功率器件的測(cè)試，測(cè)量覆蓋面廣，具有測(cè)量精確高、測(cè)試簡(jiǎn)單和成本低特點(diǎn)。本發(fā)明采用恒功率輸出模塊確保采用不同封裝材料的待測(cè)器件在加熱過(guò)程中施加的功率恒定，使現(xiàn)有技術(shù)中的功率變量為固定值，避免了在熱阻測(cè)試過(guò)程中因不同封裝的待測(cè)器件電壓值的差異，造成相同電流下的加熱功率不同，保證了測(cè)試的準(zhǔn)確性；另一方面本發(fā)明采用成本較低的溫度探針進(jìn)行溫度檢測(cè)，避免了因封裝材料溫升的不同而造成檢測(cè)的不準(zhǔn)確，既降低了測(cè)試成本，又進(jìn)一步保證了熱阻測(cè)試的精確度。優(yōu)選地，所述恒功率輸出模塊包括偏置電壓輸出單元、功率放大單元、采樣電阻、電流采樣單元、電壓采樣單元、硬件乘法器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，微處理器、偏置電壓輸出單元、功率放大單元、采樣電阻和第二連接器順次相連，偏置電壓輸出單元接收微處理器發(fā)送的信號(hào)，偏置電壓輸出單元輸出偏置電壓信號(hào)到功率放大單元中，功率放大單元輸出的放大信號(hào)輸入到采樣電阻中，第二連接器接收采樣電阻輸出的加熱電流；電流采樣單元分別與采樣電阻、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器相連，電流采樣單元采集采樣電阻輸出的加熱電流，模數(shù)轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器接收電流采樣單元輸出的電流采集信息，電壓采樣單元分別與第二連接器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器相連，電壓采樣單元接收連接在第二連接器中待測(cè)器件的電壓，模數(shù)轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器接收電壓采樣單元輸出的電壓信息，硬件乘法器與功率放大單元相連，功率放大單元接收硬件乘法器輸出的反饋信息，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與微處理器相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息到微處理器中。在微處理器的控制下，恒功率輸出模塊輸出的加熱電流，該加熱電流用于加熱待測(cè)器件的熱敏結(jié)構(gòu)，并采樣加熱電流和熱敏結(jié)構(gòu)的電壓，通過(guò)硬件乘法器計(jì)算出施加在熱待測(cè)器件上的功率，由于熱敏結(jié)構(gòu)電壓存在差異，為保證恒功率加熱，硬件乘法器輸出反饋值到功率放大單元中，使反饋達(dá)到平衡，恒功率輸出模塊實(shí)時(shí)調(diào)整輸出加熱電流大小，保持輸出的動(dòng)率恒定。優(yōu)選地，所述測(cè)試機(jī)還包括用于顯示測(cè)試結(jié)果及進(jìn)行人機(jī)交換的顯示終端，顯示終端與微處理器相連。在測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息均由微處理器傳送至顯示終端，并在顯示終端上顯示，用戶還可通過(guò)顯示終端輸入控制信息，控制整個(gè)測(cè)試過(guò)程。優(yōu)選地，所述待測(cè)器件為場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵雙極型晶體管、雙極性晶體管或二極管。驅(qū)動(dòng)電源模塊給需要驅(qū)動(dòng)開(kāi)啟的待測(cè)器件施加驅(qū)動(dòng)電源使其開(kāi)啟，如場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管IGBT和雙極性晶體管就需要驅(qū)動(dòng)開(kāi)啟，二極管熱阻的測(cè)試則無(wú)需采用驅(qū)動(dòng)電源。本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是一種半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試方法，所述測(cè)試方法適用于半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置，所述測(cè)試方法包括如下步驟a)將待測(cè)器件放置在溫度控制箱內(nèi)，在待測(cè)器件的安全工作范圍內(nèi)分別設(shè)定溫度控制箱內(nèi)的多個(gè)溫度值Ti，在每一個(gè)溫度值下，加載測(cè)試電流Is到待測(cè)器件的熱敏結(jié)構(gòu)上，分別檢測(cè)不同溫度值Ti下對(duì)應(yīng)的正向?qū)妷篤i ；b)根據(jù)多組溫度值Ti和正向?qū)妷篤i，采用插值法得出不同溫度段內(nèi)溫度值Ti與正向?qū)妷篤i的線性關(guān)系，并計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的熱敏參數(shù)K值；c)將待測(cè)器件放置在靜態(tài)空氣箱內(nèi)，加載測(cè)試電流Is到待測(cè)器件的熱敏結(jié)構(gòu)上，測(cè)試常溫下待測(cè)器件的正向?qū)妷篤Fl ；d)控制待測(cè)器件處于開(kāi)啟狀態(tài)，加載加熱電流信號(hào)Ip到待測(cè)器件的熱敏結(jié)構(gòu)上對(duì)熱敏結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，同時(shí)檢測(cè)加熱后的正向?qū)妷篤p，實(shí)時(shí)調(diào)整電流信號(hào)Ip，使加載在待測(cè)器件上的功率ro恒定；e)瞬間消除電流信號(hào)Ip，加載測(cè)試電流Is到待測(cè)器件上，并檢測(cè)在此時(shí)的正向?qū)妷?，同時(shí)通過(guò)溫度探針采集靜態(tài)空氣箱內(nèi)的環(huán)境溫度和待測(cè)器件外殼溫度；f)多次重復(fù)步驟e，在待測(cè)器件達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)，得到熱平衡狀態(tài)下的正向?qū)妷篤F2、環(huán)境溫度TA和待測(cè)器件外殼溫度TC，根據(jù)步驟b的熱敏參數(shù)K值，計(jì)算得到待測(cè)器件的結(jié)溫TJ ；g)根據(jù)步驟d的功率ro和步驟f的熱平衡后的數(shù)據(jù)，結(jié)合半導(dǎo)體熱阻公式Rjc=(TJ-TC) /PD計(jì)算得到待測(cè)器件的熱阻。相比較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試方法采用恒功率法對(duì)待測(cè)器件進(jìn)行加熱，使現(xiàn)有技術(shù)中的功率變量為固定值，避免了熱阻測(cè)試過(guò)程中因施加相同電流使不同封裝的待測(cè)器件電壓值有所差異，保證了測(cè)試的準(zhǔn)確性；另一方面本發(fā)明采用成本較低的溫度探針進(jìn)行溫度檢測(cè)，避免了因封裝材料溫升的不同而使恒溫平臺(tái)溫度偏差造成檢測(cè)的不準(zhǔn)確，既降低了測(cè)試成本，又進(jìn)一步保證了熱阻測(cè)試的精確度。本發(fā)明適用于不 同種類半導(dǎo)體功率器件的測(cè)試，測(cè)量覆蓋面廣，具有測(cè)量精確高、測(cè)試簡(jiǎn)單和成本低特點(diǎn)。
優(yōu)選地，所述測(cè)試電流Is通過(guò)下述步驟獲得選擇多個(gè)電流Is，快速重復(fù)加載每 個(gè)電流Is到待測(cè)器件，檢測(cè)每次加載時(shí)待測(cè)器件的正向?qū)妷篤F，在同一個(gè)電流Is下， 若多次檢測(cè)到的正向?qū)妷篤F沒(méi)有飄移及正向?qū)妷篤F未出現(xiàn)持續(xù)下降，則選擇該 電流Is為測(cè)試電流Is。在熱敏參數(shù)K值的測(cè)量前，首先要選定合適的測(cè)試電流值IS，其值 不能大到使芯片明顯發(fā)熱，同時(shí)也不能小到無(wú)法導(dǎo)通和引入漏電流誤差，通過(guò)快速重復(fù)測(cè) 試，若正向?qū)妷篤F沒(méi)有飄移，則表示測(cè)試電流值IS克服漏電流影響，若正向?qū)妷?VF未出現(xiàn)持續(xù)下降，則表示待測(cè)器件的發(fā)熱可以忽略不計(jì)，進(jìn)一步保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
優(yōu)選地，所述待測(cè)器件為場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵雙極型晶體管、雙極性晶體管或二極 管。在檢測(cè)二極管熱阻時(shí)，無(wú)需考慮二極管的開(kāi)啟狀態(tài)，在檢測(cè)場(chǎng)效應(yīng)管M0SFET、絕緣柵雙 極型晶體管IGBT和雙極性晶體管則需要通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源，使上述種類的待測(cè)器件處于 開(kāi)啟狀態(tài)。


圖1是本發(fā)明半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置的電路原理框圖。
圖2是本發(fā)明半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置中恒功率輸出模塊的電路原理框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于 此。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置，包括測(cè)試機(jī)、溫度控制箱和靜 態(tài)空氣箱，溫度控制箱和靜態(tài)空氣箱與測(cè)試機(jī)相連。溫度控制箱內(nèi)設(shè)有溫控器和用于連接 待測(cè)器件的第一連接器，靜態(tài)空氣箱內(nèi)設(shè)有用于檢測(cè)靜態(tài)空氣箱內(nèi)溫度的第一溫度探針、 用于檢測(cè)待測(cè)器件殼溫的第二溫度探針及用于連接待測(cè)器件的第二連接器。所述測(cè)試機(jī)包 括微處理器及分別與微處理器相連的電壓測(cè)試模塊、恒功率輸出模塊、驅(qū)動(dòng)電源模塊、溫度 采集模塊和顯示終端。微處理器用于控制及處理檢測(cè)數(shù)據(jù)并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算熱阻，電壓 測(cè)試模塊用于檢測(cè)待測(cè)器件正向?qū)妷汉洼敵鰷y(cè)試電流，恒功率輸出模塊用于輸出加熱 電流和檢測(cè)待測(cè)器件電壓，驅(qū)動(dòng)電源模塊用于驅(qū)動(dòng)待測(cè)器件，溫度采集模塊用于傳送第一 溫度探針和第二溫度探針采集的溫度，微處理器還與溫控器相連，用于控制溫控器的溫度， 溫控器為烘箱，顯示終端用于顯示測(cè)試結(jié)果及進(jìn)行人機(jī)交換，在測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信 息均由微處理器傳送至顯示終端，并在顯示終端上顯示，用戶還可通過(guò)顯示終端輸入控制 信息，控制整個(gè)測(cè)試過(guò)程。
第一連接器和第二連接器用于連接待測(cè)器件，電壓測(cè)試模塊的測(cè)試電流輸出端及 電壓檢測(cè)端均分別與第一連接器和第二連接器相連，電壓測(cè)試模塊輸出測(cè)試電流到第一連 接器或第二連接器上，并檢測(cè)連接在第一連接器或第二連接器上待測(cè)器件的正向?qū)?壓。恒功率輸出模塊的加熱電流輸出端與第二連接器相連，恒功率輸出模塊輸出加熱電流 到第二連接器上，并檢測(cè)連接在第二連接器上待測(cè)器件的電壓。驅(qū)動(dòng)電源模塊輸出端與第 二連接器相連，驅(qū)動(dòng)電源模塊用于驅(qū)動(dòng)待測(cè)器件，溫度采集模塊的溫度輸入端分別與第一溫度探針和第二溫度探針相連，溫度采集模塊接收第一溫度探針和第二溫度探針的溫度信 號(hào)，并將溫度信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?br> 參照?qǐng)D2，所述恒功率輸出模塊包括偏置電壓輸出單元、功率放大單元、采樣電阻、 電流采樣單元、電壓采樣單元、硬件乘法器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，微處理器、偏置電壓輸出單元、功 率放大單元、采樣電阻和第二連接器順次相連，偏置電壓輸出單元接收微處理器發(fā)送的信 號(hào)，偏置電壓輸出單元輸出偏置電壓信號(hào)到功率放大單元中，功率放大單元輸出的放大信 號(hào)輸入到采樣電阻中，第二連接器接收采樣電阻輸出的加熱電流；電流采樣單元分別與采 樣電阻、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器相連，電流采樣單元采集采樣電阻輸出的加熱電流，模數(shù) 轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器接收電流采樣單元輸出的電流采集信息，電壓采樣單元分別與第二連 接器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器相連，電壓采樣單元接收連接在第二連接器中待測(cè)器件的 電壓，模數(shù)轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器接收電壓采樣單元輸出的電壓信息，硬件乘法器與功率放 大單元相連，功率放大單元接收硬件乘法器輸出的反饋信息，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與微處理器相連， 模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息到微處理器中。
本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試方法，基于本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試 裝置，所述測(cè)試方法包括如下步驟
a)將待測(cè)器件放置在溫度控制箱內(nèi)，在待測(cè)器件的安全工作范圍內(nèi)分別設(shè)定溫度 控制箱內(nèi)的多個(gè)溫度值Ti，在每一個(gè)溫度值下，加載測(cè)試電流Is到待測(cè)器件的熱敏結(jié)構(gòu) 上，分別檢測(cè)不同溫度值Ti下對(duì)應(yīng)的正向?qū)妷篤i。
b)根據(jù)多組溫度值Ti和正向?qū)妷篤i，采用插值法得出不同溫度段內(nèi)溫度值 Ti與正向?qū)妷篤i的線性關(guān)系，并計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的熱敏參數(shù)K值；
c)將待測(cè)器件放置在靜態(tài)空氣箱內(nèi)，加載測(cè)試電流Is到待測(cè)器件的熱敏結(jié)構(gòu)上， 測(cè)試常溫下待測(cè)器件的正向?qū)妷篤Fl ；
d)控制待測(cè)器件處于開(kāi)啟狀態(tài)，加載加熱電流信號(hào)Ip到待測(cè)器件的熱敏結(jié)構(gòu)上 對(duì)熱敏結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，同時(shí)檢測(cè)加熱后的正向?qū)妷篤p，實(shí)時(shí)調(diào)整電流信號(hào)Ip，使加載 在待測(cè)器件上的功率ro恒定；
e)瞬間消除電流信號(hào)Ip，加載測(cè)試電流Is到待測(cè)器件上，并檢測(cè)在此時(shí)的正向?qū)?通電壓，同時(shí)通過(guò)溫度探針采集靜態(tài)空氣箱內(nèi)的環(huán)境溫度和待測(cè)器件外殼溫度；
f)多次重復(fù)步驟e，在待測(cè)器件達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)，得到熱平衡狀態(tài)下的正向?qū)?通電壓VF2、環(huán)境溫度TA和待測(cè)器件外殼溫度TC，根據(jù)步驟b的熱敏參數(shù)K值，計(jì)算得到待 測(cè)器件的結(jié)溫TJ ；
g)根據(jù)步驟d的功率ro和步驟f的熱平衡后的數(shù)據(jù)，結(jié)合半導(dǎo)體熱阻公式Rjc= (TJ-TC) /PD計(jì)算得到待測(cè)器件的熱阻。
利用本發(fā)明的測(cè)試裝置和測(cè)試方法在檢測(cè)時(shí)，包括如下具體步驟
步驟a :通過(guò)微處理器、電壓測(cè)試模塊和溫度控制箱進(jìn)行待測(cè)器件熱敏參數(shù)K值的 檢測(cè)。將待檢測(cè)器件放置在溫度控制箱內(nèi)，并連接在第一連接器上，通過(guò)溫控器控制溫度控 制箱內(nèi)的溫度，微處理器設(shè)置測(cè)試溫度為Tl、T2和T3為例，為了確保測(cè)試準(zhǔn)確性，可以多 設(shè)定幾個(gè)溫度點(diǎn)，測(cè)試采用插值法，得到待測(cè)器件在不同溫度段內(nèi)對(duì)應(yīng)的熱敏參數(shù)K值。微 處理器輸出RS485數(shù)字總線控制信號(hào)，并將該信號(hào)輸入到溫控器中，溫控器根據(jù)該數(shù)字信 號(hào)的信息，實(shí)現(xiàn)溫度控制箱內(nèi)部加熱，達(dá)到設(shè)定溫度后，并維持在該溫度值恒定。將溫度控制箱內(nèi)溫度加熱至Tl，此時(shí)，微處理器輸出數(shù)字信號(hào)到電壓測(cè)試模塊，電壓測(cè)試模塊對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行譯碼，電壓測(cè)試模塊輸出較小的測(cè)試電流Is，并輸入到待測(cè)器件的熱敏結(jié)構(gòu)上， 同時(shí)檢測(cè)該熱敏結(jié)構(gòu)的正向?qū)妷篤l，電壓測(cè)試模塊對(duì)正向?qū)妷哼M(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送到微處理器中記錄存儲(chǔ)。完成Tl溫度點(diǎn)測(cè)試后，微處理器控制溫度控制箱內(nèi)溫度加熱至 T2，利用上述方法檢測(cè)出T2溫度下待測(cè)器件熱敏結(jié)構(gòu)的正向?qū)妷篤2，繼續(xù)測(cè)試T3溫度下待測(cè)器件熱敏結(jié)構(gòu)的正向?qū)妷篢i。
在熱敏參數(shù)K值的測(cè)量前，首先要選定合適的測(cè)試電流IS，其值不能大到使芯片明顯發(fā)熱，同時(shí)也不能小到無(wú)法導(dǎo)通和引入漏電流誤差，通過(guò)快速重復(fù)測(cè)試，若正向?qū)妷篤F沒(méi)有飄移，則表示測(cè)試電流值IS克服漏電流影響，若正向?qū)妷篤F未出現(xiàn)持續(xù)下降，則表示待測(cè)器件的發(fā)熱可以忽略不計(jì)，進(jìn)一步保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
步驟b :由微處理器根據(jù)Tl、T2、T3、V1、V2和V3的值，用插值法擬合出熱敏參數(shù) K在不同溫度范圍內(nèi)的值，基于熱敏結(jié)構(gòu)特性，通常情況下該熱敏參數(shù)K接近為線性值。通過(guò)該測(cè)試過(guò)程可以得出熱敏結(jié)構(gòu)溫度與正向?qū)妷旱木€性關(guān)系，就可以推算出此時(shí)待測(cè)器件熱敏結(jié)構(gòu)的結(jié)溫。
由于待測(cè)器件內(nèi)部熱敏結(jié)構(gòu)溫度與導(dǎo)通電壓關(guān)系接近線性，不同溫度段內(nèi)的K值近似較為接近的，采用插值法，可以更精度的描述在某段電壓范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的溫度值，表一為五種待測(cè)器件在不同溫度段內(nèi)的K值數(shù)據(jù)為例
表一，五種待測(cè)器件在不同溫度段內(nèi)的K值數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述測(cè)試裝置具有一測(cè)試機(jī)及分別與測(cè)試機(jī)相連的溫度控制箱和靜態(tài)空氣箱，溫度控制箱內(nèi)設(shè)有溫控器和用于連接待測(cè)器件的第一連接器，靜態(tài)空氣箱內(nèi)設(shè)有用于檢測(cè)靜態(tài)空氣箱內(nèi)溫度的第一溫度探針、用于檢測(cè)待測(cè)器件殼溫的第二溫度探針及用于連接待測(cè)器件的第二連接器； 所述測(cè)試機(jī)包括用于控制及處理檢測(cè)數(shù)據(jù)并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算熱阻的微處理器及分別與微處理器相連的用于檢測(cè)待測(cè)器件正向?qū)妷汉洼敵鰷y(cè)試電流的電壓測(cè)試模塊、用于輸出加熱電流和檢測(cè)待測(cè)器件電壓的恒功率輸出模塊、用于驅(qū)動(dòng)待測(cè)器件的驅(qū)動(dòng)電源模塊和溫度采集模塊，微處理器還與溫控器相連； 電壓測(cè)試模塊的測(cè)試電流輸出端和電壓檢測(cè)端均分別與第一連接器和第二連接器相連，電壓測(cè)試模塊輸出測(cè)試電流到第一連接器或第二連接器上，并檢測(cè)連接在第一連接器或第二連接器上待測(cè)器件的正向?qū)妷?，恒功率輸出模塊的加熱電流輸出端與第二連接器相連，恒功率輸出模塊輸出加熱電流到第二連接器上，并檢測(cè)連接在第二連接器上待測(cè)器件的電壓，驅(qū)動(dòng)電源模塊輸出端與第二連接器相連，驅(qū)動(dòng)電源模塊用于驅(qū)動(dòng)待測(cè)器件，溫度采集模塊的溫度輸入端分別與第一溫度探針和第二溫度探針相連，溫度采集模塊接收第一溫度探針和第二溫度探針的溫度信號(hào)，并將溫度信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述恒功率輸出模塊包括偏置電壓輸出單元、功率放大單元、采樣電阻、電流采樣單元、電壓采樣單元、硬件乘法器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，微處理器、偏置電壓輸出單元、功率放大單元、采樣電阻和第二連接器順次相連，偏置電壓輸出單元接收微處理器發(fā)送的信號(hào)，偏置電壓輸出單元輸出偏置電壓信號(hào)到功率放大單元中，功率放大單元輸出的放大信號(hào)輸入到采樣電阻中，第二連接器接收采樣電阻輸出的加熱電流；電流采樣單元分別與采樣電阻、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器相連，電流采樣單元采集采樣電阻輸出的加熱電流，模數(shù)轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器接收電流采樣單元輸出的電流采集信息，電壓采樣單元分別與第二連接器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器相連，電壓采樣單元接收連接在第二連接器中待測(cè)器件的電壓，模數(shù)轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器接收電壓采樣單元輸出的電壓信息，硬件乘法器與功率放大單元相連，功率放大單元接收硬件乘法器輸出的反饋信息，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與微處理器相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息到微處理器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述測(cè)試機(jī)還包括用于顯示測(cè)試結(jié)果及進(jìn)行人機(jī)交換的顯示終端，顯示終端與微處理器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述待測(cè)器件為場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵雙極型晶體管、雙極性晶體管或二極管。
5.一種半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試方法，其特征在于，所述測(cè)試方法適用于如權(quán)利要求1所述的裝置，所述測(cè)試方法包括如下步驟 a)將待測(cè)器件放置在溫度控制箱內(nèi)，在待測(cè)器件的安全工作范圍內(nèi)分別設(shè)定溫度控制箱內(nèi)的多個(gè)溫度值Ti，在每一個(gè)溫度值下，加載測(cè)試電流Is到待測(cè)器件的熱敏結(jié)構(gòu)上，分別檢測(cè)不同溫度值Ti下對(duì)應(yīng)的正向?qū)妷篤i ； b)根據(jù)多組溫度值Ti和正向?qū)妷篤i，采用插值法得出不同溫度段內(nèi)溫度值Ti與正向?qū)妷篤i的線性關(guān)系，并計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的熱敏參數(shù)K值； c)將待測(cè)器件放置在靜態(tài)空氣箱內(nèi)，加載測(cè)試電流Is到待測(cè)器件的熱敏結(jié)構(gòu)上，測(cè)試常溫下待測(cè)器件的正向?qū)妷篤Fl ； d)控制待測(cè)器件處于開(kāi)啟狀態(tài)，加載加熱電流信號(hào)Ip到待測(cè)器件的熱敏結(jié)構(gòu)上對(duì)熱敏結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，同時(shí)檢測(cè)加熱后的正向?qū)妷篤p，實(shí)時(shí)調(diào)整電流信號(hào)Ip，使加載在待測(cè)器件上的功率ro恒定； e)瞬間消除電流信號(hào)Ip，加載測(cè)試電流Is到待測(cè)器件上，并檢測(cè)在此時(shí)的正向?qū)妷海瑫r(shí)通過(guò)溫度探針采集靜態(tài)空氣箱內(nèi)的環(huán)境溫度和待測(cè)器件外殼溫度； f)多次重復(fù)步驟e，在待測(cè)器件達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)，得到熱平衡狀態(tài)下的正向?qū)妷篤F2、環(huán)境溫度TA和待測(cè)器件外殼溫度TC，根據(jù)步驟b的熱敏參數(shù)K值，計(jì)算得到待測(cè)器件的結(jié)溫TJ ； g)根據(jù)步驟d的功率ro和步驟f的熱平衡后的數(shù)據(jù)，結(jié)合半導(dǎo)體熱阻公式Rjc=(TJ-TC) /PD計(jì)算得到待測(cè)器件的熱阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試方法，其特征在于，所述測(cè)試電流Is通過(guò)下述步驟獲得選擇多個(gè)電流Is，快速重復(fù)加載每個(gè)電流Is到待測(cè)器件，檢測(cè)每次加載時(shí)待測(cè)器件的正向?qū)妷篤F，在同一個(gè)電流Is下，若多次檢測(cè)到的正向?qū)妷篤F沒(méi)有飄移及正向?qū)妷篤F未出現(xiàn)持續(xù)下降，則選擇該電流Is為測(cè)試電流Is。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試方法，其特征在于，所述待測(cè)器件為場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵雙極型晶體管、雙極性晶體管或二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體功率器件熱阻測(cè)試裝置及方法，所述測(cè)試裝置包括測(cè)試機(jī)及分別與測(cè)試機(jī)相連的溫度控制箱和靜態(tài)空氣箱，溫度控制箱內(nèi)設(shè)有溫控器和第一連接器，靜態(tài)空氣箱內(nèi)設(shè)有第一溫度探針、第二溫度探針及第二連接器，所述測(cè)試機(jī)包括微處理器及分別與微處理器相連的電壓測(cè)試模塊、恒功率輸出模塊、驅(qū)動(dòng)電源模塊和溫度采集模塊，微處理器還與溫控器相連。本發(fā)明的測(cè)試裝置及方法采用成本較低的溫度探針進(jìn)行溫度檢測(cè)，并在加熱待測(cè)器件過(guò)程中施加恒定功率，既降低了測(cè)試成本，又進(jìn)一步保證了熱阻測(cè)試的精確度，具有測(cè)量覆蓋面廣、測(cè)量精確高、測(cè)試簡(jiǎn)單和成本低特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/26GK103048606SQ20121059260
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月30日
發(fā)明者符強(qiáng), 殷資, 魏建中 申請(qǐng)人:杭州士蘭微電子股份有限公司