CN101165500A

CN101165500A - 半导体接面温度检测装置与方法

Info

Publication number: CN101165500A
Application number: CN 200610152845
Authority: CN
Inventors: 陈颖堂
Original assignee: GUANKUI MOTOR STOCK CO Ltd
Current assignee: GUANKUI MOTOR STOCK CO Ltd
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-04-23

Abstract

一种半导体接面温度检测装置与方法，用于检测半导体的接面温度，该装置包括温控烤箱，可容置该受测半导体元件并依设定改变温度；测试单元，可输出测试电流至该半导体元件并测量其顺向偏压；处理单元，分别连接至该温控烤箱及该测试单元，且具有控制软件，可设定检测条件及控制该温控烤箱温度及该测试单元，并能读取其检测数据以算出接面温度。本发明可在不同温度下，测量并记录该受测半导体的顺向偏压对温度的变化，用以推算较精确半导体接面温度。

Description

半导体接面温度检测装置与方法

技术领域

本发明涉及一种半导体接面温度的检测装置与方法，且特别是涉及一种以不同温度条件及测试电流，半自动化测量半导体元件，以得到较精确的接面温度的检测装置与方法。

背景技术

电子产业的蓬勃发展带动电子元件的研发趋向于更高功能、密度更高的时代。其所产生的散热问题也愈来愈复杂，而电子元件内部的热能无法导出的结果，就是产品性能出现问题，因而电子封装的散热设计也格外重要。电子元件散热技术中最常用也最重要的参考是热阻值(thermal resistance)，以半导体元件封装而言，最重要的参数是由芯片接面到固定位置的热阻，其定义如下：

Rth＝(Tj-Tx)/P

其中Tj为二极管接面温度，Tx为某固定位置的温度(其可以为Tc封装温度、TL接脚温度或Ta环境温度)，P为输入的发热功率(P＝IT*VFT，即工作电流和工作顺向偏压的乘积)。热阻大表示热不容易传递，因此元件工作时的温度就会比较高，由热阻可以判断及预测元件的发热状况。电子元件相关产品设计时，为了预测电子元件的温度，需要使用热阻值的参考数据，因而设计者除了要提供良好散热设计产品，更需获得可靠的热阻数据供设计参考之用，而热阻值是由接面温度Tj及K系数(K factor)推导而来。

量测时首先需取得K系数(K factor)，该值即二极管工作的顺向偏压值对温度的变化值。将受测物置于烤箱中加热到固定温度，等到封装内部及环境温度到达稳定，供应一微小电流Im到该受测元件，量测温度值，记录二极管顺向偏压值。记录不同的温度点T1、T2及其对应的第一偏压值VF1、第二偏压值VF2，做出一温度校正线，找出其斜率，此即称为K系数(K factor)。

K系数的量测法如下：

ΔVF＝VF2-VF1

ΔT＝T2-T1

K＝ΔVF/ΔT

半导体材料具有一个基本特性，就是随着温度上升，顺向偏压会下降。而目前业界常用的热阻量测标准是JEDEC-51和MIL-STD-883，二者都是以K系数(K factor)去推算接面温度Tj。

接面温度Tj的量测法如下：

Tj＝Ta+(VF2-VF1)/K

但是这样的量测方式是建立在顺向偏压对温度曲线变化(即K系数)是线性的基础上。请参阅美国发明专利证书号第US7 052180B2号，该案揭露了一种LED的接面温度检测器(LED JunctionTemperature Tester)，利用二极管的顺向偏压对温度的线性关系去推导接面温度Tj(即假设K factor为线性)，其是同一批材料中的二个元件，在不同温度下取得两元件的工作偏压VF1、VF2对温度T1、T2的关系以校正得知该元件的接面温度。前述的测量方法是假设K系数(K factor)在温度范围内皆为线性。但是很多材料的顺向偏压对温度曲线变化并不是完全线性的，如此一来，利用K系数(K factor)来推导接面温度Tj时，就会有计算上的误差。另外，传统的量测方法需要人力去注意、计算。常常单一材料的量测就需要一天的时间，因为不同测量电流间的切换，及温度控制等设定，人力成本较高，且量测上较易有人为误差，且其所需时间较长。

发明内容

鉴于上述的已知背景中，为了符合使用上的需求，本发明提供一种半导体接面温度的检测装置与方法，用以解决传统的接面温度检测常有的问题，且其所需时间较少，并可减少人为误差。

本发明的目的之一是提供一种半导体接面温度检测装置与方法，其可在不同温度下量测受测单元的顺向工作偏压对温度的变化，并由此得到较精确的接面温度值。

本发明的另一个目的是提供一种半导体接面温度检测装置与方法，其可利用计算机控制方式，半自动化的检测半导体接面温度，使测量时间缩短，并可减少人为误差。

本发明是提供一种半导体接面温度检测装置与方法，该装置包括一受测元件、一温控烤箱、一测试单元、一处理单元；该处理单元是连接至该温控烤箱及该测试单元，且该处理单元具有一控制软件，可设定温度检测条件并控制该温控烤箱的温度，及控制该测试单元输出测试电流，并能读取其检测数据(例如：顺向偏压、温度值)；该温控烤箱可容置该受测元件，并在该处理单元控制下改变温度；该测试单元是连接至该温控烤箱，可输出测试电流至该受测元件并测量其顺向偏压；本发明可在该处理单元设定的温度下，半自动化测量并记录该受测元件的顺向偏压对温度的变化关系，以该受测元件的顺向偏压对温度曲线变化量做参考，再以内差法推导，得到较精确的接面温度，且以半自动化量测，减少人为误差，且所需时间较少。

附图说明

图1，是本发明优选实施例的方块图。

图2，是本发明优选实施例的工作顺向偏压测量方块图。

图3，是本发明优选实施例的流程图。

图4，是本发明优选实施例的顺向偏压对温度的变化图。

图5，是本发明优选实施例的工作顺向偏压对接面温度的示意图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：

请参阅图1，是本发明优选实施例的半导体接面温度检测装置方块图，如图所示：本发明是用以检测一半导体元件，可定义为一受测元件40(未示于图1中)。本发明的优选实施例，包括有一温控烤箱30，可容置该受测元件40，并依设定改变温度，该温控烤箱30可以为一可与计算机联机的温控烤箱30，并可回传温度值；一测试单元20，该测试单元20是包括一电源供应器及一电压计(未示于图中)，其可输出一测试电流至该受测元件40并测量其偏压值，该测试单元20具有计算机联机功能，可由计算机控制并和计算机进行数据的交换，且其具有一测试线21，可连接至该受测元件40，用以输出电流及测量电压；一处理单元10，其具有一控制软件，可联机控制该温控烤箱30及该测试单元20；该控制软件可接受输入参数并制作图表，该输入参数包括：测试电流、测量温度点及温度平衡时间；该处理单元10具有多条传输线11，是连接至该温控烤箱30及该测试单元20，并可依该输入参数控制该温控烤箱30改变温度及该测试单元20以输出测试电流并读取电压值。该处理单元10还可接受该温控烤箱30及该测试单元20回传的温度及电压数据，并利用该控制软件以产生图表或储存。请参阅图2，其是将欲测量接面温度的受测元件40连接于该测试单元20，该测试单元20可输出一工作电流至该受测元件40；待工作温度稳定后，该测试单元20可停止该工作电流，并输出一测试电流通过该受测元件40并量测该受测元件40以得到一工作顺向偏压值。视实际情况，可于该测试单元加设一感温元件，用以连接该受测元件40并测量温度。

本发明的另一优选实施例还包括一密封箱(未示于图中)，该密封箱具有多支感温器(视实际应用情况，可以为热电偶ThermalCoupler)及一温度记录器；该受测元件40是可容置于该密封箱，该测试单元20可连接至该密封箱内的受测元件40，并提供一工作电流或测试电流以及测量该受测元件40的工作顺向偏压值；该温度记录器是连接于该多支感温器及该处理单元10之间，可利用感温器连接至该受测元件40以量测温度并回传至该处理单元10。

请参阅图3，其示出本优选实施例的一种半导体接面温度检测方法流程图。此目的在于测量并记录一受测元件40在一固定的测量电流通过时，其顺向偏量对温度曲线变化，用来做为该受测元件40接面温度推算的参考数据。首先，如步骤51所示，先输入测试参数，包括设定测量电流值Im(可视实际情况需求，设定为多组以上测量电流Im₁、Im₂...Im_N，且另加设一测量间隔时间T_d)，温度点(例如：温度范围0℃～200℃)T₁、T₂、T₃、T₄...T_N，且可设定材料的极性，及一温度平衡时间。设定完成后，如步骤52，将受测元件40加热至温度点T₁，并依前述设定持续该温度平衡时间内，保持在该温度点(该温度平衡时间不少于10分钟)。待温度稳定于T₁时之后，如步骤53，依前述设定的测量电流设定，输出一测量电流Im至该受测元件40，并测量该顺向偏压V_F1。然后，如步骤54所示(请参阅图4)，依设定继续测量，重复前二个步骤52、53，以依序取得V_F2、V_F3、V_F4…V_FN的测量数据(视实际情况需求，如该测量电流Im为多组以上，则每等待一测量间隔时间T_d，即依序输出不同的测量电流Im₁、Im₂...Im_N并分别读取其顺向偏压)。数据取得后，如步骤55，储存并制作图表。下一步骤56，是运用该测试单元20，连接该受测元件40并依设定输出一工作电流，并测量其工作顺向偏压V_F。下一步骤57所示(请参阅图5)，是利用前述步骤取得的工作顺向偏压V_F，对应至步骤55所产生的图表，找出该工作顺向偏压V_F所对应的位置，并以内差法取得该受测元件40实际工作时的接面温度Tj。

内差法的计算方法如下：

V_F是落在V_FX与V_FX+1之间，对应至图表中，Tj落在T_X与T_X+1之间，并以该区间的温度系数K由以下公式推算接面温度。

公式：

Tj＝T_X+(V_F-V_FX)*K

K＝(T_X+1-T_X)/(V_FX+1-V_FX)

最后，依前述的步骤计算出该受测元件的接面温度，结束测试工作。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡根据本发明申请专利范围的内容所为的等效变化与修饰，皆应为本发明的技术范畴。

Claims

1.一种半导体接面温度检测装置，其特征在于，包括：

受测元件(40)；

温控烤箱(30)，可容置所述受测元件(40)，并依设定对所述受测元件(40)加温；

测试单元(20)，具有计算机联机功能，可由计算机控制并和计算机进行数据的交换，并可输出测试电流或工作电流至所述受测元件(40)并测量偏压；

处理单元(10)，其具有控制软件，可接受输入参数、联机及控制所述温控烤箱(30)改变温度及所述测试单元(20)输出测量电流并读取电压值。

2.根据权利要求1所述的半导体接面温度检测装置，其特征在于，所述温控烤箱(30)可以为可与计算机联机的所述温控烤箱(30)，并可回传温度值。

3.根据权利要求1所述的半导体接面温度检测装置，其特征在于，所述测试单元包括电源供应器及电压计。

4.根据权利要求1所述的半导体接面温度检测装置，其特征在于，所述测试单元是包括感温元件，用以连接所述受测元件(40)并测量温度。

5.根据权利要求1所述的半导体接面温度检测装置，其特征在于，所述控制软件可依所述温控烤箱(30)及所述测试单元(20)回传的数据产生图表。

6.根据权利要求1所述的半导体接面温度检测装置，其特征在于，包括密封箱，所述密封箱具有多支感温器及温度记录器；

所述受测元件(40)是可容置于所述密封箱，所述测试单元(20)可连接至所述密封箱内的所述受测元件(40)，并提供工作电流或测试电流以及测量所述受测元件(40)的工作顺向偏压值；

所述温度记录器是连接于所述多支感温器及所述处理单元(10)之间，可利用感温器连接至所述受测元件(40)以量测温度并回传至所述处理单元(10)。

7.一种根据权利要求1所述的半导体接面温度检测装置的半导体接面温度检测方法，其特征在于，包括下列步骤：

(a)设定多个温度点及测量电流值；

(b)运用温控烤箱(30)加热受测元件(40)；

(c)待所述受测元件(40)加热达设定温度点并保持温度平衡时间，运用测试单元(20)提供测试电流通过所述受测元件(40)并量测所述受测元件(40)的顺向偏压值；

(d)重复前二步骤，以取得在不同测试电流通过所述受测元件(40)时，温度对顺向偏压变化的测量值；

(e)制作所述受测元件(40)在不同测试电流下，其温度对所述顺向偏压变化的曲线图表；

(f)取得所述受测元件(40)的工作顺向偏压；

(g)对照所述曲线图表，以所述工作顺向偏压值并利用内差法求得接面温度。

8.根据权利要求7所述的半导体接面温度检测方法，其特征在于，测试温度范围为0℃～200℃。

9.根据权利要求7所述的半导体接面温度检测方法，其特征在于，取得所述受测元件(40)的工作顺向偏压的步骤包括：

(a)所述受测元件(40)连接至所述测试单元(20)，通过工作电流；

(b)停止所述工作电流，运用所述测试单元(20)提供测试电流通过所述受测元件(40)并量测所述受测元件(40)以得到工作顺向偏压值。

10.根据权利要求7所述的半导体接面温度检测方法，其特征在于，所述接面温度值Tj是以内差法取得，其公式如下：

Tj＝T_X+(V_F-V_FX)*K

K＝(T_X+1-T_X)/(V_FX+1-V_FX)

11.根据权利要求7所述的半导体接面温度检测方法，其特征在于，所述温度平衡时间不少于10分钟。