CN104297658A - 金氧半场效晶体管热阻测试装置、方法和测试板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金氧半场效晶体管热阻测试装置、方法和测试板，其中，装置包括：电压源、第一电流源、第二电流源、二极管和电压测量装置；所述电压源的正负极分别连接被测金氧半场效晶体管的栅极和源极；所述第一电流源的正负极分别连接所述被测金氧半场效晶体管的漏极和源极；所述第二电流源的正极通过所述二极管连接所述被测金氧半场效晶体管的漏极，其中，所述第二电流源的负极连接源极，所述二极管的负极连接漏极；所述电压测量装置正负极分别连接所述被测金氧半场效晶体管的源极和漏极。通过在第二电流源和被测金氧半场效晶体管之间加入二极管，可以屏蔽第二电流源的泄露信号对测试信号的干扰，从而无需串联焊接两个测试器件，提高测试效率。

Description

金氧半场效晶体管热阻测试装置、方法和测试板

技术领域

本发明涉及热阻测试技术领域，特别是涉及一种金氧半场效晶体管热阻测试装置、金氧半场效晶体管热阻测试方法和金氧半场效晶体管热阻测试板。

背景技术

随着MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管)向更小巧轻薄、更高功率密度方向发展，器件单位体积内的热量也相应增加，如果不能有效地将热量释放出去，将会影响器件性能，因此，现今对金氧半场效晶体管的散热性能提出了更高要求。而表征器件散热性能的关键指标是热阻，从而对于金氧半场效晶体管热阻测试的需求增大。

现有的金氧半场效晶体管热阻测试方法中，通过电压源提供栅压、同时给漏源施加正向电流使器件充分发热，然后给漏、源间的反向二极管施加测试电流并采集反向二极管结压，得到器件结温，从而得到芯片到参考点的热阻。在测试时，对于正向电流泄露信号干扰测试信号的现象，会采用串联两个相同金氧半场效晶体管，一个为辅助金氧半场效晶体管另一个为待测金氧半场效晶体管的方法来消除。利用辅助金氧半场效晶体管与待测金氧半场效晶体管串联的方法，虽然解决了泄漏信号对测试信号干扰的问题，但需要同时焊接两个器件，效率比较低，而且也不适用于同个电路里具有多个金氧半场效晶体管的场合。

由此可见，上述金氧半场效晶体管热阻测试方法中，需要同时焊接两个金氧半场效晶体管器件，效率比较低。

发明内容

基于此，有必要针对现有金氧半场效晶体管热阻测试效率比较低的问题，提供一种金氧半场效晶体管热阻测试装置、金氧半场效晶体管热阻测试方法和金氧半场效晶体管热阻测试板。

一种金氧半场效晶体管热阻测试装置，包括：

电压源、第一电流源、第二电流源、二极管和电压测量装置；

所述电压源的正负极分别连接被测金氧半场效晶体管的栅极和源极；

所述第一电流源的正负极分别连接所述被测金氧半场效晶体管的漏极和源极；

所述第二电流源的正极通过所述二极管连接所述被测金氧半场效晶体管的漏极，其中，所述第二电流源的负极连接源极，所述二极管的负极连接漏极；

所述电压测量装置分别连接所述被测金氧半场效晶体管的源极和漏极；

所述电压源用于向所述被测金氧半场效晶体管的栅极施加正向电压，所述第一电流源用于向所述被测金氧半场效晶体管提供由源极到漏极方向的反向电流；所述第二电流源通过所述二极管向所述被测金氧半场效晶体管提供单向的加热电流，所述二极管用于屏蔽所述第二电流源的泄漏信号；所述电压测量装置用于测量所述被测金氧半场效晶体管漏极和源极之间的反向二极管的结压。

上述金氧半场效晶体管热阻测试装置通过在第二电流源和被测金氧半场效晶体管之间加入二极管，在加热阶段时不影响所述第二电流源向所述被测金氧半场效晶体管的漏极提供加热电流，而在测试阶段，所述二极管可以屏蔽所述第二电流源的泄露信号对测试信号的干扰，可以提高测试的准确性，同时无需串联焊接两个被测金氧半场效晶体管，可以适用同个电路有多个金氧半场效晶体管的情况，从而使得测试效率比较高。

一种基于上述金氧半场效晶体管热阻测试装置的测试方法，包括以下步骤：

通过所述电压源向所述被测金氧半场效晶体管的栅极施加正向电压，使所述金氧半场效晶体管的沟道打开；

然后通过所述第二电流源经所述二极管向所述被测金氧半场效晶体管的漏极提供单向的加热电流，使所述被测金氧半场效晶体管在设定的时间充分发热；

关闭所述电压源和所述第二电流源，其中，所述二极管屏蔽所述第二电流源的泄漏信号，所述第一电流源向所述被测金氧半场效晶体管提供由源极到漏极方向的反向电流；

通过所述电压测量装置测量所述被测金氧半场效晶体管漏极和源极之间的反向二极管的结压，并根据热阻抗公式计算热阻抗，从而获得金氧半场效晶体管的热阻值。

上述金氧半场效晶体管热阻测试方法通过在关闭所述电压源和所述第二电流源后，利用二极管屏蔽所述第二电流源的泄漏信号，使得在测试阶段不影响对于反向二极管结压的测试结果，在加热阶段时，不影响所述第二电流源向所述被测金氧半场效晶体管的漏极提供加热电流，从而使得测试准确性比较高，同时也可以适用同个电路有多个金氧半场效晶体管的场合，测试效率较高。

一种金氧半场效晶体管热阻测试板，包括：

栅极焊接口，漏极焊接口，源极焊接口、第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘、第四焊盘、第五焊盘和所述二极管；

所述栅极焊接口与所述金氧半场效晶体管的栅极连接，所述漏极焊接口与所述金氧半场效晶体管的漏极连接，所述源极焊接口与所述金氧半场效晶体管的源极连接；

所述栅极焊接口通过传输线连接所述第一焊盘，所述第一焊盘连接所述电压源正极；

所述漏极焊接口通过所述传输线连接所述二极管的负极，所述二极管的正极通过所述第二焊盘连接所述第二电流源正极；

所述漏极焊接口通过所述传输线连接所述第三焊盘，所述第三焊盘连接所述第一电流源正极；

所述漏极焊接口通过所述传输线连接所述第四焊盘，所述第四焊盘连接所述电压测量装置正极；

所述源极焊接口通过所述传输线连接所述第五焊盘，所述第五焊盘连接所述电压测量装置负极；

所述源极焊接口通过传输线分别连接所述电压源负极、第二电流源负极、第一电流源负极。

上述金氧半场效晶体管热阻测试板提供所述栅极焊接口、漏极焊接口、源极焊接口、第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘、第四焊盘、第五焊盘，利用该测试板可以使得对金氧半场效晶体管热阻测量更便捷和快速，提高测试效率。

附图说明

图1为一实施例金氧半场效晶体管热阻测试装置结构示意图；

图2为一实施例金氧半场效晶体管热阻测试方法流程图；

图3为一实施例金氧半场效晶体管热阻测试板结构示意图；

图4为另一实施例金氧半场效晶体管热阻测试板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的金氧半场效晶体管热阻测试装置、金氧半场效晶体管热阻测试方法和金氧半场效晶体管热阻测试板的具体实施方式作详细描述。

请参阅图1，图1为一实施例金氧半场效晶体管热阻测试装置结构示意图。

一种金氧半场效晶体管热阻测试装置，包括：

电压源110、第一电流源120、第二电流源130、二极管140和电压测量装置150；

所述电压源110的正负极分别连接被测金氧半场效晶体管的栅极和源极；

所述第一电流源120的正负极分别连接所述被测金氧半场效晶体管的漏极和源极；

所述第二电流源130的正极通过所述二极管140连接所述被测金氧半场效晶体管的漏极，其中，所述第二电流源130的负极连接源极，所述二极管140的负极连接漏极；

所述电压测量装置150分别连接所述被测金氧半场效晶体管的源极和漏极；

所述电压源110用于向所述被测金氧半场效晶体管的栅极施加正向电压，所述第一电流源120用于向所述被测金氧半场效晶体管提供由源极到漏极方向的反向电流；所述第二电流源130通过所述二极管140向所述被测金氧半场效晶体管提供单向的加热电流，所述二极管140用于屏蔽所述第二电流源130的泄漏信号；所述电压测量装置150用于测量所述被测金氧半场效晶体管漏极和源极之间的反向二极管的结压。

上述金氧半场效晶体管热阻测试装置通过在第二电流源130和被测金氧半场效晶体管之间加入二极管140，在加热阶段时不影响所述第二电流源130向所述被测金氧半场效晶体管的漏极提供加热电流，而在测试阶段，所述二极管140可以屏蔽所述第二电流源130的泄露信号对测试信号的干扰，可以使得测试准确性比较高，同时也可以适用同个电路有多个金氧半场效晶体管的场合从而使得测试效率比较高。

在一实施例中，所述电压源可以为30V电压源。

所述电压源采用30V的电压源可以更快的使金氧半场效晶体管沟道打开。

在一实施例中，所述第一电流源可以为100mA电流源。

所述第一电流源采用100mA电流源，所述100mA电流源提供的反向电流不会造成因反向电流过小而测不到反向二极管的结压的结果。

在一实施例中，所述第二电流源可以为5A电流源。

所述第二电流源采用5A电流源可以使得对金氧半场效晶体管加热的效率更高。

请参阅图2，图2为一实施例金氧半场效晶体管热阻测试方法流程图。

一种基于上述金氧半场效晶体管热阻测试装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤S202：通过所述电压源110向所述被测金氧半场效晶体管的栅极施加正向电压，使所述金氧半场效晶体管的沟道打开；

在步骤S202中，所述电压源110可以为30v电压源；

步骤S204：然后通过所述第二电流源130经所述二极管140向所述被测金氧半场效晶体管的漏极提供单向的加热电流，使所述被测金氧半场效晶体管在设定的时间充分发热；

在步骤S204中，利用所述第二电流源130提供的加热电流使所述被测金氧半场效晶体管处于工作状态，进行充分的发热，为后续测试热阻值做准备。

在一实施例中，所述设定的时间可以为200s。

将设定的时间定为200s不仅可以使得所述被测金氧半场效晶体管充分加热，还可以节约所述被测金氧半场效晶体管热阻测试的时间。

步骤S206：关闭所述电压源110和所述第二电流源130，其中，所述二极管140屏蔽所述第二电流源130的泄漏信号，所述第一电流源120向所述被测金氧半场效晶体管提供由源极到漏极方向的反向电流；

在步骤S206中，关闭所述电压源110和所述第二电流源130的作用是使所述被测金氧半场效晶体管的温度不继续增加；在关闭所述电压源110和所述第二电流源130后，所述第二电流源130还会产生泄漏信号，所述泄露信号会影响根据所述第一电流源120提供的由源极到漏极方向的反向电流进行的测试结果，利用二极管140可以有效的屏蔽掉所述第二电流源130产生的泄漏信号。

步骤S208：通过所述电压测量装置测量所述被测金氧半场效晶体管漏极和源极之间的反向二极管的结压，并根据热阻抗公式计算热阻抗，从而获得金氧半场效晶体管的热阻值。

在步骤S208中，测量所述被测金氧半场效晶体管漏极和源极之间的反向二极管的结压是为了后续根据热阻抗公式计算并获取金氧半场效晶体管的热阻值。

在一实施例中，所述热阻抗公式为：

$Z_{\mathrm{\θJC}}\left(t\right)=\frac{(T_{j0}-T_j\left(t\right))}{P_H}$

其中，T_j0为器件充分加热后关闭加热电源的瞬间温度，T_j(t)为t时刻结温，P_H为施加在器件上的功率，由漏源压降与加热电流的乘积得到，即P_H＝V_DS×I_DS，Z_θJC(t)为t时刻的热阻抗。

MOSFET里的反向二极管结压V_SD会随温度而变化，首先通过温控装置在不同温度情况下测量所述被测金氧半场效晶体管的结压V_SD，从而得到反映V_SD与器件温度变化关系的k系数；在得到k系数后，即可通过k系数根据测量到的t时刻的结压V_SD计算出t时刻器件温度即结温T_j(t)，从而可以计算出t时刻的热阻抗Z_θJC(t)。

然后在两种不同的散热环境下测量器件的热阻抗曲线：第一种测量环境，将器件直接接触到热沉上；第二种测量环境，在器件和热沉之间放置一个分离层，例如导热硅脂。再根据JESD51-14标准(一种热阻测试标准)的结构函数，获得上述两种环境下测量所得到的第一结构曲线和第二结构曲线。由于第一结构曲线和第二结构曲线在最开始时的完全相同，而在经过一个分界点后，第一结构曲线和第二结构曲线的走向开始有区别。最后第一结构曲线和第二结构曲线通过获得所述分界点，所述分界点即器件的热阻值R_θJC。

上述金氧半场效晶体管热阻测试方法通过在关闭所述电压源110和所述第二电流源130后，利用二极管140屏蔽所述第二电流源130的泄漏信号，使得在测试阶段不影响对于反向二极管结压的测试结果，在加热阶段时，不影响所述第二电流源130向所述被测金氧半场效晶体管的漏极提供加热电流，可以使得测试准确度较高，同时也可以适用同个电路有多个金氧半场效晶体管的场合，从而使得测试效率比较高。

请参阅图3，图3为一实施例金氧半场效晶体管热阻测试板结构示意图。

一种金氧半场效晶体管热阻测试板，包括：

栅极焊接口310，漏极焊接口320，源极焊接口330、第一焊盘340、第二焊盘350、第三焊盘360、第四焊盘370、第五焊盘390和所述二极管380；

所述栅极焊接口310与所述金氧半场效晶体管的栅极连接，所述漏极焊接口320与所述金氧半场效晶体管的漏极连接，所述源极焊接口330与所述金氧半场效晶体管的源极连接；

所述栅极焊接口310通过传输线连接所述第一焊盘340，所述第一焊盘340连接所述电压源110正极；

所述漏极焊接口320通过所述传输线连接所述二极管380的负极，所述二极管380的正极通过所述第二焊盘350连接所述第二电流源130正极；

所述漏极焊接口320通过所述传输线连接所述第三焊盘360，所述第三焊盘360连接所述第一电流源120正极；

所述漏极焊接口320通过所述传输线连接所述第四焊盘370，所述第四焊盘370连接所述电压测量装置150正极；

所述源极焊接口320通过所述传输线连接所述第五焊盘390，所述第五焊盘390连接所述电压测量装置150负极；

所述源极焊接口330通过传输线分别连接所述电压源110负极、第二电流源130负极、第一电流源120负极。

上述金氧半场效晶体管热阻测试板通过提供所述栅极焊接口310、漏极焊接口320、源极焊接口330、第一焊盘340、第二焊盘350、第三焊盘360、第四焊盘370、第五焊盘390可以使得对金氧半场效晶体管热阻测量更便捷和快速，提高测试效率。

在一实施例中，所述第一焊盘340、第二焊盘350、第三焊盘360、第四焊盘370和/或第五焊盘390可以为方形焊盘。

方形焊盘在焊接时更方便，更有效率，从而可以使得金氧半场效晶体管热阻测试效率更高。

为了更进一步的详细解释本发明金氧半场效晶体管热阻测试板，下面将结合具体应用实例进行说明。

本具体应用实例的所述第二电流源采用5A电流源，所述第一电流源采用10mA电流源，电压源采用15V电压源。

请参阅图4，图4为另一实施例金氧半场效晶体管热阻测试板结构示意图。

在进行将金氧半场效晶体管热阻测试时，将4根线缆包括：加热电压线缆410、加热电流线缆420、测试电流线缆430、采集信号线缆440分别焊接于测试板的焊盘上。其中所述加热电压线缆410连接15V电压源；所述加热电流线缆420连接5A电流源；所述测试电流线缆430连接10mA电流源；采集信号线缆440连接测试设备的信号采集端。

在焊接所述加热电压线缆410、加热电流线缆420、测试电流线缆430、采集信号线缆440后，通过固定孔450上的固定线缆用的绑带460，使线缆固定于测试板中；然后将待测的金氧半场效晶体管的栅极G，漏极D，源级S按照如图所示位置安装，即可对待测的金氧半场效晶体管进行热阻测试。每次测试只需一个器件，而且更换便捷，同时又避免了泄漏信号对测试的影响。

需要声明的是，在本发明的金氧半场效晶体管热阻测试装置、方法和测试板中，并不限定于上述优选实施例中阐述的技术方案，也可以采用其它形式的技术方案，可实现测试效率比较高的效果。

本发明的金氧半场效晶体管热阻测试装置与本发明的金氧半场效晶体管热阻测试方法一一对应，在上述金氧半场效晶体管热阻测试方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于金氧半场效晶体管热阻测试装置的实施例中，特此声明。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种金氧半场效晶体管热阻测试装置，其特征在于，包括：

电压源、第一电流源、第二电流源、二极管和电压测量装置；

所述电压源的正负极分别连接被测金氧半场效晶体管的栅极和源极；

所述第一电流源的正负极分别连接所述被测金氧半场效晶体管的漏极和源极；

所述第二电流源的正极通过所述二极管连接所述被测金氧半场效晶体管的漏极，其中，所述第二电流源的负极连接源极，所述二极管的负极连接漏极；

所述电压测量装置分别连接所述被测金氧半场效晶体管的源极和漏极；

所述电压源用于向所述被测金氧半场效晶体管的栅极施加正向电压，所述第一电流源用于向所述被测金氧半场效晶体管提供由源极到漏极方向的反向电流；所述第二电流源通过所述二极管向所述被测金氧半场效晶体管提供单向的加热电流，所述二极管用于屏蔽所述第二电流源在测试时产生的泄漏信号；所述电压测量装置用于测量所述被测金氧半场效晶体管漏极和源极之间的反向二极管的结压。

2.根据权利要求1所述的金氧半场效晶体管热阻测试装置，其特征在于，所述电压源为30V电压源。

3.根据权利要求1所述的金氧半场效晶体管热阻测试装置，其特征在于，所述第一电流源为100mA电流源。

4.根据权利要求1所述的金氧半场效晶体管热阻测试装置，其特征在于，所述第二电流源为5A电流源。

5.一种基于权利要求1至4任一所述的金氧半场效晶体管热阻测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过所述电压源向所述被测金氧半场效晶体管的栅极施加正向电压，使所述金氧半场效晶体管的沟道打开；

然后通过所述第二电流源经所述二极管向所述被测金氧半场效晶体管的漏极提供单向的加热电流，使所述被测金氧半场效晶体管在设定的时间充分发热；

关闭所述电压源和所述第二电流源，其中，所述二极管屏蔽所述第二电流源的泄露信号，所述第一电流源向所述被测金氧半场效晶体管提供由源极到漏极方向的反向电流；

通过所述电压测量装置测量所述被测金氧半场效晶体管漏极和源极之间的反向二极管的结压，并根据热阻抗公式计算热阻抗，从而获得金氧半场效晶体管的热阻值。

6.根据权利要求5所述的金氧半场效晶体管热阻测试方法，其特征在于，所述设定的时间为200s。

7.根据权利要求5所述的金氧半场效晶体管热阻测试方法，其特征在于，所述热阻抗公式为：

$Z_{\mathrm{\θJC}}\left(t\right)=\frac{(T_{j0}-T_j\left(t\right))}{P_H}$

其中，T_j0为器件充分加热后关闭加热电源的瞬间温度，T_j(t)为t时刻结温，P_H为施加在器件上的功率，Z_θJC(t)为t时刻的热阻抗。

8.一种金氧半场效晶体管热阻测试板，其特征在于，包括：

栅极焊接口，漏极焊接口，源极焊接口、第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘、第四焊盘、第五焊盘和所述二极管；

所述栅极焊接口与所述金氧半场效晶体管的栅极连接，所述漏极焊接口与所述金氧半场效晶体管的漏极连接，所述源极焊接口与所述金氧半场效晶体管的源极连接；

所述栅极焊接口通过传输线连接所述第一焊盘，所述第一焊盘连接所述电压源正极；

所述漏极焊接口通过所述传输线连接所述二极管的负极，所述二极管的正极通过所述第二焊盘连接所述第二电流源正极；

所述漏极焊接口通过所述传输线连接所述第三焊盘，所述第三焊盘连接所述第一电流源正极；

所述漏极焊接口通过所述传输线连接所述第四焊盘，所述第四焊盘连接所述电压测量装置正极；

所述源极焊接口通过所述传输线连接所述第五焊盘，所述第五焊盘连接所述电压测量装置负极；

所述源极焊接口通过传输线分别连接所述电压源负极、第二电流源负极、第一电流源负极。

9.根据权利要求8所述的金氧半场效晶体管热阻测试板，其特征在于，所述第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘、第四焊盘和/或第五焊盘为方形焊盘。