CN105004752B - 多管芯器件热阻测试方法 - Google Patents

Abstract

一种多管芯器件热阻测试方法，包括：步骤S1.对N个管芯中的第i管芯通热电流，使多管芯器件发热至热平衡状态，再分别对所有管芯通测试电流，测得此时所有管芯各自的第i结壳热阻R_i1～R_iN，以及相应的施加给多管芯器件的第i功率Q_i；步骤S2.执行S1步骤N次，其中i取遍1～N所有整数；步骤S3.根据测得的所有结壳热阻R₁₁～R_1N，R₂₁～R_2N…R_N1～R_NN和所有的第i功率Q₁～Q_N，确定因测定结壳热阻而引起的N次多管芯器件的温度变化ΔT₁至ΔT_N；步骤S4.根据所确定的所有的温度变化ΔT₁至ΔT_N和所有的功率Q₁～Q_N，确定多管芯器件的结壳热阻R_N。本发明的多管芯器件结壳热阻测试方法实现了多管芯器件的结壳热阻的高精度的测量。

Description

多管芯器件热阻测试方法

技术领域

本发明涉及半导体器件测试领域，特别涉及一种多管芯器件热阻测试方法。

背景技术

在传热学的工程应用中，为了满足生产工艺的要求，有时通过减小热阻以加强传热；而有时则通过增大热阻以抑制热量的传递。

热阻反映阻止热量传递的能力的综合参量，是热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W或K/W。用热功耗乘以热阻，即可获得该传热路径上的温升。可以用一个简单的类比来解释热阻的意义，换热量相当于电流，温差相当于电压，则热阻相当于电阻。

一般芯片的热阻包括以下三种：

热阻Rja：芯片的热源结(junction)到周围冷却空气(ambient)的总热阻，乘以其发热量即获得器件温升。

热阻Rjc：芯片的热源结到封装外壳间的热阻(即结壳热阻)，乘以发热量即获得结与壳的温差。

热阻Rjb：芯片的结与PCB板间的热阻，乘以通过单板导热的散热量即获得结与单板间的温差。

其中热阻Rjc，即结壳热阻是分立器件的一个重要的参数指标，直接决定器件的使用环境，国内对单管芯分立器件热阻的测试已经有了相关的测试方法，但对于多管芯分立器件热阻的测试一直没能实现。

发明内容

本发明的实施例提供一种多管芯器件热阻测试方法。

在一些实施例中，多管芯器件热阻测试方法，包括：

步骤S1.对N个管芯中的第i管芯通热电流，使多管芯器件发热至热平衡状态，再分别对所有管芯通测试电流，测得此时所有管芯各自的第i结壳热阻R_i1～R_iN，以及相应的施加给多管芯器件的第i功率Q_i；

步骤S2.执行步骤S1步骤N次，其中i从1取到N；

步骤S3.根据测得的所有结壳热阻R₁₁～R_1N，R₂₁～R_2N…R_N1～R_NN和所有的第i功率Q₁～Q_N，确定因测定结壳热阻而引起的N次多管芯器件的温度变化ΔT₁至ΔT_N；

步骤S4.根据所确定的所有的温度变化ΔT₁至ΔT_N和所有的功率Q₁～Q_N，确定多管芯器件的结壳热阻R_N。上述技术方案通过对单个管芯通热电流，待多管芯器件发热至热平衡状态后，再对所有管芯通微小的测试电流，实现了对多管芯器件的结壳热阻的测量。

在一些实施例中，在测多管芯器件的各个管芯的结壳热阻前还包括：

采用油浴法测定热敏参数校正曲线K。

因为在进行结壳热阻测试时，通测试电流后，结温还没有明显产生热量时，如果给定足够的时间，结温和壳温将达到热平衡，壳温非常接近结温，这时将热电偶直接连接到器件表面采集数据时，油浴将充分保证器件的温度稳定并且热电偶采集的温度等于结温。

在一些实施例中，多管芯器件的结壳热阻R_N由公式：R_N＝﹙△T₁+△T₂+……△T_N﹚/(N(Q₁+Q₂+……Q_N))确定；其中，ΔT₁至ΔT_N根据以下矩阵确定

△T₁＝R₁₁*Q₁+R₁₂*Q₂+R₁₃*Q₃+……R_1N*Q_N

△T₂＝R₂₁*Q₁+R₂₂*Q₂+R₂₃*Q₃+……R_2N*Q_N

……

△T_N＝R_N1*Q₁+R_N2*Q₂+R_N3*Q₃+……R_NN*Q_N

通过上述计算式精确的计算出多管芯器件整体的结壳热阻，由于最终的多管芯器件的结壳热阻是通过多管芯器件内部的所有的单个管芯的实际测量的热阻通过矩阵的方式计算得到的，即使某一个管芯在某一温度下的结壳热阻的测量有所偏差，也不会整体上影响最终的计算结果，从而保证了多管芯器件的结壳热阻的准确度。

在一些实施例中，热电流为多管芯器件的最大额定电流，由于多管芯器件工作在最大额定功率时的发热最多，所以在最大额定功率下测得的结壳热阻是多管芯器件的最大结壳热阻，据此可以判断实际生产中的多管芯器件的结壳热阻参数是否达标，即结壳热阻小于最大结壳热阻即为达标，否则不合格。

测试电流为50mA，测试电流大小的选择很重要，测试电流过大会导致结温明显变化，测试电流过小会导致正向压降值测量误差较大。

在一些实施例中，将多管芯器件接入热阻测试仪包括：

对于共阴极多管芯器件，用导线将所有管芯的阳极连通并接至热阻测试仪的阳极接线端，将所有管芯的共阴极端接至热阻测试仪的阴极接线端；

对于共阳极多管芯器件，用导线将所有管芯的阴极连通并接至热阻测试仪的阴极接线端，将所有管芯的共阳极端接至热阻测试仪的阳极接线端。

本实施例中，通过用导线将所有管芯的阳极连通并接至热阻测试仪的阳极接线端或者将所有管芯的阴极连通并接至热阻测试仪的阴极接线端，从而方便了后续的测试的操作，提高了测试效率，有利于批量的测试多管芯器件的结壳热阻，提高多管芯器件的良品率。

在一些实施例中，所述导线的选用长度满足：

对于共阴极多管芯器件，使得所有管芯的阳极到热阻测试仪的阳极的距离相等；或者

对于共阳极多管芯器件，使得所有管芯的阴极到热阻测试仪的阴极的距离相等。

有益效果：使得测量精度更高，相同的“距离”使得热阻测试仪到各管芯的压降相同，使得对多管芯器件中的各个管芯的测试的测试环境、测试条件都相同，避免因测试环境、测试条件的不同造成对多管芯器件的结壳热阻的误测量。

附图说明

图1为多管芯器件热阻测试方法流程图；

图2为双管芯器件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的多管芯器件热阻测试方法的一实施例包括如下步骤：

步骤S1.对N个管芯中的第i管芯通热电流，使多管芯器件发热至热平衡状态，再分别对所有管芯通测试电流，测得此时所有管芯各自的第i结壳热阻R_i1～R_iN，以及相应的施加给多管芯器件的第i功率Q_i；

步骤S2.执行步骤S1步骤N次，其中i从1取到N；

步骤S3.根据测得的所有结壳热阻R₁₁～R_1N，R₂₁～R_2N…R_N1～R_NN和所有的第i功率Q₁～Q_N，确定因测定结壳热阻而引起的N次多管芯器件的温度变化ΔT₁至ΔT_N；

步骤S4.根据所确定的所有的温度变化ΔT₁至ΔT_N和所有的功率Q₁～Q_N，确定多管芯器件的结壳热阻R_N。

本实施例的多管芯器件结壳热阻测试方法实现了多管芯器件的结壳热阻的高精度的测量。

多管芯器件一般包括双管芯器件、三管芯器件、四管芯器件等，以下分别以双管芯器件、三管芯器件、四管芯器件为例，来说明本发明的多管芯器件热阻测试方法，但本发明的多管芯器件热阻测试方法并不限于双管芯器件、三管芯器件、四管芯器件的热阻的测试，而可以用于任意多管芯器件的热阻的测试。

如图2所示，以一种共阴极的双管芯器件为例来具体说明本发明的结壳热阻测试方法(共阳极的器件的结壳热阻测试方法与共阴极相同)，引脚1、3分别为两个管芯的阳极，引脚2为两个管芯的共阴极。

测试工具以phase11热阻测试仪为例：

步骤S00、采用油浴法测定双管芯器件的热敏参数校正曲线K。

步骤S01、连接双管芯器件。用两根导线分别连接第一管芯X₁的引脚1和第二管芯X₂的引脚3，接通阳极并连接至热阻测试仪phase11的阳极接线端；用导线连接第一管芯X₁的引脚2，并连接至热阻测试仪phase11的阴极接线端。

步骤S02、在引脚1和引脚2之间通最大额定电流,等待达到热平衡(即，整个多管芯器件的产热量与散热量达到平衡)后延迟70微秒，再分别给第一管芯X₁和第二管芯X₂通测试电流50mA，根据测量的热敏参数校正曲线K，得出第一管芯X₁的第一结壳热阻R₁₁和第二管芯X₂的第一结壳热阻R₁₂，同时记下测试过程中施加给双管芯器件的热量Q₁。

接线方式不变，在引脚3和引脚2之间通最大额定电流,等待达到热平衡后延迟70微秒,再分别给第一管芯X₁和第二管芯X₂通测试电流50mA，根据测量的热敏参数校正曲线K，得出第一管芯X₁的第二结壳热阻R₂₁和第二管芯X₂的第二结壳热阻R₂₂，同时记下测试过程中施加给双管芯器件的热量Q₂。

步骤S03、根据如下矩阵计算整个双管芯器件的结壳热阻：

对上面的公式进行矩阵运算得：

△T₁＝R₁₁*Q₁+R₁₂*Q₂

△T₂＝R₂₁*Q₁+R₂₂*Q₂

得出双管芯器件热阻值为：

R₂＝﹙△T₁+△T₂﹚/(2(Q₁+Q₂))

其中R₁₁、R₂₁分别是第一管芯X₁的最大结壳热阻和最小结壳热阻；R₁₂、R₂₂分别第二管芯X₂的最小结壳热阻和最大结壳热阻。

在步骤S00中采用油浴法测定热敏参数校正曲线K，通测试电流后，结温还没有明显产生热量时，如果给定足够的时间，结温和壳温将达到热平衡，壳温非常接近结温，这时将热电偶直接连接到器件表面采集数据时，油浴将充分保证器件的温度稳定并且热电偶采集的温度等于结温。此外，上述测试中测试电流大小的选择很重要，测试电流过大会导致结温明显变化，测试电流过小会导致正向压降值测量误差较大，本实施例中选择测试电流为50mA。

上述实施例中的双管芯器件可以为45CKQ100或者是其它任意的双管芯器件，一般要求双管芯器件45CKQ100的单个管芯的结壳热阻为0.83℃/W,整个器件的结壳热阻为0.42℃/W；双管芯器件还可以为35SCGJQ060，热阻要求单个管芯热阻为1.25℃/W,整个器件的热阻为0.63℃/W。

对于三管芯器件，测试工具仍然以phase11热阻测试仪为例：

步骤S11、连接三管芯器件(以共阴极为例)。用三根导线分别连接第一至第三管芯阳极引脚，并连接至热阻测试仪phase11的阳极接线端；用导线连接第一至第三管芯的共阴极引脚，并连接至热阻测试仪phase11的阴极接线端。

步骤S12、在第一管芯的阳极与共阴极之间通最大额定电流,等待达到热平衡后延迟80微秒,再分别给第一至第三管芯通测试电流50mA，根据测量的热敏参数校正曲线K，得出第一管芯X₁的第一结壳热阻R₁₁、第二管芯X₂的第一结壳热阻R₁₂、第三管芯X₃的第一结壳热阻R₁₃，同时记下测试过程中施加给三管芯器件的热量Q₁。

接线方式不变，第二管芯X₂的阳极与共阴极之间通最大额定电流,等待达到热平衡后延迟80微秒,再分别给第一至第三管芯通测试电流50mA，根据测量的热敏参数校正曲线K，得出第一管芯的第二结壳热阻R₂₁、第二管芯X₂的第二结壳热阻R₂₂、第三管芯X₃的第二结壳热阻R₂₃，同时记下测试过程中施加给三管芯器件的热量Q₂。

接线方式不变，第三管芯X₃的阳极与共阴极之间通最大额定电流,等待达到热平衡后延迟80微秒,再分别给第一至第三管芯通测试电流50mA，根据测量的热敏参数校正曲线K，得出第一管芯X₁的第三结壳热阻R₃₁、第二管芯X₂的第三结壳热阻R₃₂、第三管芯X₃的第三结壳热阻R₃₃，同时记下测试过程中施加给三管芯器件的热量Q₃。

步骤S13、根据矩阵计算整个三管芯器件的结壳热阻。

R₃＝﹙△T₁+△T₂+△T₃﹚/(3(Q₁+Q₂+Q₃))；其中

△T₁＝R₁₁*Q₁+R₁₂*Q₂+R₁₃*Q₃

△T₂＝R₂₁*Q₁+R₂₂*Q₂+R₂₃*Q₃

△T₃＝R₃₁*Q₁+R₃₂*Q₂+R₃₃*Q₃

对于四管芯器件，测试工具仍然以phase11热阻测试仪为例：

步骤S21、连接四管芯器件X₄(以共阴极为例)。用四根导线分别连接第一至第四管芯阳极引脚，并连接至热阻测试仪phase11的阳极接线端；用导线连接第一至第四管芯的共阴极引脚，并连接至热阻测试仪phase11的阴极接线端。

步骤S22、在第一管芯的阳极与共阴极之间通最大额定电流,等待达到热平衡后延迟90微秒,再分别给第一至第四管芯通测试电流50mA，根据测量的热敏参数校正曲线K，得出第一管芯的第一结壳热阻R₁₁、第二管芯的第一结壳热阻R₁₂、第三管芯的第一结壳热阻R₁₃和第四管芯的第一结壳热阻R₁₄，同时记下测试过程中施加给双管芯器件的热量Q₁。

接线方式不变，在第二管芯的阳极与共阴极之间通最大额定电流,等待达到热平衡后延迟90微秒,再分别给第一至第四管芯通测试电流50mA，根据测量的热敏参数校正曲线K，得出第一管芯的第二结壳热阻R₂₁、第二管芯的第二结壳热阻R₂₂、第三管芯的第二结壳热阻R₂₃和第四管芯的第二结壳热阻R₂₄，同时记下测试过程中施加给双管芯器件的热量Q₂。

接线方式不变，在第三管芯的阳极与共阴极之间通最大额定电流,等待达到热平衡后延迟90微秒,再分别给第一至第三管芯通测试电流50mA，根据测量的热敏参数校正曲线K，得出第一管芯的第三结壳热阻R₃₁、第二管芯的第三结壳热阻R₃₂、第三管芯的第三结壳热阻R₃₃和第四管芯的第三结壳热阻R₃₄，同时记下测试过程中施加给双管芯器件的热量Q₃；

接线方式不变，在第四管芯的阳极与共阴极之间通最大额定电流,等待达到热平衡后延迟90微秒,再分别给第一至第四管芯通测试电流50mA，根据测量的热敏参数校正曲线K，得出第一管芯的第四结壳热阻R₄₁、第二管芯的第四结壳热阻R₄₂、第三管芯的第四结壳热阻R₄₃和第四管芯的第四结壳热阻R₄₄，同时记下测试过程中施加给双管芯器件的热量Q₄。

步骤S23、根据矩阵计算整个四管芯器件的结壳热阻。

R₄＝﹙△T₁+△T₂+△T₃+△T₄﹚/(4(Q₁+Q₂+Q₃+Q₄))；其中

△T₁＝R₁₁*Q₁+R₁₂*Q₂+R₁₃*Q₃+R₁₄*Q₄

△T₂＝R₂₁*Q₁+R₂₂*Q₂+R₂₃*Q₃+R₂₄*Q₄

△T₃＝R₃₁*Q₁+R₃₂*Q₂+R₃₃*Q₃+R₃₄*Q₄

△T₄＝R₄₁*Q₁+R₄₂*Q₂+R₄₃*Q₃+R₄₄*Q₄

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多管芯器件热阻测试方法，所述多管芯器件的管芯个数为N，所述方法包括：

步骤S1.对N个管芯中的第i管芯通热电流，使多管芯器件发热至热平衡状态，再分别对所有管芯通测试电流，测得此时所有管芯各自的第i结壳热阻R_i1～R_iN，以及相应的施加给多管芯器件的第i功率Q_i；

步骤S2.重复步骤S1，直到累计执行S1步骤N次，i从1取到N；

步骤S3.根据测得的所有结壳热阻R₁₁～R_1N，R₂₁～R_2N…R_N1～R_NN和所有的第i功率Q₁～Q_N，确定因测定结壳热阻而引起的N次多管芯器件的温度变化ΔT₁至ΔT_N；

步骤S4.根据所确定的所有的温度变化ΔT₁至ΔT_N和所有的功率Q₁～Q_N，确定多管芯器件的结壳热阻R_N；

所述多管芯器件的结壳热阻R_N由公式

R_N＝﹙△T₁+△T₂+……△T_N﹚/(N(Q₁+Q₂+……Q_N))确定，其中，ΔT₁至ΔT_N根据以下矩阵

确定。

2.根据权利要求1所述的多管芯器件热阻测试方法，其特征在于，所述热电流为多管芯器件的最大额定电流。

3.根据权利要求2所述的多管芯器件热阻测试方法，其特征在于所述测试电流为50mA。

4.根据权利要求3所述的多管芯器件热阻测试方法，其特征在于所述热阻测试仪为phase11热阻测试仪。

5.根据权利要求4所述的多管芯器件热阻测试方法，其特征在于，在步骤S1前还包括将多管芯器件接入热阻测试仪，其中，

对于共阴极多管芯器件，用导线将所有管芯的阳极连通并接至热阻测试仪的阳极接线端，将所有管芯的共阴极端接至热阻测试仪的阴极接线端；

对于共阳极多管芯器件，用导线将所有管芯的阴极连通并接至热阻测试仪的阴极接线端，将所有管芯的共阳极端接至热阻测试仪的阳极接线端。

6.根据权利要求5所述的多管芯器件热阻测试方法，其特征在于，所述导线的选用长度满足：

使得所有管芯的阳极到热阻测试仪的阳极的距离相等；或者

使得所有管芯的阴极到热阻测试仪的阴极的距离相等。