CN106054052A - 一种半导体器件温度‑电压‑电流三维校温曲面的建立方法 - Google Patents

一种半导体器件温度‑电压‑电流三维校温曲面的建立方法 Download PDF

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郭春生
苏雅
廖之恒
冯士维
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
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    • G01R31/2601—Apparatus or methods therefor

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Abstract

一种半导体器件温度‑电压‑电流三维校温曲面的建立方法属于电子器件测试领域。半导体器件结温作为半导体器件可靠性方面的重要参数，准确、快速测量结温对科研、工程方面具有重要意义。针对半导体器件结温实时测量的要求。本发明根据本数据库能够准确结温。通过高速开关电路等产生不产生自升温的脉冲电流电压并输入待测器件，通过采集电路采集器件两端电应力值。最终测量并建立三维温度‑电压‑电流校温曲线数据库，从而可以在器件工作状态下(包括浪涌电流，高频等)，实时检测器件结温。

Description

一种半导体器件温度-电压-电流三维校温曲面的建立方法
技术领域
本发明属于电子器件测试领域，主要应用于测量半导体器件在不同温度下的电压-电流曲线，通过统计拟合建立半导体器件温度-电压-电流三维校温曲线数据库。
背景技术
半导体器件结温作为半导体器件可靠性方面的重要参数，准确、快速测量结温对科研、工程方面具有重要意义。传统的半导体器件结温的测量通过器件手册上的热阻数值，根据公式进行计算，或者根据传统的校温曲线，测量器件两端的单一数据，例如电压或电流，来确定器件结温。前者由于即便是同一种型号的半导体器件，其热阻数值也因为个体的不同而有很大差异，同时热阻并不是一个单一，稳定的数值，其大小随工作环境、电应力等不同而发生改变，因此所得结温并不准确；后者虽准确性较第一种有所提高，但由于校温曲线是二维曲线，只能通过电压和电流的其中一种作为温敏参数判断温度，而半导体器件在同一电流下工作时，其温度有很大变化，因此也不能满足工作需求。
发明内容
本发明旨在提出一种半导体器件温度-电压-电流三维校温曲线数据库的建立方法。相较于传统的通过二维校温曲线确定结温的方法，本方法不再使用单一的电压或电流作为温敏参数，而是同时测量半导体器件在不同温度下的工作电压、电流，经过统计拟合，建立半导体器件温度-电压-电流三维校温曲面。在测量结温时，可通过测量半导体器件两端电压、电流，确定半导体器件温度。在避免了相同工作电压或电流下，半导体器件结温可能不同的问题之外，大大提高了结温测量的准确性。
本发明采用的技术方案如下：
将待测器件置于加热装置中，该加热装置可以是温箱但不限于温箱，本说明书中以温箱为例，通过对温箱进行设置，使器件获得指定温度的环境，足够时间后，即可认为待测器件温度与温箱温度相同。通过给器件输入持续时间短，幅值递增且连续的电压脉冲，避免电压脉冲导致的待测器件的结温变化的对测量结果产生影响。利用脉冲使待测器件工作，测量工作状态下器件两端的电压-电流关系，最终建立针对该器件的电压-电流-结温校温曲线数据库。
一种半导体器件在浪涌电流条件下的结温测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，利用导线将待测半导体器件(1)与脉冲发生器(4)相连，利用导线将待测半导体器件(1)与数据采集仪器(5)相连，并将待测半导体器件(1)放入温箱(2)，利用温箱(2)对待测半导体器件(1)进行加热；
步骤二，当待测半导体器件(1)温度稳定到温箱(2)所设定的温度并经过了5-10min以后，利用脉冲发生器(4)给待测半导体器件(1)施加电压递增的不产生自升温的短脉冲，期间脉冲发生器(4)由程控电源(3)供电，并通过数据采集仪器(5)测量半导体器件两端的电压、电流数据；该处短脉冲的宽度按照国军标128A-1997中的规定选取；
步骤三，重复步骤一及步骤二，调整温箱(2)的温度数值，获得不同温度下的电压-电流数据，并将所得数据汇总、处理，建立针对半导体器件(1)的校温曲线数据库。
步骤三中设定温度的最大值按照器件生产商提供的器件手册中的规定为准。
更为具体的：
实现本发明中半导体器件在浪涌电流现象中的结温测量方法的装置如图(1)所示，包括待测半导体器件(1)，温箱(2)，程控电源(3)，脉冲发生器(4)，数据采集仪器(5)，器件夹具(6)。其中，器件夹具(6)用于将待测半导体器件(1)固定；脉冲发生器(4)用于产生持续时间短，幅值递增且连续的电压脉冲；数据采集仪器(5)用来测量待测器件两端电压以及流过待测器件的电流。
本发明的特征在于，该方法还包括以下步骤：
步骤一，利用器件夹具(6)和导线将待测半导体器件(1)通过导线与脉冲发生器(4)，数据采集仪器(5)相连，并将半导体器件(1)放入温箱(2)中，设定温度为30℃，利用温箱(2)对待测半导体器件(1)进行加热。
步骤二，当利用温箱(2)对待测半导体器件(1)进行加热的时间达到预期时间后，通过脉冲发生器(4)给待测半导体器件(1)施加电压值递增变化的短脉冲，此处应说明，短脉冲宽度按照国军标128A-1997中的规定短脉冲宽度设置，此处推荐100us，期间程控电源(3)给脉冲发生器(4)供电，同时利用数据采集仪器(5)测量半导体器件(1)两端的电压，电流，并记录相关数据。本处应说明，加热的预期时间的长短以5至10min为准。
步骤三，重复步骤一和步骤二，电压步进10mV，至电压为1V位置，温度每次递增5℃，测量并记录数据，至温度达到120℃为止。此处应说明，该电压最大值和温度最大值按照器件生产商提供的器件手册中的规定为准，在此处假设最大电压为1V，最高温度为120℃。测量完毕后归纳，处理数据，建立针对待测半导体器件(1)的校温曲线数据库。
附图说明
图1为步骤一和步骤二中所使用装置示意图，图中，1为待测半导体器件，2为温箱，3为程控电源，4为脉冲发生器，5为数据采集仪器，6为器件夹具。
图2为将半导体器件温度-电压-电流三维校温曲线数据进行可视化处理后的曲面图。
图3为实际测量到的递增脉冲的波形。
图4为本发明特征流程图。
具体实施方式
下面结合附图和以某型号二极管半导体器件为例但不限于此例的具体实施方式对本发明进行更详细的说明。
本发明所涉及的测试装置如图1所示。
步骤一，利用器件夹具(6)和导线将待测半导体器件(1)通过导线与脉冲发生器(4)相连，利用器件夹具(6)和导线将待测半导体器件(1)通过导线与数据采集仪器(5)相连，并将待测半导体器件(1)放入温箱(2)中，设定温度为30℃，利用温箱(2)对待测半导体器件(1)进行加热。
步骤二，当利用温箱(2)对待测半导体器件(1)进行加热的时间达到预期时间后，通过脉冲发生器(4)给待测半导体器件(1)施加电压值递增变化的宽度为100us的短脉冲，期间脉冲发生器(4)由程控电源(3)供电，同时利用数据采集仪器(5)测量待测半导体器件(1)两端的电压，电流，并记录相关数据。
在本例中，通过采集待测半导体器件(1)两侧的电压，获得的电压波形如图5所示，经过每一个周期，待测器件两端的电压呈现上升的趋势。
步骤三，重复步骤一和步骤二，温度每次递增5℃，测量并记录数据，至温度达到120℃为止。此处应说明，该电压最大值和温度最大值按照器件生产商提供的器件手册中的规定为准，在本例中选择最大电压为1V，最高温度为110℃。测量完毕后归纳，处理数据，建立针对待测半导体器件(1)的校温曲线数据库。
在本例中，将测量得到的校温曲线数据绘制为曲面，如图2所示，该图中z轴为温度，x轴为电压，y轴为电流。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种半导体器件在浪涌电流条件下的结温测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将待测半导体器件(1)与脉冲发生器(4)相连，将待测半导体器件(1)与数据采集仪器(5)相连，并将待测半导体器件(1)放入温箱(2)，利用温箱(2)对待测半导体器件(1)进行加热；
步骤二，当待测半导体器件(1)温度稳定到温箱(2)所设定的温度并经过了5-10min以后，利用脉冲发生器(4)给待测半导体器件(1)施加电压递增的不产生自升温的短脉冲，期间脉冲发生器(4)由程控电源(3)供电，并通过数据采集仪器(5)测量半导体器件两端的电压、电流数据；该处短脉冲的宽度按照国军标128A-1997中的规定选取；
步骤三，重复步骤一及步骤二，调整温箱(2)的温度数值，获得不同温度下的电压-电流数据，并将所得数据汇总、处理，建立针对半导体器件(1)的校温曲线数据库。
2.根据权利要求1所述的半导体器件浪涌电流测量方法，其特征在于，还包括：
步骤三中设定温度的最大值按照器件生产商提供的器件手册中的规定为准。
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