CN114112113A

CN114112113A - 热阻传递标准件及热阻测量仪器校准方法

Info

Publication number: CN114112113A
Application number: CN202111172077.3A
Authority: CN
Inventors: 李灏; 翟玉卫; 刘岩; 徐森锋; 丁晨; 吴爱华
Original assignee: CETC 13 Research Institute
Current assignee: CETC 13 Research Institute
Priority date: 2021-10-08
Filing date: 2021-10-08
Publication date: 2022-03-01

Abstract

本发明适用于半导体技术领域，提供了一种热阻传递标准件及热阻测量仪器校准方法，上述热阻传递标准件包括：第一半导体芯片、第二半导体芯片、第一管脚、第二管脚、第三管脚、第四管脚及壳体；第一半导体芯片和第二半导体芯片均设置在壳体内部；第一管脚穿过壳体与第一半导体芯片的阳极连接，第二管脚穿过壳体与第一半导体芯片的阴极连接；第三管脚穿过壳体与第二半导体芯片的阳极连接，第四管脚穿过壳体与第二半导体芯片的阴极连接。本发明提供的热阻传递标准件设置两个相互独立的半导体芯片，分别用于输入测试电流和工作电流，不存在电流的切换，有效提高了热阻传递标准件的标定精度。

Description

热阻传递标准件及热阻测量仪器校准方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种热阻传递标准件及热阻测量仪器校准方法。

背景技术

热阻参数是表征器件散热性能的重要参数，直接关系器件寿命及可靠性，因此热阻测量仪器的校准变得尤为重要。目前通常采用热阻传递标准件对热阻测量仪器进行校准。

现有技术中，通常采用小电流K系数法确定热阻传递标准件的结温，对热阻传递标准件进行标定。但由于在测温过程中存在工作电流和测试电流的切换，使得热阻传递标准件的结电压在电流切换瞬间出现尖峰脉冲，从而影响热阻传递标准件的标定精度，进而影响热阻测量仪器的校准。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种热阻传递标准件及热阻测量仪器校准方法，以解决现有技术中采用小电流K系数法对热阻传标准件进行标定，影响热阻传递标准件的标定精度的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种热阻传递标准件，包括：第一半导体芯片、第二半导体芯片、第一管脚、第二管脚、第三管脚、第四管脚及壳体；

第一半导体芯片和第二半导体芯片均设置在壳体内部；

第一管脚穿过壳体与第一半导体芯片的阳极连接，第二管脚穿过壳体与第一半导体芯片的阴极连接；

第三管脚穿过壳体与第二半导体芯片的阳极连接，第四管脚穿过壳体与第二半导体芯片的阴极连接。

本发明实施例的第二方面提供了一种热阻传递标准件的标定方法，应用于本发明实施例第一方面提供的热阻传递标准件，上述方法包括：

控制热阻传递标准件处于预设温度，向热阻传递标准件的第二半导体芯片输入测试电流，并测量热阻传递标准件的第二半导体芯片的第一结电压；预设温度为多个，第一结电压为多个，预设温度与第一结电压一一对应；

根据多个预设温度及多个第一结电压，确定热阻传递标准件的校温曲线；

向热阻传递标准件的第一半导体芯片输入工作电流，待热阻传递标准件的结温稳定后，向热阻传递标准件的第二半导体芯片输入测试电流，并测量热阻传递标准件的第二半导体芯片的第二结电压；

根据校温曲线及第二结电压，确定热阻传递标准件在工作电流下的结温，并根据结温确定热阻传递标准件的标准热阻值。

本发明实施例的第三方面提供了一种热阻测量仪器校准方法，应用于本发明实施例第一方面提供的热阻传递标准件，上述方法包括：

采用热阻测量仪器测量热阻传递标准件的热阻；

获取热阻传递标准件的标准热阻值，计算热阻与标准热阻值之间的差值，并根据差值对热阻测量仪器进行校准。

本发明实施例提供了一种热阻传递标准件及热阻测量仪器校准方法，上述热阻传递标准件包括：第一半导体芯片、第二半导体芯片、第一管脚、第二管脚、第三管脚、第四管脚及壳体；第一半导体芯片和第二半导体芯片均设置在壳体内部；第一管脚穿过壳体与第一半导体芯片的阳极连接，第二管脚穿过壳体与第一半导体芯片的阴极连接；第三管脚穿过壳体与第二半导体芯片的阳极连接，第四管脚穿过壳体与第二半导体芯片的阴极连接。本发明实施例提供的热阻传递标准件设置两个相互独立的半导体芯片，分别用于输入测试电流和工作电流，不存在工作电流和测试电流的切换，结电压不会出现尖峰脉冲，有效提高了热阻传递标准件的标定精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的热阻传递标准件的标定系统结构示意图；

图2是现有技术中对热阻传递标准件进行标定时的电流变化示意图；

图3是本发明实施例提供的热阻传递标准件的示意图；

图4是本发明实施例提供的热阻传递标准件的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的热阻传递标准件的纵截面示意图；

图6是本发明实施例提供的一种热阻传递标准件的标定方法的实现流程示意图；

图7是本发明实施例提供的校温曲线示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

现有技术中，通常采用如图1所示的热阻传递标准件的标定系统对热阻传递标准件进行标定。1、利用温控平台控制热阻传递标准件在预设温度下，电流源输入测试电流，并通过电压表测试得到第一结电压。在多个不同的预设温度下进行上述试验，得到校温曲线。利用电流源将输入电流切换为工作电流，对热阻传递标准件加热，待器件达到稳定结温后电流源的电流切换为测试电流，参考图2，为防止测试电流导致器件的自热，测试电流的值很小；而工作电流用于加热，工作电流的值较大。当电流从较大的工作电流切换为微小的测试电流时，由于热阻传递标准件的结电压不能突变，在电流切换过程中结电压会出现尖峰脉冲，导致部分数据失效，使得热阻传递标准件的标定存在误差。

基于以上问题，参考图3，本发明实施例提供了一种热阻传递标准件，包括：第一半导体芯片11、第二半导体芯片12、第一管脚13、第二管脚14、第三管脚15、第四管脚16及壳体17；

第一半导体芯片11和第二半导体芯片12均设置在壳体17内部；

第一管脚13穿过壳体17与第一半导体芯片11的阳极连接，第二管脚14穿过壳体17与第一半导体芯片11的阴极连接；

第三管脚15穿过壳体17与第二半导体芯片12的阳极连接，第四管脚16穿过壳体17与第二半导体芯片12的阴极连接。

本发明实施例中在热阻传递标准件中设置两个独立的半导体芯片(第一半导体芯片11和第二半导体芯片12)，仅存在热传导耦合。第一管脚13和第二管脚14可以用于输入测试电流，第三管脚15和第四管脚16可以用于输入工作电流；或，第一管脚13和第二管脚14用于输入工作电流，第三管脚15和第四管脚16用于输入测试电流。本发明实施例将工作电流和测试电流分离，不存在工作电流和测试电流之间的切换，结电压不会出现尖峰脉冲，有效提高了热阻传递标准件的标定精度，同时采用该热阻传递标准件对热阻测量仪器进行校准，使得热阻测量仪器的测量精度更高。

一些实施例中，第一半导体芯片11和第二半导体芯片12均可以为二极管芯片。

本发明实施例第一半导体芯片11和第二半导体芯片12均可以为二极管芯片，电路结构简单，电学稳定性好。其中，二极管芯片可以为肖特基二极管，开关速度快，适合脉冲电流的测量。肖特基二极管可以为碳化硅材质，碳化硅为禁带材料，耐热性及热稳定性好。进一步的，第一半导体芯片11、第二半导体芯片12也可以为MOSFET、IGBT或其他PN结结构的器件，本发明实施例在此不做限定。

一些实施例中，参考图4，热阻传递标准件还可以包括：设置在壳体17内部的第一导电基板18、第二导电基板19、第一键合线20和第二键合线21；

第一半导体芯片11设置在第一导电基板18上；第一半导体芯片11的阳极通过第一键合线20与第一管脚13连接，第一半导体芯片11的阴极通过第一导电基板18与第二管脚14连接；

第二半导体芯片12设置在第二导电基板19上；第二半导体芯片12的阳极通过第二键合线21与第三管脚15连接，第二半导体芯片12的阴极通过第二导电基板19与第四管脚16连接。

一些实施例中，第一导电基板18和第二导电基板19之间可以设置有绝缘槽22。

一些实施例中，壳体17内部可以形成密闭空腔，且密闭空腔内充填有惰性保护气体。

本发明实施例中设置第一导电基板18，第一半导体芯片11设置在第一导电基板18上，且与第一导电基板18连接，第一导电基板18用于支撑及导电。参考图4，第一半导体芯片11焊接在第一导电基板18上，且第一半导体芯片11的负极与第一导电基板18接触，第二管脚14通过第一导电基板18与第一半导体芯片11的负极导通，第一管脚13通过第一键合线20与第一半导体芯片11的阳极导通。壳体17可以为方形，第一管脚13和第二管脚14对应设置在壳体17相对的两侧。第二半导体芯片12的设置同上，具体不再赘述，参考图4。同时，在第一导电基板18和第二导电基板19之间设置有绝缘槽22，用于隔开第一半导体芯片11的电学回路和第二半导体芯片12的电学回路隔离。壳体17内充填有惰性保护气体，用语保护器件。

图5示出了热阻传递标准件的纵截面，热阻传递标准件的壳体17可以包括盖板、侧壁和底板构成，第一导电基板18和第二导电基板19可以为壳体17的底板。底板自下而上依次包括：基板层、绝缘层及导电层。绝缘槽22将导电层分为两部分，第一半导体芯片11和第二半导体芯片12通过底板的导电层与对应的管脚连接。

参考图6，本发明实施例还提供了一种热阻传递标准件的标定方法，应用于上述发明实施例提供的热阻传递标准件，上述方法包括：

S101：控制热阻传递标准件处于预设温度，向热阻传递标准件的第二半导体芯片12输入测试电流，并测量热阻传递标准件的第二半导体芯片12的第一结电压；预设温度为多个，第一结电压为多个，预设温度与第一结电压一一对应；

S102：根据多个预设温度及多个第一结电压，确定热阻传递标准件的校温曲线。

本发明实施例中第二半导体芯片12用于测试结电压，第一半导体芯片11用于加热。通过温控平台控制热阻传递标准件处于预设温度，仅对第二半导体芯片12输入测试电流，测试第一结电压。改变预设温度进行多次试验，得到校温曲线。例如，参考图7，其中V_tsp为热阻传递标准件的结电压，T_j为热阻传递标准件的结温，热阻传递标准件的结电压变化量ΔV_tsp与热阻传递标准件的结温的变化量T_j呈倍数关系，ΔV_tsp＝KΔT_j，K为校温系数。

其中，预设温度的个数至少为两个，预设温度的数量越多，校温曲线的精度越高，可根据实际应用需求设定预设温度的个数

S103：向热阻传递标准件的第一半导体芯片11输入工作电流，待热阻传递标准件的结温稳定后，向热阻传递标准件的第二半导体芯片12输入测试电流，并测量热阻传递标准件的第二半导体芯片12的第二结电压。

S104：根据校温曲线及第二结电压，确定热阻传递标准件在工作电流下的结温，并根据结温确定热阻传递标准件的标准热阻值。

向第一半导体芯片11输入工作电流，对热阻传递标准件加热，待结温稳定后，再次向第二半导体芯片12输入测试电流，测试得到第二结电压，进而根据校温曲线及第二结电压确定工作电流下的结温，从而得到标准热阻值。其中，由于测试电流较小，不会影响器件温度，因此在得到第一结电压后可以停止继续输入测试电流。在结温稳定后，可继续输入工作电流，保持温度的稳定，提高第二结电压的测量精度。

一些实施例中，测试电流可以为脉冲电流，工作电流可以为直流电流。

本发明实施例中，测试电流可以为脉冲电流，防止测试电流引起热阻传递标准件的温度变化，影响结电压的测量精度。

一些实施例中，测试电流的峰值与工作电流的电流值可以相同。

一些实施例中，标准热阻值R_θjx的计算公式可以为：

其中，T_j为结温，T_x为参考温度，P_H为热阻传递标准件由参考温度升高至结温时耗散的功率。

在进行第二次结电压测量时，温控平台控制热阻传递标准件处于某以参考温度下，输入工作电流后热阻传递标准件由参考温度升高至结温。P_H可由工作电流及第二结电压计算得到。

本发明实施例还提供了一种热阻测量仪器校准方法，应用于上述发明实施例提供的热阻传递标准件，上述方法包括：

S201：采用热阻测量仪器测量热阻传递标准件的热阻；

S202：获取热阻传递标准件的标准热阻值，计算热阻与标准热阻值之间的差值，并根据差值对热阻测量仪器进行校准。

本发明实施例中，在采用热阻测量仪器对半导体器件的热阻进行测量之前，可以采用本发明实施例提供的热阻传递标准件对热阻测量仪器进行校准。采用热阻测量仪器测量热阻传递标准件的实际热阻值，将热阻传递标准件的标准热阻值作为基准，计算实际热阻值标准热阻值之间的差值，根据差值对热阻测量仪器进行调节。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种热阻传递标准件，其特征在于，包括：第一半导体芯片、第二半导体芯片、第一管脚、第二管脚、第三管脚、第四管脚及壳体；

所述第一半导体芯片和所述第二半导体芯片均设置在所述壳体内部；

所述第一管脚穿过所述壳体与所述第一半导体芯片的阳极连接，所述第二管脚穿过所述壳体与所述第一半导体芯片的阴极连接；

所述第三管脚穿过所述壳体与所述第二半导体芯片的阳极连接，所述第四管脚穿过所述壳体与所述第二半导体芯片的阴极连接。

2.如权利要求1所述的热阻传递标准件，其特征在于，所述第一半导体芯片和所述第二半导体芯片均为二极管芯片。

3.如权利要求1所述的热阻传递标准件，其特征在于，所述热阻传递标准件还包括：设置在所述壳体内部的第一导电基板、第二导电基板、第一键合线和第二键合线；

所述第一半导体芯片设置在所述第一导电基板上；所述第一半导体芯片的阳极通过所述第一键合线与所述第一管脚连接，所述第一半导体芯片的阴极通过所述第一导电基板与所述第二管脚连接；

所述第二半导体芯片设置在所述第二导电基板上；所述第二半导体芯片的阳极通过所述第二键合线与所述第三管脚连接，所述第二半导体芯片的阴极通过所述第二导电基板与所述第四管脚连接。

4.如权利要求3所述的热阻传递标准件，其特征在于，所述第一导电基板和所述第二导电基板之间设置有绝缘槽。

5.如权利要求1至4任一项所述的热阻传递标准件，其特征在于，所述壳体内部形成密闭空腔，且所述密闭空腔内充填有惰性保护气体。

6.一种热阻传递标准件的标定方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任一项所述的热阻传递标准件，所述方法包括：

控制所述热阻传递标准件处于预设温度，向所述热阻传递标准件的第二半导体芯片输入测试电流，并测量所述热阻传递标准件的第二半导体芯片的第一结电压；所述预设温度为多个，所述第一结电压为多个，所述预设温度与所述第一结电压一一对应；

根据多个预设温度及多个第一结电压，确定所述热阻传递标准件的校温曲线；

向所述热阻传递标准件的第一半导体芯片输入工作电流，待所述热阻传递标准件的结温稳定后，向所述热阻传递标准件的第二半导体芯片输入所述测试电流，并测量所述热阻传递标准件的第二半导体芯片的第二结电压；

根据所述校温曲线及所述第二结电压，确定所述热阻传递标准件在所述工作电流下的结温，并根据所述结温确定所述热阻传递标准件的标准热阻值。

7.如权利要求6所述的热阻传递标准件的标定方法，其特征在于，所述测试电流为脉冲电流，所述工作电流为直流电流。

8.如权利要求7所述的热阻传递标准件的标定方法，其特征在于，所述测试电流的峰值与所述工作电流的电流值相同。

9.如权利要求6至8任一项所述的热阻传递标准件的标定方法，其特征在于，所述标准热阻值R_θjx的计算公式为：

其中，T_j为所述结温，T_x为参考温度，P_H为所述热阻传递标准件由所述参考温度升高至所述结温时耗散的功率。

10.一种热阻测量仪器校准方法，其特征在于，应用如权利要求1至5任一项所述的热阻传递标准件，所述方法包括：

采用热阻测量仪器测量所述热阻传递标准件的热阻；

获取所述热阻传递标准件的标准热阻值，计算所述热阻与所述标准热阻值之间的差值，并根据所述差值对所述热阻测量仪器进行校准。