【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、実際に製品レベルとして実装しているプリント基板上の個別素子（例えば半導体素子）の発熱量と熱的な特性を測定する電子部品発熱量測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化、ブロック化や高密度化が進み、より小型化、低価格化が求められている。また、騒音対策として半導体素子などを冷却するファンレス化の要求もますます高まり、厳密な熱設計と評価が、必要になってきている。
【０００３】
このため、ＣＰＵを初めとする高発熱の素子を適切な温度になるように設計するためには、過去の実験データや各種熱解析を用いているが、その基礎となる各種の素子の発熱量や熱特性を正確に把握することが不可欠となっている。
【０００４】
従来、電子機器内に配設されているプリント基板上に実装されている素子は、各素子の動作状態を想定して発熱量を予測していたが、実際に動作している状態での発熱量の把握は、非常に困難であった。
【０００５】
次に従来例の発熱量測定方法を図４により述べる。図５において、プリント基板１１上に載置されている測定対象素子１２の主要回路の電流値、電圧値を、それぞれ電流計Ａ、電圧計Ｖを用いて直接測定して消費電力を求めるか、また、測定プローブ１３を有する測定器１４で間接的に電流値を測定して消費電力を求めるかで、測定対象半導体素子の発熱量を測定する方法が行なわれている。
【０００６】
しかし、上記直接測定して消費電力を求める場合でも、高速に動作している回路の消費電力を測定することは技術的に難度が高い上に、測定専用のプリント基板を治具として個別に必要としていたためコスト高になる問題がある。
【０００７】
また、上記間接測定では、小電流の場合には、精度良く測定することが非常に困難である。
【０００８】
さらに、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）のような素子の場合には、素子にリードがないため、形状的に回路の電流値を直接測定することがより困難であり、素子の発熱量を測定することは現実的に不可能に近かった。
【０００９】
また、治具を使用して電圧値や電流値を測定しても実際の使用状態ではないため放熱特性などの熱的な特性を同時に測定することが困難であった。さらに、高速に動作する素子の場合には、治具に取り付けても所定の動作をしないという問題さえもあった。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−０１４０６５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、ＬＳＩなどの半導体素子は、ジャンクション温度Ｔｊを許容温度以下にすることが必要である。しかし、実際に使用している素子では、ジャンクション温度Ｔｊを直接測定することができないため、素子の周囲温度Ｔａ又は素子の表面側温度Ｔｃを測定し、以下のようにしてジャンクション温度Ｔｊの判定を行なっていた。
【００１２】
これは、各温度間の熱抵抗が予めＬＳＩメーカーで測定されているため、別途設定した素子の発熱量Ｐから、以下の基本式を用いて算出するようにしている。
【００１３】
素子周囲許容温度上昇：Ｔａ（ｍａｘ）＝Ｔｊ（ｍａｘ）・α１−Ｐ×Ｒｊａ
ここで、Ｒｊａは熱抵抗、α１はディレーティング率である。
【００１４】
素子表面許容温度上昇：Ｔｃ（ｍａｘ）＝Ｔｊ（ｍａｘ）・α２−Ｐ×Ｒｊｃ
ここで、Ｒｊｃは熱抵抗、α２はディレーティング率である。
【００１５】
上記のことを図示したものが図５である。上記のように、発熱量Ｐは推定値であるため、ジャンクション温度Ｔｊの厳密な判定ができなかった。
【００１６】
現在では、プリント基板上の素子の熱的モデルは、一般的に図６（ａ），（ｂ）に示すように考えられている。しかし、個別の熱抵抗を測定することはＬＳＩメーカーの研究所レベルを除いて一般的には極めて困難である。
【００１７】
次に、発熱測定上の技術的な課題について述べる。上記図６（ａ），（ｂ）に示した熱的モデルの場合、温度と発熱の関係は、図７に示す温度分布特性のグラフ（イ）で表される。
【００１８】
図７のグラフ（イ）において、ジャンクション温度Ｔｊは高く、素子上面側温度（以下素子表面側温度と称する）Ｔｃ１は、フィンなどで冷却されるので、低い値になっている。また、素子素子プリント基板側温度Ｔｂは、ジャンクション温度Ｔｊより多少低い値になる。
【００１９】
しかし、プリント基板上には複数の素子が実装され発熱しており放熱の経路が複雑で、特定素子の発熱量測定は困難である。例えば、図８に示すように通過熱量測定センサ１５を測定対象半導体素子１２に取り付けても、測定対象半導体素子１２の発熱の何％が通過しているのか解からない。また、温度分布や発熱分布によって、他の素子１７の発熱分が入っていてもそれを識別することができない。
【００２０】
上記のように、現状の技術では、通常のプリント基板上のＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子の実際の発熱量や熱特性を測定することが困難であった。
【００２１】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、プリント基板上の半導体素子の発熱量及び熱特性を同時に実際の製品レベルのプリント基板に実装された状態で測定することができる電子部品発熱量測定方法を提供することを課題とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を達成するために、第１発明は、測定対象素子がジャンクション温度Ｔｊの実測機能を有するものであって、その測定対象素子をプリント基板に実装し、前記素子の上面に通過熱量センサを有する温度調整器を設けた後、この温度調整器により素子上面側温度Ｔｃを降下させてＴｊの温度を下げ、そのＴｊが素子プリント基板側Ｔｂと等しくなったときを、測定対象素子の発熱量Ｐとした後、
素子上面側温度Ｔｃを上昇させ、ＴｃとＴｊが等しくなったなら、Ｔｊ＝Ｒｊｂ×Ｐ＋Ｔｂから熱抵抗Ｒｊｂを求めた後、前記温度調整器を素子から取り外してからＴｃとＴｂを測定し、素子表面側に流れている発熱量をＰ１とすると、
Ｐ１＝（（Ｔｂ−Ｔｃ）＋Ｒｊｂ×Ｐ）／（Ｒｊｃ＋Ｒｊｂ）となり、この式にＴｂ，Ｔｃ，Ｒｊｂ，Ｒｊｃ，Ｐを代入してＰ１を求めた後、ＴｊをＴｊ＝Ｒｊｃ×Ｐ１＋Ｔｃから求めることを特徴とするものである。
【００２３】
第２発明は、測定対象素子がジャンクション温度Ｔｊの実測機能を有しないときには、予め知られている熱抵抗Ｒｊｃから発熱量Ｐを求めたことを特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図７に示した通常の半導体素子の温度分布特性では、一般的に素子表面側温度Ｔｃと素子プリント基板側温度Ｔｂの両方に分かれる。その割合は個々の半導体素子の熱抵抗Ｒｊｃ，Ｒｊｂやその周囲によって決定される。つまり、この割合は、プリント基板の温度分布の変動によって複雑に変化する。
【００２５】
そこで、図８に示す測定対象半導体素子１２の発熱が、通過熱量測定センサ１５を１００％過不足なく通過するように、プリント基板１１の温度分布を調整するようにする。以下、その原理について図１により述べる。
【００２６】
図１はこの発明の実施の形態を説明するための測定対象半導体素子の温度と発熱量の関係を示す温度分布特性図で、この特性図では、プリント基板上の他の素子やプリント基板の影響を受けないで測定対象半導体素子１２の発熱量Ｐを測定するために、その素子１２の温度分布を強制的に図示温度分布特性のグラフ（ロ）のように変化させる。
【００２７】
このような温度分布となるようにするには、素子表面側温度Ｔｃを下げ、ジャンクション温度Ｔｊが素子プリント基板側温度Ｔｂに等しく（Ｔｊ＝Ｔｂ）なるようにする。
【００２８】
上記のような温度分布特性のグラフ（ロ）にした場合には、測定対象半導体素子１２の発熱が１００％素子の表面側（Ｔｃ側）に流れ、また、他の素子の発熱もプリント基板上の素子取付部（Ｔｂ側）から侵入してくることはない。これは、同じ温度であれば熱の移動は発生しないためである。
【００２９】
次に上記原理を用いた発熱量Ｐの測定方法を示す実施の形態を図２により述べるに、図２において、製品レベルのプリント基板２１上に測定対象半導体素子２２を実装し、その半導体素子２２の上面（実装面と異なる面）に通過熱量測定センサ２３を有する温度調整器２４を設ける。
【００３０】
温度調整器２４はペルチェ素子などから構成され、また、通過熱量測定センサ２３は半導体などから構成される。２５は温度測定装置で、この温度測定装置２５により半導体素子２２の素子表面側温度Ｔｃと素子素子プリント基板側温度Ｔｂを測定する。２６はプリント基板２１に取り付けられるその他の発熱素子群である。
【００３１】
まず、手順１ａにて、上述した測定対象半導体素子２２がジャンクション温度Ｔｊの実測機能を有するものである場合における発熱量Ｐを測定する方法について述べる。
【００３２】
現在、ＣＰＵなどを構成する半導体素子においては、内部のジャンクション温度Ｔｊを実測できる機能を有するものがある。このような測定対象半導体素子２２の場合には、素子のＴｊの測定結果と素子プリント基板側温度Ｔｂが、一致するように温度を調整する。
【００３３】
上記温度の調整方法としては、図２に示すように、まず、半導体素子２２の表面に取り付けたヒートシンクやペルチェ素子による温度調整器２４を用いて素子表面側温度Ｔｃの温度を降下させる。
【００３４】
上記Ｔｃの温度を降下させると、Ｔｊの温度も降下を始める。このＴｊの温度が、図１に示す温度分布特性のグラフ（ロ）になる、すなわち、Ｔｊ＝Ｔｂ（素子プリント基板側温度）となるまでＴｃの温度を降下させる。
【００３５】
その後、Ｔｊ＝Ｔｂとなった時に、通過熱量測定センサ２３で通過熱量Ｐｃの値を読み取る。このときの値が、測定対象半導体素子２２の発熱量Ｐとなる。
【００３６】
上記温度調節器２４は、半導体素子２２の発熱量に合せた温度調節能力を有するものを用いれば良い。また、温度測定装置２５にＴｊの測定値を入力することで自動的に、Ｔｊ＝Ｔｂの調節をし、発熱量Ｐの測定も可能である。
【００３７】
次に手順１ｂとして上述した測定対象半導体素子２２がジャンクション温度Ｔｊの実測機能を有しない場合の発熱量Ｐは以下のようにして求める。
【００３８】
半導体素子の一部には、素子表面と素子ジャンクション間の熱抵抗Ｒｊｃが公開されている。この素子を用いて測定している通過熱量をＰｃとすれば、
Ｐｃ×Ｒｊｃ＝ΔＴｃｊの関係であるから、Ｔｊ＝Ｔｃ＋ΔＴｃｊとなる。
【００３９】
従って、Ｔｃの温度を調節して、Ｔｊ＝Ｔｃ＋Ｐｃ×Ｒｊｃ＝Ｔｂとし、その際のＰｃが測定対象半導体素子の発熱量Ｐとなる。
【００４０】
次に手順２として測定対象半導体素子の熱抵抗Ｒｊｂを求める方法について述べる。図２の構成において、まず半導体素子２２の表面側温度Ｔｃを上昇させて行く。Ｔｃの温度を上昇させて行くと、半導体素子２２の温度分布特性は、図３に示すグラフ（ハ）のような状態になり、発熱分は、半導体素子のプリント基板実装側（Ｔｂ側）へ流れる割合が増加する。
【００４１】
さらに温度を上昇させて行くと、図３に示すグラフ（ニ）の状態となり、半導体素子２２の表面側に流れる熱量が「０」となる。この状態では、Ｔｃ＝Ｔｊとなっており、１００％の発熱分が、半導体素子２２のプリント基板実装側に流れている。
【００４２】
この場合、Ｔｊ＝Ｒｊｂ×Ｐ＋Ｔｂの関係となっている。なお、Ｔｊ＝Ｔｃである。これらの式から熱抵抗Ｒｊｂは次式のようになる。
【００４３】
Ｒｊｂ＝（Ｔｃ−Ｔｂ）／Ｐ
上記式において、発熱量Ｐは、上記手順１ａ、１ｂのようにして求められて既知であるから素子表面側温度Ｔｃと素子プリント基板側温度Ｔｂの実測値から熱抵抗Ｒｊｂが求められる。
【００４４】
上記のように、半導体素子の熱抵抗Ｒｊｂは、素子表面側温度Ｔｃを上昇させながら、通過熱量Ｐｃを測定し、そのＰｃの値が「０」となった時点でのＴｃ、Ｔｂの温度から簡単に求めることが出来るようになる。
【００４５】
上記手順１ａ、１ｂと手順２によりそれぞれ発熱量Ｐ及び熱抵抗Ｒｊｂが明らかになった後、手順３により半導体素子の発熱量と温度特性の測定を行なう。
【００４６】
手順３では、まず、温度調整器２４を取り外し、通常動作状態とする。このときの素子表面側温度Ｔｃと素子プリント基板側温度Ｔｂを測定する。このとき、温度は、次式の関係となっている。なお、素子表面側に流れている発熱量をＰ１とする。
【００４７】
Ｔｃ＋（Ｒｊｃ×Ｐ１）−Ｒｊｂ×（Ｐ−Ｐ１）＝Ｔｂ
上記式の温度の関係は、図７に示す通りである。ここで、この式を変形すると、Ｐ１は次式のようになる。
【００４８】
Ｐ１＝（（Ｔｂ−Ｔｃ）＋Ｒｊｂ×Ｐ）／（Ｒｊｃ＋Ｒｊｂ）
上述のように実測したＴｂ、Ｔｃ及び手順２までの測定結果で得られた、熱抵抗Ｒｊｂ、ＲｊｃとＰにより、Ｐ１及びＰ−Ｐ１＝Ｐ２を求めることが出来る。これらの値から次式によりジャンクション温度Ｔｊを求める。
【００４９】
Ｔｊ＝Ｒｊｃ×Ｐ１＋Ｔｃ
上記一連の手順１ａ（１ｂ），２，３によって、個々の素子の熱的な特性を他の素子などの影響を受けることなく素子の発熱量と素子の温度特性の測定と判定ができるようになる。
【００５０】
なお、上記一連の手順は、自動化することができ、自動化することによって容易に上記測定ができるようになる。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、従来略測定が困難であったプリント基板上の半導体素子の発熱量及び熱特性を同時に実際の製品レベルのプリント基板に実装された状態で測定が可能となる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の原理を述べるための測定対象半導体素子の温度と発熱量の関係を示す温度分布特性図。
【図２】この発明の実施の形態を示す発熱量測定方法を述べる説明図。
【図３】実施の形態を作用を述べるための測定対象半導体素子の温度と発熱量の関係を示す温度分布特性図。
【図４】従来例の発熱量測定方法を示す概略構成説明図。
【図５】（ａ），（ｂ）は測定対象半導体素子の熱抵抗説明図。
【図６】（ａ），（ｂ）は測定対象半導体素子の熱抵抗モデル説明図。
【図７】測定対象半導体素子の温度と発熱量の関係を示す温度分布特性図。
【図８】発熱量測定装置の構成説明図。
【符号の説明】
２１…プリント基板
２２…測定対象半導体素子
２３…通過熱量センサ
２４…温度調節器
２５…温度測定装置
２６…その他の発熱素子群[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring the amount of heat generated by electronic components (e.g., semiconductor elements) on a printed circuit board which is actually mounted as a product level, and a method of measuring the amount of heat generated by electronic components.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices have been reduced in size, blocked, and densified, and there has been a demand for smaller sizes and lower prices. Further, as a measure against noise, there is an increasing demand for fanless cooling of semiconductor elements and the like, and strict thermal design and evaluation are required.
[0003]
For this reason, past experimental data and various thermal analyzes are used to design the CPU and other high-heat-generating elements to have an appropriate temperature. It is indispensable to grasp the thermal characteristics accurately.
[0004]
Conventionally, the amount of heat generated by elements mounted on a printed circuit board installed in an electronic device was estimated based on the operating state of each element. Knowing the quantity was very difficult.
[0005]
Next, a conventional calorific value measurement method will be described with reference to FIG. In FIG. 5, whether the power consumption is obtained by directly measuring the current value and the voltage value of the main circuit of the measurement target element 12 mounted on the printed circuit board 11 using the ammeter A and the voltmeter V, respectively, In addition, a method of measuring a calorific value of a semiconductor element to be measured is performed by measuring a current value indirectly by a measuring device 14 having a measuring probe 13 to obtain power consumption.
[0006]
However, even when the power consumption is determined by direct measurement, it is technically difficult to measure the power consumption of a circuit operating at high speed, and a dedicated printed circuit board as a jig must be individually used as a jig. Therefore, there is a problem that the cost increases.
[0007]
In the indirect measurement, it is very difficult to measure with high accuracy when the current is small.
[0008]
Further, in the case of an element such as a BGA (Ball Grid Array), it is more difficult to directly measure the current value of the circuit in terms of shape because the element has no lead, and it is necessary to measure the heat generation of the element. Was virtually impossible.
[0009]
Further, even if the voltage value or the current value is measured using a jig, it is not an actual use state, so that it has been difficult to simultaneously measure thermal characteristics such as heat radiation characteristics. Further, in the case of an element that operates at a high speed, there is even a problem that a predetermined operation is not performed even when the element is attached to a jig.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2002-014065 A
[Problems to be solved by the invention]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor device such as an LSI, it is necessary to keep a junction temperature Tj below an allowable temperature. However, since the junction temperature Tj cannot be directly measured in the element actually used, the ambient temperature Ta of the element or the surface side temperature Tc of the element is measured, and the junction temperature Tj is determined as follows. I was doing.
[0012]
Since the thermal resistance between the temperatures is measured in advance by the LSI maker, it is calculated from the heat value P of the element set separately using the following basic formula.
[0013]
Allowable temperature rise around the element: Ta (max) = Tj (max) · α1-P × Rja
Here, Rja is a thermal resistance, and α1 is a derating rate.
[0014]
Element surface allowable temperature rise: Tc (max) = Tj (max) · α2-P × Rjc
Here, Rjc is a thermal resistance, and α2 is a derating rate.
[0015]
FIG. 5 illustrates the above. As described above, since the heat value P is an estimated value, the junction temperature Tj cannot be accurately determined.
[0016]
At present, thermal models of elements on a printed circuit board are generally considered as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). However, it is generally very difficult to measure individual thermal resistance except at the laboratory level of LSI manufacturers.
[0017]
Next, technical issues in measuring heat generation will be described. In the case of the thermal model shown in FIGS. 6A and 6B, the relationship between temperature and heat generation is represented by a temperature distribution characteristic graph (A) shown in FIG.
[0018]
In the graph (a) of FIG. 7, the junction temperature Tj is high, and the element upper surface temperature (hereinafter referred to as element surface temperature) Tc1 is low because it is cooled by fins or the like. The element element printed board side temperature Tb has a value slightly lower than the junction temperature Tj.
[0019]
However, a plurality of elements are mounted on the printed circuit board to generate heat, and the heat dissipation path is complicated, so that it is difficult to measure the amount of heat generated by a specific element. For example, as shown in FIG. 8, even if the calorific value measuring sensor 15 is attached to the semiconductor element 12 to be measured, it is not clear what percentage of the heat generated by the semiconductor element 12 to be measured passes. In addition, even if heat generated by another element 17 is present, it cannot be identified due to the temperature distribution or the heat distribution.
[0020]
As described above, with the current technology, it has been difficult to measure the actual heat generation and thermal characteristics of a semiconductor element such as an IC or LSI on a normal printed circuit board.
[0021]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made in consideration of the above circumstances, and is capable of simultaneously measuring the heat generation amount and heat characteristics of a semiconductor element on a printed circuit board while being mounted on an actual product-level printed circuit board. It is an object to provide a method for measuring a quantity.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, a target element has an actual measurement function of a junction temperature Tj, and the target element is mounted on a printed circuit board. After a temperature controller having a passing calorie sensor is provided, the temperature controller lowers the element upper surface temperature Tc to lower the temperature of Tj, and measures when the Tj becomes equal to the element printed board side Tb. After setting the heat value P of the target element,
The element upper surface side temperature Tc is raised, and when Tc becomes equal to Tj, a thermal resistance Rjb is obtained from Tj = Rjb × P + Tb. Then, the temperature controller is removed from the element, and then Tc and Tb are measured. Assuming that the calorific value flowing to the surface side is P1,
P1 = ((Tb−Tc) + Rjb × P) / (Rjc + Rjb). After substituting Tb, Tc, Rjb, Rjc, and P for P1 to obtain P1, Tj is obtained from Tj = Rjc × P1 + Tc. It is characterized by the following.
[0023]
The second invention is characterized in that when the element to be measured does not have the function of actually measuring the junction temperature Tj, the calorific value P is obtained from a known thermal resistance Rjc.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the temperature distribution characteristics of a normal semiconductor element shown in FIG. 7 are generally divided into both an element surface side temperature Tc and an element printed board side temperature Tb. The ratio is determined by the thermal resistances Rjc and Rjb of the individual semiconductor elements and their surroundings. That is, this ratio changes in a complicated manner due to a change in the temperature distribution of the printed circuit board.
[0025]
Therefore, the temperature distribution of the printed circuit board 11 is adjusted so that the heat generated by the semiconductor element 12 to be measured shown in FIG. Hereinafter, the principle will be described with reference to FIG.
[0026]
FIG. 1 is a temperature distribution characteristic diagram showing the relationship between the temperature of a semiconductor element to be measured and the amount of heat generation for explaining the embodiment of the present invention. In this characteristic diagram, the influence of other elements on the printed circuit board or the printed circuit board is shown. In order to measure the heating value P of the semiconductor element 12 to be measured without receiving the temperature distribution, the temperature distribution of the element 12 is forcibly changed as shown in the graph (b) of the temperature distribution characteristic shown.
[0027]
In order to obtain such a temperature distribution, the element surface side temperature Tc is lowered so that the junction temperature Tj becomes equal to the element printed board side temperature Tb (Tj = Tb).
[0028]
In the case of the above temperature distribution characteristic graph (b), 100% of the heat generated by the semiconductor element 12 to be measured flows to the front side (Tc side) of the element, and heat generated by other elements is also generated on the printed circuit board. From the element mounting portion (Tb side). This is because heat transfer does not occur at the same temperature.
[0029]
Next, an embodiment showing a method of measuring the calorific value P using the above principle will be described with reference to FIG. 2. In FIG. 2, a semiconductor element 22 to be measured is mounted on a printed circuit board 21 at a product level. A temperature controller 24 having a passing calorie measurement sensor 23 is provided on the upper surface (a surface different from the mounting surface).
[0030]
The temperature controller 24 is composed of a Peltier element or the like, and the passing calorimetric sensor 23 is composed of a semiconductor or the like. Reference numeral 25 denotes a temperature measuring device, which measures the element surface side temperature Tc and the element element printed board side temperature Tb of the semiconductor element 22. Reference numeral 26 denotes another heating element group attached to the printed circuit board 21.
[0031]
First, in step 1a, a method of measuring the calorific value P when the above-described semiconductor element 22 to be measured has a function of actually measuring the junction temperature Tj will be described.
[0032]
At present, some semiconductor elements constituting a CPU or the like have a function of measuring an internal junction temperature Tj. In the case of such a semiconductor element 22 to be measured, the temperature is adjusted so that the measurement result of the element Tj and the element printed board side temperature Tb coincide.
[0033]
As a method of adjusting the temperature, as shown in FIG. 2, first, the temperature of the element surface side temperature Tc is lowered using a temperature adjuster 24 including a heat sink or a Peltier element attached to the surface of the semiconductor element 22.
[0034]
When the temperature of Tc is decreased, the temperature of Tj also starts decreasing. The temperature of Tc is reduced until the temperature of Tj becomes a graph (b) of the temperature distribution characteristic shown in FIG. 1, that is, Tj = Tb (element printed board side temperature).
[0035]
Thereafter, when Tj = Tb, the value of the passing heat amount Pc is read by the passing heat amount measuring sensor 23. The value at this time is the heat value P of the semiconductor element 22 to be measured.
[0036]
As the temperature controller 24, a device having a temperature control capability in accordance with the amount of heat generated by the semiconductor element 22 may be used. Further, by inputting the measured value of Tj to the temperature measuring device 25, it is possible to automatically adjust Tj = Tb and measure the calorific value P.
[0037]
Next, as procedure 1b, the heat generation amount P when the above-described semiconductor element 22 to be measured does not have the function of actually measuring the junction temperature Tj is determined as follows.
[0038]
For some semiconductor devices, the thermal resistance Rjc between the device surface and the device junction is disclosed. If the amount of passing heat measured using this element is Pc,
Since the relationship is Pc × Rjc = ΔTcj, Tj = Tc + ΔTcj.
[0039]
Therefore, the temperature of Tc is adjusted so that Tj = Tc + Pc × Rjc = Tb, and Pc at that time becomes the heat value P of the semiconductor element to be measured.
[0040]
Next, as procedure 2, a method for obtaining the thermal resistance Rjb of the semiconductor device to be measured will be described. In the configuration of FIG. 2, first, the surface side temperature Tc of the semiconductor element 22 is increased. As the temperature of Tc is increased, the temperature distribution characteristic of the semiconductor element 22 becomes a state as shown in a graph (c) shown in FIG. 3, and the amount of heat generated is transferred to the printed circuit board mounting side (Tb side) of the semiconductor element. The flow rate increases.
[0041]
When the temperature is further increased, the state of the graph (d) shown in FIG. 3 is reached, and the amount of heat flowing to the surface side of the semiconductor element 22 becomes “0”. In this state, Tc = Tj, and 100% of the heat is flowing to the printed circuit board mounting side of the semiconductor element 22.
[0042]
In this case, Tj = Rjb × P + Tb. Note that Tj = Tc. From these equations, the thermal resistance Rjb is as follows.
[0043]
Rjb = (Tc−Tb) / P
In the above equation, the calorific value P is obtained and known as in the above procedures 1a and 1b, so that the thermal resistance Rjb is obtained from the measured values of the element surface side temperature Tc and the element printed board side temperature Tb.
[0044]
As described above, the thermal resistance Rjb of the semiconductor element is obtained by measuring the passing heat amount Pc while increasing the element surface side temperature Tc, and calculating the temperature of Tc and Tb when the value of Pc becomes “0”. You can easily find it.
[0045]
After the calorific value P and the thermal resistance Rjb are clarified by the procedures 1a, 1b and 2 respectively, the calorific value and the temperature characteristics of the semiconductor element are measured by the procedure 3.
[0046]
In the procedure 3, first, the temperature controller 24 is detached and brought into a normal operation state. At this time, the element surface side temperature Tc and the element printed board side temperature Tb are measured. At this time, the temperature has the following relationship. The amount of heat flowing to the element surface side is defined as P1.
[0047]
Tc + (Rjc × P1) −Rjb × (P−P1) = Tb
The relationship between the temperatures in the above equation is as shown in FIG. Here, when this equation is modified, P1 becomes as follows.
[0048]
P1 = ((Tb−Tc) + Rjb × P) / (Rjc + Rjb)
P1 and P-P1 = P2 can be obtained from the thermal resistances Rjb, Rjc and P obtained from the measured Tb and Tc and the measurement results up to the procedure 2 as described above. From these values, the junction temperature Tj is obtained by the following equation.
[0049]
Tj = Rjc × P1 + Tc
Through the above-described series of procedures 1a (1b), 2, and 3, it is possible to measure and determine the heat generation amount of the element and the temperature characteristic of the element without affecting the thermal characteristic of each element by other elements. Become.
[0050]
In addition, the above series of procedures can be automated, and the above measurement can be easily performed by automating the procedure.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the calorific value and the thermal characteristics of a semiconductor element on a printed circuit board, which have conventionally been difficult to measure, can be simultaneously measured while mounted on an actual product-level printed circuit board. The following advantages are obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a temperature distribution characteristic diagram showing a relationship between a temperature of a semiconductor device to be measured and a calorific value for describing the principle of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a calorific value measuring method according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a temperature distribution characteristic diagram showing a relationship between a temperature of a semiconductor element to be measured and a calorific value for describing an operation of the embodiment.
FIG. 4 is a schematic configuration explanatory view showing a calorific value measuring method of a conventional example.
FIGS. 5A and 5B are explanatory diagrams of the thermal resistance of a semiconductor element to be measured.
6A and 6B are explanatory diagrams of a thermal resistance model of a semiconductor element to be measured.
FIG. 7 is a temperature distribution characteristic diagram showing a relationship between a temperature of a semiconductor element to be measured and a heat generation amount.
FIG. 8 is a configuration explanatory view of a calorific value measuring device.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 21 printed circuit board 22 semiconductor element 23 to be measured 23 heat passing sensor 24 temperature controller 25 temperature measuring device 26 other heat generating element group
