JPH0531102B2 - - Google Patents
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- JPH0531102B2 JPH0531102B2 JP63054725A JP5472588A JPH0531102B2 JP H0531102 B2 JPH0531102 B2 JP H0531102B2 JP 63054725 A JP63054725 A JP 63054725A JP 5472588 A JP5472588 A JP 5472588A JP H0531102 B2 JPH0531102 B2 JP H0531102B2
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- semiconductor
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Classifications
-
- G—PHYSICS
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- 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
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]
- G01R31/2896—Testing of IC packages; Test features related to IC packages
-
- G—PHYSICS
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- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
- G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
- G01K7/183—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer characterised by the use of the resistive element
-
- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
-
- G—PHYSICS
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- G01R31/2872—Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation
- G01R31/2874—Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation related to temperature
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- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は一般に半導体素子に用いられるパツケ
ージ材料の熱特性測定方法に関し、特にこれを迅
速かつ効率的に行なえるよう設計されたプラチナ
抵抗器を使用した熱特性測定方法に関する。
ージ材料の熱特性測定方法に関し、特にこれを迅
速かつ効率的に行なえるよう設計されたプラチナ
抵抗器を使用した熱特性測定方法に関する。
集積回路を含む半導体素子は、従来よりこれを
使用中、安全に収容するよう設計されたパツケー
ジの中に収められている。典型的なパツケージに
は、通常のプラスチツクでできたDIP（dual−in
−line−packages：デユアル・イン・ライン・パ
ツケージ）、セラミツクパツケージ（CERDIP）、
ハイブリツドユニツト、金属缶タイプユニツト、
そしてフラツト・パツク・スモール・ジエオメト
リ・ユニツト（flat pack small geomety unit）
がある。
使用中、安全に収容するよう設計されたパツケー
ジの中に収められている。典型的なパツケージに
は、通常のプラスチツクでできたDIP（dual−in
−line−packages：デユアル・イン・ライン・パ
ツケージ）、セラミツクパツケージ（CERDIP）、
ハイブリツドユニツト、金属缶タイプユニツト、
そしてフラツト・パツク・スモール・ジエオメト
リ・ユニツト（flat pack small geomety unit）
がある。
パツケージの中に含まれる半導体素子の使用特
性を推定するのは、その素子が発散する熱の総量
を計算すること、及びパツケージを介して熱をい
かに効率よく放散させるかということが重要だか
らである。半導体素子の寿命は、使用温度と直接
的な関係がある。ゆえに使用中のパツケージ内の
素子の接合温度（junction temperature：ジヤン
クシヨン・テンペラチヤ）（Tj）を測定すること
がまず重要になる。接合温度とは使用中における
素子の表面の温度のことである。特定の半導体素
子の接合温度Tjが臨界温度を10℃程度越えると、
寿命が半分以下になつてしまう。160℃以上の接
合温度は、たいていきわめて早期に素子を損う。
性を推定するのは、その素子が発散する熱の総量
を計算すること、及びパツケージを介して熱をい
かに効率よく放散させるかということが重要だか
らである。半導体素子の寿命は、使用温度と直接
的な関係がある。ゆえに使用中のパツケージ内の
素子の接合温度（junction temperature：ジヤン
クシヨン・テンペラチヤ）（Tj）を測定すること
がまず重要になる。接合温度とは使用中における
素子の表面の温度のことである。特定の半導体素
子の接合温度Tjが臨界温度を10℃程度越えると、
寿命が半分以下になつてしまう。160℃以上の接
合温度は、たいていきわめて早期に素子を損う。
次に、パツケージから半導体素子の熱が流れる
比率を測定することは、あらゆる半導体素子に必
要なことである。この熱流比は、従来より℃／
wattという単位で表わされている。固有の環境
（パツケージ内など）における半導体素子の熱発
散に関する正確な情報を得ておくと、パツケージ
の方式を決定したり、ヒートシンクを作つたりす
ることが容易にできる。
比率を測定することは、あらゆる半導体素子に必
要なことである。この熱流比は、従来より℃／
wattという単位で表わされている。固有の環境
（パツケージ内など）における半導体素子の熱発
散に関する正確な情報を得ておくと、パツケージ
の方式を決定したり、ヒートシンクを作つたりす
ることが容易にできる。
従来より半導体やこれらのパツケージの熱特性
測定方法は、２通り用いられてきた。これらに関
する一般的な方法はセージ・エンタープライズ・
オフプリント・アーテイクルの1983年12月号の、
セイゲルによつて記された「システムデザインに
おける半導体の熱の取り扱い」の中に記述されて
いる。これらの方法のうちの第１は、赤外線顕微
鏡方式（IR方式）を含むものである。IR方式は、
光学顕微鏡と結合した赤外線検出器を用いる。こ
の方法ではパツケージ内の半導体素子の特性を知
るために、素子の表面を露出させねばならない。
光学顕微鏡とこれに取り付けられた赤外線検出器
を用いることで素子の平均的な温度分布を外観す
ることができ、また素子の各点に注意を注ぐこと
もできる。
測定方法は、２通り用いられてきた。これらに関
する一般的な方法はセージ・エンタープライズ・
オフプリント・アーテイクルの1983年12月号の、
セイゲルによつて記された「システムデザインに
おける半導体の熱の取り扱い」の中に記述されて
いる。これらの方法のうちの第１は、赤外線顕微
鏡方式（IR方式）を含むものである。IR方式は、
光学顕微鏡と結合した赤外線検出器を用いる。こ
の方法ではパツケージ内の半導体素子の特性を知
るために、素子の表面を露出させねばならない。
光学顕微鏡とこれに取り付けられた赤外線検出器
を用いることで素子の平均的な温度分布を外観す
ることができ、また素子の各点に注意を注ぐこと
もできる。
しかしながら、このIR方式には固有の欠点が
ある。第１の半導体素子を含んでいるパツケージ
は、素子の表面が見えるように部分的に切開しな
ければならない。この場合、パツケージの一部及
びこれに付けられているヒートシンクは、外さね
ばならないため、本来の使用条件での正確な熱発
散を測定することはできない。
ある。第１の半導体素子を含んでいるパツケージ
は、素子の表面が見えるように部分的に切開しな
ければならない。この場合、パツケージの一部及
びこれに付けられているヒートシンクは、外さね
ばならないため、本来の使用条件での正確な熱発
散を測定することはできない。
さらに、試験される半導体素子は、大抵の場
合、一定の熱放散性の特別な材料で被覆されてい
る。このような被覆が素子の熱放散特性を変化さ
せ、正確な熱的解析を一層困難にしている。IR
方式の他の欠点は、装置が高価でメインテナンス
の費用もかかり、精度には限度があることであ
る。
合、一定の熱放散性の特別な材料で被覆されてい
る。このような被覆が素子の熱放散特性を変化さ
せ、正確な熱的解析を一層困難にしている。IR
方式の他の欠点は、装置が高価でメインテナンス
の費用もかかり、精度には限度があることであ
る。
もう１つの頻繁に利用される方法は、パルスダ
イオード／トランジスタVbe方式（PDT方式）
と呼ばれている。たいていの半導体素子は、温度
に依存する特性を少なくとも１つは有している。
トランジスタにおいては、ベースからエミツタへ
かけての電圧Vbeは温度に依存する。ダイオード
の場合、順方向電圧Vfが温度に依存している。
外部から加えた熱によりこれらの素子の温度依存
特性を描いてグラフを作成する。素子は選択され
たパツケージの所定の場所に収められ、試験シミ
ユレーシヨンが実行される。あらかじめ容易され
たグラフと関連してシミユレーシヨンからデータ
を得、様々な使用条件のもとでのパツケージの熱
的特性が測定される。
イオード／トランジスタVbe方式（PDT方式）
と呼ばれている。たいていの半導体素子は、温度
に依存する特性を少なくとも１つは有している。
トランジスタにおいては、ベースからエミツタへ
かけての電圧Vbeは温度に依存する。ダイオード
の場合、順方向電圧Vfが温度に依存している。
外部から加えた熱によりこれらの素子の温度依存
特性を描いてグラフを作成する。素子は選択され
たパツケージの所定の場所に収められ、試験シミ
ユレーシヨンが実行される。あらかじめ容易され
たグラフと関連してシミユレーシヨンからデータ
を得、様々な使用条件のもとでのパツケージの熱
的特性が測定される。
しかしながら、このPDT方式にも固有の欠点
がいくつかある。まず、試験装置がかなり高価で
あり、しかも迅速に操作できない。さらに、被試
験素子（トランジスタ、ダイオード、その他）が
点放射源であり、半導体素子用に設計されている
パツケージの半導体素子の全般的な大きさを考慮
していない。
がいくつかある。まず、試験装置がかなり高価で
あり、しかも迅速に操作できない。さらに、被試
験素子（トランジスタ、ダイオード、その他）が
点放射源であり、半導体素子用に設計されている
パツケージの半導体素子の全般的な大きさを考慮
していない。
本発明は、上述の方法の様々な観点に立つてな
されたものである。第１に、操作速度と精度を増
しつつも、高価な試験装置を必要とせず、半導体
パツケージの熱特性の測定を容易にする。
されたものである。第１に、操作速度と精度を増
しつつも、高価な試験装置を必要とせず、半導体
パツケージの熱特性の測定を容易にする。
そこで本発明の目的は、高価な試験装置を必要
としない半導体パツケージの熱特性測定方法を提
供することにある。
としない半導体パツケージの熱特性測定方法を提
供することにある。
本発明の他の目的は、測定工程を最少にする半
導体パツケージ熱特性測定方法を提供することに
ある。
導体パツケージ熱特性測定方法を提供することに
ある。
本発明の更に他の目的は、迅速で正確な測定を
可能にする半導体パツケージの熱特性決定方法を
提供することにある。
可能にする半導体パツケージの熱特性決定方法を
提供することにある。
本発明の更に他の目的は、パツケージを物理的
に破壊することなく、半導体素子の使用される本
来の状態での解析を可能にする半導体パツケージ
の熱特性測定方法を提供することにある。
に破壊することなく、半導体素子の使用される本
来の状態での解析を可能にする半導体パツケージ
の熱特性測定方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、半導体素子用に設計
されたパツケージ内の半導体素子の大きさと寸法
を考慮にいれた半導体パツケージの熱特性測定方
法を提供することにある。
されたパツケージ内の半導体素子の大きさと寸法
を考慮にいれた半導体パツケージの熱特性測定方
法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、多様な半導体素子、
パツケージ材料、及びヒートシンク技術に対応で
きる半導体パツケージの熱特性測定方法を提供す
ることにある。
パツケージ材料、及びヒートシンク技術に対応で
きる半導体パツケージの熱特性測定方法を提供す
ることにある。
これらの目的を達成するために、プラチナ製の
抵抗器試験ユニツトを半導体パツケージの中に設
け、パツケージの熱特性測定を行なう。この抵抗
器は、半導体素子用に設計されたパツケージ内の
半導体装置の全体的寸法に近い大きさに好適に整
えられた基板上に設けられたプラチナの層を含ん
でいる。抵抗値と、これの温度係数とが広い温度
範囲に亘つて高い精度で予測可能でしかも再現性
があるために、プラチナを用いる。抵抗器は選択
されたパツケージ内に取り付けられ封止されてい
る。
抵抗器試験ユニツトを半導体パツケージの中に設
け、パツケージの熱特性測定を行なう。この抵抗
器は、半導体素子用に設計されたパツケージ内の
半導体装置の全体的寸法に近い大きさに好適に整
えられた基板上に設けられたプラチナの層を含ん
でいる。抵抗値と、これの温度係数とが広い温度
範囲に亘つて高い精度で予測可能でしかも再現性
があるために、プラチナを用いる。抵抗器は選択
されたパツケージ内に取り付けられ封止されてい
る。
パツケージされている抵抗器の抵抗値を、温度
及び抵抗器の抵抗値との間の数学的相関関係を求
めるために、複数の温度レベルにおいて測定す
る。この数学的相関関係から、温度対抵抗のグラ
フを作ることもできるし、このグラフから方程式
を作り、選択した抵抗値における温度を計算する
こともできる。
及び抵抗器の抵抗値との間の数学的相関関係を求
めるために、複数の温度レベルにおいて測定す
る。この数学的相関関係から、温度対抵抗のグラ
フを作ることもできるし、このグラフから方程式
を作り、選択した抵抗値における温度を計算する
こともできる。
次に、パツケージされた抵抗器を電圧源を具え
た試験回路に接続し、電力を消費して自分で熱を
発するようにする。その後、抵抗器の両端にかか
る電圧と抵抗器を流れる電流とを測定する。これ
らの測定値を用いて抵抗器の抵抗値が計算でき
る。この抵抗値における温度は、あらかじめ作成
しておいたグラフ又は方程式から求めることがで
きる。この温度は抵抗器の接合温度、すなわち表
面温度（Tj）である。このようにして得られた
Tjの値を用いて、抵抗器の表面からパツケージ
の外側上または近傍のあらかじめ設定しておいた
どんな基準点までの温度勾配も算出できる。
た試験回路に接続し、電力を消費して自分で熱を
発するようにする。その後、抵抗器の両端にかか
る電圧と抵抗器を流れる電流とを測定する。これ
らの測定値を用いて抵抗器の抵抗値が計算でき
る。この抵抗値における温度は、あらかじめ作成
しておいたグラフ又は方程式から求めることがで
きる。この温度は抵抗器の接合温度、すなわち表
面温度（Tj）である。このようにして得られた
Tjの値を用いて、抵抗器の表面からパツケージ
の外側上または近傍のあらかじめ設定しておいた
どんな基準点までの温度勾配も算出できる。
本発明の方法を用いて得られた測定値は、試験
されているパツケージの熱放散性能を測定する上
で有用である。また半導体素子用に設計されたパ
ツケージの半導体素子が設置された場合のパツケ
ージを通じての熱の総量の発散の正確なシミユレ
ーシヨンとなる。結果として、パツケージは最も
効率よく熱を発散するように設計することができ
る。
されているパツケージの熱放散性能を測定する上
で有用である。また半導体素子用に設計されたパ
ツケージの半導体素子が設置された場合のパツケ
ージを通じての熱の総量の発散の正確なシミユレ
ーシヨンとなる。結果として、パツケージは最も
効率よく熱を発散するように設計することができ
る。
本発明のその他の目的、特徴及び利点は、以下
の好適実施例の説明によつて明らかとなる。
の好適実施例の説明によつて明らかとなる。
本発明は、半導体素子のためのパツケージの熱
特性を迅速に効率よく決定する方法を提供するも
のである。特に、パツケージ内の素子の表面から
パツケージの外側上又はこれの近傍の基準点への
熱勾配を正確に決定することができる。この測定
値は、上述した理由により有用である。
特性を迅速に効率よく決定する方法を提供するも
のである。特に、パツケージ内の素子の表面から
パツケージの外側上又はこれの近傍の基準点への
熱勾配を正確に決定することができる。この測定
値は、上述した理由により有用である。
本発明の方法を実現するために、熱特性測定が
要求される半導体パツケージを選ぶ。第１図は、
一部を切開して示した本発明に基づく（DIPパツ
ケージ１０の斜視図である。この種のパツケージ
に加えて、セラミツクパツケージ（CERDIP）、
ハイブリツドユニツト、フラツト・パツク・スモ
ール・ジエオメトリ・パツケージ及び金属缶タイ
プパツケージなどの他のパツケージも測定対象に
なし得る。
要求される半導体パツケージを選ぶ。第１図は、
一部を切開して示した本発明に基づく（DIPパツ
ケージ１０の斜視図である。この種のパツケージ
に加えて、セラミツクパツケージ（CERDIP）、
ハイブリツドユニツト、フラツト・パツク・スモ
ール・ジエオメトリ・パツケージ及び金属缶タイ
プパツケージなどの他のパツケージも測定対象に
なし得る。
パツケージ１０の内部には、プラチナ抵抗器１
２が封止されている。第２図は、このプラチナ抵
抗器１２の平面図であり、最小限の占有面積の中
で抵抗値を最大にするために蛇行した形状とさ
れ、基板（好ましくはシリコン製）１４の表面に
プラチナ素子１６が設けられている。プラチナ素
子１６は、基板１４上に真空蒸着又はふきつけ技
術（sputtering techniques：スパツタリング・
テクニツクス）によつて約7000〜10000オングス
トロームの厚さに設けられている。プラチナ素子
１６には、複数の金の接続パツド１８が接続され
ており、これらに外部からワイヤ（図示せず）が
接続される。抵抗器１２の構成に関する一層詳し
い説明は、米国特許第4186368号明細書（特公昭
59−37773号公報「温度検出装置」に対応）に記
載されている。
２が封止されている。第２図は、このプラチナ抵
抗器１２の平面図であり、最小限の占有面積の中
で抵抗値を最大にするために蛇行した形状とさ
れ、基板（好ましくはシリコン製）１４の表面に
プラチナ素子１６が設けられている。プラチナ素
子１６は、基板１４上に真空蒸着又はふきつけ技
術（sputtering techniques：スパツタリング・
テクニツクス）によつて約7000〜10000オングス
トロームの厚さに設けられている。プラチナ素子
１６には、複数の金の接続パツド１８が接続され
ており、これらに外部からワイヤ（図示せず）が
接続される。抵抗器１２の構成に関する一層詳し
い説明は、米国特許第4186368号明細書（特公昭
59−37773号公報「温度検出装置」に対応）に記
載されている。
プラチナ素子１６の形状は、もし必要ならば公
称抵抗値に調整するためにレーザートリミングの
ような方法を用いて決めてもよい。例えば第２図
に示すように、複数の切除用素子２０を設けても
よい。素子２０は、選択的に除去可能な矩形のプ
ラチナ部分から成つている。公称抵抗値が100Ω
（０℃）のものを用いることが好ましいが、試験
するパツケージの型式に応じて、また用いられる
半導体素子に応じて50〜1000Ωの範囲の抵抗値の
ものを用いることができる。
称抵抗値に調整するためにレーザートリミングの
ような方法を用いて決めてもよい。例えば第２図
に示すように、複数の切除用素子２０を設けても
よい。素子２０は、選択的に除去可能な矩形のプ
ラチナ部分から成つている。公称抵抗値が100Ω
（０℃）のものを用いることが好ましいが、試験
するパツケージの型式に応じて、また用いられる
半導体素子に応じて50〜1000Ωの範囲の抵抗値の
ものを用いることができる。
プラチナは、抵抗と、抵抗の温度係数（TCR）
が広い温度範囲に亘つて予測可能性と再現性が高
いので、抵抗器１２の材料として選定されてい
る。例えば、ここで説明されているように構成さ
れた抵抗器の抵抗値は、次の２次多項式によつて
算出することができる。
が広い温度範囲に亘つて予測可能性と再現性が高
いので、抵抗器１２の材料として選定されてい
る。例えば、ここで説明されているように構成さ
れた抵抗器の抵抗値は、次の２次多項式によつて
算出することができる。
Rt＝Rs＋（0.0037Rs×Ｔ）−（8.9×10-7×Rs×
T2） ここで、Rt＝選定された温度における抵抗値
（Ω）、Ｔ＝選定された温度（℃）、Rs＝０℃にお
ける公称抵抗値（Ω）、である。
T2） ここで、Rt＝選定された温度における抵抗値
（Ω）、Ｔ＝選定された温度（℃）、Rs＝０℃にお
ける公称抵抗値（Ω）、である。
公称抵抗値は、このプラチナ抵抗器材料の厚み
と長さの関数であり、従来より０℃における値で
示すことになつている。上の式中の0.0037と8.9
×10-7の値は、プラチナの抵抗の温度係数を表わ
している。
と長さの関数であり、従来より０℃における値で
示すことになつている。上の式中の0.0037と8.9
×10-7の値は、プラチナの抵抗の温度係数を表わ
している。
さらに、抵抗器１２は、半導体素子用に設計さ
れているところの半導体素子の全体的な寸法に似
せて作ることができる。このため、１つの点だけ
で測定を行なうその他の方法と比較して一層正確
な温度動態を把握することができる。
れているところの半導体素子の全体的な寸法に似
せて作ることができる。このため、１つの点だけ
で測定を行なうその他の方法と比較して一層正確
な温度動態を把握することができる。
一旦抵抗器１２がパツケージ１０内に取り付け
られると、これを熱的に校正する。熱的校正は、
パツケージ内に設けられた抵抗器１２を第１の温
度T1に設定し、このときの抵抗値を測定するこ
とを含む。このときの抵抗値は、当業者にとつて
既知な抵抗計又は他の通常の試験装置によつて測
定する。
られると、これを熱的に校正する。熱的校正は、
パツケージ内に設けられた抵抗器１２を第１の温
度T1に設定し、このときの抵抗値を測定するこ
とを含む。このときの抵抗値は、当業者にとつて
既知な抵抗計又は他の通常の試験装置によつて測
定する。
次に、パツケージ内に設けられた抵抗器１２
を、第２の温度T2に設定し、このときの抵抗値
を同様の方法で測定する。もし必要なら、異なつ
た温度（T3，T4，……）に設定して測定を追加
してもよい。
を、第２の温度T2に設定し、このときの抵抗値
を同様の方法で測定する。もし必要なら、異なつ
た温度（T3，T4，……）に設定して測定を追加
してもよい。
これで抵抗器１２に関する温度と抵抗値との数
学的相互関係が分る。第３図は、このプラチナ抵
抗器の温度と抵抗値との関係の一例を示したグラ
フである。プラチナの上述の特性により、図に示
すように、温度と抵抗値との関係は実質的に比例
関係がある。一方、特定の温度レベルにおいて抵
抗値が得られると、第３図のグラフに対応した方
程式を通常の回帰分析を用いて得てもよい。この
グラフと方程式の有用性は一層詳しく以下に記述
する。
学的相互関係が分る。第３図は、このプラチナ抵
抗器の温度と抵抗値との関係の一例を示したグラ
フである。プラチナの上述の特性により、図に示
すように、温度と抵抗値との関係は実質的に比例
関係がある。一方、特定の温度レベルにおいて抵
抗値が得られると、第３図のグラフに対応した方
程式を通常の回帰分析を用いて得てもよい。この
グラフと方程式の有用性は一層詳しく以下に記述
する。
パツケージの中に設けられた抵抗器１２の熱的
校正は、多様な方法で行なえる。例えば、この抵
抗器をまず氷漬けにし（T1＝０℃）次に沸騰す
る湯の中に漬ける（T2＝100℃）。これにとどま
らず、抵抗器１２をその温度が分かつている少な
くとも２つの一定の温度値にさらすことを含むど
んな方法も利用可能である。
校正は、多様な方法で行なえる。例えば、この抵
抗器をまず氷漬けにし（T1＝０℃）次に沸騰す
る湯の中に漬ける（T2＝100℃）。これにとどま
らず、抵抗器１２をその温度が分かつている少な
くとも２つの一定の温度値にさらすことを含むど
んな方法も利用可能である。
パツケージの中に設けられた抵抗器１２は容易
に正確に熱的校正をすることができる。まず、抵
抗器１２を電圧源を有する試験回路に接続する。
抵抗器１２にかけられた電圧によつて抵抗器が熱
を発する。第４図は、固定値抵抗器２６と電圧源
２４とを具えた通常の分圧回路２２を示す回路図
であるが、これによつて抵抗器１２に電圧をかけ
る。ここで用いられている分圧回路は、回路のど
の部分においても１つ以上の電圧値が得られるよ
う直列につながつたインピーダンス素子によつて
構成されている。第４図に示すように、抵抗器１
２は固定値抵抗器２６と直列につながつている。
に正確に熱的校正をすることができる。まず、抵
抗器１２を電圧源を有する試験回路に接続する。
抵抗器１２にかけられた電圧によつて抵抗器が熱
を発する。第４図は、固定値抵抗器２６と電圧源
２４とを具えた通常の分圧回路２２を示す回路図
であるが、これによつて抵抗器１２に電圧をかけ
る。ここで用いられている分圧回路は、回路のど
の部分においても１つ以上の電圧値が得られるよ
う直列につながつたインピーダンス素子によつて
構成されている。第４図に示すように、抵抗器１
２は固定値抵抗器２６と直列につながつている。
次に、抵抗器２６の両端で電圧V1を測定し、
抵抗器１２の両端で電圧V2を測定する。回路を
流れる電流は、オームの法則より導出される下記
の方程式によつて算出することができる。
抵抗器１２の両端で電圧V2を測定する。回路を
流れる電流は、オームの法則より導出される下記
の方程式によつて算出することができる。
Ｉ＝V1／Ｒ
Ｒ：固定抵抗値
電源２４によつて分配される電圧における抵抗
器１２の抵抗値は、下記の式によつて計算でき
る。
器１２の抵抗値は、下記の式によつて計算でき
る。
Ｒ（プラチナ）＝V2／Ｉ
上式から求められるＲ（プラチナ）の値に対応
した温度は、第３図に示すグラフから、あるいは
このグラフに相当する数式から求めることができ
る。この温度は抵抗器１２の表面温度すなわち接
合温度Tjを表わしている。
した温度は、第３図に示すグラフから、あるいは
このグラフに相当する数式から求めることができ
る。この温度は抵抗器１２の表面温度すなわち接
合温度Tjを表わしている。
次に、パツケージ１０の外側上での基準点を決
める。例えば好適な基準点は、第１図の４０で示
す点である。使用中でのこの基準点での温度Tc
を測定する。測定は、熱電対又は他の通常の温度
測定装置にて行なう。パツケージ１０の表面上の
基準点に加えて、このパツケージ１０から所定の
距離をおいた基準点を設定してもよい。ここでの
パツケージ１０の「外側上」という言葉は、この
パツケージ１０上のあらゆる外側の基準点又はパ
ツケージから隔たつたあらゆる外側の基準点と解
釈する。
める。例えば好適な基準点は、第１図の４０で示
す点である。使用中でのこの基準点での温度Tc
を測定する。測定は、熱電対又は他の通常の温度
測定装置にて行なう。パツケージ１０の表面上の
基準点に加えて、このパツケージ１０から所定の
距離をおいた基準点を設定してもよい。ここでの
パツケージ１０の「外側上」という言葉は、この
パツケージ１０上のあらゆる外側の基準点又はパ
ツケージから隔たつたあらゆる外側の基準点と解
釈する。
抵抗器１２から選定された基準点４０までの温
度勾配Tjcは、下記の方程式によつて計算でき
る。
度勾配Tjcは、下記の方程式によつて計算でき
る。
Tjc＝（Tj−Tc）／V2×Ｉ（℃／watt）
ここに、Tj＝抵抗器１２の接合温度
Tc＝設定された基準点の温度、
V2＝抵抗器１２の両端にかかる電圧、
Ｉ＝回路を流れる電流
Tjc＝抵抗器１２の表面から選定された基準点
までの温度勾配（℃／watt） 抵抗器１２は、半導体素子用のパツケージ内の
半導体素子の大きさに似せて作ることができるた
め、これによつて得られる測定値は、半導体パツ
ケージがどのように使用され、実際の使用環境で
どのように熱を放散しているかを表わす重要なも
のとなる。パツケージ１０は適当に変形してもよ
く、また必要ならヒートシンクを取り付けても良
い。
までの温度勾配（℃／watt） 抵抗器１２は、半導体素子用のパツケージ内の
半導体素子の大きさに似せて作ることができるた
め、これによつて得られる測定値は、半導体パツ
ケージがどのように使用され、実際の使用環境で
どのように熱を放散しているかを表わす重要なも
のとなる。パツケージ１０は適当に変形してもよ
く、また必要ならヒートシンクを取り付けても良
い。
以下の例は、半導体パツケージの熱特性測定の
ための本発明の能力を示すものである。まず０℃
において100Ωの公称抵抗値を有する抵抗器１２
をパツケージ１０に挿入し、第３図に示すような
温度対抵抗値のグラフを校正して作る。校正は、
氷と沸騰水とによつて夫々０℃（T1）、100℃
（T2）を設定して行なつた。抵抗器１２の０℃に
おける抵抗値は100.2オームであり、100℃では
138Ωであつた。
ための本発明の能力を示すものである。まず０℃
において100Ωの公称抵抗値を有する抵抗器１２
をパツケージ１０に挿入し、第３図に示すような
温度対抵抗値のグラフを校正して作る。校正は、
氷と沸騰水とによつて夫々０℃（T1）、100℃
（T2）を設定して行なつた。抵抗器１２の０℃に
おける抵抗値は100.2オームであり、100℃では
138Ωであつた。
抵抗器１２に電圧を印加するには、第４図に示
す分圧回路を使用した。この回路には、10ボルト
の電圧源２４と100Ωの固定値抵抗器２６を使用
した。
す分圧回路を使用した。この回路には、10ボルト
の電圧源２４と100Ωの固定値抵抗器２６を使用
した。
抵抗器２６の両端にかかる電圧V1は、４ボル
トと測定された。また抵抗器１２の両端にかかる
電圧V2は６ボルトと測定された。このとき回路
を流れる電流は、下記の式により計算する。
トと測定された。また抵抗器１２の両端にかかる
電圧V2は６ボルトと測定された。このとき回路
を流れる電流は、下記の式により計算する。
Ｉ＝V1／Ｒ（固定抵抗）＝4V／100Ω＝40mA
次に抵抗器１２の抵抗値は下記の式により計算
する。
する。
Ｒ（プラチナ）＝V2／Ｉ＝6V／40mA＝150Ω
抵抗１２の抵抗値は、この抵抗器から熱放散し
た電力のために100オームから150Ωへと増加し
た。
た電力のために100オームから150Ωへと増加し
た。
抵抗値150Ω時の抵抗器１２の温度は、すでに
作成された温度対抵抗値のグラフから約135℃と
求められる。さもなければ、この温度は、上述の
グラフに対応する以下の一連の方程式を用いて算
出してもよい。
作成された温度対抵抗値のグラフから約135℃と
求められる。さもなければ、この温度は、上述の
グラフに対応する以下の一連の方程式を用いて算
出してもよい。
ｍ＝（y2−y1）／（x2−x1）
ここに、ｍ＝傾き
y2＝温度T2における抵抗値
y1＝温度T1における抵抗値
x2＝温度T2
x1＝温度T1
例えば上述の例を計算すると、
ｍ＝（138Ω−100.2Ω）／（100℃−０℃）
＝37.8Ω／100℃＝0.378
この計算値を用いると以下の演算が行なえる。
ｍ＝（z2−x2）／（z1−x1）
ここにｍ＝傾き（＝0.378）
z2＝試験回路使用中における抵抗器１２の抵抗
値 x2＝温度T2における抵抗値 z1＝抵抗値が150Ωであるときの抵抗器の温度 x1＝温度T2 上述の例の計算を続行すると、 0.378＝（150Ω−138Ω）／（z1−100℃） ＝12Ω／（z1−100℃） 0.378×z1−37.8＝12 0.378×z1＝49.8 z1＝135℃（約） となる。
値 x2＝温度T2における抵抗値 z1＝抵抗値が150Ωであるときの抵抗器の温度 x1＝温度T2 上述の例の計算を続行すると、 0.378＝（150Ω−138Ω）／（z1−100℃） ＝12Ω／（z1−100℃） 0.378×z1−37.8＝12 0.378×z1＝49.8 z1＝135℃（約） となる。
次にパツケージ１０の外側上の基準点を、第１
図の４０に示したように選定した。この点におけ
る温度は、90℃と測定された。
図の４０に示したように選定した。この点におけ
る温度は、90℃と測定された。
上述のデータを用いると、パツケージされた抵
抗器１２の温度勾配Tjcは下記のように計算され
た。
抗器１２の温度勾配Tjcは下記のように計算され
た。
Tjc＝（Tj−Tc）／V2×Ｉ＝（135℃−90℃）／
（6V×40mA） ＝187.5℃／watt これまで開示してきた本発明の実施例によつ
て、本発明の要旨に沿つて適当な変形を加えるこ
とは当業者にとつて容易である。例えばここに開
示した材料の大きさ、寸法、その他の物理的特性
は変化させうる。さらに本発明に関して用いられ
たアセンブリや試験機器は、本発明の抵抗器に初
期電圧を加えるのに用いる手段も含めて変更して
もよい。
（6V×40mA） ＝187.5℃／watt これまで開示してきた本発明の実施例によつ
て、本発明の要旨に沿つて適当な変形を加えるこ
とは当業者にとつて容易である。例えばここに開
示した材料の大きさ、寸法、その他の物理的特性
は変化させうる。さらに本発明に関して用いられ
たアセンブリや試験機器は、本発明の抵抗器に初
期電圧を加えるのに用いる手段も含めて変更して
もよい。
〔発明の効果〕
本発明により、高価は試験装置を必要とせず、
測定の工程が単純で迅速かつ正確な半導体パツケ
ージ熱的特性測定方法が提供される。また、本発
明により、パツケージを物理的に破壊することな
く、大きさ、寸法等半導体素子が実際に使用され
る条件ときわめて近い条件での解析を可能にし、
多様な半導体素子、パツケージ材料、ヒートシン
ク技術に対応することのできる半導体パツケージ
の熱的特性測定方法が提供できる。
測定の工程が単純で迅速かつ正確な半導体パツケ
ージ熱的特性測定方法が提供される。また、本発
明により、パツケージを物理的に破壊することな
く、大きさ、寸法等半導体素子が実際に使用され
る条件ときわめて近い条件での解析を可能にし、
多様な半導体素子、パツケージ材料、ヒートシン
ク技術に対応することのできる半導体パツケージ
の熱的特性測定方法が提供できる。
第１図は、プラチナ抵抗器が取り付けられてい
る部分を特に破断して開示した本発明に基づく半
導体パツケージの斜視図、第２図は第１図におけ
るプラチナ抵抗器の平面図、第３図は、本発明の
プラチナ抵抗器の測定から得られた温度対抵抗値
のグラフ、第４図は、本発明の方法に用いる試験
電圧回路の模式図である。 これらの図において、１０は半導体パツケー
ジ、１２は抵抗器、１４は基板、２２は試験回
路、２４は電圧源、４０は基準点である。
る部分を特に破断して開示した本発明に基づく半
導体パツケージの斜視図、第２図は第１図におけ
るプラチナ抵抗器の平面図、第３図は、本発明の
プラチナ抵抗器の測定から得られた温度対抵抗値
のグラフ、第４図は、本発明の方法に用いる試験
電圧回路の模式図である。 これらの図において、１０は半導体パツケー
ジ、１２は抵抗器、１４は基板、２２は試験回
路、２４は電圧源、４０は基準点である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上にプラチナを付着させた抵抗器を作
り、半導体素子を収容するよう設計された半導体
パツケージ内に上記抵抗器を取り付け、 上記半導体パツケージ内で上記抵抗器の熱的校
正を行ない、上記抵抗器の温度と抵抗値との数学
的相互関係を求め、 上記抵抗器を電圧源を有する試験回路に接続
し、 該試験回路が上記抵抗器に電圧を供給している
ときの上記抵抗器の両端にかかる電圧と上記抵抗
器に流れる電流とを測定して上記抵抗器の抵抗値
を求め、 上記抵抗器の抵抗値に対応した上記抵抗器の温
度を、上記数学的相関関係を用いて求め、 この求めた温度により、上記半導体パツケージ
の熱特性を求めることを特徴とする半導体パツケ
ージの熱特性測定方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/023,595 US4734641A (en) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | Method for the thermal characterization of semiconductor packaging systems |
| US23595 | 1993-02-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63243856A JPS63243856A (ja) | 1988-10-11 |
| JPH0531102B2 true JPH0531102B2 (ja) | 1993-05-11 |
Family
ID=21816093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63054725A Granted JPS63243856A (ja) | 1987-03-09 | 1988-03-08 | 半導体パッケージの熱特性測定方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4734641A (ja) |
| EP (1) | EP0283778A1 (ja) |
| JP (1) | JPS63243856A (ja) |
Families Citing this family (39)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2606887B1 (fr) * | 1986-11-18 | 1989-01-13 | Thomson Semiconducteurs | Circuit de mesure des caracteristiques dynamiques d'un boitier pour circuit integre rapide, et procede de mesure de ces caracteristiques dynamiques |
| US4902139A (en) * | 1988-04-13 | 1990-02-20 | General Electric Company | Apparatus and method for measuring the thermal performance of a heated or cooled component |
| US4944035A (en) * | 1988-06-24 | 1990-07-24 | Honeywell Inc. | Measurement of thermal conductivity and specific heat |
| JP3151203B2 (ja) * | 1988-11-23 | 2001-04-03 | テキサス インスツルメンツ インコーポレイテツド | 集積回路の自己検査装置 |
| US5177696A (en) * | 1989-12-28 | 1993-01-05 | Honeywell Inc. | Method of determination of gas properties at reference conditions |
| US5187674A (en) * | 1989-12-28 | 1993-02-16 | Honeywell Inc. | Versatile, overpressure proof, absolute pressure sensor |
| US4994737A (en) * | 1990-03-09 | 1991-02-19 | Cascade Microtech, Inc. | System for facilitating planar probe measurements of high-speed interconnect structures |
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| CA2073899A1 (en) * | 1991-07-19 | 1993-01-20 | Tatsuya Hashinaga | Burn-in apparatus and method |
| CA2073916A1 (en) * | 1991-07-19 | 1993-01-20 | Tatsuya Hashinaga | Burn-in apparatus and method |
| CA2073896A1 (en) * | 1991-07-19 | 1993-01-20 | Tatsuya Hashinaga | Burn-in apparatus and method |
| US5302022A (en) * | 1992-12-22 | 1994-04-12 | Vlsi Technology, Inc. | Technique for measuring thermal resistance of semiconductor packages and materials |
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| US6433567B1 (en) * | 1999-04-21 | 2002-08-13 | Advantest Corp. | CMOS integrated circuit and timing signal generator using same |
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| WO2006031646A2 (en) | 2004-09-13 | 2006-03-23 | Cascade Microtech, Inc. | Double sided probing structures |
| US7656172B2 (en) | 2005-01-31 | 2010-02-02 | Cascade Microtech, Inc. | System for testing semiconductors |
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| US7876114B2 (en) | 2007-08-08 | 2011-01-25 | Cascade Microtech, Inc. | Differential waveguide probe |
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