专利名称：一种大功率碳化硅二极管热阻测试方法
技术领域：
该技术属于微电子技术中，半导体器件测量技术领域，尤其涉及大功率碳化硅二极管的结温和热阻测量方法，大功率指正常工作功率可以在2W以上的二极管。
背景技术：
碳化硅是一种新型的复合材料，由于其禁带宽度较大，耐高温，底迁移率，高导电性，以及好的导热性能等优势得到了广泛的应用，也进一步促进了高压大功率二极管的发展。虽然碳化硅材料具有很好的导热性能，但为了二极管的使用方便需要对其进行封装，炎芯片提供电学连接、机械承载，使其便于操作使用，为大规模集成电路的使用者提供一个规范的安装结构与尺寸，避免芯片受外力作用、划伤、受水蒸气或者其他有害气体的侵蚀。封装影响了二极管的散热性能，尤其对于高压大功率二极管，它们要经验工作于高压大电流环境下，高的功耗对其散热性能也提出了高的要求，倘若这些热量不能及时有效地传播出 去，就会造成器件内部热积累，结温上升，使得器件可靠性降低，甚至造成器件功能失效，无法安全工作。这就对器件封装的设计和质量提出了一定的要求，封装的形式是多种多样的，不同的器件也有不同的要求。现阶段常用的表征封装后器件散热能力的方法就是对产品热阻的测量。热阻越小，则散热能力越好。因此，正确了解封装热阻的物理意义、使用方式以及测量技术对于改进器件散热能力的分析和设计有很大的帮助。根据不同的需要，封装热阻有多种定义形式，最主要的为以下两种定义方式，各大半导体厂商也一般只给这两种定义的热阻信息。a.结到外界环境的热阻Rua :在自然对流或强制对流条件下从芯片接面到大气中的热阻，用于比较封装散热的容易与否。b.结到外壳的热阻Reie :是指热由芯片接面传到IC封装外壳的热阻，在测量时需接触一等温面，主要是用于评估散热片的散热性能。目前对半导体器件工作温度和热阻的测量方法主要有红外热像仪法、电学参数法、光谱法、光热阻扫描法及光功率法等。这些方法基于不同的测量原理，可以测量半导体器件表面的温度分布或者某种意义上的平均温度，这些方法往往都需要专用的测试设备或者复杂的测试系统。如红外扫描热像法是使用红外测温仪来表征器件表面温度分布。可以精确地测量器件的结温、结温分布和热阻参数，有助于在设计研制阶段采取纠正措施，提高器件的使用寿命，也可用于高可靠性器件的筛选。但是红外扫描设备结构复杂、操作方法复杂、测试效率低，须耗费较多的时间；成本高；而且只能对器件或芯片表面直接测量即器件或芯片是未封装或开封的状态，因此对实际器件或芯片成品的考核不能满足要求。尤其是针对大功率二极管的热阻测量这一区域的技术更是缺乏。

发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的提供了一种简单易行且测试准确性高的大功率碳化硅二极管热阻测试方法，采用本发明后，只需使用常备测试设备及仪器，就能实现对大功率碳化硅二极管工作结温和稳态热阻的非破坏性测试。本发明采用如下技术方案一种大功率碳化硅二极管结温和热阻测量方法步骤I、将放置有待测二极管的绝缘基板放置在温度控制箱内，并将温度控制箱调至25°C，依据待测二极管安全工作区的范围，保证待测器件能够正常工作的前提下，给待测二极管两端施加脉冲宽度为200 ii s的单电流脉冲，脉冲电流依次取值为0. 5A、0. 8A、1. 0A、I. 2A、1. 4A、1. 6A、1. 8A、及2. 0A，并分别记录下不同脉冲电流下二极管上的压降，步骤2、将温箱温度升至125°C，依据待测二极管安全工作区的范围，保证待测器件能够正常工作的前提下，给待测二极管两端施加脉冲宽度为200 ii s的单电流脉冲，脉冲电流依次取值为0. 5A、0. 8A、1. 0A、1. 2A、1. 4A、1. 6A、1. 8A、及2. 0A，并分别记录下不同脉冲电流下二极管上的压降，步骤3、根据前两步所得结果，分别作出同一脉冲电流的125°C时的压降与25°C时的压降的差值，剔除压降差值小于SOmV所对应的脉冲电流，再在剩余的脉冲电流中寻找出最大的脉冲电流并将最大的脉冲电流作为测试电流Ids，步骤4、将温箱温度设为25°C，然后给二极管灌一大小与步骤3中选定的测试电流Ids大小相同的直流电流，待压降稳定后测出此时二极管上的压降Vds，步骤5、升高温箱温度，待二极管内温度与温箱温度相等后给二极管通以200y s脉冲电流，所述脉冲电流的幅值与步骤3中所选定的测试电流相同，测出此时二极管的压降，逐渐升高温箱温度，并监测二极管的压降，当测得二极管压降与步骤4中所测得的压降相等时，此时温箱的温度即为步骤4测得的二极管压降Vds所对应的稳定结温Ir步骤6、根据热阻计算公式，求出所测二极管的热阻值，公式如下
权利要求
1 一种大功率碳化硅二极管热阻测试方法，其特征在于， 步骤I、将放置有待测二极管的绝缘基板放置在温度控制箱内，并将温度控制箱调至25°C，依据待测二极管安全工作区的范围，保证待测器件能够正常工作的前提下，给待测二极管两端施加脉冲宽度为200 ii s的单电流脉冲，脉冲电流依次取值为0. 5A、0. 8A、1. 0A、I.2A、1. 4A、1. 6A、1. 8A、及2. 0A，并分别记录下不同脉冲电流下二极管上的压降， 步骤2、将温箱温度升至125°C，依据待测二极管安全工作区的范围，保证待测器件能够正常工作的前提下，给待测二极管两端施加脉冲宽度为200 ii s的单电流脉冲，脉冲电流依次取值为0. 5A、0. 8A、1. 0A、1. 2A、1. 4A、1. 6A、1. 8A、及2. 0A,并分别记录下不同脉冲电流下二极管上的压降， 步骤3、根据前两步所得结果，分别作出同一脉冲电流的125°C时的压降与25°C时的压降的差值，剔除压降差值小于SOmV所对应的脉冲电流，再在剩余的脉冲电流中寻找出最大的脉冲电流并将最大的脉冲电流作为测试电流Ids， 步骤4、将温箱温度设为25°C，然后给二极管灌一大小与步骤3中选定的测试电流Ids大小相同的直流电流，待压降稳定后测出此时二极管上的压降Vds， 步骤5、升高温箱温度，待二极管内温度与温箱温度相等后给二极管通以200y s脉冲电流，所述脉冲电流的幅值与步骤3中所选定的测试电流相同，测出此时二极管的压降，逐渐升高温箱温度，并监测二极管的压降，当测得二极管压降与步骤4中所测得的压降相等时，此时温箱的温度即为步骤4测得的二极管压降Vds所对应的稳定结温Ir步骤6、根据热阻计算公式，求出所测二极管的热阻值，公式如下 其中T1为步骤5中所测得的等效结温，Ta为所设定的环境温度25°C，PH为二极管的输入功率，Vds为步骤4中二极管稳定后的压降，Ids为步骤4中二极管所加的电流值，R0ja为二极管的结到环境热阻值，将所测数据带入上式即可求出待测二极管的结到环境热阻值。
全文摘要
一种大功率碳化硅二极管热阻测试方法，将放置有待测器件的绝缘基板放置在温度控制箱内，并将温箱调至25℃，为二极管加一极短暂的单脉冲电流，测试不同脉冲电流大小对应的二极管压降。然后将温箱温度升至125℃，测量不同脉冲电流大小对应的二极管压降，并与25℃下所测数值进行比较，在保证压降有明显变化的前提下取一最大电流。将温箱温度降至25℃，为二极管加直流电流，大小为前面所选取的电流，待结温稳定后测量二极管压降。改变温箱温度，然后以脉冲电流测试此时二极管的压降，直至某一温度下二极管的压降与灌直流时二极管上压降相等，我们就认为此时温箱的温度即为等效结温。根据等效结温利用热阻计算公式求出二极管的热阻。
文档编号G01N25/20GK102759544SQ20121023439
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者刘斯扬, 卫能, 孙伟锋, 张春伟, 时龙兴, 钱钦松, 陆生礼 申请人:东南大学