T3Ster結(jié)構(gòu)函數(shù)應(yīng)用-雙界面分離法測(cè)試RθJC(θJC)

半導(dǎo)體器件的結(jié)到殼之間的熱阻RθJC(θJC)是衡量器件從芯片到封裝表面外殼的熱擴(kuò)散能力的參數(shù)，是半導(dǎo)體器件最重要的熱性能參數(shù)之一，它必須被標(biāo)注到器件尤其是功率器件的產(chǎn)品規(guī)格書中。

結(jié)到殼熱阻值越小，半導(dǎo)體器件的散熱性能越好，反之，則散熱性能越差，目前RθJC(θJC)測(cè)量方法主要有熱電偶探頭測(cè)量法、紅外熱成像儀法、電學(xué)參數(shù)法等。其中電學(xué)法因具有測(cè)量方便、測(cè)量精度高且重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，成為最為常用的熱阻測(cè)量方法，同時(shí)也是標(biāo)準(zhǔn)推薦的測(cè)試方法。



datasheet上RθJC(θJC)值



根據(jù)熱阻計(jì)算公式，我們需要得到待測(cè)樣品的結(jié)溫、殼溫和功耗參數(shù)才能測(cè)量RθJC(θJC)。



半導(dǎo)體器件結(jié)殼熱阻RθJC(θJC)傳統(tǒng)的定義是:將器件表面與水冷銅熱沉相接觸，直接測(cè)量結(jié)與殼的溫度差，如 MIL-STD-883標(biāo)準(zhǔn)[1]所述。

殼溫需用熱電偶測(cè)量，很容易產(chǎn)生誤差，測(cè)量的結(jié)果不具有可重復(fù)測(cè)量性。原因之一是器件的殼溫分布不均勻，熱電偶只測(cè)得與它相接觸位置的殼溫，這一點(diǎn)很可能不是殼溫的最大值。

另外一個(gè)原因是讀取的殼溫值偏低，熱電偶不能充分與熱沉絕熱，熱電偶測(cè)量點(diǎn)的熱量會(huì)被熱電偶引線和熱沉導(dǎo)走。

考慮到固定器件與熱沉的壓力會(huì)使分層不明顯，可能引起更多的問(wèn)題。

還有一個(gè)系統(tǒng)誤差是熱沉中熱電偶，鉆孔的影響對(duì)于較小的器件，這一影響更明顯。



殼溫的不均勻分布

針對(duì)如何精確測(cè)試殼溫，以及RθJC(θJC)的準(zhǔn)確測(cè)量，T3Ster技術(shù)團(tuán)隊(duì)與德國(guó)英飛凌科技公司于2005年共同提出了半導(dǎo)體器件結(jié)到殼熱阻雙界面測(cè)試檢測(cè)方法，并被JEDECJC-15會(huì)議委員會(huì)核準(zhǔn)認(rèn)定為“JESD51-14”檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

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雙界面分離法測(cè)試RθJC(θJC)

JEDEC(國(guó)際固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì))于2010年11月正式通過(guò)并頒布了由T3Ster研發(fā)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合英飛凌技術(shù)專家提交的基于熱瞬態(tài)測(cè)試技術(shù)和結(jié)構(gòu)函數(shù)分析法的最新結(jié)殼熱阻測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

與傳統(tǒng)的測(cè)試方法相比，最新的熱瞬態(tài)測(cè)試界面法（Transiant Dual Interface）具有更高的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，而T3Ster是目前唯一滿足此標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)化產(chǎn)品。

通過(guò)這種高重復(fù)性的方法，可以方便地比較各種器件的結(jié)殼熱阻，而且這種方法同樣適用于熱界面材料（TIMs）的熱特性測(cè)試。

雙界面分離法的測(cè)試過(guò)程：



對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行兩次測(cè)試，施加相同的加熱條件，但在熱沉表面采用不同的冷卻條件（例如直接接觸和涂抹導(dǎo)熱硅脂），進(jìn)行瞬態(tài)熱測(cè)試。

兩種不同的冷卻條件，對(duì)封裝外殼之前的散熱路徑上的熱阻沒有影響，而對(duì)外殼及之后的熱阻有影響。

每次測(cè)量若接觸熱阻不同，則得到的總熱阻也不同，因此兩種條件下的瞬態(tài)熱阻曲線將從外殼表面接觸熱阻不同開始分離，兩次測(cè)量中分離點(diǎn)處的熱阻即為與熱沉接觸的外殼表面處的熱阻值。

由于器件外殼表面和冷卻板之間使用不同的接觸方式，只基于結(jié)溫度的瞬態(tài)測(cè)量，不再需要對(duì)殼溫進(jìn)行測(cè)量，因此，排除了與這些相關(guān)的所有誤差，用這種方法可以獲得測(cè)量精度良好的熱阻值。

貝思科爾實(shí)驗(yàn)室MOS、IGBT及IC器件雙界面測(cè)試RθJC(θJC)實(shí)例：







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雙界面測(cè)試法大大提高了 RθJC(θJC)測(cè)量的測(cè)試精度和可重復(fù)性，同時(shí)保證了企業(yè)間測(cè)量方法的一致性和數(shù)據(jù)的可比性，使用T3Ster對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行熱測(cè)試，不僅可以記錄模塊結(jié)溫瞬態(tài)變化過(guò)程，通過(guò)雙界面分離法得到準(zhǔn)確的結(jié)殼熱阻數(shù)據(jù)和結(jié)溫隨時(shí)間變化的瞬態(tài)曲線，還可以通過(guò)結(jié)構(gòu)函數(shù)分析器件熱傳導(dǎo)路徑上各層結(jié)構(gòu)的熱阻值。

審核編輯：劉清