[发明专利]结壳热阻测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结壳热阻测试方法，尤其涉及半导体器件结壳热阻测试方法。

背景技术

结壳热阻是半导体器件性能参数的重要指标，表征器件的散热能力。在半导体器件设计和使用过程中，散热特性是必须考虑的一个重要因素。准确的测量结壳热阻对于改进封装和散热设计，评估器件的工作极限有着重要的参考意义。

传统的结壳热阻测试方法使用热电偶测量器件的壳温，由于热电偶的端部与器件壳的接触面存在一定温度差，会导致热电偶测得的温度比实际壳温偏小；同时，传统方法要求将热电偶放置在芯片的正下方以测得壳温的最高值，但对于芯片数目和芯片位置不能确定的器件，则难以找到最高壳温的准确位置。因此，传统器件结壳热阻测试方法常常会过高估计器件的结壳热阻。为了解决这个难题，最新的JEDEC标准JESD51-14中提出了针对单一散热路径的半导体器件的热阻测量方法，该测试方法要求分别测试待测器件不涂导热硅脂（以下称为干接触）和涂覆导热硅脂（以下称为湿接触）条件下的瞬态升温或降温曲线，通过瞬态升温或降温曲线计算干接触和湿接触条件下的瞬态热阻抗曲线，由于两次测量过程中器件从结到壳的散热路径相同，而从壳到外界环境的散热路径不同，导致两条瞬态热阻抗曲线在器件壳的位置发生分离，因此，可以通过两条瞬态热阻抗曲线计算得到分离点曲线，再依据标准中给出的分离判据即ε＝0.0045W/℃·θ_JC+0.003计算结壳热阻θ_JC。与该标准的测试方法相关的文献包括：

[1]Heinz Pape,Dirk Schweitzer,et al.Development of a Standard for Transient Measurement of Junction-To-Case Thermal Resistance[J].Microelectronics Reliability,2012,52（7）:1272-1278.

[2]Dirk Schweitzer,Heinz Pape,et al.How to Evaluate Transient Dual Interface Measurements of the Rth-JC of Power Semiconductor Packages[C].Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium,2009.SEMI-THERM2009.25th Annual IEEE,2009:172-179.

[3]Dirk Schweitzer,Heinz Pape,et al.Transient Dual Interface Measurement –A New JEDEC Standard for the Measurement of the Junct ion-to-Case Thermal Resistance[C].Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium （SEMI-THERM）,2011 27th Annual IEEE,2011:22-229.

使用JESD51-14标准中提出的最新的半导体器件结壳热阻测试方法，与传统方法相比，不需要测量器件的壳温就能够得到器件的热阻值，避免了由于壳温测量不准确造成的误差。然而，无论是JESD51-14标准还是上述文献中，都没有考虑封装材料温度非线性对于测量的影响。材料的温度非线性是指，封装材料的热导率和热容并非恒定的值，而是随着温度的变化而变化。如果在测试过程中不考虑封装材料的温度非线性，会导致干接触和湿接触条件下获得的瞬态热阻抗曲线提前分离，结果会导致热阻值较真实值偏小，偏小的程度与器件所使用的材料热导率和热容受温度影响的变化程度相关。尤其对于功率半导体模块，如绝缘栅双极晶体管（IGBT），这些产品使用硅、陶瓷、铜等温度非线性明显的封装材料，同时具有较大的散热面积和较小的结壳热阻，瞬态热阻抗曲线的提前分离会导致测得的结壳热阻明显偏小甚至得到错误的测量值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术材料温度非线性对于半导体器件结壳热阻测试带来的误差，提出一种结壳热阻测试方法。本发明能够更准确的结壳热阻测量值。

一种结壳热阻测试方法，包括如下步骤：

（1）测量干接触条件下待测半导体器件的芯片的瞬态降温曲线；

（2）测量湿接触条件下待测半导体器件的芯片的瞬态降温曲线；