一种测量半导体器件和接触材料间接触热阻的方法

摘要

本发明属于电子器件测试领域，公开了一种测量半导体器件和接触材料间接触热阻的方法。首先测出待测半导体器件的电压-温度系数曲线，绘制其热阻微分结构函数曲线，进而求出其内部热阻R_th0。然后，测量不同压力F下半导体器件到接触材料的热阻R_th1、R_th2、…、R_thn，进行函数拟合得到R_th-F曲线，并由此求出接触材料的热阻R_T。最后由R=R_th-R_th0-R_T求出不同压力下半导体器件与接触材料之间的接触热阻。本发明利用压力影响接触热阻的方法，不仅解决了瞬态光热法中光相位受影响及热阻测量受半导体器件内部结构影响的问题，还可以在不损伤半导体器件的条件下准确测出压力与接触热阻的关系。

主权项

一种测量半导体器件和接触材料间接触热阻的方法，实现该方法的装置包括被测半导体器件(1)和接触材料(2)、压力装置(3)、压力测量装置(4)、恒温平台(5)、测试电路板(6)、计算机(7)、工作电源(8)、加热电源(9)；加热电源(9)为恒温平台(5)供电；恒温平台(5)用于调节和保持半导体器件(1)测试过程中的环境温度，同时通过嵌在平台内的热电偶测量半导体器件(1)的壳温；压力装置(3)用于对半导体器件(1)和接触材料(2)施加压力；压力测量装置(4)用于测量半导体器件(1)和接触材料(2)之间的压力；测试电路板(6)用于对半导体器件(1)提供电流通道，并测量半导体器件(1)的电压；计算机(7)用于控制工作电源(8)为半导体器件(1)提供加热电流和测试电流，加热电流用来使半导体器件(1)自升温，测试电流用于在半导体器件(1)冷却过程中测量半导体器件(1)两端的电压；所述测量半导体器件和接触材料间接触热阻的方法特征在于，该方法还包括以下步骤：步骤一，将半导体器件(1)放置在恒温平台(5)上，接好半导体器件(1)和测试电路板(6)、工作电源(8)的连线；步骤二，接通加热电源(9)，使恒温平台(5)在整个实验过程中一直保持恒温；步骤三，给测试电路板(6)、计算机(7)、工作电源(8)加电，使其正常工作；计算机(7)通过控制流过半导体器件(1)的测试电流使其工作在不同的温度下，并通过测试电路板(6)测量不同温度下半导体器件(1)的电压，得到半导体器件(1)的电压‑温度系数曲线；步骤四，通过实验绘制半导体器件(1)的热阻微分结构函数曲线，进而求出其内部热阻R_th0；步骤五，将压力测量装置(4)置于半导体器件(1)的上表面，用压力装置(3)将压力测量装置(4)以及半导体器件(1)一同压在接触材料(2)上，组成待测系统；将待测系统放在恒温平台(5)上，并将半导体器件(1)与测试电路板(6)、工作电源(8)相连；步骤六，计算机(7)控制工作电源(8)给半导体器件(1)通入加热电流，使半导体器件(1)自升温；步骤七，按照步骤四的方法得到待测系统中半导体器件(1)到接触材料(2)的热阻微分结构函数曲线，进而得到热传导通路上从半导体器件(1)到接触材料的热阻R_th1；保存微分结构函数曲线和对应数据；步骤八，调节压力装置(3)改变半导体器件(1)对接触材料的压力，从而改变二极管和接触材料之间的接触热阻；通过压力测量装置(4)测定当前的半导体器件(1)对接触材料(2)的压力，重复步骤六、七得到不同压力F下半导体器件到接触材料的热阻微分结构函数曲线，以及不同压力下半导体器件(1)到接触材料(2)的热阻R_th1、R_th2、...、R_thn，保存曲线和数据；步骤九，对步骤八中所得不同压力F下的不同热阻R_th1、R_th2、...、R_thn，进行函数拟合，得到R_th‑F函数曲线，表达式近似为：$R_{\mathrm{th}}=A\times e^{\frac{-F}{B}}+C$式中，A、B、C为常数；求F趋近于正无穷大时R_th的极限，近似得到接触材料热阻R_T；再根据步骤四中得到的半导体器件(1)的内部热阻R_th0，按下式计算不同压力条件下半导体器件(1)与接触材料(2)之间的接触热阻：R＝R_th‑R_th0‑R_T步骤四绘制半导体器件(1)的热阻微分结构函数曲线，进而求出其内部热阻R_th0的方法如下：(1)计算机(7)控制工作电源(8)，给半导体器件(1)通入与前述步骤六相同的加热电流，直至半导体器件(1)温度达到稳定；(2)切断加热电流，待半导体器件(1)开始冷却，给半导体器件(1)通入测试电流；(3)测试电路板(6)采集半导体器件(1)的电压，直至半导体器件(1)的温度降至与恒温平台(5)的温度相等，得到半导体器件(1)对于恒温平台(5)的冷却响应曲线；(4)求解热阻微分结构函数曲线；计算机依据半导体器件(1)冷却过程中的电压变化以及电压‑温度系数曲线，对于热传导通路上串联的热阻、热容用Foster串联网络模型表示；利用结构函数法将Foster网络转化为Cauer网络模型，将节点至节点热容转变为节点至地热容，其中的热阻表示模型中真实的热阻，将Cauer模型中的热阻、热容累加得到热阻积分函数曲线；计算机再对热阻积分函数求微分，得到热阻微分结构函数曲线；(5)根据曲线上的各个峰值对应的热阻可以得到半导体器件(1)的内部热阻R_th0；(6)保存微分结构函数曲线以及对应数据。