DB52T 1104-2016 半导体器件结-壳热阻瞬态测试方法

DB52DB52/T1104—2016半导体器件结-壳热阻瞬态测试方法Junction-to-casethermalresistancetransienttestmethodofsemiconductordevices（JESD51-142010，TransientDualInterfaceTestMethodfortheMeasurementoftheThermalResistanceJunctiontoCaseofSemiconductorDeviceswithHeatFlowTroughaSinglePath，MOD）2016-04-01发布2016-10-01实施贵州省质量技术监督局发布I 1 1 1 1 1 6 7本标准使用重新起草法修改采用JESD51-142010《测量具有单一热流路径的半导体器——将JESD51-142010第4.2部分定义的无/有导热硅脂或热油两种测试状态——删除了JESD51-142011GB/T14862半导体集成电路封装结到时间的变化曲线计算出瞬态热阻抗Zth(J-C)曲线；通过给被测器件的管壳施加两种不同的散热方式，作出两条瞬态热阻抗Zth(J-C)曲线，将两条瞬态热阻抗Zth(J-C)曲线绘制在同一坐标系中，两条瞬态热阻抗Zth(J-C)25.2测试电原理图测试电原理见图1。加热电流班被测器件采样保持电路加热电压VH温度敏感参数TSP采样保持电路采样控制脉冲图1测试电原理图5.3测试步骤5.3.1测试被测器件的热敏系数(K-系数)被测器件的热敏系数K按照GB/T14862中4.4.4所述方法测量。5.3.2测试温度敏感参数(TSP)曲线先接通图1中开关K1-1、K1-2,给被测器件(芯片)接通恒定加热电流lH,加热器件，使其达到热平衡(直到结温保持恒定);达到热平衡后，记录好最终加热电压VH及加热电流IH。断开K1-1、K1-2开关，切断加热电流Im,接通K2-1、K2-2开关，给被测器件(芯片)接通恒定测试电流I,测试、保存被测器件的温度敏感参数，采样速率应为每十倍时间至少取样50次，直至达到冷态平衡，测试时序见图2。Vtt图2测试时序图3根据被测器件的热敏系数(K-系数)和温度敏感参数值计算出结温T(t),结温的计算方法按照GB/T14862中4.4.4,并绘制出结温曲线。图3所示为采用冷却法得到的结温曲线。图3冷却法结温曲线的半对数坐标图5.3.4偏差校正由于在切断加热电流的瞬间存在干扰，导致从t₂到t₃之间采集的温度敏感参数是无效的，必须丢弃但这段时间内的结温变化△T(tat)又不能忽略。根据在短时间内，结温变化△T₁(t)与时间的平方根√f之间存在近似线性关系，可通过曲线拟合方式得到t₂到t₃之间丢弃的结温曲线。切断加热电流瞬间的初始结温To的确定图见图4。4图4确定初始结温TJo如果被测器件的芯片提供独立的加热和测试结构，还可记录加热曲线(恒定加热功率),而不是冷却曲线。但是，必须注意在加热时间内，保持功率损耗恒定。可进行类似的偏差校正，但必须采用公式当t>tcut(2)5.4瞬态双界面测量5.4.1低导热条件下的Zthy-c)曲线将被测器件与散热器接触面上的粘附材料仔细清理干净，被测器件直接安装在散热器上，切勿使用任何热界面材料，见图5(a)。按5.3所述方法进行Zho-c测量，绘制出的Zh(J-o曲线被称为ZthO-010在被测器件与散热器的接触面上涂上一层薄薄的导热硅脂或热油，见图5(b)。按5.3所述方法进5导热硅脂或热油图5瞬态双界面测量安装示意图(b)——高导热条件安装示意图(1)—低导热环境时瞬态热阻抗曲线 104被测器件安装散热条件的不同，导致Zho-c曲线(图6)在时间点ts时明确分离。由于两条Zho-o曲线在热流进入热界面层时开始分离，此处Ztno-o(ts)接近稳态热阻RmO-0。对Zho-c)曲线的分离点情况进行离点，这一差异应明显大于Zha-o曲线测量点的离散值。6出于完整性，与测量的结壳热阻Rth(J-C)一起，应当报告有关所有试验条件和确定数值的数据评估方法的信息；有关与热数据一起提供的信息，参见表1。如冷却/加热曲线PH值，lM，Zth(J-C)1,7(规范性附录)A.1分离点的定义严格来说Zth(-c曲线并没有明确分离点，但是曲线之间的差值会在某段时间范围内加大(图A.1)。因此有必要对这个时间ts进行更精确的定义。a(z)=Za-o(t=exp(z))forz=1n(t)...80.000010.00019......................定义Zto-01和Zth(-02曲线的分离点为8曲线与某个限值e相交时的最大时间值ts。结-壳热阻R根据以上定义，RthO-o值即为限值e函数。为了与传统的结壳热阻定义保持一致，限值e必须进行选择，以便得出的Rmo-c)与稳态热阻尽量靠近。因半导体器件的实际稳态RthO-0不可提前得知(也不可通过其它方法进行精确测量),因此需依靠有限元模拟来进行正确的e计算。有限元模拟显示出ε的数值取决于芯片尺寸和引线框几何形状。总体趋势来说，Rta-c)较小的半导体器件的e值较小，Rth(-o值较高的e数值较大。o图A.4Rth(-c)为δ和ε曲线交叉点的横坐标根据对不同芯片的尺寸和引线框几何形状的有限元仿真，可用以下走势线计算得出e:结壳热阻值RhO-0是δ曲线和e曲线交叉点的横向坐标，参见图A.4。为了避免最后结果受到8曲线随意波动的影响，将用适当的拟合函数进行替代，比如指数拟合曲线。A.3评估步骤第1步：将测量点的时间数值{t₁,...,ta}(以秒为单位)转化为对数时间值{z₁=ln(t₁)}。对数时间标度最小值(最大值)为zmin(Zmax)。4 -11.51-6.51可根据通过z四周测量点的最佳拟合直线的斜率△a/△z,计算曲线值。时间t[s]段线性内插计算该值。第3步：计算归一化差值δ=(da1/dz-da2/dz)/∆θ,然后按Zth(J-C第4步：使指数函数δ(Zth(J-C))