DB52∕T 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)2测试电原理见图1。被测器件的热敏系数K按照GB/T14862中4.4.4所述方法测量。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，使其达到热电流Iu,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。 IVt3注1:通常与Ia相比I较小可忽略不计，量信噪比(SNR)越大，所测得的温度敏感参数越准确。因此，只要不使被测器件超过最高结温，加热电流应注2:图中t₂为切断加热电流对应的时刻；图中t₃为5.3.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。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△T₅(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√i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根据冷却曲线T(t),采用公式(1)计算ZthJ-c)曲线。当t>tct(1)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(2)计算ZthJc)曲线。当t>tcut(2)5.4瞬态双界面测量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图5瞬态双界面测量安装示意图说明：(a)——低导热条件安装示意图(b)——高导热条件安装示意图图6不同散热条件下的Zth(-c曲线5.4.3热阻Rm(-c)的确定被测器件安装散热条件的不同，导致Zha-o曲线(图6)在时间点ts时明确分离。由于两条Zhao曲线在热流进入热界面层时开始分离，此处Zha-o(ts)接近稳态热阻Rho-0。对Zhac曲线的分离点情况进行评估，从而得出Rtha-o。经验表明，Zhac曲线的差异越小，就越不容易找到或甚至找不到Zho曲线的分离点，这一差异应明显大于Zha-c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)基于热阻抗曲线Zth(J-C)分离点确定Rth(J-C)A.1分离点的定义严格来说ZhJ-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。0图A.1由图6得出的△Zth(JC)=ZthJcn-Zt(J-Cp₂曲线thu-c)曲线的导数曲线进行评估来确定分离点，如果z=In(t)是对数时间值，那么a(z)就是Zthu-c)值，相a(z)=Zha-c(t=exp(z)for注：图A.5对t→z的变量变换进行了说明。a(z)图形在线性z标度内与Zthuc)(t)图像在对数时间标度基础上保持一致。811图A.3规范差值δ=(da₁/df-da₂/dt)/△θ曲线响。为了尽量减小这种影响，△(da/dz)需以△θ进行规范化(图A.3),该曲线与Ztha-o₂(t)形成对比，9定义Zha-o₁和ZthC-o₂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RA.2ε选择根据以上定义，Rth-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Rho-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。00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ε=0.0045W/K·Rma-c+0.00结壳热阻值Rha-c是8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A.3评估步骤第1步：将测量点的时间数值{ti,..,t}(以秒为单位)转化为对数时间值{zi=ln(t:)}。对数时间标度最小值(最大值)为Zmin(Zmax)。时间时间t[s] 可根据通过z四周测量点的最佳a(z)的导数da/dz(z;)的近似值。-11.514图A.5按照实测ZthJc曲线计算导数da/dz第2步：计算导数dai/dz和da2/dz。可按图A.5所示的测量点{(zi,Zha-o(ti))}12的分段线性内插完成该计算。为计算da/dz和daz/dz的差值，重要的是要计算同一点{z,….,2m}的导数，应在区间[Zmim,Zm]内等距分布。内插点的数量应大于或等于100。同时需要内插点处的Zha-c值{a(z;)},可使用相同的分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(Z