DB52∕T 1104-2016 半導體器件結-殼熱阻瞬態(tài)測試方法

DB52DB52/T1104—2016半導體器件結-殼熱阻瞬態(tài)測試方法Junction-to-casethermalresistancetransienttestmethodofsemiconductordevices（JESD51-142010，TransientDualInterfaceTestMethodfortheMeasurementoftheThermalResistanceJunctiontoCaseofSemiconductorDeviceswithHeatFlowTroughaSinglePath，MOD）2016-04-01發(fā)布2016-10-01實施貴州省質量技術監(jiān)督局發(fā)布I 1 1 1 1 1 6 7本標準使用重新起草法修改采用JESD51-142010《測量具有單一熱流路徑的半導體器——將JESD51-142010第4.2部分定義的無/有導熱硅脂或熱油兩種測試狀態(tài)——刪除了JESD51-142011GB/T14862半導體集成電路封裝結到時間的變化曲線計算出瞬態(tài)熱阻抗Zth(J-C)曲線；通過給被測器件的管殼施加兩種不同的散熱方式，作出兩條瞬態(tài)熱阻抗Zth(J-C)曲線，將兩條瞬態(tài)熱阻抗Zth(J-C)曲線繪制在同一坐標系中，兩條瞬態(tài)熱阻抗Zth(J-C)2測試電原理見圖1。被測器件的熱敏系數(shù)K按照GB/T14862中4.4.4所述方法測量。先接通圖1中開關K1-1、K1-2,給被測器件(芯片)接通恒定加熱電流lH,加熱器件，使其達到熱電流Iu,測試、保存被測器件的溫度敏感參數(shù)，采樣速率應為每十倍時間至少取樣50次，直至達到冷態(tài)平衡，測試時序見圖2。 IVt3注1:通常與Ia相比I較小可忽略不計，量信噪比(SNR)越大，所測得的溫度敏感參數(shù)越準確。因此，只要不使被測器件超過最高結溫，加熱電流應注2:圖中t?為切斷加熱電流對應的時刻；圖中t?為5.3.GB/T14862中4.4.4,并繪制出結溫曲線。圖3所示為采用冷卻法得到的結溫曲線。由于在切斷加熱電流的瞬間存在干擾，導致從t?到t?之間采集的溫度敏感參數(shù)是無效的，必須丟棄，但這段時間內的結溫變化△T?(tat)又不能忽略。根據(jù)在短時間內，結溫變化△T?(t)與時間的平方根√i之間存在近似線性關系，可通過曲線擬合方式得到t?到t?之間丟棄的結溫曲線。切斷加熱電流瞬間的初始結溫To的確定圖見圖4。4根據(jù)冷卻曲線T(t),采用公式(1)計算ZthJ-c)曲線。當t>tct(1)如果被測器件的芯片提供獨立的加熱和測試結構，還可記錄加熱曲線(恒定加熱功率),而不是冷(2)計算ZthJc)曲線。當t>tcut(2)5.4瞬態(tài)雙界面測量在被測器件與散熱器的接觸面上涂上一層薄薄的導熱硅脂或熱油，見圖5(b)。按5.3所述方法進5圖5瞬態(tài)雙界面測量安裝示意圖說明：(a)——低導熱條件安裝示意圖(b)——高導熱條件安裝示意圖圖6不同散熱條件下的Zth(-c曲線5.4.3熱阻Rm(-c)的確定被測器件安裝散熱條件的不同，導致Zha-o曲線(圖6)在時間點ts時明確分離。由于兩條Zhao曲線在熱流進入熱界面層時開始分離，此處Zha-o(ts)接近穩(wěn)態(tài)熱阻Rho-0。對Zhac曲線的分離點情況進行評估，從而得出Rtha-o。經驗表明，Zhac曲線的差異越小，就越不容易找到或甚至找不到Zho曲線的分離點，這一差異應明顯大于Zha-c曲線測量點的離散值。6出于完整性，與測量的結殼熱阻Rth(J-C)一起，應當報告有關所有試驗條件和確定數(shù)值的數(shù)據(jù)評估方法的信息；有關與熱數(shù)據(jù)一起提供的信息，參見表1。如冷卻/加熱曲線PH值，lM，Zth(J-C)1,7(規(guī)范性附錄)基于熱阻抗曲線Zth(J-C)分離點確定Rth(J-C)A.1分離點的定義嚴格來說ZhJ-c曲線并沒有明確分離點，但是曲線之間的差值會在某段時間范圍內加大(圖A.1)。因此有必要對這個時間ts進行更精確的定義。0圖A.1由圖6得出的△Zth(JC)=ZthJcn-Zt(J-Cp?曲線thu-c)曲線的導數(shù)曲線進行評估來確定分離點，如果z=In(t)是對數(shù)時間值，那么a(z)就是Zthu-c)值，相a(z)=Zha-c(t=exp(z)for注：圖A.5對t→z的變量變換進行了說明。a(z)圖形在線性z標度內與Zthuc)(t)圖像在對數(shù)時間標度基礎上保持一致。811圖A.3規(guī)范差值δ=(da?/df-da?/dt)/△θ曲線響。為了盡量減小這種影響，△(da/dz)需以△θ進行規(guī)范化(圖A.3),該曲線與Ztha-o?(t)形成對比，9定義Zha-o?和ZthC-o?曲線的分離點為8曲線與某個限值e相交時的最大時間值ts。結-殼熱阻RA.2ε選擇根據(jù)以上定義，Rth-o值即為限值e函數(shù)。為了與傳統(tǒng)的結殼熱阻定義保持一致，限值e必須進行選擇，以便得出的Rho-c與穩(wěn)態(tài)熱阻盡量靠近。因半導體器件的實際穩(wěn)態(tài)Rtho-0不可提前得知(也不可通過其它方法進行精確測量),因此需依靠有限元模擬來進行正確的e計算。00根據(jù)對不同芯片的尺寸和引線框幾何形狀的有限元仿真，可用以ε=0.0045W/K·Rma-c+0.00結殼熱阻值Rha-c是8曲線和e曲線交叉點的橫向坐標，參見圖A.4。為了避免最后結果受到8曲A.3評估步驟第1步：將測量點的時間數(shù)值{ti,..,t}(以秒為單位)轉化為對數(shù)時間值{zi=ln(t:)}。對數(shù)時間標度最小值(最大值)為Zmin(Zmax)。時間時間t[s] 可根據(jù)通過z四周測量點的最佳a(z)的導數(shù)da/dz(z;)的近似值。-11.514圖A.5按照實測ZthJc曲線計算導數(shù)da/dz第2步：計算導數(shù)dai/dz和da2/dz。可按圖A.5所示的測量點{(zi,Zha-o(ti))}12的分段線性內插完成該計算。為計算da/dz和daz/dz的差值，重要的是要計算同一點{z,….,2m}的導數(shù)，應在區(qū)間[Zmim,Zm]內等距分布。內插點的數(shù)量應大于或等于100。同時需要內插點處的Zha-c值{a(z;)},可使用相同的分段線性內插計算該值。第3步：計算歸一化差值δ=(da1/dz-da2/dz)/?θ,然后按Zth(J-C第4步：使指數(shù)函數(shù)δ(Z