[实用新型]一种测量电子元器件工作结温和热阻的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子器件的生产测量，以及研究、开发领域。

背景技术

电子元器件或功能模块工作时有源区热量集中，温升高，是影响其特性、可靠性以及寿命的关键因素。由于有源区区域小，测量其工作温度比较困难。常用的方法有，红外测温法，电学参数法，液晶显示和发光光谱移动法等。红外测温法和液晶显示法可以测量芯片表面温度分布，可能对器件的封装带来破坏。发光光谱移动法测温，被测器件本身必须具备发光特性，不适合不发光的微电子器件。电学参数法能够方便迅速测量器件有源区温升，但对于大部分器件来说，可提取的测温温敏参数很有限，个别器件还要配备昂贵的专用测试电路和设备。

本方法利用真空绝热环境下，通过采集电子元器件或功能模块正常工作时，散热路径上两端点的温度上升曲线(正向)，以及在器件散热端等功率加热后，再次采集测量两端点的温升曲线(反向)，分别获取器件正反向施加等功率加热条件下，器件达到稳定温度分布所需的加热时间，即分别获取器件稳态工作温度梯度建立过程加热热量。由此测量出电子元器件正常工作条件下温度。

本技术可广泛应用于任何封装形式的电子元器件和功能模块，测量方法简单、准确，适用于电子器件的生产测量，以及研究、开发领域。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是：电子元器件正常工作时有源区的温升是决定其寿命和可靠性的重要参数。利用真空环境下，精确计量稳态温度梯度建立过程所需热量，提供一种测量半导体器件工作温升的方法。

本实用新型的技术方案叙述如下：

被测器件置于一真空系统中，该真空系统留有接线柱与外部装置相连；外部装置包括A/D采集板、计算机、电源、和加热电源；被测器件通过真空系统中接线柱，与电源连接；在靠近被测器件的热源部分即有源区处放置一温敏电阻A，温敏电阻A通过接线柱与A/D采集板连接；将另一温敏电阻B通过接线柱与A/D采集板连接，并将温敏电阻B与加热薄片一面接触，加热薄片另一面与被测器件的底部即散热端点接触；加热薄片通过接线柱与加热电源连接；计算机连接电源、A/D采集板、加热电源。

本实用新型工作原理

电子元器件通常由管芯、热沉、焊料和管壳组成。大气环境下，热量由器件有源区产生，流经热沉、管壳向四周环境散去。当有源区产生的热量与耗散的热量相等时，经过一段时间后，器件上温度分布达到一种稳定状态，形成由热源到管壳从高到低的温度分布。器件电源接通后，有源区温度上升瞬态过程示意图见图1。图中曲线1和2分别是电子元器件正常工作，以及热源位于器件散热底部的温度瞬态上升曲线。由于半导体器件两端点之间热阻一定，达到稳态的温升一定，但需要的时间不同。

当把电子元器件放入一个真空系统后，由于周围散热路经中断，有源区产生的热量只能通过热传导方式向管壳传递。此时，有源区温度不断升高，温度梯度加大。当热量传导到封装管壳的末端，热量不再有耗散的路经，维持有源区和管壳末端的温度差不变，整体温度迅速提升(当器件温度不太高时，可忽略辐射散热)。如果在器件两个不同位置(其中一个为散热末端)放置

测温温敏元件，两点温升过程见示意图2中的曲线1和2。

当这两点温度差开始恒定时刻，即为热源到管壳温度梯度建立完成时刻。图2中的曲线3即是两点温度差的测量曲线。元器件正常工作，其有源区为热源，从有源区到管壳温度梯度建立过程，称为正向加热过程。温差曲线开始恒定的时间t1，即为稳态温升建立所需的时间。工作功率P乘以t1，即为建立这一温度梯度所需热量Q1＝P*t1。

当在封装管壳底部通过加热薄片施加相同电功率P，此时底部为加热端，上面为散热末端，测量接通电源后两检测点温度上升过程。当两点温差达到恒定时刻t2，即为从封装管壳底部到有源区的温度梯度建立完成。我们称该过程为反向加热过程。由于器件两端热阻互逆性，两次温升过程的温差相等。一般来说，器件管芯有源区端的热容小，管壳端的热容大。因此，达到同样温差所需加热功率不同，即t2＞t1，Q2＝P*t2，为第二次温度梯度建立所需热量。

正向加热过程和反向加热过程中，从高温到低温的温度空间分布呈现互补状态。即温度达到稳态分布后，热源到衬底的散热路径上温度空间分布曲线出现互补。见示意图3。物理上讲，曲线与位置坐标构成的面积表示建立稳态分布所需热量。正向加热和反向加热所需热量不同，但两者之和即为使元器件整体均匀达到有源区温度时所需热量。