[发明专利]半导体功率器件热阻测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体功率器件测量技术领域，尤其涉及一种半导体功率器件热阻测试装置及方法。

背景技术

半导体功率器件在工作过程中常因发热使结温过高导致其损坏，因此非常有必要控制半导体功率器件在工作过程中的结温，结温可以通过半导体功率器件的热阻及壳温推算得出。现有技术中热阻测试仪的设计，一方面是为了客观地评价半导体功率器件的热阻，合理设计PCB及散热元件，使半导体功率器件在工作过程中的结温不超过安全区域，保障半导体功率器件的安全正常运行；另一方面，可以评估影响半导体功率器件散热性能的所有参数，分析半导体功率器件封装工艺差别，做出封装方面改进，有助于改善半导体功率器件的散热性能；同时也可以用来验证封装可靠性，分析半导体功率器件热损坏的具体原因，做出可靠性改进。

现有的热阻测试仪一般只测试二极管的热阻，在测试时将二极管置于恒温结构中，并在测试过程中施加一定的加热电流使内部结温上升，根据结温上升差异，来评价封装材料的热阻。上述测试方式存在着以下两点不足，一是采用恒温结构进行测试，在恒温结构下，二级管加载加热电流过程中，不同封装材料的热阻会有差异，表面温度上升存在不同，并且实际操作过程中恒温结构与不同元件接触差异等客观因素存在，使每次测试元件封装体表面温度时均会产生一定偏差，从而影响实际测试的精度，同时精确的、带有闭环控制、响应速度快的恒温结构成本较高。二是在测试过程中采用恒加热电流方式进行测试，在测试时施加相同的加热电流I，并测量得到热敏结构的压降V，可以计算出功率P。而热阻为Rjc=△T/P，对于两个相同元件，在封装材料热阻有差异时，内部热敏结构在不同温升情况下, 热敏结构导通电压V存在差异，随着温度逐渐上升，热敏结构导通电压会逐渐下降，即施加的功率P存在差异，热阻的测试主要在于横向对比之间的差异，在计算公式中△T与P两个因素都存在变化，这样的试验结果会存在偏差，影响测试的精确度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有热阻测试仪在测试过程中存在测量精确度低、成本高和测量种类单一的上述问题，提供了一种测量精确高、测试简单、测量覆盖面广和成本低的半导体功率器件热阻测试装置及方法。

为解决上述问题，本发明的一种技术方案是：

一种半导体功率器件热阻测试装置，其特征在于，所述测试装置具有一测试机及分别与测试机相连的温度控制箱和静态空气箱，温度控制箱内设有温控器和用于连接待测器件的第一连接器，静态空气箱内设有用于检测静态空气箱内温度的第一温度探针、用于检测待测器件壳温的第二温度探针及用于连接待测器件的第二连接器；所述测试机包括用于控制及处理检测数据并根据检测数据计算热阻的微处理器及分别与微处理器相连的用于检测待测器件正向导通电压和输出测试电流的电压测试模块、用于输出加热电流和检测待测器件电压的恒功率输出模块、用于驱动待测器件的驱动电源模块和温度采集模块，微处理器还与温控器相连；电压测试模块的测试电流输出端和电压检测端均分别与第一连接器和第二连接器相连，电压测试模块输出测试电流到第一连接器或第二连接器上，并检测连接在第一连接器或第二连接器上待测器件的正向导通电压，恒功率输出模块的加热电流输出端与第二连接器相连，恒功率输出模块输出加热电流到第二连接器上，并检测连接在第二连接器上待测器件的电压，驱动电源模块输出端与第二连接器相连，驱动电源模块用于驱动待测器件，温度采集模块的温度输入端分别与第一温度探针和第二温度探针相连，温度采集模块接收第一温度探针和第二温度探针的温度信号，并将温度信号传输到微处理器。

其中，温度控制箱采用烘箱，用于控制待测器件所处环境的温度，使计算出热敏参数的数值。检测时，在不同温度下，使用小电流在烘箱中测试待测器件的正向导通电压，通过多组检测数值得到电压与温度的关系为线性关系，并计算出每个温度段内的热敏参数。静态空气箱用于提供静态空气，防止待测器件周围空气流动，减少空气环境变换对热阻测试产生的干扰，静态空气箱作为待测器件在加热过程中的环境。