半导体功率器件热阻测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种半导体功率器件热阻测试装置及方法，所述测试装置包括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第一连接器，静态空气箱内设有第一温度探针、第二温度探针及第二连接器，所述测试机包括微处理器及分别与微处理器相连的电压测试模块、恒功率输出模块、驱动电源模块和温度采集模块，微处理器还与温控器相连。本发明专利技术的测试装置及方法采用成本较低的温度探针进行温度检测，并在加热待测器件过程中施加恒定功率，既降低了测试成本，又进一步保证了热阻测试的精确度，具有测量覆盖面广、测量精确高、测试简单和成本低特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体功率器件测量
，尤其涉及一种。
技术介绍
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= Δ 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Λ 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。
技术实现思路
本专利技术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。为解决上述问题，本专利技术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。测试机主要用于在检测热敏参数时，控制电压测试模块给待测器件的热敏结构提供一小电流，记录下热敏结构的正向导通电压，其次，通过控制驱动电源模块给需要驱动开启的待测器件施加驱动电源使其开启；然后给待测器件施加一个连续的大电流信号使待测器件升温，在此过程中微处理器根据预先设定的功率值，通过恒功率输出模块输出加热电流，并采集输出电压的测试值，从而调整输出加热电流的大小，保持对待测器件施加恒定的功率；在加热过程中瞬间用一个连续的测试电流测量热敏结构加热后的电压，当待测器件达到热平衡后，此时，根据预先测试的热敏参数，热敏参数的电压和温度关系是较好的线性关系，从而计算得到待测器件的结温，根据第一温度探针和第二温度探针检测的实时温度数据，计算待测器件的热阻。相比较于现有技术，本专利技术的半导体功率器件热阻测试装置适用于不同种类半导体功率器件的测试，测量覆盖面广，具有测量精确高、测试简单和成本低特点。本专利技术采用恒功率输出模块确保采用不同封装材料的待测器件在加热过程中施加的功率恒定，使现有技术中的功率变量为固定值，避免了在热阻测试过程中因不同封装的待测器件电压值的差异，造成相同电流下的加热功率不同，保证了测试的准确性；另一方面本专利技术采用成本较低的温度探针进行温度检测，避免了因封装材料温升的不同而造成检测的不准确，既降低了测试成本，又进一步保证了热阻测试的精确度。优选地，所述恒功率输出模块包括偏置电压输出单元、功率放大单元、采样电阻、电流采样单元、电压采样单元、硬件乘法器和模数转换器，微处理器、偏置电压输出单元、功率放大单元、采样电阻和第二连接器顺次相连，偏置电压输出单元接收微处理器发送的信号，偏置电压输出单元输出偏置电压信号到功率放大单元中，功率放大单元输出的放大信号输入到采样电阻中，第二连接器接收采样电阻输出的加热电流；电流采样单元分别与采样电阻、模数转换器和硬件乘法器相连，电流采样单元采集采样电阻输出的加热电流，模数转换器和硬件乘法器接收电流采样单元输出的电流采集信息，电压采样单元分别与第二连接器、模数转换器和硬件乘法器相连，电压采样单元接收连接在第二连接器中待测器件的电压，模数转换器和硬件乘法器接收电压采样单元输出的电压信息，硬件乘法器与功率放大单元相连，功率放大单元接收硬件乘法器输出的反馈信息，模数转换器与微处理器相连，模数转换器输出转换后的数字信息到微处理器中。在微处理器的控制下，恒功率输出模块输出的加热电流，该加热电流用于加热待测器件的热敏结构，并采样加热电流和热敏结构的电压，通过硬件乘法器计算出施加在热待测器件上的功率，由于热敏结构电压存在差异，为保证恒功率加热，硬件乘法器输出反馈值到功率放大单元中，使反馈达到平衡，恒功率输出模块实时调整输出加热电流大小，保持输出的动率恒定。优选地，所述测试机还包括用于显示测试结果及进行人机交换的显示终端，显示终端与微处理器相连。在测试过程中产生的数据信息均由微处理器传送至显示终端，并在显示终端上显示，用户还可通过显示终端输入控制信息，控制整个测试过程。优选地，所述待测器件为场效应管、绝缘栅双极型晶体管、双极性晶体管或二极管。驱动电源模块给需要驱动开启的待测器件施加驱动电源使其开启，如场效应管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT和双极性晶体管就需要驱动开启，二极管热阻的测试则无需采用驱动电源。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
1.一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。2.根据权利要求1所述的半导体功率器件热阻测试装置，其特征在于，所述恒功率输出模块包括偏置电压输出单元、功率放大单元、采样电阻、电流采样单元、电压采样单元、硬件乘法器和模数转换器，微处理器、偏置电压输出单元、功率放大单元、采样电阻和第二连接器顺次相连，偏置电压输出单元接收微处理器发送的信号，偏置电压输出单元输出偏置电压信号到功率放大单元中，功率放大单元输出的放大信号输入到采样电阻中，第二连接器接收采样电阻输出的加热电流；电流采样单元分别与采样电阻、模数转换器和硬件乘法器相连，电流采样单元采集采样电阻输出的加热电流，模数转换器和硬件乘法器接收电流采样单元输出的电流采集信息，电压采样单元分别与第二连接器、模数转换器和硬件乘法器相连，电压采样单元接收连接在第二连接器中待测器件的电压，模数转换器和硬件乘法器接收电压采样单元输出的电压信息，硬件乘法器与功率放大单元相连，功率放大单元接收硬件乘法器输出的反馈信息，模数转换器与微处理器相连，模数转换器输出转换后的数字信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：符强，殷资，魏建中，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：