熱阻測(cè)試原理與失效分析

摘要：文中通過(guò)熱阻的測(cè)試原理分析和實(shí)際案例，分別從熱阻測(cè)試條件、控制限、上芯空洞、傾斜、芯片內(nèi)阻等幾個(gè)方面，全面地闡述對(duì)熱阻測(cè)試結(jié)果的影響，并通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)形成圖表，較為直觀明了，總結(jié)出熱阻測(cè)試失效的各種可能原因。
關(guān)鍵詞：熱阻；功率電流；測(cè)量電流；錫層厚度

隨著電子行業(yè)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體分立器件的功率越來(lái)越大，使得產(chǎn)品的耗散功率增大。同時(shí)由于成本控制的原因，芯片和成品的尺寸都在不斷的縮小，在一定程度上又限制了產(chǎn)品的散熱。這就造成了產(chǎn)品存測(cè)試過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生熱阻不良。本文重點(diǎn)閘述了熱阻測(cè)試原理和各類失效模式，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

1 熱阻概念及測(cè)試原理
1．1 熱阻概念及作用
熱阻是依據(jù)半導(dǎo)體器件PN結(jié)在指定電流下兩端的電壓隨溫度變化而變化為測(cè)試原理，來(lái)測(cè)試功率半導(dǎo)體器件的熱穩(wěn)定性或封裝等的散熱特性，通過(guò)給被測(cè)功率器件施加指定功率、指定時(shí)間PN結(jié)兩端的電壓變化(△VBE／△VF／△VGK／△VT／△VDS)作為被測(cè)器件的散熱判據(jù)。并與指定規(guī)范值比較，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行篩選，將散熱性差的產(chǎn)品篩選掉，避免散熱性差的產(chǎn)品在應(yīng)用過(guò)程中，因溫升過(guò)高導(dǎo)致失效。各類產(chǎn)品的熱阻名稱見(jiàn)表1。

1．2 熱阻測(cè)試原理
熱阻測(cè)試儀配有接觸檢測(cè)和震蕩探測(cè)功能，以防止接觸不良和震蕩造成的溫度測(cè)量錯(cuò)誤，提高了測(cè)試儀的穩(wěn)定性。測(cè)試儀提供手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)試，可測(cè)量瞬態(tài)熱阻，存恒溫槽的配合下，也可測(cè)量功率器件的穩(wěn)態(tài)熱阻，通過(guò)輸入一個(gè)溫度系數(shù)到測(cè)試儀，也可顯示結(jié)點(diǎn)升高的溫度。
下面以NXP雙向可控硅BT137—600產(chǎn)品為例，詳細(xì)說(shuō)明熱阻測(cè)試原理。
雙向品閘管需要測(cè)試笫一象限△VT1和第三象限△VT3，測(cè)試條件相同，如表2所示。

其中，IF：施加功率電流；IG：門極觸發(fā)電流；IM：測(cè)最電流；PT：施加功率時(shí)間；DT：冷卻時(shí)間：LOWER LIMIT：規(guī)范下限；UPPER
LIMIT：規(guī)范上限。
測(cè)試電路如圖1所示，測(cè)試時(shí)序如圖2所示。

2 熱阻失效分析
2．1 產(chǎn)品截面圖
產(chǎn)品截面如圖3所示。從產(chǎn)品截面圖中，標(biāo)識(shí)的散熱主要方向是從芯片發(fā)熱區(qū)，經(jīng)過(guò)上芯錫層，再通過(guò)框架載芯板／散熱板，散發(fā)到測(cè)試環(huán)境中。