[发明专利]半导体接面温度检测装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体接面温度的检测装置与方法，且特别是涉及一种以不同温度条件及测试电流，半自动化测量半导体元件，以得到较精确的接面温度的检测装置与方法。

背景技术

电子产业的蓬勃发展带动电子元件的研发趋向于更高功能、密度更高的时代。其所产生的散热问题也愈来愈复杂，而电子元件内部的热能无法导出的结果，就是产品性能出现问题，因而电子封装的散热设计也格外重要。电子元件散热技术中最常用也最重要的参考是热阻值(thermal resistance)，以半导体元件封装而言，最重要的参数是由芯片接面到固定位置的热阻，其定义如下：

Rth＝(Tj-Tx)/P

其中Tj为二极管接面温度，Tx为某固定位置的温度(其可以为Tc封装温度、TL接脚温度或Ta环境温度)，P为输入的发热功率(P＝IT*VFT，即工作电流和工作顺向偏压的乘积)。热阻大表示热不容易传递，因此元件工作时的温度就会比较高，由热阻可以判断及预测元件的发热状况。电子元件相关产品设计时，为了预测电子元件的温度，需要使用热阻值的参考数据，因而设计者除了要提供良好散热设计产品，更需获得可靠的热阻数据供设计参考之用，而热阻值是由接面温度Tj及K系数(K factor)推导而来。

量测时首先需取得K系数(K factor)，该值即二极管工作的顺向偏压值对温度的变化值。将受测物置于烤箱中加热到固定温度，等到封装内部及环境温度到达稳定，供应一微小电流Im到该受测元件，量测温度值，记录二极管顺向偏压值。记录不同的温度点T1、T2及其对应的第一偏压值VF1、第二偏压值VF2，做出一温度校正线，找出其斜率，此即称为K系数(K factor)。

K系数的量测法如下：

ΔVF＝VF2-VF1

ΔT＝T2-T1

K＝ΔVF/ΔT

半导体材料具有一个基本特性，就是随着温度上升，顺向偏压会下降。而目前业界常用的热阻量测标准是JEDEC-51和MIL-STD-883，二者都是以K系数(K factor)去推算接面温度Tj。

接面温度Tj的量测法如下：

Tj＝Ta+(VF2-VF1)/K

但是这样的量测方式是建立在顺向偏压对温度曲线变化(即K系数)是线性的基础上。请参阅美国发明专利证书号第US7 052180B2号，该案揭露了一种LED的接面温度检测器(LED JunctionTemperature Tester)，利用二极管的顺向偏压对温度的线性关系去推导接面温度Tj(即假设K factor为线性)，其是同一批材料中的二个元件，在不同温度下取得两元件的工作偏压VF1、VF2对温度T1、T2的关系以校正得知该元件的接面温度。前述的测量方法是假设K系数(K factor)在温度范围内皆为线性。但是很多材料的顺向偏压对温度曲线变化并不是完全线性的，如此一来，利用K系数(K factor)来推导接面温度Tj时，就会有计算上的误差。另外，传统的量测方法需要人力去注意、计算。常常单一材料的量测就需要一天的时间，因为不同测量电流间的切换，及温度控制等设定，人力成本较高，且量测上较易有人为误差，且其所需时间较长。

发明内容

鉴于上述的已知背景中，为了符合使用上的需求，本发明提供一种半导体接面温度的检测装置与方法，用以解决传统的接面温度检测常有的问题，且其所需时间较少，并可减少人为误差。

本发明的目的之一是提供一种半导体接面温度检测装置与方法，其可在不同温度下量测受测单元的顺向工作偏压对温度的变化，并由此得到较精确的接面温度值。

本发明的另一个目的是提供一种半导体接面温度检测装置与方法，其可利用计算机控制方式，半自动化的检测半导体接面温度，使测量时间缩短，并可减少人为误差。