[发明专利]用于半导体器件的热阻测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的热阻测试方法，特别适合集成电路产品的瞬态热阻测试。

背景技术

温度是影响半导体器件的特性的重要因素。器件工作时，过高的结温会对器件产生很多不良的影响，如性能降低，可靠性降低，寿命缩短等。随着器件向小尺寸和高集成度的发展，在有限的空间上承载的功率密度越来越大。这对半导体器件工作温度的研究，提出了越来越迫切的要求。首先要准确掌握系统中各电子元器件的热阻值，才能针对系统进行准确的热分析及热管理。

对于宇航用集成电路来说，其所工作的太空环境是一个接近真空的环境，集成电路器件散热的主要方式是热辐射和热传导，所以测试结到壳的热阻意义更大；另一方面，结到壳的热阻表征了某种封装工艺的热特性，所以结到壳的热阻是集成电路封装中非常重要的热参数。随着国产集成电路在宇航型号上发挥的作用越来越大，对其可靠性的要求也越来越高，而准确快捷的测量其结到壳的热阻及其主要热传导路径上的热学参数是保证其可靠性的关键步骤。

目前针对分立器件，国内的热阻测试技术发展相对比较完善，而针对超大规模集成电路的热阻的测试技术发展还比较慢，主要原因是超大规模集成电路一般功耗较小，其热特性没有作为主要的考核指标，而随着集成度的提高，热密度得到了提升，同时在宇航应用中受到空间及无对流的限制，研究电路热阻特性的需求越来越强烈，而目前国内的超大规模集成电路的热阻主要是通过仿真技术并参考国外同类型产品得到，无法保证热阻特性的准确性，进而影响型号板级系统的评估。

根据发热结的不同，目前集成电路封装结到壳的热阻测试方法主要有两种，一种是基于热阻测试芯片的测试方法；另一种是在集成电路内部具有温敏二极管的情况下，直接使用集成电路产品进行热阻测试的方法，但该方法局限于能够承受较大功耗的功率器件。使用基于热阻测试芯片的方法过程较为烦琐，尤其是带腔体的陶瓷封装的集成电路，这种形式的封装对于热阻测试芯片的尺寸要求非常苛刻。另一个原因就是使用热阻测试芯片进行热阻测试时，需要单独进行封装，这严重影响了的测试的效率，并且非常不适合对集成电路热阻特性进行百分之百的筛选。直接使用集成电路产品进行热阻测试的方法，在使用范围上具有一定的局限性。尤其是国产的大规模集成电路，由于应用可靠性、技术等原因，大部分的电路内部并没有集成专门的温敏二极管，这给热阻的测试造成了很大的障碍。

基于电学法的瞬态热响应测试技术在集成电路结到壳的热学参数测试方面具有较大的优势，但对于不具有温敏二极管的集成电路产品和非功率型的集成电路产品，该方法存在局限性。

发明内容

为了解决集成电路产品无法直接使用基于电学法的瞬态热响应测试技术进行热学参数测试的问题，本申请提供了一种半导体器件的热阻测试方法，其特征在于包括如下步骤：1）根据半导体器件的结构，确定主要导热通道，在主要导热通道的外壳表面设置良好接触的恒温平面；2）给半导体器件加载一定的功率，待所述半导体器件达到热平衡以后，切换为向半导体器件加载测量功率，通过实时测量半导体器件的温敏参数得到测量半导体器件的结温，进而得到半导体器件的瞬态热响应曲线；3）根据所述瞬态热响应曲线确定半导体器件结到壳的热阻。

优选的，所述半导体器件是批量生产的集成电路产品。这意味着本方法不使用热阻测试芯片，而是直接使用集成电路产品进行加热并测量温敏参数，进而得到热阻的方法。

优选的，向半导体器件加载一定功率的步骤如下：向所述半导体器件的衬底的P区和N区分别加载正、负电压，以产生足够大的功率。集成电路的整个衬底的P区和N区构成一个结面积特别大的PN结，由于其结面积特别大，故其可以承载较大的电流。这样的话，即使是非功率型的半导体器件，也可以进行热阻测试。

优选的，所述温敏参数为半导体器件中PN结组件的正向导通电压。测量半导体器件中的PN结组件的结电压，通过其温敏系数换算得到半导体器件的结温。

优选的，K系数可通过恒温槽等方法测量得到。

优选的，所述PN结组件是半导体器件中专门设置的温敏二极管，或者所述PN结组件选择如下组中的一个或多个：半导体器件衬底的隔离二极管，输出控向二极管，ESD保护二极管，以及衬底的N区和P区构成的二极管结构。在集成电路内部，即使没有专门的温敏二极管，也会有一些其他典型的PN结组件。因此该测试方法可以适用于没有专门温敏二极管的集成电路产品。

优选的，所述瞬态热响应曲线是半导体器件在降温或加热过程的瞬态热响应曲线。