[发明专利]一种金属氧化物半导体管的结温和热阻测量方法

说明书

技术领域

该技术属于微电子技术中，半导体器件测量技术领域，尤其涉及一种金属氧化物半导体管的结温和热阻测量方法。

背景技术

大规模集成电路的芯片制造完成后，除了采用厚膜工艺或薄膜工艺，将其进行二次集成的情况外，多数情况下都需要封装。大规模集成电路的封装又称为后工序。封装的作用在于为芯片提供电学连接、机械承载，使其便于操作使用，为大规模集成电路的使用者提供一个规范的安装结构与尺寸，避免芯片受外力作用、划伤、受水蒸气或者其他有害气体的侵蚀，有时候还可以在同一个封装结构内封装多个芯片，从而使集成电路芯片能够发挥正常的功能，并保证其具有高稳定性和可靠性。伴随着功率器件和芯片制造业的不断发展，对于半导体封装产业的投入也越来越大，封装产业也进入了一个高速发展时期。

半导体封装的设计和质量的好坏，对集成电路总体的性能优劣影响很大，因为封装应具有较强的机械性能、良好的散热性能、化学稳定性和电气性能。封装还必须充分地适应产品的需要和发展，由于各类产品的功能和应用不同，其总体结构和封装要求也往往不同，因此集成电路封装必须多种多样，才能满足各种产品的需要。

功率半导体器件在工作中总会产生一定的热量，倘若这些热量不能及时有效地传播出去，就会造成器件内部热积累，结温上升，使得器件可靠性降低，甚至造成器件功能失效，无法安全工作。

功率半导体器件的散热能力通常用封装热阻来表征，热阻越小，则散热能力越好。因此，正确了解封装热阻的物理意义、使用方式以及测量技术对于改进器件散热能力的分析和设计有很大的帮助。根据不同的需要，封装热阻有多种定义形式，最主要的为以下两种定义方式，各大半导体厂商也一般只给这两种定义的热阻信息。

a.结到外界环境的热阻R_θJA：在自然对流或强制对流条件下从芯片接面到大气中的热阻，用于比较封装散热的容易与否。

b.结到外壳的热阻R_θJC：是指热由芯片接面传到IC封装外壳的热阻，在测量时需接触一等温面，主要是用于评估散热片的散热性能。

目前对半导体器件工作温度和热阻的测量方法主要有：红外热像仪法、电学参数法、光谱法、光热阻扫描法及光功率法等。这些方法基于不同的测量原理，可以测量半导体器件表面的温度分布或者某种意义上的平均温度，这些方法往往都需要专用的测试设备或者复杂的测试系统。如：红外扫描热像法是使用红外测温仪来表征器件表面温度分布。可以精确地测量器件的结温、结温分布和热阻参数，有助于在设计研制阶段采取纠正措施，提高器件的使用寿命，也可用于高可靠性器件的筛选。但是红外扫描设备结构复杂、操作方法复杂、测试效率低，须耗费较多的时间；成本高；而且只能对器件或芯片表面直接测量即器件或芯片是为封装或开封的状态，因此对实际器件或芯片成品的考核不能满足要求。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种简单快速的一种金属氧化物半导体管的结温和热阻测量方法，采用本发明后，只需使用常备测试设备及仪器，就能实现对半导体器件工作结温和稳态热阻的非破坏性测试。

本发明采用如下技术方案：

一种金属氧化物半导体管的结温和热阻测量方法，

步骤1将放置有待测器件的绝缘基板放置在温度控制箱内，并将温度控制箱调至25℃，依据待测器件安全工作区的范围，保证待测器件能够正常工作的前提下，给待测器件漏源两端施加直流电压，

步骤2在栅极上施加栅极直流工作电压，测量栅极上的电压为直流工作电压时待测器件漏源两端的电流，

步骤3撤去栅极上的直流工作电压，再在栅极上施加方波脉冲电压，所述方波脉冲电压的幅值等于步骤2所述的直流工作电压，占空比小于1％且周期不大于1毫秒，此后，逐渐增加温度控制箱内部的温度，最高温度不超过测试器件结温，待测器件漏源两端的漏电流会随着温度控制箱内部温度的逐渐升高而不断下降，使用电流测量设备不断地测量待测器件漏源两端的漏电流，

当测得的待测器件漏源两端的漏电流与由步骤2测得的待测器件漏源两端的电流相等时，记录下此时的温度控制箱内部温度并以此时的温度控制箱内部温度作为等效结温，并进入步骤5；

如果温度控制箱内部温度升高至待测器件所允许的最高结温时，所测得的漏电流依然高于步骤2所测得的漏电流，则撤去栅极上的方波脉冲电压，降低待测器件漏源两端的直流电压，返回步骤2，

步骤4计算待测器件的热阻值，根据公式，