一、基于电学法的热瞬态测试技术
1.测试方法 :电学法
寻找器件内部具有温度敏感特性的电学参数,通过测量该温度敏感参数(TSP)的变化来得到结温的变化。
TSP 的选择:一般选取器件内 PN 结的正向结电压。
2.测试技术:热瞬态测试
① 当器件的功率发生变化时,器件的结温会从一个热稳定状态变到另一个稳定状态,T3Ster 将会记录结温瞬态变化过程(包括升温过程与降温过程)。
② 一次测试,既可以得到稳态的结温热阻数据,也可以得到结温随着时间的瞬态变化曲线。
③ 瞬态温度响应曲线包含了热流传导路径中每层结构的详细热学信息(热阻和热容参数)。
二、应用实例
1.如何利用结构函数识别器件的结构
LED的一般散热路径为:芯片 - 固晶层 - 支架或基板 - 焊锡膏 - 辅助测试基板 - 导热连接材料
如下面结构函数显示,结构函数上越靠近 y 轴的地方代表着实际热流传导路径上接近芯片有源区的结构,而越远离 y 轴的地方代表着热流传导路径上离有源区较远的结构。
积分结构函数是热容—热阻函数,曲线上平坦的区域代表器件内部热阻大、热容小的结构,陡峭的区域代表器件内部热阻小、热容大的结构。
微分结构函数中,波峰与波谷的拐点就是两种结构的分界处,便于识别器件内部的各层结构。
在结构函数的末端,其值趋向于一条垂直的渐近线,此时代表热流传导到了空气层,由于空气的体积无穷大,因此热容也就无穷大。从原点到这条渐近线之间的 x 值就是结区到空气环境的热阻,也就是稳态情况下的热阻。
2.利用结构函数识别器件封装内部的“缺陷”:
对比上面两个器件的剖面结构,固晶层可见明显差异。如下图,左边为正常产品,右边为固晶层有缺陷的产品。
根据上图显示,固晶层缺陷会造成的热阻增大,影响散热性能,具体的影响程度与缺陷的大小有关。
3.测量结壳热阻:
这两次测试的分别:第一次测量,器件直接接触到基板热沉上;第二次测量,器件和基板热沉中间夹着导热双面胶。由于两次散热路径的改变仅仅发生在器件封装壳之外,因此结构函数上两次测量的分界处就代表了器件的壳。如下图所示的曲线变化,可得出器件的精确热阻。
4.结构无损检测:
同批次产品,取固晶层完好、边缘缺陷以及中间缺陷的样品测试。固晶完好的固晶层应为矩形,而边缘和中间存在缺陷,则固晶层不规则,下图两种缺陷的图片。