GaN HEMT器件热特性的电学测试法

基于JEDEC颁布的结到壳热阻瞬态热测试界面法,对测试GaN HEMT器件热特性的电学法进行了研究.通过合理的测试电路设计,有效解决了GaN HEMT器件电学法测试中的栅极保护问题和自激问题,实现了GaN HEMT器件的界面热阻测量.根据测得的热阻-热容结构函数曲线可知,GaN HEMT器件结到壳热阻主要由金锡焊接工艺和管壳热特性决定.结合结构函数分析,对金锡焊接部分热阻和管壳热阻进行排序可剔除有工艺缺陷的器件.与红外热成像法的结温测试结果进行对比分析,证实了电学法测试结果的准确性.     

温度对压接型IGBT器件内部接触热阻的影响

温度是功率半导体器件备受关注的问题,不仅直接影响功率半导体器件的电气性能,而且还间接影响功率半导体器件的热学和机械特性.压接型IGBT器件内部是电磁场、温度场和结构场的多物理量耦合场,器件内部各组件间的接触热阻是温度场与结构场双向耦合的重要桥梁,也是器件可靠性的重要影响因素.通过单芯片子模组有限元模型分析了各组件间的接触热阻,重点研究了温度对接触热阻的影响,计算了热阻测量前后的接触热阻值,并进行了对比.鉴于目前接触热阻测量方法的局限性,通过测量单个快恢复二极管(FRD)芯片子模组结到壳热阻值与温度的变化关系间接得到接触热阻与温度的关系,并对有限元计算结果进行了验证.     

芯片结-环境热阻DOE参数化性能研究

封装材料和技术的选用直接影响芯片的结-环境热阻大小,通过对CQFP-U型集成电路芯片的热阻测试与仿真结果进行对比分析,确保仿真的准确性.采用参数化仿真研究的方法,分析导热胶、热沉的不同材料热导率和不同PCB板尺寸对芯片结-环境热阻的影响.结果表明,PCB板的散热性能对CQFP-U型芯片的结-环境热阻的影响较大,芯片的热...     

微系统热阻模型研究及其应用

系统级封装(SIP)实现了高密度、高集成度封装技术,同时散热问题备受关注,热设计中芯片结温预测十分重要.本文采用有限元仿真方法,建立了一种自然对流环境下微系统热阻模型,并通过模型中热阻矩阵预测多芯片总功耗相同条件下的各芯片结温,同时利用热阻测试试验和有限元仿真方法对预测结温进行验证,结果表明热阻矩阵模型预测芯片结温与热阻测试试验和有限元仿真结果误差分别小于2%和5%.但同时发现该热阻矩阵模型的不通用性,对于总功耗变化的多芯片结温,预测结果偏差较大.通过不同总功耗下各热阻矩阵的函数关系建立拟合曲线并修正热阻矩阵模型,修正后的结环境热阻矩阵适用于不同总功率条件、各芯片不同功率条件下的芯片结温预测,预测结果与热阻测试试验中芯片结温和有限元仿真结果误差均小于5%.因此,提出的修正结环境热阻矩阵的方法可以快速且便捷地预测不同功率芯片的结温,并对器件的散热性能进行较为准确的预估.     

功率VDMOS稳态热阻测试的关键影响因素

热阻值是衡量功率VDMOS器件热性能优劣的重要参数,但在实际的热阻测试过程中,诸如测试电流、延迟时间、壳温控制等因素都会对测试结果造成直接的影响。因此,测试时应当深入理解和分析各种影响因素,依据严格的测试标准灵活的使用测试设备,以达到较高的测试精度和重复性。按照稳态热阻测试的步骤,详细论述了影响其测试结果的关键因素,并提出较为准确的修正方法,设计了针对性试验对其进行了验证。试验表明,该测试方法实现了较为精确的稳态热阻测量,可为功率VDMOS热阻测试标准的制定提供参考和借鉴。     

功率MOSFET器件稳态热阻测试原理及影响因素

热阻值是评判功率MOSFET器件热性能优劣的重要参数,因此热阻测试至关重要。通过对红外线扫描、液晶示温法、标准电学法3种热阻测试方法比较其优缺点,总结出标准电学法测试比较适合MOSFET热阻测试。在此基础上依据热阻测试系统Phase11,阐述功率MOSFET热阻测试原理,并着重通过实例对标准电学法测试热阻的影响因素测试电流Im、校准系数K、参考结温Tj以及测试夹具进行了具体分析,总结出减少热阻测试误差的方法,为热阻的精确测试以及器件测试标准的制定提供依据。     

一种IGBT热阻测试系统的研制

为了解决国内绝缘栅双极型晶体管(IGBT)生产和使用中热阻测试问题,采用电学法的测量原理并与嵌入式技术相结合的方式,设计了一种以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心的IGBT自动测试系统.该系统采用模块化的设计思想,各模块间进行隔离设计,其中14 bit隔离型高速数据采集卡可以快速采集IGBT温度敏感参数的变化,从而使系统可以快速可靠的工作.使用该测试系统对IGBT器件的热特性进行测试,将测试数据与美国生产的Phase1 1热特性分析仪进行对比,测试结果经过修正后误差约为1％.验证了该热阻测试系统可用于测试IGBT器件的热特性,并具有速度快、稳定性好等优点,对我国功率器件的可靠性技术研究具有重要意义.     

热界面材料对高功率LED热阻的影响

散热不良是制约大功率LED发展的主要瓶颈之一, 直接影响着大高功率LED器件的寿 命、出光效率和可靠性等。本文采用T3ster热阻测试仪和 ANSYS热学模拟的方法对LED器件进行热学分析,以三种热界面材料(金锡,锡膏,银胶)对LE D热阻及芯片结温的影响为例,分析了热界面材料的热导率、厚度对LED器件热学性能的影响 ,实验结果表明界面热阻在LED器件总热阻中所占比重较大,是影响LED结温高低的主要因素 之一;热学模拟结果表明,界面材料的热导率、厚度及界面材料的有效接触率均会影响到LE D器件结温的变化,所以在LED器件界面互连的设计中,需要综合考虑以上三个关键参数的控 制,以实现散热性能最佳化。     

基于电学法的GaN功率器件热阻测试研究

针对功率器件的热阻测试需求,开展了基于电学法的Ga N器件热阻测试方法研究。分别采用Vgs和Vds温敏参数进行电学法测试对比,分析了其温敏特性差异、测试电流、及加热电流对热阻测试结果的影响,通过集成电学法与红外法测试系统对热阻测试结果进行了对比,验证了两种测试结果的可信性。测试结果表明,Vgs和Vds呈现不同趋势的线性温度特性,电压Vds对于温度的响应显著低于Vgs,且热敏参数的选择是影响Ga N功率器件热阻测试结果的主要原因。     

大功率LED结温测量及发光特性研究

介绍了基于正向电压法原理自行研制的大功率LED结温测试系统,结温定量测量精度可达±0.5 ℃.利用该系统对不同芯片结构与不同封装工艺的大功率LED热阻进行了测量比较,并对不同结温的大功率LED发光特性进行了研究.结果表明,不同结构芯片温度-电压系数K明显不同;采用热导率更高的粘结材料和共晶焊工艺固定LED芯片,会明显降低封装层次引入的热阻.结温对光辐射功率有直接影响,若保持结温恒定,光辐射功率随电流增大线性增加;若保持外部散热条件不变,热阻大的芯片内部热量积累较快,导致结温上升速度更快,光效随电流增加而下降的趋势也更为严重.     

某型电动轮矿用车电机控制器的散热设计

对电动轮矿用车自卸车电机控制器的热损耗进行了分析,对主要发热器件IGBT模块进行了损耗分析与计算,对功率器件散热的热流路径进行了分析计算,提出了散热冷板功率和热阻指标要求与散热设计,最后对冷板的散热性能进行了热性能试验,试验结果表明满足设计要求。     

基于IGBT模块热阻的状态评估研究

IGBT模块在退化过程中内部材料的物理属性会发生变化,进而引起模块结壳热阻的变化,因此通过研究结壳热阻的变化情况,可以对IGBT模块的退化程度进行评估。首先研究IGBT模块的结构及热扩散特性,并利用定义法计算出初始结壳热阻,指出模块在退化过程中各层封装材料、物理参数及导热面积的变化会导致结壳热阻的变化;然后,对IGBT模块进行了温度循环老化试验,并在老化过程中测量模块的结壳热阻,研究结壳热阻在老化过程中的变化情况,发现其按指数规律退化,进而建立热阻的指数退化模型;最后,提出一种IGBT模块的模糊状态评估方法,建立了基于热阻的模糊状态评估模型,采用均匀划分的方法以IGBT模块的结壳热阻作为评估参数将模块的退化状态分为7个评估等级,并对老化后的某IGBT模块进行了模糊状态评估。     

提高功率晶体管结温T_j测试精度的分析

提高功率晶体管热阻测试精度,其中结温Tj是最难测试准确的一个参数。要测试结温Tj,首先要确定晶体管热敏系数M值,本文介绍了聚焦法和两点法两种方法,对这两种方法的精度及优缺点对比分析,用户可以根据实际需要选择确立M值的方法。只有准确地确立了M值和测试了ΔVBE,推导计算出的结温Tj值才准确可信。     

小尺寸栅极HEMT器件结温测量

用现有的红外法测量的GaN基HEMT器件结温,比实际最高温度点的温度低.而用喇曼法测量结温对设备要求高且不易于操作.针对现有技术对GaN基HEMT器件结温的测量存在一定困难的问题,设计了一款HEMT器件匹配电路.利用红外热像仪测量HEMT器件的结温升高,并结合物理数值模拟仿真,提出一种小尺寸栅极结温升高测量方法.结果表明,建立正确的仿真模型,可以得到不同栅极长度范围内的温度.通过这种方法可以测量出更接近实际的结温,为之后研究加载功率与壳温对AlGaN/GaN HEMT器件热阻的影响奠定了理论基础,并且为实际工作中热特性研究提供了参考依据.     

利用“热”标准芯片评价集成电路的热性能

本研究研制出了符合国情的“热”标准芯片Ｓ、Ｍ、Ｌ三种规格，研制出了壳温变化小于０．５℃，相对误差小于２．３１％的恒定壳温电学法ＩＣ热阻测试系统，获得了２４种常用外壳和多种封装工艺热阻典型值及离散性，定量分析了同种样品，不同厂家封装的热阻差别；芯片面积对热阻的影响；粘片工艺对热阻的影响；背面金属化对热阻的影响。本研究还进行了实际电路与标准芯片稳态热阻比较，电学法与红外法热阻比较，说明研究成果有很好的     

功率型LED热特性测试及评价

针对现有热特性测试及评价标准尚不完善的问题,以功率型发光二极管(LED)的精确热特性测试及评价为目标,采用光热一体化测试技术对不同的LED灯珠进行了热特性测试,研究了测试电流对K值标定及结温测试的影响,分析了热特性随环境温度的变化情况,提出了热性能测试及评价的合理建议。研究结果表明:测试电流对K值标定及结温测试有较大影响,测试电流的合理选取与芯片本身及功率的大小有关;材料的热导率随环境温度变化波动,对于某些高温使用环境,仅25℃的热性能参数数据并不能准确反应LED的热特性;热阻测试的准确性与光功率有关,光热一体化测试有利于得到准确的热特性数据。     

回路热管换热性能的实验研究

为研究回路热管(LHP)的换热性能,制作了简单的回路热管换热性能测试装置。采用不锈钢为回路热管的材料,500目铜丝网为吸液芯,实验研究了回路热管不同功率下对启动时间和热管热阻的影响。研究结果表明,回路热管的功率增大,启动时间越短,热阻也相应的减小;同时,回路热管冷凝器入口和储液室入口的温度在LHP启动后,会呈现相反的温度波动。研究结果为回路热管散热器的应用提供了理论依据和方便的测试手段。     

车载IGBT器件封装装片工艺中空洞的失效研究

IGBT芯片在TO-220封装装片时容易形成空洞,焊料层中空洞大小直接影响车载IGBT器件的热阻与散热性能,而这些性能的好坏将直接影响器件的可靠性。文章分析了IGBT器件在TO-220封装装片时所产生的空洞的形成机制,并就IGBT器件TO-220封装模型利用FEA方法建立其热学模型,模拟结果表明:在装片焊料层中空洞含量增加时,热阻会急剧增大而降低IGBT器件的散热性能,IGBT器件温度在单个空洞体积为10%时比没有空洞时高出28.6℃。同时借助工程样品失效分析结果,研究TO-220封装的IGBT器件在经过功率循环后空洞对于IGBT器件性能的影响,最后确立空洞体积单个小于2%,总数小于5%的装片工艺标准。     

一种测试功率MOSFET热阻的新方法

阐述了一种测试功率MOSFET热阻的新方法。该方法选取漏源电流作为温度敏感参数,在相同漏源电压和栅源电压幅度下,当栅源电压条件由直流形式变为脉冲形式时,漏源电流是有差异的,这一差异是由结温的不同造成的。而脉冲栅源电压下环境温度的调整可以用来模拟直流条件下的结温,由此可以测得器件在直流条件下的热阻。该方法具有精度高、实现容易和操作方便等优点,可作为功率MOS器件结温和热阻的有效测试方法。     

一种测试功率MOSFET热阻的新方法

阐述了一种测试功率MOSFET热阻的新方法。该方法选取漏源电流作为温度敏感参数,在相同漏源电压和栅源电压幅度下,当栅源电压条件由直流形式变为脉冲形式时,漏源电流是有差异的,这一差异是由结温的不同造成的。而脉冲栅源电压下环境温度的调整可以用来模拟直流条件下的结温,由此可以测得器件在直流条件下的热阻。该方法具有精度高、实现容易和操作方便等优点,可作为功率MOS器件结温和热阻的有效测试方法。