半导体结点(从IC中数以百万计的晶体管到实现高亮度LED的大面积复合结点)可能由于不断产生的热而在早期发生故障。当特征尺寸缩小且电流要求提高时,这将成为一个非常严重的问题,甚至正常操作也可能聚积热量,使结点温度升高。温度上升可能增加结点内的缺陷数量,从而导致器件的性能下降、生命周期缩短。
图2:四线测量方法能减少引脚电阻导致的误差。
结点温度测试方法
在这个测试方法中,待测器件(DUT)[device under test]被放置在温度试验箱内并与驱动设备和测量设备相连。驱动设备可能是可编程电流源和伏特计,但其它仪器可以同时提供电流和测量电压,这些仪器通常被称为源测量单元(SMU),它们可大大简化测量仪器(图1)。
接下来,采用四线测量方法或者Kelvin测量方法将SMU与器件相连接。通过感应DUT周围而不是SMU输入端的电压,四线电压测量能降低电压测量中由引线电阻导致的误差。图2是四线测量的详细连接图。将DUT放置在环境试验箱内,并将该试验箱设定到初始温度。初始点通常在25°C下测量,然后让DUT达到热平衡。可通过实验来确定达到热平衡所需的停靠时间(dwell time),但对于大多数封装来说,10分钟应该足够。
一旦结点达到热平衡,就提供DUT一个持续时间短的电流,并测量压降。电流脉冲的持续时间和振幅非常重要,功率较大(电流过大或者脉冲过长)可能会使结点发热,从而使结果产生偏差。
许多情况下,待测结点的为硅或者复合二极管。对于这些类型的器件,以几毫安的驱动电流和1ms的源电流为试验起点比较好。如果还不太确定,则利用具有极短脉冲(小于1ms)的源,用试验的方法确定结点的自发热。然后改变脉冲宽度并比较每个脉冲持续时间的电压进行试验。1mV至2mV的电压差通常表示结点温度有1°C的变化,这个测量电压是TJ1 (25°C )温度下的VF1。然后温度升高到一个更高的值(例如50°C),让DUT达到热平衡,并再次给予电流脉冲。这个温度下的电压被标为TJ2温度(此例中为50°C )下的VF2。
采用多个不同的值重复这些步骤,然后绘制电压与结点温度的关系图(图3)。
图3:结点温度与正向压降的线性关系。
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