一种测量双极性器件峰值结温分布的方法
【专利摘要】本发明公开了一种测量双极性器件峰值结温分布的方法，属于双极性器件的【技术领域】。该方法包括采集双极性器件的多阶梯恒流脉冲所对应的温敏参数，获得双极性器件的电流-温敏参数-温度三维曲线簇；选定基准电流，得到基准电流的序列；根据电流-温敏参数-温度三维曲线簇和基准电流的序列，得到电流-有效面积-温敏参数-温度曲线簇；通过多阶梯恒流脉冲多次测试双极性器件，得到零时刻温敏参数；根据零时刻温敏参数和电流-有效面积-温敏参数-温度曲线簇，得到不同有效面积所对应的结温。本发明通过测量器件有源区的相关参数，可以提供更准确可靠的信息，与实际的温度分布和峰值结温符合的较好。
【专利说明】一种测量双极性器件峰值结温分布的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于双极性器件的【技术领域】，特别涉及一种测量双极性器件峰值结温分布的方法。
【背景技术】
[0002]双极型器件包括p-n结二极管，BJT，SCR, IGBT等，它指的是有两种载流子(电子和空穴)同时参与导电的器件。双极性器件的结温高低以及均匀与否对其热学和电学性能、可靠性有至关重要的影响，而结温是半导体器件最重要最基本的物理参量之一。双极性器件发热均匀性和温度分布的均匀性，以及其对于器件的参数的稳定性、品质的可靠性以及器件、整片集成电路乃至整机和系统的寿命都有不可忽视甚至决定性的影响，其对于航空、军事等很多领域的重要性也是不可动摇的。双极性器件的温度均匀与否是影响其热学性能、电学性能、可靠性乃至寿命的重要因素。
[0003]研究双极性器件发射结温度均匀与否的最好方法是摄取红外热像图。它是通过红外热像仪接收目标各部位辐射的红外能量，并将其转化为温度值，用不同的颜色标示不同的温度，最终以红外热像图方式在液晶屏上显示。该测试方法需要对器件内部管芯进行拍照，因此需要专门对器件进行加工后方可测试，例如对于塑封(塑料封装)器件需要使用化学方法(例如酸腐蚀)对其进行开帽操作，使得器件内部的管芯裸露出来，对于金属封装的器件需要将器件正面的金属盖板通过物理方法取掉，方可使器件内部的芯片裸露出来。即对器件进行了破坏，属于破坏性检测手段。甚至有时加工后的器件无法对其进行测试。
[0004]尽管红外热像图能直观的给出整个芯片各处的温度信息，以及整个区域的峰值温度，但是它没有突出显示整个有源区特别是发射区的温度分布状况。对于芯片或者器件而言，有源区才是表征体现芯片或器件热学性能可靠性最理想的区域。当前人们使用红外热像法获得器件的热像图来进行可靠性分析和判断，也仅仅是停留在感官上整个芯片的温度信息和温度分布状况，而没能专门针对于器件有源区，做出相应的定性和定量分析，给出有源区的温度分布，平均温度，以及平均温度与峰值结温的差值等等，此差值将关系到芯片使用的可靠性问题。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种测量双极性器件峰值结温分布的方法，解决了现有技术中破坏性检测和有源区温度分布显示不准确的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种测量双极性器件峰值结温分布的方法，包括如下步骤:
[0007]在恒温装置内，采集双极性器件的多阶梯恒流脉冲所对应的温敏参数，获得所述双极性器件的电流-温敏参数-温度三维曲线簇；
[0008]设定所述双极性器件的有效面积，根据MQH算法，选定基准电流，得到所述基准电流的序列；[0009]根据所述电流-温敏参数-温度三维曲线簇和所述基准电流的序列，得到电流-有效面积-温敏参数-温度曲线簇；
[0010]通过所述多阶梯恒流脉冲多次测试所述双极性器件，得到同一电流在不同时间的温敏参数，然后将所述同一电流在不同时间的温敏参数进行多项式拟合，得到零时刻温敏参数；
[0011 ] 根据所述零时刻温敏参数和所述电流-有效面积-温敏参数-温度曲线簇，得到所述有效面积所对应的结温。
[0012]进一步地，所述电流-有效面积-温敏参数-温度曲线簇通过以所述基准电流的序列为参量，以所述温敏参数为自变量，以所述温度为应变量进行多项式拟合即得。
[0013]进一步地，所述得到同一电流在不同时间的温敏参数的方法具体包括如下步骤:
[0014]对所述双极型器件的射基结施加正向偏压，对所述双极型器件的集基结施加反向偏压，使所述双极型器件处于放大模式状态，然后通过在集电极与发射极之间施加一加热电流；
[0015]经加热后，关断所述加热电流，在所述集电极与所述发射极之间施加一测量电流，延迟10-30微秒测量所述集电极与所述发射极之间的温敏参数，通过多阶梯恒流重复脉冲测试所述双极型器件，得到同一电流在不同时间的温敏参数。
[0016]本发明提供的一种测量双极性器件峰值结温分布的方法，通过测量器件有源区的相关参数，结合相对应的数理模型计算出器件的温度分布，给出相应的温度和对应的有效面积，针对器件有源区进行定量分析，因此在对器件进行可靠性分析判断方面，热谱分析方法优于红外热像法，可以提供更准确可靠的信息，与实际的温度分布和峰值结温符合的较好。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为现有技术提供的不同电流I下的V-T曲线簇示意图；
[0018]图2为现有技术提供的不同温度T下的V-1曲线簇示意图；
[0019]图3为现有技术提供的双极性器件结温电学方法测试电路原理图；
[0020]图4为本发明实施例提供的多阶梯恒流重复脉冲测试波形图；
[0021]图5为本发明实施例提供的在不同基准电流下T-Ae函数关系示意图；
[0022]图6为本发明实施例提供的电流序列在不同有效面积下的温度差值。
【具体实施方式】
[0023]名词解释:
[0024]多项式拟合:简单的说，就是选取一合适的函数，该函数能够同已知点较好的拟合；
[0025]温敏参数:对温度敏感的参数。即温度值与该参数值能有一一对应关系，一般选用pn结的正向压降。
[0026]有效面积Ae:当晶体管结温分布不均匀时，绝大多数(我们选定为99%)电流流过的区域所占总有源区的比例。
[0027]MQH算法:已知流过结温分布均匀为T的半导体势垒的电流是I，流域面积为Atl，如果在某时刻该势垒温度分布不再均匀，若要维持流过温度为T有效面积为Ae (Ae ( A0)的势垒的电流仍为I，那么该流域面积内的电流密度增加为
【权利要求】
1.一种测量双极性器件峰值结温分布的方法，其特征在于，包括如下步骤: 在恒温装置内，采集双极性器件的多阶梯恒流脉冲所对应的温敏参数，获得所述双极性器件的电流-温敏参数-温度三维曲线簇； 设定所述双极性器件的有效面积，根据MQH算法，选定基准电流，得到所述基准电流的序列； 根据所述电流-温敏参数-温度三维曲线簇和所述基准电流的序列，得到电流-有效面积-温敏参数-温度曲线簇； 通过所述多阶梯恒流脉冲多次测试所述双极性器件，得到同一电流在不同时间的温敏参数，然后将所述同一电流在不同时间的温敏参数进行多项式拟合，得到零时刻温敏参数； 根据所述零时刻温敏参数和所述电流-有效面积-温敏参数-温度曲线簇，得到所述有效面积所对应的结温。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电流-有效面积-温敏参数-温度曲线簇通过以所述基准电流的序列为参量，以所述温敏参数为自变量，以所述温度为应变量进行多项式拟合即得。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到同一电流在不同时间的温敏参数的方法具体包括如下步骤: 对所述双极型器件的射基结施加正向偏压，对所述双极型器件的集基结施加反向偏压，使所述双极型器件处于放大模式状态，然后通过在集电极与发射极之间施加一加热电流； 经加热后，关断所述加热电流，在所述集电极与所述发射极之间施加一测量电流，延迟10-30微秒测量所述集电极与所述发射极之间的温敏参数，通过多阶梯恒流重复脉冲测试所述双极型器件，得到同一电流在不同时间的温敏参数。
【文档编号】G01K7/00GK103868612SQ201210525358
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月7日 优先权日:2012年12月7日
【发明者】朱阳军, 董少华, 王任卿, 陆江 申请人:中国科学院微电子研究所