热阻标准比较

GJB548B侧重于测定微电子器件的热性能，包括微电子器件的结温、热阻、壳温、安装表面温度以及热响应时间。规定了试验所需的设备：热电偶、能使规定参考点恒温的可控温箱或散热器、提供可控电源和进行规定测量所需的电学设备、红外微辐射仪、用于安装被试微电子器件的典型散热器、热探针组件。参考点温度采用热电偶直接测量。测量热阻时，应选择芯片上功耗密度最大的结进行测量。热阻的测量有两种方法：1、直接测量结温以确定)(RJthR。采用红外辐射仪可以直接测量半导体芯片内部热限制器件的结温，且应去掉封闭壳体的帽或顶盖，以暴露出有源芯片或器件；2、间接测量结温以确定)(RJthR。用芯片上特定半导体元件给出器件的结温可间接测量集成电路的热阻。并给出了测量)(平均jT的开关方法。MIL-STD-883E中关于微电子器件热性能的测定与GJB548B大致相同。MIL-STD-750E分别规定了以下微电子器件的测试电路。1、老化和寿命试验中结温的测量。有两种测试方法可用：一是选取低的测试电流不会引起明显的自热现象（类似于热阻的测量）；二是采用一系列电流脉冲确定温敏参数。这两种测试方法适用于二极管和双极型三极管。该标准给出了测试中所需的设备以及两种测试方法的测试流程。最后给出了第三种测试方法，该方法仅适用于壳安装好的功率器件，并且器件在老化或寿命试验中的工作功率和电流范围仍低于器件的额定功率。2、二极管的热阻测试。主要是测定二极管的热性能。有两种测试途径：稳态热阻测试和瞬态热阻测试。位于半导体芯片和封装之间的固晶层中的空洞面积对稳态热阻和瞬态热阻的影响很大，瞬态热阻相比于稳态热阻对空洞面积更敏感。瞬态热阻测试中的建议：瞬态热阻测试方法中的潜在问题基于，在充足的解决方案下试图用足够精确的测试手段来区分合格和不合格的二极管。由于被测二极管电流的增加，瞬态下的热阻抗值将变得非常小，这将增加剔除合格二极管保留不良二极管的可能性。所以在这种情况下应采用较大的HI值。3、绝缘栅双极晶体管的热阻测试。测量绝缘栅双极晶体管在特定电压、电流和持续脉冲下的热阻。该方法用来测试一个加热脉冲的结的热响应时间。特别地，该试验可测试直流热阻，这要求持续脉冲和加热功率大小的恰当选择。4、GaAs的热阻测试。测量MOSFET在特定电压、电流和脉冲宽度下的热阻。以栅源二极管的压降为温敏参数。该方法主要针对封装好的器件。5、桥式整流器的热阻测试。6、热阻（集电极关断电流法）。本试验测量特定条件下器件的热阻。该方法主要用于测量具有较大热响应时间的锗器件。7、晶体管的稳态和瞬态热阻测试。本试验测量晶体管的热性能。测试方法类似于老化和寿命试验中结温的测量。8、热阻（直流前置电压降,发射极,连续法）。本试验测量特定条件下器件的热阻。9、热阻（前置电压降，集电极结,二极管法）。本试验测量特定条件下器件的热阻。该方法主要用于测量具有较大热响应时间的锗器件。10、热响应时间。测量结温变化达到最终值90%所需要的时间，结温变化是在器件参考点温度保持不变的情况下，由于功耗的阶跃变化造成的。11、热时间常数。测量结温变化达到最终值63.2%所需要的时间。12、热阻，通用。测量稳态条件下，指定结的单位功耗的温升或环境温度。测试热阻的设备应满足器件使用手册的最低要求。13、垂直功率MOSFET的热阻测试（漏源电压法）。测量MOSFET在特定电压、电流和持续脉冲下的热阻。以对温度敏感的源漏二极管电压作为温敏参数。该方法主要针对具有较长热响应时间的增强型功率MOSFET。14、半导体闸流管热阻测试。测试特定条件下半导体闸流管的热阻。BSIEC60747-1定义了一般元器件的热衰减因子、等效热网络、瞬态热阻，并规定了测试方法中的热条件。通常情况下，热条件的控制程度只有当被测性能明显依赖于温度时才需要。如果从激励源工作到测试的时间加倍后，在充许误差内没有引起结果的明显变化，需考虑到热平衡。对于环境温度额定的器件，当环境温度低于半导体器件时，如果器件各层周围的环境温度大体一致，可采用自然冷却条件。应在器件的壳以下大约5倍于壳的直径处测量环境温度，且不小于10mm。测量应在一个尺寸适当的无反射壁的腔体内进行。在器件可能被放置的任何一个地方，腔体应能维持所规定的温度，且误差在内。如果不会使器件降温，且在正常对流下较大腔体内可获得相同的结果，腔体内空气轻微的搅动是允许的。注意：该测量方法的可重复性很大程度上决定于腔体的造型。对于壳温额定的器件，测量应在壳——环境热阻相比结——壳热阻尽可能小的条件下进行。注意：这一条件可通过将器件放置在可自动调温的大块金属或油槽里获得。对于强制冷却的器件，测量应严格按照数据手册规定的条件进行。IEC60747-8规定了分离元器件——场效应晶体管稳态和瞬态结壳热阻的测试电路。如果使用的绝缘材料具有变化的温度系数，如铍二极管，则该测量手段不可用。有两种测量途径：一是冷却法。反向二极管的前置电压作为温敏参数在固定的参考电流下测量。必须注意的是当测量反向二极管的前置电压时，源漏通道不导通。二是加热法。测试电路和要求与冷却法相同，测试程序不同。BSIEC60747-9规定了分离元器件——IGBT的结到壳热阻和瞬态结到壳热阻的测试电路。JESD51-1集成电路热测试方法－电测试方法（单一半导体器件）。本标准规定了一种单芯片半导体器件的热特性参数电学测试方法，测试方法利用了电流一定、二极管正向电压随结温成线性变化的关系，适用于热测试芯片和功能集成电路器件。测试方法局限于单芯片封装（测试芯片或者功能芯片）。任何半导体器件的热特性在不同的温度和功率耗散下，都不是一个常量，因此，通常要求热测试在接近真实的应用环境下进行。JESD51-2定义了自然散热环境下，结－空气热阻的测试方法，规定待测SMT封装器件需要组装在标准测试板上，测试时需将测试板水平放置在静止空气箱中防止外来气氛的干扰。JESD51-3标准用于测试低热导率PCB板条件下的器件结－空气热阻特性，可用于芯片间封装热性能的比较，该标准只适用于引脚间距大于0.35mm的有引脚表面组装器件，不适用于通孔插装、BGA或插座类器件。JESD51-4标准定义了引线键合类型的半导体芯片的热阻测试要求，从而使该类非标准测试芯片之间的测试结果差异达到最小。JESD51-5标准规定了对直接粘结到PCB上的封装类型芯片的测试PCB的要求。JESD51-6标准定义了结－顶热特性参数和结－板热特性参数，规定了强制风冷热测试环境的要求及其测试方法。JESD51-7标准用于测试高热导率PCB板条件下的器件结－空气热阻特性，不适用于通孔插装、BGA或插座类器件。JESD51-8标准介绍了含两层铜测试板的结板热阻的测试方法，该标准不适用于具有非对称热流路径的封装器件和在封装一侧安装散热器的封装器件。JESD51-9标准规定了BGA、LGA两种芯片封装热测试PCB板的要求，不适用于包含插座或PGA的BGA器件。JESD51-10标准规定了DIP和SIP封装器件热测试PCB板的要求。JESD51-11标准规定了PGA芯片封装器件热测试PCB板的要求。JESD51-12标准总体介绍了JESD51系列标准定义的电子器件热特性值的使用方法。以前的jc定义的参考点表面为器件表面的主要散热通道，可能是器件的外壳顶部表面，也可能是外壳的底部表面。该标准进一步明确了外壳顶部表面的结壳热阻定义为jcTop，同时详细说明了结顶热特性参数JT和结板热特性参数JB的含义。JESD51-13标准主要对半导体器件热测试中的常用术语进行了详细定义。JESD51-14标准定义了一种新的热阻测试方法，即具有单一热传导路径的半导体器件结壳热阻的瞬态热测试界面法，该标准是在JESD15委员会对半导体封装器件的热学表征技术进行了深入而广泛地研究讨论之后通过的，针对功率型半导体器件的结壳热阻的热瞬态测试方法与传统的稳态测量方法相比，这种新的测试方法具有更高的测试精度和重复性。JESD51-31标准针对多芯片组件的特点，对上述JESD51系列标准规定的单芯片条件下的热测试环境进行了适当修正，该标准将多芯片封装器件分成两大类，一类是热源芯片相对于封装中心位置在X-Y方向对称的封装器件；另一类是有源芯片或热源非对称分布的封装器件。关于多芯片组件热测试向导的编制工作JESD15委员会正在准备阶段。