分立器件热阻测试方法

分立器件热阻测试方法

一、瞬态热阻

瞬态热阻是指器件在脉冲工作状态下的热阻。脉冲作用下的瞬态热阻定义为最大结温升与耗散功率脉冲幅值之比。对功率晶体管通常以壳温作为温度参考点,其表达式为：

θjC = ΔTj / PH = ( Tj - TC) / PH (1) 其中Tj为芯片结温；TC为壳温； PH 为施加的脉冲功率。瞬态热阻测量归结为对脉冲功耗PH、壳温TC及结温Tj的测量。显然，双极晶体管的结温Tj无法进行直接测量。为此，电学法利用发射结的正向压降VBE 与结温Tj 在相当宽的范围内(0～200 ℃)呈线性关系，通过对VBE 的测量间接地测量结温Tj。关系式为:

ΔVBE (Tj) = M×ΔTj =VBE (Ta)-VBE(Tj) (2) 式中 M 为温敏系数，是与温度T 基本无关的负常数；VBE ( Ta )，VBE (Tj) 分别为加脉冲功率前、后的温敏参数值。由(1) 和(2) 式得到瞬态热阻与温敏参数ΔVBE关系表达式:

θjC =ΔVBE (Tj)/PH (3) 公式(3) 为电学法测量瞬态热阻的基本原理：在一定条件下，器件从结到外壳的热阻θjC 和ΔVBE 成正比关系。图1 所示为单脉冲测量双极晶体管瞬态热阻时序。图中tH 为加热功率持续时间； tms 为温敏参数的测试时间；td 为加热脉冲切断后测量VBE ( Tj )的延迟时间。

图1 单脉冲测量瞬态热阻时序

二、晶体管热阻的测试电路原理

根据瞬态热阻测试原理，图2所示为国标和军标中关于分立器件热阻的测试电路原理图。每次测试的大致情况是：(1) 首先，开关S1和S2置于2，用于加热前被测器件DUT温敏参数（源漏SD之间）的电压VSD测量; (2) 然后，开关S1和S2置于1，对被测器件施加功率（功率设置为VDS×ID）；(3)最后，断开功率（开关S1 和S2断开1置于2）后，在很短的延迟后，快速对温敏参数VSD进行测量。

图2

（S1和S2分别置于1的位置是加热状态，置于2则用于器件初始值和加热后的测量状态）

测量时序图如图3所示，测试时的测试电流Im、加热电流Ih、加热时间Th（加热功率）及延时时间Td均可设置。在两个测试电流Im状态下分别测量V BE1（V DS1）与V BE2（V DS2）两个参数。

图3 测量时序图

三、参数要求

项目范围调节度精度

加热电流0-20A

加热电压0-200V

功率延时10S

20-100uS

功率断开

后延时

测量电流1-100mA

测量电压0-2V 16位ADC