专利名称：半导体接面温度检测装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体接面温度的检测装置与方法，且特别是 涉及一种以不同温度条件及测试电流，半自动化测量半导体元件， 以得到较精确的接面温度的检测装置与方法。
背景技术：
电子产业的蓬勃发展带动电子元件的研发趋向于更高功能、密度更高的时代。其所产生的散热问题也愈来愈复杂，而电子元件内 部的热能无法导出的结果，就是产品性能出现问题，因而电子封装 的散热设计也格外重要。电子元件散热技术中最常用也最重要的参考是热阻值(thermal resistance),以半导体元件封装而言，最重要 的参凄史是由芯片4妄面到固定4立置的热阻，其定义如下Rth= (Tj-Tx) /P其中Tj为二极管接面温度，Tx为某固定位置的温度(其可以 为Tc封装温度、TL接脚温度或Ta环境温度)，P为输入的发热功 率(P=IT*VFT,即工作电流和工作顺向偏压的乘积)。热阻大表示 热不容易传递，因此元件工作时的温度就会比较高，由热阻可以判 断及预测元件的发热状况。电子元件相关产品设计时，为了预测电 子元件的温度，需要使用热阻值的参考数据，因而设计者除了要提 供良好散热设计产品，更需获得可靠的热阻数据供"i殳计参考之用， 而热阻值是由4妻面温度Tj及K系数(K factor )推导而来。
量测时首先需取4寻K系凄史(K factor )，该^L即二才及管工作的顺 向偏压值对温度的变化值。将受测物置于烤箱中加热到固定温度， 等到封装内部及环境温度到达稳定，供应一微小电流Im到该受测 元件，量测温度值，记录二4及管顺向偏压值。记录不同的温度点Tl、 T2及其对应的第一偏压值VF1、第二偏压^直VF2， 4故出一温度才交 正线，找出其斜率，此即称为K系数(K factor )。K系^t的量测法如下AVF = VF2-VF1△T = T2 - TlK = AVF/AT半导体材料具有一个基本特性，就是随着温度上升，顺向偏压 会下降。而目前业界常用的热阻量测标准是JEDEC-51和 MIL-STD-883， 二者都是以K系数(K factor )去推算接面温度Tj。接面温度Tj的量测法如下Tj = Ta+ (VF2-VFl ) /K但是这样的量测方式是建立在顺向偏压对温度曲线变化(即K 系数)是线性的基础上。请参阅美国发明专利证书号第US7 052 180B2号，该案揭露了一种LED的接面温度检测器(LED Junction Temperature Tester )，利用二极管的顺向偏压对温度的线性关系去推 导接面温度Tj (即假设K factor为线性)，其是同一批材料中的二 个元件，在不同温度下取得两元件的工作偏压VF1、 VF2对温度 Tl、 T2的关系以才交正得知该元件的4^面温度。前述的测量方法是 假设K系数(K factor)在温度范围内皆为线性。但是很多材料的
顺向偏压对温度曲线变化并不是完全线性的，如此一来，利用K系 数(K factor )来推导接面温度Tj时，就会有计算上的误差。另夕卜， 传统的量测方法需要人力去注意、计算。常常单一材料的量测就需 要一天的时间，因为不同测量电流间的切换，及温度控制等设定， 人力成本较高，且量测上较易有人为误差，且其所需时间较长。发明内容鉴于上述的已知背景中，为了符合使用上的需求，本发明提供 一种半导体4妄面温度的4企测装置与方法，用以解决传统的接面温度 才企测常有的问题，且其所需时间4交少，并可减少人为i吴差。本发明的目的之一是提供一种半导体接面温度检测装置与方 法，其可在不同温度下量测受测单元的顺向工作偏压只于温度的变 化，并由此得到较精确的接面温度值。本发明的另一个目的是提供一种半导体接面温度检测装置与 方法，其可利用计算机控制方式，半自动化的检测半导体接面温度， 4吏测量时间缩^豆，并可减少人为i吴差。本发明是提供一种半导体接面温度检测装置与方法，该装置包 4舌一受测元件、 一温控烤箱、 一测试单元、 一处理单元；该处理单 元是连接至该温控烤箱及该测试单元，且该处理单元具有一控制软 件，可设定温度检测条件并控制该温控烤箱的温度，及控制该测试 单元输出测试电流，并能读取其检测数据(例如顺向偏压、温度 值)；该温控烤箱可容置该受测元件，并在该处理单元控制下改变 温度；该测试单元是连4妄至该温控烤箱，可$#出测_汰电流至该受测 元件并测量其顺向偏压；本发明可在该处理单元i殳定的温度下，半 自动化测量并记录该受测元件的顺向偏压对温度的变化关系，以该 受测元件的顺向偏压对温度曲线变化量做参考，再以内差法推导，
」彈到4交精确的4妾面温度，且以半自动化量测，减少人为误差，且所 需时间4支少。
附图i兑明
图1，是本发明优选实施例的方块图。
图2,是本发明优选实施例的工作顺向偏压测量方块图。
图3,是本发明优选实施例的流程图。
图4,是本发明优选实施例的顺向偏压对温度的变化图。
图5,是本发明优选实施例的工作顺向偏压对接面温度的示意图。
^M^实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下
请参阅图1,是本发明优选实施例的半导体接面温度检测装置 方块图，如图所示本发明是用以;险测一半导体元件，可定义为一 受测元件40 (未示于图1中)。本发明的优选实施例，包括有一温 控烤箱30,可容置该受测元件40，并依设定改变温度，该温控烤 箱30可以为一可与计算才几联才几的温控烤箱30,并可回传温度4直； 一测试单元20,该测试单元20是包4舌一电源供应器及一电压计(未 示于图中)，其可输出 一测试电流至该受测元件40并测量其偏压值， 该测试单元20具有计算机联机功能，可由计算机控制并和计算机 进行数据的交换，且其具有一测试线21,可连接至该受测元件40， 用以输出电流及测量电压； 一处理单元IO,其具有一控制寿欠件，可 耳关才几控制该温控烤箱30及该测试单元20;该控制寿欠件可4矣受输入
参凄t并制作图表，该输入参凄t包括测试电流、测量温度点及温度 平衡时间；该处理单元10具有多条传输线11,是连接至该温控烤 箱30及该测试单元20，并可依该输入参数控制该温控烤箱30改变 温度及该测i式单元20以车lr出测-逸电流并读取电压4直。该处5里单元 10还可4妄受该温控烤箱30及该测试单元20回传的温度及电压凄史 据，并利用该控制软件以产生图表或储存。请参阅图2,其是将欲 测量接面温度的受测元件40连接于该测试单元20，该测试单元20 可输出一工作电流至该受测元件40;待工作温度稳定后，该测试单 元20可4亭止i玄工4乍电;危，并llr出 一测-汰电;充通过i亥受测it/f牛40并 量测该受测元件40以得到一工作顺向偏压Y直。 一见实际情况，可于 该测试单元加设一感温元件，用以连接该受测元件40并测量温度。
本发明的另一优选实施例还包括一密封箱(未示于图中)，该 密封箱具有多支感温器(一见实际应用情况，可以为热电偶Thermal Coupler)及一温度记录器；该受测元件40是可容置于该密封箱， 该测试单元20可连4妾至该密封箱内的受测元件40，并纟是供一工作 电流或测试电流以及测量该受测元件40的工作顺向偏压^直；该温 度记录器是连接于该多支感温器及该处理单元IO之间，可利用感 温器连4妄至该受测元件40以量测温度并回传至该处理单元10。
请参阅图3，其示出本优选实施例的一种半导体接面温度检测 方法流程图。此目的在于测量并i己录一受测元件40在一固定的测 量电流通过时，其顺向偏量对温度曲线变化，用来4故为该受测元件 40接面温度推算的参考数据。首先，如步骤51所示，先输入测试 参数，包括设定测量电流值Im(可视实际情况需求，设定为多组以 上测量电流Im,、 Im2...ImN,且另加设一测量间隔时间Td )，温度点 (例如温度范围0。C 200。C ) TV T2、 T3、 T4...TN,且可i殳定材泮牛 的极性，及一温度平衡时间。设定完成后，如步骤52，将受测元件 40加热至温度点并依前述设定持续该温度平衡时间内，保持 在该温度点(该温度平4軒时间不少于10分钟)。待温度稳定于
时之后，如步艰《53，依前述i殳定的测量电济ui殳定，输出一测量电;危
Im至该受测元件40,并测量该顺向偏压Vn。然后，如步骤54所 示H貪参阅图4)，依i殳定继续测量，重复前二个步骤52、 53，以
依序取得Vf2、 VF3、 Vf4…Vfn的測量数据(视实际情况需求，如该
测量电流Im为多组以上，则每等待一测量间隔时间Td,即依序输 出不同的测量电流Imi、 Im2…In^并分别读取其顺向偏压)。数据取 得后，如步骤55，储存并制作图表。下一步骤56，是运用该测试 单元20,连4妄该受测元件40并依i殳定输出一工作电流，并测量其 工作顺向偏压Vf.。下一步骤57所示(请参阅图5),是利用前述步 骤取得的工作顺向偏压VF,对应至步骤55所产生的图表，找出该 工作顺向偏压VF所对应的位置，并以内差法取4寻该受测元4牛40 实际工作时的4妾面温度Tj 。
内差法的计算方法如下
Vf是落在Vfx与VFx+,之间，对应至图表中，Tj落在Tx与Tx+1 之间，并以该区间的温度系凄t K由以下7>式4,算4矣面温度。
公式
Tj = Tx+ (VF-VFX) *K
K= (Tx+1-Tx) / (VFX+1-VFX)
最后，依前述的步骤计算出该受测元件的接面温度，结束测试 工作。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并非用来限定本发明的实 施范围，即凡根据本发明申请专利范围的内容所为的等效变化与修 饰，皆应为本发明的技术范畴。
权利要求
1.一种半导体接面温度检测装置，其特征在于，包括受测元件(40)；温控烤箱(30)，可容置所述受测元件(40)，并依设定对所述受测元件(40)加温；测试单元(20)，具有计算机联机功能，可由计算机控制并和计算机进行数据的交换，并可输出测试电流或工作电流至所述受测元件(40)并测量偏压；处理单元(10)，其具有控制软件，可接受输入参数、联机及控制所述温控烤箱(30)改变温度及所述测试单元(20)输出测量电流并读取电压值。
2. 4艮据权利要求1所述的半导体接面温度4企测装置，其特征在 于，所述温控烤箱(30)可以为可与计算才几联才几的所述温控烤 箱(30),并可回传温度l直。
3. 根据权利要求1所述的半导体接面温度检测装置，其特征在 于，所述测试单元包4舌电源供应器及电压计。
4. 根据权利要求1所述的半导体接面温度检测装置，其特征在 于，所述测试单元是包括感温元件，用以连接所述受测元件(40)并测量温度。
5. 根据权利要求1所述的半导体接面温度检测装置，其特征在 于，所述控制软件可依所述温控烤箱(30 )及所述测试单元(20 ) 回传的数据产生图表。
6. 根据权利要求1所述的半导体接面温度检测装置，其特征在于，包括密封箱，所述密封箱具有多支感温器及温度记录器； 所述受测元件(40 )是可容置于所述密封箱，所述测试单元(20 ) 可连接至所述密封箱内的所述受测元件(40),并提供工作电 流或测试电流以及测量所述受测元fH 40 )的工作顺向偏压值； 所述温度记录器是连接于所述多支感温器及所述处理单元 (10 )之间，可利用感温器连4妄至所述受测元件(40 )以量测 温度并回传至所述处理单元(10)。
7. —种根据权利要求1所述的半导体接面温度检测装置的半导 体接面温度检测方法，其特征在于，包括下列步骤(a) 设定多个温度点及测量电流值；(b) 运用温4空烤箱(30)力口热受测it/f牛(40);(c) 4寺所述受测元^f牛(40)加热达i殳定温度点并^f呆持温 度平4lf时间，运用测试单元(20 )提供测试电流通过所述受测 元件(40)并量测所述受测元件(40)的顺向偏压4直；(d) 重复前二步骤，以取得在不同测试电流通过所述受 测元件(40)时，温度对顺向偏压变化的测量值；(e) 制作所述受测元件(40)在不同测-试电流下，其温 度对所述顺向偏压变化的曲线图表；(f) 取得所述受测元件(40)的工作顺向偏压；(g) 对照所述曲线图表，以所述工作顺向偏压值并利用 内差法求将4妻面温度。
8. 根据权利要求7所述的半导体接面温度检测方法，其特征在 于，测试温度范围为0°C~200°C。
9. 根据权利要求7所述的半导体接面温度才金测方法，其特征在于，取得所述受测元件(40)的工作顺向偏压的步骤包括(a) 所述受测元件(40)连接至所迷测试羊元(20)，通 过工作电 流;(b) 停止所述工作电流，运用所述测试单元(20)提供 测试电流通过所述受测元件(40)并量测所述受测元件(40) 以得到工作顺向偏压值。
10. 根据权利要求7所述的半导体接面温度检测方法，其特征在 于，所述接面温度值Tj是以内差法取得，其公式如下Tj = Tx+ (VF-VFX) *KK = ( Tx+1 - Tx ) / ( VFX+1 - VFX )
11. 根据权利要求7所述的半导体接面温度检测方法，其特征在 于，所述温度平4軒时间不少于10分4中。
全文摘要
一种半导体接面温度检测装置与方法，用于检测半导体的接面温度，该装置包括温控烤箱，可容置该受测半导体元件并依设定改变温度；测试单元，可输出测试电流至该半导体元件并测量其顺向偏压；处理单元，分别连接至该温控烤箱及该测试单元，且具有控制软件，可设定检测条件及控制该温控烤箱温度及该测试单元，并能读取其检测数据以算出接面温度。本发明可在不同温度下，测量并记录该受测半导体的顺向偏压对温度的变化，用以推算较精确半导体接面温度。
文档编号G01R31/26GK101165500SQ20061015284
公开日2008年4月23日 申请日期2006年10月20日 优先权日2006年10月20日
发明者陈颖堂 申请人:冠魁电机股份有限公司