一种vdmos器件结温的测试方法
【专利摘要】本发明涉及一种VDMOS器件结温测的试方法，包括VDMOS器件1、温箱2、图示仪3、器件夹具4。所述方法在不同温度下对器件进行通态电阻的测量，得到温度-通态电阻的关系曲线；然后，使器件处于工作状态，测量其输出特性曲线，并由输出特性曲线计算通态电阻；最后，根据之前的温度-通态电阻关系曲线，得到该通态电阻对应的结温。本发明采用无开关装置结温测量法，消除了因开关切换延迟引起的结温测量误差。利用图示仪给被测器件加窄脉冲大电流，可避免器件自升温对结温的影响，并且对器件没有损伤，在保证器件安全的同时，提高了结温测量精度。
【专利说明】—种VDMOS器件结温的测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子器件测试领域，主要应用于器件的结温测量与分析，具体涉及一种 VDMOS (vertical double-diffusion metal-oxide-semiconductor,纵向双扩散金属氧化物半导体)器件结温的测试方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体器件向尺寸小、集成度高等方向的发展，尤其是工作功率的不断增大导致器件工作时产生的热量不断增多，使结温升高，从而导致器件可靠性下降，寿命缩短。为了准确评价其可靠性，对器件结温的测试尤为重要。
[0003]目前，VDMOS器件结温测试多采用电学法，相关标准主要有国军标128A-97 3103，美军标MIL-STD-750E 3101.4等，测试设备均带有开关装置。测试中，首先对器件进行校温，得到温敏参数曲线；然后，先给器件加一工作电流使器件升温，再通过开关断开工作电流，接通测试电流，采集器件结电压，对应得到器件结温。由于在工作电流和测试电流切换过程中会产生时间延迟，可能造成器件温度有较大的变化导致结温测量不准确。实验表明，Ius的时间延迟可能导致温度变化超过200°C。而且现行的设备延迟的时间一般可达到I?5us。这种工作电流和测试电流切换过程中产生的时间延迟，对器件结温测试精度有很大影响。
【发明内容】
[0004]针对VDMOS器件结温测量中存在的上述问题，本发明提出一种简便的测试方法，利用温箱、电源和图示仪等通用设备实现器件结温的测量。该方法不需要开关切换，直接在工作状态下测量结温，消除了由于开关切换延迟引起的结温测量误差。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
[0006]在不同温度下，对器件进行通态电阻的测量，得到温度-通态电阻的关系曲线。采用大电流短时间的测试方法，所加电流为脉冲电流，防止器件自升温。然后，使器件处于工作状态，对其进行输出特性曲线的测量，根据电流电压算出通态电阻，再根据之前的温度-通态电阻关系曲线，得到该通态电阻下对应器件的结温。
[0007]一种VDMOS器件结温的测试方法，包括VDMOS器件1、温箱2、图示仪(内装电源)3、器件夹具4。温箱2用于对器件加温；图示仪3用于给器件加电流、电压，测量器件通态电阻，显示温度-通态电阻的关系曲线，输出特性曲线等。
[0008]本发明的特征在于，该方法还包括以下步骤:
[0009]步骤一，将器件I通过导线与图示仪3的器件夹具4相连，并将器件I放入温箱2内，利用温箱2给器件I加热。
[0010]步骤二，设置温箱2的初始温度，使器件I的温度稳定在温箱2设定的温度，并保持一段时间，然后给器件I加一栅极电压，并在漏源极间加一脉冲电流，利用图示仪3测试器件I在此温度下的通态电阻。按一定的步长逐步改变温箱2的温度，测出不同温度下器件I的通态电阻。
[0011 ] 步骤三，将测量数据绘制成温度-通态电阻曲线。
[0012]步骤四，确定器件I处于工作状态时的通态电阻；
[0013]步骤五，根据器件I的温度-通态电阻曲线及工作状态时的通态电阻，确定器件I处于该工作状态时对应的结温。
[0014]为了消除步骤一所述导线的电阻引起的测量误差，在步骤一之前需要测量误差通态电阻。测量方法如下:
[0015](I)将器件I直接与器件夹具4相连，并对器件I加与步骤二相同的栅极电压和脉冲电流，利用图示仪3测试器件I的第一参考通态电阻；
[0016](2)将器件I通过步骤一所述导线与器件夹具4连接，并对器件I加与步骤二相同的栅极电压和脉冲电流，利用图示仪3测试器件I的第二参考通态电阻；
[0017](3)将第一参考通态电阻和第二参考通态电阻相减，得到器件I通过导线连接时产生的误差通态电阻。
[0018]步骤二所述的脉冲电流为窄脉冲大电流。
[0019]步骤三所述的通态电阻等于步骤二所测得的通态电阻减去所述误差通态电阻。
[0020]步骤四所述的通态电阻的确定方法是:首先，使器件I处于工作状态，栅压等于步骤二所加栅压，利用图示仪3测量器件I的输出特性曲线，然后由输出特性曲线求漏源电流等于步骤二所加脉冲电流峰值时的通态电阻。
[0021]本发明的有益效果是:本发明所述方法设备简单、操作方便，仅需温箱、电源、图示仪等通用设备即可实现结温测量。本发明采用无开关装置结温测量法，消除了因开关切换延迟引起的结温测量误差。利用图示仪给被测器件加窄脉冲大电流，可避免器件自升温对结温的影响，并且对器件没有损伤，在保证器件安全的同时，提高了结温测量精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明所涉及测试装置的示意图，图中:1-VDM0S器件，2-温箱，3-图示仪，
4-器件夹具；
[0023]图2为本发明所涉及方法的流程图；
[0024]图3为温度-通态电阻关系曲线；
[0025]图4为VDMOS器件输出特性曲线。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行更详细的说明。
[0027]本发明所涉及的测试装置如图1所示。包括VDMOS器件1、温箱2、图示仪3和器件夹具4。被测VDMOS器件I为MOS管，封装形式为T0-247型，其最大工作电压为200V，最大工作电流为50A。图示仪3采用安捷伦371A大功率曲线追踪仪器。温箱2采用Despatch900seriesο
[0028]本发明所涉及方法的流程图如图2所示，包括以下步骤:
[0029]步骤一，将器件I通过导线与图示仪3的器件夹具4相连，并将器件I放入温箱内，利用温箱2给器件I加热；加热温度从30°C开始，每次提高10°C，即测试温度为30°C、40。。、…、150°C。
[0030]步骤二，当器件I的温度稳定在温箱2设定的温度的时间达到预先设定的时间时，给器件I加上脉冲宽度为250US的漏源电流IDS=2A，栅压设置为12V，利用图示仪3测试器件I的通态电阻。
[0031]采用脉冲时间为250us的2A电流的原因是大电流短时间可避免器件的自升温。
[0032]由于导线内也存在电阻，连接导线测得的通态电阻可能存在误差。本实验中需利用导线连接器件并将器件放入温箱中，因此在进行步骤一之前还要进行以下步骤:
[0033](I)将器件I直接与器件夹具4相连，并对器件I加250us的2A脉冲电流，利用图示仪3测试器件I的第一参考通态电阻；
[0034](2)将器件I通过导线与器件夹具4连接，并对器件I加250us的2A脉冲电流，利用图示仪3测试器件I的第二参考通态电阻；
[0035](3)将第一参考通态电阻和第二参考通态电阻相减，得到器件I通过导线与连接装置4连接时产生的误差通态电阻。
[0036]步骤三，根据温箱2设定的温度及此温度对应的器件I的通态电阻，绘制器件I的温度-通态电阻曲线。
[0037]为了求解方便，可以根据最小二乘法，对步骤三得到的温度-通态电阻曲线进行线性拟合，把器件I的通态电阻Rm和结温Tj的关系近似表示成一次函数其中，
a、b为待定常数。拟合后的直线如图3所示。
[0038]步骤三所述的通态 电阻为图示仪3的实际测量的通态电阻与误差通态电阻的差值。因为采用的是大电流短时间避免了器件自升温的方法，测试中设置的各温度即为器件在此通态电阻值下的结温。
[0039]步骤四，使器件处于工作状态，设定栅压值为Ves=12V。利用图示仪3测量器件I的输出特性曲线，如图4所示。由输出特性曲线得到Ids=2A时对应的Vds，然后计算该点对应的通态电阻rm=vds/ids。
[0040]步骤五，根据器件I的温度-通态电阻曲线及通态电阻R?，确定器件I处于该点工作状态时对应的结温。
【权利要求】
1.一种VDMOS器件结温的测试方法，包括被测VDMOS器件(I )、温箱(2)、图示仪(3)、器件夹具(4 );所述温箱(2 )用于对所述器件(I)加温，所述图示仪(3 )内装电源，用于给所述器件(I)加电流、电压、测量器件通态电阻；其特征在于，所述测试方法包括以下步骤: 步骤一，将所述器件(I)通过导线与所述图示仪(3)的所述器件夹具(4)相连，并将所述器件(I)放入所述温箱(2)内，利用所述温箱(2)给所述器件(I)加热； 步骤二，设置所述温箱(2)的初始温度，使所述器件(I)的温度稳定在所述温箱(2)设定的温度，并保持一段时间，然后给所述器件(I)加一栅极电压，并在漏源极间加一脉冲电流，利用所述图示仪(3)测试所述器件(I)在此温度下的通态电阻；按一定的步长逐步改变所述温箱(2)的温度，测出不同温度下所述器件(I)的通态电阻； 步骤三，将测量数据绘制成温度-通态电阻曲线； 步骤四，确定所述器件(I)处于工作状态时的通态电阻； 步骤五，根据所述器件(I)的温度-通态电阻曲线及工作状态时的通态电阻，确定所述器件(I)处于该工作状态时对应的结温。
2.根据权利要求1所述的一种VDMOS器件结温的测试方法，其特征在于，为了消除步骤一所述导线的电阻引起的测量误差，在步骤一之前需要测量误差通态电阻；测量方法如下: (1)将所述器件(I)直接与所述器件夹具(4)相连，并对所述器件(I)加与步骤二相同的栅极电压和脉冲电流，利用所述图示仪(3)测试所述器件(I)的第一参考通态电阻； (2)将所述器件(I)通过步骤一所述导线与所述器件夹具(4)连接，并对所述器件(I)加与步骤二相同的栅极电压和脉冲电流，利用所述图示仪(3)测试所述器件(I)的第二参考通态电阻； (3)将第一参考通态电阻和第二参考通态电阻相减，得到所述器件(I)通过导线连接时产生的误差通态电阻。
3.根据权利要求1所述的一种VDMOS器件结温的测试方法，其特征在于，步骤二所述的脉冲电流为窄脉冲大电流，用于防止器件自升温对测量精度的影响。
4.根据权利要求1所述的一种VDMOS器件结温的测试方法，其特征在于，步骤三所述的通态电阻等于步骤二所测得的通态电阻减去所述误差通态电阻。
5.根据权利要求1所述的一种VDMOS器件结温的测试方法，其特征在于，步骤四所述的通态电阻的确定方法是:首先，使所述器件(I)处于工作状态，栅极电压等于步骤二所加栅极电压，利用所述图示仪(3)测量所述器件(I)的输出特性曲线，然后由输出特性曲线求漏源电流等于步骤二所加脉冲电流峰值时的通态电阻。
【文档编号】G01K7/16GK103822731SQ201410079725
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】郭春生, 王琳, 冯士维, 李睿, 张燕峰, 李世伟 申请人:北京工业大学