一种大功率led器件固晶层散热性能的快速评估方法

文档序号:8255133阅读:295来源:国知局
一种大功率led器件固晶层散热性能的快速评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体器件技术领域,设及一种大功率L邸器件固晶层散热性能的快 速评估方法。
【背景技术】
[0002] 在半导体的封装工艺中,固晶是最重要的环节之一,即将巧片通过银胶或者锡铅、 锡银等合金焊料固定于支架热沉上。巧片产生的热量主要是通过热传导的方式经过固晶层 和热沉传到外部散热器或者环境中。固晶层作为连接巧片和热沉的媒介,对半导体器件的 整个热传导起着重要作用,其散热性能直接影响器件的结温和可靠性。然而在固晶工艺中, 操作不当、支架表面或者巧片表面污染、水汽侵入固晶材料等往往会导致固晶层出现孔隙、 粘接界面间裂纹或者分层等缺陷,使其半导体器件整体散热性能变差,甚至造成使用过程 中的早期失效。因此,需要进行固晶层的散热性能评估和缺陷检测。由于固晶层内部的缺 陷将导致有效的散热面积减小,根据热阻的计算公式,Rth= l/kS(l为固晶层高度,k为导 热系数,S为固晶层面积),有效散热面积S减小,将导致固晶层热阻增大。因此测试固晶层 的热阻,可W实现有缺陷的固晶层的散热性能评估。
[0003] 由于固晶层处于半导体器件的内部,目前通用的稳态电学参数测量法只能提供半 导体器件的整体热阻,而无法提供固晶层的热阻。利用结壳热阻的瞬态热阻测试技术,对半 导体器件施加阶跃电功率,通过测量器件正向电压的变化再利用电压结温线性系数K系数 推断器件巧片的温升,进一步除W半导体器件的耗散热功率得到瞬态热阻。瞬态热阻曲线 包含了热流在传导路径上流经的每层结构的详细热学参数信息。通过一系列等效数学变化 可W抽取出热流传导路径上每层结构的热阻和热容,从而实现固晶层热阻的检测。
[0004] 基于结壳热阻的瞬态热阻测试技术在半导体器件的固晶层散热性能评估方面有 很大的优势,但是该方法需要进行K系数标定和测量热耗散功率,操作步骤复杂、费时,不 利于该测量方法的推广应用。

【发明内容】

[0005] 有鉴于此,本发明的目的在于提供一种大功率L邸器件固晶层散热性能的快速评 估方法,特别是一种基于归一化瞬态电压曲线的固晶层散热性能快速评估方法,W解决K 系数标定和测量热耗散功率带来的操作复杂,费时的问题。
[0006] 为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0007] 一种大功率L邸器件固晶层散热性能的快速评估方法,包括W下步骤:
[0008] 步骤10 ;搭建用于测量大功率LED器件瞬态电压的测试系统;
[0009] 步骤20 ;利用所述测试系统测量大功率L邸器件加热电流切换至测量电流的冷却 电压曲线;
[0010] 步骤30 ;对电压曲线进行归一化处理;
[0011] 步骤40 ;对归一化的电压曲线进行等效数学变换,获得时间常数谱;
[0012] 步骤50 ;对时间常数谱进行分析,提取表征固晶层散热性能的特征参数。
[0013] 进一步,所述步骤10包括:
[0014] 步骤101 ;提供恒流模块、高速开关模块、恒温台、数据采集模块和计算机;
[001引步骤102 计算机为中心分别连接并控制恒流模块、高速开关模块和数据采集 模块;恒流模块接收计算机控制信号,其输出到大功率L邸器件的加热电流或者测试电流, 受到与之相连的高速开关模组控制;高速开关模组的状态由计算机决定;数据采集模块输 入端连接大功率L邸器件,采集器件两端的电压信号,并将结果输出至计算机;大功率LED 器件贴附于良好接触的恒温台。
[0016] 进一步,所述步骤20包括;计算机控制恒流模块和高速开关模块向大功率L邸器 件输出加热电流,达到热平衡后,控制恒流模块和高速开关模块切换至测试电流,同时控制 数据采集模块对大功率L邸器件进行电压参数采集,直至热平衡。
[0017] 进一步,所述步骤30包括;将采集的电压Vj.(t)利用W下公式进行归一化处理,得 到归一化电压Vltonml似,
[001 引
【主权项】
1. 一种大功率LED器件固晶层散热性能的快速评估方法,其特征在于:包括以下步 骤: 步骤10 :搭建用于测量大功率LED器件瞬态电压的测试系统; 步骤20 :利用所述测试系统测量大功率LED器件加热电流切换至测量电流的冷却电压 曲线; 步骤30 :对电压曲线进行归一化处理; 步骤40 :对归一化的电压曲线进行等效数学变换,获得时间常数谱; 步骤50 :对时间常数谱进行分析,提取表征固晶层散热性能的特征参数。
2. 根据权利要求1所述的一种大功率LED器件固晶层散热性能的快速评估方法,其特 征在于:所述步骤10包括: 步骤101 :提供恒流模块、高速开关模块、恒温台、数据采集模块和计算机; 步骤102 :以计算机为中心,分别连接并控制恒流模块、高速开关模块和数据采集模 块;恒流模块接收计算机控制信号,其输出到大功率LED器件的加热电流或者测试电流,受 到与之相连的高速开关模组控制;高速开关模组的状态由计算机决定;数据采集模块输入 端连接大功率LED器件,采集器件两端的电压信号,并将结果输出至计算机;大功率LED器 件贴附于良好接触的恒温台。
3. 根据权利要求1所述的一种大功率LED器件固晶层散热性能的快速评估方法,其特 征在于:所述步骤20包括: 计算机控制恒流模块和高速开关模块向大功率LED器件输出加热电流,达到热平衡 后,控制恒流模块和高速开关模块切换至测试电流,同时控制数据采集模块对大功率LED 器件进行电压参数采集,直至热平衡。
4. 根据权利要求1所述的一种大功率LED器件固晶层散热性能的快速评估方法,其特 征在于:所述步骤30包括:将采集的电压Vj(t)利用以下公式进行归一化处理,得到归一化 电压VN ormal⑴,
其中'(0)为切换至测试电流瞬间的电压值,'( <-)为切换至测试电流热平衡后的电 压值。
5. 根据权利要求1所述的一种大功率LED器件固晶层散热性能的快速评估方法,其特 征在于:所述步骤40包括: 步骤401 :根据导通电压Vj(t),结温Tj(t),和瞬态热阻Zj(t)三者之间的关系: Tj(t) =Tc+K? [VjW-V^ °〇 )]
其中,T。为冷板的参考温度;K为电压温度线性系数;Pth为热耗散功率;ti=RjCi,为 时间常数;氏和Ci为热传导路径上每层结构的热阻和热容; 得到归一化电压VNmial(t)的具体表达式:
其中ERi为热传导路径上每层结构的热阻总和,RNi为热传导路径上每层结构的归一 化热阻; 步骤402:将归一化电压VNOTmal(t)关于时间常数t的离散谱连续化,并将时间t和时 间常数T对数化:
步骤403 :将上述等式两边取微分:
其中:W(z) =exp(z_exp(z)) 步骤404 :基于贝叶斯反卷积方法,可以得到时间常数谱RN为:
其中n为迭代次数,RNk为时间常数谱对应的向量,Wjk=exp(z|k-exp(Zj_ | k))。
6.根据权利要求1所述的一种大功率LED器件固晶层散热性能的快速评估方法,其特 征在于:所述步骤50包括: 时间常数谱中固晶层对应的峰值为第二峰值,从第二峰值中提取峰值幅值RN2,将固晶 层的峰值幅值1?队与设定的阈值进行比较,利用它们的差异性实现固晶层的散热性能评估; 阈值是通过以下方法进行设定:A、正常LED器件测试得到的固晶层的峰值幅值;B、同型号 的批次LED器件测得的固晶层幅值通过3 〇准则确定。
【专利摘要】本发明涉及一种大功率LED器件固晶层散热性能的快速评估方法,属于半导体器件测试技术领域。包括以下步骤:步骤一:搭建用于测量大功率LED器件瞬态电压的测试系统;步骤二:利用所述测试系统测量大功率LED器件加热电流切换至测量电流的冷却电压曲线;步骤三:对电压曲线进行归一化处理;步骤四:对归一化的电压曲线进行等效数学变换,获得时间常数谱;步骤五:对时间常数谱进行分析,提取表征固晶层的特征参数以实现其散热性能的评估;方法利用归一化的电压曲线得到的时间常数谱的特征参量进行固晶层的散热性能评估,无需进行K系数的标定和耗散热功率的测试,因此操作简单,省时,便于批量大功率LED器件固晶层散热性能的快速评估。
【IPC分类】G01N27-00
【公开号】CN104569065
【申请号】CN201510078344
【发明人】刘显明, 赖伟, 陈伟民, 雷小华, 臧志刚, 唐孝生
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年2月13日
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