一种表面贴装芯片及半导体功率器件结壳热阻测量夹具的制作方法

本实用新型涉及半导体器件热阻测量技术领域，特别是一种表面贴装芯片及半导体功率器件结壳热阻测量夹具。

背景技术：

诸如晶体管、IGBT、IGCT、GTO等一类压接型功率半导体器件，由于具有功率密度大、双面散热、易于串联以及可靠性高等优点，现己逐步应用于电力系统的高压直流输电(HVDC)、电力机车等高电压、大功率应用场合。

衡量半导体器件散热性能重要标准的热阻是半导体器件最重要的一种参数，器件的热阻值反映了半导体器件功率密度的提升和结构的紧凑化。对于半导体器件生产厂商而言，热阻值的准确测量对优化封装结构、减小器件热阻，以及指导用户充分利用器件的各方面特性具有非常重要的意义。高压大功率器件封装形式的压接型功率半导体器件内部产生的热量多，结构紧凑，在保证器件的正常工作温度的前提下，来准确测量器件的热阻值显得尤为重要。

对半导体器件的热阻测试方法是目前主要采用热电偶的方法：测量器件的结温、壳温和功率，用Rth-jc＝(Tj-Tc)/P式计算器件的热阻值。其中，半导体功率器件结温Tj是用结压降Vce与结温Tj的关系间接得到的；在器件与散热器的界面间放置热电偶测量壳温Tc，这种壳温测量方法的优点是简单，缺点是误差比较大。而器件壳温测量的准确性与热电偶的位置、器件的紧固力、导热硅脂和测试人员等因素都有关系，所以这种测试方法可重复性差。

针对传统热电偶法的不足，JEDEC51-14标准提出了瞬态双界面法，在测量器件与散热器的直接接触面间敷设导热硅脂，所得的瞬态热阻抗曲线的分离点准确反映出器件结到壳的热阻值。该测量标准需要提供一个热绝缘的接触块，该接触块用来向被测器件提供一个恒定的压力，保持器件的散热面与恒温平台（散热冷板）之间接触紧密，在测量中才能够保持器件的散热均匀，恒定壳温。但是由于功率器件可采用的封装形式较多，如TO-220封装、TO-253封装、TO-3封装等，结合图4至图6所示，针对TO-220和TO-3这种外壳框架带有孔洞形式的封装，可以通过螺丝穿过框架上的孔洞，将被测器件的散热面与散热冷板紧密接触，保持散热面的壳温稳定；而针对外壳框架无孔洞的封装设计，如TO-253这样的表面贴装元件，无法采用螺丝固定的方式，因此对器件的固定方式并无相应的标准。另外，JEDEC51-14标准中仅规定了，在器件和散热器之间紧固力大小为10N/cm²比较合适，紧固力因过大的压力会导致两条瞬态热阻抗曲线的分离不明显，很难得到准确的结到壳热阻值，测量结果不准确。

专利号为CN105911447A的中国专利提供了一种针对压接型IGBT的热阻测试夹具，该专利提供一种三个基板的双面夹具装置，紧固力达到1.2KN/cm²，但是其主要用于大功率压接型器件，且紧固力无法进行调节，无法满足小功率、小尺寸半导体器件的热阻值测量要求。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是提供了一种表面贴装芯片及半导体功率器件结壳热阻测量夹具，以解决待测器件无法稳定固定在恒温平台而影响测试结果以及待测器件与散热器之间紧固力无法进行调节的问题，满足于更多型号待测器件的热阻测量。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

一种表面贴装芯片及半导体功率器件结壳热阻测量夹具，包括上表面与待测器件紧密接触的恒温平台，还包括设置在待测器件正上方用于将待测器件牢固夹持并固定到恒温平台上的夹持固定机构，紧邻恒温平台的一侧设置有用于调节待测器件与恒温平台之间的压力并对压力值进行测量的压力调节定位测量机构，所述夹持固定机构一端与压力调节定位测量机构相连接。

进一步优化技术方案，所述压力调节定位测量机构包括与恒温平台固定连接的恒温平台固定底座以及设置于恒温平台固定底座正上方的弹簧上挡板；所述恒温平台固定底座与弹簧上挡板之间至少固定设置有一根滑动轴，滑动轴上滑动配装有能够在滑动轴上上下滑动的可移动滑块；位于可移动滑块与弹簧上挡板之间的滑动轴上套装有压力弹簧，所述可移动滑块两侧设置有用于对滑动轴与可移动滑块之间进行定位的定位把手；所述滑动轴侧壁上设置有用于显示压力弹簧形变量的弹簧刻度线。

进一步优化技术方案，所述定位把手包括球状手柄以及一端与球状手柄固定连接、另一端与滑动轴侧壁相顶接的螺栓，所述螺栓与可移动滑块螺纹配装。

进一步优化技术方案，所述夹持固定机构包括与待测器件顶端面紧密接触用于向待测器件提供一个恒定的压力的圆台状热绝缘压头，热绝缘压头的顶端面固定设置有垂直于热绝缘压头的压力调节螺杆，压力调节螺杆上螺纹配装垂直于压力调节螺杆的矩形块，矩形块的一端与可移动滑块固定连接。

进一步优化技术方案，所述压力调节螺杆上还螺纹配装一用于使得压力调节螺杆与矩形块之间配装更为牢固的螺栓固定螺母。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。

本实用新型结构简单、设计合理、成本低、操作方便，能够克服封装形式对测量热阻的影响，通过夹持固定机构和压力调节定位测量机构的共同作用，使得更多的待测器件稳定固定在恒温平台，且待测器件与散热器之间紧固力能够进行调节，使得测量更加合理、精确，不仅能够为评估器件的散热性能提供重要参数指标，而且对于优化功率器件设计、提高待测器件的可靠性和使用寿命都具有重大意义。

本实用新型热绝缘压头与恒温平台之间能够放置多种型号被测器件，使得本装置可对不同器件重复测量，实用性很强。

本实用新型压力调节定位测量机构中可移动滑块与弹簧上挡板之间设置的压力弹簧能够精确地反应待测器件与散热器之间的压力值，并能够通过弹簧刻度线实时观察，使得本装置在对待测器件进行定位时更加可靠、准确。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的侧视图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为TO-220封装的结构示意图；

图5为TO-253封装的结构示意图；

图6为TO-3封装的结构示意图。

其中：1、滑动轴，2、弹簧上挡板，3、压力弹簧，4、可移动滑块，5、矩形块，6、定位把手，7、弹簧刻度线，8、压力调节螺杆，9、螺栓固定螺母，10、热绝缘压头，11、恒温平台，12、恒温平台固定底座，13、待测器件。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

一种表面贴装芯片及半导体功率器件结壳热阻测量夹具，结合图1至图3所示，包括恒温平台11、夹持固定机构和压力调节定位测量机构。恒温平台11的上表面与待测器件13紧密接触，恒温平台11也称为散热器；夹持固定机构设置在待测器件13正上方，用于将待测器件13牢固夹持固定到恒温平台11上；压力调节定位测量机构连接于夹持固定机构的一端，紧邻设置在恒温平台11一侧，用于对待测器件13与恒温平台11之间的压力进行调节并测量。

压力调节定位测量机构包括恒温平台固定底座12、弹簧上挡板2、滑动轴1、可移动滑块4、压力弹簧3、弹簧刻度线7和定位把手6。恒温平台固定底座12与恒温平台11固定连接，用于固定恒温平台11；弹簧上挡板2设置于恒温平台固定底座12的正上方；滑动轴1设置在恒温平台固定底座12与弹簧上挡板2之间，滑动轴1的底端固定设置在恒温平台固定底座12上，滑动轴1的顶端通过螺钉固定设置在弹簧上挡板2上；本实施例中为保证可移动滑块4在滑动轴上保持平稳地上下滑动，可在恒温平台固定底座上并列设置两根滑动轴。

上述可移动滑块4配装在滑动轴1上，能够在滑动轴1上上下滑动。压力弹簧3固定设置在可移动滑块4与弹簧上挡板2之间，当对待测器件13进行加压定位时，压力弹簧3就会产生形变；弹簧刻度线7设置在滑动轴1侧壁上，用于显示压力弹簧3的形变量。

定位把手6设置在可移动滑块4两侧，用于对滑动轴1与可移动滑块4之间进行定位。定位把手6包括球状手柄和螺栓，螺栓的一端与球状手柄固定连接，螺栓的另一端与滑动轴1侧壁顶紧设置，螺栓与可移动滑块4螺纹配装。

夹持固定机构包括热绝缘压头10、压力调节螺杆8、矩形块5和螺栓固定螺母9。热绝缘压头10与待测器件13顶端面紧密接触，形状为圆台状，用于向待测器件13提供一个恒定的压力；压力调节螺杆8设置在热绝缘压头10的上方，固定连接于热绝缘压头10的顶端；矩形块5设置在热绝缘压头10的上方，矩形块5上设置有与压力调节螺杆8相匹配的螺纹孔，与压力调节螺杆8螺纹配装，它的一侧面与可移动滑块4固定连接，能够随着可移动滑块4进行升降；螺栓固定螺母9螺纹配装在压力调节螺杆8上，用于使得压力调节螺杆8与矩形块5之间配装更为牢固，防止压力调节螺杆8与矩形块5之间因压力过大而发生滑丝现象。

本实用新型的实际作业步骤如下。

1、确定所测试器件的封装类型、材料。本实用新型适用于表面贴装类型器件，要求待测器件必须具有一定的平面面积，以保证其散热面能和恒温平台的上表面充分接触。

2、确定使用的弹簧类型。根据不同待测器件能承受的压力范围以及待测器件热阻测试标准规定的压力标准，选择合适的弹性系数压力弹簧。

3、装置的组装。首先，将恒温平台11固定到恒温平台固定底座12上；然后，将套装有可移动滑块的滑动轴1固定到弹簧上挡板2和恒温平台固定底座12之间；而后，将压力弹簧3固定安装于可移动滑块4与弹簧上挡板2之间；再后，再将两个定位把手6安装到可移动滑块4两侧，并顶紧滑动轴1，并保持可移动滑块4和矩形块5的上表面处于水平面上，此时，压力弹簧3处于自然状态；最后，将带有热绝缘压头10的压力调节螺杆8安装到矩形块5的螺纹孔中，用螺栓固定螺母9拧紧，实现本装置的组装。

4、对待测器件13夹持定位。首先将待测器件13放置到热绝缘压头10正下方，然后旋转压力调节螺杆8，使得热绝缘压头10刚好夹持待测器件13，再拧紧螺栓固定螺母9。

5、对待测器件13与散热器之间紧固力进行调节并测量。首先，松开定位把手6，将可移动滑块4与矩形块5向下按压；在按压时，要始终保持可移动滑块4与矩形块5上表面处于水平面上，以确保测量精度；然后，通过弹簧刻度线7可实现按压到所需的压力值；最后，旋转定位把手6，使其顶紧滑动轴1。通过弹簧刻度线7和弹性系数确定施加在待测器件13上的压力，从而实现了对待测器件13与恒温平台11之间紧固力的调节和测量。

6、开始热阻测试。根据JEDEC51-14结壳热阻测试标准，可以对待测器件和恒温平台接触面选择是否涂覆导热硅脂，以便更加准确地测量待测器件的结壳热阻。