用于精確測試半導(dǎo)體器件溫度分布的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件瞬態(tài)熱測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于精確測試半導(dǎo)體器件溫度分布的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件是高發(fā)熱的電子產(chǎn)品，產(chǎn)品壽命和正常工作與產(chǎn)品工作結(jié)溫Tj是否超過允許的最高結(jié)溫Tjm密切相關(guān)。Tjm是器件的重要額定值，是綜合性技術(shù)和質(zhì)量水平指標(biāo)，器件其他很多重要技術(shù)指標(biāo)都是通過Tjm來體現(xiàn)和保證的。以大功率LED為例，其工作電流的增加會產(chǎn)生大量的熱量，引起LED芯片pn結(jié)結(jié)溫的顯著變化，對LED的性能產(chǎn)生重要的影響，造成正向壓降改變、色溫變化、波長紅移、光電轉(zhuǎn)換效率變低等，影響其光度、色度和電氣參數(shù)。因此，快速、準(zhǔn)確地測試功率半導(dǎo)體器件的結(jié)溫是有效熱管理的重要前提。
[0003]紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng)。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒嵯駡D。熱像圖上不同顏色代表被測物體的不同溫度。但由于紅外熱像儀屬于非接觸式測試儀，測量時受中間介質(zhì)及測試環(huán)境的影響較大，因此，紅外熱像圖的溫度分布精度較低，不能精確反映拍攝區(qū)域的溫度分布。如德國InfraTec (英福泰克)高精度紅外熱像儀Var1CAM?hr research (簡稱VCr)的測量精度僅為±1°C。因此，用接觸式測溫方法校正紅外熱像圖可使紅外熱像圖的測量精度大大提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于精確測試半導(dǎo)體器件溫度分布的裝置和方法，精度高、誤差小、穩(wěn)定性好。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種用于精確測試半導(dǎo)體器件溫度分布的裝置，包括上位機(jī)、核心控制板、高速電流切換模塊、大小恒流源模塊、紅外熱像儀、恒溫箱、高速數(shù)據(jù)采集模塊，所述上位機(jī)與核心控制板串口連接，所述核心控制板依次連接高速電流切換模塊、大小恒流源模塊和恒溫箱，所述紅外熱像儀連接上位機(jī)，所述高速電流切換模塊、大小恒流源模塊、紅外熱像儀分別連接恒溫箱中的待測器件，所述待測器件通過高速數(shù)據(jù)采集模塊連接上位機(jī)。
[0006]所述恒溫箱為干式恒溫箱，控制精度多0.5 °C。
[0007]所述大小恒流源模塊的電流紋波系數(shù)< 1%。
[0008]—種用于精確測試半導(dǎo)體器件溫度分布的方法，應(yīng)用上述的裝置，包括如下步驟:
a.將待測器件放置于恒溫箱中，并在待測器件與恒溫箱之間均勻涂抹導(dǎo)熱材料；
b.在上位機(jī)中輸入測試電流值，傳送給核心控制板驅(qū)動大小恒流源模塊，為待測器件提供測試電流；
C.在上位機(jī)中輸入起始溫度值及步進(jìn)溫度值，傳送給核心控制板驅(qū)動恒溫箱為待測器件提供不同環(huán)境溫度，高速數(shù)據(jù)采集模塊采集對應(yīng)溫度下的電壓值并上傳至上位機(jī)；
d.上位機(jī)將不同環(huán)境溫度與對應(yīng)溫度下的電壓值進(jìn)行線性擬合得到K系數(shù)；
e.在上位機(jī)中輸入加熱電流值、測試電流值、加熱時間及測試時間，傳送給核心控制板驅(qū)動大小恒流源模塊為待測器件提供加熱電流，待加熱時間結(jié)束后，高速電流切換模塊迅速將加熱電流切換成測試電流，高速采集模塊采集測試電流下的電壓值，同時紅外熱像儀記錄對應(yīng)溫度分布變化；
f.高速采集模塊將電壓變化傳送至上位機(jī)，上位機(jī)將電壓變化量與K系數(shù)相除得到冷卻曲線；
g.在上位機(jī)中采用擬合方法對該冷卻曲線前段短時間內(nèi)的數(shù)據(jù)擬合，將擬合后的數(shù)據(jù)與后段數(shù)據(jù)整合后再進(jìn)行平滑得到更精確且完整反映待測器件溫度的冷卻曲線；
h.上位機(jī)將精確冷卻曲線的溫度與紅外熱像儀記錄的溫度分布圖校正得到精確的溫度分布圖。
[0009]所述步驟c中高速數(shù)據(jù)采集模塊采樣率多l(xiāng)M/so
[0010]所述步驟e中高速電流切換模塊的切換時間< I μ S。
[0011 ] 所述步驟g中的擬合方法包含平方根擬合方法及指數(shù)擬合方法，所述的平滑方法包含傅里葉級數(shù)展開平滑和正則化平滑；其中指數(shù)擬合方法對于含噪冷卻曲線信號既有擬合作用也有平滑作用，因此指數(shù)擬合方法是將擬合和平滑合并為一個步驟，而其余擬合方法和平滑方法為兩個步驟；對實測冷卻曲線擬合和平滑能有效地改善測試數(shù)據(jù)的隨機(jī)性誤差。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步: 本發(fā)明通過設(shè)計嵌入式控制系統(tǒng)，為待測器件提供相應(yīng)測試設(shè)置及測試環(huán)境，可以獲得器件溫度的精確值，用該精確值校正紅外熱像圖，從而得到精確的紅外熱像圖的精確溫度分布。本發(fā)明具有精度高、誤差小、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，通過本發(fā)明裝置和方法可以對半導(dǎo)體器件進(jìn)行精確溫度分布測試。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明用于精確測試半導(dǎo)體器件溫度分布的方法的流程圖。
[0014]圖2為本發(fā)明用于精確測試半導(dǎo)體器件溫度分布的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下:
如圖2所示，一種用于精確測試半導(dǎo)體器件溫度分布的裝置，包括上位機(jī)1、核心控制板2、高速電流切換模塊3、大小恒流源模塊4、紅外熱像儀5、恒溫箱6、高速數(shù)據(jù)采集模塊7，所述上位機(jī)I與核心控制板2串口連接，所述核心控制板2依次連接高速電流切換模塊
3、大小恒流源模塊4和恒溫箱6，所述紅外熱像儀5連接上位機(jī)1，所述高速電流切換模塊
3、大小恒流源模塊4、紅外熱像儀5分別連接恒溫箱6中的待測器件，所述待測器件通過高速數(shù)據(jù)采集模塊7連接上位機(jī)I。
[0016]所述恒溫箱6為干式恒溫箱，控制精度多0.5 °C。
[0017]所述大小恒流源模塊4的電流紋波系數(shù)彡1%。
[0018]如圖1所示，一種用于精確測試半導(dǎo)體器件溫度分布的方法，應(yīng)用上述的裝置，包括如下步驟:
a.將待測器件放置于恒溫箱6中，并在待測器件與恒溫箱6之間均勻涂抹導(dǎo)熱材料；
b.在上位機(jī)I中輸入測試電流值，傳送給核心控制板2驅(qū)動大小恒流源模塊4，為待測器件提供測試電流；
c.在上位機(jī)I中輸入起始溫度值及步進(jìn)溫度值，傳送給核心控制板2驅(qū)動恒溫箱6為待測器件提供不同環(huán)境溫度，高速數(shù)據(jù)采集模塊7采集對應(yīng)溫度下的電壓值并上傳至上