“看透”热阻

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可靠性物理研究室的研究团队一直在对半导体器件工作温升及热阻构成的快速、无损检测技术进行研究。通过一系列努力，研究团队自主研发出了TTE系列热阻测试仪，利用有源区电学参数随时间的温度上升（或下降）瞬态过程与器件散热路径热时间常数的对应关系，不但可以获得稳态热阻，更能分辨出不同封装材料对温升的贡献，即热阻构成，并将这些信息进行提取、放大，直观地展示在人们眼前。这相当于为人们添加了一副能够看透从芯片到散热器的“眼镜”，可以容易地分辨出各部分的热阻或对温升的贡献。

TTE系列热阻测试仪采用了最先进的JEDEC51-1中的静态测试法和动态测试法，最大采样速率高达每秒1兆样本，采样间隔1微秒，结温分辨率高达0.1摄氏度。其中静态测试法是指器件中加热和测温元件分离时，实时采集测温元件上的温度变化获取温升和热阻；动态测试法是指器件中加热和测温元件相同时，对被测器件从测试小电流切换到加热大电流，加热到热稳态后，再切换到小电流的热敏参数测量状态。动态测试法一般不需要额外制备测温元件，利用其中的一个电学参数随温度变化特性（一般线性）即可。

TTE系列热阻仪 通过USB接口与计算机通信，实现海量数据提取；采用现场可编程门阵列（FPGA）作为时序控制单元，实现了高速采集模块和快速电子切换开关；配置有外部开关，可控制多路热源加热被测器件。其配套装置有水冷恒温系统、器件配套夹具等。输出功率范围较大，最大工作电流为20安，工作电压为100伏。

研究团队对一系列器件的实验结果显示，对器件施加工作电源后，其有源区温度的上升过程与散热路径上衬底、焊料、管壳等不同材料部位的热阻、热容有明显的对应关系。TTE系列热阻测试仪采用瞬态加热响应曲线的一次采集法，可对常用半导体整流管、双极型晶体管、LED、金属氧化物半导体场效晶体管（MOSFET）、砷化镓金属半导体场效应晶体管（MESFET）和氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）等器件实施热阻测量分析；也可以测量各种复杂散热模组的热阻特性，如热管、风扇等，能够有效提高测量效率。测温时，将被测器件放置在一定温度的恒温平台上，测量施加功率前后温敏参数的变化量，再除以线性变化的温度系数，即可得到有源区温升。

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