[發明專利]一種實時測量二極管瞬態溫升的方法

有效

• 申請號: 201410140784.8
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103954899B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 郭春生;王琳;馮士維;李睿;張燕峰;李世偉
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬于電子器件測試領域，涉及一種應用于二極管的瞬態溫升測量與分析的方法。

技術背景

目前，半導體器件不斷向尺寸小、集成度高等方向發展。與此同時，功率二極管需要在不同的高電流電壓脈沖或開關條件下工作，器件的瞬態功率密度大，瞬態溫升高，導致器件特性下降，使用可靠性降低，壽命縮短。為了準確評價其可靠性，對器件瞬態溫升的準確測量尤為重要。

二極管的瞬態溫升測試多采用電學法，相關標準主要有國軍標128A-973103，美軍標MIL-STD-750E3101.4等，測試設備均帶有開關裝置。工作電流和測試電流切換過程中會產生時間延遲，實驗表明，1us的時間延遲可能導致溫度變化超過200℃。而器件自身的開關速度較快，現行的設備延遲時間一般為1～10us，對于脈沖工作條件下器件的瞬態溫升測量并不適用。

發明內容

針對二極管瞬態溫升測量中存在的上述問題，本發明提出一種不需要開關切換測試電流和工作電流,而直接利用同一電流實時測量器件的瞬態溫升，消除了由于開關切換延遲引起的溫升測量誤差。

本發明采用的技術方案如下：

在不同溫度下，對器件進行I-V特性的測量，得到I-V特性曲線。其中器件所加的電流為窄脈沖電流，可防止器件自升溫。然后，根據I-V特性曲線得到不同電流下電壓隨溫度變化的關系曲線，再利用半導體參數分析儀采集器件在不同電流下電壓隨時間的變化關系，結合之前得到的不同電流下電壓隨溫度變化的關系曲線，即可得到器件的瞬態溫升。

一種實時測量二極管瞬態溫升的方法，包括二極管1、溫箱2、圖示儀（內置電源）3、器件夾具4、半導體參數分析儀5。溫箱2用于對器件加溫；圖示儀3用于給器件加電流、電壓，顯示I-V特性曲線等；半導體參數分析儀5用于采集二極管1的結電壓隨時間變化規律。

本發明的特征在于，該方法還包括以下步驟：

步驟一，將二極管1通過導線與圖示儀3的器件夾具4相連，并將二極管1放入溫箱2內，利用溫箱2給二極管1加熱。

步驟二，設置溫箱2的初始溫度，使二極管1的溫度穩定在溫箱2設定的溫度，并保持一段時間，然后給二極管1加一脈沖電流，利用圖示儀3測試二極管1在此溫度下的I-V特性關系。按一定的步長逐步改變溫箱2的溫度，測出不同溫度下二極管1的I-V特性關系。

步驟三，將測量數據繪制成不同溫度下的I-V特性曲線。

步驟四，利用不同溫度下的I-V特性曲線，提取出電壓值，繪制成不同電流下電壓隨溫度變化的關系曲線。

步驟五，將二極管1通過導線與半導體參數分析儀5相連，設置相關參數，測得不同電流下電壓隨時間的變化關系。

步驟六，繪制二極管1不同電流下電壓隨時間變化關系曲線。

步驟七，對應電壓隨溫度變化的關系曲線和電壓隨時間變化曲線的數據，得到二極管1的結溫隨時間的變化規律，即為瞬態溫升變化關系。

步驟二所述的脈沖電流為窄脈沖電流。

本發明的有益效果是：本發明采用無開關測試裝置實時測量器件瞬態溫升，與帶有開關切換裝置的現有測量方法相比，消除了因開關切換延遲引起的溫升誤差。同時，圖示儀產生的窄脈沖電流，脈寬足夠小，可有效地避免器件自升溫對溫升的影響，使測試精度有很大提高。

附圖說明

圖1為本發明所涉及的測試裝置示意圖：（a）為測試器件I-V特性曲線時的裝置示意圖，（b）為測試器件的電壓隨時間變化關系的裝置示意圖；

圖2為本發明所涉及方法的流程圖；

圖3為實施例測得的不同溫度下的I-V特性曲線；

圖4為實施例測得的電壓隨溫度變化的關系曲線；

圖5為實施例測得的電壓隨時間變化的關系曲線；

圖6為實施例測得的器件的瞬態溫升曲線。

圖1中：1-二極管，2-溫箱，3-圖示儀，4-器件夾具，5-半導體參數分析儀。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行更詳細的說明。

本發明所涉及的測試裝置如圖1（a）和（b）所示。包括二極管1、溫箱2、圖示儀3、器件夾具4和半導體參數分析儀5。二極管1為快恢復二極管，封裝形式為TO-247-2L型，最大正向電壓為3.1V，最大正向電流為30A。圖示儀3采用安捷倫371A大功率曲線追蹤儀器。溫箱2采用Despatch900series。半導體參數分析儀5采用安捷倫B1500精密半導體參數分析儀。

本發明所涉及方法的流程圖如圖2所示，包括以下步驟：