[發明專利]基于拉曼法的GaN芯片高結溫測試裝置

在審

• 申請號: 202010591512.5
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111913094A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 郭懷新;李忠輝;陳堂勝
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: G01R31/28
• 分類號: G01R31/28
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種基于拉曼法的GaN芯片高結溫測試裝置，包括芯片承載模塊、電路探針模塊、高溫隔斷板、溫度控制模塊、互連框架模塊和超長聚焦物鏡；芯片承載模塊用于GaN芯片的固定和環境溫度控制，電路探針模塊用于向芯片施加功率載荷，高溫隔斷板用于隔斷芯片高溫工作下的熱輻射，溫度控制模塊用于控制芯片承載模塊的環境溫度和高溫隔斷板的溫度，互連框架模塊用于實各模塊的集成及其與拉曼平臺固定，超長聚焦物鏡用于對芯片結溫進行測試。本發明解決了現有拉曼測試裝置無法對GaN器件直接進行任意環境條件下和高溫工作時的芯片結溫或熱阻測試的問題，提升了拉曼光譜法的GaN器件結溫測試能力和環境適用性。

技術領域

本發明涉及GaN功率器件結溫測試技術，特別是一種基于拉曼法的GaN芯片高結溫測試裝置。

背景技術

GaN作為第三代半導體材料的代表廣泛應用于固態微波功率器件，但其向高集成度和高功率密度方向發展受限于芯片自身熱積累問題，導致其性能和壽命的嚴重衰減，其GaN芯片高精度結溫測試技術已成為器件熱管理技術的重要研究熱點之一。

目前，應用于GaN功率器件結溫的測試技術主要有紅外熱成像法及拉曼法。紅外熱成像法因為其自身經濟性和使用簡潔性被廣泛應用于企業生產線等批量器件結溫評估領域，但其空間分辨率低導致該方法無法實現對GaN結溫進行精確測試。拉曼法因其高空間分辨率特性，極其適合對GaN芯片結溫的高精度測試，但該技術卻難以滿足GaN芯片高結溫的測量，GaN芯片結溫過高(超過120℃)會直接導致拉曼設備激光聚焦物鏡的損壞。因此，目前急需開發一種適合拉曼法的GaN芯片高結溫測試裝置，提升高精度拉曼法結溫測試技術的能力，滿足GaN器件高功率密度下芯片結溫、熱阻或壽命評估研究需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于拉曼法的GaN芯片高結溫測試裝置，提升GaN芯片結溫測試技術能力，用于任意環境下的GaN器件結溫、熱阻或壽命評估。

實現本發明目的的技術方案為：一種基于拉曼法的GaN芯片高結溫測試裝置，包括芯片承載模塊、電路探針模塊、高溫隔斷板、溫度控制模塊、互連框架模塊及超長聚焦物鏡；所述芯片承載模塊固定于互連框架模塊上，并通過互連框架模塊和溫度控制模塊連接，用于GaN芯片的測試固定和GaN芯片的環境溫度控制；所述電路探針模塊用于向芯片施加功率載荷；所述高溫隔斷板固定于互連框架模塊上部，并和溫度控制模塊相連接，用于隔斷芯片高溫工作下的熱輻射；所述溫度控制模塊用于控制芯片承載模塊的環境溫度和高溫隔斷板的溫度；所述超長聚焦物鏡設置在芯片承載模塊正上方，用于對芯片結溫進行測試。

進一步的，所述芯片承載模塊采用熱導率大于200W/mK的金屬材料，厚度為2-3mm。

進一步的，所述芯片承載模塊表面設有螺紋孔，用于GaN芯片的測試固定。

進一步的，所述電路探針模塊包含探針頭、電路互連結構和控制結構；其中，探針頭采用電鍍金結構，用于連接GaN芯片電極；電路互連結構用于和裝置外部的功率電源連接，提供GaN芯片工作的輸入源；控制結構用于調解探針頭的三維位置，并實現與互連框架的固定。

進一步的，所述高溫隔斷板材料采用藍寶石晶體。

進一步的，高溫隔斷板采用卡槽方式固定于互連框架模塊上面，并通過互連框架模塊中的1路氣體通路和溫度控制模塊相連接。

進一步的，所述芯片承載模塊的承載面距離高溫隔斷板距離為7mm-10mm。

進一步的，所述互連框架模塊為密封腔體，采用銅或鋼材料加工，實現芯片承載模塊、電路探針模塊、高溫隔斷板、溫度控制模塊的集成及其與拉曼平臺固定；內部包含1路電路線通路、2路氣體孔實現溫度控制模塊對芯片承載模塊和高溫隔斷板的溫度控制。