[發明專利]用于半導體器件瞬態熱測試的電壓采集方法、裝置、系統及介質

在審

• 申請號: 202011196305.6
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN114527317A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 楊連喬;簡毛亮;張弛;吳馬佳奇;張建華
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25;G01R31/26
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 徐秋平

本發明提供一種用于半導體器件瞬態熱測試的電壓采集方法、裝置、系統及介質，所述半導體器件進入工作狀態，其兩端具有電壓，等待開始所述瞬態熱測試；用戶根據所述半導體器件的實際電壓值，在上位機中選擇相應的參考電壓值和電壓量程；所述方法包括接收所述參考電壓值及電壓量程，據以生成所述實際電壓值的取值范圍；控制采集模塊采集所述半導體器件的電壓信號，且將實際電壓值符合所述取值范圍的電壓信號加以存儲，并傳輸至所述上位機。本發明的用于半導體器件瞬態熱測試的電壓采集方法、裝置、系統及介質，實現了以不同的采樣率對電壓信號的采集，并且輸入電壓量程可變，通過指定參考電壓和選擇量程實現了高精度的采樣。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別是涉及一種用于半導體器件瞬態熱測試的電壓采集方法、裝置、系統及介質。

背景技術

目前半導體已經廣泛應用在國防、照明通信、汽車等行業，隨著單個器件功率的上升，半導體的發熱也變得不容忽視，器件的結溫會不斷上升，直至超過器件允許的最高結溫，在此工作條件下，器件的電學性能、穩定性以及可靠性都不再有保障，需要采用熱測試方法衡量半導體器件的結溫和熱阻。瞬態熱測試法具有完善的測試標準以及成熟的測試理論，目前被廣泛應用在無損檢測器件的熱阻與結溫。但是在測試過程中，測試電流和測試電壓需要快速切換，切換時間需要達到μs級甚至更小，為了不丟失反應芯片及固晶層等熱源邊緣的熱阻信息電壓信號，采集系統需要盡可能快的采集電壓信號，除此之外，不同的器件測試時電壓信號的大小也不一樣，而且電壓信號變化范圍很小，采集系統需要比較高的精度，因此整個采集系統要具有較高的采樣率，且系統的分辨率也要很高。

而目前商業化的采集卡是采用雙極輸入，且輸入電壓信號的范圍要大于測試過程中半導體器件兩端的電壓信號，而這會引入噪聲，增大采集電壓信號的誤差。在高速采集系統中通常采用單片機或采用DSP作為主控模塊，控制模數轉換芯片和其他芯片的工作狀態，但是由于單片機時鐘頻率較低，且各種功能都要依靠軟件實現，往往導致復位現象，DSP(數字信號處理)在重復性運算方面有一定的優勢，但不能完成外圍電路的硬件邏輯控制，而FPGA時鐘頻率高、運行速度快、集成度高以及編程配置靈活等特點，可以做到采樣控制、處理、緩存和傳輸控制于一體。另外目前采集系統的輸入電壓信號不能滿足模數轉換的幅值和阻抗要求，對于高帶寬的模擬信號來說，信號調理電路往往采用衰減電路和放大電路，而同時經過衰減和放大往往會引入較大的噪聲。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于半導體器件瞬態熱測試的電壓采集方法、裝置、系統及介質，用于解決現有技術中測試誤差大、噪聲多，采樣精度不高的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種用于半導體器件瞬態熱測試的電壓采集方法，所述半導體器件進入工作狀態，其兩端具有電壓，等待開始所述瞬態熱測試；用戶根據所述半導體器件的實際電壓值，在上位機中選擇相應的參考電壓值和電壓量程；所述方法包括：接收所述參考電壓值及電壓量程，據以生成所述實際電壓值的取值范圍；控制采集模塊采集所述半導體器件的電壓信號，且將實際電壓值符合所述取值范圍的電壓信號加以存儲，并傳輸至所述上位機。

于本發明的一實施例中，所述方法還包括當所述實際電壓值超過所述取值范圍時，采集無效，獲取用戶通過上位機重新設置的參考電壓值、電壓量程，所述實際電壓值的取值范圍包括：(參考電壓-1/n電壓量程，參考電壓+1/n電壓量程)，n為正整數。

于本發明的一實施例中，所述方法還包括根據所述瞬態熱測試的條件，對應改變所述采集模塊的采樣率。

于本發明的一實施例中，所述方法還包括根據所述參考電壓值控制數模轉換器生成參考電壓信號并傳輸至差分比例運算電路，以供所述差分比例運算電路將所述半導體器件的電壓信號與所述參考電壓信號做差，做差后的電壓信號經可編程增益放大器放大后傳輸至所述采集模塊。

于本發明的一實施例中，所述方法還包括：濾波模塊過濾所述電壓信號中的高頻成分，經所述可編程增益放大器放大之后的電壓信號的量程與所述采集模塊的量程相同。