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二极管静态热阻测量系统设计 　　摘 要:二极管静态热阻测量是半导体封装技术可靠性测试的关键测量参数,由此可以衍生出Mosfet、IGBT、GTR等多种材料的测量方法,是半导体器件生产过程中的功率循环等后期可靠性试验的关键输入参数,从而对产品本身的质量和寿命评估具有非常重要的指导意义 　　关键词:热阻测量;封装技术;可靠性测试 　　中图分类号:TP31 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0019-02 　　一、热阻测量的意义和基本原理 　　本试验的目的是确定二极管器件的热性能,提高产品封装的可靠性、减小质量缺陷、降低生产成本,并对后期产品应用散热片尺寸设计提供了必要的数据。热阻通常使用两种测量方式,即静态热阻抗和瞬态热阻抗测试。静态热阻抗(简称为热敏电阻)确定元件的整体散热性能。通常半导体元件的热阻主要由Rthjl--结到引脚热阻,Rthjc-结到外壳热阻,Rthja--结到环境温度热阻三部分组成。其计算公式为: 　　RthJX=(TJ-TX)/P 　　静态热阻测量的主电路原理如图1-1所示,在测量出热阻系数k之后, 　　热阻参数的测量电路原理如下图所示: 　　二、K系数测量 　　K系数即半导体二极管正向电压温度曲线斜率,其计算公式为 　　K=T1–T2/(V1–V2)℃/mV 　　根据MIL-STD-750D标准中的规定首先要对二极管施加一个正向测量电流,该电流所产生的热量依据干法测量原理不应该对二极管本身产生任何物理影响,以保证得出准确的测量结果,也就是说二极管VF的变化是由于外部施加的环境温度发生变化导致TJ温度上升,材料本身的温度敏感性使得Vf下降。所以选择测量电流Im的值是非常重要的,这里我们设计了一个可变的恒流源电路,其电流的大小通过上位计算机的图形界面控制。在选择电流时,首先要对材料的正向Vf-If曲线进行测试,找到VF突变的临界点时的电流值作为Im是最合适的。 　　为了测量温度曲线,使用espace恒温箱来模拟温度升高的过程,并用9点测试法对恒温箱进行温度校准。因为恒温箱本身提供了modbus通信控制功能,在我们开发的上位机软件的控制下,以10度为间隔逐点升温,带温度稳定15分钟后,测量材料上VF电压,描绘出温度曲线。由于材料本身的特性呈非线性,所以测量出的数据要通过线性回归分析,拟合出函数???线。MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,代表了当今国际科学计算软件的先进水平,线性回归程序就是以Matlab的Acitve组件Matlab Automation Type Library为基础开发出来的。 　　matlab.Execute(x) 　　matlab.Execute(y) 　　matlab.Execute(c=polyfit(x,y,1)) 　　matlab.Execute(k=c(1),b=c(2)) 　　matlab.Execute(ybest=k*x+b) 　　matlab.Execute(plot(x,y,*)) 　　matlab.Execute(hold on) 　　matlab.Execute(plot(x,ybest)) 　　程序中X数组保存的是每一温度点测量的温度值,Y数组为温度值。经过回归分析后得出原函数的斜率和截距,并绘制出测量曲线。经过这样的步骤我们就得出了K系数和测量曲线。 　　三、静态热阻测量系统和参数测量 　　系统主要由主控计算机、电压采集控制板、线性精密数字调节横流源、加热电流控制Mosfet驱动板和Modbus冰水机和上位机控制软件组成。主控计算机为台湾研华科技公司生产的ipc-610型工控机,该机具有很宽工作温度范围,能够在零下20度到零上80度的温度范围内正常工作,抗强干扰能力极强适合在电磁环境恶劣的条件下使用,由于热阻测量时可能会伴随高达数百安培的电流瞬时切断,其产生的电磁干扰经常使的普通计算机失去响应,所以选择它是非常适用的。 　　电压采样板的微控器才采用LPC1700系列ARM芯片LPC1766作为主控单元。LPC766是基于第二代ARM Cortex-M3内核的微控制器,是为嵌入式系统应用而设计的高性能、低功耗的32位微处理器,适用于仪器仪表、工业通讯、电机控制、灯光控制、报警系统等领域。其操作频率高达120MHz,采用3级流水线和哈佛结构,带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的低性能的第三条总线,使得代码执行速度高达1.25MIPS/MHz,并包含1个支持随机跳