一、基于電學(xué)法的熱瞬態(tài)測試技術(shù)

1.測試方法 ：電學(xué)法

尋找器件內(nèi)部具有溫度敏感特性的電學(xué)參數(shù)，通過測量該溫度敏感參數(shù)（TSP）的變化來得到結(jié)溫的變化。

TSP 的選擇：一般選取器件內(nèi) PN 結(jié)的正向結(jié)電壓。

2.測試技術(shù)：熱瞬態(tài)測試

① 當(dāng)器件的功率發(fā)生變化時，器件的結(jié)溫會從一個熱穩(wěn)定狀態(tài)變到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，T3Ster 將會記錄結(jié)溫瞬態(tài)變化過程（包括升溫過程與降溫過程）。

② 一次測試，既可以得到穩(wěn)態(tài)的結(jié)溫?zé)嶙钄?shù)據(jù)，也可以得到結(jié)溫隨著時間的瞬態(tài)變化曲線。

③ 瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線包含了熱流傳導(dǎo)路徑中每層結(jié)構(gòu)的詳細(xì)熱學(xué)信息（熱阻和熱容參數(shù)）。

二、應(yīng)用實例

1.如何利用結(jié)構(gòu)函數(shù)識別器件的結(jié)構(gòu)

LED的一般散熱路徑為：芯片 - 固晶層 - 支架或基板 - 焊錫膏 - 輔助測試基板 - 導(dǎo)熱連接材料

如下面結(jié)構(gòu)函數(shù)顯示，結(jié)構(gòu)函數(shù)上越靠近 y 軸的地方代表著實際熱流傳導(dǎo)路徑上接近芯片有源區(qū)的結(jié)構(gòu)，而越遠(yuǎn)離 y 軸的地方代表著熱流傳導(dǎo)路徑上離有源區(qū)較遠(yuǎn)的結(jié)構(gòu)。

積分結(jié)構(gòu)函數(shù)是熱容—熱阻函數(shù)，曲線上平坦的區(qū)域代表器件內(nèi)部熱阻大、熱容小的結(jié)構(gòu)，陡峭的區(qū)域代表器件內(nèi)部熱阻小、熱容大的結(jié)構(gòu)。

微分結(jié)構(gòu)函數(shù)中，波峰與波谷的拐點就是兩種結(jié)構(gòu)的分界處，便于識別器件內(nèi)部的各層結(jié)構(gòu)。

在結(jié)構(gòu)函數(shù)的末端，其值趨向于一條垂直的漸近線，此時代表熱流傳導(dǎo)到了空氣層，由于空氣的體積無窮大，因此熱容也就無窮大。從原點到這條漸近線之間的 x 值就是結(jié)區(qū)到空氣環(huán)境的熱阻，也就是穩(wěn)態(tài)情況下的熱阻。

2.利用結(jié)構(gòu)函數(shù)識別器件封裝內(nèi)部的“缺陷”：

對比上面兩個器件的剖面結(jié)構(gòu)，固晶層可見明顯差異。如下圖，左邊為正常產(chǎn)品，右邊為固晶層有缺陷的產(chǎn)品。

根據(jù)上圖顯示，固晶層缺陷會造成的熱阻增大，影響散熱性能，具體的影響程度與缺陷的大小有關(guān)。

3.測量結(jié)殼熱阻：

這兩次測試的分別：第一次測量，器件直接接觸到基板熱沉上；第二次測量，器件和基板熱沉中間夾著導(dǎo)熱雙面膠。由于兩次散熱路徑的改變僅僅發(fā)生在器件封裝殼之外，因此結(jié)構(gòu)函數(shù)上兩次測量的分界處就代表了器件的殼。如下圖所示的曲線變化，可得出器件的精確熱阻。

4.結(jié)構(gòu)無損檢測：

同批次產(chǎn)品，取固晶層完好、邊緣缺陷以及中間缺陷的樣品測試。固晶完好的固晶層應(yīng)為矩形，而邊緣和中間存在缺陷，則固晶層不規(guī)則，下圖兩種缺陷的圖片。

此次檢測測試出三條熱阻曲線。由于三次測試的芯片是一樣的，因此在結(jié)構(gòu)函數(shù)中表征芯片部分的曲線是完全重合在一起的。隨著固晶層損傷程度的增加，該結(jié)構(gòu)層的熱阻逐漸變大。這是由于空洞阻塞了有效的散熱通道造成的。

根據(jù)測試結(jié)果，不僅可以定性地找出存在缺陷的結(jié)構(gòu)，而且還能定量得到缺陷引起的熱阻的變化量。

5.老化試驗表征手段：

下圖為一個高溫高濕老化案例中同一樣品不同時期的熱阻曲線。

老化前后，從芯片后波峰的移動可以清晰地看出由于老化造成的分層，導(dǎo)致了芯片粘結(jié)層的熱阻增大。對樣品不同階段的熱阻測試，可得到每層結(jié)構(gòu)的熱阻變化，根據(jù)變化分析老化機理，從而改善產(chǎn)品散熱性能。