【经验】贝思科尔解析如何用T3Ster测试IC的热特性

时间： 2023-05-31 来源：贝思科尔微信公众号

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近期不少客户咨询，如何测试封装IC类样品的热特性，以及结温与封装热阻的测量。在本文中，贝思科尔将结合集成电路热测试标准和载板设计标准向大家介绍如何用T3Ster瞬态热阻测试仪测试IC产品的热特性。

介绍

随着电子产业的蓬勃发展，电子组件的发展趋势朝向高功能、高复杂性、大量生产及低成本的方向。组件的发热密度提升，伴随产生的发热问题也越来越严重，而产生的直接结果就是产品可靠度降低，因而热管理相关技术的发展也越来越重要。电子组件热管理技术中最常用也是重要的评量参考是热阻，对于IC 封装产品，最重要的参数是由芯片热源到固定位置的热阻，其定义为：

热阻值一般常用 θ或是 R 表示，其中 Tj 指芯片热源的结温，Tx 为热传到某点位置的温度，P 为发热功率。热阻大表示热量不容易传递，散热效果差，因此器件工作时产生的温度就比较高，产品可靠性下降。电子系统产品设计时，为了预测及分析组件的温度，需要使用热阻值的数据，因而设计人员除了需提供良好散热设计，更需提供可靠的热阻。

最常见的热阻参数：RJA（结到环境热阻），RJC（结到壳热阻）和RJB（结到板热阻）。当知道参考温度（环境、箱子、板），功耗以及相关的热阻值时，即可计算结温。当封装的IC直接安装到PCB或散热器的高导热封装时，RJC就非常重要，RJB则表示了IC到PCB板的散热热阻。而RJA通常需要在JESD51-2A中规定的热阻测试环境中测试。

1.JESD51-2A的热阻测试环境：（标准静止空气箱）。

IC热阻测量方法

由于一般 IC 封装时芯片发热区会被封装材料覆盖，无法直接测量芯片工作时的温度，因此热阻量测所采用的方式一般是利用电性特性来量测，即JEDEC标准中的ETM电压法测量。

例如芯片上的二极管或晶体管的温度及电压特性，由于导通时正向压降和温度会呈线性关系，因此可用来作为温度敏感参数(Temperature Sensitive parameter)。

T3Ster作为一款先进的半导体器件封装热特性测试仪器，能帮助用户在数分钟内获取各类封装的热特性数据。它能够通过电压法精确测量IC器件的结温和封装热阻，然而IC的内部电路十分复杂，不像分立器件可以直接对其二极管特性进行测量，我们需要找到其电压特性来进行热测试。一般而言，对于CMOS工艺的IC，我们可用其体二极管作为热源进行热测试。

当不满足这种测试方式时，可采用热测试芯片（thermal test chip）来进行封装的热阻测量。热测试芯片是为了提供统一的加热结构(如电阻或有源器件)而专门设计的，包括一个或多个小的、规律性排布的温度感应二极管。加热结构必须占芯片总面积的85%以上。电阻可以设计为单一单元或者两个或多个隔离的电阻器一起，但总面积必须满足此覆盖率要求。通常会优选后一种结构，因为它可以在设置加热源时提供更大的灵活性。如果芯片中包含有单个二极管，则通常会放在芯片的中心。

热阻测试载板

当一个IC样品满足了电压法测量条件后，为了便于接线和操作，以及确保测试结果的可靠性和可比性，需要制作标准测试载板，标准测试载板可帮助工程师评估器件的热性能，确定适当的散热措施和设计参数，提高IC器件的可靠性和性能。

载板设计标准JESD51-7和JESD51-9对测试载板的尺寸、材料和表面处理等方面都作出了严格的要求，这些要求可以更好地控制测试条件，从而减少测试误差。

当标准测试载板制作完成后，将IC焊接在标准测试载板上，就可以用T3Ster测量其热特性。

总结

利用T3Ster测试IC样品的热特性，我们首先需确定其电压特性，通过芯片的反向二极管、衬底二极管或者是制作热测试芯片等方式实现，再将芯片焊接在标准的测试载板上，才能对样品进行测量。

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