本發(fā)明涉及電子器件測試領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體結(jié)溫測試裝置及其測試方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體器件是具有單向?qū)щ娦缘碾娮悠骷涮攸c是在電路中可以實現(xiàn)正向?qū)ê头聪蚪刂沟墓δ埽墙M成大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)元器件，在電子工業(yè)領(lǐng)域占有非常重要的地位。眾所周知半導(dǎo)體的特性與pn結(jié)中載流子被激發(fā)的程度有關(guān)，而溫度是影響載流子激發(fā)程度最重要的因素，是決定半導(dǎo)體器件能否正常工作的關(guān)鍵。所以結(jié)溫測試成了器件在新品驗證和應(yīng)用選型時首先要做的測試項目，傳統(tǒng)的測試方法如下：

在器件表面粘貼感溫探頭，給器件通正向電流if，溫度穩(wěn)定后測試器件兩端的壓降u，由此可以得到正向功率p，再由溫度采集儀的感溫探頭得知殼溫tc，則結(jié)溫結(jié)果如下：

tj＝tc+p*rθj-c

其中器件的供應(yīng)商會在產(chǎn)品規(guī)格書中標(biāo)明熱阻rθj-c。此方法的不足之處有：1測試產(chǎn)品的殼溫tc需要感溫探頭緊貼產(chǎn)品表面，以使得正向功耗所產(chǎn)生的溫度能夠準(zhǔn)確的反映到測試儀器，但實際在試驗中探頭往往不能緊貼表面，且溫度越高探頭越易松動，溫度采集越不準(zhǔn)；2熱阻值由供應(yīng)商測試通過規(guī)格書向客戶說明，同類產(chǎn)品不同廠家的熱阻值往往存在較大差異，這其中既有供應(yīng)商的主觀因素存在，也有熱阻值本身在測試的過程存在較大誤差的原因(包括殼溫的采集等)。以上諸多因素最終導(dǎo)致結(jié)溫測試準(zhǔn)確性不足。

針對這一問題，提出了許多改進(jìn)措施，均采用采樣計算函數(shù)擬合公式并通過擬合公式計算得出相應(yīng)參數(shù)，從而利用結(jié)溫計算公式得出相應(yīng)半導(dǎo)體器件的結(jié)溫。例如國家知識產(chǎn)權(quán)局2016-2-24公開的一項發(fā)明專利申請(申請?zhí)枺?01510691257.0，名稱：led芯片結(jié)溫測試方法)包括以下步驟：(1)建模：led芯片在驅(qū)動電流下分別采集25℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃環(huán)境溫度下驅(qū)動電流的電壓值；(2)建模計算：根據(jù)步驟(1)得到的溫度和對應(yīng)的電壓差值獲取一次函數(shù)擬合公式y(tǒng)＝ax+b，其中x為橫坐標(biāo)，代表環(huán)境溫度；y為縱坐標(biāo)，代表電壓差值；a為斜率，b為截矩；(3)實測：采用驅(qū)動電流將led芯片驅(qū)動到熱平衡狀態(tài)，獲取熱平衡狀況下的電壓值；(4)結(jié)溫計算：獲取熱平衡電壓與常溫建模電壓差δvf；再根據(jù)結(jié)溫計算公式tj＝(δvf-b)/a，計算得到led芯片的結(jié)溫。所述驅(qū)動電流采用相應(yīng)led芯片的老化電流。本發(fā)明可獲取準(zhǔn)確的led芯片結(jié)溫，并且測試設(shè)備成本較低。但是其本質(zhì)是利用多次采樣得出相應(yīng)的計算公式，最終通過計算方式得出半導(dǎo)體的結(jié)溫，是理論值，并非實測值，所以這樣計算出的結(jié)溫與實際工作狀態(tài)下半導(dǎo)體pn結(jié)的結(jié)溫相差大，不能評估半導(dǎo)體的真實性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對以上問題，提供了一種能夠直接測得半導(dǎo)體結(jié)溫，測得結(jié)溫誤差小，能真實反映半導(dǎo)體二極管的真實性能的半導(dǎo)體結(jié)溫測試裝置及其測試方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種半導(dǎo)體結(jié)溫測試裝置，包括二極管安置位和恒流源，所述二極管安置位連接恒流源，所述二極管安置位兩端并聯(lián)電壓表，所述二極管安置位設(shè)于烘箱內(nèi)；

還包括半導(dǎo)體特性測試儀，所述半導(dǎo)體特性測試儀并聯(lián)于二極管安置位的兩端，所述二極管安置位上設(shè)有二極管。

所述二極管安置位包括絕緣的基座，在所述基座上設(shè)有一對卡位，二極管的接線端卡合在所述卡位上；

所述卡位的包括卡接部件和連接部件，所述卡接部件的末端設(shè)有連接部件，所述連接部件設(shè)于所述基座內(nèi)；

所述基座上與所述連接部件對應(yīng)的外壁上設(shè)有連接孔，所述連接孔與所述連接部件連通，所述恒流源通過連接孔與連接部件連接。

所述連接孔內(nèi)設(shè)有連接端，所述連接端與所述連接部件連接，所述連接端設(shè)于所述連接孔的內(nèi)壁上，所述連接端上設(shè)有螺紋。

所述烘箱包括外殼和設(shè)于烘箱內(nèi)的加熱裝置，所述加熱裝置設(shè)于所述外殼的側(cè)壁上，所述烘箱內(nèi)設(shè)有溫度感應(yīng)器，所述溫度感應(yīng)器連接控制器；

所述二極管安置位上設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器通過支架固定在所述基座上、且緊貼二極管，所述溫度傳感器與所述控制器連接；

所述控制器接收溫度傳感器和溫度感應(yīng)器的信號、并將溫度傳感器和溫度感應(yīng)器感應(yīng)道的溫度顯示在控制器的面板上。

所述支架包括首端固定在所述基座上的萬向軟管，所述萬向軟管的末端鉸接有固定扣所述溫度傳感器設(shè)于所述固定扣的內(nèi)壁上，所述固定扣的外壁上設(shè)有鎖緊裝置，所述鎖緊裝置鎖緊固定扣和基座。

所述鎖緊裝置為鎖扣，所述鎖扣的活動部分對應(yīng)設(shè)于所述基座上，所述鎖扣的固定部分設(shè)于所述固定扣的外壁上。

所述鎖緊裝置包括設(shè)于所述固定扣外壁上的掛鉤，所述掛鉤上設(shè)有彈簧，所述彈簧的首端固定在所述掛鉤上，所述彈簧的另一端固定在基座上。

一種半導(dǎo)體結(jié)溫測試裝置的測試方法，按如下步驟操作：

1)接線

1.1)半導(dǎo)體二極管放置在二極管安置位上；

1.2)二極管安置位通過導(dǎo)線和半導(dǎo)體特性測試儀、恒流源和電壓表連接；

2)第一次測量半導(dǎo)體二極管溫度和壓降

2.1)打開恒流源，給半導(dǎo)體二極管上電給半導(dǎo)體二極管一個正向電流if1；

2.2)測試在正向電流if1下的半導(dǎo)體二極管的溫度，當(dāng)溫度穩(wěn)定后記錄為ta，同時測量此時二極管半導(dǎo)體兩端的壓降記錄為vf1；

3)第二次測量半導(dǎo)體二極管溫度和壓降

3.1)打開烘箱，調(diào)整烘箱溫度，使得二極管表面溫度與烘箱溫度相同；

3.2)測量在不同溫度下的半導(dǎo)體二極管的電流if2，由于恒流源的作用使得if2≡if1，測量此時半導(dǎo)體二極管兩端的壓降，記錄為vf2；

3.3)調(diào)節(jié)烘箱溫度，使得vf2＝vf1，記錄此時的烘箱溫度為tj即為半導(dǎo)體二極管的結(jié)溫。

本發(fā)明中半導(dǎo)體二極管放置到一個環(huán)境中(室溫、烘箱等環(huán)境條件下)足夠長時間，其本體的溫度是和環(huán)境溫度相等的，所以長期放置以后環(huán)境溫度即為半導(dǎo)體器件的結(jié)溫。根據(jù)半導(dǎo)體的熱敏特性，特定的結(jié)溫tj下產(chǎn)生的正向壓降vf也是一定的，且此關(guān)系為一一對應(yīng)，即vf和結(jié)溫tj形成的函數(shù)關(guān)系是單調(diào)函數(shù)，在本發(fā)明中當(dāng)vf2和vf1相等時，代表此時在烘箱中的半導(dǎo)體結(jié)溫與持續(xù)通電流if1時的結(jié)溫相等，所以此時烘箱的環(huán)境溫度ta就是半導(dǎo)體的結(jié)溫。利用電壓表測得一定電流下(由恒流源提供)的半導(dǎo)體二極管兩端的電壓降，根據(jù)半導(dǎo)體的熱敏特性，特定的結(jié)溫下半導(dǎo)體二極管兩端的電值也是一定的，且此關(guān)系為一一對應(yīng)。由此，就能夠得到半導(dǎo)體二極管在一定電流下的結(jié)溫。相較于現(xiàn)有技術(shù)采用函數(shù)計算的方法得出的理論結(jié)溫來說，直接測量得出的結(jié)溫誤差更小，能夠更加準(zhǔn)確的反應(yīng)出半導(dǎo)體二極管的真實性能。在將半導(dǎo)體二極管安放在二極管安置位上時，半導(dǎo)體二極管的引腳卡合在卡位上，通過連接部件與恒流源連接。利用卡接部件的彈力性能將引腳緊密卡合，確保連接牢靠，降低在測試過程中出現(xiàn)半導(dǎo)體二極管脫落的風(fēng)險，間接提高測試效率。溫度感應(yīng)器用于在測試過程中監(jiān)控烘箱的溫度，溫度傳感器用于在測試過程中測試半導(dǎo)體二極管的溫度，在實際使用時將溫度傳感器測得的溫度與溫度感應(yīng)器測得的溫度相比較，從而能夠確定在測試過程環(huán)境溫度和半導(dǎo)體二極管的溫度相同。測試人員可以方便快捷的確定此時的溫度信息，加快測試進(jìn)程，縮短測試時間。固定扣因為鎖緊裝置的作用緊貼在半導(dǎo)體二極管上，使得溫度傳感器和半導(dǎo)體二級管接觸，確保溫度傳感器和半導(dǎo)體二極管接觸良好，減小溫度傳感器的測量誤差，提高測試精度。溫度傳感器設(shè)置在固定扣的內(nèi)壁上，即能夠使得溫度傳感器在一個相對封閉的狀態(tài)下工作，能夠更加準(zhǔn)確的測量半導(dǎo)體二極管的溫度，減小環(huán)境溫度對測量結(jié)果的影響，測量精度高。總之，本發(fā)明具有能夠直接測得半導(dǎo)體結(jié)溫，測得結(jié)溫誤差小，能真實反映半導(dǎo)體二極管的真實性能的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，

1是恒流源，2是烘箱，3是電壓表，4是半導(dǎo)體特性測試儀，5是二極管安置位。

具體實施方式

本發(fā)明如圖所示，一種半導(dǎo)體結(jié)溫測試裝置，包括二極管安置位5和恒流源1，所述二極管安置位5連接恒流源1，所述二極管安置位兩端并聯(lián)電壓表3，所述二極管安置位設(shè)于烘箱2內(nèi)；還包括半導(dǎo)體特性測試儀4，所述半導(dǎo)體特性測試儀并聯(lián)于二極管安置位的兩端，所述二極管安置位上設(shè)有二極管。使用時將半導(dǎo)體二極管放置在二極管安置位上，利用恒流源提供恒定電流，烘箱提供穩(wěn)定的環(huán)境溫度，當(dāng)把半導(dǎo)體二極管放置在烘箱中足夠長時間后，半導(dǎo)體二極管的結(jié)溫和烘箱的溫度一致，此時烘箱的溫度就是半導(dǎo)體二極管的結(jié)溫。利用電壓表測得一定電流下(由恒流源提供)的半導(dǎo)體二極管兩端的電壓降，根據(jù)半導(dǎo)體的熱敏特性，特定的結(jié)溫下半導(dǎo)體二極管兩端的電值也是一定的，且此關(guān)系為一一對應(yīng)。由此，就能夠得到半導(dǎo)體二極管在一定電流下的結(jié)溫。相較于現(xiàn)有技術(shù)采用函數(shù)計算的方法得出的理論結(jié)溫來說，直接測量得出的結(jié)溫誤差更小，能夠更加準(zhǔn)確的反應(yīng)出半導(dǎo)體二極管的真實性能。

所述二極管安置位包括絕緣的基座，在所述基座上設(shè)有一對卡位，二極管的接線端卡合在所述卡位上；所述卡位的包括卡接部件和連接部件，所述卡接部件的末端設(shè)有連接部件，所述連接部件設(shè)于所述基座內(nèi)；所述基座上與所述連接部件對應(yīng)的外壁上設(shè)有連接孔，所述連接孔與所述連接部件連通，所述恒流源通過連接孔與連接部件連接。在將半導(dǎo)體二極管安放在二極管安置位上時，半導(dǎo)體二極管的引腳卡合在卡位上，通過連接部件與恒流源連接。利用卡接部件的彈力性能將引腳緊密卡合，確保連接牢靠，降低在測試過程中出現(xiàn)半導(dǎo)體二極管脫落的風(fēng)險，間接提高測試效率。

所述連接孔內(nèi)設(shè)有連接端，所述連接端與所述連接部件連接，所述連接端設(shè)于所述連接孔的內(nèi)壁上，所述連接端上設(shè)有螺紋。二極管安置位的接線采用接插式接線，連接孔設(shè)在基座上，導(dǎo)線的接線端插入連接孔，與連接端接觸，最后通過螺紋固定，提升了接線的可靠性，防止導(dǎo)線松脫，影響測試進(jìn)度，提高測試效率。

所述烘箱包括外殼和設(shè)于烘箱內(nèi)的加熱裝置，所述加熱裝置設(shè)于所述外殼的側(cè)壁上，所述烘箱內(nèi)設(shè)有溫度感應(yīng)器，所述溫度感應(yīng)器連接控制器；所述二極管安置位上設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器通過支架固定在所述基座上、且緊貼二極管，所述溫度傳感器與所述控制器連接；所述控制器接收溫度傳感器和溫度感應(yīng)器的信號、并將溫度傳感器和溫度感應(yīng)器感應(yīng)道的溫度顯示在控制器的面板上。溫度感應(yīng)器用于在測試過程中監(jiān)控烘箱的溫度，溫度傳感器用于在測試過程中測試半導(dǎo)體二極管的溫度，在實際使用時將溫度傳感器測得的溫度與溫度感應(yīng)器測得的溫度相比較，從而能夠確定在測試過程環(huán)境溫度和半導(dǎo)體二極管的溫度相同。測試人員可以方便快捷的確定此時的溫度信息，加快測試進(jìn)程，縮短測試時間。

所述支架包括首端固定在所述基座上的萬向軟管，所述萬向軟管的末端鉸接有固定扣，所述溫度傳感器設(shè)于所述固定扣的內(nèi)壁上，所述固定扣的外壁上設(shè)有鎖緊裝置，所述鎖緊裝置鎖緊固定扣和基座。所述鎖緊裝置為鎖扣，所述鎖扣的活動部分對應(yīng)設(shè)于所述基座上，所述鎖扣的固定部分設(shè)于所述固定扣的外壁上。所述鎖緊裝置包括設(shè)于所述固定扣外壁上的掛鉤，所述掛鉤上設(shè)有彈簧，所述彈簧的首端固定在所述掛鉤上，所述彈簧的另一端固定在基座上。固定扣因為鎖緊裝置的作用緊貼在半導(dǎo)體二極管上，使得溫度傳感器和半導(dǎo)體二級管接觸，確保溫度傳感器和半導(dǎo)體二極管接觸良好，減小溫度傳感器的測量誤差，提高測試精度。溫度傳感器設(shè)置在固定扣的內(nèi)壁上，即能夠使得溫度傳感器在一個相對封閉的狀態(tài)下工作，能夠更加準(zhǔn)確的測量半導(dǎo)體二極管的溫度，減小環(huán)境溫度對測量結(jié)果的影響，測量精度高。

一種半導(dǎo)體結(jié)溫測試裝置的測試方法，按如下步驟操作：

1)接線

1.1)半導(dǎo)體二極管放置在二極管安置位上；

1.2)二極管安置位通過導(dǎo)線和半導(dǎo)體特性測試儀、恒流源和電壓表連接；

2)第一次測量半導(dǎo)體二極管溫度和壓降

2.1)打開恒流源，給半導(dǎo)體二極管上電給半導(dǎo)體二極管一個正向電流if1；

2.2)測試在正向電流if1下的半導(dǎo)體二極管的溫度，當(dāng)溫度穩(wěn)定后記錄為ta，同時測量此時二極管半導(dǎo)體兩端的壓降記錄為vf1；

3)第二次測量半導(dǎo)體二極管溫度和壓降

3.1)打開烘箱，調(diào)整烘箱溫度，加熱足夠長時間(時間記為t，時間t≥2小時)使得二極管表面溫度與烘箱溫度相同；

3.2)測量在不同溫度下的半導(dǎo)體二極管的電流if2(vf)，由于恒流源的作用使得if2≡if1，測量此時半導(dǎo)體二極管兩端的壓降，記錄為vf2；

3.3)調(diào)節(jié)烘箱溫度，使得vf2＝vf1，記錄此時的烘箱溫度為tj即為半導(dǎo)體二極管的結(jié)溫。

上述方法中正向電流if1是依據(jù)客戶需要給定的，可以認(rèn)為是常數(shù)值，但是if1的值不能超出二極管的額定電流值。以型號為20sq045的半導(dǎo)體二極管為例，客戶可以要求測得低于額定電流下的任意電流值的結(jié)溫，但最高不能超過規(guī)格書上標(biāo)稱的電流值，由于型號為20sq045的半導(dǎo)體二極管的額定電流為20a，即客戶可以要求測試20a以下任意電流的結(jié)溫，客戶要求的電流值即為恒流源給定的正向電流if1。

以20a電流為例，通20a穩(wěn)定后兩端的壓降vf1為295mv，現(xiàn)將其放置到烘箱中，并通過連接線與半導(dǎo)體特性數(shù)顯測試儀相連，每次當(dāng)溫度穩(wěn)定后測試其兩端壓降vf2，當(dāng)烘箱溫度達(dá)到211℃時，且穩(wěn)定以后測得vf2@20a＝295mv。此時我們認(rèn)為211℃就是二極管的結(jié)溫。

同樣型號的二極管利用函數(shù)擬合的方式，首先測得k值(電壓和溫度的比值)如表一所示，測得三組溫度和電壓，繪制出溫度和電壓的關(guān)系曲線，得出k值-0.8mv/℃。

表一

在常溫環(huán)境下，對二極管通20a的正向電流，穩(wěn)定1h后測得vf(二極管兩端的正向壓降)為295mv，根據(jù)前面的k值曲線可得出方程：y＝-0.8x+477(y代表兩端壓降vf，x代表產(chǎn)品結(jié)溫)得出20a下二極管兩端的壓降為y＝295mv，由上式可推出結(jié)溫x＝227.5℃，顯然現(xiàn)有的方法是通過擬合函數(shù)推導(dǎo)出的結(jié)溫，它是通過已知的點形成的數(shù)學(xué)關(guān)系來推測未知的點測出來的溫度，誤差很大；而本案所提到的方法是通過實際加熱來測量得到的結(jié)溫值，顯然更準(zhǔn)確。

利用上面的方法測試半導(dǎo)體二極管的測量依據(jù)是：半導(dǎo)體二極管放置到一個環(huán)境中(室溫、烘箱等環(huán)境條件下)足夠長時間，其本體的溫度是和環(huán)境溫度相等的，所以長期放置以后環(huán)境溫度即為半導(dǎo)體器件的結(jié)溫。根據(jù)半導(dǎo)體的熱敏特性，特定的結(jié)溫tj下產(chǎn)生的正向壓降vf也是一定的，且此關(guān)系為一一對應(yīng)，即vf和結(jié)溫tj形成的函數(shù)關(guān)系是單調(diào)函數(shù)，在本發(fā)明中當(dāng)vf2和vf1相等時，代表此時在烘箱中的半導(dǎo)體結(jié)溫與持續(xù)通電流if1時的結(jié)溫相等，所以此時烘箱的環(huán)境溫度ta就是半導(dǎo)體的結(jié)溫。相較于現(xiàn)有技術(shù)采用函數(shù)計算的方法得出的理論結(jié)溫來說，直接測量得出的結(jié)溫誤差更小，能夠更加準(zhǔn)確的反應(yīng)出半導(dǎo)體二極管的真實性能。