概 述

　　半導體結點(從IC中數(shù)以百萬計的晶體管到實現(xiàn)高亮度LED的大面積復合結點)可能由于不斷產(chǎn)生的熱而在早期發(fā)生故障。當特征尺寸縮小且電流 要求提高時，這將成為一個非常嚴重的問題，甚至正常操作也可能聚積熱量，使結點溫度升高。溫度上升可能增加結點內(nèi)的缺陷數(shù)量，從而導致器 件的性能下降、生命周期縮短。

　　采用四線測量方法或者Kelvin測量方法將SMU與器件相連接。通過感 應DUT（device under test）周圍而不是SMU（源測量單元source measure unit）。輸入端的電壓，四線電壓測量能降低電壓測量中由引線電阻導致的誤差。本文主要從下面四個方面(溫度量測方法，結點溫度測試方法，應用實例，誤差根源)對結點溫度量測的進行探討。

　　溫度量測方法

　　需要一種準確的溫度測量方法來測量半導體器件的溫度，以避免產(chǎn)生可能 導致故障的高溫。有一種方法很簡單，即測量結點溫度。它可以使用常用測試 和測量儀器，測量結果可被用來監(jiān)視特定器件的工作狀況。測量結點溫度的理 想方法是在盡可能離熱源近的地方監(jiān)視器件溫度。流過半導體結點的電流產(chǎn)生 熱，這些熱量經(jīng)過結點材料流向外部世界。

　　另一種方法是將溫度傳感器放在非?？拷雽w結點的位置，并且測量傳感器的輸出信號。隨著熱量流向外部區(qū)域，外部區(qū)域和傳感器的溫度升高。盡管這是一個很直接的過程，但由于傳感器尺寸有限，所以該方法具有許多物理上的限制。在很多情況下，傳感器本身比要測量的結點的尺寸大，這就會給系統(tǒng)增加大量的熱，同時帶來額外的測量誤差，從而降低測量準確度。因此，這種方法幾乎對大多數(shù)應用都沒有用。

　　測試設備

圖1：在測試設置中，SMU被用來描述半導體的正向壓降與結點溫度的關系。

　　SMU（源測量單元－Source Measure Unit）

　　一種更好的解決方法是利用結點本身作為溫度傳感器。對大多數(shù)材料來說， 結點正向壓降和結點溫度之間都存在密切的相關性。什么時候結點正向壓降與結點溫度呈非線性關系取決于結點的材料和設計。在溫度高達80°C至100°C的正常工作環(huán)境中，假設大多數(shù)材料的結點正向壓降與結點溫度為線性是安全的。非線性特性可以通過實驗方法來確定，即在更高的環(huán)境溫度下測量電壓，直到結點正向壓降與結點溫度為非線性。對于大多數(shù)器件而言，這種關系接近線性關系，可以用數(shù)學公式表達如下： TJ=(m×VF)+T0 (1)

　　其中，TJ=結點溫度(單位：°C)； m=斜率 {與器件相關的參數(shù)(與芯片襯底材料、芯片結構、封裝結構、發(fā)光波長 等都有關系 ) ，單位：°C/V }； VF=正向壓降； T0=截距(與器件相關的參數(shù)，單位：°C)。 在給定溫度下(TJ)下，半導體結點的正向壓降(VF)是一定的。如果我們 在兩種不同的溫度下測量VF，則可以計算出某個結點的斜率(m)以及截距 (T0)。由于這是一種線性關系，所以我們只需測量VF，就可以利用式(1)計 算不同狀態(tài)下的結點溫度。 TJ=(m×VF)+T0 (1)

　　如果知道不同工作狀態(tài)和封裝的器件的TJ，我們就能夠計算出不同封 裝類型和設計的熱參數(shù)，比如熱阻。這在設計特定工作條件以確保器件使 用壽命最長時顯得尤為重要，因為熱效應是早期器件故障的主要原因。