如何用T3Ster测试IC的热特性
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，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。
jesd51-2a的热阻测试环境：（标准静止空气箱）。
图一：标准静止空气箱
rthj-bottom表示结到塑封料底面(case bottom)的热阻，不含金属焊料表面。
rthj-board表示结到pcb板背面的热阻。遵循的标准jedec51-14一维传热路径双界面分离法。
rthjt表示结到器件塑封料顶部（top）的热阻。遵循的标准jedec51-14一维传热路径双界面分离法。
rthja表示结到环境（air）的热阻，遵循的标准jedec51-2集成电路自然对流热测试环境要求及测试方法。
图二：热阻参数定义
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。
图三：jedec jesd 51半导体热测试标准
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)。
图四：电压法测试结温原理
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。
图五：coms结构测试其体二极管
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。
图六：典型的热测试芯片原理图及测试连接
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。
图七：典型的热阻测试载板1
图八：典型的热阻测试载板2
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。
图九：贝思科尔实验室t3ster实测ic样品
图十：t3ster记录样品的瞬态温度响应
图十一：通过数据处理得到样品的rja值
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。
贝思科尔（basicae），专注于为国内高科技电子、半导体、通信等行业提供先进的电子设计自动化（eda）、工程仿真分析（cae）、半导体器件热阻（rth）及功率循环（power cycling）热可靠性测试，以及研发数据信息化管理的解决方案和产品服务。
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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。
jesd51-2a的热阻测试环境：（标准静止空气箱）。
图一：标准静止空气箱
rthj-bottom表示结到塑封料底面(case bottom)的热阻，不含金属焊料表面。
rthj-board表示结到pcb板背面的热阻。遵循的标准jedec51-14一维传热路径双界面分离法。
rthjt表示结到器件塑封料顶部（top）的热阻。遵循的标准jedec51-14一维传热路径双界面分离法。
rthja表示结到环境（air）的热阻，遵循的标准jedec51-2集成电路自然对流热测试环境要求及测试方法。
图二：热阻参数定义
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。
图三：jedec jesd 51半导体热测试标准
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)。
图四：电压法测试结温原理
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图五：coms结构测试其体二极管
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。
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