CN111337809A - To-254/257封装功率器件热阻测试装置 - Google Patents

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刘楠
张辉
李娟�
邵麟
万俊珺
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Abstract

本发明的TO‑254/257封装功率器件热阻测试装置包括散热基板、环氧固定底座、第一金属模块、第二金属模块、第三金属模块和环氧固定压块；环氧固定底座安装在散热基板上；第一金属模块和第三金属模块安装在环氧固定底座；第二金属模块设置在环氧固定底座与所述散热基板之间；待测TO‑254/257封装功率器件置于散热基板上，待测器件的第一管脚和第三管脚分别与第一金属模块和第三金属模块连接，待测器件的第二管脚与第二金属模块连接；环氧固定压块与环氧固定底座连接，使待测器件的三个管脚与对应的金属模块压紧；第一金属模块、第二金属模块和第三金属模块均与热阻测试仪连接。

Description

TO-254/257封装功率器件热阻测试装置
技术领域
本发明涉及半导体器件测试技术领域，具体涉及一种TO-254/257封装功率器件热阻测试装置。
背景技术
半导体功率器件是电子产品的基础元器件之一，在电力电子行业有着广泛的应用。随着技术发展，器件功率提高以及封装尺寸变小，对功率器件的散热性能提出了更严格的考验。衡量器件散热能力的一个重要量化指标就是热阻。热阻也是电子封装重要的技术指标和特性，是热分析中常用的评价参数。
热阻值对功率器件的生产、使用、可靠性方面都有重要的意义。生产方面：在产品手册中提供器件热阻值指导用户使用；可以对器件封装的散热情况进行评估，通过选择封装类型、粘接材料、封装工艺等生产最优热性能结构的产品。使用方面：通过热阻值，可以快速预测工作结温并进行热可靠性设计；可以通过热阻测试比较不同生产厂或者不同封装器件的热性能；可以将热阻值作为模型的输入参数进行热学仿真。在可靠性方面：通过热阻确定功率器件结温制定电老练的工作条件；对由热性能引发的失效分析进行判定，发现封装工艺、封装材料中的问题并进行改进；对热特性进行评估，进行可靠性预测和设计，提高元器件平均工作寿命。
热阻测试需要在对被测器件施加功率时，管壳达到良好的散热条件，即芯片所在的管壳底部需接触金属散热块，将热量通过金属散热块传导到可控温散热平台上。
TO-254/257封装作为功率器件领域比较常用的封装类型，其管壳结构如图1所示。在测试TO-254/257封装功率半导体器件结壳热阻时，需要将TO-254/257封装功率半导体器件平放在散热台面上，对TO-254/257封装功率半导体器件的管脚施加大功率电流。目前常用的加电方法是管脚***带连接线的插座，插座中的弹片压紧管脚实现电学连接，这种连接方式不适合通过数十安的大电流，需要结合TO-254/257封装功率半导体器件大电流的使用要求设计相应的测试装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，解决TO-254/257封装功率半导体器件热阻测试难的问题。
为了达到上述的目的，本发明提供一种TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，包括散热基板、环氧固定底座、第一金属模块、第二金属模块、第三金属模块和环氧固定压块；所述环氧固定底座安装在所述散热基板上；所述第一金属模块和第三金属模块安装在所述环氧固定底座；所述第二金属模块设置在所述环氧固定底座与所述散热基板之间；待测TO-254/257封装功率器件置于所述散热基板上，待测TO-254/257封装功率器件的第一管脚和第三管脚分别与所述第一金属模块和第三金属模块连接，待测TO-254/257封装功率器件的第二管脚与第二金属模块连接；所述环氧固定压块与所述环氧固定底座连接，使待测TO-254/257封装功率器件的三个管脚与对应的金属模块压紧；所述第一金属模块、所述第二金属模块和所述第三金属模块均与热阻测试仪连接。
上述TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其中，所述环氧固定底座设有第二金属模块容置腔。
上述TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其中，所述环氧固定底座设有管脚搁置槽；所述第二金属模块上开设有第二管脚槽，第二金属模块置于所述第二金属模块容置腔内，第二管脚槽裸露在外，所述第二管脚槽与环氧固定底座上用于搁置第二管脚的管脚搁置槽组合；所述第一金属模块设有第一管脚槽，所述第一管脚槽与环氧固定底座上用于搁置第一管脚的管脚搁置槽组合；所述第三金属模块设有第三管脚槽，所述第三管脚槽与环氧固定底座上用于搁置第三管脚的管脚搁置槽组合。
上述TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其中，所述环氧固定底座设有T字型凸台，管脚搁置槽设置在T字型凸台上。
上述TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其中，所述散热基板一表面上设有定位槽，用于放置所述环氧固定底座。
上述TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其中，所述定位槽内设有引线孔，所述散热基板部分被挖空；所述第一金属模块设有第一接电端子，从第一接电端子引出电线，该电线经引线孔进入散热基板的挖空部分；所述第三金属模块设有第三接电端子，从第三接电端子引出电线，该电线通过引线孔进入散热基板的挖空部分。
上述TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其中，所述热阻测试装置还包括热电偶组件，所述热电偶组件包括载有热电偶的弹性接线柱和热电偶插头，所述载有热电偶的弹性接线柱通过电线与所述热电偶插头连接；所述载有热电偶的弹性接线柱与待测TO-254/257封装功率器件的管壳连接，所述热电偶插头连接热阻测试仪。
上述TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其中，所述散热基板设有热电偶安装孔，所述载有热电偶的弹性接线柱穿过热电偶安装孔与待测TO-254/257封装功率器件的管壳连接。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
本发明的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，通过散热基板对被测功率器件管壳散热，满足了热量沿一维方向向下传导的要求，满足器件在大电流下测试的应用要求；本发明的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置可准确地测试出TO-254/257封装功率半导体器件的结壳热阻值，这样不仅能够为评估器件的散热性能提供重要参数指标，而且对于优化功率器件封装设计、提高器件的可靠性和使用寿命都具有重大意义。
附图说明
本发明的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置由以下的实施例及附图给出。
图1为TO-254/257封装功率器件管壳结构示意图。
图2为本发明较佳实施例中TO-254/257封装功率器件热阻测试装置(局部一)分解示意图。
图3为本发明较佳实施例中TO-254/257封装功率器件热阻测试装置(局部二)分解示意图。
图4为本发明较佳实施例的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置装配图。
图5为本发明较佳实施例的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置应用实例示意图。
具体实施方式
以下将结合图1～图2对本发明的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置作进一步的详细描述。
图1所示为TO-254/257封装功率器件管壳结构示意图。如图1所示，TO-254/257封装功率器件管壳有三个管脚，即第一管脚41、第二管脚42和第三管脚43，第一管脚41、第二管脚42和第三管脚43设于TO-254/257封装功率器件管壳同一侧，第一管脚41和第三管脚43分别位于第二管脚42的两边。
热阻测试基于两种方法。方法1：通过结壳热阻公式
Figure BDA0002421543410000041
计算得到热阻值，其中管壳温度Tc通过热电偶测试获取。方法2：基于瞬态双界面法的结壳热阻测试方法(JEDEC51-14)，管壳底部分别涂导热硅脂和不涂导热硅脂得到两组结构曲线，曲线的分离点为结壳热阻值，该分法不使用热电偶。
图2所示为本发明较佳实施例中TO-254/257封装功率器件热阻测试装置(局部一)分解示意图；图3所示为本发明较佳实施例中TO-254/257封装功率器件热阻测试装置(局部二)分解示意图。
参见图2和图3，本实施例的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置包括散热基板12、环氧固定底座3、第一金属模块2a、第二金属模块4、第三金属模块2b、环氧固定压块1和热电偶组件；所述热电偶组件包括载有热电偶的弹性接线柱15和热电偶插头16，所述载有热电偶的弹性接线柱15通过电线与所述热电偶插头16连接。
所述环氧固定底座3安装在所述散热基板12上；所述第一金属模块2a和第三金属模块2b安装在所述环氧固定底座3；所述第二金属模块4设置在所述环氧固定底座3与所述散热基板12之间；待测TO-254/257封装功率器件置于所述散热基板12上，待测TO-254/257封装功率器件的管壳与所述散热基板12接触，待测TO-254/257封装功率器件的三个管脚支撑在所述环氧固定底座3上，且待测TO-254/257封装功率器件的第一管脚41和第三管脚43分别与所述第一金属模块2a和第三金属模块2b连接，待测TO-254/257封装功率器件的第二管脚42与第二金属模块4连接；所述环氧固定压块1与所述环氧固定底座3连接，使三个管脚与其对应的金属模块压紧，保证紧密电连接；所述第一金属模块2a、所述第二金属模块4和所述第三金属模块2b均与热阻测试仪连接，热阻测试仪对待测TO-254/257封装功率器件施加功率并采样芯片内部温敏二极管正向电压数据。
参见图2，所述环氧固定底座3设有T字型凸台19，所述T字型凸台19上设有压块安装孔7和管脚搁置槽，所述管脚搁置槽有三条，对应待测TO-254/257封装功率器件的三个管脚，所述压块安装孔7用于连接环氧固定压块1；所述环氧固定底座3还设有第二金属模块容置腔；所述环氧固定底座3还设有底座安装孔8，所述底座安装孔8用于连接散热基板12。
所述第二金属模块4上开设有第二管脚槽20，当所述第二金属模块4置于所述环氧固定底座3的第二金属模块容置腔内时，所述第二金属模块4的管脚槽20裸露在外，该第二管脚槽20与环氧固定底座3上用于搁置第二管脚42的管脚搁置槽组合，形成一条完整的搁置第二管脚42的槽。所谓“完整”是指：第二管脚槽20的长度+环氧固定底座3上用于搁置第二管脚42的管脚搁置槽的长度＝第二管脚42的长度。本实施例中，所述第二金属模块4呈T字型，所述第二管脚槽20开设在凸起的表面上。
继续参见图2，所述第一金属模块2a设有第一管脚槽21a，第一接电端子6a和第一金属模块安装孔22a；所述第一金属模块2a通过所述第一金属模块安装孔22a安装到所述环氧固定底座3上，此时，所述第一管脚槽21a与环氧固定底座3上用于搁置第一管脚41的管脚搁置槽组合，形成一条完整的搁置第一管脚41的槽；所述第一接电端子6a通过引出组件与热阻测试仪连接，所述引出组件包括电线和插头，所述电线一端与所述第一接电端子6a连接，所述电线另一端与所述插头连接，所述插头与热阻测试仪连接。
所述第三金属模块2b设有第三管脚槽21b，第三接电端子6b和第三金属模块安装孔22a；所述第三金属模块2b通过所述第三金属模块安装孔22a安装到所述环氧固定底座3上，此时，所述第三管脚槽21b与环氧固定底座3上用于搁置第三管脚43的管脚搁置槽组合，形成一条完整的搁置第三管脚43的槽；所述第三接电端子6b通过引出组件与热阻测试仪连接。
所述环氧固定压块1设有第一安装孔5，所述环氧固定压块1通过第一安装孔5、压块安装孔7和螺钉实现与环氧固定底座3的连接。
参见图3，所述散热基板12一表面上设有定位槽23，所述定位槽23内设有引线孔13和第二安装孔11，所述第二安装孔11用于连接环氧固定底座3。所述散热基板12该表面上还设有器件安装孔9。所述散热基板12部分被挖空，用于走线；所述散热基板12还设有第二接电端，该第二接电端与所述第二金属模块4连接。
本实施例中，所述散热基板12为铜制散热基板。
本实施例的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置适用于上述两种热阻测试方法。对于方法1，所述散热基板12还设有热电偶安装孔10，如图3所示。
图4所示为本发明较佳实施例的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置装配图；图5所示为本发明较佳实施例的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置应用实例示意图。
参见图2～图5，测试时，第二金属模块4置于环氧固定底座3的第二金属模块容置腔内；带有第二金属模块4的环氧固定底座3置于散热基板12的定位槽23内，通过底座安装孔8、第二安装孔11和螺钉将环氧固定底座3紧固在散热基板12上，第二金属模块4与散热基板12紧密接触，环氧固定底座3的两边各设有一引线孔13；通过第一金属模块安装孔22a将第一金属模块2a紧固在环氧固定底座3上，从第一接电端子6a引出电线，该电线通过一引线孔13进入散热基板12的挖空部分；通过第三金属模块安装孔22a将第三金属模块2b紧固在环氧固定底座3上，从第三接电端子6b引出电线，该电线通过另一引线孔13进入散热基板12的挖空部分；通过器件安装孔9将待测TO-254/257封装功率器件紧固在散热基板12上，待测TO-254/257封装功率器件的管壳与散热基板12紧密接触，待测TO-254/257封装功率器件的三个管脚分别置于各自的槽中；通过第一安装孔5、压块安装孔7和螺钉使环氧固定压块1紧固在环氧固定底座3上，依靠连接施加的紧固力使待测TO-254/257封装功率器件的三个管脚分别与各自的槽紧密接触，即形成了第一管脚41与第一金属模块2a的紧密接触，第二管脚42与第二金属模块4的紧密接触，第三管脚43与第三金属模块2b的紧密接触；从散热基板12的第二接电端引出电线；从第一接电端子6a引出的电线、从第三接电端子6b引出的电线以及从第二接电端引出的电线均经散热基板12的挖空部分走线、引出，再通过管脚引出线插头14连接热阻测试仪；散热基板12置于可控温散热平台17上。
参见图5中A，采用方法1测试热阻时，散热基板12上设有热电偶安装孔10，待测TO-254/257封装功率器件紧固在散热基板12上时，热电偶安装孔10位于待测TO-254/257封装功率器件的管壳下，载有热电偶的弹性接线柱15穿过热电偶安装孔10与待测TO-254/257封装功率器件的管壳连接，热电偶插头16连接热阻测试仪；热阻测试仪对待测TO-254/257封装功率器件施加功率并采样芯片内部温敏二极管正向电压数据，通过热电偶监测待测TO-254/257封装功率器件管壳底部温度，进行测试，测试结果将显示并保存在热阻测试仪上。
待测TO-254/257封装功率器件的管壳与散热基板12紧密接触，实现散热功能，散热基板12与待测TO-254/257封装功率器件管壳接触的区域涂敷导热硅脂。
参见图5中B，采用方法2测试热阻时，散热基板12上无需热电偶安装孔10。测试包括：1)与待测TO-254/257封装功率器件管壳接触的区域不涂敷导热硅脂，热阻测试仪对待测TO-254/257封装功率器件施加功率并采样芯片内部温敏二极管正向电压数据，进行测试，得到第一组结构曲线；2)与待测TO-254/257封装功率器件管壳接触的区域涂敷导热硅脂，热阻测试仪对待测TO-254/257封装功率器件施加功率并采样芯片内部温敏二极管正向电压数据，进行测试，得到第二组结构曲线；3)寻找两组结构曲线的分离点。
待测TO-254/257封装功率器件的管壳与散热基板12紧密接触，实现散热功能。

Claims (10)

1.TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其特征在于，包括散热基板、环氧固定底座、第一金属模块、第二金属模块、第三金属模块和环氧固定压块；所述环氧固定底座安装在所述散热基板上；所述第一金属模块和第三金属模块安装在所述环氧固定底座；所述第二金属模块设置在所述环氧固定底座与所述散热基板之间；待测TO-254/257封装功率器件置于所述散热基板上，待测TO-254/257封装功率器件的第一管脚和第三管脚分别与所述第一金属模块和第三金属模块连接，待测TO-254/257封装功率器件的第二管脚与第二金属模块连接；所述环氧固定压块与所述环氧固定底座连接，使待测TO-254/257封装功率器件的三个管脚与对应的金属模块压紧；所述第一金属模块、所述第二金属模块和所述第三金属模块均与热阻测试仪连接。
2.如权利要求1所述的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其特征在于，所述环氧固定底座设有第二金属模块容置腔。
3.如权利要求2所述的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其特征在于，所述环氧固定底座设有管脚搁置槽；所述第二金属模块上开设有第二管脚槽，第二金属模块置于所述第二金属模块容置腔内，第二管脚槽裸露在外，所述第二管脚槽与环氧固定底座上用于搁置第二管脚的管脚搁置槽组合；所述第一金属模块设有第一管脚槽，所述第一管脚槽与环氧固定底座上用于搁置第一管脚的管脚搁置槽组合；所述第三金属模块设有第三管脚槽，所述第三管脚槽与环氧固定底座上用于搁置第三管脚的管脚搁置槽组合。
4.如权利要求3所述的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其特征在于，所述环氧固定底座设有T字型凸台，管脚搁置槽设置在T字型凸台上。
5.如权利要求1所述的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其特征在于，所述散热基板一表面上设有定位槽，用于放置所述环氧固定底座。
6.如权利要求5所述的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其特征在于，所述定位槽内设有引线孔，所述散热基板部分被挖空；所述第一金属模块设有第一接电端子，从第一接电端子引出电线，该电线经引线孔进入散热基板的挖空部分；所述第三金属模块设有第三接电端子，从第三接电端子引出电线，该电线通过引线孔进入散热基板的挖空部分。
7.如权利要求6中任一权利要求所述的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其特征在于，所述散热基板还设有第二接电端，该第二接电端与所述第二金属模块连接。
8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其特征在于，所述热阻测试装置还包括热电偶组件，所述热电偶组件包括载有热电偶的弹性接线柱和热电偶插头，所述载有热电偶的弹性接线柱通过电线与所述热电偶插头连接；所述载有热电偶的弹性接线柱与待测TO-254/257封装功率器件的管壳连接，所述热电偶插头连接热阻测试仪。
9.如权利要求8所述的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其特征在于，所述散热基板设有热电偶安装孔，所述载有热电偶的弹性接线柱穿过热电偶安装孔与待测TO-254/257封装功率器件的管壳连接。
10.如权利要求1所述的TO-254/257封装功率器件热阻测试装置，其特征在于，所述散热基板为铜制散热基板。
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