半导体器件热阻测量结构函数法优化及数据处理技术研究

发布时间：2017-10-03 08:43

  本文关键词：半导体器件热阻测量结构函数法优化及数据处理技术研究

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【摘要】：功率半导体器件与集成电路在微波通信、电力电子、军事国防等领域应用越来越广泛。但器件工作过程中电流密度的增大将导致有源区工作温升越来越高,热阻也越来越大,这严重影响器件的电学特性和可靠性。所以,研究一种精确测量半导体器件工作温升和热阻的方法对改进器件热设计并提高可靠性至关重要。本论文采用器件温敏电学参数方法(电学法)测量其工作温升,以实验室自主研发的热阻测试仪硬件设备为基础,进行相关控制软件开发和热阻算法的优化。主要完成了以下几个方面的工作:一、在前期基础上,对采集的瞬态温升离散数据的拟合算法进行优化研究。采用一种非参数拟合方法—局部加权回归散点平滑法(LOWESS)代替传统的指数拟合,以便能够更加细致地表征出采集温度的细微变化。分别提取利用两种拟合方法得到的瞬态温度响应曲线的热时间常数谱,对比分析器件热传导系统各组成部分,验证LOWESS算法的优越性。二、利用器件加功率前数据的标准差作为原始瞬态温度响应曲线平滑尺度的判断依据,并采用指数拟合和LOWESS平滑相结合的方法,向前反推1ns~1μs之间的温度变化趋势,进而获得包含器件真实热阻构成的微分结构函数图像。三、基于已有技术,实现一款高低压LED热阻测试仪软硬件优化设计。硬件上分离高低压测试电流、更换16位DAC芯片、利用程控电源提供工作电流和自动调节基准。软件上主要改进程控电源的控制算法。四、完成八通道SiC热阻测试仪和VDMOS两通道二极管一体化测试仪的海量数据处理与界面控制软件开发。采用Microsoft Visual Studio 2010作为集成开发环境,设计USB-4600采集卡的数据采集控制、测量及处理数据保存路径、多通道测量、曲线图像呈现、8通道功率模式选择和VDMOS恒流模式选择等控制算法,实现软硬件结合地智能化测量。
【关键词】：LOWESS LED SiC VDMOS 热阻
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN307
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 本论文的研究内容12-13
• 第2章 基于结构函数法的半导体器件热阻测量技术13-21
• 2.1 温升及热阻的概念13
• 2.2 电学法测量器件热阻原理13-16
• 2.2.1 温度系数测量14-15
• 2.2.2 温敏参数的测量15-16
• 2.3 结构函数法提取半导体器件热阻构成的过程16-20
• 2.3.1 瞬态响应函数16-17
• 2.3.2 热时间常数谱17-18
• 2.3.3 微积分结构函数18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 半导体器件热传导系统结构构成方法研究21-33
• 3.1 实验半导体器件的选取及测量21-23
• 3.2 分析器件结构构成方法23-29
• 3.2.1 分析器件结构构成的原理及过程23
• 3.2.2 LOWESS数据平滑算法23-25
• 3.2.3 实验数据对比结果25-29
• 3.3 半导体器件热阻计算算法优化设计29-32
• 3.3.1 智能化数据平滑处理30-31
• 3.3.2 算法优化结果对比31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第4章 热阻测试仪系统控制软件设计33-59
• 4.1 单路高低压LED测试仪软硬件优化设计33-39
• 4.1.1 硬件电路优化与实现33-36
• 4.1.2 控制界面设计36-38
• 4.1.3 程控电源编程38-39
• 4.2 八通道SiC测试仪软件开发39-50
• 4.2.1 控制界面架构41-42
• 4.2.2 测量数据采集42-45
• 4.2.3 软件实现45-48
• 4.2.4 图像处理48-50
• 4.3 VDMOS & 两通道二极管一体化测试仪软件设计50-57
• 4.3.1 软件系统架构50-51
• 4.3.2 用户界面设计51-54
• 4.3.3 测量模式54-55
• 4.3.4 两种器件微分曲线对比软件55-57
• 4.4 本章小结57-59
• 结论59-61
• 参考文献61-65
• 攻读学位期间发表的学术论文65-67
• 致谢67

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本文编号：964276