结温几乎用于所有功率器件测试,却很少能把温度计直接放到有源区。电敏参数(TSEP)、红外或表面传感器都只是测量与温度相关的量,其关系和限制必须校准。
1. 定义被估计的温度
运行芯片并非等温,局部电流拥挤会形成热点。端口电参数通常给出按物理敏感度加权的有效温度,不能自动等同于最热微区。壳体、底板、散热器与冷却液温度也各自不同。报告应给出操作性定义,例如“在规定小感测电流下由二极管正向压降推算的 \(T_j\)”。
2. 选择并校准 TSEP
可选二极管正向压降、导通电阻、阈值相关量或器件特定动态参数。固定感测条件下,
\[y=f(T_j),\qquad T_j=f^{-1}(y). \tag{1}\]在验证过的有限范围可用
\[y=y_0+k_T(T_j-T_0),qquad T_j=T_0+\frac{y-y_0}{k_T}. \tag{2}\]不能假设通用温度系数。把未受应力器件置于控温夹具,在覆盖目标范围的多个平衡温度点,以足够小的感测电流做四线测量;记录电流、栅极状态、延时和重复读数,并保留未参与拟合的验证点。
若 25 °C 时 \(V_F=0.750\ \mathrm V\)、\(k_T=-2.00\ \mathrm{mV/K}\),同一电流下 0.650 V 对应 75 °C。这只是合成示例。
3. 从加热切换到感测
大加热电流通常无法与低电流感测同时存在。切换后电路需要稳定,而芯片在这段时间已经冷却。首个可信读数在延时 \(t_d\) 处,因此表示 \(T_j(t_d)\),不是自动等于关断瞬间温度;太早的读数又可能混入电荷、陷阱和探头恢复伪影。
若此前达到热稳态且系统线性,盲区温降满足
\[T_j(0^+)-T_j(t_d)=P_HZ_{th}(t_d). \tag{3}\]有限加热时间需用完整瞬态表达式。任何外推都要说明区间和假设。
4. 区分温度敏感与状态敏感
同一参数还可能受陷阱、接触电阻或永久退化影响。阻断应力后的动态导通电阻不是纯温度计。应规定预处理与感测时间,把纯加热样本与同温电应力样本比较,并在老化后重新校准会漂移的 TSEP。
5. 不确定度与验证
线性校准近似不确定度为
\[u_T^2\approx u_{T_0}^2+\frac{u_y^2+u_{y_0}^2}{k_T^2} +\frac{(y-y_0)^2}{k_T^4}u_{k_T}^2. \tag{4}\]灵敏度 2 mV/K 时,1 mV 电压不确定度已对应 0.5 K,还未包含参考传感器、梯度、感测电流和延时校正。用平衡条件下可接近的独立温度参考验证,重复加热/冷却,并保存原始校准数据和时序图。