【摘 要】
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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
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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。
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