DB61T-熱阻測試試驗方法編制說明

《瞬態(tài)熱阻和穩(wěn)態(tài)熱阻測試方法》編制說明西安衛(wèi)光科技有限公司2020.3.6《瞬態(tài)熱阻和穩(wěn)態(tài)熱阻測試方法》編制說明一、任務來源依據(jù)陜西省市場監(jiān)督管理局下達的“2019年軍民融合地方標準制訂計劃項目的通知”（陜市監(jiān)函〔2019〕302號）進行該標準的編制，該項目編號為：SDBXM11-2019，標準名稱：《瞬態(tài)熱阻和穩(wěn)態(tài)熱阻測試方法》。起草單位（項目承擔單位）：西安衛(wèi)光科技有限公司協(xié)作單位（項目參與單位）：西安西岳電子技術有限公司陜西華茂電子科技有限責任公司中電科西安導航技術有限公司主要起草人：王嘉蓉、張文勝、趙輝、薛紅兵、安海華二、制定標準的必要性和意義1、瞬態(tài)熱阻和穩(wěn)態(tài)熱阻測試的目的和意義：由于功率器件（尤其是大功率器件）工作時，會消耗大量的功率而產(chǎn)生大量的熱量，而功率器件的性能參數(shù)幾乎都與溫度相關，影響功能的關鍵指標都是溫度的敏感參數(shù)，因散熱不良導致的器件技術指標漂移，性能退化乃至失效是功率器件的主要失效模式之一。因此散熱能力就是功率器件能否長期穩(wěn)定工作的重要保障，而考核功率器件散熱能力的指標就是熱阻，它反映的是器件的材料、結構及不同焊接層面的散熱能力，散熱能力越強熱阻越小，器件性能受熱應力影響越小，工作越穩(wěn)定可靠，使用壽命越長。總之，熱阻是功率器件研制、生產(chǎn)、試驗、采購中關鍵的必不可少的指標。2、國內(nèi)現(xiàn)狀：雖然熱阻值是反映功率器件質量和可靠性的關鍵指標，但由于我國半導體行業(yè)起步較晚，無論是在材料、設計、工藝還是標準方面都比較落后，尤其是測試方法、試驗方法幾乎是空白。八十年代翻譯轉化了一部分前蘇聯(lián)的測試試驗方法，九十年代又轉化美軍標，補充完善了一些國際先進的測試試驗方法，但由于知識產(chǎn)權以及核心技術保護等原因，美軍標試驗方法中只給出了試驗框架和思路，可操作性極差，且關鍵步驟空白，無法有效指導測試或試驗。熱阻測試就是其中之一。雖然GB/T4587-94半導體分立器件和集成電路第7部分：雙極型晶體管》中第=4\*ROMANIV章11條給出了熱阻測試的一般程序和步驟，但測試儀、測試條件、測試步驟、數(shù)據(jù)處理都空白，在實踐中完全無法進行。因此，長期以來熱阻都是做為理論參考值出現(xiàn)在產(chǎn)品規(guī)范或產(chǎn)品手冊中，而沒有進行實際測量。2）隨著軍用領域對分立器件的質量和可靠性要求的不斷提高，尤其是彈、箭、船、星、站等空間級配套的需求，熱阻測試成為考核功率器件可靠性無可替代的指標。因此，從2000年的“航天重點專項電子元器件可靠性增長工程”開始，熱阻測試方法的研究和制訂在航空、航天系統(tǒng)逐步開展。到目前為止，2008年中電集團13所形成了軍用雙極型晶體管的瞬態(tài)熱阻測試方法（只在本企業(yè)內(nèi)實施），我單位是主要參與單位之一。2012年電子四院承擔了原總裝備部下達的項目代號為（12DX121）的“軍用雙極型晶體管穩(wěn)態(tài)熱阻測試方法的研究”的課題項目，并編制起草了“雙極型晶體管穩(wěn)態(tài)熱阻試驗方法”國軍標標準，但迄今還未發(fā)布實施。我公司是該項目的主要參與單位和國軍標的主要起草單位。3）在民用領域，熱阻值始終沒有納入必測參數(shù)，一方面由于民品的質量和可靠性要求沒有軍品高，更重要的一方面是，民品沒有切實可行的熱阻測試方法可以指導測試，即便有些企業(yè)進行了測量，由于沒有民品測試方法的規(guī)范，無法界定測試結果的正確性和真實性。2、外國現(xiàn)狀：美、日、德、韓等國功率器件的發(fā)展，不但早于我國，而且一直占據(jù)著功率器件技術的龍頭，材料、設計、工藝、標準等都主導著整個功率器件領域，他們在標準方面的特點是“民而優(yōu)則軍”，即在民品中有了成熟穩(wěn)定的規(guī)模生產(chǎn)能力，產(chǎn)品積累大量的民品經(jīng)驗，才會提煉上升轉為軍品，所以軍用測試方法基本從民品測試轉化來的，熱阻測試也是如此、因此國外的民品功率器件都有熱阻測試。1）長期以來熱阻都是做為理論參考值出現(xiàn)在產(chǎn)品規(guī)范或產(chǎn)品手冊中，而沒有進行實際測量。2）軍用領域對分立器件的質量和可靠性要求的不斷提高，熱阻測試成為考核功率器件可靠性無可替代的指標。2012年電子四院承擔了原總裝備部下達的項目代號為（12DX121）的“軍用雙極型晶體管穩(wěn)態(tài)熱阻測試方法的研究”的課題項目，我公司是該項目的主要參與單位和國軍標的主要起草單位。3）在民用領域，熱阻值始終沒有納入必測參數(shù)。4、制訂《瞬態(tài)熱阻和穩(wěn)態(tài)熱阻測試方法》的必要性：世界半導體技術的發(fā)展，不僅體現(xiàn)在新材料、新技術、新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，還體現(xiàn)在產(chǎn)品質量和可靠性的不斷提高上。隨著我國綜合國力的不斷提升、國際環(huán)境日趨嚴峻，對功率器件的需求也不斷增加，功率器件的質量和可靠性不僅關系著武器裝備的配套，更影響著基礎建設的成敗。1）我省率先制訂《瞬態(tài)熱阻和穩(wěn)態(tài)熱阻測試方法》地方標準，將軍標方法轉化為民用標準，實現(xiàn)了軍民融合，把軍用領域的先進測試方法推廣到民用領域，有效的指導和推進民品生產(chǎn)，提升民用產(chǎn)品的質量和可靠性，將軍工資源優(yōu)勢轉化為經(jīng)濟資源優(yōu)勢，彌補軍民融合短板。2）我省率先制訂《瞬態(tài)熱阻和穩(wěn)態(tài)熱阻測試方法》地方標準，不但形成我省功率器件的地方特色，填補國內(nèi)民品領域功率器件熱阻測試的空白，占領民品功率器件的制高點，大幅提升功率器件的國際、國內(nèi)市場競爭力。做強做大電子元器件工業(yè)，彌補工業(yè)短板。3）希望通過制訂“瞬態(tài)熱阻和穩(wěn)態(tài)熱阻測試方法”地方標準的工作，及時的將軍用項目的研究成果固化，并推廣普及到民用領域，充分發(fā)揮項目研究的作用，達到并提升項目立項的目的，彌補科研成果轉化不足的短板。三、主要起草過程2019年5月15日接到陜西省市場監(jiān)督管理局的（陜市監(jiān)函〔2019〕302號）文件后，起草單位（項目承擔單位）西安衛(wèi)光科技有限公司牽頭，成立了標準起草工作組，工作組成員由起草單位和協(xié)作單位（項目參與單位）的產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、檢測試驗、市場應用等骨干技術人員組成，工作組成員全部具有高級及以上專業(yè)技術職稱。由于該標準是從原總裝備部下達的項目代號為（12DX121）的“軍用雙極型晶體管穩(wěn)態(tài)熱阻測試方法的研究”的課題項目成果轉化而來，因此，標準的初稿和征求意見在該項目立項之前已完成，2019年5月該項目立項后，又面向行業(yè)和社會征求了意見。2013年5月完成標準初稿的編制。2014年1月完成標準初稿的意見征求。2019年5月征求意見及征求意見匯總。2019年6月完成標準修改形成送審稿。2019年6月完成送審稿的查新工作。四、制定標準的原則和確定標準內(nèi)容的依據(jù)1、制定標準的原則是固化課題研究的成果，將軍用科研成果轉化為地方標準；解決GB/T4587-94《半導體分立器件和集成電路第7部分：雙極型晶體管》在實踐中完全無法進行的問題；填補國內(nèi)沒有切實可行的間歇壽命試驗方法的空白。1）本項目標準與GB/T4587-94《半導體分立器件和集成電路第7部分：雙極型晶體管》的對比：①GB/T4587-94中第=4\*ROMANIV章11條熱阻測試方法中，沒有測試儀、測試條件、測試步驟、數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。②GB/T4587-94中第=4\*ROMANIV章11條熱阻測試方法，僅有瞬態(tài)熱阻測試，沒有涉及穩(wěn)態(tài)熱阻測試。本項目標準中不但增加穩(wěn)態(tài)熱阻測試方法，還將制訂出詳細的測試儀、測試條件、測試步驟、數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。2）本項目標準與美軍標“功率晶體管熱阻測試方法”的對比：美軍標熱阻測試方法中，不論是瞬態(tài)熱阻測試還是穩(wěn)態(tài)熱阻測試均未給出詳細的測試儀、測試條件、測試步驟、數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容，可操作性較差。本項目中將制訂出詳細的極具操作性的測試儀、測試條件、測試步驟、數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。2、由于本項目標準是在原總裝備部2012年下達的項目代號為（12DX121）的“軍用雙極型晶體管穩(wěn)態(tài)熱阻測試方法的研究”的課題完成的基礎上編制起草，標準內(nèi)容主要依據(jù)課題研究的成果，標準工作組相關單位數(shù)十年的產(chǎn)品研制、生產(chǎn)經(jīng)驗和檢測試驗數(shù)據(jù)以及用戶應用驗證。五、主要條款的說明論述1、標準第3部分“3術語和定義”中，明確了試驗過程中涉及到的關鍵技術指標的含義，避免試驗誤差、試驗失效及試驗糾紛。2、標準第4、5部分，詳細的規(guī)定了試驗系統(tǒng)和試驗條件，明確了試驗裝置、條件、環(huán)境要求及測試時序等。3、標準第6部分，詳細的規(guī)定了試驗程序，給出了瞬態(tài)熱阻測試和穩(wěn)態(tài)熱阻測試的詳細步驟、順序及方法。4、標準第7部分，詳細的規(guī)定了數(shù)據(jù)處理的要求，給出了瞬態(tài)熱阻和穩(wěn)態(tài)熱阻的計算公式、數(shù)據(jù)采集及合格判據(jù)等。5、標準第8部分，詳細的規(guī)定了試驗應記錄的數(shù)據(jù)，包括詳細規(guī)范中規(guī)定的數(shù)據(jù)記錄、測試報告中應記錄的數(shù)據(jù)等。6、通過本項目標準的主要內(nèi)容，完全解決了GB/T4587-94《半導體分立器件和集成電路第7部分：雙極型晶體管》沒有具體試驗方法和步驟，沒有試驗裝置、試驗條件、控制步驟、試驗設置和控制、數(shù)據(jù)處理、失效判據(jù)等試驗程序，根本無法進行試驗，而美軍標的可操作性太差、在實踐中完全無法進行的問題；填補國內(nèi)沒有切實可行的間歇壽命試驗方法的空白。六、重大意見