WO1993016489A1 - Procede pour mesurer la temperature d'une jonction de semi-conducteurs - Google Patents
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- WO1993016489A1 WO1993016489A1 PCT/JP1992/000130 JP9200130W WO9316489A1 WO 1993016489 A1 WO1993016489 A1 WO 1993016489A1 JP 9200130 W JP9200130 W JP 9200130W WO 9316489 A1 WO9316489 A1 WO 9316489A1
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- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
Definitions
- the present invention relates to a method for measuring a junction temperature of a semiconductor device, and more particularly, to a method for measuring a junction temperature from a current-voltage characteristic of a Schottky diode.
- Junction temperature refers to the temperature of various junctions (for example, PN junctions) in semiconductor devices. It depends on the ambient temperature and the heat generated by the module at the junction. It is given as the sum of the temperature rise. Junction temperature is one of the ratings of semiconductor devices. If the junction temperature exceeds the rating, the leakage current will increase, the long-term reliability will decrease, or the breaker will break down. Won occurs. Therefore, measuring the junction temperature is essential when designing Ic, or actually building a system using Ic.
- the diode method As a method for measuring the junction temperature of these semiconductor devices, the diode method is well known. For example, to measure the junction temperature required to troubleshoot the failure of the LED driver 1C, temperature monitoring shots should be placed at various points in the IC pattern. A key word is set. This is because the forward voltage of the diode is very sensitive to changes in the junction temperature, and it changes in a reproducible and regular manner. Create this feature
- Equation 1 is an equation representing a forward current-voltage characteristic of a Schottky diode. ⁇
- A is the effective Richardson constant
- T is the absolute temperature
- q is the charge of the electron
- ⁇ B is the height of the Schottky barrier.
- V p is the forward voltage
- n is the ideality factor
- Equation 2 k, q, and A are constants.
- n is a constant peculiar to each diode.
- ⁇ s and ⁇ have temperature dependence, but from room temperature, which we usually need, to around ⁇ 50 ° C, they can be regarded as almost constant.
- T the absolute temperature
- the absolute temperature (junction temperature) ⁇ can be known from the forward voltage V p.
- a short-circuit barrier using a potential barrier generated at a contact portion between a metal electrode and a semiconductor is used. The iodine is widely spread.
- Equation 2 The characteristics of the Schottky barrier diode greatly depend on the state of the interface between the metal electrode and the semiconductor, and the uniformity of the compound semiconductor substrate is also high. However, since it cannot be said that silicon is as good as silicon, it is powerful and large. The state of this interface is reflected in Equation 2 in the ideality factor n. In Equation 2, n is related to all the terms, and the variation of n is directly reflected in the forward voltage V. To make this clearer, Equation 2 can be subdivided into absolute temperature T:
- Figure 1 shows a graph of the temperature dependence of the forward voltage Vp for three shot diodes taken from the same wafer force.
- H Temperature dependence of the forward voltage V P of this is, dialog O one de 1 to 3 your Ri subtly Tsu different Do not, even for a Ru Oh is Re This Ru good to come one place et al described above.
- the purpose of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to obtain an efficient method of measuring the junction temperature.
- the method of measuring the junction temperature is to measure the current and voltage of the diode to be measured at room temperature, and to determine the ideal factor and the order of the diode at room temperature.
- the chart showing the relationship between the ideal factor and the temperature coefficient indicating the temporal change of the forward voltage shows the temperature corresponding to the value of the ideal factor. Read the coefficient and measure the forward pressure in the measurement preparation stage and under the conditions where the junction temperature is actually set.
- the junction temperature can be calculated in this measurement stage. Therefore, the temperature dependence of the forward voltage can be predicted without measuring, and the junction temperature can be calculated.
- Figure 1 shows that in the conventional measurement method, the temperature dependence of the forward voltage varies due to the variation of the ideal factor.
- FIG. 2 is a flowchart of the method for measuring a junction temperature according to the present invention.
- Figure 3 shows the correlation between the ideal factor at room temperature and the measured temperature coefficient.
- New paper Figure 4 shows the agreement between the temperature dependence of the forward voltage determined by the junction temperature measurement method according to the present invention and the measured temperature dependence.
- FIG. 5 shows the pattern of the chips used in this experiment.
- FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a shot diode on the chip pattern.
- Figure 7 shows the outline of the measurement system.
- FIG. 8 is a graph showing the temperature dependency of V F of the shot key diode.
- FIG. 9 is a graph showing the temperature dependence of the forward characteristic
- FIG. 10 is a graph showing the temperature dependence of the n-value and ⁇ of the shot key diode.
- FIG. 11 is a diagram showing the temperature dependence of the V of the shot key diode. Best mode for carrying out the invention
- FIG. 2 is a flowchart of the junction temperature measuring method according to the present invention.
- the temperature corresponding to the value of the ideality factor ⁇ just obtained is shown.
- Coefficient ⁇ .C new paper Read the. The above is the measurement preparation stage.
- the solid line shows the temperature dependence of the forward voltage V j: estimated from the value of the ideality factor n at room temperature, and the plot actually shows the ambient temperature. The difference between the estimated value and the measured value at this time, which is the temperature dependency measured by changing, was at most within 21.
- the driving time of the LED is formed in a GaAs chip, and the shot key diode D1-1D5 according to the present invention is incorporated in the GaAs chip.
- the pattern is shown.
- diode card such as resole shift circuit 103, MESFE is used, and Steps 104, MESFET power, and the resulting i-number i output times SS 105, 106, and 107 are formed.
- the metal pattern 101 is grounded.
- the power pad on the chip S1 M1 — M6 is the Ffl degree monitor S Shot key diode D1 — D5 anode and power source ⁇ That is, pad ⁇ 1- ⁇ 2 for dice D1, pad ⁇ 2, ⁇ 3 for diode D2, pad ⁇ 3, ⁇ 4 for dice Modes # 3, # 4, and # 5 monitor diodes # 4, # 5, and # 6 monitor diode D5.
- Pad I is for driving pulse input, and pad 0U is for driving current to LED. . Power is supplied to the pads V C1 and V C2.
- the figure shows a top view and a cross-sectional view of the shot monitor diode for temperature monitor shown in Fig. ⁇ 5.
- the active layer (AL) is in contact with the anode metal and has a short shot, and the ⁇ + head region has a cathode with an ohmic gold JS in between. Metal is formed.
- Figure 7 shows the temperature characteristic measurement system of the above IC.
- the package 2 on which the chips are mounted is mounted on a socket 3, which is installed in the rapid temperature variable furnace 3.
- This rapid temperature variable furnace 3 is connected to a control unit 31 for controlling the temperature inside the furnace, and furthermore, the package 2 and the socket 3 are separated from each other.
- Each is connected to a digital thermometer 4, a constant current power supply and a voltage monitor 5.
- the surface temperature of the chip was varied by the control unit 31 in the rapid temperature variable furnace 3.
- the temperature monitor extends from the control section 31 and the control thermocouple 32 and the digital thermometer 4 and extends from the control section 31.
- Two of the ribbon-shaped mature pairs 33 were placed very close to the package 2.
- a ⁇ 4145 1 parameter analyzer was used for the constant current power supply and the voltage monitor 5.
- Figure 8 shows the measurement results.
- the horizontal axis is temperature (T)
- the vertical axis is forward voltage (VF)
- the values of forward current (IF) are 1 UA, 10 A, and 100 ⁇ A, respectively.
- the change was measured.
- the IF value is near the center of the straight line area and near the upper limit of the straight line area when the 1 F -VF characteristic is semilogarithmically plotted with 25.
- one point was selected from each of the non-linear areas. Also, in this range, there is no change with time in the direction of application ⁇ ⁇ in the direction ⁇ flow application.
- the temperature coefficient TC shown in the figure is based on the results of the first-order regression of the experimental data shown in Table 1 below.
- FIG. 9 shows the forward characteristics of the shot card at 25 to 150 ° C. As the temperature rises, the curve shifts to the left side of the figure, indicating that the VF is decreasing.
- I F Chikaraku 1 A in the entire region of the temperature range of this, it transitions semilogarithmic flop Lock Bok straight portion near the center. On the other hand, in the case of 100 A, it moves near the upper limit of the straight line portion, and in the case of 100 A, it moves to the non-linear region.
- I ( ,
- the ⁇ value and the temperature dependence of ⁇ g are almost negligible in the range of 15 to 25 to 12 0, and the ⁇ value increases from 1 to 30 at ⁇ s. Tend to be low.
- the tail can be seen in the high-temperature, small-current region, and this is the shot key contact field. This is presumed to be due to the increase in leakage current on the surface.
- the temperature dependence of V shown in H11 shows the same tendency as the calculation result considering the temperature dependence of the temperature and the substrate leak current.
- the temperature dependency of the forward voltage can be predicted from the very simple measurement result of the ideal factor at room temperature.
- the conventionally required measurement of the temperature dependency of the forward voltage is not required, and the junction temperature measurement can be performed efficiently in a short time.
Description
明 細 書
接 合部温度の 測定方法
技 術分野
本髡 明 は 、 半導体装置 の 接合部温度の 測定方法 に 関 し 、 よ り 詳細 に は シ ョ ッ ト キ ダ イ ォ ー ド の 電流電圧特性か ら 接合部温度 を 測 定す る 方法 に 関 す る 。 背 景技 術
接合部温度 と は 、 半導体装 置 に 各種設 け ら れ る 接 合部 (例え ば P N 接 合 な ど) の 温度を い い 、 環境温度 と 、 接 合部の ジ ュ ー ル 発熱 に よ る 温度上昇 と の 和 と し て 与え ら れ る 。 接合部温 度 は半導体装置 の定格 の一つ で あ り 、 接 合部温度が定格 を 越え る と 、 リ ー ク 電流 の増大、 長期信 頼性の 低下、 あ る い は ブ レ ー ク ダ ウ ン が生ず る 。 こ の た め接合部温度 の 測定は 、 I c を設計す る 際や 、 あ る い は 実際 に I C を 使 っ て シ ス テ ム を構築す る 際 に 、 必須で あ る
こ れ ら 半導体装置 の接合部温度を 測定す る 方法 と し て、 ダ イ ォ ー ド法 力く知 ら れて い る 。 例え ば L E D ド ラ イ バ 1 C の故 障解 折 を 進 め る 際 に 必要な接合部温度 の 測定で は 、 I C の パ タ ー ン 内 の 各所 に 温度 モ ニ タ 用 の シ ョ ッ ト キ一 ダ ィ ォ ー ド が設 け ら れ る 。 こ れ は ダ イ ォ ー ド の 順方向電 圧が接合 部温度 の 変 化 に 対 し て非常 に 敏感で あ り 、 かつ 再現性良 く 規 則 的 に 変 化す る た め で あ る 。 こ の 特 徴 を 生
新たな用紙
か し て 、 一部 の ダ イ オ ー ド は 温度セ ン サ に も 使用 さ れ て
I p = SAT " exp卜 exp I
k T nkT
な お 、 上記 の 数式 1 に お い て 、 I P 順方 向電流 、 s
は 接 合 部面積、 A は 有効 リ チ ャ ー ド ソ ン 定数、 T は 絶対 温度、 q は 電子 の電荷、 Φ B は シ ョ ッ ト キ バ リ ア 高 さ
k は ボ ノレ ッ マ ン 定数、 V p は 順方向電圧 、 n は 理想 因子 ¾r 衣 す o
式
こ の 数式 1 を 変形す る と
一 . ί
nkj IF
VF •In 式 2
SAT2
と な る 。 こ の 数式 2 に お い て 、 k 、 q 、 A は 定数で あ り
Φ B > S 、 n は 個 々 の ダ イ オ ー ド に 特有の 定数 で あ る 。 厳密 に は Φ s 、 π に は温度依存性が あ る が 、 通 常我 々 が 必要 と す る 室温 か ら 〗 5 0 °C付近 で は 、 ほ ほ'定数 と み な せ る 。 つ ま り 数式 2 に お い て 、 絶対温度 T 以 外 は ほ ぼ定 新た な用鉞
数 と み な す こ と がで き る の で 、 順方向電圧 V p か ら 絶対 温度 (接 合部温 度) τ を 知 る こ と がで き る 。 一般 に 、 G a A s 等の 化 合物半導体装置 で は 、 金属電 極 と 半導体 の 接触部 に 生ず る ポ テ ン シ ャ ルバ リ ア を 利用 し た シ ョ ッ ト キ バ リ ア ダ イ オ ー ドが広 く H い ら れ て い る 。 し 力、 し こ の シ ョ ッ ト キ バ リ ア ダ イ オ ー ド の 特性 は 、 金 属 電極 と 半導体の 界面の 状態 に 大 き く 依存 し 、 し か も 化 合 物半導体基板の 均一性が シ リ コ ン ほ ど良好 と は 言 え な い た め 、 ば ら つ き 力く大 き い。 こ の 界面 の 状態 は 、 数式 2 で は理想因子 n に 反映 さ れ る 。 数式 2 に お い て n は す べ て の 項 に 係 っ て お り 、 こ の n の ば ら つ き は そ の ま ま 順方 向電圧 V に 反映 さ れ る 。 こ れ を わ か り や す く す る た め に 数式 2 を 絶対温度 T で微 分す る と 、
(SA係数) T. C. = - - nk /, 、 ,
と な る 。 数式 3 で の理想因子 π の 変化 は そ の ま ま 順方向 電圧 V F の 温度係数 丁 . C . に 反映 さ れ る 。 つ ま り 何 ら か の理 由 に よ り 界面 の 状況が違 い 、 理想 因子 n の 値が ダ ィ オ ー ド 毎 に 異 な る と 、 そ れ ぞれ順方向電圧 V F の 温度 係数 T . C . 力く異 な る こ と に な る 。 そ し て こ の よ う な こ と は 珍 し い こ と で は な く 、 ご く 普通 に 起 こ っ て い る こ と 新た な用紙
1 で あ る 。
図 1 は 、 同 一 ウ ェ ハ 力、 ら と っ た 3 つ の シ ョ ッ ト キ ダ イ ォ ー ド に つ い て 、 順方 向電圧 V p の 温度 依 存性 を 測定 し た グ ラ フ で あ る 。 こ の順方向電圧 V P の 温度依存性 は 、 ダ イ ォ 一 ド 1 〜 3 で微妙 に 異 な っ て お り 、 こ れ は 上述 し た ば ら つ き に よ る も の で あ る 。
こ の よ う に 順方 向 電圧 V P の 温度依存性が ま ち ま ち で あ る た め 、 測定の つ ど周 囲温度 を 変 化 さ せ て順方 向 電圧 V F の 温度依 存性 を 測定 し 、 改 め て 接合 部温度 T の 測定 を 行 う 必要力く あ っ た 。
こ の 順方 向電圧 V p の 温度依存性測定 は 非常 に 時 間を 要す る た め 、 接 合 部温度測定 の 効率化 の 妨 げ と な っ て い た 。 発 明 の 開示
本発 明 の 目 的 は 以上の よ う な 従来の 課題 を 解決す る こ と に よ り 、 効率 の良 い接合部温度の 測定方法 を 得 る こ と で あ る 。
即 ち 、 本 発 明 に 係 る 接合部温度の 測定方法 は 、 測定す る ダイ ォ 一 ド の 室温 での 電流電圧測定 を 行 い 、 ダ イ ォ ー ド の 室温 で の 理想 因子、 及 び順方向電圧 を求 め た 後 、 理 想 因子 と 順方 向電圧 の 時 間的 変 化 を 示す温度係数 と の 関 係 を 示 す チ ヤ 一 ト か ら 、 理想 因子の 値 に 対応す る 温 度係 数 を 読 み 取 る 測定準備段階 と 、 ダ イ オ ー ド を 、 実 際 に 接 合 部温 度 を 設定 し た い 状況下 に お い て 順 方 向 圧 を 測 定
新たな用紙
し 、 順方 向電圧 の 値 と 先 に 室温で求 め た順方 向電圧 の 値、 及 び前記温 度係数か ら 、 接合 部温度 を 求 め る 本測定段階 と を 有す る こ と を 特徴 と す る 。
な お 、 上述 の チ ャ ー ト は 、 室温 で測定 し た ダ イ オ ー ド の電流電圧特性 か ら 得 ら れ る 理想 因子 と 、 実 際 に 周 囲温 度 を 変化 さ せ て 測定 し た順方向電圧 の 温度係数 を 直線近 似 し た 値 と の 相 関 を と つ て作成 さ れ た も の で あ る 。
上記 の 測定手順 に 従 う こ と に よ り 、 測定準備段階 に お い て 、 ダ イ オ ー ド の理想因子 、 及 び そ れ に 対応す る 温度 係数を推定 す る こ と がで き 、 さ ら に そ れ ら の 値""を も と に し て 、 本測定段階で接合部温度 を算 出 す る こ と がで き る 。 従 っ て 、 実 測す る こ と な く 順方向電圧 の 温度依存性を予 測で き 、 接合部温度 を算 出 す る こ と がで き る 。
ま た 、 理想 因子 と 温度係数 と の 相関 を と つ て作成 し た チ ャ ー ト を 用 い る こ と に よ り 、 実測せず に ダ イ オ ー ド毎 の温度係数 を推定す る こ と がで き る 。 図面 の 簡単 な 説明
図 1 は 従来 の 測定方法 に お い て 、 理想 因子 の ば ら つ き に よ り 順方 向電圧 の温度依存性がば ら つ く こ と を 示 し た 図で あ り 、
図 2 は 本発明 に 係 る 接合部温度測定方法 の フ ロ ー チ ヤ — ト で あ り 、
図 3 は 室温 で の 理想因子 と 実 測 の温度係数 と の 相関 を 示す 図 で あ り 、
新た な用紙
図 4 は 本発 明 に 係 る 接合部温度測定方法 に よ り 求 め た 順方 向 電圧 の 温 度依存性 と 実 測 し た 温度依存性 の 一致 を 示 す 図 で あ り 、
図 5 は 本実験 に 用 い た チ ッ プの パ タ ー ン を 示 す 図 で あ 0 、
図 6 は 上記 チ ッ プパ タ ー ン 上 の シ ョ ッ ト キ ダ イ ォ 一 ド の 構成 を 示す 図 で あ り 、
図 7 は 測定系 の 概略 を 示す 図 で あ り 、
図 8 は シ ョ ッ ト キ一ダ イ オ ー ド の V F の 温度依存性 を 示す 図 で あ り 、
図 9 は 順方 向 特性の 温度依存性 を 示す 図 で あ り 、 図 1 0 は シ ョ ッ ト キ一ダ イ オ ー ド の n 値及 び β の 温 度依存性 を 示す 図で あ り 、
図 1 1 は シ ョ ッ ト キ一ダ イ ォ ー ド の V さ の 温度依存性 を 示す 図 で あ る 。 発 明 を 実施す る た め の最良の 形態
以下 、 本発 明 に 係 る 接合部温度 の 測定方法 に つ い て説 明す る 。
図 2 は 、 本発 明 に 係 る 接合部温度測定法の フ ロ ー チ ヤ 一 ト で あ る 。 ま ず始め に 測定す る ダ イ ォ 一 ド の 室温 で の 電流電圧 測 定 を 行 い 、 室温 での理想 因子 π 及 び順方 向電 圧 V (= を 求 め る 。 次 に 、 予 め 準備 し て あ る 理想 因子 η と 温度係 数 T . C . の 関 係 を 示す チ ャ ー ト ( 図 3 図 示 ) か ら 、 今 求 め た 理想 因子 π の 値 に 対 応す る 温 度 係 数 Τ . C 新た な用紙
を 読み 取 る 。 以上 が測定準備 段階 で あ る 。
次 に 、 本 測定段階 に 入 る 。 ダ イ オ ー ド を 実際 に 接合部 温度を 設定 し た い 状況下 に お き 、 順方向電圧 V F を 測定 す る 。 こ の と き の 順方向電圧 vF の 値 と 、 先 の 測定準備 段階 に お い て 、 室温 で求 め た 順方向電圧 V F の 値 、 及 び 推定 し た 温度係数 T . C . か ら 、 数式 3 に よ っ て 目 的 と す る 接合部温度 を 求 め る こ と がで き る 。
( 度 1^)T.C. =
= -ΐ(1π "-2) . 数式 3 を 詳細 に 検討 し た 結果、 測定 し た い 温度範囲で あ る 室温 か ら 1 5 0 て程度 で は 、 数式 3 の 括弧 内 の 変 化 は 小 さ く 、 ほ ぼ一定 と み な し て も 大 き な 誤差 は 生 じ な い。 さ ら に 、 括弧内 が一定 と み な せ る の で あ れ ば、 数式 3 に お け る 温度係数 Τ . C . は理想因子 η に 比例す る こ と に な り 、 こ の 理想 因子 η を室温 で測定す る こ と に よ っ て温 度係数 Τ . C . が推定で き る 。 そ こ で、 実際 に 室温で測 定 し た 理想 因子 n と 、 実際 に 周 囲温度を 0 か ら 1 5 0 て ま で変 化 さ せ て 順方向電圧 V P の温度係数 T . C . を 直線近 似 し た 値 の 相関 を 調査 し た と こ ろ 、 図 3 に 示す よ う に 相関係数 0 . 9 8 8 と 強 い 相関があ る こ と が確認 さ れ た 。 こ の 相関 図 力く 、 前述の チ ャ ー ト で あ る 。
そ こ で 、 今度 は 別 の ダ イ ォ 一 ド を ffl い 、 ¾ 温 に お け る 新た な用紙
理想 因子 n の ½ を 求 め 、 そ の 値 と 図 3 の チ ャ ー ト を 使 つ て温度 係 数 T . C . を推定 し た 。 次 に 、 実 際 に そ の ダ イ ォ ー ド の 周 囲温 度 を 変 化 さ せ て順方向電圧 V fr の 温 度依 存性を 測定 し た 。 そ の 結果 を 示 し た の が 図 4 で あ る 。
図 4 に お い て 、 実線 は 室温 で の 理想 因子 n の 値 か ら 推 定 し た 順方 向電圧 V j: の 温度依存性で あ り 、 プ ロ ッ ト は 実 際 に 周 囲温度 を 変化 さ せ て 測定 し た 温度依存性 で あ る こ の と き の 推 定 値 と 実測値 と の 差 は 、 最 大 で も 二 1 て 以 内 で あ っ た 。
^上 が 、 本 発 明 に 係 る 測定方法 で あ る 。
^ に 、 上还 の 測 定方法 に 先立 ち 、 本 癸 明 者 ら は 、 シ ョ. ッ ト キ ダ イ ォ 一 ド の 温度特性 に つ い て 調べ た の で 、 そ の 実験方法 及 び結杲 に つ い て詳细 に 説明 す る 。
実験 に は 、 信 頼性試験用 マ ス ク R X — A 中 の D R V 2 S を 、 1 8 ピ ン L C C に 実装 し た も の を 用 い た ( リ ツ ド 無 し ) 。
新た な ¾紙
は 、 L E D を ド ラ イ ブす る 回 を G a A s チ ッ プ に 形成 し 、 こ こ 本 発明 に ^ る シ ョ ッ ト キ ー ダ イ オ ー ド D 1 一 D 5 を 組込 ん だパ タ ー ン を 示 し て い る 。 チ ッ プ上 に は M E S F E 丁 か ら な る if 号入力 回路 1 0 2 、 ダ イ ォ ー ドカ、 ら な る レ べ ゾレ シ フ ト 回路 1 0 3 、 M E S F E 丁 力、 ら な る ア ン プ 1 0 4 、 M E S F E T 力、 ら な る i 号 出 力 回 SS 1 0 5 、 1 0 6 、 1 0 7 が形 成 さ れ て い る 。 ま た 、 メ タ ル パ タ ー ン 1 0 1 は ア ー ス さ れ て い る 。
チ ッ プ上 の 電 Sパ ッ ド M 1 — M 6 は ffl度 モ ニ タ ー S シ ョ ッ ト キ一 ダ イ オ ー ド D 1 — D 5 の ア ノ ー ド及 び 力' ソ ー ド に 铳 さ れ て い る 。 す な わ ち 、 パ ッ ド Μ 1 — Μ 2 で ダ ィ 才 一 ド D 1 、 パ ッ ド Μ 2 、 Μ 3 で ダ イ オ ー ド D 2 、 パ つ ド Μ 3 、 Μ 4 で ダ イ オ ー ド Μ 3 、 パ ッ ド Μ 4 、 Μ 5 で ダ イ ォ ー ド Μ 4 、 パ ッ ド Μ 5 、 Μ 6 で ダ イ オ ー ド D 5 が モ ニ タ 一 さ れ る 。 パ ッ ド I Ν は ド ラ イ ブ用 の パ ル ス を 入 力 す る た め 、 パ ッ ド 0 U 丁 は L E D へ の ド ラ イ ブ電流 を 出力 す る た め の も の で あ る 。 ま た パ ッ ド V C 1 、 V C 2 に は 、 電源が 供袷 さ れ る 。
図 り は 図 《5の 温度モ ニ タ ー 用 シ ョ ッ 卜 キ ー ダ イ ォ ー ド の 上 面図及 び断 面図 を示 し て い る 。 活 性 層 ( A L ) に は ア ノ ー ド用 メ タ ノレ 力く シ ョ ッ ト キ 一 接触 し て お り 、 π + 頭 域 に は ォ ー ミ ッ ク 金 JSを挟ん で カ ソ ー ド 用 メ タ ル が 形成 さ れ て い る 。
図 7 は 、 上 記 I C の温度特性測定系 の稷 を 示す も の
新た な用 J8R
で あ る 。 チ ッ プが搭載 さ れ た パ ッ ケ ー ジ 2 は ソ ケ ッ ト 3 に 載置 さ れ て お り 、 そ れ ら は 急速温 度可変炉 3 内 に 設 置 さ れ る 。 こ の 急速温度可変炉 3 は 、 炉内 の 温 度 を 制 御 す る 制御 部 3 1 の 接続 さ れ て お り 、 さ ら に 、 パ ッ ケ ー ジ 2 と ソ ケ ッ 卜 3 は そ れ ぞれがデ ジ タ ル温度計 4 、 定電流電 源及 び電圧 モ ニ タ 5 に 接続 さ れ て い る 。 本実験で は 、 チ ッ プ の 表 面 温度 は 、 急遠温度 可変炉 3 内 で制 御部 3 1 に よ り 変 化 さ せ た 。 温度 の モ ニ タ は 、 そ の 制御部 3 1 力、 ら 延設 さ れ て い る 制御用 熱 伝対 3 2 と 、 上記 デ ジ タ ル温度 計 4 力、 ら 延設 さ れ て い る リ ボ ン 状 の 熟 ί云対 3 3 の 二つ を パ ッ ケ ー ジ 2 の 極 く 近 傍 に 配 置 し て 行 っ た 。 ま た 定電流 電源及 び電圧 モ ニ タ 5 に は 、 Η Ρ 4 1 4 5 Β パ ラ メ ー タ ア ナ ラ イ ザ を 用 い た。
こ れ ら の サ ン プ ル及 び実験系 に よ り 、 2 5 〜 1 5 0 V の範囲 で 温度を 変 化 さ せ て 、 順方 向 に 一定電 流 ( I - ) を 流す の に 必要 な 順方向電圧 ( V F ) の 変化 に つ い て 測 定 し た 。
図 8 に 測定結果 を 示す。 横軸 は 温度 (て ) 、 縱紬 は 順 方向電圧 ( V F ) で あ り 、 順方 向電流 ( I F ) の 値 が 1 U A , 1 0 A 、 l O O ^ A そ れぞれの 場 合 に つ い て 変 化 を 測定 し た 。 な お 、 I F の 値 は 、 図 9 に 示 す よ う に 、 2 5 で 1 F - V F 特性を 片 対数 プ ロ ッ —卜 し た 際 の 、 直 線 領域 中 央付近 、 直線 領域上 限付近 、 非 直線 領域 か ら そ れ ぞれ 1 点ずつ 選 ん だ も の で あ る 。 ま た こ の 範 囲 で は 、 顺方 向 ^ 流 印 加 時 の 顧方向 Γ± の 経時 変 化 は 無 く 、 顧 方
新たな用紙
向電流印 加 に よ る 発熱 は'無視で き る 。 ま た 、 温度 の 掃引 方向 に よ る ヒ ス テ リ シ ス も 観測 さ れ な 力、 つ た 。
図 8 中 の 実線 は 、 前述 し た 数式 1
を 示す。 ま た 、 破線 は 、 l j= 力く 1 0 0 /z A の 場 合 の 、 直 列抵抗 と I F と の 積で表 さ れ る V _S を 考慮 に 入れ た 値を 示 し た も の で あ る 。 な お 後 に 述べ る よ う に 、 こ の 温 度範囲で は n 値 、 φ 3の 温度依存性 は小 さ か っ た の で ( 図 1 0 図示) こ れ を無視 し た。 さ ら に Rf? の 温 度依存 性 に よ る V の 変化 は 、 V ,=; " の 値 に比 べて 小 さ く 、 こ れ も 無視 し た (図 1 1 図示) 。
さ て 、 図 8 に 示す通 り 、 室温〜 1 5 0 °C程度 の 温度範 囲で は T — V f= の 関係 は ほ ぼ直線で表す こ と がで き 、 理 論値 と 良 い一致 を見せ る 。 厳密 に は理論値 は 直線で は な い 力く、 こ の範囲で は ほ ぼ直線 と 見 な せ る 。 ま た 、 図 中 に 記 し た 温度係数 T . C . は 、 下記の表 1 に 示す実験デ ー 夕 の 一次回帰の 結果 に よ る も の で あ る 。
新た な 用紙
Ai. ¾ 亍,
表 1 に 示 し た 一次回帰の 詰杲 を 見 る と 、 寄 与率 ( R * R ) は I F < 1 0 A の と き に 9 9 . 9 3 % で最 も 大 き く 、 こ れ に よ り 温度推定誤差 も ± 3 . 5 °C と 最 も 小 さ い こ れ は 1 A で は 電流が小 さ い 為、 測定系等周 囲 の 影響 を受 け や す く 、 1 0 0 ^ A で は 直列抵抗 の 寄与が入 っ て く る 為 と 推 測 し て い る 。
図 9 は 、 2 5 〜 1 5 0 °Cで の シ ョ ッ 卜 キ ー ダ イ ォ 一 ド の 順方 向 特性で あ る 。 温度 の 上昇 に 伴 い カ ー ブ は 同 図の 左側 に シ フ ト し 、 V F が減少 し て い く 様子が わ か る 。 ま た I F 力く 1 A の 場合 は 、 こ の温度範囲 の 全領域 で 、 片 対数 プ ロ ッ 卜 の 直線部分 中央付近 を 推移す る 。 一方 1 0 A の 場 合 は 直 線部分の 上限 付近 を推移 し 、 1 0 0 A で は 非線 形 領域 を 推 移 す る 。 こ の 三 つ の I (= に つ い て 、
V p の 温 度 依 存 性 を 測定 し た こ と は 先 に 述 べ た 。 ま た こ の 様 な グ ラ フ 力、 ら 求 め た 、 π 値、 φ の 温度 依 存性 を ! ¾ 断たな用紙
1 0 に 、 V B の 温度依存性 を 図 1 1 に 示 し た。
図 1 0 よ り 、 2 5 〜 1 2 0 て 程度 の 15囲 で は π 値 、 φ g の 温度依存性 は ほ と ん ど無 く 、 1 3 0 て 位カヽ ら π 値 は 増加、 Φ s は 弒 少す る 傾向 に あ る 。 U 9 の 片対数 プ ロ ッ 卜 で は 、 高温 、 小電流領域で の テ ー ルが見 ら れ て い る こ と 力、 ら 、 こ れ は シ ョ ッ ト キ ー コ ン タ ク ト 界 面 で の リ ー ク 電流の 增 加 に よ る も の と 推察 さ れ る 。 ま た ! H 1 1 に 示 し た V の 温度依 存性 は 、 度の温度依存性及 び基板 リ ー ク 電流 を 考慮 し た計算結果 と 同 様 な 傾 向 を 示す。
次 に 、 実験の 写現性の 確認 と 推定誤差 の 把握 の た め に 、 サ ン プ ル 5 つ に つ い て 同様の 実 を 行 っ た。 た だ し 先の 実験 は 測定温度 間隔が 1 0 て で あ つ た が、 こ の 場合 は 5 °C 間隔 で あ る 。 先 と 同様 に 、 V F と 温度 丁 (て ) に つ い て一次回帰 し た 結果が下記の 表 2 で あ る 。
m定温 度 Γ«] 隔 を 小 さ く し た こ と か ら 、 ^ 与 m は 9 9
温度依存性 の 增 加が起 こ り (図 9 〜 図 1 1 図示) 、 回帰 式か ら の ず れが大 き く な る 為、 2 5 〜 ; 1 2 5 て と 1 2 5 〜 1 5 0 °C の 二 つ の 温度範囲 に つ い て見積 も っ て み た 。 こ の 表 よ り 2 5 〜 1 2 5 。C で ± 3 程度、 1 2 5 〜 1 5 0 て で 土 5 °C 程度 の 誤差で測定が行え る こ と が わ か る 。
以上述 べ て き た シ ョ ッ ト キ ダ イ ォ ー ドの 温度特性測定 結果 よ り 、 前述 し た よ う に 本発明者 ら は さ ら に 誤差の 少 な い 測定を 効率 的 に 行 う た め 、 上記実験方法 に 基づ い て . 温度係数 T . C . と 理想因子 n と の相 関 を 示す チ ャ ー ト を 予 め 作成 し た 。 こ の チ ヤ 一 ト を 用 い る こ と に よ っ て 、 個 々 の ダ イ オ ー ド に つ い て温度係数 T . C . 等を 測定す る 必要が な く 、 先 に述べ た接合部温度の 浏定方法 を効率 的 に行 う こ と が で き る 。 産業上 の 利 用可能性
本発明 に よ る 接合部温度測定方法 に よ れば、 非常 に 簡 単 な 室温での理想 因子の 測定結果か ら 順方向電圧 の.温度 依存性が予 測で き る 。 そ の結果、 従来必要だ っ た順方向 電圧 の 温度依存性の 測定が不用 と な り 、 接合部温度測定 が、 僅 か の 時間 で効率的 に 行え る よ う に な る 。
ま た 、 個 々 の ダ イ ォ ー ド に つ い て温度係数等を 実測 に よ り 求 め る 必要が な く 、 一層 効率的 な 接合部 の 温度測定 を行 う こ と 力くで き る 。
新たな用紙
Claims
1 . 測定す る ダイ オ ー ドの室温での電流電圧潮定 を行い 当該ダイ オ ー ド の室温での理想因子、 及び顧方向罨圧 を 求め た後、 前記理想因子 と 31方向電圧の時間的変化を示 す温度係数 と の関係を示すチ ャ ー ト か ら 、 当該理想因子 の値の対応す る 溫度係数を読み取 る 測定準備段階 と 、 前記ダイ ォ ー ドを実際に接合部温度を 測定 し た い状況 下に お い て顥方向電圧を測定 し 、 当該顧方向電圧の値 と 先に室温で求め た顒方向電圧の値、 及び前記温度係数か ら 、 前記接合部温度を求め る 本測定段階 と
を有す る こ と を特徴 と す る 接合部温度の測定方法。
2 . 前記チ ャ ー ト は、 室温で測定 し た前記 ダイ オ ー ド の 電流電圧特性か ら 得 ら れ る理想因子 と 、 実際 に周 囲温度 を変化 さ せて測定 し た順方向電圧の温度係数を 直線近似 し た値 と の相関を と つ て作成 さ れた請求項 1 記載の接合 部混度の 測定方法。
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