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1、瞬态热阻和稳态热阻测试方法编制说明西安卫光科技有限公司2020.3.6瞬态热阻和稳态热阻测试方法编制说明一、任务来源依据陕西省市场监督管理局下达的2019年军民融合地方标准制订计划项目的通知”（陕市监函（2019）302号）进行该标准的编制，该项目编号为：SDBXMII-2019,标准名称：瞬态热阻和稳态热阻测试方法。起草单位（项目承担单位）：西安卫光科技有限公司协作单位（项目参与单位）：西安西岳电子技术有限公司陕西华茂电子科技有限责任公司中电科西安导航技术有限公司主要起草人：王嘉蓉、张文胜、赵辉、薛红兵、安海华二、制定标准的必要性和意义1、瞬态热阻和稳态热阻测试的目的和意义：由于功率器件（尤
2、其是大功率器件）工作时，会消耗大量的功率而产生大量的热量，而功率器件的性能参数几乎都与温度相关，影响功能的关键指标都是温度的敏感参数，因散热不良导致的器件技术指标漂移，性能退化乃至失效是功率器件的主要失效模式之一。因此散热能力就是功率器件能否长期稳定工作的重要保障，而考核功率器件散热能力的指标就是热阻，它反映的是器件的材料、结构及不同焊接层面的散热能力，散热能力越强热阻越小，器件性能受热应力影响越小，工作越稳定可靠，使用寿命越长。总之，热阻是功率器件研制、生产、试验、采购中关键的必不可少的指标。2、国内现状：1）虽然热阻值是反映功率器件质量和可靠性的关键指标，但由于我国半导体行业起步较晚，无论
3、是在材料、设计、工艺还是标准方面都比较落后，尤其是测试方法、试验方法几乎是空白。八十年代翻译转化了一部分前苏联的测试试验方法，九十年代又转化美军标，补充完善了一些国际先进的测试试验方法，但由于知识产权以及核心技术保护等原因，美军标试验方法中只给出了试验框架和思路，可操作性极差，且关键步骤空白，无法有效指导测试或试验。热阻测试就是其中之一。虽然GB/T4587-94半导体分立器件和集成电路第7部分：双极型晶体管中第IV章11条给出了热阻测试的一般程序和步骤，但测试仪、测试条件、测试步骤、数据处理都空白，在实践中完全无法进行。因此，长期以来热阻都是做为理论参考值出现在产品规范或产品手册中，而没有进
4、行实际测量。2）随着军用领域对分立器件的质量和可靠性要求的不断提高，尤其是弹、箭、船、星、站等空间级配套的需求，热阻测试成为考核功率器件可靠性无可替代的指标。因此，从2000年的“航天重点专项电子元器件可靠性增长工程”开始，热阻测试方法的研究和制订在航空、航天系统逐步开展。到目前为止，2008年中电集团13所形成了军用双极型晶体管的瞬态热阻测试方法（只在本企业内实施），我单位是主要参与单位之一。2012年电子四院承担了原总装备部下达的项目代号为（12DX121）的“军用双极型晶体管稳态热阻测试方法的研究”的课题项目，并编制起草了“双极型晶体管稳态热阻试验方法”国军标标准，但迄今还未发布实施。我
5、公司是该项目的主要参与单位和国军标的主要起草单位。3）在民用领域，热阻值始终没有纳入必测参数，一方面由于民品的质量和可靠性要求没有军品高，更重要的一方面是，民品没有切实可行的热阻测试方法可以指导测试，即便有些企业进行了测量，由于没有民品测试方法的规范，无法界定测试结果的正确性和真实性。2、外国现状：美、日、德、韩等国功率器件的发展，不但早于我国，而且一直占据着功率器件技术的龙头，材料、设计、工艺、标准等都主导着整个功率器件领域，他们在标准方面的特点是“民而优则军”，即在民品中有了成熟稳定的规模生产能力，产品积累大量的民品经验，才会提炼上升转为军品，所以军用测试方法基本从民品测试转化来的，热阻测
6、试也是如此、因此国外的民品功率器件都有热阻测试。1）长期以来热阻都是做为理论参考值出现在产品规范或产品手册中，而没有进行实际测量。2）军用领域对分立器件的质量和可靠性要求的不断提高，热阻测试成为考核功率器件可靠性无可替代的指标。2012年电子四院承担了原总装备部下达的项目代号为（12DX121）的“军用双极型晶体管稳态热阻测试方法的研究”的课题项目，我公司是该项目的主要参与单位和国军标的主要起草单位。3）在民用领域，热阻值始终没有纳入必测参数。4、制订瞬态热阻和稳态热阻测试方法的必要性:世界半导体技术的发展，不仅体现在新材料、新技术、新产品的不断涌现，还体现在产品质量和可靠性的不断提高上。随着
7、我国综合国力的不断提升、国际环境日趋严峻，对功率器件的需求也不断增加，功率器件的质量和可靠性不仅关系着武器装备的配套，更影响着基础建设的成败。1）我省率先制订瞬态热阻和稳态热阻测试方法地方标准，将军标方法转化为民用标准，实现了军民融合，把军用领域的先进测试方法推广到民用领域，有效的指导和推进民品生产，提升民用产品的质量和可靠性，将军工资源优势转化为经济资源优势，弥补军民融合短板。2）我省率先制订瞬态热阻和稳态热阻测试方法地方标准，不但形成我省功率器件的地方特色，填补国内民品领域功率器件热阻测试的空白，占领民品功率器件的制高点，大幅提升功率器件的国际、国内市场竞争力。做强做大电子元器件工业，弥补
8、工业短板。3）希望通过制订“瞬态热阻和稳态热阻测试方法”地方标准的工作，及时的将军用项目的研究成果固化，并推广普及到民用领域，充分发挥项目研究的作用，达到并提升项目立项的目的，弥补科研成果转化不足的短板。三、主要起草过程2019年5月15日接到陕西省市场监督管理局的（陕市监函（2019）302号）文件后，起草单位（项目承担单位）西安卫光科技有限公司牵头，成立了标准起草工作组,工作组成员由起草单位和协作单位（项目参与单位）的产品设计、生产、检测试验、市场应用等骨干技术人员组成，工作组成员全部具有高级及以上专业技术职称。由于该标准是从原总装备部下达的项目代号为（12DX121）的“军用双极型晶体管
9、稳态热阻测试方法的研究”的课题项目成果转化而来，因此，标准的初稿和征求意见在该项目立项之前已完成，2019年5月该项目立项后，又面向行业和社会征求了意见。2013年5月完成标准初稿的编制。2014年1月完成标准初稿的意见征求。2019年5月征求意见及征求意见汇总。2019年6月完成标准修改形成送审稿。2019年6月完成送审稿的查新工作。四、制定标准的原则和确定标准内容的依据1、制定标准的原则是固化课题研究的成果，将军用科研成果转化为地方标准；解决GB/T4587-94半导体分立器件和集成电路第7部分：双极型晶体管在实践中完全无法进行的问题；填补国内没有切实可行的间歇寿命试验方法的空白。1）本项
10、目标准与GB/T4587-94半导体分立器件和集成电路第7部分：双极型晶体管的对比：GB/T4587-94中第IV章11条热阻测试方法中，没有测试仪、测试条件、测试步骤、数据处理等内容。GB/T4587-94中第IV章11条热阻测试方法，仅有瞬态热阻测试，没有涉及稳态热阻测试。本项目标准中不但增加稳态热阻测试方法，还将制订出详细的测试仪、测试条件、测试步骤、数据处理等内容。2)本项目标准与美军标”功率晶体管热阻测试方法”的对比：美军标热阻测试方法中，不论是瞬态热阻测试还是稳态热阻测试均未给出详细的测试仪、测试条件、测试步骤、数据处理等内容，可操作性较差。本项目中将制订出详细的极具操作性的测试仪
11、、测试条件、测试步骤、数据处理等内容。2、由于本项目标准是在原总装备部2012年下达的项目代号为(12DX121)的“军用双极型晶体管稳态热阻测试方法的研究”的课题完成的基础上编制起草，标准内容主要依据课题研究的成果，标准工作组相关单位数十年的产品研制、生产经验和检测试验数据以及用户应用验证。五、主要条款的说明论述1、标准第3部分“3术语和定义”中，明确了试验过程中涉及到的关键技术指标的含义，避免试验误差、试验失效及试验纠纷。2、标准第4、5部分，详细的规定了试验系统和试验条件，明确了试验装置、条件、环境要求及测试时序等。3、标准第6部分，详细的规定了试验程序，给出了瞬态热阻测试和稳态热阻测试
12、的详细步骤、顺序及方法。4、标准第7部分，详细的规定了数据处理的要求，给出了瞬态热阻和稳态热阻的计算公式、数据采集及合格判据等。5、标准第8部分，详细的规定了试验应记录的数据，包括详细规范中规定的数据记录、测试报告中应记录的数据等。6、通过本项目标准的主要内容，完全解决了GB/T4587-94半导体分立器件和集成电路第7部分：双极型晶体管没有具体试验方法和步骤，没有试验装置、试验条件、控制步骤、试验设置和控制、数据处理、失效判据等试验程序，根本无法进行试验，而美军标的可操作性太差、在实践中完全无法进行的问题；填补国内没有切实可行的间歇寿命试验方法的空白。六、重大意见分歧的处理依据和结果由于本项目标准所依据的科研项目已于2014年在原总装备部完成了项目验收，因此在专业技术领域不存在重大分歧。七、实施标准的措施建议本标准是由军用科研项目成果转化而来，是军民融合的通用标准，可有效规范和指导双极型功率器件的热阻测试，填补国内没有该测试方法的空白，在军、民两领域都有广泛的应用需求。因此在标准实施时，建议在军、民两领域全面推广和普及。八、其他应说明的事项
