以半导体芯片为核心的电子产品持续向微型化、大功率、模块化方向发展，已经成为中国制造业重要领域的关键组成部分。然而，高性能半导体器件或模块工作时，受高功率密度和热源之间相互耦合的影响，往往存在结温过高或温度分布不均匀等可靠性问题，严重影响电子设备的性能及其使用寿命。因此，电子元器件的热设计和热管理对热测量设备和分析方法提出了更高的要求。实现对半导体器件芯片有源区及散热系统温升和热阻的精确、无损、便捷的表征分析，成为人工智能、消费电子等领域亟需解决的关键共性技术难题。　　本文以高压半导体器件模组和GaN基蓝光激光器为研究对象，通过研究高压半导体器件瞬态温升检测分析技术，研制具有热阻热容提取功能的半导体芯片及散热系统热特性分析设备，并结合高分辨率红外成像热分析等手段，实现电子设备的温度分布和分层热阻构成等热特性研究。主要完成了以下几个方面的工作:　　一、研究了用于分析大功率高压LED结温及其散热系统热阻构成的关键技术。通过解决宽范围电压器件瞬态温升采集、高压快速开关及高精度电压、电流检测等技术难题，对现有的半导体器件热阻测量技术进行改进，实现高压LED模块热特性分析设备的研制。采用同步开关隔离方法，实现LED灯具结温及散热系统热阻构成的在线测量，对不同封装及结构的结温和热阻构成进行了分析，并将其应用于SiC整流二极管及其散热装置热特性分析，获取了热流路径上各材料层热阻值。该系统经过反复改造升级，已为全国十多家科研机构和生产企业提供器件温升及热阻检测设备。　　二、提出了一种动态快速测量温敏参数的方法，并研发相关设备。该方法利用基于半导体制冷片为主要单元的程控线性平台，同时采集平台温度和温敏参数随时间的变化量，实现快速获取温度系数。对比研究实验验证了该方法的重复性、精确度和可行性。该设备可以极大的提高器件结温测量过程中温度系数测量效率——由传统方法的小时量级，缩短为几分钟——可以满足拥有大量结温和热阻检测任务的研发实验室、质监部门和产品生产线对半导体器件温度系数的快速测量需求。　　三、利用自主研发的高压LED热阻测试仪器，分别对具有多个LED芯片的独立封装器件和具有多个独立封装器件的LED矩阵模块的温度分布进行了分析，提出了一种基于叠加法的热阻耦合矩阵，用以精确测量在同一散热平面上阵列分布的半导体器件芯片结温。并对MCPCB上呈5×5矩阵式分布的25颗LED的温度分布进行了测量，通过与热仿真模拟结果对比，首次验证了叠加法在LED阵列模组热分布测量上的可行性。除此之外，研究了热界面材料对热扩散现象的影响，其测量结果可以用于优化拥有多封装LED模组灯具的热设计。　　四、以红外热成像和瞬态温升检测技术为手段，对437nm GaN基蓝光激光器上表面(X-Y平面)、出光腔面（Y-Z平面）以及热流纵深方向（Z轴）的温度分布和空间热阻构成进行了深入研究。通过红外热像仪获得了出光腔面附近区域和沿脊形结构表面的高分辨率温度分布图像和动态红外热影像。利用结构函数法分析了沿有源区到环境的热流路径上各材料层对器件热阻的贡献。首次从不同角度得到了器件结构的热特性，构建了拥有复杂脊形结构的GaN基蓝光激光器的三维空间温度场，为热设计和器件失效分析提供了新的实验手段。　　本文的研究成果可直接应用于大功率半导体器件芯片和散热系统瞬态温升及热阻构成分析，将为半导体器件热管理、失效分析和可靠性设计提供理论支持和实验手段，对提升电子设备的可靠性有着重要的理论和实际应用价值。