IGBT器件結(jié)殼熱阻測(cè)試

IGBT熱阻的研究對(duì)于延長(zhǎng)IGBT的使用壽命和提高其應(yīng)用可靠性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，目前獲取IGBT熱阻參數(shù)的試驗(yàn)方法多為熱敏參數(shù)法，該方法方便簡(jiǎn)潔、對(duì)硬件要求低，但是傳統(tǒng)的熱敏參數(shù)法需要測(cè)量器件的殼溫，而IGBT器件由于封裝尺寸遠(yuǎn)大于芯片尺寸，所以殼溫不易準(zhǔn)確測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中引入的誤差較多，最終無(wú)法得到器件真正的熱阻值。

與傳統(tǒng)測(cè)試方法相比，JESD51-14熱阻瞬態(tài)雙界面測(cè)試法具有更高的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性，而T3ster是目前全球唯一滿(mǎn)足此測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的儀器。使用T3ster對(duì)IGBT器件進(jìn)行測(cè)試，可以記錄模塊結(jié)溫瞬態(tài)變化過(guò)程，能得到穩(wěn)態(tài)的結(jié)殼熱阻數(shù)據(jù)，也能得到結(jié)溫隨時(shí)間變化的瞬態(tài)曲線，還可以通過(guò)結(jié)構(gòu)函數(shù)分析器件熱傳導(dǎo)路徑上各層結(jié)構(gòu)的熱阻值。

金鑒實(shí)驗(yàn)室近期推出了“IGBT器件結(jié)殼熱阻測(cè)試”，并成功應(yīng)用于英飛凌IGBT產(chǎn)品上。

服務(wù)客戶(hù)：IGBT器件廠家、代理商、用戶(hù)等

服務(wù)內(nèi)容：

1．器件結(jié)殼熱阻測(cè)試

2．芯片結(jié)溫測(cè)試

3．結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)

4．封裝材料和工藝優(yōu)化

5．器件可靠性篩選

6．老化試驗(yàn)表征手段

測(cè)試數(shù)據(jù)包括：（1）瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線；（2）熱阻抗曲線；（3）頻域響應(yīng)；（4）脈沖熱阻；（5）積分結(jié)構(gòu)函數(shù)與微分結(jié)構(gòu)函數(shù)。

一、金鑒實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用舉例：

某客戶(hù)委托金鑒對(duì)近期購(gòu)買(mǎi)的英飛凌IGBT器件進(jìn)行結(jié)殼熱阻測(cè)試，要求分別測(cè)試IGBT芯片及二極管芯片的結(jié)殼熱阻值，測(cè)試結(jié)果如下所示：

IGBT芯片結(jié)殼熱阻測(cè)試：

雙界面測(cè)試法熱阻抗曲線

雙界面測(cè)試法結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線

Zthjc1和Zthjc2兩曲線在分離點(diǎn)的值Zthjc（ts）不一定等于穩(wěn)態(tài)時(shí)的結(jié)殼熱阻Rthjc，原因是在穩(wěn)態(tài)時(shí)（需要很長(zhǎng)時(shí)間）和在瞬態(tài)ts時(shí)器件內(nèi)部的熱流分布不一樣。當(dāng)Zthjc（ts）thjc。這種情況下，Zthjc1和Zthjc2兩條曲線就需要轉(zhuǎn)換成與其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)來(lái)確定結(jié)殼熱阻。

二極管結(jié)殼熱阻測(cè)試：

雙界面測(cè)試法瞬態(tài)熱阻曲線

雙界面測(cè)試法結(jié)構(gòu)函數(shù)曲線

二極管芯片測(cè)試結(jié)果也是Zthjc（ts）thjc，因此也需要用結(jié)構(gòu)函數(shù)來(lái)確定結(jié)殼熱阻。原則上結(jié)構(gòu)函數(shù)法適用于一維傳熱路徑下（不考慮芯片粘結(jié)層）的所有器件，但是當(dāng)Rthjc很小時(shí)，結(jié)構(gòu)函數(shù)法失效。因此，這兩種計(jì)算方法在一定范圍內(nèi)可以互補(bǔ)：當(dāng)器件的芯片粘結(jié)層為焊料時(shí)，Zthjc曲線分離法更適用，當(dāng)器件的芯片粘結(jié)層為膠體時(shí)，使用結(jié)構(gòu)函數(shù)法則更好。

二、溫度循環(huán)下IGBT熱阻退化模型的研究

研究IGBT功率器件在熱應(yīng)力不斷沖擊過(guò)程中熱阻的老化規(guī)律，并以此為依據(jù)對(duì)器件的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，預(yù)測(cè)器件的剩余壽命具有十分重要的科學(xué)意義。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：先測(cè)試IGBT的初始熱阻，再將IGBT器件放入老化設(shè)備中，每經(jīng)過(guò)1000次溫度循環(huán)，重新測(cè)量器件的結(jié)殼熱阻值，直到器件失效為止。下圖是溫度循環(huán)下IGBT熱阻及其偏移量的波形。

由圖可知，隨著熱應(yīng)力的不斷沖擊，IGBT的性能發(fā)生了一定程度的退化，熱阻隨著溫度循環(huán)次數(shù)的增多不斷增大，這代表器件焊接層出現(xiàn)了疲勞損傷。其它研究表明IGBT器件先發(fā)生焊接層失效，當(dāng)焊接層失效到一定程度后鋁引線才開(kāi)始失效，所以監(jiān)測(cè)IGBT器件熱阻情況更能有效的掌握其健康狀態(tài)。
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