金鑑實驗室IGBT器件結殼熱阻測試 檢測英飛凌IGBT熱阻

IGBT熱阻的研究對於延長IGBT的使用壽命和提高其應用可靠性具有重要的現實意義，目前獲取IGBT熱阻參數的試驗方法多為熱敏參數法，該方法方便簡潔、對硬體要求低，但是傳統的熱敏參數法需要測量器件的殼溫，而IGBT器件由於封裝尺寸遠大於晶片尺寸，所以殼溫不易準確測量，測量過程中引入的誤差較多，最終無法得到器件真正的熱阻值。

與傳統測試方法相比，JESD51-14熱阻瞬態雙界面測試法具有更高的準確性和重現性，而T3ster是目前全球唯一滿足此測試標準的儀器。使用T3ster對IGBT器件進行測試，可以記錄模塊結溫瞬態變化過程，能得到穩態的結殼熱阻數據，也能得到結溫隨時間變化的瞬態曲線，還可以通過結構函數分析器件熱傳導路徑上各層結構的熱阻值。

金鑑實驗室近期推出了「IGBT器件結殼熱阻測試」，並成功應用於英飛凌IGBT產品上。

服務客戶：IGBT器件廠家、代理商、用戶等

服務內容：

1．器件結殼熱阻測試

2．晶片結溫測試

3．結構無損檢測

4．封裝材料和工藝優化

5．器件可靠性篩選

6．老化試驗表徵手段

測試數據包括：（1）瞬態溫度響應曲線；（2）熱阻抗曲線；（3）頻域響應；（4）脈衝熱阻；（5）積分結構函數與微分結構函數。

一、金鑑實驗室應用舉例：

某客戶委託金鑑對近期購買的英飛凌IGBT器件進行結殼熱阻測試，要求分別測試IGBT晶片及二極體晶片的結殼熱阻值，測試結果如下所示：

IGBT晶片結殼熱阻測試：

雙界面測試法熱阻抗曲線

雙界面測試法結構函數曲線

Zthjc1和Zthjc2兩曲線在分離點的值Zthjc（ts）不一定等於穩態時的結殼熱阻Rthjc，原因是在穩態時（需要很長時間）和在瞬態ts時器件內部的熱流分布不一樣。當Zthjc(ts)thjc。這種情況下，Zthjc1和Zthjc2兩條曲線就需要轉換成與其對應的結構函數來確定結殼熱阻。

二極體結殼熱阻測試：

雙界面測試法瞬態熱阻曲線

雙界面測試法結構函數曲線

二極體晶片測試結果也是Zthjc(ts)thjc，因此也需要用結構函數來確定結殼熱阻。原則上結構函數法適用於一維傳熱路徑下（不考慮晶片粘結層）的所有器件，但是當Rthjc很小時，結構函數法失效。因此，這兩種計算方法在一定範圍內可以互補：當器件的晶片粘結層為焊料時，Zthjc曲線分離法更適用，當器件的晶片粘結層為膠體時，使用結構函數法則更好。

二、溫度循環下IGBT熱阻退化模型的研究

研究IGBT功率器件在熱應力不斷衝擊過程中熱阻的老化規律，並以此為依據對器件的健康狀態進行評估，預測器件的剩餘壽命具有十分重要的科學意義。

實驗過程：先測試IGBT的初始熱阻，再將IGBT器件放入老化設備中，每經過1000次溫度循環，重新測量器件的結殼熱阻值，直到器件失效為止。下圖是溫度循環下IGBT熱阻及其偏移量的波形。

由圖可知，隨著熱應力的不斷衝擊，IGBT的性能發生了一定程度的退化，熱阻隨著溫度循環次數的增多不斷增大，這代表器件焊接層出現了疲勞損傷。其它研究表明IGBT器件先發生焊接層失效，當焊接層失效到一定程度後鋁引線才開始失效，所以監測IGBT器件熱阻情況更能有效的掌握其健康狀態。