一、T3ster及其特點

熱瞬態測試儀T3Ster，用于半導體器件的先進熱特性測試儀，同時用于測試IC、SoC、SIP、散熱器、熱管等的熱特性。

1.兼具 JESD51-1定義的靜態測試法（Static Mode）與動態測試法（Dynamic Mode）， 能夠實時采集器件瞬態溫度響應曲線 （包括升溫曲線與降溫曲線），其采樣率高達 1 微秒，測試延遲時間高達 1 微秒，結溫分辨率高達 0.01℃。

2.既能測試穩態熱阻，也能測試瞬態熱阻抗。

3.滿足JEDEC最新的結殼熱阻（θｊｃ）測試標準（JESD51-14）。

4.測試方法符合 IEC 60747系列標準。

5.滿足 LED 的國際標準 JESD51-51，以及LED 光熱一體化的測試標準 JESD51-52。

6.測試方法符合 MIL-STD-883H method 1012.1 和 MIL-750E 3100 系列的要求。

7.結構函數分析法，能夠分析器件熱傳導路徑上每層結構的熱學性能（熱阻和熱容參數），構建器件等效熱學模型。

8.可以和熱仿真軟件 Flotherm，FloEFD 無縫結合，將實際測試得到的器件熱學參數導入仿真軟件進行后續仿真優化。

測試LED產品的相關參數：

基板溫度：室溫~90℃

最小采樣時間間隔：1μs

結溫測試分辨率：0.01℃

典型電壓測量分辨率：12μV

二、 T3Ster 系統及備件一覽表

三、T3Ster 系統技術規格

1.加熱功率：0-38A/43V（電流線性可調），滿足大功率高壓LED產品測試；

2.電流范圍：0-38A，線性輸出；

3.器件電壓：0-43V；

4.電流準確度：0.05%；

5.K系數測試電流：0-200mA（電流線性可調），與外部控溫裝置聯動，自動測試K系數；

6.電流范圍：0-200mA，線性輸出；

7.Gate控制電壓：0-10V（線性可調）；

8.加熱狀態到測試狀態切換時間：1s；

9.具有循環脈沖輸出功能：輸出脈沖循環次數可設置一次到無數次；

10.溫度測試方法：ETM測試法（器件導通電壓作為溫度敏感變量），兼容三大測試標準：JEDEC（JESD51-1，JESD51-14，JESD51-50，JESD51-51，JESD51-52），MIL-STD-750E，IEC60747；

11.瞬態熱測試方法：提供兩種測試方法：靜態測試法（持續加熱，熱平衡后，冷卻中連續測試）；動態測試法（脈沖加熱，單點測試）；

12.電壓信號采樣速率：1us/次；

13.溫度采樣精度：0.0006℃（電壓分辨率12uV模式下）；

14.瞬態熱測試完成后，輸出的熱阻熱容網絡模型，可以被熱仿真軟件使用，進行仿真分析；

15.通過分析軟件可得到內部機構函數，結構函數反映了從發熱源（原點）到環境（最后直線向上部分）的熱流路徑上的所有熱容與熱阻分布。根據結構函數上斜率（熱容與熱阻的比值）變化，可以區分出不同材料，用直觀的方式，幫助分析散熱路徑上不同材料的熱阻與熱容；

16.光、熱、電聯合測試，可配合積分球和光學測試主機進行光、熱、電聯合測試；

17.熱電偶測量準確度：+/-0.5℃；

18.熱溫測量范圍：﹣50℃~200℃；

19.熱阻可測量范圍：0℃/W~1000℃/W；

20.溫控裝置溫控范圍：5℃~90℃，溫度穩定性﹢/﹣0.2℃。

四、T3Ster 的應用范圍及功能

1.應用范圍：

①各種三極管、二極管等半導體分立器件，包括：常見的半導體閘流管、雙極型晶體管、以及大功率 IGBT、MOSFET、LED 等器件；

②各種復雜的 IC以及 MCM、SIP、SoC 等新型結構 ；

③各種復雜的散熱模組的熱特性測試，如熱管、風扇等 。

2.功能：

①半導體器件結溫測量；

②半導體器件穩態熱阻及瞬態熱阻抗測量；

③半導體器件熱阻和熱容測量，給出器件的熱阻熱容結構（RC 網絡結構）；

④半導體器件封裝內部結構分析，包括器件封裝內部每層結構（芯片+焊接層+熱沉等）的熱阻和熱容參數；

⑤半導體器件老化試驗分析和封裝缺陷診斷，幫助用戶準確定位封裝內部的缺陷結構；

⑥材料熱特性測量（導熱系數和比熱容）；

⑦接觸熱阻測量，包括導熱膠、新型熱接觸材料的導熱性能測試。

五、 測試方法——基于電學法的熱瞬態測試技術

1.測試方法——電學法

尋找器件內部具有溫度敏感特性的電學參數，通過測量該溫度敏感參數（TSP）的變化 來得到結溫的變化。

TSP 的選擇：一般選取器件內 PN 結的正向結電壓。

2.測試技術：熱瞬態測試

① 當器件的功率發生變化時，器件的結溫會從一個熱穩定狀態變到另一個穩定狀態，T3Ster 將會記錄結溫瞬態變化過程（包括升溫過程與降溫過程）。

② 一次測試，既可以得到穩態的結溫熱阻數據，也可以得到結溫隨著時間的瞬態變化曲線。

③ 瞬態溫度響應曲線包含了熱流傳導路徑中每層結構的詳細熱學信息（熱阻和熱容參數）。

六、應用實例

1.如何利用結構函數識別器件的結構：

LED的一般散熱路徑為：芯片-固晶層-支架或基板-焊錫膏-輔助測試基板-導熱連接材料

如下面結構函數顯示，結構函數上越靠近 y 軸的地方代表著實際熱流傳導路徑上接近芯片有源區的結構，而越遠離 y 軸的地方代表著熱流傳導路徑上離有源區較遠的結構。

積分結構函數是熱容—熱阻函數，曲線上平坦的區域代表器件內部熱阻大、熱容小的結構，陡峭的區域代表器件內部熱阻小、熱容大的結構。

微分結構函數中，波峰與波谷的拐點就是兩種結構的分界處，便于識別器件內部的各層結構。

在結構函數的末端，其值趨向于一條垂直的漸近線，此時代表熱流傳導到了空氣層，由于空氣的體積無窮大，因此熱容也就無窮大。從原點到這條漸近線之間的 x 值就是結區到空氣環境的熱阻，也就是穩態情況下的熱阻。

2.利用結構函數識別器件封裝內部的“缺陷”：

對比上面兩個器件的剖面結構，固晶層可見明顯差異。左邊為正常產品，右邊為固晶層有缺陷的產品。

根據顯示，固晶層缺陷會造成的熱阻增大，影響散熱性能，具體的影響程度與缺陷的大小有關。

3.測量結殼熱阻：

兩次測試的分別：第一次測量，器件直接接觸到基板熱沉上；第二次測量，器件和基板熱沉中間夾著導熱雙面膠。由于兩次散熱路徑的改變僅僅發生在器件封裝殼之外，因此結構函數上兩次測量的分界處就代表了器件的殼。如下圖所示的曲線變化，可得出器件的精確熱阻。

4.結構無損檢測：

同批次產品，取固晶層完好、邊緣缺陷以及中間缺陷的樣品測試。固晶完好的固晶層應為矩形，而邊緣和中間存在缺陷，則固晶層不規則，兩種缺陷的圖片。

測試出三條熱阻曲線。由于三次測試的芯片是一樣的，因此在結構函數中表征芯片部分的曲線是完全重合在一起的。隨著固晶層損傷程度的增加，該結構層的熱阻逐漸變大。這是由于空洞阻塞了有效的散熱通道造成的。

根據測試結果，不僅可以定性地找出存在缺陷的結構，而且還能定量得到缺陷引起的熱阻的變化量。

5.老化試驗表征手段：

為一個高溫高濕老化案例中同一樣品不同時期的熱阻曲線。

老化前后，從芯片后波峰的移動可以清晰地看出由于老化造成的分層，導致了芯片粘結層的熱阻增大。對樣品不同階段的熱阻測試，可得到每層結構的熱阻變化，根據變化分析老化機理，從而改善產品散熱性能。

責任編輯：tzh