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T3Ster半導(dǎo)體熱特性測試儀

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產(chǎn)品型號T3Ster

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產(chǎn)品簡介

簡要描述：*的半導(dǎo)體熱特性測試儀

詳細(xì)介紹

T3Ster是MicReD研發(fā)制造的*的熱測試儀，用于測試IC、LED、散熱器、熱管等電子器件的熱特性。T3Ster基于*的JEDEC ‘Static Method’測試方法（JESD51-1），通過改變電子器件的輸入功率，使得器件產(chǎn)生溫度變化，在變化過程中，T3Ster測試出芯片的瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線，僅在幾分鐘之內(nèi)即可分析得到關(guān)于該電子器件的全面的熱特性。T3Ster測試技術(shù)不是基于“脈沖方法”的熱測試儀，“脈沖方法”由于是基于延時測量的技術(shù)所以其測出的溫度瞬態(tài)測試曲線精度不高，而T3Ster 采用的是“運(yùn)行中”的實時測量的方法，結(jié)合其精密的硬件可以快速精確撲捉到高信噪比的溫度瞬態(tài)曲線。

T3Ster運(yùn)用*的JEDEC穩(wěn)態(tài)實時測試方法（JESD51-1），專業(yè)測試各類IC（包括二極管、三極管、MOSFET、SOC、MEMS等）、LED、散熱器、熱管、PCB及導(dǎo)熱材料等的熱阻、熱容及導(dǎo)熱系數(shù)、接觸熱阻等熱特性。配合專為LED產(chǎn)業(yè)開發(fā)的選配件TERALED可以實現(xiàn)LED器件和組件的光熱一體化測量。

符合JEDEC JESD51-1和MIL-STD-750E標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。

T3Ster熱阻測試儀工作原理

T3Ster設(shè)備提供了非破壞性的熱測試方法，其原理為：
1) 首先通過改變電子器件的功率輸入；
2) 通過TSP (Temperature Sensitive Parameter熱敏參數(shù))測試出電子器件的瞬態(tài)溫度變化曲線；
3) 對溫度變化曲線進(jìn)行數(shù)值處理，抽取出結(jié)構(gòu)函數(shù)；
4) 從結(jié)構(gòu)函數(shù)中自動分析出熱阻和熱容等熱屬性參數(shù)。

◆ 應(yīng)用范圍:

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

• 各種復(fù)雜的IC以及MCM、SIP、SoC等新型結(jié)構(gòu) ；

• 各種復(fù)雜的散熱模組的熱特性測試，如熱管、風(fēng)扇等。

◆ 功能：

• 半導(dǎo)體器件結(jié)溫測量；

• 半導(dǎo)體器件穩(wěn)態(tài)熱阻及瞬態(tài)熱阻抗測量；

• 半導(dǎo)體器件封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，包括器件封裝內(nèi)部每層結(jié)構(gòu)（芯片+焊接層+熱沉等）的熱阻和熱容參數(shù)；

• 半導(dǎo)體器件老化試驗分析和封裝缺陷診斷，幫助用戶準(zhǔn)確定位封裝內(nèi)部的缺陷結(jié)構(gòu)。

• 材料熱特性測量（導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容）

• 接觸熱阻測量，包括導(dǎo)熱膠、新型熱接觸材料的導(dǎo)熱性能測試。

測試方法——基于電學(xué)法的熱瞬態(tài)測試技術(shù)

◆ 測試方法——電學(xué)法

• 尋找器件內(nèi)部具有溫度敏感特性的電學(xué)參數(shù)，通過測量該溫度敏感參數(shù)（TSP）的變化來得到結(jié)溫的變化。

• TSP的選擇：一般選取器件內(nèi)PN結(jié)的正向結(jié)電壓。

◆ 測試技術(shù)：熱瞬態(tài)測試

• 當(dāng)器件的功率發(fā)生變化時，器件的結(jié)溫會從一個熱穩(wěn)定狀態(tài)變到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，我們的儀器將會記錄結(jié)溫在這個過程中瞬態(tài)變化曲線。

• 一次測試，既可以得到穩(wěn)態(tài)的結(jié)溫?zé)嶙钄?shù)據(jù)，也可以得到結(jié)溫隨著時間的瞬態(tài)變化曲線。

• 瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線包含了熱流傳導(dǎo)路徑中每層結(jié)構(gòu)的詳細(xì)熱學(xué)信息（熱阻和熱容參數(shù)）。

組件配置

◆ 熱測試主機(jī)

計算機(jī)控制接口	USB接口，滿足數(shù)據(jù)傳輸提取方便的要求
測試時間	以分鐘為單位計
結(jié)溫測試分辨率	0.01℃
較大加熱時間	不限
較小測試延遲時間	1us(用戶可根據(jù)需要在軟件中調(diào)節(jié)1us~10000s不限)
RC網(wǎng)絡(luò)模型級數(shù)	2-100個

• 功率輸出模塊

加熱電流源	-2A~2A
加熱電壓源	-10V~10V
測試電流源（4路）	-25mA~25mA

• 數(shù)據(jù)采集模塊及控制模塊

較小測試延遲時間（t_MD）	1µs	較小采樣時間間隔（t_s）	1µs
每倍頻采樣點(diǎn)數(shù)	400個（典型值）	較大采樣點(diǎn)數(shù)	65000個
測量通道	2個（較大可擴(kuò)展至8個）
電壓變化測量檔位	400mv/200mv/100mv/50mv
電壓測量分辨率	12μV（以50mV量程計算）

◆ 溫度控制設(shè)備

T3Ster為客戶提供了三種溫度可控的恒溫設(shè)備，包括：干式溫控儀、濕式溫控儀以及液冷板。這三種恒溫設(shè)備除了能控制待測器件的溫度以測試器件的K系數(shù)，同時還能作為結(jié)溫?zé)嶙铚y試時器件的散熱環(huán)境，幫助控制器件的殼溫。

• 干式溫控儀

干式溫控儀采用熱電致冷芯片(Peltier單體)來控制器件的溫度。

計算機(jī)控制接口	COM	恒溫槽尺寸	525210 mm³
溫度控制范圍	5 - 90^oC	溫度控制精度	± 0.2 ^oC
溫度過載保護(hù)	95^oC	散熱功率	8W

T3Ster干式溫控儀

• 濕式溫控儀

濕式溫控儀采用油浴的方式來控制待測器件的溫度，使用時將待測器件浸沒在液體中以獲得恒溫環(huán)境。此外T3Ster提供的濕式溫控儀還可以作為一個動力泵，驅(qū)動外接的液冷板以控制液冷板的溫度。

型號	溫度范圍（℃）	溫度穩(wěn)定性（℃）	加熱功率（KW）	制冷功率 20℃（KW）	油槽尺寸（W×L/D cm）
F25-HE	-28~200	±0.01	2	0.26	12×14/14
F32-HE	-35~200	±0.01	2	0.45	18×12/15
F34-HE	-30~150	±0.01	2	0.45	24×30/15

• 液冷板

液冷板的作用：與濕式溫控儀配套使用，可以控制冷板的溫度，為測試器件的結(jié)溫、熱阻提供恒定的溫度環(huán)境。

（1）外觀尺寸：550*160*110 mm；

（2）單板尺寸：540*140*20 mm；

（3）材質(zhì)：硬級鋁；

T3Ster濕式溫控儀

• T3Ster液冷夾具

(1) 和T3Ster濕式溫控儀配套使用，利用液冷的方式來控制待測器件的殼溫，并配以氣動壓緊裝置。

(2) 散熱冷板材質(zhì)：銅。

(3) 有效散熱面積：210mm*210mm

(4) 配備平底器件以及TO封裝器件（包括TO-3）的測試夾具。

◆ T3Ster-Gold ref/熱測試儀校正樣品（Golden Reference）

性能穩(wěn)定的半導(dǎo)體器件，方便用戶定期檢測測試主機(jī)的功能是否正常。

標(biāo)準(zhǔn)靜止空氣箱（still-air chamber）

1）滿足JEDEC JESD 51-2要求

2）尺寸：1立方英尺

熱電偶前置放大器

1）方便T3Ster主機(jī)與J, K或 T 型熱電偶的聯(lián)接。

2）T3Ster主機(jī)可以方便地測試熱電偶接觸點(diǎn)的溫度隨著時間變化的曲線。

◆ 大功率BOOSTER

高電流模式
單通道
38A/40V	50A/30V	200A/7V
測試電流：0~200mA	測試電流：0~200mA	測試電流：0~500mA
		柵極電壓源：15V
雙通道
38A/40V	50A/30V [1]
三通道
		200A/7V [2]

注解：【1】通過雙通道并聯(lián)，輸出電流較高可達(dá)100A

【2】通過三通道并聯(lián)，輸出電流較高可達(dá)600A


單通道高電流booster	雙通道高電流booster

高電壓模式
單通道
10A/100V	10A/150V	10A/280V
測試電流：0~200mA	測試電流：0~200mA	測試電流：0~200mA
雙通道
	10A/150V	10A/280V

單通道高電壓booster 雙通道高電壓booster

◆TeraLED

1）符合CIE 127-2007關(guān)于LED光測試的要求。

2）配合T3Ster可以滿足JESD 51-52規(guī)定的LED光熱一體化測試的要求。

3）整套系統(tǒng)包括：Φ300mm或Φ500mm積分球1個，參考LED1個，多功能光度探頭1個，TERALED控制系統(tǒng)1套，恒溫基座1個。

T3Ster TeraLED

4）測試功能：

（1）測試LED基于熱功率的真實熱阻；

（2）測試不同的電流與結(jié)溫下的

a）、二極管的伏安特性；

b）、光功率（mW）；

c）、光通量（lm）（包括明視覺光通量和暗視覺光通量）；

d）、流明效率（lm/W）；

e）、色坐標(biāo)（X,Y,Z三刺激值）；

f）、色溫。

◆ 數(shù)據(jù)分析軟件(T3Ster Master)

數(shù)據(jù)分析軟件T3SterMaster提供了數(shù)據(jù)的分析功能，幾秒鐘內(nèi)，軟件就可以將采集的數(shù)據(jù)以結(jié)構(gòu)函數(shù)的形式表現(xiàn)出來。測試結(jié)果包括：測量參數(shù)（Record Parameters），測量得到的瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線（Measured response），分析后的瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線（Smoothed response），熱阻抗曲線（Zth），時間常數(shù)譜（Tau Intensity），頻域分析（Complex Locus），脈沖熱阻（Pulse Thermal Resistance），積分結(jié)構(gòu)函數(shù)以及微分結(jié)構(gòu)函數(shù)。

（1）測試參數(shù)（Record Parameter）

詳細(xì)記錄了每次測試的測試參數(shù)，包括加熱功率，待測器件的k系數(shù)，測試時間以及測試通道等。

（2）瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線

橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為結(jié)溫的改變，詳細(xì)記錄了結(jié)溫隨著時間瞬態(tài)變化的曲線。從該圖可以得到待測器件在達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)時結(jié)溫的變化量。

（3）熱阻抗曲線

將瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線對加熱功率進(jìn)行歸一化即可得到熱阻抗曲線。橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為熱阻抗。可以從圖中讀出某一時刻的熱阻抗以及達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)后的總熱阻。

（4）頻域響應(yīng)（Complex Locus）

圖中橫坐標(biāo)為實部，表示幅值的改變，縱坐標(biāo)為虛部，表示相位的變化。如圖所示，在不同的頻率下，其熱阻值和相位延遲是不同的。

該特性主要用于高頻器件的設(shè)計優(yōu)化過程，可研究器件在各種不同頻率情況下的熱性能。當(dāng)輸入的功率信號為Asin(ωt+Ф)時，器件結(jié)溫的升高不僅受幅值A(chǔ)的影響，還和輸入功率的頻率ω有關(guān)。由于熱容的存在，溫度變化的較大值和功率的較大值是不同步的，他們之間會存在一個相位延遲△Ф。而且同一個功率值在高頻工況下對器件造成的溫升比低頻工況下造成的溫升低，這是由于在高頻條件下，熱量被更多地儲存在芯片附近的熱容層，并沒有往外耗散。因此頻域分析對于高頻器件的設(shè)計優(yōu)化非常有用。

（5）脈沖熱阻（Pulse Thermal Resistance）

該功能描述的是器件工作在脈沖方波情況下的熱學(xué)特性。橫坐標(biāo)是脈沖寬度（s），縱坐標(biāo)是脈沖熱阻值（℃/W）。器件工作在脈沖方波情況下，其熱阻值與脈沖寬度和占空比有關(guān)。

（6）積分結(jié)構(gòu)函數(shù)與微分結(jié)構(gòu)函數(shù)

通過積分結(jié)構(gòu)函數(shù)和微分結(jié)構(gòu)函數(shù)可以分析熱傳導(dǎo)路徑上每層結(jié)構(gòu)的熱阻以及熱容信息，構(gòu)建器件等效熱學(xué)模型，作為器件封裝工藝、可靠性試驗、材料熱特性以及接觸熱阻的強(qiáng)大支持工具。

（7）RC網(wǎng)絡(luò)模型

用戶可根據(jù)實際需求在分析軟件中選擇RC模型的級數(shù)或者選擇軟件默認(rèn)的全部RC模型級數(shù)，RC模型級數(shù)：2-100個，并將分析得到的RC數(shù)值保存在測試文件中。

軟件會給出根據(jù)RC模型得到的瞬態(tài)熱阻抗曲線與實測瞬態(tài)熱阻抗曲線的對比。

T3Ster的工作原理（硬件實時采集+結(jié)構(gòu)函數(shù)分析）

◆ 測試K系數(shù)：建立結(jié)溫與電壓之間的關(guān)系

在器件本身的自發(fā)熱（self-heating）可以忽略的情況下，將器件置于溫度可控的恒溫環(huán)境中，改變環(huán)境溫度，測量TSP。得到一條校準(zhǔn)曲線。該直線的斜率即為k系數(shù)。

在接下來的過程中，測量得到的電壓變化值乘以k值即為結(jié)溫變化量。

◆ 熱測試

• 常規(guī)測試步驟

1. 通入工作電流，使結(jié)溫升高達(dá)到飽和。

2、進(jìn)行工作電流到測量電流的高速切換。（1us）

3、在結(jié)溫下降過程中，實時采樣pn結(jié)電壓，再通過K系數(shù)得到pn結(jié)點(diǎn)的降溫曲線，采樣間隔較快為1us。

• T3Ster硬件的技術(shù)優(yōu)勢

A. *的靜態(tài)實時測試方法

T3Ster兼具JESD51-1規(guī)定的的靜態(tài)測試法（static mode）和動態(tài)測試法（dynamic mode），但是靜態(tài)測試法更*，更，因此我們推薦用戶采用靜態(tài)測試法。靜態(tài)測試法可以實時地采集待測器件的結(jié)溫隨著時間的變化，而動態(tài)測試法是通過人為構(gòu)建脈沖加熱功率來模擬瞬態(tài)過程，并非器件實際的瞬態(tài)溫度響應(yīng)。靜態(tài)法的測試時間短、測試數(shù)據(jù)點(diǎn)密而且測試數(shù)據(jù)的信噪比更高。

B. 測試啟動時間高達(dá)1us，保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性

研究表明，在測試中如果瞬態(tài)變化較初1ms時間內(nèi)的溫度沒有被采集到，較終的熱阻值將被低估10%-15%左右。

C、實時采樣時間間隔高達(dá)1us，采樣點(diǎn)數(shù)較多65000點(diǎn)，保證了數(shù)據(jù)的完備性