车规级 | 功率半导体模块封装可靠性试验-热阻测试

        功率半导体器件是新能源、轨道交通、电动汽车、工业应用和家用电器等应用的核心部件。在近年，随着新能源电动汽车的高速发展，车用功率半导体器件市场迎来了爆发式的增长。

        车规级功率半导体器件由于高工作结温、高功率密度、高开关频率的特性，伴随着车用场景中更严苛的使用环境，对功率器件的可靠性验证提出了更高的要求。

        在因为功率器件相关原因所引起电子系统失效的原因中，有超过50%是因为温度过高导致的热失效。结温过高会导致电子系统性能降低、可靠性降低、寿命降低、引发器件结构内部的缺陷。随着器件小尺寸化、高集成化的趋势，有限的空间承载的功率密度越来越大，对热性能测试的研究成为了行业的热门议题。因此，热阻测试对功率器件试可靠性验证及对汽车电子系统保障中起着关键性的作用。

热阻测试

        热阻测试可分为电学法和双界面法：

        当样品散热底部不平整适用于水冷一般使用电学法测试；

        样品散热底部平整，能和热沉较好的贴合一般使用双界面法测试。

        两者都需要建立温敏系数与温度的关系,即进行K系数测量。K系数为电压差和温度差的比值。

        具体操作是在不同的温度下测量出相对应的电压值再进行拟合，结果如下图1

图1 K系数

电学法测热阻

        标准测试步骤：

        1.样品需要安装于冷板，冷板要求能保证温度基本稳定。

        2.选择合适的加热（大）电流加电，使得样品结温上升。

        3.在加热（大）电流关闭的瞬间即开始施加和测试（小）电流一样的电流，测量并记录降温过程的电压，直到样品温度和未加热前温度一致才完成测试，同时记录加热（大）电流关闭前最后时刻的功率。

        4.最后利用监测到的电压拟合得出的曲线即可得到此次降温过程的结温变化。

        5.和未升温前的环境温度相计算结温差，配合功率即可算出结环热阻。

        6.热阻等于温升除以功率，Rthjc=△T/△P

双界面法测热阻

        双界面法，顾名思义就是在样品散热底部分为两种情况测试，一种是干法，将样品底部不涂导热硅脂，将样品安装在热沉进行测试，测试方法和2.1电学法方式一致，另一种是湿法，在样品散热底部和热沉上均匀的涂上一层导热硅脂，所有的测试条件与干法完全保持一致，因为样品内部散热途径方式都一样，在与热沉连接处由于两者有差距会在此界面有一个分离现象，此分离点就是热阻值得点。

        热阻软件拟合图如下：

广电计量服务能力

        广电计量在Si基功率半导体模块、SiC模块等相关测试有着丰富的实战经验，为众多半导体厂家提供模块的规格书参数测试、竞品分析、环境可靠性、寿命耐久和失效分析等一站式测试服务。在热阻测试方向，广电计量采用的是mentor的T3Ster瞬态测试仪，该设备符合JEDEC51-14标准，高达1μs的采样率，1μs高速电源切换，最小电压分辨率12μV，可运用结构函数用于分析内部构造。设备最大开通压降能达到12V，适用于单管模块MOS，IGBT,SICMOS以及二极管等热阻测试。