IGBT器件结壳热阻测试

IGBT热阻的研究对于延长IGBT的使用寿命和提高其应用可靠性具有重要的现实意义，目前获取IGBT热阻参数的试验方法多为热敏参数法，该方法方便简洁、对硬件要求低，但是传统的热敏参数法需要测量器件的壳温，而IGBT器件由于封装尺寸远大于芯片尺寸，所以壳温不易准确测量，测量过程中引入的误差较多，最终无法得到器件真正的热阻值。

与传统测试方法相比，JESD51-14热阻瞬态双界面测试法具有更高的准确性和重现性，而T3ster是目前全球唯一满足此测试标准的仪器。使用T3ster对IGBT器件进行测试，可以记录模块结温瞬态变化过程，能得到稳态的结壳热阻数据，也能得到结温随时间变化的瞬态曲线，还可以通过结构函数分析器件热传导路径上各层结构的热阻值。

金鉴实验室近期推出了“IGBT器件结壳热阻测试”，并成功应用于英飞凌IGBT产品上。

服务客户：IGBT器件厂家、代理商、用户等

服务内容：

1．器件结壳热阻测试

2．芯片结温测试

3．结构无损检测

4．封装材料和工艺优化

5．器件可靠性筛选

6．老化试验表征手段

测试数据包括：（1）瞬态温度响应曲线；（2）热阻抗曲线；（3）频域响应；（4）脉冲热阻；（5）积分结构函数与微分结构函数。

一、金鉴实验室应用举例：

某客户委托金鉴对近期购买的英飞凌IGBT器件进行结壳热阻测试，要求分别测试IGBT芯片及二极管芯片的结壳热阻值，测试结果如下所示：

IGBT芯片结壳热阻测试：

双界面测试法热阻抗曲线

双界面测试法结构函数曲线

Zthjc1和Zthjc2两曲线在分离点的值Zthjc（ts）不一定等于稳态时的结壳热阻Rthjc，原因是在稳态时（需要很长时间）和在瞬态ts时器件内部的热流分布不一样。当Zthjc（ts）thjc。这种情况下，Zthjc1和Zthjc2两条曲线就需要转换成与其对应的结构函数来确定结壳热阻。

二极管结壳热阻测试：

双界面测试法瞬态热阻曲线

双界面测试法结构函数曲线

二极管芯片测试结果也是Zthjc（ts）thjc，因此也需要用结构函数来确定结壳热阻。原则上结构函数法适用于一维传热路径下（不考虑芯片粘结层）的所有器件，但是当Rthjc很小时，结构函数法失效。因此，这两种计算方法在一定范围内可以互补：当器件的芯片粘结层为焊料时，Zthjc曲线分离法更适用，当器件的芯片粘结层为胶体时，使用结构函数法则更好。

二、温度循环下IGBT热阻退化模型的研究

研究IGBT功率器件在热应力不断冲击过程中热阻的老化规律，并以此为依据对器件的健康状态进行评估，预测器件的剩余寿命具有十分重要的科学意义。

实验过程：先测试IGBT的初始热阻，再将IGBT器件放入老化设备中，每经过1000次温度循环，重新测量器件的结壳热阻值，直到器件失效为止。下图是温度循环下IGBT热阻及其偏移量的波形。

由图可知，随着热应力的不断冲击，IGBT的性能发生了一定程度的退化，热阻随着温度循环次数的增多不断增大，这代表器件焊接层出现了疲劳损伤。其它研究表明IGBT器件先发生焊接层失效，当焊接层失效到一定程度后铝引线才开始失效，所以监测IGBT器件热阻情况更能有效的掌握其健康状态。
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