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如何科学测试IGBT器件结壳热阻值? 发布时间:2019-09-20

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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