概要:功率半导体器件是新能源等领域核心部件,近年随电动汽车发展,市场需求激增。车规级器件因高要求,需严格验证可靠性。热阻测试成为行业热点,分电学法和双界面法。广电计量提供一站式测试服务,采用符合标准的T3Ster瞬态测试仪,适用于多种热阻测试需求。
功率半导体器件,这一电子领域的璀璨明珠,已然成为新能源、轨道交通、电动汽车、工业应用及家用电器等产业的核心驱动力。近年来,随着新能源电动汽车的疾驰向前,车用功率半导体器件市场如同火山爆发般迅猛增长,成为业界瞩目的焦点。
车规级功率半导体器件,以其高工作结温、高功率密度、高开关频率的特性,在日益严苛的车用环境中展现出非凡的可靠性。然而,随着车用场景的复杂化,对功率器件的可靠性验证提出了前所未有的挑战。
在众多导致电子系统失效的因素中,因温度过高导致的热失效占据了超过半数的比例。过高的结温不仅会降低电子系统的性能、可靠性及寿命,还可能引发器件内部结构的致命缺陷。面对器件小尺寸化、高集成化的行业趋势,如何在有限的空间内承载更大的功率密度,成为了行业亟待解决的难题。因此,热阻测试在功率器件的可靠性验证及汽车电子系统的安全保障中,显得尤为关键。
热阻测试——这一技术的探索与实践,为功率器件的可靠性提供了重要保障。
热阻测试,主要分为电学法和双界面法两大类别。当样品散热底部不平整,适用于水冷时,通常选择电学法进行测试;而当样品散热底部平整,能与热沉良好贴合时,则更倾向于采用双界面法。
这两种方法都需要首先建立温敏系数与温度之间的关系,即进行K系数测量。K系数,这一比值揭示了电压差与温度差之间的微妙联系。
在精密的操作下,通过在不同温度下测量对应的电压值并进行拟合,我们得到了如图1所示的曲线。
图1所展示的K系数,正是热阻测试中的关键参数。
电学法测热阻——这一技术的每一步操作,都蕴含着深厚的科技底蕴。
标准的测试步骤包括:首先,将样品安装于冷板,确保冷板温度稳定;其次,选择适当的加热电流,使样品结温上升;然后,在加热电流关闭的瞬间,施加与测试电流相同的电流,记录降温过程中的电压变化,直至样品温度恢复至未加热前的状态;最后,通过监测到的电压拟合曲线,得出降温过程的结温变化,并据此计算结环热阻。
热阻的计算公式为Rthjc=△T/△P,它揭示了温升与功率之间的密切关系。
双界面法测热阻——另一种精确而高效的测试手段。
双界面法,顾名思义,是在样品散热底部分别进行干法和湿法的测试。干法测试,即将样品底部不涂导热硅脂,直接安装在热沉进行测试;而湿法测试,则是在样品散热底部和热沉上均匀涂上一层导热硅脂,以模拟真实使用场景。由于两种测试方法下样品内部散热途径相同,但在与热沉连接处存在分离现象,此分离点即为热阻的关键所在。
热阻软件拟合图如下,展示了双界面法测试的精确性与高效性。