熱阻測試
關(guān)注創(chuàng)建者：上海庭田信息科技有限公司 創(chuàng)建時間：2023-01-03
熱阻測試的實例教程
為了有效進(jìn)行散熱設(shè)計和性能檢測，必須精確測量器件有源區(qū)溫度變化并分析熱阻構(gòu)成分布，這對半導(dǎo)體器件生產(chǎn)行業(yè)及使用單位至關(guān)重要。
自1947年第一支雙極性晶體管誕生以來，半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展改變了社會面貌并影響著人們的生活。從1965年摩爾定律的提出開始，半導(dǎo)體技術(shù)按摩爾定律不斷發(fā)展，集成電路密度增加、尺寸縮小，導(dǎo)致工作過程中散熱能力下降。熱量積累導(dǎo)致器件結(jié)點溫度升高，進(jìn)而性能下降。因此，熱阻測試、功率測試在半導(dǎo)體研發(fā)中至關(guān)重要。
第一支雙極性晶體管
熱阻是指熱量在熱流路徑上的阻力，是表征介質(zhì)或介質(zhì)間熱傳導(dǎo)能力的重要參數(shù)，其物理意義是單位熱量引起的溫升，單位是℃/W。把溫差看作電壓，把熱流看作電流，那么熱阻就可以看作是電阻。
半導(dǎo)體器件特征尺寸持續(xù)縮小、功率密度增加，導(dǎo)致器件結(jié)溫升高，這直接影響器件性能和壽命。70%的電子器件損壞與高熱環(huán)境應(yīng)力密切相關(guān)。器件的瞬態(tài)溫升與熱阻密切相關(guān)，熱阻由芯片層、焊料層、管殼等組成。利用瞬態(tài)溫升技術(shù)，可測得器件穩(wěn)態(tài)熱阻和溫升，不但可以測得半導(dǎo)體器件穩(wěn)態(tài)熱阻和溫升，而且可以直接測量各部分對于溫升的貢獻(xiàn)，計算芯片熱流路徑上的縱向熱阻構(gòu)成，對器件熱可靠性設(shè)計、散熱問題解決、產(chǎn)品性能提升和長期可靠性至關(guān)重要。
半導(dǎo)體器件內(nèi)部熱阻構(gòu)成示意圖
目前，國內(nèi)外對單芯片內(nèi)部熱阻組成和結(jié)殼熱阻進(jìn)行了廣泛研究，并有一些科研院所和企業(yè)研制出了熱阻測試儀。美國AnalysisTec公司的Phase11熱阻測試儀和MicRed公司的T3Ster熱阻測試儀是兩款比較有影響力的商業(yè)化熱阻測試儀。Phase11適用于三極管、MOSFET、二極管和IGBT等器件的熱阻測試，操作復(fù)雜，測量周期長。T3Ster可以測量常見三極管、常見二極管、MOS管和LED等半導(dǎo)體器件的熱阻。
展開 探索熱阻測試儀在半導(dǎo)體器件熱管理中的應(yīng)用與前景
隨著半導(dǎo)體器件不斷向高頻、高功率、高集成度方向發(fā)展，器件的有源區(qū)工作溫升也隨之升高，導(dǎo)致性能及長期可靠性降低。為了有效進(jìn)行散熱設(shè)計和性能檢測，必須精確測量器件有源區(qū)溫度變化并分析熱阻構(gòu)成分布，這對半導(dǎo)體器件生產(chǎn)行業(yè)及使用單位至關(guān)重要。
自1947年第一支雙極性晶體管誕生以來，半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展改變了社會面貌并影響著人們的生活。從1965年摩爾定律的提出開始，半導(dǎo)體技術(shù)按摩爾定律不斷發(fā)展，集成電路密度增加、尺寸縮小，導(dǎo)致工作過程中散熱能力下降。熱量積累導(dǎo)致器件結(jié)點溫度升高，進(jìn)而性能下降。因此，熱阻測試、功率測試在半導(dǎo)體研發(fā)中至關(guān)重要。
第一支雙極性晶體管
熱阻是指熱量在熱流路徑上的阻力，是表征介質(zhì)或介質(zhì)間熱傳導(dǎo)能力的重要參數(shù)，其物理意義是單位熱量引起的溫升，單位是℃/W。把溫差看作電壓，把熱流看作電流，那么熱阻就可以看作是電阻。
半導(dǎo)體器件特征尺寸持續(xù)縮小、功率密度增加，導(dǎo)致器件結(jié)溫升高，這直接影響器件性能和壽命。70%的電子器件損壞與高熱環(huán)境應(yīng)力密切相關(guān)。器件的瞬態(tài)溫升與熱阻密切相關(guān)，熱阻由芯片層、焊料層、管殼等組成。利用瞬態(tài)溫升技術(shù)，可測得器件穩(wěn)態(tài)熱阻和溫升，不但可以測得半導(dǎo)體器件穩(wěn)態(tài)熱阻和溫升，而且可以直接測量各部分對于溫升的貢獻(xiàn)，計算芯片熱流路徑上的縱向熱阻構(gòu)成，對器件熱可靠性設(shè)計、散熱問題解決、產(chǎn)品性能提升和長期可靠性至關(guān)重要。
半導(dǎo)體器件內(nèi)部熱阻構(gòu)成示意圖
目前，國內(nèi)外對單芯片內(nèi)部熱阻組成和結(jié)殼熱阻進(jìn)行了廣泛研究，并有一些科研院所和企業(yè)研制出了熱阻測試儀。美國AnalysisTec公司的Phase11熱阻測試儀和MicRed公司的T3Ster熱阻測試儀是兩款比較有影響力的商業(yè)化熱阻測試儀。
展開 準(zhǔn)確測量和分析熱阻等熱特性參數(shù)，是優(yōu)化熱管理、確保產(chǎn)品質(zhì)量與性能的關(guān)鍵。T3ster 熱阻測試儀作為行業(yè)內(nèi)的先進(jìn)設(shè)備，為熱特性測試帶來了革命性的解決方案。
一、T3ster 熱阻測試儀簡介
T3ster 熱阻測試儀由專業(yè)的半導(dǎo)體測試設(shè)備制造商研發(fā)，是一款專注于半導(dǎo)體器件封裝熱特性測試的精密儀器。它能在數(shù)分鐘內(nèi)快速提供各類封裝的詳細(xì)熱特性數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、電子應(yīng)用和 LED 行業(yè)以及研發(fā)實驗室等領(lǐng)域。其系統(tǒng)融合了功能強(qiáng)大的軟件與先進(jìn)的硬件，具備極高的測試精度與可靠性。
二、T3ster 的測試原理與方法
（一）測試原理
T3ster 采用基于電學(xué)法的熱瞬態(tài)測試技術(shù)。通過改變電子器件的功率輸入，使得器件產(chǎn)生溫度變化。在這個過程中，T3ster 尋找器件內(nèi)部具有溫度敏感特性的電學(xué)參數(shù)，如 PN 結(jié)的正向結(jié)電壓等。利用測試設(shè)備對這些溫度敏感參數(shù)（TSP）進(jìn)行監(jiān)測，通過測量 TSP 的變化來精確得到結(jié)溫的變化情況。當(dāng)器件的功率發(fā)生改變時，結(jié)溫會從一個熱穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，T3ster 能夠精準(zhǔn)記錄結(jié)溫的瞬態(tài)變化過程，包括升溫與降溫過程 。
（二）測試方法
靜態(tài)測試法：符合 JEDEC JESD51-1 標(biāo)準(zhǔn)中描述的靜態(tài)測試方法。T3ster 通過持續(xù)改變電子器件的輸入功率，讓器件達(dá)到熱平衡狀態(tài)后，在冷卻過程中進(jìn)行連續(xù)測試，實時采集器件的瞬態(tài)溫度響應(yīng)曲線。這種方法能夠全面獲取熱流傳導(dǎo)路徑中每層結(jié)構(gòu)的詳細(xì)熱學(xué)信息，包括熱阻和熱容參數(shù) 。
動態(tài)測試方法：也稱為脈沖加熱單點測試。通過對器件施加脈沖式的功率輸入，然后進(jìn)行單點測試，同樣可以獲取器件的瞬態(tài)熱特性數(shù)據(jù) 。
展開 SimcenterT3Ster是一款先進(jìn)的半導(dǎo)體器件封裝熱特性測試儀器，在數(shù)分鐘內(nèi)提供各類封裝的熱特性數(shù)據(jù)。T3Ster專為半導(dǎo)體、電子應(yīng)用和LED行業(yè)以及研發(fā)實驗室的應(yīng)用而設(shè)計。系統(tǒng)包括易用的軟件部分和硬件部分，T3Ster用來測量封裝半導(dǎo)體器件以及其他電子設(shè)備的瞬態(tài)熱特性，測量的器件包括分離或集成的雙極型晶體管、MOS晶體管、常見三極管、LED封裝和半導(dǎo)體閘流管，各種封裝類型的器件和微機(jī)電系統(tǒng)的一些部件。因其配備的專業(yè)的設(shè)備和軟件，它也能測試PWB、MCPCB以及其他基板、熱界面材料或冷卻組件的熱特性。
SimcenterT3Ster提供無可匹敵的精確度和高重復(fù)性的熱阻抗數(shù)據(jù)，它的多通道配置能夠以最少的測試獲得幾乎所有封裝種類的特性。它提供極其精確的溫度測量（0.01°C，使用二極管傳感器，靈敏度：2mV/°C，假設(shè)50mV溫度引起步進(jìn)電壓的改變），測試啟動時間1微秒。與其他測試系統(tǒng)不同，T3Ster直接測試實際熱阻抗曲線?封裝半導(dǎo)體設(shè)備的熱瞬態(tài)反應(yīng)，而不是人為地將單個反應(yīng)組合。
SimcenterT3Ster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)通過測試設(shè)備TSP(TemperatureSensorParameter熱相關(guān)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)；
關(guān)鍵詞：T3ster,Micred,功率循環(huán)，結(jié)溫測試，熱阻測試，結(jié)溫?zé)嶙?em>測試，半導(dǎo)體熱特性測試；
參考文獻(xiàn)：
[1] 楊軍偉.半導(dǎo)體器件熱阻測量結(jié)構(gòu)函數(shù)法優(yōu)化及數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究[D].北京工業(yè)大學(xué),2016.
[2] 王超.基于瞬態(tài)溫升技術(shù)多通道系統(tǒng)級熱阻測試儀研究與開發(fā)[D].北京工業(yè)大學(xué),2017
展開 聚燦光電依托自身的技術(shù)實力和創(chuàng)新能力，并結(jié)合先進(jìn)的半導(dǎo)體器件封裝熱特性測試儀——T3Ster來解決芯片散熱問題。
在聚燦光電的研發(fā)過程中，T3Ster技術(shù)被廣泛應(yīng)用，為公司的芯片設(shè)計和制造提供了重要的支持。通過T3Ster技術(shù)進(jìn)行測試，聚燦光電的芯片散熱性能得到了極大的提升，這不僅增加了芯片的使用壽命，也提高了芯片的穩(wěn)定性和可靠性，使得聚燦光電的產(chǎn)品具有更高的市場競爭力。
聚燦光電簡介
聚燦光電是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售三方面為一體的高新技術(shù)企業(yè)，主要產(chǎn)品為GaN基高亮度LED外延片、芯片，主要應(yīng)用于顯示背光、通用照明、醫(yī)療美容等中高端應(yīng)用領(lǐng)域。。目前，公司已經(jīng)發(fā)展成為國內(nèi)高亮度LED芯片的主流廠家之一。
客戶遇到的挑戰(zhàn)
市場上大部分的熱阻測試設(shè)備，采用落后的采樣方法（脈沖法），其測量的數(shù)據(jù)量非常稀少（整個溫度變化過程總計都不超過150個采樣點），因此測試曲線的精度和平滑性都很差，完全無法準(zhǔn)確分析出器件內(nèi)部封裝構(gòu)造的結(jié)構(gòu)函數(shù)，而且也提供不了頻域分析結(jié)果，分析結(jié)果中的RC網(wǎng)絡(luò)級數(shù)甚至都不超過10個，這些參數(shù)尤其是平滑的溫度變化曲線是所有后續(xù)分析的最重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
客戶如何接觸到T3Ster
T3Ster熱阻測試儀在市場上廣受認(rèn)可，很多企業(yè)實驗室會選擇這款儀器來使用。通過庭田科技公司的專家顧問團(tuán)隊給予的售前技術(shù)支持，聚燦光電更全面的了解到T3Ster無可比擬的產(chǎn)品優(yōu)勢。
客戶為何選擇T3Ster？
聚燦光電之所以選擇T3Ster，是由于T3Ster采用了先進(jìn)的實時靜態(tài)測試方法（static mode），完全滿足JEDEC JESD51-1，IEC，美軍標(biāo)等國際標(biāo)準(zhǔn)，其測試能力、精度、重復(fù)性都是業(yè)界領(lǐng)先，而且T3Ster的開發(fā)團(tuán)隊還是半導(dǎo)體封裝（及大功率LED）結(jié)殼熱阻測試最新國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者。
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熱阻測試的最新內(nèi)容
T3ster 熱阻測試儀作為行業(yè)內(nèi)的先進(jìn)設(shè)備，為熱特性測試帶來了革命性的解決方案。
一、T3ster 熱阻測試儀簡介
T3ster 熱阻測試儀由專業(yè)的半導(dǎo)體測試設(shè)備制造商研發(fā)，是一款專注于半導(dǎo)體器件封裝熱特性測試的精密儀器。它能在數(shù)分鐘內(nèi)快速提供各類封裝的詳細(xì)熱特性數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、電子應(yīng)用和 LED 行業(yè)以及研發(fā)實驗室等領(lǐng)域。
三是模塊化擴(kuò)展設(shè)計，支持熱阻測試、功率循環(huán)、環(huán)境應(yīng)力（溫濕度、振動）等模塊靈活組合，用戶可根據(jù)需求升級，降低設(shè)備迭代成本。
半導(dǎo)體器件內(nèi)部熱阻構(gòu)成示意圖
目前，國內(nèi)外對單芯片內(nèi)部熱阻組成和結(jié)殼熱阻進(jìn)行了廣泛研究，并有一些科研院所和企業(yè)研制出了熱阻測試儀。美國AnalysisTec公司的Phase11熱阻測試儀和MicRed公司的T3Ster熱阻測試儀是兩款比較有影響力的商業(yè)化熱阻測試儀。Phase11適用于三極管、MOSFET、二極管和IGBT等器件的熱阻測試，操作復(fù)雜，測量周期長。
半導(dǎo)體器件內(nèi)部熱阻構(gòu)成示意圖
目前，國內(nèi)外對單芯片內(nèi)部熱阻組成和結(jié)殼熱阻進(jìn)行了廣泛研究，并有一些科研院所和企業(yè)研制出了熱阻測試儀。美國AnalysisTec公司的Phase11熱阻測試儀和MicRed公司的T3Ster熱阻測試儀是兩款比較有影響力的商業(yè)化熱阻測試儀。Phase11適用于三極管、MOSFET、二極管和IGBT等器件的熱阻測試，操作復(fù)雜，測量周期長。
與其他測試系統(tǒng)不同，T3Ster直接測試實際熱阻抗曲線?封裝半導(dǎo)體設(shè)備的熱瞬態(tài)反應(yīng)，而不是人為地將單個反應(yīng)組合。
張瑩潔，工業(yè)和信息化部電子第五研究所元器件與材料研究院（部）電子材料項目負(fù)責(zé)人
19:00-21:00 歡迎晚宴
9月26日，星期二 上午
報告主持人：趙敬棋，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
09:00-09:25
報告題目：電子器件中異質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱界面熱阻測試關(guān)鍵技術(shù)
一直以來，坤道專注于熱仿真和熱測試領(lǐng)域，為電子半導(dǎo)體、汽車、航天航空等行業(yè)提供Simcenter FloEFD/Flotherm Flexx/Flomaster等流體傳熱仿真軟件解決方案和Simcenter T3STER熱阻測試、Simcenter POWERTESTER功率循環(huán)測試、SanjSCOPETM 熱反射率成像系統(tǒng)等硬件解決方案。
某型號芯片熱仿真模型校準(zhǔn)前后的節(jié)溫比較
模型校準(zhǔn)前后，在第一個脈沖結(jié)束時溫度分布對比
Flotherm軟件可以和T3ster熱阻測試儀聯(lián)合應(yīng)用，對模型進(jìn)行校準(zhǔn)。其校準(zhǔn)流程如圖所示。
采用掃描電子顯微鏡(SEM，F(xiàn)EI Nova Nano SEM450)觀察不同燒結(jié)溫度下納米銀膏的微觀形貌及發(fā)光二極管樣品的橫截面結(jié)構(gòu)．采用熱阻測試儀(T3Ster-Master，Mentor Graphics)測量發(fā)光二極管樣品的熱阻和結(jié)溫變化，測試電流設(shè)置為1 mA，加熱電流設(shè)置為350 mA．采用積分球(HAAS-2000，Everfine)測量發(fā)光二極管樣品在變電流下的光功率．采用紅外熱像儀
客戶如何接觸到T3Ster
T3Ster熱阻測試儀在市場上廣受認(rèn)可，很多企業(yè)實驗室會選擇這款儀器來使用。通過庭田科技公司的專家顧問團(tuán)隊給予的售前技術(shù)支持，聚燦光電更全面的了解到T3Ster無可比擬的產(chǎn)品優(yōu)勢。
客戶為何選擇T3Ster？
