熱阻測(cè)試的案例
探索熱阻測(cè)試儀在半導(dǎo)體器件熱管理中的應(yīng)用與前景
探索熱阻測(cè)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(zhǎng)期可靠性降低。為了有效進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)和性能檢測(cè)，必須精確測(cè)量器件有源區(qū)溫度變化并分析熱阻構(gòu)成分布，這對(duì)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(lái)，半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展改變了社會(huì)面貌并影響著人們的生活。從1965年摩爾定律的提出開(kāi)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(guò)程中散熱能力下降。熱量積累導(dǎo)致器件結(jié)點(diǎn)溫度升高，進(jìn)而性能下降。因此，熱阻測(cè)試、功率測(cè)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(cè)得器件穩(wěn)態(tài)熱阻和溫升，不但可以測(cè)得半導(dǎo)體器件穩(wěn)態(tài)熱阻和溫升，而且可以直接測(cè)量各部分對(duì)于溫升的貢獻(xiàn)，計(jì)算芯片熱流路徑上的縱向熱阻構(gòu)成，對(duì)器件熱可靠性設(shè)計(jì)、散熱問(wèn)題解決、產(chǎn)品性能提升和長(zhǎng)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(guó)內(nèi)外對(duì)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(cè)試儀。美國(guó)AnalysisTec公司的Phase11熱阻測(cè)試儀和MicRed公司的T3Ster熱阻測(cè)試儀是兩款比較有影響力的商業(yè)化熱阻測(cè)試儀。
展開(kāi) 探索熱阻測(cè)試儀在半導(dǎo)體器件熱管理中的應(yīng)用與前景
為了有效進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)和性能檢測(cè)，必須精確測(cè)量器件有源區(qū)溫度變化并分析熱阻構(gòu)成分布，這對(duì)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(lái)，半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展改變了社會(huì)面貌并影響著人們的生活。從1965年摩爾定律的提出開(kāi)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(guò)程中散熱能力下降。熱量積累導(dǎo)致器件結(jié)點(diǎn)溫度升高，進(jìn)而性能下降。因此，熱阻測(cè)試、功率測(cè)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(cè)得器件穩(wěn)態(tài)熱阻和溫升，不但可以測(cè)得半導(dǎo)體器件穩(wěn)態(tài)熱阻和溫升，而且可以直接測(cè)量各部分對(duì)于溫升的貢獻(xiàn)，計(jì)算芯片熱流路徑上的縱向熱阻構(gòu)成，對(duì)器件熱可靠性設(shè)計(jì)、散熱問(wèn)題解決、產(chǎn)品性能提升和長(zhǎng)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(guó)內(nèi)外對(duì)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(cè)試儀。美國(guó)AnalysisTec公司的Phase11熱阻測(cè)試儀和MicRed公司的T3Ster熱阻測(cè)試儀是兩款比較有影響力的商業(yè)化熱阻測(cè)試儀。Phase11適用于三極管、MOSFET、二極管和IGBT等器件的熱阻測(cè)試，操作復(fù)雜，測(cè)量周期長(zhǎng)。T3Ster可以測(cè)量常見(jiàn)三極管、常見(jiàn)二極管、MOS管和LED等半導(dǎo)體器件的熱阻。
展開(kāi) 熱阻測(cè)試儀在LED照明技術(shù)中的應(yīng)用
SimcenterT3Ster是一款先進(jìn)的半導(dǎo)體器件封裝熱特性測(cè)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(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。系統(tǒng)包括易用的軟件部分和硬件部分，T3Ster用來(lái)測(cè)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(cè)量的器件包括分離或集成的雙極型晶體管、MOS晶體管、常見(jiàn)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(cè)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(wú)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(cè)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(cè)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(cè)試啟動(dòng)時(shí)間1微秒。與其他測(cè)試系統(tǒng)不同，T3Ster直接測(cè)試實(shí)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(gè)反應(yīng)組合。
SimcenterT3Ster設(shè)備提供了非破壞性的熱測(cè)試方法，其原理為：
1)首先通過(guò)改變電子器件的功率輸入；
2)通過(guò)測(cè)試設(shè)備TSP(TemperatureSensorParameter熱相關(guān)參數(shù))測(cè)試出電子器件的瞬態(tài)溫度變化曲線；
3)對(duì)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(dòng)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(cè)試，熱阻測(cè)試，結(jié)溫?zé)嶙?em>測(cè)試，半導(dǎo)體熱特性測(cè)試；
參考文獻(xiàn)：
[1] 楊軍偉.半導(dǎo)體器件熱阻測(cè)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(jí)熱阻測(cè)試儀研究與開(kāi)發(fā)[D].北京工業(yè)大學(xué),2017
展開(kāi) 精準(zhǔn)洞察熱性能：T3Ster 熱阻測(cè)試儀的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)
準(zhǔn)確測(cè)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(cè)試儀作為行業(yè)內(nèi)的先進(jìn)設(shè)備，為熱特性測(cè)試帶來(lái)了革命性的解決方案。
一、T3ster 熱阻測(cè)試儀簡(jiǎn)介
T3ster 熱阻測(cè)試儀由專業(yè)的半導(dǎo)體測(cè)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(cè)試精度與可靠性。
二、T3ster 的測(cè)試原理與方法
（一）測(cè)試原理
T3ster 采用基于電學(xué)法的熱瞬態(tài)測(cè)試技術(shù)。通過(guò)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(gè)過(guò)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(cè)試設(shè)備對(duì)這些溫度敏感參數(shù)（TSP）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)測(cè)量 TSP 的變化來(lái)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(shí)，結(jié)溫會(huì)從一個(gè)熱穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，T3ster 能夠精準(zhǔn)記錄結(jié)溫的瞬態(tài)變化過(guò)程，包括升溫與降溫過(guò)程 。
（二）測(cè)試方法
靜態(tài)測(cè)試法：符合 JEDEC JESD51-1 標(biāo)準(zhǔn)中描述的靜態(tài)測(cè)試方法。T3ster 通過(guò)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(guò)程中進(jìn)行連續(xù)測(cè)試，實(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)測(cè)試方法：也稱為脈沖加熱單點(diǎn)測(cè)試。通過(guò)對(duì)器件施加脈沖式的功率輸入，然后進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)試，同樣可以獲取器件的瞬態(tài)熱特性數(shù)據(jù) 。
展開(kāi) 
聚燦光電使用T3Ster大大提升LED芯片散熱能力
聚燦光電依托自身的技術(shù)實(shí)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(cè)試儀——T3Ster來(lái)解決芯片散熱問(wèn)題。
在聚燦光電的研發(fā)過(guò)程中，T3Ster技術(shù)被廣泛應(yīng)用，為公司的芯片設(shè)計(jì)和制造提供了重要的支持。通過(guò)T3Ster技術(shù)進(jìn)行測(cè)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
聚燦光電簡(jiǎn)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(guó)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(chǎng)上大部分的熱阻測(cè)試設(shè)備，采用落后的采樣方法（脈沖法），其測(cè)量的數(shù)據(jù)量非常稀少（整個(gè)溫度變化過(guò)程總計(jì)都不超過(guò)150個(gè)采樣點(diǎn)），因此測(cè)試曲線的精度和平滑性都很差，完全無(wú)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(jí)數(shù)甚至都不超過(guò)10個(gè)，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(cè)試儀在市場(chǎng)上廣受認(rèn)可，很多企業(yè)實(shí)驗(yàn)室會(huì)選擇這款儀器來(lái)使用。通過(guò)庭田科技公司的專家顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)給予的售前技術(shù)支持，聚燦光電更全面的了解到T3Ster無(wú)可比擬的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。
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(shí)時(shí)靜態(tài)測(cè)試方法（static mode），完全滿足JEDEC JESD51-1，IEC，美軍標(biāo)等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其測(cè)試能力、精度、重復(fù)性都是業(yè)界領(lǐng)先，而且T3Ster的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)還是半導(dǎo)體封裝（及大功率LED）結(jié)殼熱阻測(cè)試最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定者。
展開(kāi) 循能智熱?驗(yàn)極臺(tái)（體現(xiàn)循環(huán)測(cè)試、智能熱分析，以及極致驗(yàn)證的定位）
一、核心功能：全方位覆蓋功率與熱性能測(cè)試
Power Tester 功率循環(huán)及熱測(cè)試平臺(tái)整合了功率循環(huán)與熱性能分析雙重核心能力，為功率半導(dǎo)體器件提供全生命周期可靠性驗(yàn)證。
在功率循環(huán)測(cè)試方面，設(shè)備可對(duì) IGBT、SiC MOSFET、GaN 等器件施加 0-6000A 寬范圍周期性電流負(fù)載，模擬從常溫到 200℃的極端工況，支持恒定電流、結(jié)溫差（ΔTj）、殼溫差（ΔTc）等多種循環(huán)模式，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)新能源汽車電機(jī)控制器、風(fēng)電變流器等場(chǎng)景的高頻開(kāi)關(guān)應(yīng)力。
熱測(cè)試功能則通過(guò)瞬態(tài)熱阻測(cè)試技術(shù)，實(shí)時(shí)采集器件從芯片到散熱系統(tǒng)的溫度響應(yīng)曲線，結(jié)合結(jié)構(gòu)函數(shù)分析，直觀呈現(xiàn)封裝層間熱阻分布，可快速定位芯片貼裝空洞、鍵合線脫落等熱失效隱患。此外，平臺(tái)支持 12 通道并行測(cè)試，能同步評(píng)估多器件一致性，測(cè)試效率較傳統(tǒng)設(shè)備提升 3 倍以上。
二、產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：技術(shù)突破與場(chǎng)景適配性
相較于同類測(cè)試設(shè)備，Power Tester 的核心優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三方面：
一是高精度與寬兼容性，電流控制精度達(dá) ±0.5%，溫度測(cè)量誤差≤1℃，兼容 AEC-Q101、JEDEC JESD22-A122 等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，滿足汽車電子、工業(yè)控制等多領(lǐng)域嚴(yán)苛要求。
二是智能化測(cè)試流程，搭載 AI 驅(qū)動(dòng)的失效判據(jù)系統(tǒng)，可自動(dòng)識(shí)別器件參數(shù)漂移趨勢(shì)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)判壽命拐點(diǎn)，將測(cè)試周期縮短 40%。
三是模塊化擴(kuò)展設(shè)計(jì)，支持熱阻測(cè)試、功率循環(huán)、環(huán)境應(yīng)力（溫濕度、振動(dòng)）等模塊靈活組合，用戶可根據(jù)需求升級(jí)，降低設(shè)備迭代成本。
展開(kāi) 現(xiàn)場(chǎng)公開(kāi)課 | Icepak器件級(jí)建模與仿真專題
部分簡(jiǎn)單封裝的MOSFET/IGBT/LED都可以通過(guò)雙熱阻模型進(jìn)行描述，但隨著多疊層和多核的封裝技術(shù)的出現(xiàn)，封裝的熱模型變的越來(lái)越復(fù)雜，簡(jiǎn)單的雙熱阻模型已經(jīng)不能準(zhǔn)確的描述該類芯片了。如何通過(guò)JEDEC測(cè)試環(huán)境得到雙熱阻模型，以及通過(guò)詳細(xì)模型提取Delphi和降階模型變的尤為重要。
通過(guò)該課程你可掌握LED器件光功率和熱功率的計(jì)算；常規(guī)封裝芯片的Icepak參數(shù)化建模和SpaceClaim建模過(guò)程；封裝熱測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)JEDEC JESD 51以及封裝熱模型Delphi和降階模型的提取。
熱仿真在芯片研發(fā)中的作用及熱阻講解—為什么任正非說(shuō)芯片熱分析是尖端技術(shù)？
Tj、Ta測(cè)量點(diǎn)示意圖
進(jìn)行Rja計(jì)算時(shí)，芯片務(wù)必放置于電路板上，當(dāng)芯片封裝的尺寸小于27mm時(shí)，測(cè)試電路板的尺寸如下左圖所示；當(dāng)芯片封裝尺寸大于等于27mm時(shí)，測(cè)試電路板的尺寸如下右圖所示。
芯片尺寸小于27mm 、芯片尺寸大于等于27mm
芯片封裝的Rjc熱阻，表示芯片封裝的結(jié)點(diǎn)Die至芯片管殼Case頂部的熱阻。將芯片封裝放置于四周絕熱的環(huán)境中，芯片封裝僅僅通過(guò)管殼的頂部與外接環(huán)境進(jìn)行換熱，恒定的換熱系數(shù)為25w/k.m2。Rjc測(cè)試的示意圖如下圖所示。
Rjc熱阻測(cè)試示意圖
Rjc的計(jì)算公式為：
Rjc=（Tj-T_c）/P
Tj表示芯片Die的最高溫度，℃；
Tc表示芯片管殼Case的最高溫度，℃；
P表示芯片Die的熱耗，W。
芯片封裝的Rjb熱阻，表示芯片封裝的結(jié)點(diǎn)Die至電路板Board的熱阻，其真實(shí)的測(cè)試示意圖下圖所示。芯片封裝放置于Pcb電路板上，電路板長(zhǎng)、寬方向的尺寸均大于芯片封裝5mm，將芯片和電路板放置于密閉的空間內(nèi)，電路板四周的面處于恒定的溫度，芯片封裝的熱量只能通過(guò)電路板傳導(dǎo)至電路板四周恒溫的壁面。
Rjb熱阻測(cè)試示意圖
芯片封裝Rjb的計(jì)算公式為:
Rjb=（Tj-T_b）/P
Tj表示芯片Die的最高溫度，℃；
Tb表示電路板board的溫度，℃；
P表示芯片Die的熱耗，W。
因此，使用ANSYS Icepak可以精確地計(jì)算芯片封裝內(nèi)部的熱流分布，計(jì)算不同工況下的熱阻數(shù)值，方便工程師洞悉芯片內(nèi)部的熱流路徑，以進(jìn)一步改善芯片的熱流環(huán)境，提高其熱可靠性。
來(lái)源：安世亞太
展開(kāi) Flotherm：IGBT熱仿真模型的校準(zhǔn)
某型號(hào)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(gè)脈沖結(jié)束時(shí)溫度分布對(duì)比
Flotherm軟件可以和T3ster熱阻測(cè)試儀聯(lián)合應(yīng)用，對(duì)模型進(jìn)行校準(zhǔn)。其校準(zhǔn)流程如圖所示。圖中橙色部分為Flotherm軟件操作，藍(lán)色部分為T(mén)3Ster硬件熱測(cè)試操作。
IGBT校準(zhǔn)案例
Part
1
仿真與測(cè)試的設(shè)置
對(duì)某型號(hào)的IGBT模型進(jìn)行校準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。
基于ICEPAK熱仿真的光伏逆變器結(jié)構(gòu)優(yōu)化
經(jīng)熱阻測(cè)試(1)，同樣面積同樣壓力時(shí)，“陶瓷墊片+導(dǎo)熱膏”組合的熱阻大于相變導(dǎo)熱墊片。
最終的散熱方案采用某型號(hào)相變導(dǎo)熱墊片，如圖5。不再使用導(dǎo)熱膏和陶瓷墊片定位塑料框(或散熱器銑槽，箱
體挖孔)，也無(wú)需額外的工裝和模具。相變導(dǎo)熱墊片可局部帶背膠，可牢固準(zhǔn)確地附著在散熱器上。晶體管殼溫到達(dá)一定數(shù)值時(shí)，相變導(dǎo)熱墊片軟化并充滿晶體管殼與散熱器間的空氣間隙。圖6為采用陶瓷墊片的整機(jī)熱仿
真結(jié)果，散熱器最高溫度79.88°C，晶體管最高結(jié)溫104.278°C。圖7為初始條件相同時(shí)采用相變墊片的整機(jī)熱仿真結(jié)果，散熱器最高溫度79.86°C，最高結(jié)溫102.09°C。
2種散熱方案具體的對(duì)比見(jiàn)下表：
由以上分析可見(jiàn)，采用相變導(dǎo)熱墊片后，散熱效果更好，而組裝消耗工時(shí)更低。
3. 熱仿真輔助三相光伏逆變器結(jié)構(gòu)優(yōu)化
3.1 豎直風(fēng)道方案
某型3相17kW光伏逆變器早期方案整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖8，安裝形式為掛墻安裝，背面外觀如圖9。風(fēng)扇向上吹風(fēng)。逆
變側(cè)IGBT模塊和8個(gè)BOOST晶體管安裝在主散熱器，另外8個(gè)BOOST晶體管安裝在輔助散熱器上。BOOST電感盒和逆變電感盒豎直安裝在箱體背面左右兩側(cè)。為獲得更大通風(fēng)量，散熱器框頂部全部面積打孔，過(guò)孔率60%。初始條件環(huán)境溫度40°，1個(gè)大氣壓。初始方案使用2個(gè)8025風(fēng)扇。整機(jī)熱仿真溫度場(chǎng)見(jiàn)圖10。
使用3個(gè)8025風(fēng)扇的整機(jī)熱仿真溫度場(chǎng)見(jiàn)圖11。
散熱器翅片間的速度場(chǎng)分布見(jiàn)圖12。
綜合觀察圖9~12，可發(fā)現(xiàn)豎直風(fēng)道有以下不足：(1)圖9中根據(jù)流體力學(xué)理論，風(fēng)扇應(yīng)盡量上移靠近主散熱器以獲得更大風(fēng)量，但上移過(guò)多則沒(méi)有風(fēng)掠過(guò)2個(gè)電感盒，而且結(jié)構(gòu)上很難實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的可快速更換要求。(2)散熱器的熱源位于氣流末端，散熱器氣流入口處部分材料未得到充分利用，見(jiàn)圖10和11的散熱器藍(lán)色部分。
展開(kāi) 【產(chǎn)品設(shè)計(jì)】一文全懂！導(dǎo)熱硅膠墊選型和性能探究
導(dǎo)熱系數(shù)是導(dǎo)熱硅膠的關(guān)鍵特性，一般采用熱流法，依據(jù)ASTM D5470測(cè)試。由 于接觸熱阻的影響，一般選用相同狀態(tài)、不同厚度的導(dǎo)熱硅膠測(cè)試，測(cè)試得到熱阻，以試樣的厚度為X軸，熱阻為Y軸，擬合成一條曲線，計(jì)算得出導(dǎo)熱系數(shù)，即：
R＝t/K+Rcontact
但是實(shí)際使用的產(chǎn)品測(cè)試時(shí)，可忽略接觸熱阻，用產(chǎn)品的厚度除以此厚度下測(cè)得的熱阻，得到的導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)表征產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)；
或者用實(shí)際產(chǎn)品疊加來(lái)獲得不同厚度下的熱阻，再擬合成曲線計(jì)算得出導(dǎo)熱系數(shù)。通過(guò)測(cè)試導(dǎo)熱硅膠的導(dǎo)熱系數(shù)，以及覆PI膜后導(dǎo)熱硅膠墊產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)，兩者的結(jié)果對(duì)比來(lái)探究PI膜對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響。
測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表３和表４，其中導(dǎo)熱硅膠測(cè)試數(shù)據(jù)擬合曲線見(jiàn)圖７。
通過(guò)測(cè)試結(jié)果可知，覆加PI膜后導(dǎo)熱硅膠墊導(dǎo)熱效果會(huì)下降，在導(dǎo)熱系數(shù)的選取時(shí)需考慮。
2.2 不同壓力/變形量下的熱阻變化
導(dǎo)熱硅膠壓縮形變要求，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮導(dǎo)熱硅膠的壓縮量，根據(jù)導(dǎo)熱硅膠的壓縮應(yīng)力-變形量曲線，根據(jù)對(duì)手件（液冷板和模組極耳）可承受的應(yīng)力選擇對(duì)應(yīng)的壓縮量。
現(xiàn)選取導(dǎo)熱系數(shù)為1.5 Ｗ/（ｍ·Ｋ）、厚度為 1.0ｍｍ的PI膜導(dǎo)熱硅膠墊作為研究對(duì)象，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表５。
由應(yīng)力-熱阻測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
應(yīng)力越大，熱阻越小，相應(yīng)的導(dǎo)熱能力越好；同樣壓縮量越大，熱阻越小，導(dǎo)熱能力越好。故導(dǎo)熱硅膠墊產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)指標(biāo)的選擇，需要參考?jí)嚎s應(yīng)力曲線，即根據(jù)實(shí)際壓縮量找到對(duì)應(yīng)的壓縮應(yīng)力，選用此應(yīng)力作為測(cè)試應(yīng)力的輸入，按照ASTM D5470進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果即可定義為實(shí)際使用中的導(dǎo)熱系數(shù)。
展開(kāi) 
西門(mén)子工業(yè)軟件培訓(xùn)日程安排（2020.2.13-2020.3.6）
RGID=r8c6d5706d16b1a2da87e41c3fc12a546
課程15
MicRed在功率半導(dǎo)體器件熱阻測(cè)試與功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用
課程序號(hào)
SC202015
培訓(xùn)日期
2020-03-06（星期五）
培訓(xùn)時(shí)間
14:00-15:30
課程簡(jiǎn)介
綠色能源是當(dāng)今工業(yè)界的潮流，凡是涉及到綠色能源的領(lǐng)域，從手持電動(dòng)工具到電動(dòng)汽車、高鐵、各種非化學(xué)能發(fā)電、變頻空調(diào)等待都離不開(kāi)功率半導(dǎo)體器件，比如IGBT、MOSFET。功率半導(dǎo)體器件的能耗絕大部分都發(fā)了熱，對(duì)使用與運(yùn)行帶來(lái)很多麻煩的問(wèn)題。那么如果測(cè)量這些器件以及用這些器件做成的各種變流變頻器的熱阻熱容特性就是所有新能源設(shè)備開(kāi)發(fā)者的一個(gè)核心問(wèn)題。另外，新能源設(shè)備的熱可靠性是一個(gè)重大課題，如何通過(guò)加速老化試驗(yàn)來(lái)評(píng)估其壽命，也是相關(guān)工程師關(guān)心的問(wèn)題。
MicRed在這方面有著三十年的開(kāi)發(fā)與產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與全球行業(yè)領(lǐng)先的解決方案，希望能與大家分享。
講師
張虎
會(huì)議注冊(cè)鏈接
https://scs.webex.com/scs-sc/j.php?
展開(kāi) 功率MOSFET教程
測(cè)試關(guān)斷能量的方法與JEDEC（全球半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)組織）的24-1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)一致。
圖15. 關(guān)斷波形及定義
熱-機(jī)械特性
RθJC：結(jié)到管殼的熱阻
熱阻是從芯片的表面到器件外部之間的電阻，功率損失的結(jié)果是使器件自身產(chǎn)生熱量，熱阻就是要將芯片產(chǎn)生的熱量和功耗聯(lián)系起來(lái)。注意ATP的熱阻測(cè)試顯示管殼的塑料部分與金屬部分的溫度相同。
最大的RθJC值留有一定的裕度以應(yīng)對(duì)生產(chǎn)工藝的變化。由于制作工藝的提高，工業(yè)上趨向于減小最大R?JC和典型值之間的裕度。通常情況下這個(gè)裕度的值不會(huì)公布。
ZθJC ：結(jié)到管殼瞬態(tài)熱阻抗
瞬態(tài)熱阻抗主要考慮的是器件的熱容，所以它可以用做評(píng)估由于瞬態(tài)功率損失所產(chǎn)生的當(dāng)前的溫度。
熱阻測(cè)試儀給被測(cè)器件提供不同占空比的脈沖，等待結(jié)溫在各脈沖之間穩(wěn)定下來(lái)。這種測(cè)試‘單脈沖’瞬態(tài)熱阻抗響應(yīng)。用這種方法我們可以擬合出電阻-電容的模型。圖16為瞬態(tài)熱阻抗RC模型。其他一些數(shù)據(jù)表中電阻電容是以并聯(lián)的形式體現(xiàn)的，但這種表示方法是錯(cuò)誤的。在圖16中，這些電容被接地，器件的值沒(méi)有變化。在這個(gè)模型中，對(duì)于中間級(jí)節(jié)點(diǎn)沒(méi)有實(shí)際的物理意義。不同的電阻電容對(duì)主要是為了更好的與實(shí)際測(cè)量的熱阻數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)。
圖16. 瞬態(tài)熱阻抗RC模型
為了用RC模型對(duì)溫度上升時(shí)進(jìn)行仿真，可以提供一個(gè)電流源，電流源的幅度就是MOSFET消耗的大小，于是就可以用PSPICE或其他電子仿真軟件隨意設(shè)置輸入消耗的功率大小。如圖16所示，通過(guò)調(diào)節(jié)ZEXT（由ZEXT調(diào)節(jié)到短路），就可以估算結(jié)-殼溫度上升情況。
數(shù)據(jù)表中的瞬態(tài)熱阻抗的‘全家福曲線’是根據(jù)RC熱阻抗模型用簡(jiǎn)單的矩形脈沖仿真得到。圖17為所舉的一個(gè)例子。
展開(kāi) 您真的了解熱設(shè)計(jì)與仿真嗎？
一直以來(lái)，坤道專注于熱仿真和熱測(cè)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(cè)試、Simcenter POWERTESTER功率循環(huán)測(cè)試、SanjSCOPETM 熱反射率成像系統(tǒng)等硬件解決方案。
5）安世亞太：業(yè)內(nèi)最早從事仿真軟件自主研發(fā)、咨詢及服務(wù)的廠商之一。仿真產(chǎn)品主要包括通用仿真軟件PERA SIM、仿真云平臺(tái)PERA SIM Cloud、聯(lián)合仿真工具PERA HySim、專業(yè)仿真工具如高頻噪聲分析軟件PERA SIM ProNas、多學(xué)科優(yōu)化軟件PERA SIM Cube、綜合仿真平臺(tái)PERA SIM Space等。
6）有限元科技：以工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)為核心，以CAD/CAE為主業(yè)，集工業(yè)軟件銷售、軟件二次開(kāi)發(fā)、技術(shù)咨詢、培訓(xùn)為一體的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，元王憑借在有限元分析領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)積累和專業(yè)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)實(shí)力，致力于為新能源電池行業(yè)提供高效、可靠的結(jié)構(gòu)仿真和熱仿真解決方案。
7）Future Facilities：全球領(lǐng)先的CAE軟件供應(yīng)商，開(kāi)發(fā)出的6SigmaET是新一代的熱分析工具。
8）貝思科爾：專注為國(guó)內(nèi)高科技電子及半導(dǎo)體等行業(yè)提供先進(jìn)的電子/結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、散熱仿真分析、半導(dǎo)體熱可靠性測(cè)試及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息化管理的解決方案和咨詢服務(wù)。代表產(chǎn)品有電子散熱仿真分析軟件（FloTHERM）。
9）十灃科技：是國(guó)產(chǎn)工業(yè)仿真軟件的新銳代表企業(yè)之一，核心技術(shù)脫胎于國(guó)家重大科研計(jì)劃和行業(yè)工程化應(yīng)用項(xiàng)目。
展開(kāi) 德聚密封及導(dǎo)熱材料解決方案
報(bào)告題目：高端熱管理用本征導(dǎo)熱高分子材料
顧軍渭，西北工業(yè)大學(xué)教授
14:50-15:15
報(bào)告題目：導(dǎo)熱界面材料在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用及趨勢(shì)
黃國(guó)宏，深圳德邦界面材料有限公司市場(chǎng)高級(jí)經(jīng)理
15:15-15:40
報(bào)告議題：聚合物基熱界面材料
馮亦鈺，天津大學(xué)教授
15:40-16:10 茶歇
16:10-16:35
報(bào)告題目：高性能熱界面材料研發(fā)及應(yīng)用
淮秀蘭，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所研究員/中心主任
16:35-17:00
報(bào)告題目：高可靠性導(dǎo)熱相變化材料的發(fā)展及應(yīng)用
徐帆，霍尼韋爾亞太區(qū)市場(chǎng)總監(jiān)
17:00-17:25
報(bào)告題目：石墨烯層間界面結(jié)構(gòu)構(gòu)筑及其對(duì)熱傳遞性能調(diào)控
伍斌，安徽大學(xué)副教授
17:25-17:50
報(bào)告題目：熱界面材料標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)以及在電子電氣領(lǐng)域的性能表征研究
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(xiàng)目負(fù)責(zé)人
19:00-21:00 歡迎晚宴
9月26日，星期二 上午
報(bào)告主持人：趙敬棋，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
09:00-09:25
報(bào)告題目：電子器件中異質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱界面熱阻測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)
展開(kāi) 