一. 产品概述 

Simcenter T3Ster SI 热瞬态测试仪，是半导体热特性热测试仪器。它通过非破坏性地测试封装好的半导体器件的电压随着时间的瞬态变化，快速地获得准确的，重复性高的结温热阻数据以及结构内部信息。 Simcenter T3STER SI 支持对器件进行在线测试，结壳热阻测试等。测试结果可以生成热阻热容模型供热仿真软件使用，同时也可以用于校准详细的仿真模型。

• Simcenter T3STER SI 的测试方法满足国际通用标准：JEDEC JESD51-1，JEDEC JESD51-14，美军标 MIL 883H，MIL 750E以及国际电工委员会的 ICE60747系列。

• Simcenter T3STER SI 的研发部门 MicReD 联合英飞凌共同制定了最新的结壳热阻测试标准 JEDEC JESD 51-14: Transient Dual Interface Test Method。T3STER SI的测试方法完全符合标准要求，支持通过两种方法来计算结壳热阻。

• Simcenter T3STER SI 的研发部门 MicReD 制定了全球第一个使用电学法测试 LED 器件真实热阻的国际标准 JESD51-51，以及规范 LED器件光热一体化测试的 JESD51-52。

• Simcenter T3STER SI 既能进行稳态结温、热阻测试，也能进行热瞬态测试。在采集瞬态温度响应曲线（冷却曲线）时，采样时间间隔最快可达1微秒。

• Simcenter T3STER SI 独创的结构函数(structure function)可以图形化地展示热流传导路径上每层结构的热阻和热容信息，非破坏性地检测封装结构的改变，因而被广泛地应用于产品封装的新材料或新工艺的对比、产品可靠性研究、产品质量评估以及接触热阻等各个领域。

• Simcenter T3STER SI 可以与 Simcenter Flotherm Flexx 和 Simcenter FLOEFD 等仿真软件高度配合，建 立准确高效的 Digital Twin ，包括为仿真软件输出 RC网络模型，校准仿真模型等。从而提高仿真准确度， 提升仿真设计速度。

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二. Simcenter T3Ster SI的优势与应用范围  

◆ 产品优势

◆ 应用范围

Simcenter T3STER SI可测试的器件：针对不同的器件，需要选择合适的 TSP

• 二极管：选择正向压降 VF作为 TSP， 所有器件都可以当成二极管测试；

• 三极管：

BJT：V_be

MOSFET（包括 SiC MOSFET）：V_sd

IGBT（包括分立器件和功率模块）：V_ce

GaAs FET和 GaN HEMT：V_gs，栅极电流或 V_ce

• 热测试芯片：   

内置了加热电阻和温敏二极管；

在加热电阻上施加功率，测试二极管；

• 数字 IC：衬底二极管，VCC和 GND反向偏置，施加加热功率并测试；

◆ Simcenter T3STER SI在产品各个阶段的应用：

三. 测试原理——热瞬态测试：用于测试待测器件的结温，热阻，并进行结构函数分析

• 内置受业界广泛认可的热瞬态测试仪，测试方法符合 AQG-324, JESD51-1，IEC60747系列等国际主流标准关于测试器件冷却曲线的要求；

• 支持最新结壳热阻测试标准 JESD51-14；

• 支持使用结构函数非破坏性地分析器件内部封装结构各层的热阻和热容参数。

◆ 热瞬态测试流程

◆ 标定（K系数测试）：建立结温与电压之间的关系

• 在器件本身的自发热（self-heating）可以忽略的情况下，将器件置于温度可控的恒温环境中，改变环境温度，测量 TSP，得到一条校准曲线；

• 提供多种温控装置，满足不同尺寸、不同封装类型器件的标定；

• 标定结果支持线性拟合和非线性拟合。

◆ 热瞬态测试（功率跳变+实时采集）

• 将待测器件放置在合适的测试环境中（如测试结壳热阻时，放置在液冷板上）；

• 给待测器件施加加热电流，等待其达到热稳定状态后，快速关断加热电流，仅保留标定时用的测试电流状态，切换时间最快 1us；

• 在测试电流下，实时记录电压（结温）随着时间变化的曲线，直到器件再次达到稳定状态；

  1）对数坐标自动变频采样，前密后疏，采样时间分辨率：1us；

  2）四线法（开尔文）测试；

◆ 结构函数介绍

结构函数分析——描述器件热传导路径的模型

• 结构函数上越靠近 y轴的地方代表着实际热流传导路径上接近芯片有源区的结构，而越远离 y轴的地方代表着热流传导路径上离有源区较远的结构；

• 积分结构函数横坐标是热阻，纵坐标是热容。曲线上斜率大的区域代表芯片、外壳等体结构，斜率小的区域代表 die attach等接触结构；

• 微分结构函数横坐标是热阻，纵坐标是热容对热阻的偏微分。曲线上的波峰代表芯片、外壳等体结构，波谷代表 die attach等接触结构；

• 在结构函数的末端，其值趋向于一条垂直的渐近线，此时代表热流传导到了空气层，由于空气的体积无穷大，因此热容也就无穷大。从原点到这条渐近线之间在 x轴上的截距就是结到环境的总热阻。

结构函数——进行结构分析与比较的强有力工具

当器件某个结构或接触发生变化时，我们可以通过对比结构函数清晰地看到：

四. 产品信息  

Simcenter T3STER SI 实物图

◆ 热测试主机

◆ Simcenter T3STER SI的功率模块LP220：用于提供加热功率

◆ Simcenter T3STER SI的采集模块MS401：用于提供测试电流，采集TSP

◆ Simcenter T3STER SI的连接外部温度传感器模块TH800

用于连接外部传感器，采集PN结以外的环境温度，壳温等数据

◆ Simcenter T3STER SI的配件：T3Ster Booster

◆ 静止空气箱

◆ Simcenter T3STER SI的配件：Julabo加热制冷浴槽/恒温循环器

◆ 测试夹具：由上海坤道公司为客户提供，方便测试结壳热阻以及各种非平底封装的器件

   为了满足客户日益多样化的测试需求，上海坤道凭借专业的技术能力，结合西门子标准化的测试设备， 研发了很多创新性的具有自主知识产权的测试夹具。

◆ 数据分析软件(T3Ster Master)

热瞬态测试数据分析软件 T3Ster Master 提供了数据的分析功能 ，分析结果包括：

1）测量参数 ( Record Parameters) ；

2）测量得到的瞬态温度响应曲线 (Measured response)；

3）结温差随时间变化的曲线 (Smoothed response) ；

4）热阻抗曲线 (Zth) ；

5）时间常数谱 (Tau Intensity)；

6）频域分析 (Complex Locus) ；

7）脉冲热阻 (Pulse Thermal Resistance)；

8）安全工作区域（SOA）；

9）积分结构函数；

10）微分结构函数；

11）RC网络模型等。

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部分客户名单

T3Ster的应用案例

一. 结构函数的应用：研究新的封装材料和封装工艺

◆  韩国科学技术研究院(KIST) 研究一种新型的石墨烯-铜混合材料的散热性能 

使用 Simcenter T3STER的结构函数研究了一种由新型的石墨烯-铜混合材料（多孔铜掺杂石墨烯材料）加工的 LED热沉的散热性能，并和传统材料进行了对比。

Simcenter T3STER的微分结构函数显示，当分别使用石墨烯-铜混合材料（绿色），多孔铜（红色）和致密铜（黑色）加工的 LED热沉时，从芯片到热沉的热阻为 5.85K/W，7.38K/W和 7.91K/W。

结果表明，该新型材料的散热性能比传统的致密铜和多孔铜材料都要优异，能大大减小器件的热阻。

二. 结构函数的应用：可靠性研究

◆  研究LED在高温高湿情况下的DA分层现象

测试结果

    - 从微分结构函数的变化可以清晰地看出由于老化条件造成的分层（delamination），导致了芯片粘结层（Die attach）的热阻增大。

三. 结构函数的应用：质量分析

◆  研究LED在高温高湿情况下的DA分层现象

质量分析 ：研究器件与器件之间的区别 使用结构函数分析，发现： DA层的热阻不同； 芯片的热容相差了 20%，热容正比于体积；

• 新购入产品的质量检查/验证

• 定位制造过程中存在的缺陷

对新购入的同一批次 MOSFET器件，使用 Simcenter T3STER进行热瞬态测试时，发现个体之间的热阻抗曲线不重合，且差异巨大。使用传统的 X射线无法观察到器件内部的情况。

使用结构函数分析，发现：

• DA层的热阻不同；

• 芯片的热容相差了 20%，热容正比于体积；

对器件进行破坏性地开帽检查，发现芯片的宽度相差了 1.1mm，证实了结构函数得到的热容相差 20%的结论。

四. 验证 TIM在实际应用环境中的热性能

接触热阻：利用结构函数研究机箱上器件不同接触条件下的热性能

◆ 使用Simcenter T3STER研究电子器件安装在机箱上的接触热阻

四. LED测试

根据 LED器件的首个国际标准 JESD 51-51规定，LED的热阻必须扣除光功率的影响，只考虑热功率。即：

10W白光 LED不同装配工艺的结构函数对比

测试条件：700mA 85℃

LED测试三个样品的结构函数，结果已经经过光功率校正。

SiC MOSFET测试、GaN HEMT测试等详细案例介绍请点击此处下载Simcenter T3STER SI 热瞬态测试仪-产品介绍资料

T3Ster 瞬态热测试仪帮助设计和制造高性能 LED 当 LED 灯功耗越来越大，就更应该关注其散热问题， 因为其对 LED 灯的性能和使用寿 命至关重要。这就是为什么OSRAM 一直致力于LED 灯的散热设计。T3Ster的测量精确 性和可重复性可以用于验证OSRAM 的设计以及产品的可靠性。T3Ster内部的结构函数在 OSRAM 进行可靠性测试不同热问题时特别有用。

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