二極體模組功率循環測試和熱阻比較

Simcenter T3Ster 是一款先進的半導體元件封裝熱特性測試儀器，在數分鐘內提供各類封裝的熱特性資料。系統包括易用的軟體部分和硬體部分，T3Ster 用來測量封裝半導體元件以及其他電子設備的暫態熱特性。包括各式 LED 產品，IC 元件，Stacked-die 和 System-in-package, SIP 及其他半導體元件等。

水冷板暫態熱阻量測分析

電力電子技術發展至今已經有數十年之久，能源轉換效率不斷提升，特別是功率金氧半場效電晶體 (Power MOSFET) 及絕緣式閘極雙極性電晶體 (Insulated Gated Bipolar Transistor; IGBT) 的發展，其中以 EV / HEV 車用成長趨勢最為顯著。高功率模組由於應用環境嚴苛，模組封裝的可靠度問題非常嚴重，而影響可靠度的主要原因之一即來自於散熱的問題。本案例將測試應用在 IGBT 模組散熱的水冷板性能分析。

GaN HEMT 元件 Rthjc 熱阻量測分析

矽基板的 GaN 功率元件係採用氮化鎵 (GaN) 作為電流通過路徑的功率元件 (HEMT)。氮化鎵 (GaN) 與碳化矽 (SiC) 皆為寬能隙 (WBG) 的材料，與 SiC 相比除了製程不同外，此種元件結構配備高電子遷移率通道、更高的介電強度、高頻指標即可耐受溫度等優勢。而 GaN HEMT 主要可應用於 5G 技術、3C 產品快充、高頻功率放大器、高功率密度需求的電源系統等。隨著第三代半導體需求的大幅提升，寬能隙元件產能快速增長。根據學者及業界先進的研究中可發現，GaN 元件的優勢已超越 SiC 元件。然而，與 SiC元件面臨到相同的問題是，其元件封裝仍是採用 Si 元件的封裝技術，大幅限制操作元件的溫度表現，且GaN HEMT 存在著電流崩潰的問題，係為一種在施加汲極電壓 (VDS) 狀態下，所產生的電阻變化現象，進而改變元件的熱行為。因此，透過 T3Ster 來了解 GaN HEMT 的熱特性是至關重要的。

 IGBT 模組可靠度測試及失效分析

MicReD Power Tester 系列產品針對功率元件可能發生之失效原因於產線端即進行自動化測試與診斷。近年來因能源產業興起，不論是消費性或工業電力電子系統的需求逐漸增加，諸如航空業、電動車、高速鐵路、發電機或再生能源產業。相關產業之功率電子元件供應商也將從傳統委託製造的生產模式轉型，以期能提供更加穩健且具有高可靠度的產品。 MicReD Power Tester Series 可以供給元件數萬次、甚至近百萬次的功率循環 (power cycle)，並可即時紀錄與診斷元件於作動時發生破壞 (failure-in-progress) 的原因。

康舒科技 MOSFET 熱阻測試 - Rthjc and Rthja

康舒科技為 Simcenter Flotherm 軟體資深用戶，主要應用熱模擬工具於電源供應器的產品開發，雖然軟體有內建一些 MOSFET 模型資料庫，但希望能透過 T3Ster 的量測協助獲得更精準的模型參數，並回饋給Simcenter Flotherm 軟體進行 CFD 模型的校正​。

LED 熱及光學特性量測

LED 具有低耗能、省電、壽命長、耐用等優點，這幾年來，以 LED 燈泡替換傳統白熾燈泡的趨勢在消費性照明市場已快速成長。然而，隨著功率增加，LED 所產生之廢熱無法有效散出，導致發光效率嚴重下降。而過高的接面溫度則會加速 LED 發光效率衰減，故散熱問題一直是 LED 燈具設計的一門重要課題。此文將說明如何利用 T3Ster 及 TeraLED 量測 LED 的光及熱特性。

LED 熱阻量測及模擬軟體資料庫建立

LED 散熱模擬分析一直是各大 CFD 軟體主要的應用領域之一。但往往在設定熱源的時候出現誤差，不同 LED 的轉換效率不同，大部分 CFD 軟體只能設定一個預估的發熱瓦數，但往往與實際的發熱情況落差甚大，FloEFD 的 LED 模組可以直接讀取 T3Ster 量測數據並建立 LED 資料庫，這是市面上所有 CFD 軟體中唯一有此功能的軟體，可以直接輸入電流值，軟體可以計算出 LED 的實際發熱量及流明數，對於 LED 設計有很大的助益。

Power MOSFET 熱阻量測

目前 Power MOSFET 的熱阻量測需求有越來越多的趨勢，本案例採用 MOS-Diode 及 Rds_on 的模式進行量測，包括元件的 K Factor，輸入適當電流使溫升達到 120°C 以上，紀錄冷卻過程的溫度變化，再藉由軟件分析整體熱阻表現。另外，利用改變不同的介面材料分析 Rthjb，同時將元件置於 Still Air Chamber 中量測 Rthja。

蕭特基二極體熱阻量測與 CFD 模擬

蕭特基二極體是一種導通電壓降較低、允許高速切換的二極體，是利用蕭特基勢壘特性而產生的電子元件。結構上是利用金屬 - 半導體接面作為蕭特基勢壘，以產生整流的效果，和一般二極體中由半導體 - 半導體接面產生的P-N接面不同。在切換式電源供應器中常會用到蕭特基二極體，因為蕭特基二極體允許高速切換，電路可以在 200kHz 到 2MHz 的頻率下操作，也就可以使用較小的電感器及電容器，同時可以提昇電源供應器的效率。本案例結合 T3Ster 及 FloTHERM，由 FloTHERM 進行熱流模擬，再由 T3Ster 進行熱阻量測，最後經由 FloTHERM-T3Ster Auto Calibration 模組進行 CFD 模型自動校正。

MOSFET 整體及各封裝層熱阻差異解析

伴隨著科技的日新月異，在現行半導體元件，如 MOSFET，體積愈來愈小的趨勢底下，元件熱特性亦愈加受到各元件設計及封裝供應商的關注和探討。如何在量產前快速檢驗兩顆不同元件在整體熱阻上的差異及又到底是封裝結構中的哪層材料或是 chip 造成整體的差異。上述的結果可經由 T3Ster 設備的量測快速的得知，進而達到降低成本，提高產品品質，節省時間的目的。