T3Ster是MicReD研發(fā)制造的先進的熱測試儀，用于測試IC、LED、散熱器、熱管等電子器件的熱特性。T3Ster基于先進的JEDEC ‘Static Method’測試方法（JESD51-1），通過改變電子器件的輸入功率，使得器件產生溫度變化，在變化過程中，T3Ster測試出芯片的瞬態(tài)溫度響應曲線，僅在幾分鐘之內即可分析得到關于該電子器件的全面的熱特性。T3Ster測試技術不是基于“脈沖方法”的熱測試儀，“脈沖方法”由于是基于延時測量的技術所以其測出的溫度瞬態(tài)測試曲線精度不高，而T3Ster 采用的是“運行中”的實時測量的方法，結合其精密的硬件可以快速精確撲捉到高信噪比的溫度瞬態(tài)曲線。
T3Ster運用先進的JEDEC穩(wěn)態(tài)實時測試方法（JESD51-1），專業(yè)測試各類IC（包括二極管、三極管、MOSFET、SOC、MEMS等）、LED、散熱器、熱管、PCB及導熱材料等的熱阻、熱容及導熱系數(shù)、接觸熱阻等熱特性。配合專為LED產業(yè)開發(fā)的選配件TERALED可以實現(xiàn)LED器件和組件的光熱一體化測量。
符合JEDEC JESD51-1和MIL-STD-750E標準法規(guī)。
T3Ster熱阻測試儀工作原理
T3Ster設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TSP (Temperature Sensitive Parameter熱敏參數(shù))測試出電子器件的瞬態(tài)溫度變化曲線；
3) 對溫度變化曲線進行數(shù)值處理，抽取出結構函數(shù)；
4) 從結構函數(shù)中自動分析出熱阻和熱容等熱屬性參數(shù)。
◆ 應用范圍:
• 各種三極管、二極管等半導體分立器件，包括：常見的半導體閘流管、雙極型晶體管、以及大功率IGBT、MOSFET、LED等器件；
• 各種復雜的IC以及MCM、SIP、SoC等新型結構 ；
• 各種復雜的散熱模組的熱特性測試，如熱管、風扇等。
◆ 功能：
• 半導體器件結溫測量；
• 半導體器件穩(wěn)態(tài)熱阻及瞬態(tài)熱阻抗測量；
• 半導體器件封裝內部結構分析，包括器件封裝內部每層結構（芯片+焊接層+熱沉等）的熱阻和熱容參數(shù)；
• 半導體器件老化試驗分析和封裝缺陷診斷，幫助用戶準確定位封裝內部的缺陷結構。
• 材料熱特性測量（導熱系數(shù)和比熱容）
• 接觸熱阻測量，包括導熱膠、新型熱接觸材料的導熱性能測試。
測試方法——基于電學法的熱瞬態(tài)測試技術
◆ 測試方法——電學法
• 尋找器件內部具有溫度敏感特性的電學參數(shù)，通過測量該溫度敏感參數(shù)（TSP）的變化來得到結溫的變化。
• TSP的選擇：一般選取器件內PN結的正向結電壓。
◆ 測試技術：熱瞬態(tài)測試
• 當器件的功率發(fā)生變化時，器件的結溫會從一個熱穩(wěn)定狀態(tài)變到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，我們的儀器將會記錄結溫在這個過程中瞬態(tài)變化曲線。
• 一次測試，既可以得到穩(wěn)態(tài)的結溫熱阻數(shù)據(jù)，也可以得到結溫隨著時間的瞬態(tài)變化曲線。
• 瞬態(tài)溫度響應曲線包含了熱流傳導路徑中每層結構的詳細熱學信息（熱阻和熱容參數(shù)）。
組件配置
◆ 熱測試主機
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計算機控制接口 |
USB接口，滿足數(shù)據(jù)傳輸提取方便的要求
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測試時間
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以分鐘為單位計
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結溫測試分辨率
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0.01℃
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較大加熱時間
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不限 |
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較小測試延遲時間
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1us(用戶可根據(jù)需要在軟件中調節(jié)1us~10000s不限) |
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RC網絡模型級數(shù)
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2-100個 |
• 功率輸出模塊
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加熱電流源
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-2A~2A
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加熱電壓源
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-10V~10V
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測試電流源（4路）
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-25mA~25mA
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• 數(shù)據(jù)采集模塊及控制模塊
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較小測試延遲時間（tMD）
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1µs
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較小采樣時間間隔（ts）
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1µs
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每倍頻采樣點數(shù)
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400個（典型值）
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較大采樣點數(shù)
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65000個
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測量通道
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2個（較大可擴展至8個）
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電壓變化測量檔位
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400mv/200mv/100mv/50mv
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電壓測量分辨率
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12μV（以50mV量程計算）
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◆ 溫度控制設備
T3Ster為客戶提供了三種溫度可控的恒溫設備，包括：干式溫控儀、濕式溫控儀以及液冷板。這三種恒溫設備除了能控制待測器件的溫度以測試器件的K系數(shù)，同時還能作為結溫熱阻測試時器件的散熱環(huán)境，幫助控制器件的殼溫。
• 干式溫控儀
干式溫控儀采用熱電致冷芯片(Peltier單體)來控制器件的溫度。
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計算機控制接口
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COM
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恒溫槽尺寸
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52*52*10 mm3
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溫度控制范圍
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5 - 90 oC
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溫度控制精度
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± 0.2 oC
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溫度過載保護
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95 oC
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散熱功率
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8W
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• 濕式溫控儀
濕式溫控儀采用油浴的方式來控制待測器件的溫度，使用時將待測器件浸沒在液體中以獲得恒溫環(huán)境。此外T3Ster提供的濕式溫控儀還可以作為一個動力泵，驅動外接的液冷板以控制液冷板的溫度。
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型號
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溫度范圍（℃）
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溫度穩(wěn)定性（℃）
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加熱功率（KW）
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制冷功率
20℃（KW）
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油槽尺寸
（W×L/D cm）
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F25-HE
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-28~200
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±0.01
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2
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0.26
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12×14/14
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F32-HE
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-35~200
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±0.01
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2
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0.45
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18×12/15
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F34-HE
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-30~150
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±0.01
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2
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0.45
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24×30/15
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• 液冷板
液冷板的作用：與濕式溫控儀配套使用，可以控制冷板的溫度，為測試器件的結溫、熱阻提供恒定的溫度環(huán)境。
（1）外觀尺寸：550*160*110 mm；
（2）單板尺寸：540*140*20 mm；
（3）材質：硬級鋁；
• T3Ster液冷夾具
(1) 和T3Ster濕式溫控儀配套使用，利用液冷的方式來控制待測器件的殼溫，并配以氣動壓緊裝置。
(2) 散熱冷板材質：銅。
(3) 有效散熱面積：210mm*210mm
(4) 配備平底器件以及TO封裝器件（包括TO-3）的測試夾具。
◆ T3Ster-Gold ref/熱測試儀校正樣品（Golden Reference）
性能穩(wěn)定的半導體器件，方便用戶定期檢測測試主機的功能是否正常。
標準靜止空氣箱（still-air chamber）
1）滿足JEDEC JESD 51-2要求
2）尺寸：1立方英尺
熱電偶前置放大器
1）方便T3Ster主機與J, K或 T 型熱電偶的聯(lián)接。
2）T3Ster主機可以方便地測試熱電偶接觸點的溫度隨著時間變化的曲線。
◆ 大功率BOOSTER
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高電流模式
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單通道
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38A/40V
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50A/30V
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200A/7V
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測試電流：0~200mA |
測試電流：0~200mA |
測試電流：0~500mA
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柵極電壓源：15V
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雙通道
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38A/40V
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50A/30V [1]
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三通道
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200A/7V [2]
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注解：【1】通過雙通道并聯(lián)，輸出電流較高可達100A
【2】通過三通道并聯(lián)，輸出電流較高可達600A
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單通道高電流booster |
雙通道高電流booster |
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高電壓模式
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單通道
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10A/100V
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10A/150V
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10A/280V
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測試電流：0~200mA |
測試電流：0~200mA |
測試電流：0~200mA
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雙通道
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10A/150V
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10A/280V
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單通道高電壓booster 雙通道高電壓booster
◆TeraLED
1）完全符合CIE 127-2007關于LED光測試的要求。
2）配合T3Ster可以滿足JESD 51-52規(guī)定的LED光熱一體化測試的要求。
3）整套系統(tǒng)包括：Φ300mm或Φ500mm積分球1個，參考LED1個，多功能光度探頭1個，TERALED控制系統(tǒng)1套，恒溫基座1個。
4）測試功能：
（1）測試LED基于熱功率的真實熱阻；
（2）測試不同的電流與結溫下的
a）、二極管的伏安特性；
b）、光功率（mW）；
c）、光通量（lm）（包括明視覺光通量和暗視覺光通量）；
d）、流明效率（lm/W）；
e）、色坐標（X,Y,Z三刺激值）；
f）、色溫。
◆ 數(shù)據(jù)分析軟件(T3Ster Master)
數(shù)據(jù)分析軟件T3SterMaster提供了數(shù)據(jù)的分析功能，幾秒鐘內，軟件就可以將采集的數(shù)據(jù)以結構函數(shù)的形式表現(xiàn)出來。測試結果包括：測量參數(shù)（Record Parameters），測量得到的瞬態(tài)溫度響應曲線（Measured response），分析后的瞬態(tài)溫度響應曲線（Smoothed response），熱阻抗曲線（Zth），時間常數(shù)譜（Tau Intensity），頻域分析（Complex Locus），脈沖熱阻（Pulse Thermal Resistance），積分結構函數(shù)以及微分結構函數(shù)。
（1）測試參數(shù)（Record Parameter）
詳細記錄了每次測試的測試參數(shù)，包括加熱功率，待測器件的k系數(shù)，測試時間以及測試通道等。
（2）瞬態(tài)溫度響應曲線
橫坐標為時間，縱坐標為結溫的改變，詳細記錄了結溫隨著時間瞬態(tài)變化的曲線。從該圖可以得到待測器件在達到熱穩(wěn)定狀態(tài)時結溫的變化量。
（3）熱阻抗曲線
將瞬態(tài)溫度響應曲線對加熱功率進行歸一化即可得到熱阻抗曲線。橫坐標為時間，縱坐標為熱阻抗?？梢詮膱D中讀出某一時刻的熱阻抗以及達到熱穩(wěn)定狀態(tài)后的總熱阻。
（4）頻域響應（Complex Locus）
圖中橫坐標為實部，表示幅值的改變，縱坐標為虛部，表示相位的變化。如圖所示，在不同的頻率下，其熱阻值和相位延遲是不同的。
該特性主要用于高頻器件的設計優(yōu)化過程，可研究器件在各種不同頻率情況下的熱性能。當輸入的功率信號為Asin(ωt+Ф)時，器件結溫的升高不僅受幅值A的影響，還和輸入功率的頻率ω有關。由于熱容的存在，溫度變化的較大值和功率的較大值是不同步的，他們之間會存在一個相位延遲△Ф。而且同一個功率值在高頻工況下對器件造成的溫升比低頻工況下造成的溫升低，這是由于在高頻條件下，熱量被更多地儲存在芯片附近的熱容層，并沒有往外耗散。因此頻域分析對于高頻器件的設計優(yōu)化非常有用。
（5）脈沖熱阻（Pulse Thermal Resistance）
該功能描述的是器件工作在脈沖方波情況下的熱學特性。橫坐標是脈沖寬度（s），縱坐標是脈沖熱阻值（℃/W）。器件工作在脈沖方波情況下，其熱阻值與脈沖寬度和占空比有關。
（6）積分結構函數(shù)與微分結構函數(shù)
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通過積分結構函數(shù)和微分結構函數(shù)可以分析熱傳導路徑上每層結構的熱阻以及熱容信息，構建器件等效熱學模型，作為器件封裝工藝、可靠性試驗、材料熱特性以及接觸熱阻的強大支持工具。
（7）RC網絡模型
用戶可根據(jù)實際需求在分析軟件中選擇RC模型的級數(shù)或者選擇軟件默認的全部RC模型級數(shù)，RC模型級數(shù)：2-100個，并將分析得到的RC數(shù)值保存在測試文件中。
軟件會給出根據(jù)RC模型得到的瞬態(tài)熱阻抗曲線與實測瞬態(tài)熱阻抗曲線的對比。
T3Ster的工作原理（硬件實時采集+結構函數(shù)分析）
◆ 測試K系數(shù)：建立結溫與電壓之間的關系
在器件本身的自發(fā)熱（self-heating）可以忽略的情況下，將器件置于溫度可控的恒溫環(huán)境中，改變環(huán)境溫度，測量TSP。得到一條校準曲線。該直線的斜率即為k系數(shù)。
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在接下來的過程中，測量得到的電壓變化值乘以k值即為結溫變化量。
◆ 熱測試
• 常規(guī)測試步驟
1. 通入工作電流，使結溫升高達到飽和。
2、進行工作電流到測量電流的高速切換。（1us）
3、在結溫下降過程中，實時采樣pn結電壓，再通過K系數(shù)得到pn結點的降溫曲線，采樣間隔較快為1us。
• T3Ster硬件的技術優(yōu)勢
A. 先進的靜態(tài)實時測試方法
T3Ster兼具JESD51-1規(guī)定的的靜態(tài)測試法（static mode）和動態(tài)測試法（dynamic mode），但是靜態(tài)測試法更先進，更高端，因此我們推薦用戶采用靜態(tài)測試法。靜態(tài)測試法可以實時地采集待測器件的結溫隨著時間的變化，而動態(tài)測試法是通過人為構建脈沖加熱功率來模擬瞬態(tài)過程，并非器件實際的瞬態(tài)溫度響應。靜態(tài)法的測試時間短、測試數(shù)據(jù)點密而且測試數(shù)據(jù)的信噪比更高。
B. 測試啟動時間高達1us，保證了測試結果的準確性
研究表明，在測試中如果瞬態(tài)變化較初1ms時間內的溫度沒有被采集到，較終的熱阻值將被低估10%-15%左右。
C、實時采樣時間間隔高達1us，采樣點數(shù)較多65000點，保證了數(shù)據(jù)的完備性
• 結構函數(shù)
硬件采集完畢后，通過數(shù)據(jù)分析軟件，幫助用戶得到可以直接分析器件內部結構的結構函數(shù)。
結構函數(shù)：將器件封裝結構可視化的函數(shù)。方便用戶進行熱傳導路徑上各種結構的分層、進行結構分析。
1）如何利用結構函數(shù)識別器件的結構
2) 利用結構函數(shù)識別器件封裝內部的“缺陷”
當器件某個結構或接觸發(fā)生變化時，我們可以通過對比試驗清晰地看到
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利用結構函數(shù)可以幫助用戶識別器件內部的缺陷，并能定量得到該缺陷引起的熱阻變化。
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