1、IGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 IGBT Measurement GuideIGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 1 测试概要1.1 测试内容Infineon IGBT Module FS400R07A1E3 中的单颗 IGBT 温度系数（K-factor）测量 瞬态热测试 结构函数，结构分析 双界面测试法测量 jcInfineon Datasheet 数值验证导热材料的评价 热学上的安全工作区 SoA 反向 Diode 测试1.2 实物图IGBT Measurement Gu
2、ideTony.hefo- 158-2079-5808 2 測定環境测试环境组成IGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 3 温度系数（K-factor）的测试在 IGBT 的 Module 底部涂上 Grease，放在 Cold Plate 上。Cold Plate 连接 Julabo 油循环系统，控制环境温度。3.1 K-factor 测试电路T3Ster 本体大电流 BoosterCold PlateJulabo 油槽IGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 3.2 K-factor
3、测试条件温度范围 20- 80温度 Step 15测试电流 200mA稳定等待时间 180s3.3 K-factor 结果IGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 4 瞬态热测试4.1 测试电路Gate 端恒压源C,E 端电流源IGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 4.2 测试方法）在 IGBT Gate 上加上 10V 电压，使 Gate 完全打开。在 C,E 之间用 50A 大电流加热，使之达到热平衡。）在器件达到热平衡之后，瞬间从大电流（50A）切换到小电流（200mA） ，使用小
4、电流测量器件冷却过程中的瞬态热变化。IGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 4.3 瞬态热测试参数加热电流 50A测试电流 200mA加热时间 200s测试时间 300s底面温度 通过 Julabo 将底面温度控制在 254.4 瞬态热测试结果直接确认热饱和时的结温为45.09根据 JESD51-14 规范对初期 Noise 做适当修正。最早的有效数据从微妙级开始，有效数据开始点越早，能看到的Package 中散热结构越多，结构分析能力越强。1us 的采样间隔，提供超高采样密度。采样密度越高，把握的瞬态热变化细节越多，结构分析结果更准确，可
5、重复性更好。IGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 5 结构函数T3Ster-Master 软件将瞬态热测试结果通过数学手段转换成结构函数，帮助分析散热结构。0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.41e-40.01110010000Rth K/WCthWs/KT3Ster Master: cumulative structure function(s)FS400R07A1E3_200ma_50A_200s300s_100mv_dry - Ch. 0结构函数反映了从发热源（原点）到环境（最后直线向上部分）的热
6、流路径上的所有热容与热阻分布。根据结构函数上斜率(热容与热阻的比值 )变化，可以区分出代表不同材料的段。用直观的方式，帮助分析散热路径上不同材料的热阻与热容。得益于 T3Ster 非常高速的电流切换能力，瞬态热的测量可以从微妙级开始，使分析 Package 内部的散热结构成为可能。同时基于 T3Ster 的高速连续采样能力，提供工业级最高精度的结构函数。DieDie Touch电极绝缘层 底壳金属散热器底壳与外部散热器间接触热阻外部散热器（环境温度）由于 Datasheet 没有公开器件内部结构，所以这里的结构分析基于结构函数的斜率变化，以及一般的 IGBT 结构。仅供参考。IGBT Meas
7、urement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 6 双界面法测试 jc 与原厂 Datasheet 比较6.1 双界面测试方法根据 JESD51-14 标准中的双界面测试方法，第一次将器件直接放在外部散热器上测试，第二次将器件的底面涂抹硅胶后放在散热器上再次测试。两次测试结果转换成结构函数后，结构函数的分歧点的 X 轴读数即为 jc。直接放在外部散热器上 在底面上涂抹硅胶后放在外部散热器上IGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 6.2 结构函数的分歧点求 jc0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.
8、3 0.35 0.41e-40.01110010000Rth K/WCthWs/KT3Ster Master: cumulative structure function(s)FS400R07A1E3_200ma_50A_200s300s_100mv_dry - Ch. 0FS400R07A1E3_200ma_50A_200s300s_100mv_grease - Ch. 0积分结构函数0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4110100100010000100000Rth K/WK Ws/ KT3Ster Master: differential struc
9、ture function(s)FS400R07A1E3_200ma_50A_200s300s_100mv_dry - Ch. 0FS400R07A1E3_200ma_50A_200s300s_100mv_grease - Ch. 0微分结构函数( 热容对热阻做一次微分，使分歧点更清晰)0.115/WIGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 6.3 与原厂数据比较Infineon Datasheet 中的数值(最大值)T3Ster 双界面法实测值0.115/WT3Ster 的测试值与 Infineon 原厂数据非常接近。Infineon 为
10、T3Ster 的用户，双界面测试法就是由 Infineon 在 2005 年向 JEDEC 组织提案，最终在 2010.10 被采用。可以肯定，本器件在Infineon 实验室中的热阻测试环境由 T3Ster 构建。IGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 6.4 导热材料的评价T3Ster 还可以用来帮助用户在实际环境中评价导热材料的散热效果。比如在双界面测试中，我们使用了硅胶进行散热。可以从结构函数上看到0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.41e-40.01110010000Rth K/WCthWs/K
11、T3Ster Master: cumulative structure function(s)0.1169FS400R07A1E3_200ma_50A_200s300s_100mv_dry - Ch. 0FS400R07A1E3_200ma_50A_200s300s_100mv_grease - Ch. 0结构函数上显示，硅胶带来了 0.1169/W 的热阻。原厂数据中显示为 0.08/W。这里的差异来自于测试环境的不同（比如导热胶的材料，压力等等） 。使用 T3Ster 可以让用户在实际的环境中测试器件，获得实际的导热材料的接触热阻。实测数据可以用来验证 Datasheet 的参考值，更可以
12、指导导热材料的选择。IGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 7 热学上的 SoA 工作区得到实际的 jc 值之后，T3Ster 还提供 Excel 表格插件，帮助绘出该器件的热学上的安全工作区。在 SoA 图中可以看到，在 0.115/W 的热阻下，在底面控制在 25的理想状态下，该器件实际可以使用的 DC 电压与电流值为蓝色曲线与 X，Y 轴围成的空间，远远小于电压电流的最大值。从热学角度测量得到的 SoA 工作区可以指导电学工程师在实际环境中正确使用该器件。IGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-207
13、9-5808 8 反向 Diode 测试IGBT 的反向 Diode 为独立器件，需要独立测试热特性。8.1 测试电路8.2 测试参数加热电流 50A测试电流 200mA加热时间 200s测试时间 300s底面温度 通过 Julabo 将底面温度控制在 25IGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 8.3 双界面法测试 Diode 的 jc0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.51e-40.01110010000Rth K/WCthWs/KT3Ster Master: cumulative
14、structure function(s)FS400R07A1E3_diode_200ma_50A_200s300s_100mv_dry - Ch. 0FS400R07A1E3_diode_200ma_50A_200s300s_100mv_greasev2 - Ch. 0积分构造函数0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50.1110100100010000100000Rth K/WK Ws/ KT3Ster Master: differential structure function(s)FS400R07A1E3_diode_200ma_50A_200s300s_100mv_greasev2 - Ch. 0FS400R07A1E3_diode_200ma_50A_200s300s_100mv_dry - Ch. 0微分构造函数0.192/WIGBT Measurement GuideTony.hefo- 158-2079-5808 8.4 与原厂数据比较Infineon Datasheet 中的数值(最大值)T3Ster 双界面法实测值0.192/W
