第三代半导体是指以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体材料，与传统材料相比，具备高频、耐高温、耐高压等性能优势，应用潜力巨大。

 

随着新能源汽车的快速发展，功率半导体的需求持续增长，成为功率器件市场增长的重要驱动力。

 

 

电动汽车对功率器件和模块封装有哪些要求？
 

高可靠性

电动汽车工作环境复杂，器件需在高温、高湿、高振动等恶劣环境下长期稳定运行。因此，功率器件需要达到更高的可靠性标准。

高功率密度

小型化趋势要求功率模块在更小的体积内承载更大的电流，推动封装向集成化、紧凑化方向发展，功率密度显著增加。

高效散热

功率器件发热量大，其散热性能直接影响系统的稳定性与寿命。因此，需具备良好的散热设计，减少热量积累，提高系统的热性能与可靠性。

高效率

电动汽车对能源利用效率要求高，功率器件需具备更低的导通电阻和更快的开关速度，降低能量损耗，提升驱动系统的整体效率和续航表现。

耐高压

随着800V高压系统的发展，功率器件需具备优异的绝缘性能和抗击穿能力，确保在高压工作条件下的安全性与电气稳定性。

上文提到，功率器件在工作过程中会大量发热，因此，工程师们需要借助先进的热测试手段来对不同工作条件下的器件进行热表征，评估功率器件热性能可靠性，以实现精确的热设计，确保系统的性能与可靠性。
 

 

功率器件热特性测试挑战

 

1. 器件/模块封装结构复杂

多层封装、引线框架、焊点结构使得热流传导路径复杂，很难精确判断热阻是来自芯片、封装材料还是界面接触热阻。

 

2. 难以直接测量结温

传统的热电偶只能测试封装外壳表面的温度，无法测试结温。如果要测试芯片温度，则需破坏器件，或者根据经验进行估算。

 

3. 可重复性测试挑战

热测试数据受环境、探头接触等因素影响，造成结果波动；对批量的器件进行质量分析时，要求高重复性以确保测试结果准确可靠。

 

4. 在线原位测试挑战

热测试往往需在器件工作状态下进行，要求在各种热环境中进行原位测试，避免干扰热边界条件。

 

如何准确评估器件热性能可靠性？
 

1. 先进的热瞬态测试技术

热瞬态测试技术是基于电学法的测试技术，通过测试温敏电压参数（TSP）随时间的瞬态变化，得到结温随着时间变化的曲线，从而快速地获得准确、重复性高的结温热阻数据和结构内部信息。

 

2. 结构函数：识别器件内部结构的“指纹”

Simcenter T3STER SI独创的结构函数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。

3. 提供丰富的热特性表征数据

支持JESD51-14定义的瞬态双界面法测试结壳热阻Rthjc，结到流体的热阻Rthjf，结到NTC的热阻等；提供积分结构函数和微分结构函数，用于对封装结构进行分析；同时还提供脉冲热阻，安全工作区域，RC网络模型等。

 

4. 同时进行功率循环和热测试

主动功率循环测试是评估功率器件寿命的主要依据。PWT将主动功率循环测试和热瞬态测试结合在同一台设备上，能够识别SiC MOSFET在内的功率器件内部结构的变化，在功率循环过程中对器件进行实时老化分析，快速准确地分析失效原因。

 

5. 符合国际通用标准

符合各大国际主流标准，包括JEDEC JESD51-1、JEDEC JESD51-14、AQG-324、美军标MIL 883H，MIL 750E以及国际电工委员会的ICE60747系列。
 

6. 通过仿真+测试实现数字孪生

支持将器件基于测试结果的结构函数导入Simcenter Flotherm（XT）/FLOEFD，对热仿真模型进行自动校准，仿真准确度可高达99%以上，实现高精度的热设计。

 

实现精确热表征 
 

Simcenter Power Tester提供了将功率循环与热瞬态测试相结合的独特解决方案，在此自动化系统中，用户可以同时进行功率循环、电学参数测试和热学结构分析，为复杂器件的详细热表征提供了可靠的工具，从而实现高效精确的散热设计，加速产品研发进程，提升产品市场竞争力。

Simcenter Power Tester 1500A/1800A/3600A 集成功率循环与热瞬态测试的自动化测试系统

Power Tester 详情 http://www.simu-cad.com/product-1667.aspx 

 

Simcenter T3STER SI 热瞬态测试仪

T3STER SI 详情 http://www.simu-cad.com/product-436.aspx

 

上海坤道作为西门子数字化工业软件的金牌和专家合作伙伴，多年来专注于热仿真与热测试领域，提供仿真与测试产品和全面的技术支持服务，如果您想了解器件热测试方案的详细信息，欢迎拨打021-62157100 联系我们。

 

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