MicReD測試設備

T3STER – Thermal Transient Tester是一套先進的熱阻量測系統，主要用來量測、分析半導體封裝元件的熱特性。包括了各式LED產品，IC元件 (堆疊晶片(stacked-die)和系統晶片(system-in-package, SIP)) 及其他半導體元件等。此系統最早是由MicReD研究團隊于1997年時開發使用，距今已超過20多年的研究與發展。除了量測現有的封裝體外，T3STER的量測結果還能產生熱分析模型，并將相關數據匯入電子散熱軟體Flotherm、Flotherm PCB和FLOEFD中，便于工程師和開發人員進一步的模擬與驗證，協助設計出全面的散熱解決方案。

TERALED – Thermal and Radiometric Characterization of LEDs是一套整合光與熱的可變溫量測系統，TeraLED量測硬體包含了完整的光學量測系統，能夠測定光度(photometric)以及光輻射特性(radiometric)。也可結合T3STER來擷取暫態溫度的變化過程并求得其熱特性。

DynTIM – Dynamic Thermal Interface Material Tester是一套全新的熱特性量測儀器，主要搭配T3STER進行熱界面材料(Thermal Interface Material)的熱特性量測。

POWERTESTER為Siemens Mentor旗下的MicReD技術團隊，于2000年開發T3STER暫態熱阻量測系統后，因應業界客戶對于高功率電子元件之產品可靠度的重視，所推出產品信賴性測試量測設備。

Simcenter T3Ster

快速，精確的熱測試，測量和IC封裝，LED和系統特性

圖1 簡介

T3Ster（發音為“的Tris-ter”）是先進的熱測試儀使用于測試IC封裝，LED產品及系統快速產生大量的熱特性的儀器。包括專有系統的軟件和硬件，T3Ster是設計為滿足半導體，運輸，消費電子產品，并LED行業以及研發實驗室的需求。

單快速熱瞬態測試和芯片堆疊封裝及LED

一套一致的測試硬件和軟件，T3Ster是針對封裝的半導體元器件（二極管，雙極結型晶體管，功率MOSFET，IGBT和功率LED），堆疊芯片等多模設備的動態熱特性。
用專用夾具和軟件，MCPCB上的表征和其它基材或冷卻組件也是可以的。加入T3Ster專用的測試環境，形成針對LED的綜合測試（TeraLED）和熱界面材料（DynTIM）特殊的解決方案。

圖2 非破壞性組件故障分析

通過使用T3Ster，半導體制造商可以設計芯片和優越的散熱性能IC及發布可靠的熱數據給下游應用，而設備制造商能夠設計出可靠的產品，避免在整個產品的生命周期熱引起的故障。
與其他系統不同，T3Ster直接測量實際加熱或冷卻曲線 - 封裝的半導體器件的熱瞬態響應 - 而不是人為地從單獨的響應構成它們。 T3Ster提供了一次極為精確的溫度測量（0.01°C）和1微秒測量分辨率。

圖3 可靠性測試與電源循環和子序貫結構功能分析

使用結構功能芯片連接(Die-attach)失敗很容易地找到。結構的功能顯示的熱電阻/電容地圖沿著在一個半導體封裝的熱流路徑。在散熱不規則（如在一個有故障的芯片的情況下，附加）可以容易地識別和局部用所得圖表的幫助。
這種可靠性分析方法是理想前和后應力故障檢測工具。實驗室測試方法適用于功率LED，IGBT和堆疊裸片解決方案。T3Ster允許高通量實驗室測試附加組件也可提供。

圖4 全面支持瞬態雙接口法(JEDEC JESD51-14標準) 及 LED熱測試(JEDEC JESD51-51， 51-52標準)

T3Ster實現了最新的JEDEC熱測試標準以及符合JEDEC的熱電阻測量和動態特性。這也充分支持了瞬態雙接口法（JEDEC JESD51-14標準，在2010年出版）和最新的LED熱測試標準（JEDEC JESD51-51，51-52，出版于2012年）。 

  圖5 可擴展的設備，硬件和軟件的附加選項

T3Ster具有廣泛的提供每日熱測量和表征工作靈活性的附加選項：
自動化設備校準以干式恒溫器和支持一對的液體冷卻恒溫器；
任何類型的熱電偶，通過適當的前置放大器輕松連接開關電源具有不同的助推器選項提高水平；
增加TeraLED單元的高功率LED量測；
增加DynTIM單元動態熱界面材料測量。

圖6 了解熱特性的投資回報率

在小型化中半導體封裝的散熱已成為限制的一個因素。在不間斷地，帶寬的增加不斷增加的要求下，其中的電路設計人員最關心的問題是降低功耗。功率增強此首要修改導致在芯片溫度的升高，后來的電路操作中如果熱沒有適當地引出裝置，這樣裝置會被高溫所破壞。
由于散熱問題，組件的可靠性指數下降。因此，通過使用熱儀如T3Ster半導體制造商可以設計芯片和優異的熱性能的IC及發布可靠的熱數據用于下游應用，同時設備制造商可以設計可靠的產品，避免在整個產品壽命內熱引起的故障。
讓我們來看看對于汽車市場的一個杰出的半導體制造商的產量。他們可以產生高達1，000，000半導體芯片的一天。如果單個芯片的銷售價格為$5，在生產2天停工，由于芯片連接(Die-attach)問題會花費公司$10，000，000潛在的收入損失。因此避免甚至在2小時停工的花費便可以很容易地支付系統的成本。

圖7 了解熱特性的投資回報率

在小型化中半導體封裝的散熱已成為限制的一個因素。在不間斷地，帶寬的增加不斷增加的要求下，其中的電路設計人員最關心的問題是降低功耗。功率增強此首要修改導致在芯片溫度的升高，后來的電路操作中如果熱沒有適當地引出裝置，這樣裝置會被高溫所破壞。
由于散熱問題，組件的可靠性指數下降。因此，通過使用熱儀如T3Ster半導體制造商可以設計芯片和優異的熱性能的IC及發布可靠的熱數據用于下游應用，同時設備制造商可以設計可靠的產品，避免在整個產品壽命內熱引起的故障。
讓我們來看看對于汽車市場的一個杰出的半導體制造商的產量。他們可以產生高達1，000，000半導體芯片的一天。如果單個芯片的銷售價格為$5，在生產2天停工，由于芯片連接(Die-attach)問題會花費公司$10，000，000潛在的收入損失。因此避免甚至在2小時停工的花費便可以很容易地支付系統的成本。

Simcenter TeraLED簡介

TeraLED是設計以精確控制的熱環境中使用作光學系統的LED。如果作為T3Ster的附加選項，它形成了一個完整的JEDEC JESD51-51和51-52兼容的LED測試設置。

圖8 JEDEC標準

測量過程和測量結果符合最新的JEDEC的LED熱測試標準（JESD51-51和JESD51-52）。

圖9 測試LED的寬范圍

精選的直徑為30和50厘米積分球是提供給主機溫度控制DUT支架夾具的解決方案。提供溫度控制DUT支架（直徑6cm Peltier-based冷板的30厘米球面和液冷版采用12cm內徑為50厘米球面）。
溫度穩定參考LED和檢測器系統具有不同的過濾器，其中包括equispectral，V（λ），V‘（λ），X short，X long和Z Tera LED的標準件。與光度濾波器檢測器匹配到1.5％的準確度（F1’錯誤）在CIE V（λ）函數。

圖10 要求嚴格性能數據的時間環境寬范圍

真正的熱阻與光輸出指標作為真正的LED結溫的函數作自動測量。測量在寬范圍內的正向電流和LED溫度值是100％的自動化，因此允許在相對于手動程序，這甚至可能需要一整天幾小時測量。

圖11 輸出數據的熱仿真和熱流明計算

以JEDEC JESD51-14標準的T3Ster測量及LED封裝自動生成的動態簡化熱模型以描述熱流路徑可達此結到外殼(junction-to-case)的熱阻值可以直接應用到CFD分析軟件如FloTHERM和FloEFD。
從TeraLED測量獲得光輸出模式的LED封裝簡化熱模型， TeraLED允許新的FloEFD LED模塊來執行LED的產品，包括熱流明計算準確的熱仿真。

Simcenter DynTIM簡介

DynTIM 一種高精密的測試環境為獨立的材料和原位，旨在與T3Ster，Mentor的領先的熱瞬態測試解決方案一起工作。該系統主要設計為軟質材料，例如熱油脂和可壓縮墊測量。粘合劑和固體樣品也可以進行測試。

圖12 DynTIM 熱界面材料的動態熱特性（TIM）

DynTIM提供了一個完全自動化的測試過程，并允許用戶測試TIM在現實世界的應用環境，從而節省了時間和精力，獲得真正的貼近生活的結果。它迅速提供高精確度無與倫比的TIM測量方法。

圖13 整個工程快速全自動測試過程

研究表明，TIM材料的傳統方法測得的數據表的值可以顯著高估的熱傳導率和在某些情況下達至9倍。 DynTIM提供這些材料相對于設立在實驗室條件下高度復雜方法的精確測量。

圖14 測試種類繁多的ASTM I型，II和III材料

多種可壓縮的材料，例如潤滑脂，糊劑，相變材料，并與一些附加的考慮，粘合劑和個體樣品的測試也是可能的。此外，通過測試范圍廣泛的TIM中，用戶可以縮小選擇，選擇表現最好的材料。
使用結合T3Ster熱特性的硬件來測試材料的原位，并在他們的目標環境，以獲得最佳的設計決策。通過DynTIM測量熱導率的數據也可以被應用到在Mentor CFD的熱屬性添加到仿真模型，如 FloTHERM 或 FloEFD。

圖15 TIM與測量精度±5％

采用當今現有方法的測試系統*不允許較低壓力的測量。這將導致不準確的結果，檢測結果不可能是復制一個沒有10-20％的重復性誤差（根據來自不同廠商的電導率數據報告）。DynTIM 結合T3Ster提供了業界最準確的貼近現實生活中的應用在各種材質在不同的預先設定的厚度的水平，如潤滑脂，油膏，相條件下測量的TIM（±5％，具有高重復性）的熱阻的方法 - 改變材料甚至特意準備金屬樣品。ASTM D5470標準測試方法的于薄導熱固體電絕緣材料的熱傳輸特性及導熱電氣絕緣材料的熱傳導特性的ASTM D5470-06標準試驗方法。

圖16 可重復高精度測試環境

DynTIM測試材料在一個真正的二極管封裝和鍍鎳銅冷板之間的真實熱環境。該系統可設置在兩個表面的距離為1微米的最小分辨率。樣品的熱導率是根據在TIM的熱電阻作為其厚度的函數的變化來計算。
這個概念類似于ASTM標準;然而，溫度的測量是在只在一個位置（在半導體二極管的在頂部把手交界處）。精確溫度測量（0.01℃的溫度分辨率）結合基礎上精確的電氣參數施加的功率計算是負責高重復性的測試的解決方案。

Simcenter Power Tester簡介

Power Tester功率循環及熱測試平臺
產品概述

先進的測試理念：同一個測試平臺可以同時進行功率循環和熱測試，任何與老化降級相關的熱效應都可以在不移動待測器件的情況下通過結構函數在線監測，與傳統的老練設備相比更加節省時間，能獲得完整的失效數據。

先進的測試技術：使用世界領先的熱測試設備T3Ster的熱瞬態測試技術及結構函數分析方法。
測試范圍廣：可測試MOSFET， IGBT以及二極管等器件。

簡單易用的觸莫屏界面： Power Tester在功率循環測試期間能夠記錄包括電流、電壓、溫度、結構函數等信息在內的參數。
多種功率循環模式： Power Tester包含了恒定時間Ton和Toff，恒定電流，恒定殼溫變化ATC，恒定結溫變化ATJ以及恒定功率變化AP等模式。

實時結構函數診斷：方便用戶快速地獲得循環過程中的缺陷，對應的循環數以及失效原因等。無需功率循環后的實驗室檢測及破壞性失效分析：無需再使用傳統的x射線、超聲波或者其他的破壞性方法來進行失效分析。

測試操作簡便：用戶只需根據系統提示將器件對應管腳連接到設備，無需了解復雜的測試電路。幫助用戶設計更加可靠的電子封裝產品： Power Tester提供的特性化測試數據，可以直接導出給熱仿真軟件FloTHERM，利用實測結果來實現模型自動校準功能，幫助用戶得到精確的，符合實際的仿真模型。

預估器件壽命：幫助用戶獲得功率電子器件在真實應用條件下的使用壽命。

Power Tester 600A

 
圖17 Power Tester 600A設備

Power Tester 1500A

用于功率循環和熱測試的MicReD工業功率測試儀1500A模擬和測量用于汽車、運輸和發電工業以及可再生能源應用如風力渦輪機的電子元件的壽命性能和可靠性。功率測試器1500A現在有兩種配置，3和12通道的測量多達12個設備。

圖18 Power Tester 1500A/1800A/3600A設備

Power Tester 2400A

 
圖19 Power Tester 2400A設備