大功率双极型晶体管热瞬态测试的机遇与挑战.pdfVIP

大功率双极型晶体管热瞬态测试的机遇与挑战 Gabor Farkas 博士，Mentor Graphics 公司 本文介绍了双极型晶体管的热测试方法，目的在于让销售人员了解热学专家的工作 书 皮 机 械 分 析 白 w w w . m e n t o r . c o m 大功率双极型晶体管热瞬态测试的机遇与挑战 1. 简介 双极型晶体管（bJt）是一种典型的功率器件。因此，分析它们的散热性能是散热工程师最常见的任务之一。 相应地，有很多热测试标准描述了其测试条件，如： ■ 测试环境 ■ 功率加载 ■ 据采集 MiL-stD-750 和 JeDec J esD51 是重点描述 bJt 热测试方法的两个主要的美国标准。其中，前者侧重于规定被 测器件的功率加载以及一些简单的数据采集方法。后者则对测试环境和数据采集进行了更加细致的规定，对功 率加载未做细致规定。总之，这两个标准之间不存在任何矛盾。 本文将用一种最先进的热瞬态测试仪展示如何按照标准的规定完成功率器件的热测试。 2. 标准及其案例 根据 1970 年 2 月 27 日发布的 MiL-stD-750b 版本，M iL-stD-750 中功率 bJt 的热测试方法为“3131”系列方 法。该测试方法中推荐的加载电路及实现方法基于的是上世纪七十年代初期的仪器仪表水平。在后续修订的版 本中，会有一定程度的改变。目前在用的是第五次修订的方法 3131.5，它是在 2006 年的 MiL-stD-750e 版本中 修订的。 由于该制定时间早，鉴于当时仪器仪表水平的限制，标准进行了某些折中处理并牺牲了精度，同时还忽略了一些 小的错误。 对比下面两个图即可发现仪器仪表水平的进步，一幅是来自 MiL-stD-750e 标准中的图片（图1），另一幅来自最 新的热瞬态测试仪自带的数据分析软件（Mentor Graphics 公司的 t3ster，图 2、图 3）。 它们主要区别有： ■ 来自热瞬态测试仪的曲线包含几千个测试数据点，而来自“标准”中曲线仅包含 11 个数据点。 ■ 来自热瞬态测试仪的曲线具有小于 0.1℃ 的噪声幅度，而“标准”中的曲线有 3℃ 的噪声幅度。 ■ 由 t3ster 测试仪采集到的瞬态过程的时间跨度为 15 年：可以采集到比图 1 中最小的时间间隔还小的瞬态 过程数据，在图 1 的最后一个时间点以后且在到达稳态之前，t3ster 还可以采集大量的数据。通过图 1 和 图 2 之间的虚线可做直观的对比。 w w w. m ento r.co m 2 [9 ] 大功率双极型晶体管热瞬态测试的机遇与挑战 图 3101-4a。两种极端情况（对数–线性坐标）的加热曲线。 图 1 从 MiL-stD 750e 中拷贝的图 图 2 典型 t3ster 测试结果，基于 M iL-stD 750e 中的 3101.4 测试方法 w w w. m ento r.co m