PHS-100,PHS-200,PHS-500系列功率器件与功率模块的结温Tj 高低温环境模拟系统
与硅(Si)基器件相比，碳化硅(SiC)金属-氧化物 半导体场效应管(metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET)性能优越，具有高击穿 电压、高功率密度、短开关暂态、低通态电阻、高 导热率和高抗辐射能力等显著优势[1]，因而在工业 界获得广泛应用。著名市场调研公司Yole 的报告显 示[2]，目前 SiC MOSFET 市场规模年增长率接近 50%，5年内市占率将达30%，最终与Si基绝缘栅 双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor， IGBT)并驾齐驱。IGBT 多用于大功率变换器，而 SiC MOSFET 在中小功率、高频变换器中应用前景 广阔。
SiC MOSFET 是变换器的核心，其运行状态关 乎变换器系统的可靠性与工作性能[3]，一旦故障， 极易造成巨大经济损失，危害公共安全。与Si基器 件相比，SiC MOSFET的独有特性带来了新的可靠 性挑战。1）高功率密度意味着高单位产热，高开 第3期 张擎昊等：SiC MOSFET结温监测与控制技术综述 1035 关频率则代表着高开关损耗，因此，SiC MOSFET 工作温度一般高于Si基器件[4]，另一方面，高电流 密度易导致电迁移现象，从而在金属层中产生空 缺；2）SiC MOSFET 芯片体积缩小限制了其散热 能力与短路耐受能力[1]；3）SiC杨氏模量高于Si， 在相同热应力下机械应力更大，易发生封装老化[5]； 4）SiC MOSFET 门极氧化层比Si基器件更薄，易 发生氧化层老化或电介质击穿。因此，提高 SiC MOSFET运行可靠性迫在眉睫。 图1为功率器件常见失效诱因及其占比[6]。显 然，结温过高与周期性波动是主导因素，占比超过 50%。结温过高可导致器件瞬时失效，如热击穿[7]、 隧道击穿、键合线熔化、焊锡层熔化等。结温周期 性波动可引起器件封装老化并加速其发展，最终导 致老化失效，如键合线脱落、铝金属层重构、焊锡 层退化等[8]。结温过高与结温波动可在电场复合作 用下产生电-热应力，引起芯片本体的老化[9]，如门 极氧化层退化和 MOSFET 体二极管双极性退化。 此外，由Coffin-Manson-Arrhenius(CMA)模型可知， 功率器件的预期寿命和平均结温、结温波动幅值均 呈负相关[10]。因此，SiC MOSFET结温监测与控制 技术至关重要。
首个应用于Si基IGBT的结温监控技术诞生于 20 世纪末[11]。如今，此类技术历经30年发展，日 趋成熟。然而，SiC MOSFET投入工业应用仅十余 年，其特性与Si基IGBT迥然不同，故传统结温监 控技术难以适用。SiC MOSFET结温监控技术处于 发展初期，相关理论体系缺失仍不健全, 相关实验与验证仪器设备更是严重滞后。
PHS-100/200/500 系列功率器件结温仿真测试系统是捷创仪器公司开发的满足各种封装的器件和模块的结温模拟器，通过高稳PID控温，先进适配夹具和电参数校准+PID 温控补偿的方式实现高效精准的Tj 施加。
PHS-100系列高稳定温度控制系统是捷创仪器自主研发的专业级功率器件结温温度控制适配装置系列，由THF系列多型封装夹具，TCU 多通道温控单元及EasyCon 上位机软件构成。
专业级PHS-200， 专家级PHS-500 将提供更宽温域与电参数分析能力。
PHS-100具有行业内领先的高稳定性，控温精度优于±0.2℃，整机采用标准信号接口，支持用户多通道扩展，多封装兼容等特性，主要面向SiC及GaN等先进封装功率器件和模块，提供了精准的高低温结温仿真环境，特别适合用于功率器件静态I-V参数，动态双脉冲的高温与高低温应用；通过扩展系统也支持于器件的热阻分析，HTRB，HTGB，H3TRB等可靠性分析。
PHS-100 系列型号谱系与性能特点：
PHS-100S 单通道温控单元
PHS-100D 双通道温控单元
PHS-100N *1 多通道温控单元（最多8CH）
PHS-100 参数性能指标
温度范围：RT-205℃
通道数：1CH,2CH,3~8CH
控温精度:±0.2 ℃(稳态)
热均匀性:±1 ℃(负载平面内)
通信:支持 Modbus-485
标配EASYCON 上位机软件可以实现远程控制
通用夹具接口，支持DIP封装及TOLL等SMD封装混用。
支持功率模块夹具等选件
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支持升级高低温-40/205℃
PHS-200P 专业级系列型号
PHS-200S 单通道大功率温控单元
PHS-200SP 单通道SMU大功率温控单元
PHS-200D 双通道大功率温控单元
PHS-200DP 双通道SMU大功率温控单元
PHS-200Nx *1 多通道大功率温控单元（最多8CH）
PHS-200NxP 双通道SMU大功率温控单元
支持160*85mm 最大测量尺寸，温度均匀性优于± 1.5℃
专业版本：内置高精度SMU模块，支持高稳电流与电压取样通过管压降校正Tj 温度。
