直接测量 SMD 元件的结点几乎是不可能的，原因如下。没有放置热电偶的空间，热电偶也会影响测量。顶部冷却的外壳允许我们测量散热器温度，但晶体管和散热器之间的热阻定义不明确，因此无法可靠地计算结温。在产品开发中，坏情况下的结温通常是根据数据表中的 Rth 值来估计的。生产端测试测量许多电气参数，但我从未见过检查结温。尽管这对于可靠性至关重要。我记得 2 个早期器件故障的，由于 TO247、晶体管安装不良。引线比散热器夹更硬，因此冷却片不能平放在散热器上。
通常，冷却系统中的薄弱环节是晶体管和散热器之间的热界面材料 （TIM）。功率密度，热阻定义不明确。为了保持低热阻，使用了具有高导电性和低弹性的薄热界面材料。现代 WBG 晶体管的封装尺寸公差可能超过 300μm，并且使用的 TIM 通常比公差更薄，以保持低热阻。图 1 显示了一个夸张的坏情况，中间的晶体管高于外部器件。
图 1.冷却不良的晶体管会影响可靠性。
外部设备 Q1 和 Q3 将冷却不良，运行温度高于设计温度。其他因素，如焊料厚度、异物、PCB 铜平面度等，只会增加公差。
在设计鉴定中，经常使用热电偶或热成像。热像仪在路口透过包装进行观察;可以检测到热点（图 2）;从这里开始，我们需要一个“神奇因子”来得出估计的结温。
图 2.MASTERGAN1 热点测量，结温未知
这给出了一个精度未知的数字，但当使用顶部冷却封装时，即使这样也不能使用。在这里，散热器安装在晶体管上，通常没有与 PCB 背面的热连接，而且晶体管非常小，无法将热电偶可靠地连接到器件焊盘上。
实时结温评估
现代 HEMT 和 FET 在 Rdson 和温度之间具有明显的依赖关系。肖特基二极管和 SiC 二极管的导通电压也可能与温度有关。尽管传导电压依赖于电流和栅极电压，但它仍然可以很好地指示结温。各种元件技术具有不同的特性，对于 SiC 和 GaN，器件设计、饱和电流和动态 Rdson 也起着重要作用，因此需要的工作条件来可靠地估计结温。这在设计鉴定期间尤为重要，因为可靠的测量是批准和现场可靠性预测的基础。在生产测试和质量保证中，在测试构建质量时，在相同工作导通下生产单元之间在相同测试条件下的半导体导通电压进行比较，可以很好地表明热管理是否按设计工作。高温部件通常具有较高的导通电压。
与较旧的 TO-220 晶体管相比，现代晶体管封装具有较小的薄接触面积、很少的铜和非常低的热质量。由于几乎没有加热，温度会迅速上升。当热量没有被冷却系统正确带走时，2W 的损失会以大约 36°C/s 的速度加热 SMD 晶体管结。这足够快，也足够大，可以在正常满载功率测试期间的生产端测试中轻松看到。
图 3.MasterGan 热 Rdson 测量，精度为 500nS在实践中进行测试非常简单;可以使用 Springburo 剪刀或类似设备，只需通过晶体管连接即可。可选的质量 10：1 差分探头可以减少循环电流的潜在问题。削波器切断了 DUT 上的高开关电压，因此可以详细查看导通电压。我们使用大约 200mV/p 的刻度。要计算电阻，还需要电流信号。然后，大多数现代 DSO 可以执行数学函数，如图 3 所示。数学通道显示 Rdson 约为 211mΩ，这是测得的 140mΩ 冷值的 150%。对于数据表，这意味着结点约为 77°C，明显高于图 2 中热图像中显示的 49°C。
在图 3 中，显示的 Rdson 大约需要 500ns 才能稳定下来，这是因为使用了惰性设置，并且与理发器有长线连接;就像在生产环境中一样。如果需要更快的测量，则必须将理发器直接连接到元件主体上，以限度地减少引线和布线感应的影响。图 4.显示可实现的性能。建立时间从 500ns 减少到 100ns。时基为 80ns/p;MOSFET 在 Ch2@200V 上漏极;MOSFET 关断约 200ns，然后在约 15ns 内开启开关 1000V。
图 4.开关 1000V 后 100nS 的导通电压测量
削波器输出显示在 Ch1@ 100mV，Ch4 是开关电流，带振铃。削波器输出已恢复，并显示 MOSFET 的导通电压约为 400mV，略低于开关事件后 100ns 关闭前。这是因为电感电流在关断时间下降了。根据电流和削波器电压计算的 Rds;在 switching 事件之前和之后是相同的。这证实了即使在 1000V 的关断状态和 400mV 的导通电压下，也可以在导通电压的几 100ns 内进行快速准确的测量。这对于评估组件并确保它们正确打开和关闭非常有用。
在应用中测量导通电压时，需要几百毫伏和数百伏，然后需要百分之几的精度。在图 4 所示的示例中，20mV 的误差将在计算的电阻中产生 5% 的误差。1000V 时 20mV 为 .002% 误差。这远远超出了范围探针的可能性。典型探头的直流精度约为 2%（未指定交流精度），远超可靠传导测量所需的精度。（我们尝试了许多不同的解决方案，但需要一些易于使用的解决方案，无需仔细校准即可信任的解决方案等）。
对于结温评估，当动态电阻或开关特性不是重点时，可以在开关周期的中间测量导通电压。这意味着不需要非常短的连接。由于时序对于比较测量并不重要，因此可以添加共模滤波器以减少接地振铃。CLP1500V15 是一种无源探头，无偏移，在削波电压下具有接近 100% 的电压传输。它不是隔离的，并且具有与示波器的公共接地连接。如果 DUT 由隔离电源供电，则效果很好，但即便如此，也存在公共接地电流影响测量精度的风险。可以使用 100MHz 差分探头来阻断这些电流，如图 5 所示。如果存在较大的共模电压，差分探头可能会增加显著的误差。或者，可以在削波器输出上使用光隔离探头或模拟隔离器。浮动隔离示波器是另一种可能性，请注意，已经看到某些示波器不喜欢共模切换并且行为“奇怪”。
通过约 20 厘米的引线连接到晶体管。MOSFET 的开关电压约为 900V。当 MOSFET 导通时，削波器输出降至零并上升至 3V。根据电流和电压计算的 Rds 为 1.7Ω;接近典型的数据表值 1.8 Ω;确认即使使用长引线连接到理发器（例如生产测试探针或测试点），也可以获得良好的测量精度。稳定时间只是更长。在上面的例子中，建立前需要 1μS，这是一个典型值.
