Power Tester 1800A功率循環測試儀
關于MicReD
MicReD于1997在匈牙利布達佩斯成立，2008被Mentor Graphics收購，并入到MAD事業部；Mentor是電子設計自動化技術的領導產商，它提供完整的軟件和硬件設計解決方案，讓客戶能在短時間內，以最低的成本，在市場上推出功能強大的電子產品。當今電路板與半導體元件變得更加復雜，并隨著深亞微米工藝技術在系統單芯片設計深入應用，要把一個具有創意的想法轉換成市場上的產品，其中的困難度已大幅增加；為此Mentor提供了技術創新的產品與完整解決方案，讓工程師得以克服他們所面臨的設計挑戰。
2016年底Mentor Graphis被Siemens收購，MAD事業部并入到Simcenter產品線。西門子工業軟件近年來持續收購擴充新的產品線，形成多學科，多領域，多部門，多視角，圍繞“工業4.0”及“數字化雙胞胎”的全線解決方案。Siemens Simcenter整合了Mentor的電子散熱仿真和測試，流體仿真等解決方案。
Power Tester產品概述
???Power Tester 功率循環實驗測試設備是在 T3Ster 瞬態熱測試系統上發展而來的，T3Ster 系統是一個智能化的瞬態熱測試系統，它由硬件和軟件組成，專業的測量半導體器件的熱學屬性；T3Ster 系統是一個計算機控制的設備，它與 PC 一起使用，可以對瞬態熱測試進行控制，并通過 T3Ster-Master 軟件對瞬態熱測試的結果進行評估和分析。設備能夠對被測的半導體器件施加預先設置的加熱功率，并記錄半導體器件在這個加熱功率下的復雜的熱學反應。通過?T3Ster-Master 軟件擁有對測試后的原始數據，也就是溫度隨時間的瞬態變化曲線，進行分析和處理的能力，從而將熱流路徑上各層材料的熱阻和熱容的特性，包括半導體器件封裝內部的 Die Chip、Die Attach、Lead Frame、Insulator、底殼金屬散熱器和封裝外部的導熱硅脂和熱沉的熱阻和熱容的特性，通過結構函數非常詳細的呈現出來。Power?Tester 帶兩套軟件，一套是Power?Tester后處理軟件，一套是?T3Ster?Master軟件。Power Tester設備分析和處理的結果可以進一步與半導體器件的仿真結果相比較，對仿真模型進行修正，從而提高設計能力。
???Power Tester首次同時集成了自動功率循環、熱測試以及結構函數分析功能，客戶只需要一個平臺就能夠在線器件進行熱測試及可靠性研究（一機兩用：一種設備兩種用途，提高設備性價比）。
???Power Tester在功率循環過程中實時監控電流（包括柵極電流）、電壓以及結溫等參數，并定期執行熱瞬態測試，利用結構函數分析循環過程中封裝結構的改變和缺陷等。
???Power Tester可以用于幫助客戶加強以及加速封裝結構研發、可靠性測試以及可靠性篩選等工作。
???Power Tester可以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/FloEFD（通過calibration接口），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。
???Power Tester可以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。
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???Power Tester?功率循環測試設備既可以對包括?IGBT?器件在內的電力電子器件進行功率循環測試即對被測電力電子器件施加應力測試，還可以通過瞬態熱測試對包括IGBT?器件在內的電力電子器件進行熱特性測量。特別是在功率循環測試中通過周期性進行的瞬態熱測試得到的結構函數，和因為?Power Tester?功率循環測試設備監控指標值超標而觸發的瞬態熱測試得到的結構函數，可以清晰的顯示出隨著功率循環測試的進行，包括?IGBT?器件在內的電力電子器件內部的降級過程（如下圖所示）；利用結構函數分析循環過程中封裝結構的改變和缺陷等，可以實時、在線式的對器件失效原因進行確認，而并不需要將被測器件轉移到實驗室中進行失效分析，保證測試結果的精度及準確性；這樣可以大大減少可靠性測試時間，甚至縮短總的測試時間為原來測試時間的1/10。
結構函數可以清晰的顯示出隨著功率循環測試的進行，包括?IGBT?器件在內的電力電子器件內部的降級過程
圖片中顯示出了Die attach部分的熱阻在20000次功率循環后，顯著降級、變化過程
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???Power Tester?功率循環測試設備還可以測試功率晶體管，功率二極管，SiC和GaN材料的MOSFET?、IGBT等功率電力電子器件。測試出來的結構函數，路徑的每個部分代表熱量遇到的物理結構；?物理結構與RC路徑的各部分之間存在相關性。
Power Tester 1800A 功率循環測試設備概述
Power Tester 1800A 功率循環測試設備是一種獨特的設備，它是一個工業化的解決方案，與傳統的、單一功能的功率循環測試設備相比有很大的不同并具有極大的優勢。
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Power Tester 1800A功率循環測試設備既可以對包括 IGBT 器件在內的電力電子器件進行功率循環測試即對被測電力電子器件施加應力測試，還可以通過瞬態熱測試對包括IGBT 器件在內的電力電子器件進行熱特性測量。特別是在功率循環測試中通過周期性進行的瞬態熱測試得到的結構函數，和因為 Power Tester 1800A功率循環測試設備監控指標值超標而觸發的瞬態熱測試得到的結構函數，可以清晰的顯示出隨著功率循環測試的進行，包括 IGBT 器件在內的電力電子器件內部的降級過程。此外，Power Tester 1800A功率循環測試設備還可以測試功率晶體管，功率二極管，MOSFET?和其他功率電力電子器件。
Power Tester 1800A功率循環測試設備電源部分的設計采用了 3 通道的架構，可以同時并行輸出 3 路加熱電流。當測試設備工作在 3 通道架構下時，可以同時輸出 3 路最大為 600A 的加熱電流，等效于 3 個獨立的 600A 的電流源。在滿足 VCE 器件導通電壓總和最大為 12V 的情況下，可以對最多為 3X4=12 個的 IGBT 器件同時進行功率循環測試或者進行瞬態熱測試，擴展了測試設備的能力、利用率和生產效率。
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Power Tester 1800A功率循環測試設備具有可靠、方便、準確的對包括 IGBT 器件在內的被測電力電子器件進行溫度敏感參數的測量和校準的能力。
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Power Tester 1800A功率循環測試設備擁有 7 個溫度測量點，分別位于：
1、?左、右冷板的出水口，測量出水口的溫度，使用 PT100 溫度傳感器，0.1°C 分辨率， 精度+1% + 0.5°C；
2、?左、右冷板上，測量被測半導體器件的殼溫，使用 PT100 溫度傳感器，0.1°C 分辨率，精度+1%?+ 0.5°C；
另外還有 3 個溫度傳感器的輸入端，用來測量 IGBT 器件封裝的溫度，可以使用嵌入式的 NTC 或者熱電偶；精度由溫度傳感器決定；可以在功率循環測試中和瞬態熱測試中測量使用；
冷板尺寸是 400mmX300mm
1）左板
? ? ? 用于K-系數測試
? ? ? 需要外部的溫控循環設備(推薦Julabo)
2）右板
? ? ? 用于功率循環
? ? ? 需要外部的冷水機或者循環水
? ? ? 電氣閥(自動控制流量開/關)
? ? ? 可配置冷卻液流量 (手動)
3）樣品固定夾具
? ? ? 每塊冷板上配備有可移動的導軌，導軌上有壓緊桿。
? ? ??可以將器件固定在冷板上任意位置.
4）液體泄漏保護
? ? ? ?內嵌液體探測器，配備泄漏排水管
5）通過T型閥門，用戶可以使用自己的液冷板，用戶可以自行定制化，或者找我司定制化
6）PWT 600A和PWT2400A不包含液冷板，用戶可以使用自己的液冷板；用戶可以自行定制化，或者找我司定制化
Power Tester 1800A功率循環測試設備由于采用了 3 個電流通道的架構，因此設備可以在高達 1800A 加熱電流的情況下對單一的 IGBT 器件進行測試；還可以在 3 個電流通道，每個電流通道最大為 600A，在滿足 VCE 器件導通電壓總和最大為 12V 的情況下，可以對最多為 3X4=12 個的 IGBT 器件同時進行功率循環測試或者進行瞬態熱測試。當 3X4=12 個獨立的 IGBT 器件同時進行測試時，軟件中每個電流通道關于時間的參數必須設置成一致，此時設備運行在同步的工作模式下。
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Power Tester 1800A功率循環測試設備數據測試及采集的能力如下：
1、 具有 3 個測試通道用來采集功率循環測試和瞬態熱測試的原始數據；
2、 每個測試通道具有±12V 的電壓輸入范圍；
3、 每個測試通道具有最高 16μV 的電壓分辨率，對應結溫測試精度為 0.01℃；
4、 每個測試通道電壓信號的采樣分辨率為 1μs；
5、 高精度和連續的采樣確保作為循環次數和/或者測試時間的函數的 IGBT 器件的導通電壓 VCE 和門電流 IGATE 進行實時在線監控；
圖：正在進行功率循環測試的 IGBT 器件
Power Tester 1800A功率循環測試設備的長、寬、高在不包括信號燈塔的情況下分別為：1630mm、980mm 和 1400mm，設備可以放置在可靠性實驗室條件下或者電力電子器件的生產環境中使用，方便、可靠。
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Power Tester 1800A功率循環測試設備在包括 IGBT 器件在內的被測電力電子器件進行測試時，工作區域是封閉的，并被絕熱的聚碳酸酯的防護罩所覆蓋，以確保長時間的測試能夠不間斷的運行，并且安全、可靠。如下為安全設計：
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1）一體化實驗箱設計
2）透明的Lexan保護罩方便目測，防止測試期間受外界干擾
3）自動探測保護罩是否打開大電流僅在保護罩關閉的情況下才允許開起防止被高溫金屬燙
4）煙霧探測器 系統將會緊急停止一旦探測到煙霧
5）液體泄漏探測器 系統將會緊急停止一旦探測到液體泄漏
6）系統狀態燈塔
7）緊急停止按鈕
Power Tester 1800A功率循環測試設備具有一個安裝在靈活的、符合人體工程學機械臂上 15 吋觸摸屏的工業一體機，操作方便可靠，可長時間的運行無故障。
計算機配置
1）內嵌控制PC高可靠性工控機& 自帶操作系統保證長時間工作的穩定性
2）觸摸屏操作不需要鼠標或鍵盤
3）為PC專門提供UPS,保證緊急斷電或其他情況下的數據安全
圖：Power Tester 1800A功率循環測試設備前視圖
Power Tester 1800A功率循環測試設備在封閉的測試區域中包括兩塊冷板，尺寸是 400mmX300mm。
1、 冷板上通過專用的夾具可以放置所有類型的電力電子器件，包括 IGBT 器件；
2、 其中一塊冷板配合外接的液冷循環器可以用來對 IGBT 器件進行溫度敏感參數的測量和校準，液冷循環器可以作為恒溫控制設備使用；
3、 另一塊冷板可以連接廠務水對 IGBT 器件進行瞬態熱測試和進行功率循環測試；
4、 IGBT 器件可以快速方便的使用專用夾具安裝在冷板上，IGBT 器件尺寸和放置在冷板上的位置可以通過專用夾具，很靈活的進行配置。
圖：放置在板上的 IGBT 器件
Power Tester 1800A功率循環測試設備配合外接的液冷循環器和外接的廠務水使用的時候，液冷循環器和廠務水可以在外部進行連接，連接器接頭位于設備的背面。
圖：Power Tester 1800A功率循環測試設備后視圖
Power Tester 1800A功率循環測試設備具有極高的安全性能。設備具有一個標準4 色信號燈塔，用來指示設備操作的狀態。在封閉的測量區域裝有安全傳感器功能，一旦觸發，Power Tester 1800A功率循環測試設備可以立即關掉加熱電流的輸出，保證操作人員和設備的安全，這些安全傳感器功能包括：
1、 煙霧報警功能；
2、 過溫報警功能；
3、 安裝有冷板漏液傳感器，具有冷板漏液報警功能；
4、 當使用廠務水的時候，測量用的冷板上安裝有水流量傳感器，實時顯示當前的廠務水流量；
5、 當出現意外情況時，可以使用手動急停按鈕，切斷設備電源，保證安全；
6、 加熱電流只有在聚碳酸酯的防護罩被閉合和操作人員不會觸碰測量區域的時候才能輸出，可以保證操作人員和設備的安全；
圖：位于設備內部的安全功能控制盒
Power Tester 1800A功率循環測試設備對設備的控制是通過一個運行在設備內部工業電腦上的專用設備控制軟件和評估分析軟件完成的。軟件具有以下的優點：
1、?用戶界面是用戶友好的界面，并通過觸摸屏進行操作；
2、 用戶可在操作員模式和工程師模式下進行選擇和操作，軟件的設計目標是使用者不需要具有或者只具有有限的工科知識背景；
3、 較早的測試結果可以被審閱并通過 USB 存儲器和局域網進行下載；
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Power Tester 1800A功率循環測試設備的軟件除了具有以上通用軟件所應具有的優點外，軟件在功率循環測試中和瞬態熱測試中還實現了以下的優勢：
1、 自動檢測包括 IGBT 器件在內的被測電力電子器件的結溫是否穩定；
2、 自動進行電壓測量范圍的選擇和補償；
3、 自動識別 Die Attach 層熱阻的增加
以上功能的實現，可以幫助設備操作人員方便、快速、準確的對 IGBT 器件進行功率循環測試和瞬態熱測試的設置，更使得功率循環測試和瞬態熱測試的設置準確、可靠，為IGBT?器件得到真實、有效的測試結果，打下了良好的基礎。
圖：軟件主界面和器件進行設置的界面
Power Tester 1800A功率循環測試設備是一種獨特的設備，具有兩種測試模式， 既可以作為Power Cycling 功率循環測試設備使用，還可以作為瞬態熱測試設備使用。這就決定了 Power Tester 1800A功率循環測試設備具有極高的性價比，和廣泛的工業化應用。
Power Tester 1800A功率循環測試設備的測試模式如下：
1、 對于包括 IGBT 器件在內的被測電力電子器件的結溫和熱阻等熱學特性，可以按照
JEDEC JESD 51-1 規定的靜態測試法進行瞬態熱測試；
2、 基于瞬態熱測試的結果，可以生成結構函數；
3、 實現基于 JEDEC JESD 51-14 規定的雙界面瞬態熱測試方法，對包括 IGBT 器件在內的被測電力電子器件實現結殼熱阻的測量；
1、 對于包括 IGBT 器件在內的被測電力電子器件通過功率循環測試施加應力測試，并且執行周期性的瞬態熱測試，用來監控可能發生的 Die-attach 的降級和其它可能發生的結構性的失效；
2、 監控作為循環次數和/或者測試時間的函數的器件導通電壓、門電流和被選擇的溫度傳感器輸出的變化；
3、 瞬態熱測試的頻率可以由用戶進行設定，并且如果設備檢測到門電流或者器件導通電壓增加，將會自動提高在功率循環實驗中的瞬態熱測試的頻率；
圖：功率循環測試中單循環后器件導通電壓的變化和多循環后器件導通電壓的變化
PWT設備測試詳述
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一、熱瞬態測試：
用于測試待測器件的結溫，熱阻，并進行結構函數分析?
–?遵循JEDEC JESD 51-1 靜態測試法?
–?遵循IEC 60747的測試方法?
–?利用結構函數分析散熱路徑的熱傳導結構?
–?支持利用JEDEC JESD 51-14標準定義的瞬態熱界面法測試結殼熱阻RthJC
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1）K系數(K-Factor)測試
2）熱阻測試
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1、使用測試小電流取得被測半導體器件溫度系數(mV/℃，得到正向電壓隨溫度變化的關系)
2、使用大電流進行加熱
3、當達到熱平衡狀態時，切換成小電流測量(切換時間小于1μs)
4、當切換到測試電流后,被測半導體器件的正向電壓被測量并記錄下來，直到和環境溫度達到新的熱平衡狀態。被記錄下來的正向電壓數值通過被測半導體器件的溫度系數(mV/℃)被轉換成為相應的溫度隨時間變化的關系。
3）結構函數分析——描述器件熱傳導路徑的模型
1.?結構函數上越靠近y軸的地方代表著實際熱流傳導路徑上接近芯片有源區的結構，而越遠離y軸的地方代表著熱流傳導路徑上離有源區較遠的結構。
2.?積分結構函數是熱容—熱阻函數，曲線上平坦的區域代表器件內部熱阻大、熱容小的結構，陡峭的區域代表器件內部熱阻小、熱容大的結構。
3.?在結構函數的末端，其值趨向于一條垂直的漸近線，此時代表熱流傳導到了空氣層，由于空氣的體積無窮大，因此熱容也就無窮大。從原點到這條漸近線之間的x值就是結區到空氣環境的熱阻，也就是穩態情況下的熱阻Rja?。
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二、?全新測試模式：同時進行功率循環和熱測試模式
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–?利用功率循環對待測器件施加老化應力
–?根據器件達到失效的循環數預估其壽命
–?功率循環期間定期進行熱瞬態測試，并監控系統參數?(VCE?和IGate?)
–?功率循環期間，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
–?系統會根據用戶提前設定的條件增加熱瞬態測試的頻率
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1）功率循環模式
Power Tester 1800A功率循環測試設備在功率循環測試和瞬態熱測試聯合測量模式下，可以支持多達 4 種不同的功率控制模式：
1、 恒定加熱電流模式(PCsec)：
??穩定的Ton和Toff時間；
??被測壓接式 IGBT?器件的降級對得到的結溫變化幅度有直接的影響；
??最嚴格的進行功率循環的方式；
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2、 恒定結溫差模式：
??穩定的Ton和Toff時間，自動計算并調節加熱電流，確保結溫差恒定；
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3、 恒定功率模式：P?v
??穩定的Ton和Toff時間，自動計算并調節加熱電流，確保功率恒定；
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4、 恒定殼溫差模式ΔT C ：循環中改變冷板的熱傳導系數 (PCmin)
??在功率循環測試中隨著Ton和Toff的時間，同步改變冷板內冷卻液的流量；
??對被測壓接式 IGBT?器件的殼溫創造出恒定的溫度變化；使得基板的焊接層發生失效
??穩定的Ton和Toff時間，自動計算并調節加熱電流，確保殼溫差恒定；
??適用于長時間周期的功率循環測試；
圖：為確保ΔTj 保持穩定，驅動電流變化的過程
2）、功率循環功能
–?功率循環期間，記錄的數據包括：
電學參數：UCE?，柵極電流I(g,off)，?ΔP等
熱學參數?：ΔTJ?，?Tjmax，?Tjmin，，?ΔTJ?/ ΔP，Rth以及結構函數等
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?電學參數記錄
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 熱學參數記錄
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 功率循環信息記錄
三、測試流程詳述：
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1、創建器件并定義器件參數
（1）定義器件種類并選擇測試方法。系統會根據用戶的選擇自動切換不同的接線方式
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 創建器件
（2）設置k系數測試參數
用戶可設置測試電流，柵壓，溫度范圍以及溫度穩定判據
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?器件定標參數設置
2、?熱阻測試
設置熱測試的參數，用戶可自定義測試時間，也可以使用自動熱穩態判定
3、?功率循環測試
（1）?設置功率參數,包括熱測試加熱電流，功率循環電流等
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 功率參數設置
（2）?設置測試參數
設置熱測試間隔時間，柵極電流測試間隔時間等。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 測試參數設置
用戶可提前預設電壓，結溫，電流等參數，當該指標達到一定條件后，可以自動更改熱測試間隔。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 自動測試間隔設置
（3）?設置功率循環參數
選擇功率循環模式，設置on和off的時間以及最大功率循環數等參數
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?設置功率循環參數
（4）?設置失效判據
用戶可通過絕對值或者百分比的方式設置器件失效的判據，當器件參數達到失效判據，功率循環將停止。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 設置失效判據
（5）設置液冷板的水流量
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?設置水流量
功率循環施加策略：
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1、 恒定加熱電流模式(PCsec)：
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2、 恒定結溫差模式：
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3、 恒定功率模式：P?v
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4、 恒定殼溫差模式ΔT C ：循環中改變冷板的熱傳導系數 (PCmin)
在功率循環測試中隨著Ton和Toff的時間，同步改變冷板內冷卻液的流量；
對被測壓接式 IGBT?器件的殼溫創造出恒定的溫度變化；使得基板的焊接層發生失效
穩定的Ton和Toff時間，自動計算并調節加熱電流，確保殼溫差恒定；
適用于長時間周期的功率循環測試；
? ?技術亮點?
1、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，能獲得完整的實效數據。
2、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。
3、測試范圍廣：測試包括功率MOSFET，功率IGBT以及功率二極管等電力電子設備。
4、簡單易用的觸摸屏界面：功率循環測試期間能夠記錄包括電流、電壓、結溫、結構函數以及結構改變等信息在內的參數。
5、多種功率循環模式：測試平臺包含了恒定時間Ton和Toff，恒定電流，恒定殼溫變化ΔTC，恒定結溫變化ΔTJ以及恒定功率變化ΔP等模式。
6、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。
7、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。
8、測試操作簡便：用戶只需根據提示將器件對應管腳連接到設備，無需了解器件的具體接線方式。
PWT產品型號參數比較：?
部分PWT正式用戶列舉：
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1、Worldwide customers
2、國內及臺灣用戶
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