市場競爭日益激烈，產品質量是企業(yè)獲取競爭優(yōu)勢的重要因素之一。芯片作為產品的“大腦”、設備的核心，芯片質量的好壞將對產品的質量、性能產生至關重要的影響。本文為大家介紹功率半導體器件可靠性試驗-功率循環(huán)測試相關技術干貨。希望對您有所幫助。

      功率半導體器件是電力電子的核心部分，能夠實現(xiàn)電能轉換和電路控制，有功率轉換、功率放大、功率開關、線路保護、逆變（直流轉交流）和整流（交流轉直流）等作用。

　　功率器件在新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)等領域有著廣泛的應用，特別是隨著新能源電動汽車的高速發(fā)展，以金屬-氧化物半導體場效應晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)為代表的晶體管功率器件市場需求更是大增。

　　車規(guī)級功率器件由于高工作電壓、高功率密度、高開關頻率的特性，以及更加惡劣的使用環(huán)境，對器件的可靠性質量期望更高。其中功率循環(huán)（Power cycling，簡稱PC）測試更接近實際工況使用，是評估功率器件可靠性的最主要方式，是AEC-Q101與AQG-324等車規(guī)級器件測試標準內的必測項目。

　　PC測試以芯片工作中自發(fā)熱為熱源，被測器件模擬實際使用環(huán)境被安裝在散熱器上，通入一定占空比的電流，使結溫T_j在電流導通時間t_on內升溫到預期最大結溫T_jmax，同時全程以水冷或風冷的方式使得器件在電流斷開時間t_off內降溫至最小結溫T_jmin，由此帶來結溫的周期性變化，結溫的反復周期變化使器件封裝內部的芯片粘結層和鍵合線處產生熱膨脹系數(shù)不匹配，從而誘發(fā)器件分層，斷裂失效。

　　在PC試驗中，導致失效的直接激勵源是結溫變化ΔT_j和最大結溫T_jmax，通常通過控制t_on和負載電流IH等間接控制結溫變化和最大結溫。結溫的檢測采用K系數(shù)的方式進行間接計算而獲得，見下圖1的以IGBT K系數(shù)測試案例，選取六個溫度點下的壓降V_ce擬合獲得結溫和壓降趨勢線，功率循環(huán)過程通過監(jiān)測壓降的變化得出結溫變化ΔT_j和最大結溫T_jmax。

圖1 K系數(shù)測試案例

　　在功率循環(huán)中初始參數(shù)IH，T_on，T_off等的摸底選擇會決定被測器件的測試嚴酷性，同時被測器件失效相關的參數(shù)的監(jiān)測也十分重要。目前功率循環(huán)設備可通過恒電流，恒功率，恒結溫差，恒殼溫差等幾種工作模式進行循環(huán)測試。可同時監(jiān)測循環(huán)過程中結溫變化△T_j、結殼熱阻R_thjc、最大結溫T_jmax、最小結溫T_jmin等參數(shù)變化趨勢（見下圖2-圖5），根據(jù)車規(guī)AQG 324標準要求，以IGBT為例，功率循環(huán)測試過程R_thjc變化率超過20%或者飽和壓降V_ce變化率超過5%即判定為失效。V_ce一般反映的是鍵合線失效，R_thjc一般反映的是芯片與底板之間粘結層的失效。

圖2△T_j循環(huán)曲線

圖3 R_thjc循環(huán)曲線

圖4 T_jmax循環(huán)曲線

圖5 T_jmin循環(huán)曲線

　　CTI華測檢測目前已配備多臺功率循環(huán)測試系統(tǒng)，可進行Si基及第三代半導體材料功率器件的秒級功率循環(huán)(PC_sec)、分鐘級功率循環(huán)(PC_min)測試，同時可對功率循環(huán)測試后的器件進行靜態(tài)參數(shù)驗證，歡迎垂詢。