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

      功率半導(dǎo)體器件是電力電子的核心部分，能夠?qū)崿F(xiàn)電能轉(zhuǎn)換和電路控制，有功率轉(zhuǎn)換、功率放大、功率開關(guān)、線路保護、逆變（直流轉(zhuǎn)交流）和整流（交流轉(zhuǎn)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(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(dǎo)體場效應(yīng)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(guān)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(zhì)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(nèi)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(jié)溫T_j在電流導(dǎo)通時間t_on內(nèi)升溫到預(yù)期最大結(jié)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(nèi)降溫至最小結(jié)溫T_jmin，由此帶來結(jié)溫的周期性變化，結(jié)溫的反復(fù)周期變化使器件封裝內(nèi)部的芯片粘結(jié)層和鍵合線處產(chǎn)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(dǎo)致失效的直接激勵源是結(jié)溫變化ΔT_j和最大結(jié)溫T_jmax，通常通過控制t_on和負載電流IH等間接控制結(jié)溫變化和最大結(jié)溫。結(jié)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(jié)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(jié)溫變化ΔT_j和最大結(jié)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(guān)的參數(shù)的監(jiān)測也十分重要。目前功率循環(huán)設(shè)備可通過恒電流，恒功率，恒結(jié)溫差，恒殼溫差等幾種工作模式進行循環(huán)測試?？赏瑫r監(jiān)測循環(huán)過程中結(jié)溫變化△T_j、結(jié)殼熱阻R_thjc、最大結(jié)溫T_jmax、最小結(jié)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(jié)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(dǎo)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。