功率半导体器件可靠性测试和循环测试如何做？

发布日期：2024-05-23

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功率半导体器件，特别是绝缘栅双极晶体管(
InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)，它一直是新能源、轨道交通、电动汽车、工业应用、家用电器等应用的核心硅基IGBT由于驱动功率低，饱和压降低，设备具有高电压等级(高达6500)V)高达3600A)成为各个领域的中流砥柱

（1）、高功率密度和高开关频率是实现电力电子设备小型化和未来重要发展方向

的必要手段。

（2）、宽禁带器件(如
SiliconCarbonMetal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor,SiCMOSFET)它具有击穿场强、工作温度高、开关频率高的特点

（3）、特别是近年来在电动汽车应用的推动下，得到了前所未有的全面、大力、快速的发展

（4）、可靠性已成为继设备特性表征之外最重要的质量评价手段和发展目标，也是国内研究机构和应用者近年来最关注的研究领域。

（5）、功率循环试验是通过外部负载电流和关闭波动过程，通过外部负载电流和关闭，通过一定程度的加速老化（前提是设备故障机制不能改变，提前暴露设备包装的弱点

（6）、它一直被工业和学术界认为是评估电力设备封装可靠性最重要的可靠性测试，也是建立设备寿命模型和评估寿命的基础

（7）、因此，测试结果的准确性非常重要，不同的测试方法和技术会导致不同的测试结果，降低结果的有效性和公正性。

欧洲电力电子中心在2018年和2021年相继发布，以规范这一测试AQG324标准[8]专门定义和规定了电动汽车功率模块的功率循环测试。特别是2021年发布的版本增加了SiCMOSFET包括结温测试方法在内的相关测试要求和细节。

功率循环评估主要是设备不同封装材料界面的热膨胀系数(
CoefficientofThermalExpansion,CTE)在往复周期性结温波动的激励下，不一致的老化。所以，封装材料CTE不匹配是限制设备寿命的根本原因。结温波动ΔTvj和最大结温Tvjmax其它因素会直接影响结温的变化和试验结果。

标准[8]规定了负载电流的开启时间ton小于5s(称为二级功率循环)对芯片周围的连接进行评估，并对芯片周围的连接进行评估ton大于15s(称为分钟级功率循环)评估远离芯片的连接。进一步准确在线监测被测设备的关键老化参数(如IGBT装置饱和压降VCE和热阻Rth)它还将直接影响设备的故障模式判断和寿命。可以看出，测试条件和细节都会影响测试结果，甚至影响设备的机制。

随着SiIGBT，SiCMOSFET随着电动汽车的不断发展和深入研究，越来越多的国内外学者和企业高度重视电力设备的可靠性测试，尤其是电力循环测试。与其他可靠性测试不同，虽然功率循环测试的原理很简单，但测试技术、测试方法和测试细节涉及多个学科，如半导体物理、电磁学、传热、结构力学和信号分析。处理不当会导致结论错误。

综上所述，测试设备的测试技术、测试方法、测试设备和测试人员都提出了很高的挑战。在鸿怡电子IGBT测试座、功率器件测试座、功率模块测试座、功率开关测试座、HAST socket等测试夹具的实际应用中，根据客户反馈比较好的几款测试案例（仅供参考）

1、IGBT测试座：TO247-3L-TP01KNA

2、探测器件82pin-1.0mm-45×48mm合金翻盖测试座

3、元器件开关7pin（实际下针4pin ）-1.1mm -6.6×5.5mm合金翻盖测试座

4、HAST socket：10pin(3.2×2.5mm)一拖四翻盖式塑胶探针老化座

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