2025/9/11 18:35:18 星(xing)期四(si) | English
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行業新聞來自：原(yuan)創(chuang) 孫(sun)輝波 英飛凌工業半(ban)導(dao)體(ti)
為了保證產(chan)品(pin)的(de)(de)耐(nai)久性(xing)能，也(ye)就是(shi)產(chan)品(pin)使用的(de)(de)壽命。IGBT模塊廠家(jia)在(zai)產(chan)品(pin)定型前都會做一(yi)系列的(de)(de)可(ke)靠性(xing)試(shi)驗，以確(que)保產(chan)品(pin)的(de)(de)長期耐(nai)久性(xing)能。一(yi)般常見的(de)(de)測試(shi)的(de)(de)項目如下圖(tu)所示(shi)。
這出自一份英飛凌關于3300V IHV-B封裝產品系列的產品認證報告Product Qualification Report。這個報告里的測試項目，除了ESD靜電測試以外，都是和IGBT模塊的壽命相關的。壽命相關測試可以分成兩部分，一部分是對于芯片本身壽命的考核，另一部分是對機械連接的考核。其中對芯片本身壽命的考核有如下內容：
HTRB，高溫高壓反偏測試，測試IGBT芯片的(de)耐高壓的(de)可(ke)靠性。
HTGB，高溫門(men)極應力(li)測試，測試IGBT芯片門(men)極的耐壓可(ke)靠性。
H3TRB，高(gao)溫高(gao)濕(shi)反偏測試(shi)，測試(shi)IGBT芯(xin)片在高(gao)濕(shi)環境的可靠性。
HV-H3TRB，高壓高溫高濕反偏測試，這是H3TRB的更嚴苛版本，因為高濕的本質是對芯片鈍化層的一種腐蝕，而高壓會加速這種腐蝕。
上述幾條主要是評估芯片的耐久性，在這些測試條件下，只要時間足夠長，芯片肯定會壞的。
對于IGBT模塊來說，模塊外(wai)部(bu)是外(wai)殼和金屬端(duan)子，內(nei)部(bu)不僅有芯片，還(huan)有綁定線，還(huan)有絕緣陶(tao)瓷襯底，還(huan)有焊接(jie)層，我們統稱機(ji)械(xie)連接(jie)。那如何評(ping)估這些機(ji)械(xie)連接(jie)的(de)耐久性(xing)呢？這就是功率循(xun)環，熱循(xun)環，熱沖擊，以(yi)及振動測(ce)試。
什么是功率循環？
功率循環power cycling顧名思義就是讓芯片間歇流過電流產生間隙發熱功率，從而使芯片溫度波動。因為熱源為芯片自身發熱，所以一般稱之為主動加熱。功率循環的周期一般為3~5秒。
功率循(xun)環對IGBT模塊損傷的機理，主(zhu)要是(shi)銅綁定線熱(re)膨脹系數與芯片表面鋁層熱(re)膨脹系數不同(tong)，芯片熱(re)膨脹系數與DBC板不同(tong)導(dao)致的。損傷的結(jie)果主(zhu)要是(shi)綁定線脫落，斷裂，芯片焊層分離。
芯(xin)片焊層的分離有(you)兩種模式，含鉛的焊層一(yi)般從邊(bian)緣(yuan)向中心(xin)逐漸(jian)分離，而錫銀材料(liao)的焊層一(yi)般從中心(xin)向邊(bian)緣(yuan)逐漸(jian)分離。
如何進行功率、熱循環測試？
IEC60749-34描述了可(ke)靠性實(shi)驗電路連接(jie)的方(fang)法，而IEC60747-9描述了IGBT參數的測試方(fang)法，以及失效標準的判(pan)據。對于功率(lv)循環，如果器件(jian)的導(dao)通(tong)壓降(jiang)超過(guo)初始值的5%或(huo)者熱阻超過(guo)初始值的20%，即判(pan)定(ding)為失效。
然而，業界的功率循環測試加載的方法并不統一，Impact of Test control Strategy on Power Cycling Lifetime這(zhe)篇文(wen)章中(zhong)論述了四處加載方法：
恒定的導(dao)(dao)通(tong)及(ji)關(guan)斷時(shi)間：在測試(shi)過程中始終保(bao)持恒定的導(dao)(dao)通(tong)時(shi)間，關(guan)斷時(shi)間及(ji)導(dao)(dao)通(tong)電流。
恒(heng)(heng)定的殼(ke)(ke)溫Tc波(bo)動：逐漸關少導通的時間維(wei)持(chi)恒(heng)(heng)定的殼(ke)(ke)溫波(bo)動
恒定的功率Pv：在(zai)測試過(guo)程中，通(tong)過(guo)減少導通(tong)電(dian)流來始終保(bao)持(chi)恒定的功率
恒定(ding)(ding)的(de)結溫(wen)Tj波動：在測試過程中，減少(shao)導通的(de)時(shi)間來維(wei)持恒定(ding)(ding)的(de)結溫(wen)波動
下圖是測(ce)試(shi)(shi)結(jie)果，可以看出四(si)種(zhong)(zhong)測(ce)試(shi)(shi)方法(fa)對(dui)用一種(zhong)(zhong)IGBT模塊的(de)測(ce)試(shi)(shi)結(jie)果相差(cha)非常大(da)(da)。采用恒定(ding)(ding)的(de)導(dao)通(tong)(tong)及(ji)關斷時間(jian)(jian)，器(qi)件(jian)在35000個(ge)cycle時就失(shi)效了，第二種(zhong)(zhong)恒定(ding)(ding)殼溫(wen)的(de)方法(fa)在45000 cycle時失(shi)效，第三種(zhong)(zhong)恒功(gong)(gong)率法(fa)大(da)(da)概(gai)在不到70000個(ge)cycle時失(shi)效，而使用第四(si)種(zhong)(zhong)恒結(jie)溫(wen)法(fa)的(de)話(hua)，器(qi)件(jian)壽命可以達到95000個(ge)cycle以上。這個(ge)結(jie)果也是比較好(hao)理解的(de)，我們知道，功(gong)(gong)率循環的(de)次(ci)數與結(jie)溫(wen)波(bo)動量密切相關，隨著功(gong)(gong)率循環的(de)進行，被測(ce)器(qi)件(jian)導(dao)通(tong)(tong)壓降及(ji)熱阻勢(shi)必(bi)上升，如果導(dao)通(tong)(tong)時間(jian)(jian)及(ji)導(dao)通(tong)(tong)電流恒定(ding)(ding)的(de)話(hua)，那么在老化后期(qi)器(qi)件(jian)結(jie)溫(wen)會(hui)高于測(ce)試(shi)(shi)初期(qi)，器(qi)件(jian)所能承受的(de)功(gong)(gong)率循環次(ci)數必(bi)然會(hui)少于恒定(ding)(ding)結(jie)溫(wen)法(fa)。
