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功率半導體器件可靠性測試和循環測試如何做?

發布日期:2024-05-23     376 次

功率半導體器件,特別是絕緣柵雙極晶體管(
InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT),它一直是新能源、軌道交通、電動汽車、工業應用、家用電器等應用的核心硅基IGBT由于驅動功率低,飽和壓降低,設備具有高電壓等級(高達6500)V)高達3600A)成為各個領域的中流砥柱

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(1)、高功率密度和高開關頻率是實現電力電子設備小型化和未來重要發展方向

的必要手段。

(2)、寬禁帶器件(如
SiliconCarbonMetal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor,SiCMOSFET)它具有擊穿場強、工作溫度高、開關頻率高的特點

(3)、特別是近年來在電動汽車應用的推動下,得到了前所未有的全面、大力、快速的發展

(4)、可靠性已成為繼設備特性表征之外最重要的質量評價手段和發展目標,也是國內研究機構和應用者近年來最關注的研究領域。

(5)、功率循環試驗是通過外部負載電流和關閉波動過程,通過外部負載電流和關閉,通過一定程度的加速老化(前提是設備故障機制不能改變,提前暴露設備包裝的弱點

(6)、它一直被工業和學術界認為是評估電力設備封裝可靠性最重要的可靠性測試,也是建立設備壽命模型和評估壽命的基礎

(7)、因此,測試結果的準確性非常重要,不同的測試方法和技術會導致不同的測試結果,降低結果的有效性和公正性。

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歐洲電力電子中心在2018年和2021年相繼發布,以規范這一測試AQG324標準[8]專門定義和規定了電動汽車功率模塊的功率循環測試。特別是2021年發布的版本增加了SiCMOSFET包括結溫測試方法在內的相關測試要求和細節。


功率循環評估主要是設備不同封裝材料界面的熱膨脹系數(
CoefficientofThermalExpansion,CTE)在往復周期性結溫波動的激勵下,不一致的老化。所以,封裝材料CTE不匹配是限制設備壽命的根本原因。結溫波動ΔTvj和最大結溫Tvjmax其它因素會直接影響結溫的變化和試驗結果。

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標準[8]規定了負載電流的開啟時間ton小于5s(稱為二級功率循環)對芯片周圍的連接進行評估,并對芯片周圍的連接進行評估ton大于15s(稱為分鐘級功率循環)評估遠離芯片的連接。進一步準確在線監測被測設備的關鍵老化參數(如IGBT裝置飽和壓降VCE和熱阻Rth)它還將直接影響設備的故障模式判斷和壽命。可以看出,測試條件和細節都會影響測試結果,甚至影響設備的機制。


隨著SiIGBT,SiCMOSFET隨著電動汽車的不斷發展和深入研究,越來越多的國內外學者和企業高度重視電力設備的可靠性測試,尤其是電力循環測試。與其他可靠性測試不同,雖然功率循環測試的原理很簡單,但測試技術、測試方法和測試細節涉及多個學科,如半導體物理、電磁學、傳熱、結構力學和信號分析。處理不當會導致結論錯誤。

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綜上所述,測試設備的測試技術、測試方法、測試設備和測試人員都提出了很高的挑戰。在鴻怡電子IGBT測試座、功率器件測試座、功率模塊測試座、功率開關測試座、HAST socket等測試夾具的實際應用中,根據客戶反饋比較好的幾款測試案例(僅供參考)

1、IGBT測試座:TO247-3L-TP01KNA

2、探測器件82pin-1.0mm-45×48mm合金翻蓋測試座

3、元器件開關7pin(實際下針4pin )-1.1mm -6.6×5.5mm合金翻蓋測試座

4、HAST socket:10pin(3.2×2.5mm)一拖四翻蓋式塑膠探針老化座


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