干货 | 功率半导体模块封装可靠性试验-功率循环测试

功率循环测试通过负载电流加热和开关断动作，来模拟器件工作中的结温波动，通过一定程度的加速老化，以提前暴露器件封装的薄弱点，评估封装材料的热膨胀系数差异对器件寿命的影响，是考核功率器件封装可靠性最重要的可靠性测试，也是进行器件寿命模型建立和寿命评估的根本。根据负载电流加热的时长不同，功率循环测试分为秒级功率循环（PCsec）， 分钟级功率循环（PCmin），如电力电子模块AQG324测试标准规定，不同的负载电流加热时长，考察的封装体对象也不同，如表1所示。

表1 功率循环测试差异

图1 功率循环导致模块缺陷暴露示意图

功率循环测试原理图如图2、图3所示，以IGBT为例，器件通过负载电流加热到指定的最大结温Tvjmax，然后切断负载电流，直到器件结温降低到最小结温Tvjmin，以此为周期反复的施加应力，器件的结温在测试周期中通过施加小电流Isence下的饱和压降Vce间接获取。

功率循环根据控制策略不同，可以分为恒定功率损耗、恒定结温ΔTvj、恒定加热电流这三种方式，AQG324规定的测试方法是恒定结温方式。

图2 秒级功率循环电流和温度曲线   

图3 分钟级功率循环电流和温度曲线

车规级功率模块测试标准最常见的测试标准是由 ECPE 欧洲电力电子研究中心发布的AQG324，其中有对功率循环测试进行详细的规范，其中规定对于Tvj的数据必须通过Vce(T)方法（参考JESD51-14）进行测量，试验中必须实时监测被测器件的正向或饱和压降Vce,结温差ΔTvj和热阻,并作为判定失效的关键参数。具体测试条件如下：

图4 测试流程

广电计量在Si基功率半导体模块、SiC模块等相关测试有着丰富的实战经验，是SiC领域是国内技术能力最全面、知名度最广的第三方检测机构之一，为众多半导体厂家提供模块的规格书参数测试、竞品分析、环境可靠性、寿命耐久和失效分析等一站式测试服务。在功率循环测试方向，广电计量引进多台西门子功率循环测试机台Power Tester1800A/1500A，同时还有部分国产高可靠性功率循环测试机台，能提供水冷/水乙二醇混合冷却/油冷等冷却方式，并且满足20℃~125℃的底温要求，产能充足。如下图所示，为IGBT模块功率循环测试实际案例，冷却采用75℃双通道油冷散热，测试架设和监控界面如下图所示。

测试架设

参数监控界面

广电计量元器件筛选与失效分析实验室，配备完善的功率半导体测试设备及完整的失效分析手法，可以协助厂家进行AQG324的认证检测；拥有经验丰富的材料及电性能可靠性专家，可以针对功率半导体进行全方位的失效分析及可靠性验证方案的设计与执行。