IGBT功率半導(dǎo)體器件是新能源、軌道交通、電動(dòng)汽車、工業(yè)應(yīng)用和家用電器等應(yīng)用的核心部件。特別是隨著新能源電動(dòng)汽車的高速發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件的市場(chǎng)更是爆發(fā)式的增長(zhǎng)，區(qū)別于消費(fèi)電子市場(chǎng)，車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體器件由于高工作結(jié)溫、高功率密度、高開關(guān)頻率的特性，和更加惡劣的使用環(huán)境，使得器件的可靠性顯得尤為重要。功率循環(huán)作為功率器件耐久性試驗(yàn)中的一種，被工業(yè)界和學(xué)術(shù)界認(rèn)為是考核功率器件封裝可靠性最重要的可靠性測(cè)試。

IGBT模塊的可靠性測(cè)試

*汽車級(jí)模塊的可靠性等級(jí)是僅次于軍工級(jí)的，其壽命可靠性要求達(dá)到15年20萬(wàn)公里，且失效率要

求要PPB（十億分之一）量級(jí)。

下面以英飛凌以下產(chǎn)品的可靠性測(cè)試數(shù)據(jù)為例：

在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，必須對(duì)測(cè)試前、測(cè)試中、測(cè)試后的器件參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和對(duì)比。對(duì)IGBT而言，當(dāng)測(cè)試參數(shù)出現(xiàn)以下變化時(shí)，就可認(rèn)為出現(xiàn)失效：

功率模塊的可靠性測(cè)試

PC（Power cycle） 功率循環(huán)測(cè)試——目前公認(rèn)的最有效的IGBT模塊壽命評(píng)估的實(shí)驗(yàn)依據(jù)

測(cè)試目的：模擬IGBT模塊的正常使用工況，評(píng)估IGBT模塊的使用壽命。

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：IEC 60749-34 IEC60747-9

測(cè)試原理：讓芯片間歇流過(guò)電流產(chǎn)生間隙發(fā)熱功率，從而使芯片溫度波動(dòng)。

測(cè)試條件（sec）：Ton＜5s，Ic=85%Ic(max)，VGE=15V

失效機(jī)理：材料間的CTE（熱膨脹系數(shù)）不一致導(dǎo)致綁定線脫落，斷裂，芯片焊層分離。

芯片焊層的分離有兩種模式，含鉛的焊層一般從邊緣向中心逐漸分離，而錫銀材料的焊層一般從中心向邊緣逐漸分離。

測(cè)試條件（min）：Ton＞15s，Ic=85%Ic，VGE=15V

失效機(jī)理：模塊在殼溫的波動(dòng)下DBC與基板之間熱應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致DBC與基板分離。

*使用CTE系數(shù)近似的材料可以提高熱循環(huán)次數(shù)

IGBT模塊性能

? IGBT模塊再實(shí)際應(yīng)用中性能表現(xiàn)好壞如何其實(shí)主要是以下幾個(gè)方面：

? 芯片耐壓，越高越可靠。

? 芯片安全工作區(qū)，越大越可靠。

? 芯片最高耐溫，越高越可靠，輸出電流能力越強(qiáng)。

? 功率循環(huán)能力，次數(shù)越多，壽命越長(zhǎng)。

? 芯片飽和壓降，越低發(fā)熱越小，輸出電流能力越強(qiáng)。

? 芯片損耗，發(fā)熱越低越好。

? 模塊熱阻，越小散熱越好

? ……

*車規(guī)功率模塊可靠性測(cè)試引用規(guī)范——引用CASA

? GB/T 2423.10電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第2 部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Fc：振動(dòng)(正弦)

? GB/T 4937.31半導(dǎo)體器件機(jī)械和氣候試驗(yàn)方法第31部分：塑封器件的易燃性（內(nèi)部的）

? GJB33半導(dǎo)體分立器件總規(guī)范

? GJB128半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法

? AECQ101基于失效機(jī)理的汽車應(yīng)用分立半導(dǎo)體器件應(yīng)力試驗(yàn)認(rèn)證（
Failuremechanismbasedstresstestqualificationfordiscretesemiconductorsinautomotiveapplications）

? AEC-Q005無(wú)鉛測(cè)試要求（Pb-free test requirements）

? AQG 324機(jī)動(dòng)車輛電力電子轉(zhuǎn)換單元應(yīng)用的功率模塊認(rèn)證（Qualification of Power Modules for Use inPower Electronics Converter Units in Motor Vehicles）

? IEC 60747-8半導(dǎo)體器件分立器件第8部分：場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Semiconductor devices -Discrete devices -Part 8: Field-effect transistors）

? IEC 60747-9半導(dǎo)體器件分立器件第9部分：絕緣柵雙極型晶體管（Semiconductor devices -Part 9: Discrete devices -Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs)）

? IEC60747-15半導(dǎo)體器件分立器件第15部分：?jiǎn)为?dú)的功率半導(dǎo)體器件（Semiconductor devices -Discrete devices -Part 15: Isolated power semiconductor devices）

? IEC 60749-25半導(dǎo)體器件機(jī)械和環(huán)境試驗(yàn)方法第25部分：溫度循環(huán)（Semiconductor devices -Mechanical and climatic test methods -Part 25: Temperature cycling）

? IEC 60749-34半導(dǎo)體器件機(jī)械和環(huán)境試驗(yàn)方法第34部分：功率循環(huán)（Semiconductor devices -Mechanical and climatic test methods -Part 34: Power cycling）

? IEC 60068-2-27環(huán)境試驗(yàn)第2-27部分：沖擊（Environmental testing -Part 2-27: Tests -Test Ea andguidance: Shock）

? JESD22封裝器件可靠性試驗(yàn)方法（Reliability test methodsforpackageddevices）

? MILSTD19500半導(dǎo)體器件總規(guī)范（Semiconductordevices,generalspecificationfor）

? MILSTD750半導(dǎo)體器件試驗(yàn)方法（
Testmethodsforsemiconductordevices）