【经验】碳化硅功率器件可靠性测试方法详解
可靠性,是指产品在规定时间内和条件下完成规定功能的能力,是产品质量的重要指标,如果在规定时间内和条件下产品失去了规定的功能,则称之为产品失效或出现了故障。可靠性测试项目的科学性、合理性,抽样和试验的规范性以及严谨性,对产品的环境寿命和质量水平的评估、研发的改进升级、产品迭代以及客户导入和应用评估至关重要。
基本半导体碳化硅器件产品环境和寿命可靠性主要测试项目、条件及抽样和接收标准
基本半导体器件环境和寿命可靠性测试项目是根据不同产品类型、材料特性及客户潜在的应用环境等,并参考国内外权威标准(AEC-Q101、AQG324等),制定符合公司以及满足客户需求的测试项目和条件。目前公司器件环境和寿命主要可靠性测试项目包括HTRB、HTGB(MOSFET和IGBT)、HV-H3TRB、TC、AC、IOL等,试验前后都要进行电应力测试和物理外观确认,并按照车规级标准AEC-Q101的要求,每个可靠性项目都需要不同的3个批次,每个批次77pcs器件零失效通过测试,即表示该试验通过。
01、HTRB
HTRB(High Temperature Reverse Bias)主要用于验证长期稳定情况下芯片的漏电流,考验对象是边缘结构和钝化层的弱点或退化效应。
HTRB是分立器件可靠性最重要的一个试验项目,其目的是暴露跟时间、应力相关的缺陷,这些缺陷通常是钝化层的可移动离子或温度驱动的杂质。半导体器件对杂质高度敏感,杂质在强电场作用下会呈现加速移动或扩散现象,最终将扩散至半导体内部导致失效。同样的晶片表面钝化层损坏后,杂质可能迁移到晶片内部导致失效。HTRB试验可以使这些失效加速呈现,排查出异常器件。
以碳化硅MOSFET为例,测试原理图如下:
在测试中,需持续监测碳化硅MOSFET源极-漏极的漏电流。试验前后都要进行电应力测试,如器件静态参数测试结果超出规定范围,则判定为失效。
02、HTGB
HTGB(High Temperature Gate Bias)是针对碳化硅MOSFET进行的最重要的可靠性项目,主要用于验证栅极漏电流的稳定性,考验对象是碳化硅MOSFET栅极氧化层。在高温环境下对栅极长期施加电压会促使栅极的性能加速老化,且碳化硅MOSFET的栅极长期承受正电压,或者负电压,其栅极阈值电压VGSth会发生漂移。
测试原理图如下:
在测试中,需持续监测碳化硅MOSFET栅极-漏极的漏电流,如果漏电流超过电源设定上限,则可以判定为失效。试验前后都要进行电应力测试,如器件静态参数测试结果超出规定范围,则判定为失效。
03、HV-H3TRB
HV-H3TRB(High Voltage, High Humidity, High Temp. Reverse Bias)主要用于测试温湿度对功率器件长期特性的影响。高湿环境是对分立器件的封装树脂材料及晶片表面钝化层的极大考验,树脂材料是挡不住水汽的,只能靠钝化层,3种应力的施加使早期的缺陷更容易暴露出来。
AEC-Q101中只有H3TRB这个类别,其缺点是反压过低,只有100V。基本半导体将标准提高,把反偏电压设置80%~100%的BV,称为HVH3TRB。
以碳化硅MOSFET为例,测试原理图如下:
在测试中,需持续监测MOSFET源极-漏极的漏电流。试验前后都要电应力测试,如器件静态参数测试结果超出规定范围,则判定为失效。
04、TC
TC(Temperature Cycling)测试主要用于验证器件封装结构和材料的完整性。
绑定线、焊接材料及树脂材料受到热应力均存在老化和失效的风险。温度循环测试把被测对象放入温箱中,温度在-55℃到150℃之间循环(H等级),这个过程是对封装材料施加热应力,评估器件内部各种不同材质在热胀冷缩作用下的界面完整性;此项目标准对碳化硅功率模块而言很苛刻。
以碳化硅MOSFET为例,测试原理图如下:
试验前后都要进行电应力测试,如器件静态参数测试结果超出规定范围,则判定为失效,并需检查封装外观是否发生异常。
05、AC
AC(Autoclave)测试主要用于验证器件封装结构密闭完整性。该测试是把被测对象放进高温高湿高气压的环境中,考验晶片钝化层的优良程度及树脂材料的性能。被测对象处于凝露高湿气氛中,且环境中气压较高,湿气能进入封装内部,可能出现分层、金属化腐蚀等缺陷。
以碳化硅MOSFET为例,测试原理图如下:
试验前后都要进行电应力测试,如器件静态参数测试结果超出规定范围,则判定为失效,并需检查封装外观是否发生异常。
06、IOL
IOL(Intermittent Operational Life)测试是一种功率循环测试,将被测对象置于常温环境TC=25℃,通入电流使其自身发热结温上升,且使∆TJ≧100℃,等其自然冷却至环境温度,再通入电流使其结温上升,不断循环反复。此测试可使被测对象不同物质结合面产生应力,可发现绑定线与铝层的焊接面断裂、芯片表面与树脂材料的界面分层、绑定线与树脂材料的界面分层等缺陷。
以碳化硅MOSFET为例,测试原理图如下:
试验前后同样都要进行电应力测试,如器件静态参数测试结果超出规定范围,则判定为失效,并需检查封装外观是否发生异常。
07、结语
基本半导体的碳化硅功率器件产品在批量投入市场前都需要通过规定的可靠性测试,以确保每一款器件的性能长期稳定可靠。基本半导体配备了1500m2碳化硅功率器件工程实验室,专注于研发设计验证、新材料与实验技术应用、产品功能试验和可靠性试验,是功率半导体领域研发测试的综合实验室。
基本半导体将持续以零缺陷为目标,不断改进科学严格的质量控制方法,精进技术与产品质量,持续为光伏储能、电动汽车、轨道交通、工业控制、智能电网等行业客户提供更高性能、更可靠的产品和服务。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由犀牛先生转载自基本半导体公众号,原文标题为:SiCer小课堂 | 碳化硅功率器件可靠性测试方法详解,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
相关推荐
【经验】采用TO-247-4封装的碳化硅MOSFET中引入辅助源极管脚的必要性
在实际应用中,基本半导体发现带辅助源极管脚的TO-247-4封装更适合于碳化硅MOSFET这种新型的高频器件,它可以进一步降低器件的开关损耗,也更有利于分立器件的驱动设计。
SiC科普小课堂 | 什么是米勒钳位?为什么碳化硅MOSFET特别需要米勒钳位?| 视频
今天的“SiC科普小课堂”中,基本半导体市场部总监魏炜老师将着重为大家讲解什么是米勒现象?为什么驱动碳化硅MOSFET需要使用米勒钳位功能?以及基本半导体的创新性产品选型推荐。
【经验】浅谈硅IGBT与碳化硅MOSFET驱动的区别
硅IGBT与碳化硅MOSFET驱动两者电气参数特性差别较大,碳化硅MOSFET对于驱动的要求也不同于传统硅器件,主要体现在GS开通电压、GS关断电压、短路保护、信号延迟和抗干扰几个方面。基本半导体自主研发的碳化硅 MOSFET 具有导通电阻低,开关损耗小的特点,可降低器件损耗,提升系统效率,更适合应用于高频电路。
瞻芯电子荣获SiC行业三大奖项,全面突破新能源汽车主驱、光伏储能、充电桩等众多关键领域市场
2024年12月12日,由行家说主办的“2024碳化硅&氮化镓产业高峰论坛”于深圳召开。瞻芯电子凭借极具竞争力的碳化硅(SiC)功率器件和驱动解决方案,全面突破新能源汽车主驱、光伏储能、充电桩等众多关键领域市场,取得出色的业绩表现,在颁奖礼上荣获三项大奖:“中国SiC IDM十强企业”、“年度影响力产品奖”、“第三代半导体应用推动突破奖”。
科普 | 碳化硅功率器件与光伏逆变器的未来
光伏发电是碳化硅器件除电动汽车以外的第二大应用领域。光伏逆变器作为光伏电站的转换设备,主要作用是将太阳电池组件产生的直流电转化为交流电。本文中SMC将为大家分析碳化硅功率器件与光伏逆变器的未来,希望对各位工程师朋友有所帮助。
国基南方加速碳化硅MOSFET技术攻关,建立国内第一条6英寸碳化硅功率产品生产线
国基南方持续推进碳化硅MOSFET关键核心技术攻关和产业化应用,经过集智攻坚,团队建立国内第一条6英寸碳化硅功率产品生产线,在国内率先突破6英寸碳化硅MOSFET批产技术,形成了成套具有自主知识产权的碳化硅功率产品技术体系。
GPT080M0120HBMXT1碳化硅MOSFET
描述- 本资料详细介绍了GPT080M0120HBMXT1型碳化硅MOSFET的特性、参数和应用领域。该产品具有低开关损耗、低栅极电荷、快速高频操作等特性,适用于太阳能逆变器、电动汽车充电、开关电源和电机驱动等领域。
型号- GPT080M0120HBMXT1
基本半导体(BASIC)碳化硅功率器件选型指南
描述- 深圳基本半导体有限公司是中国第三代半导体行业创新企业,专业从事碳化硅功率器件的研发与产业化。公司总部位于深圳,在北京、上海、无锡、香港以及日本名古屋设有研发中心和制造基地。公司拥有一支国际化的研发团队,核心成员包括二十余位来自清华大学、中国科学院、英国剑桥大学、德国亚琛工业大学、瑞士联邦理工学院等国内外知名高校及研究机构的博士。
型号- B2D05120E1,B2M1000170Z,B2M1000170R,BTD5350SBPR,BTL27523R,B2M080120Z,BMS600R12HLWC4_B01,B3D40120HC,B2D40065H1,BGH75N65HS1,BD2M040A120S1,B2M080120R,BGH75N65ZF1,B2D,B2D60120H1,BMS800R12HWC4_B02,BMS950R08HLWC4_B02,BTL27523B,B2M080120H,B2D16120HC1,B3D03120E,BGH40N120HS1,B2DM060065N1,BTD5350E,BTD5350SBWR,BTD5350EBPR,B3D系列,BTD21520M,BTL27524R,B2D30120H1,BTD21520E,BTD5350MBPR,BD2D20A120S1,BD2D40A120S1,B3D,BTL27524BR,BTL27524B,B2D02120K1,BTD21520S,BMF800R12FC4,BTL2752X,AB2M040120Z,BD2D10A065S1,B2M040120H,BTD25350MMCWR,BTD21520系列,BTD3011R,BTD21520MBWR,B2D10120E1,AB2M040120R,BTD5350SCPR,BMF240R12E2G3,BMF600R12FC4,BMS700R08HWC4_B01,BTD21520EBWR,B2D08065K1,B2M032120Y,BTD25350MECWR,BTD5350EBWR,B2D30120HC1,B2D40120HC1,BD2D04A065S1,B2D10065F1,B2M040120Z,B2M009120Y,BD2M065A120S1,BD2D02A120S1,BMF700R08FC4,B2D系列,B1D06065KS,B2D40120H1,B2M040120R,BMS950R08HWC4_B02,BGH50N65HS1,BGH50N65ZF1,B2D10065KF1,B2D04065E1,BTD5350,BTD5350SCWR,B3D40200H,BTD5350ECPR,BTD5350M,BTD5350MBWR,BTD21520MBPR,BTD5350S,B2D08065KS,BD2D30A120S1,BTD5350MCPR,B2D20065F1,BD2D08A120S1,B2M1000170H,BTL27523BR,BMS800R12HLWC4_B02,BD2D15A065S1,BD2D20A065S1,B2D20120H1,B2M160120Z,BTD25350MMBWR,B2D10120K1,BTD21520MAWR,B2D20065HC1,B2D30065HC1,BTD25350,B2M160120R,BTD21520EAWR,B2D40065HC1,BMS700R08HLWC4_B01,BTD5350ECWR,BTD25350MEBWR,B2D04065KF1,BGH75N65HF1,B2D10065KS,BTD21520EBPR,BMZ200R12TC4,BTD21520SBWR,B2D04065K1,B3D20120H,BMS600R12HWC4_B01,B2M160120H,BGH75N120HF1,B2M030120R,BD2D08A065S1,BTD25350系列,B2M011120HK,BTD21520SBPR,BTD3011R系列,BTD21520MAPR,B2M030120Z,B2M009120N,BTD5350MCWR,B2D06065K1,BTD5350系列,BMZ250R08TC4,B2M012120N,B3D50120H2,BTD25350MSCWR,BTL2752X系列,B2D20065H1,B2D10065E1,B2M030120H,BD2D30A065S1,B2D06065KF1,B2D05120K1,B2D02120E1,B2D06065E1,BMF950R08FC4,BD2D05A120S1,BGH50N65HF1,B2D20120F1,BD2D15A120S1,B2D20120HC1,B2D10120HC1,BTD21520EAPR,BTD25350ME,BTD21520SAWR,BTD21520,B2D20065K1,B2M018120Z,BTD25350MM,BTD25350MS,B2D16065HC1,AB2M080120R,B2D10120H1,B2M018120N,BD2D06A065S1,B2D30065H1,B2M065120Z,BTD21520SAPR,AB2M080120H,B2M065120R,B2M018120H,B2M065120H,BD2D10A120S1,BTL27523,B2D10065K1,AB2M080120Z,BTD25350MSBWR,B2M020120Y,BTL27524,B3D05120E,B2DM100120N1,BD2D40A065S1
碳化硅功率器件在光伏逆变器的应用案例:可显著改善效率和功率密度
碳化硅功率器件的不断发展,为光伏逆变器的性能提升和成本优化带来了新的可能。碳化硅器件应用于大功率集成度要求高的场合,可显著改善微型逆变器效率和功率密度。本文SMC介绍碳化硅功率器件在光伏逆变器的应用案例。
GPT040M0120HBMX1碳化硅MOSFET
描述- 该资料详细介绍了GPT040M0120HBMX1型碳化硅MOSFET的特性、最大额定值、绝缘特性、热特性、电气特性、动态特性、开关特性、体二极管特性、热敏电阻特性以及典型特性曲线。该产品适用于太阳能逆变器、电动汽车充电、开关电源、电机驱动、能源存储和UPS等领域。
型号- GPT040M0120HBMX1
派恩杰(PN Junction)碳化硅肖特基二极管和碳化硅MOSFET选型指南
型号- P3D06010I2,P3D06020F2,P3M06120K4,P3D06010E2,P3D06016I2,P3M171K0G7,P3M173K0T3,P3M06120K3,P3D12010T2,P3D12040K2,P3M12080K4,P3D12040K3,P3M12080K3,P3D06002T2,P3M12040K3,P3D06004T2,P3M12040K4,P3D06006T2,P3D06008T2,P3M12025K4,P3M12080G7,P3M171K0K3,P3D06020I2,P4D06010F2,P3D12005E2,P3D06002G2,P3M06060T3,P3D06004G2,P3D06006G2,P3D06008G2,P6D12002E2,P3M06060G7,P3M171K0T3,P3D12030K3,P3D06010T2,P3D12030K2,P3M06060K3,P3D12015K2,P3M06060K4,P3M173K0K3,P3D06010G2,P4D06020F2,P4D06010I2,P3D06016K3,P3D06006F2,P3D06008F2,P6D06004T2,P3D12020K3,P3M06300D8,P3M06300D5,P3D12020G2,P3D12015T2,P3M12160K4,P3D06020T2,P3D12020K2,P3M12160K3,P3D06020P3,P3D12005K2,P3M12017BD,P3D06010F2,P4D06020I2,P3D06002E2,P3D06006I2,P3D06004E2,P3D06008I2,P3D06006E2,P3D06008E2,P3D12010K2,P3M06025K4,P4D06010T2,P3D12010K3,P3M07013BD,P3D12005T2,P3M06040K4,P3M06040K3,P3M12017K4,P3D06020K2,P3D12010G2,P3M17040K3,P3D06020K3,P3M17040K4
B2M040120Z碳化硅MOSFET
描述- 本资料介绍了B2M040120Z型号的碳化硅(SiC)MOSFET的特性、最大额定值、电学特性、热特性、典型性能和应用领域。该器件具有低导通电阻、高阻断电压、低电容等特点,适用于开关电源、逆变器、电机驱动器和电动汽车充电站等领域。
型号- B2M040120Z
G2M080120D7碳化硅MOSFET
描述- 本资料详细介绍了G2M080120D7型碳化硅MOSFET的特性、参数和应用领域。该产品具有低开关损耗、低栅极电荷、快速高频操作等特性,适用于太阳能逆变器、电动汽车充电、开关电源、电机驱动和储能系统等领域。
型号- G2M080120D7
芯众享面向光伏及储能领域推出碳化硅肖特基二极管和碳化硅MOSFET产品,电流范围10~40A可选
芯众享面向光伏及储能领域推出了碳化硅肖特基二极管、碳化硅MOSFET产品。其中碳化硅肖特基二极管已经在工商业光伏逆变器、组串式光伏逆变器、微型光伏逆变器领域广泛应用。
电子商城
服务
可定制射频隔离器/环行器(10M-40GHz),双工器/三工器(30MHz/850MHz-20GHz),滤波器(DC-20GHz),功分器,同轴负载,同轴衰减器等射频器件;可定制频率覆盖DC~110GHz,功率最高20KW。
最小起订量: 1 提交需求>
可定制VC厚度最薄0.25±0.03mm,Qmax 650W,0.4mmVC可设计最大散热面积6000 mm2,铜VC可采用复合毛细结构:蚀刻+铜粉烧结。
最小起订量: 10000 提交需求>
登录 | 立即注册
提交评论