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什么是功率半導(dǎo)體？

功率半導(dǎo)體可用于改變電壓和頻率，也可將交流轉(zhuǎn)換至直流，或?qū)⒅绷鬓D(zhuǎn)換至交流的電力轉(zhuǎn)換。

使用功率半導(dǎo)體可以驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、為電池供電、或是運(yùn)作微電腦與LSI等。是一種可以控制與供應(yīng)電力的半導(dǎo)體。

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。

什么是功率循環(huán)測(cè)試？

功率循環(huán)power cycling顧名思義就是讓芯片間歇流過電流產(chǎn)生間隙發(fā)熱功率，從而使芯片溫度波動(dòng)。因?yàn)闊嵩礊樾酒陨戆l(fā)熱，所以一般稱之為主動(dòng)加熱。功率循環(huán)的周期一般為3~5秒。

功率循環(huán)對(duì)IGBT模塊損傷的機(jī)理，主要是銅綁定線熱膨脹系數(shù)與芯片表面鋁層熱膨脹系數(shù)不同，芯片熱膨脹系數(shù)與DBC板不同導(dǎo)致的。損傷的結(jié)果主要是綁定線脫落，斷裂，芯片焊層分離。

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。

功率循環(huán)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

車規(guī)級(jí)功率模塊測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)最常見的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是由 ECPE 歐洲電力電子研究中心發(fā)布的AQG324，其中有對(duì)功率循環(huán)測(cè)試進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)范，其中規(guī)定對(duì)于Tvj的數(shù)據(jù)必須通過Vce(T)方法（參考JESD51-14）進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)中必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被測(cè)器件的正向或飽和壓降Vce,結(jié)溫差ΔTvj和熱阻,并作為判定失效的關(guān)鍵參數(shù)。具體測(cè)試條件如下：

表2 AQG324-QL-2/QL-3功率循環(huán)測(cè)試條件

圖4 測(cè)試流程

業(yè)界的功率循環(huán)測(cè)試加載的方法并不統(tǒng)一，Impact of Test control Strategy on Power Cycling Lifetime這篇文章中論述了四處加載方法：

恒定的導(dǎo)通及關(guān)斷時(shí)間：在測(cè)試過程中始終保持恒定的導(dǎo)通時(shí)間，關(guān)斷時(shí)間及導(dǎo)通電流。

恒定的殼溫Tc波動(dòng)：逐漸關(guān)少導(dǎo)通的時(shí)間維持恒定的殼溫波動(dòng) 

恒定的功率Pv：在測(cè)試過程中，通過減少導(dǎo)通電流來始終保持恒定的功率

恒定的結(jié)溫Tj波動(dòng)：在測(cè)試過程中，減少導(dǎo)通的時(shí)間來維持恒定的結(jié)溫波動(dòng)