IGBT模塊常用的可靠性測(cè)試方法

作者：編輯：來(lái)源：發(fā)布日期： 2020.07.04

在上文《IGBT結(jié)構(gòu)中可能的失效機(jī)理》中總結(jié)的IGBT模塊的失效模式是封裝結(jié)構(gòu)中熱-機(jī)械應(yīng)力的全部結(jié)果。但是在器件的使用壽命中，其溫度不是恒定的。根據(jù)所施加負(fù)載的時(shí)間函數(shù)，它會(huì)周期性地加熱和冷卻，因此結(jié)構(gòu)中的熱-機(jī)械應(yīng)力會(huì)相應(yīng)升高和松弛。溫度循環(huán)和功率循環(huán)是兩種不同的方法，都試圖模仿這種周期性負(fù)載。

IGBT模塊

在溫度循環(huán)，也通常稱為被動(dòng)循環(huán)的情況下，器件溫度會(huì)在低溫和高溫極限之間交替變化。被測(cè)器件（DUT）的溫度由外部的溫度控制環(huán)境設(shè)置。達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，所得的溫度分布在整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)中是均勻的。JEDEC組織的JESD22-A104標(biāo)準(zhǔn)中描述了溫度循環(huán)的過(guò)程和參數(shù)。由于測(cè)試獨(dú)立于被測(cè)器件本身，因此測(cè)試中重要的參數(shù)，例如：溫度、溫度、升溫速率、均熱時(shí)間、均熱溫度和循環(huán)時(shí)間，在標(biāo)準(zhǔn)中均已明確定義。此方法通常用于測(cè)試大表面的焊接層或膠粘層，例如：陶瓷基板和金屬底板的焊接層。但是此測(cè)試環(huán)境與大電流IGBT模塊以及MOSFET的實(shí)際應(yīng)用條件有很大不同。
使用功率循環(huán)，通常稱為主動(dòng)功率循環(huán)測(cè)試，可以通過(guò)在有源半導(dǎo)體器件上施加周期性的加熱功率來(lái)改變器件溫度，從而使器件在兩個(gè)加熱脈沖之間冷卻下來(lái)。由于被測(cè)器件芯片發(fā)熱，類似于真實(shí)的應(yīng)用條件，所得的溫度分布不均勻，取決于被測(cè)器件（DUT）結(jié)構(gòu)中不同層的熱阻和所施加的加熱功率，結(jié)構(gòu)中會(huì)形成明顯的溫度梯度。這個(gè)方法主要用于鍵合線測(cè)試，但配合適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置，也可以測(cè)試芯片連接的Die Attach層和陶瓷基板與金屬底板之間的焊料層。功率循環(huán)的方法由JEDEC組織的JESD22-A122標(biāo)準(zhǔn)定義，但由于該標(biāo)準(zhǔn)的通用措辭，因此未定義重要的應(yīng)用特定參數(shù)。

作者：王剛
文章選自：數(shù)字化工業(yè)軟件技術(shù)期刊
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