功率循環(huán)測試通過負(fù)載電流加熱和開關(guān)斷動(dòng)作，來模擬器件工作中的結(jié)溫波動(dòng)，通過一定程度的加速老化，以提前暴露器件封裝的薄弱點(diǎn)，評估封裝材料的熱膨脹系數(shù)差異對器件壽命的影響，是考核功率器件封裝可靠性最重要的可靠性測試，也是進(jìn)行器件壽命模型建立和壽命評估的根本。根據(jù)負(fù)載電流加熱的時(shí)長不同，功率循環(huán)測試分為秒級功率循環(huán)（PCsec）， 分鐘級功率循環(huán)（PCmin），如電力電子模塊AQG324測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不同的負(fù)載電流加熱時(shí)長，考察的封裝體對象也不同，如表1所示。

表1 功率循環(huán)測試差異

圖1 功率循環(huán)導(dǎo)致模塊缺陷暴露示意圖

功率循環(huán)測試原理圖如圖2、圖3所示，以IGBT為例，器件通過負(fù)載電流加熱到指定的最大結(jié)溫Tvjmax，然后切斷負(fù)載電流，直到器件結(jié)溫降低到最小結(jié)溫Tvjmin，以此為周期反復(fù)的施加應(yīng)力，器件的結(jié)溫在測試周期中通過施加小電流Isence下的飽和壓降Vce間接獲取。

功率循環(huán)根據(jù)控制策略不同，可以分為恒定功率損耗、恒定結(jié)溫ΔTvj、恒定加熱電流這三種方式，AQG324規(guī)定的測試方法是恒定結(jié)溫方式。

圖2 秒級功率循環(huán)電流和溫度曲線   

圖3 分鐘級功率循環(huán)電流和溫度曲線

車規(guī)級功率模塊測試標(biāo)準(zhǔn)最常見的測試標(biāo)準(zhǔn)是由 ECPE 歐洲電力電子研究中心發(fā)布的AQG324，其中有對功率循環(huán)測試進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)范，其中規(guī)定對于Tvj的數(shù)據(jù)必須通過Vce(T)方法（參考JESD51-14）進(jìn)行測量，試驗(yàn)中必須實(shí)時(shí)監(jiān)測被測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)。具體測試條件如下：

圖4 測試流程

廣電計(jì)量在Si基功率半導(dǎo)體模塊、SiC模塊等相關(guān)測試有著豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，是SiC領(lǐng)域是國內(nèi)技術(shù)能力最全面、知名度最廣的第三方檢測機(jī)構(gòu)之一，為眾多半導(dǎo)體廠家提供模塊的規(guī)格書參數(shù)測試、競品分析、環(huán)境可靠性、壽命耐久和失效分析等一站式測試服務(wù)。在功率循環(huán)測試方向，廣電計(jì)量引進(jìn)多臺西門子功率循環(huán)測試機(jī)臺Power Tester1800A/1500A，同時(shí)還有部分國產(chǎn)高可靠性功率循環(huán)測試機(jī)臺，能提供水冷/水乙二醇混合冷卻/油冷等冷卻方式，并且滿足20℃~125℃的底溫要求，產(chǎn)能充足。如下圖所示，為IGBT模塊功率循環(huán)測試實(shí)際案例，冷卻采用75℃雙通道油冷散熱，測試架設(shè)和監(jiān)控界面如下圖所示。

測試架設(shè)

參數(shù)監(jiān)控界面

廣電計(jì)量元器件篩選與失效分析實(shí)驗(yàn)室，配備完善的功率半導(dǎo)體測試設(shè)備及完整的失效分析手法，可以協(xié)助廠家進(jìn)行AQG324的認(rèn)證檢測；擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的材料及電性能可靠性專家，可以針對功率半導(dǎo)體進(jìn)行全方位的失效分析及可靠性驗(yàn)證方案的設(shè)計(jì)與執(zhí)行。