/ EN
13922884048

技术交流

Technology Exchange
/
/

SiC MOSFET学习笔记5:车规级功率半导体模块可靠性标准

发布时间:2023-02-16作者来源:萨科微浏览:3381

功率半导体的车规可靠性标准比较多,主要有美国汽车电子委员会的AEC标准(主要是针对晶圆)和欧洲电力电子中心的AQG324(针对模块)。今天主要复习AQG324这个标准。

先讨论一个工程逻辑:任何一个新产品,在设计之初就应该考虑其使用的可靠性,设计有缺陷,后期工艺上是很难弥补的,因此,当可靠性测试出现问题时,首先要考虑设计(产品设计,工艺设计)上的问题。因此,可靠性测试实际上也是对产品设计的一个检验。

电动汽车的功率半导体,特别是SiC MOSFET或者Si IGBT模块,因为是用在动力心脏---电驱动上;主驱的工况较为恶劣,一旦出问题就会导致整车失去动力,因此其可靠性测试项目要相比其他汽车电子严格。

欧洲电力电子中心这套标准严格说不算标准;它只是提及到了实验方法,且只是部分测试项点给了通过判定条件;还有一些测试项点并没有给出严格的判断标准;所以一般国内功率器件厂商相对更多引用行业内的标准,或者有的大型车企自己也会定一个相对更严格的判定条件。

那么一般会测哪些内容呢?三大类QC/QE/QL。

QC(Qualificationof Characterization)是特性表征测试;包含模块产品自身的寄生电感(杂散电感);热阻;短路能力;绝缘能力;还有一些机械参数;

所有的QC项目都是非破坏性的,也就是说;实验后的样品,没有问题的话是可以继续使用的。

图片

QE(Qualificationof Environment)指环境实验项目;包含三项:温度冲击实验,机械振动实验和机械冲击实验。QE类实验全是破坏性的;也就是说,模块做完测试验证合格后,也无法再进行使用了,只能封存或者报废。

图片

QL(Qualification of Lifetime)是寿命实验项目,有时候也叫耐久实验;目的是检验模块的工作寿命是否满足要求;包含7项:

PCsec秒级功率循环;PCmin分钟级功率循环;HTSL高温存储;LTSL低温存储;HTRB高温反偏;HTGB高温栅偏;H3TRB高温高湿栅偏。

图片

其中特别值得关注的是秒级功率循环PCsec;其测试原理是:给芯片通规定的大电流,让芯片发热,在5s内让芯片依靠自身工作发的热,将芯片强行加热到其[敏感词]工作温度,然后瞬间断电,同时冷却水不断对模块进行强制冷却,直到冷却到温度差为100℃;然后再继续给芯片通电,让其给自身强制加热;再强制冷却。。。如此反复;至少做XXXXX次。。。

分钟级功率循环原理一样;不过把导通时间规定变得更长了。

图片

这个项目本身考验很多点;其中对芯片的顶部金属化层和发射极键合线键合点的考验最严苛;键合线热膨胀系数与芯片表面铝层热膨胀系数不同;芯片热膨胀系数与DBC板不同导致的。损伤的结果主要是绑定线脱落,断裂,芯片焊层分离。

图片

图片

图片

资料来源:姜南博士

个人认为,PC功率循环是表征模块可靠性的一个非常重要的指标,因为这个实验积累的累积损伤模型数据很重要;在拿到汽车行驶的工况信息后;可以结合累积损伤模型和功率谱密度;通过雨流算法,直接推断出模块能否满足装车后的驾驶里程寿命(30万公里以上?)。

再来看其他几项;

HTRB,高温高压反偏测试,测试IGBT芯片的耐高压的可靠性。
HTGB,高温门极应力测试,测试IGBT芯片门极的耐压可靠性。
H3TRB,高温高湿反偏测试,测试IGBT芯片在高湿环境的可靠性。
值得一提的是;如今很多半导体厂商已经不满足于低压80V下的H3TRB,而是直接将器件两端的阻断电压提升到了80%的Vbr:HV-H3TRB,高压高温高湿反偏测试,这是H3TRB的更严苛版本,因为高湿的本质是对芯片钝化层的一种腐蚀,而高压会加速这种腐蚀,这个测试非常考验芯片终端区和钝化层的能力。
所以,电动汽车电驱动用模块可靠性测试主要包括以上测试项点;
个人认为,每个项点都很重要,但是阅读排序可以分先后:PCsec,PCmin,HTGB,H3TRB,HTRB,TST,VVF。。。
当然,如果产品是一个系列,那么有许多项目是可以省略掉的;比如一个新产品只是进行了芯片升级;那么只需要做和芯片电相关的PCsec,PCmin,HTGB,HTRB,H3TRB即可


免责声明:本文采摘自网络,本文仅代表作者个人观点,不代表萨科微及行业观点,只为转载与分享,支持保护知识产权,转载请注明原出处及作者,如有侵权请联系我们删除。

服务热线

0755-83044319

霍尔元件咨询

肖特基二极管咨询

TVS/ESD咨询

获取产品资料

客服微信

微信服务号