功率半导体模块可靠性试验-功率循环测试

功率半导体及其应用

功率半导体是一类特殊的半导体器件，它们具备调节电压、频率以及实现交直流转换的能力。这些器件在电力系统中扮演着关键角色，广泛应用于电力变换器、电机驱动器和电力调节器等设备。

功率半导体器件不仅能够为发动机提供动力、为电池充电，还能为微电脑和大型集成电路（LSI）等设备供电，有效控制和分配电力。随着新能源、轨道交通、电动汽车以及家用电器等领域的快速发展，功率半导体器件市场迎来了快速增长。特别是电动汽车的兴起，对车规级功率半导体器件的高工作温度、高功率密度和高开关频率等特性提出了更高要求，其可靠性成为了一个重要的考量因素。

功率循环测试及其重要性

功率循环测试是一种模拟芯片在间歇性通电过程中产生热量并导致温度波动的测试方法。这种测试通常被称为主动加热，因为热源是由芯片自身产生的热量。测试周期通常在3到5秒之间，主要用于评估功率半导体器件在温度变化下的耐久性。

功率循环测试对IGBT模块等功率器件的损伤机理主要涉及材料热膨胀系数的差异，如铜绑线、芯片表面铝层与DBC（Direct Bonded Copper）板之间的差异。这些差异可能导致绑线脱落、断裂或芯片焊层分离等问题。

功率循环测试标准

车规级功率模块的测试标准通常遵循ECPE（欧洲电力电子研究中心）发布的AQG324标准。该标准对功率循环测试有详细的规定，包括对Tvj（结温）的测量方法和测试条件。

测试流程和方法

功率循环测试的加载方法在业界并不统一，不同的加载策略可能会影响测试结果。例如，有文献讨论了四种不同的加载方法，包括恒定的导通及关断时间、恒定的壳温Tc波动、恒定的功率Pv以及恒定的结温Tj波动。这些方法各有特点，可以根据具体的测试需求和器件特性来选择最合适的测试策略。