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深圳市華科智源科技有限公司
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華科智源-功率循環老化設備主要是針對IGBT/SIC的封裝可靠性行進行實驗,通過控制實驗條件再現IGBT封裝的主要兩種失效方式:鍵合線失效和焊料層老化。實驗的關鍵是控制結溫的波動范圍以及溫度,得到不同條件下的實驗壽命,從而得到IGBT的壽命。
| ★主要技術規格和性能: | ||
| 產品型號 | GKH-IGBT-3000A，GKH-PC-1500A | |
| 符合標準 | 試驗線路及試驗方法滿足MIL-STD-750、GJB128、IEC60747-9及AEC-Q101相關標準要求。 | |
| 試驗電流 | 加熱電流IH為3000A | |
| 系統組成 | 一臺K系數測試機，一臺試驗機及一臺制冷機組成。一套系統中即可測量器件的K系數，又可測量器件的熱阻值。并可對多只產品串聯做功率循環試驗。 | |
| 基本功能 | ①整機可以測試5個元件，5個元件串聯一起組成一組。試驗過程中的開通關斷以及恒流是通過大功率電子負載實現。相比直接的電子開關控制開通關斷，電子負載可以實現更精確的恒流。更快速的開通及關斷。 | |
| ②被測試元件分別固定在水冷板上。 | ||
| ③每個元件的Vge電源采用隔離電源，輸出電壓程控產生。定期測試Ige電流。 | ||
| ④通過實時監測IH加熱電流，和VCE變化來判斷射極引線是否脫落。如果IH電流突然變為0，則可認為是射極引線脫落或材料開路，如果VCE變化越來越大，則可以認為部分射極引線脫落，或者是焊接不良或其它芯片原因，則設備停機報警 | ||
| ⑤定期檢測每只IGBT柵極引線是否脫落，判斷方法如下：使用IM小電流測試VCE， 如果VCE處于飽和壓降范圍內，則認為柵極引線脫落。 | ||
| 監控參數 | 試驗電流IH、柵極電流Ige、柵極電壓Vge、集射極飽和壓降Vces、結到殼熱阻值Rth、高低結溫差值(Delta Tj)、殼溫及液冷平臺進出水口溫度、器件的壓力F（壓接型器件）、通斷時間、試驗周期數等。 | |
| 數據記錄 | 試驗全程記錄每個試驗通道的ICE、VCE@IH、VCE@IM、IGE、VGE、RthJc、F、ON/OFFTime、循環數，Delta Tj、Tjmax、Tjmin等參數。液冷平臺的進出水口溫度，制次機的水溫，器件的殼溫等。。可記錄數≥1000000次。 | |
| 計算機 | 工業級電腦主機、液晶顯示器、專用鍵盤及鼠標。WINDOWS操作界面，友好的人機對話窗口， 強大的圖形編輯能力以及強大的器件庫供用戶選擇，軟件操作簡單易學。更有系統查詢診斷功能， 試驗狀況一目了然，方便用戶隨時查驗。 | |
| 電網要求 | 三相AC380V±10%，47Hz~63Hz，90KW | |
| 外形尺寸 | W2480mmхH1820mmхD1320mm | |
| 重量 | 約1200kg | |
功率循環測試-簡介
功率循環測試是一種功率半導體器件的可靠性測試方法，被列為AEC-Q101與AQG-324等車規級測試標準內的必測項目。與溫度循環測試相比，功率循環是通過器件內部工作的芯片產生熱量，使得器件達到既定的溫度；而溫度循環則是通過外部環境強制被測試器件達到測試溫度。
簡而言之，一個是運動發熱，一個是高溫中暑。
由于在功率循環測試中的被測試器件的發熱部分集中在器件工作區域，其封裝老化（aging）模式與正常工作下的器件相類似，故功率循環測試被認可為于實際應用的功率器件可靠性測試而受到廣泛的關注。
功率循環測試過程中，器件內部溫度分布以及應力變化
功率循環測試臺是用于功率器件進行功率循環測試的設備，其設計原理并不復雜。在試驗臺中，通過電流源供給負載電流給被測試器件，電流/電壓探頭實時監控被測試器件的電流/電壓數據，控制器操控電流源實現負載電流按既定時間中斷。設備整體的主要成本在電流源與控制器，設備的設計難度在于程序控制以及數據采集硬件。
功率循環測試設備簡圖
在功率循環測試過程中，直接檢測的數據是器件電壓降，負載電流以及器件底部溫度。通過選取數據采樣的時間點，收集被測試器件在溫與溫時的電壓與器件底部溫度變化，進而通過計算得出器件芯片溫度變化以及器件內部的熱阻變化。
功率循環測試中，檢測時間點以及被測試參數
由于大多數器件在測試中是處于被封裝狀態，其內部溫度不可通過直接手段進行檢測，故在功率循環測試中，器件內部芯片的溫度是采用K系數的方式進行間接計算而獲得的。K系數代表器件芯片的溫度敏感電學參數，其選取的原則在于簡單、可靠、敏感度高。硅基IGBT芯片的溫度一般采用Vce（集電極-發射極電壓）進行計算。同時Vce也能反映IGBT器件內部電流路徑的老化情況，5%的Vce增加被認定為器件損壞的標準。
IGBT器件的K系數（Vce-Tj 擬合線）
被測試器件的熱阻在功率循環測試中應當被實時監控，因為其反映了器件散熱能力的變化。熱阻通過下列方程簡單計算得出，20%的Rth增長被認定為器件失效的標準。
以下列功率循環測試中收集的數據為例，Vce在427.4k循環數左右發生階段跳躍，同時器件芯片的溫度（Tj,high）上升明顯。這表明器件芯片表面的鍵合線出現斷裂或脫落。而Rth無明顯變化，表明器件內部散熱層老化情況不明顯。
功率循環測試中的數據
上圖中的功率循環測試數據有一個明顯的缺陷，即測試數據的噪聲較大，無法準確反映器件內部的真實情況。出現這種缺陷的原因有：被測試器件電學連接不規范，功率循環測試設備的精度有限，測試數據監測時間點的選取失誤等等。
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