關于IGBT模塊可靠性測試

IGBT/模/塊/可/靠/性

作為電力電子重要大功率主流器件之一，IGBT已經廣泛應用于家用電器、交通運輸、電力工程、可再生能源和智能電網等領域。IGBT模塊要滿足現代技術和生產的需要，獲得更高的經濟效益，必須使用高可靠性的產品，這樣設計的產品才具有更高的市場競爭力。那么如何實現IGBT模塊的可靠性呢？

首先，要了解什么是IGBT模塊？

IGBT模塊是由IGBT與FWD通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品；封裝后的IGBT模塊直接應用于變頻器、UPS不間斷電源等設備上；IGBT模塊具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點；當前市場上銷售的多為此類模塊化產品，隨著節(jié)能環(huán)保等理念的推進，此類產品在市場上將越來越多見。

IGBT的工作原理是什么？

IGBT是將強電流、高壓應用和快速終端設備用垂直功率MOSFET的自然進化。由于實現一個較高的擊穿電壓BVDSS需要一個源漏通道，而這個通道卻具有很高的電阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)數值高的特征，IGBT消除了現有功率MOSFET的這些主要缺點。

IGBT是MOSFET和GTR(功率晶管)相結合的產物。它的三個極分別是集電極(C)、發(fā)射極(E)和柵極(G)。擊穿電壓可達1200V，集電極最大飽和電流已超過1500A。由IGBT作為逆變器件的變頻器的容量達250kVA以上，工作頻率可達20kHz。

IGBT模塊的可靠性技術測試。

如何才能實現高的可靠性呢？IGBT模塊在設計階段對產品進行可靠性測試顯得尤為重要。這可以分為設計階段和批量生產兩個方面去實現：

設計階段考慮之一：封裝材料的選取，比如芯片技術、焊接材料、外殼封裝材料、芯片鈍化層的材料；

設計階段考慮之二：封裝連接工藝的采用，比如焊接工藝、燒結工藝、鍵合線的幾何形狀、彈簧連接；

設計階段考慮之三：芯片的布局，比如實現更好的均流，降低電磁干擾的影響；

批生產中主要考慮穩(wěn)定的工藝實現過程及其精準的控制。

在整個測試過程中，必須對測試前、測試中、測試后的器件參數進行測量和對比。對IGBT而言，當測試參數出現以下變化時，就可認為出現失效：

HTRB 高溫反偏測試

高溫反偏測試主要用于驗證長期穩(wěn)定情況下芯片的漏電流，考驗對象是IGBT邊緣結構和鈍化層的弱點或退化效應。

測試標準：IEC 60747-9

測試條件為：1000個小時，95% VCE(max)，125℃

測試原理圖如下：

在測試中，需持續(xù)監(jiān)測門極的漏電流和門極開通電壓，若這兩項參數超出指定規(guī)格，則模塊將不能通過此項測試。

H3TRB 高溫高濕反偏測試

高溫高濕反偏測試，也就是大家熟悉的雙85測試，主要用于測試濕度對功率器件長期特性的影響。

測試標準：IEC 60068-2-67

測試條件為：1000個小時，環(huán)境溫度85℃，相對濕度85%，VCE=80V

測試原理圖如下：

在這一項測試中，施加的電場主要用于半導體表面離子積累和極性分子的驅動力，但是為了避免測試過程中漏電流產生的溫升降低相對濕度，所以對于IGBT器件，一般選用80V做為測試電壓，這樣能將芯片的自加熱溫度控制在2℃以內。

PC 功率循環(huán)測試

對比溫度循環(huán)，在功率循環(huán)中，測試樣品通過流過半導體的電流進行主動加熱至最高目標溫度，然后關斷電流，樣品主動冷卻到最低溫度。循環(huán)時間相對較短，大約為幾秒鐘。此項測試的焦點主要是驗證鍵合線與芯片，芯片到DCB之間連接的老化。在熱膨脹的過程中，由于芯片溫度最高，因此與芯片相連的鍵合線和與DCB相連的焊接層受力最大。

測試標準：IEC 60749-34

測試條件為：ΔTj=100K，共20000個循環(huán)

測試原理圖如下：