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碳化硅功率器件可靠性測試方法詳解
來源:金凱博自動化 發(fā)布時間:2024-05-10 類別:資訊中心
信息摘要:

01 HTRBHTRB(High Temperature Reverse Bias)主要用于驗證長期穩(wěn)定情況下芯片的漏電流,考驗對象是邊緣結(jié)構(gòu)和鈍化層的弱點或退化效應(yīng)。HTRB是分立器件可靠性最重要的一個試驗項目,其目的是暴露跟時間、應(yīng)力相關(guān)的...

01   HTRB

HTRB(High Temperature Reverse Bias)主要用于驗證長期穩(wěn)定情況下芯片的漏電流,考驗對象是邊緣結(jié)構(gòu)和鈍化層的弱點或退化效應(yīng)。

HTRB是分立器件可靠性最重要的一個試驗項目,其目的是暴露跟時間、應(yīng)力相關(guān)的缺陷,這些缺陷通常是鈍化層的可移動離子或溫度驅(qū)動的雜質(zhì)。半導(dǎo)體器件對雜質(zhì)高度敏感,雜質(zhì)在強電場作用下會呈現(xiàn)加速移動或擴散現(xiàn)象,最終將擴散至半導(dǎo)體內(nèi)部導(dǎo)致失效。同樣的晶片表面鈍化層損壞后,雜質(zhì)可能遷移到晶片內(nèi)部導(dǎo)致失效。HTRB試驗可以使這些失效加速呈現(xiàn),排查出異常器件。

以碳化硅MOSFET為例,測試原理圖如下:

功率半導(dǎo)體器件可靠性測試系統(tǒng)

在測試中,需持續(xù)監(jiān)測碳化硅MOSFET源極-漏極的漏電流。試驗前后都要進(jìn)行電應(yīng)力測試,如器件靜態(tài)參數(shù)測試結(jié)果超出規(guī)定范圍,則判定為失效。

02   HTGB

HTGB(High Temperature Gate Bias)是針對碳化硅MOSFET進(jìn)行的最重要的可靠性項目,主要用于驗證柵極漏電流的穩(wěn)定性,考驗對象是碳化硅MOSFET柵極氧化層。在高溫環(huán)境下對柵極長期施加電壓會促使柵極的性能加速老化,且碳化硅MOSFET的柵極長期承受正電壓,或者負(fù)電壓,其柵極閾值電壓VGSth會發(fā)生漂移。

測試原理圖如下:

第三代功率半導(dǎo)體器件動態(tài)可靠性測試系統(tǒng)

在測試中,需持續(xù)監(jiān)測碳化硅MOSFET柵極-漏極的漏電流,如果漏電流超過電源設(shè)定上限,則可以判定為失效。試驗前后都要進(jìn)行電應(yīng)力測試,如器件靜態(tài)參數(shù)測試結(jié)果超出規(guī)定范圍,則判定為失效。


03    HV-H3TRB

HV-H3TRB(High Voltage, High Humidity, High Temp. Reverse Bias)主要用于測試溫濕度對功率器件長期特性的影響。高濕環(huán)境是對分立器件的封裝樹脂材料及晶片表面鈍化層的極大考驗,樹脂材料是擋不住水汽的,只能靠鈍化層,3種應(yīng)力的施加使早期的缺陷更容易暴露出來。

AEC-Q101中只有H3TRB這個類別,其缺點是反壓過低,只有100V?;景雽?dǎo)體將標(biāo)準(zhǔn)提高,把反偏電壓設(shè)置80%~100%的BV,稱為HVH3TRB。

以碳化硅MOSFET為例,測試原理圖如下:

第三代功率半導(dǎo)體器件動態(tài)可靠性測試系統(tǒng)

在測試中,需持續(xù)監(jiān)測MOSFET源極-漏極的漏電流。試驗前后都要電應(yīng)力測試,如器件靜態(tài)參數(shù)測試結(jié)果超出規(guī)定范圍,則判定為失效。

04   TC

TC(Temperature Cycling)測試主要用于驗證器件封裝結(jié)構(gòu)和材料的完整性。

綁定線、焊接材料及樹脂材料受到熱應(yīng)力均存在老化和失效的風(fēng)險。溫度循環(huán)測試把被測對象放入溫箱中,溫度在-55℃到150℃之間循環(huán)(H等級),這個過程是對封裝材料施加熱應(yīng)力,評估器件內(nèi)部各種不同材質(zhì)在熱脹冷縮作用下的界面完整性;此項目標(biāo)準(zhǔn)對碳化硅功率模塊而言很苛刻。

以碳化硅MOSFET為例,測試原理圖如下:

第三代功率半導(dǎo)體器件動態(tài)可靠性測試系統(tǒng)

試驗前后都要進(jìn)行電應(yīng)力測試,如器件靜態(tài)參數(shù)測試結(jié)果超出規(guī)定范圍,則判定為失效,并需檢查封裝外觀是否發(fā)生異常。

05   AC

AC(Autoclave)測試主要用于驗證器件封裝結(jié)構(gòu)密閉完整性。該測試是把被測對象放進(jìn)高溫高濕高氣壓的環(huán)境中,考驗晶片鈍化層的優(yōu)良程度及樹脂材料的性能。被測對象處于凝露高濕氣氛中,且環(huán)境中氣壓較高,濕氣能進(jìn)入封裝內(nèi)部,可能出現(xiàn)分層、金屬化腐蝕等缺陷。

以碳化硅MOSFET為例,測試原理圖如下:   

第三代功率半導(dǎo)體器件動態(tài)可靠性測試系統(tǒng)

試驗前后都要進(jìn)行電應(yīng)力測試,如器件靜態(tài)參數(shù)測試結(jié)果超出規(guī)定范圍,則判定為失效,并需檢查封裝外觀是否發(fā)生異常。

06   IOL

IOL(Intermittent Operational Life)測試是一種功率循環(huán)測試,將被測對象置于常溫環(huán)境TC=25℃,通入電流使其自身發(fā)熱結(jié)溫上升,且使?TJ100℃,等其自然冷卻至環(huán)境溫度,再通入電流使其結(jié)溫上升,不斷循環(huán)反復(fù)。此測試可使被測對象不同物質(zhì)結(jié)合面產(chǎn)生應(yīng)力,可發(fā)現(xiàn)綁定線與鋁層的焊接面斷裂、芯片表面與樹脂材料的界面分層、綁定線與樹脂材料的界面分層等缺陷。

以碳化硅MOSFET為例,測試原理圖如下:

第三代功率半導(dǎo)體器件動態(tài)可靠性測試系統(tǒng)

試驗前后同樣都要進(jìn)行電應(yīng)力測試,如器件靜態(tài)參數(shù)測試結(jié)果超出規(guī)定范圍,則判定為失效,并需檢查封裝外觀是否發(fā)生異常。


金凱博碳化硅SiC車規(guī)級動態(tài)可靠性測試系統(tǒng)具有80個測試通道、每個通道獨立控制;實時保存測試結(jié)果,生成測試報告;具有防燙、過流、過壓保護;支持?jǐn)U展外接標(biāo)準(zhǔn)儀表等眾多優(yōu)勢性能。并具有高溫高壓高頻高精度脈沖源:dv/dt>50v/ns、頻率50KHz;高精度測試:電流分辨率10pA,電壓分辨率100nV;多參數(shù)測量:Vsd電壓、Vgsth電壓、Rds電阻、lgss漏電流、ldss漏電流、溫度,功能完備并有可擴展性。


參數(shù)測試:

1、Vgsth測試條件: G,D和S之間加管子規(guī)定電流,測試G和S之間的電壓值;電壓值就是閥值電壓。

2、VSD測試條件: G和S之間加反向電壓,D和S之間加反向管子規(guī)定電流,測試D和S之間的電壓值;電壓值就是反向二極管導(dǎo)通電壓。

3、RDS測試條件: G和S之間加正向電壓,D和S之間加正向管子規(guī)定電流,測試D和S之前的電壓值;內(nèi)阻 Rds(mΩ)=Vds / Ids (DS之間電壓/DS流過的電流)。

4、Igss測試條件: G和S之間加管子規(guī)定電壓,D和S接0V,測試出流過G極的電流就是Igss漏電流;

5、Idss測試條件: D和S之間加管子規(guī)定電壓,G和S接0V,測試出流過D極的電流就是Idss漏電流;


第三代功率半導(dǎo)體器件動態(tài)可靠性測試系統(tǒng)

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