IGBT可靠性测试方法

I G B T可靠性测试方法 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

I G B T可靠性测试方法

IGBT的寿命通常长达数十年,因此倘若不采取特殊的测试手段而使器件在正常情况下工作直至失效是不现实的，寻求一种有效地测试手段就显得非常必要。通常的测试手段有加速寿命测试（HALT，HighLyAcceLeratedLifeTest），HASS（HighLyAcceLeratedStressScreen）、功率循环、温度循环几种。本文着重介绍功率循环和温度循环测试方法。

功率循环测试

在给定的温度和循环次数条件下，收集工作中器件的相关参数。在测试前，器件的工作温度已经被调节到合适的点并且器件已经上电。功率循环可以通过以下几种方式实现[7]；

a)恒功率：对于任何单个器件，功率在加热期间置为预先设定的值，在关断

期间要么不加功率负载。这通常涉及开环控制，预先设定的值也会因散热区别而异；

b)变功率：为了使散热达到最快的速率，在加热或散热期间功率出于变化状

态，此模式下闭环控制很受人们亲睐；

c)恒散热：同恒功率相匹配，散热要么控制在预先设定的值（散热期间或整

个测试期间），要么关断（加热期间），此模式为开环控制；

d)变散热：在加热或散热期间，散热的速率是变化的。此模式可增加循环速

率。

图1是恒功率/恒散热和变功率/恒散热测试的对比。

图1功率循环方式

温度循环测试

将器件放在温度控制箱中，不断调节温度箱内的温度如图2所示。通常情况下，实验将高温条件设为150℃，放置20分钟，低温设为-40℃，放置20分钟，常温25℃，放置10分钟。温度变化的步长大约10℃每分钟[10]。

图2温度循环测试方式

IGBT失效判定标准[9]

因IGBT芯片以及续流二极管均被封装在模块的内部，因此不能实时监测出内部发生的变化，只有通过测量电气参数的方法间接推断器件的状态，通常包括集射极电压、阈值电压和漏电流。

Vce偏移量超出初始值的20%

该方法是极容易被提出的，使用该准则时必须注意两点：①门极电压必须保持在15V；②通过器件的电流必须为额定电流。看似简单的测试手段在实际中并没有那么实用，原因在于：不同的功率测试中，条件不一样，测出的Vce 千差万别。例如在铝导线脱落造成的器件失效模型中，Vce仍然会在很长一段时间内不发生明显的变化，而在器件内部金属重构造成的失效模型中，Vce在实验的起点就发生线性增长的情况。

阈值电压变化超出初始值的20%

该测试准则为：2000，5000，10000次循环测试结束后中断实验，并进行测量，在测量时要保证不加门极电阻。

器件漏电流变化

在门极电压为20V时，如果门极的漏电流超出1uA，则可认为该器件失效。