華科智源-功率循環(huán)老化設(shè)備主要是針對IGBT/SIC的封裝可靠性行進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過控制實(shí)驗(yàn)條件再現(xiàn)IGBT封裝的主要兩種失效方式:鍵合線失效和焊料層老化。實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是控制結(jié)溫的波動(dòng)范圍以及溫度,得到不同條件下的實(shí)驗(yàn)壽命,從而得到IGBT的壽命。

詳細(xì)介紹

★主要技術(shù)規(guī)格和性能:
產(chǎn)品型號	GKH-IGBT-3000A，GKH-PC-1500A
符合標(biāo)準(zhǔn)	試驗(yàn)線路及試驗(yàn)方法滿足MIL-STD-750、GJB128、IEC60747-9及AEC-Q101相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
試驗(yàn)電流	加熱電流IH為3000A
系統(tǒng)組成	一臺(tái)K系數(shù)測試機(jī)，一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)及一臺(tái)制冷機(jī)組成。一套系統(tǒng)中即可測量器件的K系數(shù)，又可測量器件的熱阻值。并可對多只產(chǎn)品串聯(lián)做功率循環(huán)試驗(yàn)。
基本功能	①整機(jī)可以測試5個(gè)元件，5個(gè)元件串聯(lián)一起組成一組。試驗(yàn)過程中的開通關(guān)斷以及恒流是通過大功率電子負(fù)載實(shí)現(xiàn)。相比直接的電子開關(guān)控制開通關(guān)斷，電子負(fù)載可以實(shí)現(xiàn)更精確的恒流。更快速的開通及關(guān)斷。
	②被測試元件分別固定在水冷板上。
	③每個(gè)元件的Vge電源采用隔離電源，輸出電壓程控產(chǎn)生。定期測試Ige電流。
	④通過實(shí)時(shí)監(jiān)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?yōu)?，則可認(rèn)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(rèn)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(shè)備停機(jī)報(bào)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(nèi)，則認(rèn)為柵極引線脫落。
監(jiān)控參數(shù)	試驗(yàn)電流IH、柵極電流Ige、柵極電壓Vge、集射極飽和壓降Vces、結(jié)到殼熱阻值Rth、高低結(jié)溫差值(Delta Tj)、殼溫及液冷平臺(tái)進(jìn)出水口溫度、器件的壓力F（壓接型器件）、通斷時(shí)間、試驗(yàn)周期數(shù)等。
數(shù)據(jù)記錄	試驗(yàn)全程記錄每個(gè)試驗(yàn)通道的ICE、VCE@IH、VCE@IM、IGE、VGE、RthJc、F、ON/OFFTime、循環(huán)數(shù)，Delta Tj、Tjmax、Tjmin等參數(shù)。液冷平臺(tái)的進(jìn)出水口溫度，制次機(jī)的水溫，器件的殼溫等。。可記錄數(shù)≥1000000次。
計(jì)算機(jī)	工業(yè)級電腦主機(jī)、液晶顯示器、專用鍵盤及鼠標(biāo)。WINDOWS操作界面，友好的人機(jī)對話窗口，強(qiáng)大的圖形編輯能力以及強(qiáng)大的器件庫供用戶選擇，軟件操作簡單易學(xué)。更有系統(tǒng)查詢診斷功能，試驗(yàn)狀況一目了然，方便用戶隨時(shí)查驗(yàn)。
電網(wǎng)要求	三相AC380V±10%，47Hz~63Hz，90KW
外形尺寸	W2480mmхH1820mmхD1320mm
重量	約1200kg

功率循環(huán)測試-簡介

功率循環(huán)測試是一種功率半導(dǎo)體器件的可靠性測試方法，被列為AEC-Q101與AQG-324等車規(guī)級測試標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的必測項(xiàng)目。與溫度循環(huán)測試相比，功率循環(huán)是通過器件內(nèi)部工作的芯片產(chǎn)生熱量，使得器件達(dá)到既定的溫度；而溫度循環(huán)則是通過外部環(huán)境強(qiáng)制被測試器件達(dá)到測試溫度。

簡而言之，一個(gè)是運(yùn)動(dòng)發(fā)熱，一個(gè)是高溫中暑。

由于在功率循環(huán)測試中的被測試器件的發(fā)熱部分集中在器件工作區(qū)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(huán)測試被認(rèn)可為于實(shí)際應(yīng)用的功率器件可靠性測試而受到廣泛的關(guān)注。

功率循環(huán)測試過程中，器件內(nèi)部溫度分布以及應(yīng)力變化

功率循環(huán)測試臺(tái)是用于功率器件進(jìn)行功率循環(huán)測試的設(shè)備，其設(shè)計(jì)原理并不復(fù)雜。在試驗(yàn)臺(tái)中，通過電流源供給負(fù)載電流給被測試器件，電流/電壓探頭實(shí)時(shí)監(jiān)控被測試器件的電流/電壓數(shù)據(jù)，控制器操控電流源實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流按既定時(shí)間中斷。設(shè)備整體的主要成本在電流源與控制器，設(shè)備的設(shè)計(jì)難度在于程序控制以及數(shù)據(jù)采集硬件。

功率循環(huán)測試設(shè)備簡圖

在功率循環(huán)測試過程中，直接檢測的數(shù)據(jù)是器件電壓降，負(fù)載電流以及器件底部溫度。通過選取數(shù)據(jù)采樣的時(shí)間點(diǎn)，收集被測試器件在溫與溫時(shí)的電壓與器件底部溫度變化，進(jìn)而通過計(jì)算得出器件芯片溫度變化以及器件內(nèi)部的熱阻變化。

功率循環(huán)測試中，檢測時(shí)間點(diǎn)以及被測試參數(shù)

由于大多數(shù)器件在測試中是處于被封裝狀態(tài)，其內(nèi)部溫度不可通過直接手段進(jìn)行檢測，故在功率循環(huán)測試中，器件內(nèi)部芯片的溫度是采用K系數(shù)的方式進(jìn)行間接計(jì)算而獲得的。K系數(shù)代表器件芯片的溫度敏感電學(xué)參數(shù)，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(fā)射極電壓）進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)Vce也能反映IGBT器件內(nèi)部電流路徑的老化情況，5%的Vce增加被認(rèn)定為器件損壞的標(biāo)準(zhǔn)。

IGBT器件的K系數(shù)（Vce-Tj 擬合線）

被測試器件的熱阻在功率循環(huán)測試中應(yīng)當(dāng)被實(shí)時(shí)監(jiān)控，因?yàn)槠浞从沉似骷崮芰Φ淖兓嶙柰ㄟ^下列方程簡單計(jì)算得出，20%的Rth增長被認(rèn)定為器件失效的標(biāo)準(zhǔn)。

以下列功率循環(huán)測試中收集的數(shù)據(jù)為例，Vce在427.4k循環(huán)數(shù)左右發(fā)生階段跳躍，同時(shí)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(xiàn)斷裂或脫落。而Rth無明顯變化，表明器件內(nèi)部散熱層老化情況不明顯。

功率循環(huán)測試中的數(shù)據(jù)

上圖中的功率循環(huán)測試數(shù)據(jù)有一個(gè)明顯的缺陷，即測試數(shù)據(jù)的噪聲較大，無法準(zhǔn)確反映器件內(nèi)部的真實(shí)情況。出現(xiàn)這種缺陷的原因有：被測試器件電學(xué)連接不規(guī)范，功率循環(huán)測試設(shè)備的精度有限，測試數(shù)據(jù)監(jiān)測時(shí)間點(diǎn)的選取失誤等等。

關(guān)鍵詞：試驗(yàn)機(jī) 制冷機(jī) 芯片顯示器

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