碳化硅功率器件可靠性测试方法详解

引     言

HTGB（High Temperature Gate Bias）是针对碳化硅MOSFET进行的最重要的可靠性项目，主要用于验证栅极漏电流的稳定性，考验对象是碳化硅MOSFET栅极氧化层。在高温环境下对栅极长期施加电压会促使栅极的性能加速老化，且碳化硅MOSFET的栅极长期承受正电压，或者负电压，其栅极阈值电压V_GSth会发生漂移。

测试原理图如下：

HV-H3TRB（High Voltage, High Humidity, High Temp. Reverse Bias）主要用于测试温湿度对功率器件长期特性的影响。高湿环境是对分立器件的封装树脂材料及晶片表面钝化层的极大考验，树脂材料是挡不住水汽的，只能靠钝化层，3种应力的施加使早期的缺陷更容易暴露出来。

AEC-Q101中只有H3TRB这个类别，其缺点是反压过低，只有100V。基本半导体将标准提高，把反偏电压设置80%~100%的BV，称为HVH3TRB。

以碳化硅MOSFET为例，测试原理图如下：

在测试中，需持续监测MOSFET源极-漏极的漏电流。试验前后都要电应力测试，如器件静态参数测试结果超出规定范围，则判定为失效。

TC（Temperature Cycling）测试主要用于验证器件封装结构和材料的完整性。

绑定线、焊接材料及树脂材料受到热应力均存在老化和失效的风险。温度循环测试把被测对象放入温箱中，温度在-55℃到150℃之间循环（H等级），这个过程是对封装材料施加热应力，评估器件内部各种不同材质在热胀冷缩作用下的界面完整性；此项目标准对碳化硅功率模块而言很苛刻。

以碳化硅MOSFET为例，测试原理图如下：

试验前后都要进行电应力测试，如器件静态参数测试结果超出规定范围，则判定为失效，并需检查封装外观是否发生异常。

AC（Autoclave）测试主要用于验证器件封装结构密闭完整性。该测试是把被测对象放进高温高湿高气压的环境中，考验晶片钝化层的优良程度及树脂材料的性能。被测对象处于凝露高湿气氛中，且环境中气压较高，湿气能进入封装内部，可能出现分层、金属化腐蚀等缺陷。

以碳化硅MOSFET为例，测试原理图如下：

IOL（Intermittent Operational Life）测试是一种功率循环测试，将被测对象置于常温环境T_C=25℃，通入电流使其自身发热结温上升，且使∆T_J≧100℃，等其自然冷却至环境温度，再通入电流使其结温上升，不断循环反复。此测试可使被测对象不同物质结合面产生应力，可发现绑定线与铝层的焊接面断裂、芯片表面与树脂材料的界面分层、绑定线与树脂材料的界面分层等缺陷。

以碳化硅MOSFET为例，测试原理图如下：

基本半导体的碳化硅功率器件产品在批量投入市场前都需要通过规定的可靠性测试，以确保每一款器件的性能长期稳定可靠。基本半导体配备了1500m²碳化硅功率器件工程实验室，专注于研发设计验证、新材料与实验技术应用、产品功能试验和可靠性试验，是功率半导体领域研发测试的综合实验室。

基本半导体将持续以零缺陷为目标，不断改进科学严格的质量控制方法，精进技术与产品质量，持续为光伏储能、电动汽车、轨道交通、工业控制、智能电网等行业客户提供更高性能、更可靠的产品和服务。