原创 功率半导体模块封装可靠性试验-静态HTXB测试

功率半导体器件是新能源、轨道交通、电动汽车、工业应用和家用电器等应用的核心部件。特别是随着新能源电动汽车的高速发展，功率半导体器件的市场更是爆发式的增长。

区别于消费电子市场，车规级功率半导体器件由于高工作结温，高功率密度，高开关频率的特性，和更加恶劣的使用环境，使得器件的可靠性显得尤为重要。

静态HTXB作为功率器件耐久性试验中的一种，对功率模块潜在缺陷剔除，验证模块结构的可靠度至关重要。

测试目的

HTRB（高温反偏试验）检测了芯片钝化层、钝化拓扑、芯片边缘密封的薄弱点。主要关注与生产相关的离子污染物在温度和场作用下的迁移作用，这种迁移作用会增加表面电荷、增大漏电流以及产生阈值电压退化；模块组装过程和组装材料热膨胀系数(CTEs)的差异对钝化层完整性产生重大影响，使模块容易受到外部污染物污染，也会引起漏电流增加。

H3TRB（高温高湿反偏试验）检测了整个模块结构的弱点，包括功率半导体本身的薄弱点。因为大多数模块设计不是密封的，芯片和连接线嵌入在透湿的硅胶中，随着时间的推移，这使得水分也能到达钝化层。在湿度的影响下，载荷对钝化层结构或钝化拓扑和边缘密封的薄弱环节有不同的影响，污染物也可以通过水分输送转移到关键区域；与生产相关的离子污染物，在温度和场的影响下迁移，从而增加表面电荷，以及壳体上的热机械应力和与半导体芯片的相互作用，都导致漏电流增加的形成。

HTGB（高温栅偏试验）验证了栅极连接半导体器件的电负荷、热负荷随时间的综合效应，评估了栅极介电性的完整性、半导体/介电边界层的状态和可移动离子对半导体的污染。其模拟了加速条件下的模块工作状态，用于器件鉴定和可靠性监测。

测试标准介绍 

车规级功率模块测试标准最常见的测试标准是由 ECPE 欧洲电力电子研究中心发布的AQG324，其中有对静态HTXB测试进行详细的规范。具体测试条件如下：

表1  AQG324 HTXB测试条件

测试方案和案例 

广电计量在Si基功率半导体模块、SiC模块等相关测试有着丰富的实战经验，为众多半导体厂家提供模块的规格书参数测试、竞品分析、环境可靠性、寿命耐久和失效分析等一站式测试服务。

在HTXB测试方向，广电计量引进多台国产高可靠性漏电流监控系统，设备能力如下表2所示。IGBT模块HTXB测试案例，测试架设和监控界面如下图1~图4所示。

表2  HTXB设备能力