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功率半导体器件利用高低温湿热试验箱做稳态湿热高压偏置试验

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2021.08.23

    1、范围

    本标准给出了功率半导体器件稳态湿热高压偏置试验方法,用以评价非气密封装的功率半导体器件在高温高湿环境下耐受高电压的可靠性。

    本标准不但适用于硅功率器件,也适用于碳化硅及氮化家功率器件。

功率半导体器件利用高低温湿热试验箱做稳态湿热高压偏置试验

    2、规范性引用文件

    下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注明日期的引用文件,仅注明日期的版本适用于本文件。凡是不注明日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
    GB/T 2423.50环境试验第2部分:试验方法试验Cy:恒定湿热主要用于元件的加速试验。
    IEC 60749-5半导体器件―机械和气候试验方法—第5部分:稳态湿热偏置寿命试验(Semiconductor devices —Mechanical and climatic test methods —Part 5: Steady-statetemperature humidity bias life test)

    3、一般性说明

    该项试验通过施加高温和高湿度条件,加速水汽穿透外部保护材料(如环氧外壳或硅胶保护层)或者外部保护材料和器件金属管脚的交界面。
    高温水汽一旦穿透器件外壳或外壳与器件管脚的交界面,到达芯片表面,就会在高电压的作用加速芯片的劣化。
    本试验属于破坏性试验。

    4、试验装置要求

    4.1高低温湿热试验箱
    高低温湿热试验箱的参数应满足下列要求:
    a)应满足表1中给出的温度和相对湿度条件,并至少保持2000小时不间断;
    b)在上升到规定的试验条件和从规定的试验条件恢复到常温过程中,高低温湿热试验箱应能够提供受控的温度和相对湿度条件;
    c)高低温湿热试验箱应经过计量,温度的最大允许偏差小于±2℃,湿度的最大允许偏差小于±5%RH;
    d)高低温湿热试验箱内产生的冷凝水应不断排出,且不能重复利用;
    e)冷凝水不允许滴落在试验样品上;
    f)高低温湿热试验箱要具备与外界的电气连接接口。
    4.2高压直流电源
    a)直流电源的最高输出电压不低于受试器件额定电压的80%;b)直流电源应经过计量,输出电压最大允许偏差±2%。
    4.3加湿用水
    a)应使用室温下电阻率不低于1×105Ω·cm的蒸馏水或去离子水,PH值应在6.0~7.2之间。
    b)在将水装入加湿器之前,应对高低温湿热试验箱内部各部分(包括安装在高低温湿热试验箱内的夹具)进行清洗;每次试验后,应将加湿器和高低温湿热试验箱中的水全部清洗干净。
    4.4最小污染物释放
    为了减少试验设备本体及箱体内其他辅助装置在高温高湿环境下产生的污染物对受试样品的影响,避免非湿热因素造成的腐蚀,应认真选择所用到的试验装置的材质,如应选择在高温高湿环境下性质稳定的材料来制造老化板、测试工装及散热器,避免这些装置释放有害物质对被试样品造成污染。
    4.5受试器件摆放
    受试器件在高低温湿热试验箱内的摆放位置应尽可能不影响箱内的空气流动,从而使得箱体内的温度和湿度保持均匀。
    4.6避免高压放电
    为了避免试验过程中发生高压放电,被试样品施加偏置电压的端子之间应保持足够的安全距离,如果无法扩大距离,则要采取其他绝缘措施。
    4.7器件发热控制
    由于本试验需要施加高压偏置,受试器件的漏电流会比施加低压偏置时高,由此产生的功耗会使内部芯片温度升高。当芯片温度高于高低温湿热试验箱环境温度<5℃时,受试器件可以不用安装散热器。即使安装散热器,芯片温度仍然超过高低温湿热试验箱环境温度5℃或5℃以上,应把芯片温度与试验环境温度的差值记录在试验结果中,加速的失效机理将受到影响。

    5、试验条件及严酷等级

    试验条件由温度、相对湿度、偏置电压以及施加偏置电压的持续时间组成。严酷等级由试验持续时间决定。除非另有规定,应从表1中给出的持续时间中选取严酷等级。

试验条件及严酷等级

    6、程序

    受试器件应以一定的方式安装、暴露在表1规定的温湿度环境中,并施加规定的偏置电压。器件应避免暴露于过热、干燥或导致器件和工装夹具上产生冷凝水的环境中,尤其在试验应力上升和下降过程中。
     6.1预处理
    适用时,应按照相关标准进行预处理。
    6.2初始检测
    试验样品应按照相关标准规定,进行外观检查和电气参数测试。
    6.3 上升
    达到稳定的温度和相对湿度的时间应少于3h。通过保证在整个试验时间内高低温湿热试验箱的干球温度超过湿球温度来避免产生冷凝。
    6.4下降
    下降时间应不超过3h。通过保证在整个试验时间内高低温湿热试验箱的干球温度超过湿球温度来避免产生冷凝。
    6.5器件内部湿气稳定时间
    由于湿气穿透器件外壳并抵达芯片表面需要一定的时间,因此当高低温湿热试验箱内环境温度和湿度达到稳定后,应继续保持直至湿气完全抵达芯片表面。
     由于环氧树脂相较于硅胶,其抵御湿气进入的能力强得多,因此对于环氧树脂封装器件稳定时间不少于336h,硅胶封装器件稳定时间不少于24h。
    6.6 试验计时
     器件按6.5的要求进行充分稳定后,开始施加规定的偏置电压,此时试验计时开始。当达到规定的持续时间,温湿度开始下降时计时结束。
    6.7施加偏置电压
     器件按6.5的要求进行充分稳定后,开始施加规定的偏置电压。当试验结束且恢复完成后,再将偏置电压移除。施加偏置电压时,若受试器件为绝缘栅双极晶体管(IGBT)或场效应晶体管(MOSFET),其栅极和发射极或栅极和源极之间应可靠短路或施加负压。
    6.8中间检测
    如果要求进行中间检测,当检测完成后,应重新按6.5的要求充分稳定后,再施加偏置电压并重新计时。
    6.9 最后检测
    试验结束,试验样品恢复常温后,在48h内应按照相关标准规定,进行外观检查和电气参数测试。

    7、失效判据

    如果器件不能通过规定的最终测试,或按照适用的采购文件和数据表中规定的正常和极限环境中不能验证其功能时,器件视为失效。

    8、试验报告中应给出的信息

    试验报告至少应给出下列信息:

    a)检测实验室的名称和地址;

    b)客户的名称和地址;

    c)依据的检测标准号及版本号;

    d)所用检测设备的标识(名称、型号、唯一性标识等);

    e)适用时,应给出设备的校准有效期;

    f)检测样品的描述、状态和明确的唯一性标识;

    g)检测样品的接收日期和检测日期;

    h)试验持续时间;
    i)初始、中间和最后检测;
    j)偏置条件;
    k)稳定时间;
    l)在试验期间如果芯片温度高于高低温湿热试验箱环境温度5℃以上时芯片的温度;
    m)对检测方法的偏离、增添或删节,以及特定检测条件的信息,如环境条件;
    n)适用时,应包含对于符合(或不符合)接收判据和(或)规范的声明。
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