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功率器件温度冲击试验与开关循环试验对比

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2019.09.02

    对于数字电路,由于功率较低,所以元器件实际工作的温度差并不大。但是随着大功率器件/功率密度的快速发展,以及产品开发和上市周期的缩短,相应的试验验证的挑战越来越大。

    对于大功率半导体器件有人希望可以借助于有限元仿真分析和测试结果进行快速计算。
    对于功率半导体,其内部结构材料不同而导致热膨胀系数不同,所以在温度温降的过程中就会导致疲劳的产生而发生失效。通常对此类失效的测试方法多用 温度冲击试验箱测试,低温-40,高温125。众多的行业标准也都是这么推荐的。但是随着产品体积的缩小,功率密度的提高和新的冷却技术的出现,半导体内部连接可靠性和电子迁移挑战已经成为关键,而这无法通过温度冲击来覆盖。所以作者就对开关机循环进行研究,希望能够找到更加高效的方法来代替温度冲击时间对功率半导体可靠性进行快速评估。
    通过设计专门的测试板来对功率三极管进行试验,对比温度冲击试验和开关循环的数据,评估两者的效果。
    温度冲击:低温-40,高温125,每500循环检查一次
    开关循环:一个循环1000s(上电650s,断电冷却350s),每150s采集一次数据,550mA,每1000循环检查一次
    试验结果显示两种试验的失效都是由于热膨胀系数的差异导致的,这很重要哦,这是两者能否相互对比的关键。
     温度冲击试验4000循环内未发现失效。而开关循环有铅制程的失效发生在4500循环,无铅制程失效发生在5200循环。

    基于实际测试的显微分析来看,开关循环的对于失效的影响更大。

温度冲击

温度循环

    基于作者之前的经验,过孔的失效发生速度远高于贴片元器件。实际测试结果也对此给予了数据支撑,试验结果显示2000-3000循环内过孔发生了失效。

    切片后的图片显示,即使三极管的功能正常,但是内部已经出现了失效,只是由于封装的压力才使得其电气连接正常。

温度冲击与开关循环试验对比

    开关循环对于功率半导体的效果确实比较不错,但是对于非功率半导体的效果就很差,这个大家必须注意。另外开展开关循环需要我们具备比较好的动手能力来进行编程和特殊设备和夹具的定制和安装调试等工作,实际会面临一些新问题,需要我们去克服。
    对于从事新能源BDU或者其它大功率脉冲工作的可靠性工程师对于开关循环的试验条件和设置等多做一些功课。也欢迎一起交流讨论。
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