IGBT功率半導體器件是新能源、軌道交通、電動汽車、工業應用和家用電器等應用的核心部件。特別是隨著新能源電動汽車的高速發展，功率半導體器件的市場更是爆發式的增長，區別于消費電子市場，車規級功率半導體器件由于高工作結溫、高功率密度、高開關頻率的特性，和更加惡劣的使用環境，使得器件的可靠性顯得尤為重要。功率循環作為功率器件耐久性試驗中的一種，被工業界和學術界認為是考核功率器件封裝可靠性最重要的可靠性測試。

IGBT模塊的可靠性測試

*汽車級模塊的可靠性等級是僅次于軍工級的，其壽命可靠性要求達到15年20萬公里，且失效率要

求要PPB（十億分之一）量級。

下面以英飛凌以下產品的可靠性測試數據為例：

在整個測試過程中，必須對測試前、測試中、測試后的器件參數進行測量和對比。對IGBT而言，當測試參數出現以下變化時，就可認為出現失效：

功率模塊的可靠性測試

PC（Power cycle） 功率循環測試——目前公認的最有效的IGBT模塊壽命評估的實驗依據

測試目的：模擬IGBT模塊的正常使用工況，評估IGBT模塊的使用壽命。

測試標準：IEC 60749-34 IEC60747-9

測試原理：讓芯片間歇流過電流產生間隙發熱功率，從而使芯片溫度波動。

測試條件（sec）：Ton＜5s，Ic=85%Ic(max)，VGE=15V

失效機理：材料間的CTE（熱膨脹系數）不一致導致綁定線脫落，斷裂，芯片焊層分離。

芯片焊層的分離有兩種模式，含鉛的焊層一般從邊緣向中心逐漸分離，而錫銀材料的焊層一般從中心向邊緣逐漸分離。

測試條件（min）：Ton＞15s，Ic=85%Ic，VGE=15V

失效機理：模塊在殼溫的波動下DBC與基板之間熱應力過大導致DBC與基板分離。

*使用CTE系數近似的材料可以提高熱循環次數

IGBT模塊性能

? IGBT模塊再實際應用中性能表現好壞如何其實主要是以下幾個方面：

? 芯片耐壓，越高越可靠。

? 芯片安全工作區，越大越可靠。

? 芯片最高耐溫，越高越可靠，輸出電流能力越強。

? 功率循環能力，次數越多，壽命越長。

? 芯片飽和壓降，越低發熱越小，輸出電流能力越強。

? 芯片損耗，發熱越低越好。

? 模塊熱阻，越小散熱越好

? ……

*車規功率模塊可靠性測試引用規范——引用CASA

? GB/T 2423.10電工電子產品環境試驗第2 部分：試驗方法試驗Fc：振動(正弦)

? GB/T 4937.31半導體器件機械和氣候試驗方法第31部分：塑封器件的易燃性（內部的）

? GJB33半導體分立器件總規范

? GJB128半導體分立器件試驗方法

? AECQ101基于失效機理的汽車應用分立半導體器件應力試驗認證（
Failuremechanismbasedstresstestqualificationfordiscretesemiconductorsinautomotiveapplications）

? AEC-Q005無鉛測試要求（Pb-free test requirements）

? AQG 324機動車輛電力電子轉換單元應用的功率模塊認證（Qualification of Power Modules for Use inPower Electronics Converter Units in Motor Vehicles）

? IEC 60747-8半導體器件分立器件第8部分：場效應晶體管（Semiconductor devices -Discrete devices -Part 8: Field-effect transistors）

? IEC 60747-9半導體器件分立器件第9部分：絕緣柵雙極型晶體管（Semiconductor devices -Part 9: Discrete devices -Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs)）

? IEC60747-15半導體器件分立器件第15部分：單獨的功率半導體器件（Semiconductor devices -Discrete devices -Part 15: Isolated power semiconductor devices）

? IEC 60749-25半導體器件機械和環境試驗方法第25部分：溫度循環（Semiconductor devices -Mechanical and climatic test methods -Part 25: Temperature cycling）

? IEC 60749-34半導體器件機械和環境試驗方法第34部分：功率循環（Semiconductor devices -Mechanical and climatic test methods -Part 34: Power cycling）

? IEC 60068-2-27環境試驗第2-27部分：沖擊（Environmental testing -Part 2-27: Tests -Test Ea andguidance: Shock）

? JESD22封裝器件可靠性試驗方法（Reliability test methodsforpackageddevices）

? MILSTD19500半導體器件總規范（Semiconductordevices,generalspecificationfor）

? MILSTD750半導體器件試驗方法（
Testmethodsforsemiconductordevices）