功率循環測試-簡介

功率循環測試是一種功率半導體器件的可靠性測試方法，被列為AEC-Q101與AQG-324等車規級測試標準內的必測項目。相對于溫度循環測試，功率循環通過在器件內運行的芯片發熱使器件到達設定溫度；以及溫度循環，通過外部環境迫使被測器件到達測試溫度。

簡而言之，一個是運動發熱，一個是高溫中暑。

由于功率循環測試時被測器件發熱部分主要分布于器件工作區域內，因此它具有相似于正常運行時器件封裝老化（aging）規律，故功率循環測試被認可為最接近于實際應用的功率器件可靠性測試而受到廣泛的關注。

功率循環測試過程中，器件內部溫度分布以及應力變化

功率循環測試臺是應用于功率器件功率循環測試裝置的設計原理不是很繁雜。試驗臺內由電流源向被測器件提供負載電流，電流/電壓探頭對被測器件電流/電壓進行實時監測，控制器操縱電流源使負載電流按照設定的時間斷流。設備整體的主要成本在電流源與控制器，設備的設計難度在于程序控制以及數據采集硬件。

功率循環測試設備簡圖

功率循環測試時直接測試數據為器件電壓降、負載電流和器件底部溫度等。通過選擇數據采樣時間點采集最高溫和最低溫下被測器件電壓和器件底部溫度的變化情況，再經過計算獲得器件芯片的溫度變化情況和器件內熱阻的變化情況。

功率循環測試中，檢測時間點以及被測試參數

由于大多數器件在測試中是處于被封裝狀態，其內部溫度不可通過直接手段進行檢測，故在功率循環測試中，器件內部芯片的溫度是采用K系數的方式進行間接計算而獲得的。功率循環測試時直接測試數據為器件電壓降、負載電流和器件底部溫度等。硅基IGBT芯片溫度通常由Vce（集電極-發射極電壓）來計算。同時Vce還可以反映IGBT器件內部電流路徑老化程度，將Vce升高作為器件損壞判據。

IGBT器件的K系數（Vce-Tj 擬合線）

被測試器件的熱阻在功率循環測試中應當被實時監控，因為其反映了器件散熱能力的變化。熱阻通過下列方程簡單計算得出，20%的Rth增長被認定為器件失效的標準。

以下列功率循環測試中收集的數據為例，Vce在427.4k循環數左右發生階段跳躍，同時器件芯片的最高溫度（Tj,high）上升明顯。這表明器件芯片表面的鍵合線出現斷裂或脫落。而Rth無明顯變化，表明器件內部散熱層老化情況不明顯。

功率循環測試中的數據

上圖功率循環試驗數據存在明顯不足，就是試驗數據噪聲大，不能正確反映器件內部真實狀態。造成這一不足的主要原因是被測器件電學連接不夠標準、功率循環測試設備精度受限、測試數據監測時間點選擇錯誤等。