功率半導體器件利用高低溫濕熱試驗箱做穩態濕熱高壓偏置試驗

　　

　　本標準給出了功率半導體器件穩態濕熱高壓偏置試驗方法，用以評價非氣密封裝的功率半導體器件在高溫高濕環境下耐受高電壓的可靠性。

　　

　　本標準不但適用于硅功率器件，也適用于碳化硅及氮化家功率器件。

　　

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　　GB/T2423.50環境試驗第2部分:試驗方法試驗Cy:恒定濕熱主要用于元件的加速試驗。

　　

　　IEC-5半導體器件―機械和氣候試驗方法—第5部分:穩態濕熱偏置壽命試驗（Semiconductordevices—Mechanicalandclimatictestmethods—Part5:Steady-statetemperaturehumiditybias

　　

　　lifetest）

　　

　　該項試驗通過施加高溫和高濕度條件，加速水汽穿透外部保護材料(如環氧外殼或硅膠保護層）或者外部保護材料和器件金屬管腳的交界面。

　　

　　高溫水汽一旦穿透器件外殼或外殼與器件管腳的交界面，到達芯片表面，就會在高電壓的作用加速芯片的劣化。

　　

　　本試驗屬于破壞性試驗。

　　

　　4.1高低溫濕熱試驗箱

　　

　　的參數應滿足下列要求:

　　

　　a）應滿足表1中給出的溫度和相對濕度條件，并至少保持2000小時不間斷;

　　

　　b）在上升到規定的試驗條件和從規定的試驗條件恢復到常溫過程中，高低溫濕熱試驗箱應能夠提供受控的溫度和相對濕度條件;

　　

　　c）高低溫濕熱試驗箱應經過計量，溫度的允許偏差小于±2℃，濕度的允許偏差小于±5%RH;

　　

　　d）高低溫濕熱試驗箱內產生的冷凝水應不斷排出，且不能重復利用;

　　

　　e）冷凝水不允許滴落在試驗樣品上;

　　

　　f）高低溫濕熱試驗箱要具備與外界的電氣連接接口。

　　

　　4.2高壓直流電源

　　

　　a）直流電源的輸出電壓不低于受試器件額定電壓的80%;b）直流電源應經過計量，輸出電壓允許偏差±2%。

　　

　　4.3加濕用水

　　

　　a）應使用室溫下電阻率不低于1×105Ω·cm的蒸餾水或去離子水，PH值應在6.0~7.2之間。

　　

　　b）在將水裝入加濕器之前，應對高低溫濕熱試驗箱內部各部分(包括安裝在高低溫濕熱試驗箱內的夾具）進行清洗;每次試驗后，應將加濕器和高低溫濕熱試驗箱中的水全部清洗干凈。

　　

　　4.4小污染物釋放

　　

　　為了減少本體及箱體內其他輔助裝置在高溫高濕環境下產生的污染物對受試樣品的影響，避免非濕熱因素造成的腐蝕，應認真選擇所用到的試驗裝置的材質，如應選擇在高溫高濕環境下性質穩定的材料來制造老化板、測試工裝及散熱器，避免這些裝置釋放有害物質對被試樣品造成污染。

　　

　　4.5受試器件擺放

　　

　　受試器件在高低溫濕熱試驗箱內的擺放位置應盡可能不影響箱內的空氣流動，從而使得箱體內的溫度和濕度保持均勻。

　　

　　4.6避免高壓放電

　　

　　為了避免試驗過程中發生高壓放電，被試樣品施加偏置電壓的端子之間應保持足夠的安全距離，如果無法擴大距離，則要采取其他絕緣措施。

　　

　　4.7器件發熱控制

　　

　　由于本試驗需要施加高壓偏置，受試器件的漏電流會比施加低壓偏置時高，由此產生的功耗會使內部芯片溫度升高。當芯片溫度高于高低溫濕熱試驗箱環境溫度<5℃時，受試器件可以不用安裝散熱器。即使安裝散熱器，芯片溫度仍然超過高低溫濕熱試驗箱環境溫度5℃或5℃以上，應把芯片溫度與試驗環境溫度的差值記錄在試驗結果中，加速的失效機理將受到影響。

　　

　　試驗條件由溫度、相對濕度、偏置電壓以及施加偏置電壓的持續時間組成。嚴酷等級由試驗持續時間決定。除非另有規定，應從表1中給出的持續時間中選取嚴酷等級。

　　

　　受試器件應以一定的方式安裝、暴露在表1規定的溫濕度環境中，并施加規定的偏置電壓。器件應避免暴露于過熱、干燥或導致器件和工裝夾具上產生冷凝水的環境中，尤其在試驗應力上升和下降過程中。

　　

　　6.1預處理

　　

　　適用時，應按照相關標準進行預處理。

　　

　　6.2初始檢測

　　

　　試驗樣品應按照相關標準規定，進行外觀檢查和電氣參數測試。

　　

　　6.3上升

　　

　　達到穩定的溫度和相對濕度的時間應少于3h。通過保證在整個試驗時間內高低溫濕熱試驗箱的干球溫度超過濕球溫度來避免產生冷凝。

　　

　　6.4下降

　　

　　下降時間應不超過3h。通過保證在整個試驗時間內高低溫濕熱試驗箱的干球溫度超過濕球溫度來避免產生冷凝。

　　

　　6.5器件內部濕氣穩定時間

　　

　　由于濕氣穿透器件外殼并抵達芯片表面需要一定的時間，因此當高低溫濕熱試驗箱內環境溫度和濕度達到穩定后，應繼續保持直至濕氣完全抵達芯片表面。

　　

　　由于環氧樹脂相較于硅膠，其抵御濕氣進入的能力強得多，因此對于環氧樹脂封裝器件穩定時間不少于336h，硅膠封裝器件穩定時間不少于24h。

　　

　　6.6試驗計時

　　

　　器件按6.5的要求進行充分穩定后，開始施加規定的偏置電壓，此時試驗計時開始。當達到規定的持續時間，溫濕度開始下降時計時結束。

　　

　　6.7施加偏置電壓

　　

　　器件按6.5的要求進行充分穩定后，開始施加規定的偏置電壓。當試驗結束且恢復完成后，再將偏置電壓移除。施加偏置電壓時，若受試器件為絕緣柵雙極晶體管(IGBT）或場效應晶體管（MOSFET），其柵極和發射極或柵極和源極之間應可靠短路或施加負壓。

　　

　　6.8中間檢測

　　

　　如果要求進行中間檢測，當檢測完成后，應重新按6.5的要求充分穩定后，再施加偏置電壓并重新計時。

　　

　　6.9后檢測

　　

　　試驗結束，試驗樣品恢復常溫后，在48h內應按照相關標準規定，進行外觀檢查和電氣參數測試。

　　

　　如果器件不能通過規定的終測試，或按照適用的采購文件和數據表中規定的正常和極限環境中不能驗證其功能時，器件視為失效。

　　

　　試驗報告至少應給出下列信息:

　　

　　a）檢測實驗室的名稱和地址;

　　

　　b）客戶的名稱和地址;

　　

　　c）依據的檢測標準號及版本號;

　　

　　d）所用檢測設備的標識（名稱、型號、性標識等）;

　　

　　e）適用時，應給出設備的校準有效期;

　　

　　f）檢測樣品的描述、狀態和明確的性標識;

　　

　　g）檢測樣品的接收日期和檢測日期;

　　

　　h）試驗持續時間;

　　

　　i）初始、中間和后檢測;

　　

　　j）偏置條件;

　　

　　k）穩定時間;

　　

　　l）在試驗期間如果芯片溫度高于高低溫濕熱試驗箱環境溫度5℃以上時芯片的溫度;

　　

　　m）對檢測方法的偏離、增添或刪節，以及特定檢測條件的信息，如環境條件;

　　

　　n）適用時，應包含對于符合（或不符合）接收判據和（或）規范的聲明。