功率循環(huán)測(cè)試是一種功率半導(dǎo)體器件的可靠性測(cè)試方法，被列為AEC-Q101與AQG-324等車規(guī)級(jí)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的必測(cè)項(xiàng)目。與溫度循環(huán)測(cè)試相比，功率循環(huán)是通過器件內(nèi)部工作的芯片產(chǎn)生熱量，使得器件達(dá)到既定的溫度；而溫度循環(huán)則是通過外部環(huán)境強(qiáng)制被測(cè)試器件達(dá)到測(cè)試溫度。

簡(jiǎn)而言之，一個(gè)是運(yùn)動(dòng)發(fā)熱，一個(gè)是高溫中暑。

由于在功率循環(huán)測(cè)試中的被測(cè)試器件的發(fā)熱部分集中在器件工作區(qū)域，其封裝老化（aging）模式與正常工作下的器件相類似，故功率循環(huán)測(cè)試被認(rèn)可為于實(shí)際應(yīng)用的功率器件可靠性測(cè)試而受到廣泛的關(guān)注。

功率循環(huán)測(cè)試過程中，器件內(nèi)部溫度分布以及應(yīng)力變化

功率循環(huán)測(cè)試臺(tái)是用于功率器件進(jìn)行功率循環(huán)測(cè)試的設(shè)備，其設(shè)計(jì)原理并不復(fù)雜。在試驗(yàn)臺(tái)中，通過電流源供給負(fù)載電流給被測(cè)試器件，電流/電壓探頭實(shí)時(shí)監(jiān)控被測(cè)試器件的電流/電壓數(shù)據(jù)，控制器操控電流源實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流按既定時(shí)間中斷。設(shè)備整體的主要成本在電流源與控制器，設(shè)備的設(shè)計(jì)難度在于程序控制以及數(shù)據(jù)采集硬件。

功率循環(huán)測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)圖

在功率循環(huán)測(cè)試過程中，直接檢測(cè)的數(shù)據(jù)是器件電壓降，負(fù)載電流以及器件底部溫度。通過選取數(shù)據(jù)采樣的時(shí)間點(diǎn)，收集被測(cè)試器件在溫與溫時(shí)的電壓與器件底部溫度變化，進(jìn)而通過計(jì)算得出器件芯片溫度變化以及器件內(nèi)部的熱阻變化。

功率循環(huán)測(cè)試中，檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)以及被測(cè)試參數(shù)

由于大多數(shù)器件在測(cè)試中是處于被封裝狀態(tài)，其內(nèi)部溫度不可通過直接手段進(jìn)行檢測(cè)，故在功率循環(huán)測(cè)試中，器件內(nèi)部芯片的溫度是采用K系數(shù)的方式進(jìn)行間接計(jì)算而獲得的。K系數(shù)代表器件芯片的溫度敏感電學(xué)參數(shù)，其選取的原則在于簡(jiǎn)單、可靠、敏感度高。硅基IGBT芯片的溫度一般采用Vce（集電極-發(fā)射極電壓）進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)Vce也能反映IGBT器件內(nèi)部電流路徑的老化情況，5%的Vce增加被認(rèn)定為器件損壞的標(biāo)準(zhǔn)。

IGBT器件的K系數(shù)（Vce-Tj 擬合線）

被測(cè)試器件的熱阻在功率循環(huán)測(cè)試中應(yīng)當(dāng)被實(shí)時(shí)監(jiān)控，因?yàn)槠浞从沉似骷崮芰Φ淖兓?。熱阻通過下列方程簡(jiǎn)單計(jì)算得出，20%的Rth增長(zhǎng)被認(rèn)定為器件失效的標(biāo)準(zhǔn)。

以下列功率循環(huán)測(cè)試中收集的數(shù)據(jù)為例，Vce在427.4k循環(huán)數(shù)左右發(fā)生階段跳躍，同時(shí)器件芯片的溫度（Tj,high）上升明顯。這表明器件芯片表面的鍵合線出現(xiàn)斷裂或脫落。而Rth無明顯變化，表明器件內(nèi)部散熱層老化情況不明顯。

功率循環(huán)測(cè)試中的數(shù)據(jù)