功率半導體器件利用高低溫濕熱試驗箱做穩(wěn)態(tài)濕熱高壓偏置試驗

功率半導體器件利用高低溫濕熱試驗箱做穩(wěn)態(tài)濕熱高壓偏置試驗

　　本標準給出了功率半導體器件穩(wěn)態(tài)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(huán)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。

　　下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注明日期的引用文件，僅注明日期的版本適用于本文件。凡是不注明日期的引用文件，其新版本(包括所有的修改單）適用于本文件。

　　GB/T2423.50環(huán)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(wěn)態(tài)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(huán)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(shù)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(guī)定的試驗條件和從規(guī)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(jīng)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(nèi)產(chǎn)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(jīng)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(nèi)部各部分(包括安裝在高低溫濕熱試驗箱內(nèi)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

　　為了減少試驗設備本體及箱體內(nèi)其他輔助裝置在高溫高濕環(huán)境下產(chǎn)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(zhì)，如應選擇在高溫高濕環(huán)境下性質(zhì)穩(wěn)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(zhì)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(nèi)的擺放位置應盡可能不影響箱內(nèi)的空氣流動，從而使得箱體內(nèi)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(fā)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(fā)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(chǎn)生的功耗會使內(nèi)部芯片溫度升高。當芯片溫度高于高低溫濕熱試驗箱環(huán)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(huán)境溫度5℃或5℃以上，應把芯片溫度與試驗環(huán)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(xù)時間組成。嚴酷等級由試驗持續(xù)時間決定。除非另有規(guī)定，應從表1中給出的持續(xù)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(guī)定的溫濕度環(huán)境中，并施加規(guī)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(chǎn)生冷凝水的環(huán)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(guī)定，進行外觀檢查和電氣參數(shù)測試。

　　6.3上升

　　達到穩(wěn)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(nèi)高低溫濕熱試驗箱的干球溫度超過濕球溫度來避免產(chǎn)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(nèi)高低溫濕熱試驗箱的干球溫度超過濕球溫度來避免產(chǎn)生冷凝。

　　6.5器件內(nèi)部濕氣穩(wěn)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(nèi)環(huán)境溫度和濕度達到穩(wěn)定后，應繼續(xù)保持直至濕氣完全抵達芯片表面。

　　由于環(huán)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(huán)氧樹脂封裝器件穩(wěn)定時間不少于336h，硅膠封裝器件穩(wěn)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(wěn)定后，開始施加規(guī)定的偏置電壓，此時試驗計時開始。當達到規(guī)定的持續(xù)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(wěn)定后，開始施加規(guī)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(fā)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(wěn)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(nèi)應按照相關標準規(guī)定，進行外觀檢查和電氣參數(shù)測試。

　　如果器件不能通過規(guī)定的終測試，或按照適用的采購文件和數(shù)據(jù)表中規(guī)定的正常和極限環(huán)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(jù)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(tài)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(xù)時間;

　　i）初始、中間和后檢測;

　　j）偏置條件;

　　k）穩(wěn)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(huán)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(jié)，以及特定檢測條件的信息，如環(huán)境條件;

　　n）適用時，應包含對于符合（或不符合）接收判據(jù)和（或）規(guī)范的聲明。