功率半導體器件利用高低溫濕熱試驗箱做穩態(tài)濕熱高壓偏置試驗

　　本標準給出了功率半導體器件穩態(tài)濕熱高壓偏置試驗方法，用以評價(jià)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:穩態(tài)濕熱偏置壽命試驗（Semiconductordevices—Mechanicalandclimatictestmethods—Part5:Steady-statetemperaturehumiditybias

　　lifetest）

　　該項試驗通過(guò)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(huì )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(mǎn)足下列要求:

　　a）應滿(mǎn)足表1中給出的溫度和相對濕度條件，并至少保持2000小時(shí)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(guò)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(guò)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(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(guò)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(jìn)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)穩定的材料來(lái)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的擺放位置應盡可能不影響箱內的空氣流動(dòng)，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(guò)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(wú)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(huì )比施加低壓偏置時(shí)高，由此產(chǎn)生的功耗會(huì )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(huán)境溫度<5℃時(shí)，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(guò)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時(shí)間組成。嚴酷等級由試驗持續時(shí)間決定。除非另有規定，應從表1中給出的持續時(shí)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(huán)境中，并施加規定的偏置電壓。器件應避免暴露于過(guò)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(guò)程中。

　　6.1預處理

　　適用時(shí)，應按照相關(guān)標準進(jìn)行預處理。

　　6.2初始檢測

　　試驗樣品應按照相關(guān)標準規定，進(jìn)行外觀(guān)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(shí)間應少于3h。通過(guò)保證在整個(gè)試驗時(shí)間內高低溫濕熱試驗箱的干球溫度超過(guò)濕球溫度來(lái)避免產(chǎn)生冷凝。

　　6.4下降

　　下降時(shí)間應不超過(guò)3h。通過(guò)保證在整個(gè)試驗時(shí)間內高低溫濕熱試驗箱的干球溫度超過(guò)濕球溫度來(lái)避免產(chǎn)生冷凝。

　　6.5器件內部濕氣穩定時(shí)間

　　由于濕氣穿透器件外殼并抵達芯片表面需要一定的時(shí)間，因此當高低溫濕熱試驗箱內環(huán)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(huán)氧樹(shù)脂相較于硅膠，其抵御濕氣進(jìn)入的能力強得多，因此對于環(huán)氧樹(shù)脂封裝器件穩定時(shí)間不少于336h，硅膠封裝器件穩定時(shí)間不少于24h。

　　6.6試驗計時(shí)

　　器件按6.5的要求進(jìn)行充分穩定后，開(kāi)始施加規定的偏置電壓，此時(shí)試驗計時(shí)開(kāi)始。當達到規定的持續時(shí)間，溫濕度開(kāi)始下降時(shí)計時(shí)結束。

　　6.7施加偏置電壓

　　器件按6.5的要求進(jìn)行充分穩定后，開(kāi)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(shí)，若受試器件為絕緣柵雙極晶體管(IGBT）或場(chǎng)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(jìn)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(shí)。

　　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(guān)標準規定，進(jìn)行外觀(guān)檢查和電氣參數測試。

　　如果器件不能通過(guò)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(huán)境中不能驗證其功能時(shí)，器件視為失效。

　　試驗報告至少應給出下列信息:

　　a）檢測實(shí)驗室的名稱(chēng)和地址;

　　b）客戶(hù)的名稱(chēng)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(chēng)、型號、性標識等）;

　　e）適用時(shí)，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）試驗持續時(shí)間;

　　i）初始、中間和后檢測;

　　j）偏置條件;

　　k）穩定時(shí)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(shí)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(huán)境條件;

　　n）適用時(shí)，應包含對于符合（或不符合）接收判據和（或）規范的聲明。