华科智源-讲 功率循环测试原理及方法 简介

功率循环测试是一种功率半导体器件的可靠性测试方法，被列为AEC-Q101与AQG-324等车规级测试标准内的必测项目。与温度循环测试相比，功率循环是通过器件内部工作的芯片产生热量，使得器件达到既定的温度；而温度循环则是通过外部环境强制被测试器件达到测试温度。

简而言之，一个是运动发热，一个是高温中暑。

由于在功率循环测试中的被测试器件的发热部分集中在器件工作区域，其封装老化（aging）模式与正常工作下的器件相类似，故功率循环测试被认可为于实际应用的功率器件可靠性测试而受到广泛的关注。

功率循环测试过程中，器件内部温度分布以及应力变化

功率循环测试台是用于功率器件进行功率循环测试的设备，其设计原理并不复杂。在试验台中，通过电流源供给负载电流给被测试器件，电流/电压探头实时监控被测试器件的电流/电压数据，控制器操控电流源实现负载电流按既定时间中断。设备整体的主要成本在电流源与控制器，设备的设计难度在于程序控制以及数据采集硬件。

功率循环测试设备简图

在功率循环测试过程中，直接检测的数据是器件电压降，负载电流以及器件底部温度。通过选取数据采样的时间点，收集被测试器件在温与温时的电压与器件底部温度变化，进而通过计算得出器件芯片温度变化以及器件内部的热阻变化。

功率循环测试中，检测时间点以及被测试参数

由于大多数器件在测试中是处于被封装状态，其内部温度不可通过直接手段进行检测，故在功率循环测试中，器件内部芯片的温度是采用K系数的方式进行间接计算而获得的。K系数代表器件芯片的温度敏感电学参数，其选取的原则在于简单、可靠、敏感度高。硅基IGBT芯片的温度一般采用Vce（集电极-发射极电压）进行计算。同时Vce也能反映IGBT器件内部电流路径的老化情况，5%的Vce增加被认定为器件损坏的标准。

IGBT器件的K系数（Vce-Tj 拟合线）

被测试器件的热阻在功率循环测试中应当被实时监控，因为其反映了器件散热能力的变化。热阻通过下列方程简单计算得出，20%的Rth增长被认定为器件失效的标准。

以下列功率循环测试中收集的数据为例，Vce在427.4k循环数左右发生阶段跳跃，同时器件芯片的温度（Tj,high）上升明显。这表明器件芯片表面的键合线出现断裂或脱落。而Rth无明显变化，表明器件内部散热层老化情况不明显。

功率循环测试中的数据