ATS-545:热冲击测试设备
全量程240摄氏度的温控调整;
温度变化率高达288°C / 分钟!
IEEE Transactions on Device and Materials Reliability (Volume: 20, Issue: 4, December 2020) DOI 10.1109/TDMR.2020.3025895 艰深科研工作背后的巨大助力——ThermoStream™,定义了“热流仪”这一品类的行业领导者。
inTEST集团ThermoStream™品牌的热冲击测试集成环境(ATS-545-M)助力本文作者You-Cheol Jang 教 授深挖了穿孔IGBT在高温下栅极偏置应力引起的退化现象。
ATS-545的卓越贡献 :
1. IGBT 功率半导体的可靠性测试涉及使用ATS-545-M型热冲击测试集成环境在 零下40 °C至零上200 °C 之间对IGBT样本施加温度循环应力。
2. Cycling IGBT样本需要在实验过程中经受4000个温度循环,每个循环持续100秒。
3. 热冲击测试集成环境(ATS-545,by inTEST Thermal Solutions Inc.)用于实施温度循环测试。它的总变温时间要在仅仅短短100秒内完成全量程240摄氏度的温控调整,温度变化率高达288°C / 分钟!
• a) 使用功率器件分析仪/曲线追踪仪测量IGBT的电气特性,每1000个周期进行一次加速温度循环测试。
• b) 此外,每15分钟进行一次高温(150°C)和高压直流场(48V)测试,共60分钟。
• c) 经过应力测试,在没有高温和电场应力的情况下,在24小时后测量了IGBT的恢复特性。
• d) 使用扫描声学显微镜(SAM)观察IGBT中钝化层和金属层的分层。
• e) SAM图像显示晶圆芯片键合和环氧模塑料(EMC)处分层,以及引线键合区域下方的空隙。
• f) 分层和空隙归因于IGBT组件中使用的材料之间的热应力和CTE不匹配。
•
在功率半导体IGBT性能的评价指标中,伴随环境温度冲击而来的老化特性是非常重要的一个环节。
言归正传,You-Cheol Jang 教授发表了激动人心的IGBT加速老化(degradation, 涉及到功率半导体的使用寿命)实验——Accelerated Degradation of IGBTs due to High Gate Voltage at Various Temperature Environments(DOI 10.1109/TDMR.2020.3025895)
在本文中做了大量的理论-干实验计算-湿实验验证的严谨科研工作。总结如下几点:
在高温下施加温度循环应力和偏置应力的过程对于研究IGBT退化非常重要。
对-40°C至200°C之间的IGBT施加温度循环应力,以加速使用宽温度范围的降解过程。这有助于理解IGBT在不同温度条件下发生的降解现象。
IGBT中钝化层和金属层的分层可以使用扫描声学显微镜观察到。这有助于识别IGBT中由于温度应力而发生的物理变化和故障。
对IGBT施加高温下具有高栅极电压的偏置应力,以研究阈值电压不稳定性和栅氧化层电荷捕获的影响。这有助于了解IGBT开关特性和性能的变化。
还研究了IGBT在应力后的恢复。结果表明,在高直流场和高温下受压的IGBT在没有反向电压的情况下,24小时后恢复过程较慢。这些信息对于理解IGBT在实际条件下的恢复机制非常重要。
通过进行各种温度应力和高电场应力测试,可以识别IGBT的退化过程和故障症状。这为IGBT在不同工作条件下的可靠性和性能提供了宝贵的见解。
ATS-545-M 在IGBT热冲击循环测试中的装置摆放示意图
生动解释了IGBT在强直流场和高温度场下应力测试的变化
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